Vakuumschaltröhre, insbesondere für einen Niederspannungsschütz

Abstract

 Eine verkleinerte und kostengünstig aufgebaute Vakuumschaltröhre wird vorgeschlagen, in der an eine Schaltkammer(1) aus Metall sich ein Isolator(4) anschließt, welcher durch Abschirmbleche (6,8) vor Metallniederschlag geschützt ist, in der außerhalb der Schaltkammer (1) der Faltenbalg (9) zur vakuumdichten Verbindung mit dem beweglichen Kontakt angeordnet ist und in der eine Isolierstoffkappe (5) den Isolator (4) und den Faltenbalg (9) mit umhüllt, am Isolator (4) eng anliegt und eine Lagerung (20) für den Bolzen des beweglichen Kontaktes (3) bildet. Die Erfindung istfürVakuumschaltröhren für Niederspannungsschütze vorteilhaft einsetzbar.

Beschreibung

[0001] Die vorliegende Erfindung betrifft eine Vakuumschaltröhre gemäß dem Oberbegriff des Patentanspruchs 1. Eine derartige Vakuumschaltröhre ist aus der DE-AS 1 261 219 bekannt.

[0002] Insbesondere bei Niederspannungsschützen müssen bei Betriebsspannungen von etwa 500V bis 1000V Betriebsströme bis 630A sehr häufig geschaltet werden. Schaltspielzahlen von 10 Millionen werden angestrebt. Daher werden an die Dauerwechselfestigkeit der zum vakuumdichten Verbinden des beweglichen Kontaktes mit dem Gehäuse notwendigen Faltenbälge hohe Anforderungen gestellt. Diese müssen bei gegebenem Schalthub relativ groß gehalten werden, um eine Überbelastung des Materials der Faltenbälge zu verhindern. Andererseits ist bei derartigen Schaltspielzahlen mit einem relativ hohen Anfall von abgedampftem Schaltkontaktmaterial zu rechnen, welches von dem zwischen den Kontakten liegenden Isolator ferngehalten werden muß.

[0003] Außerdem ist es notwendig, das bewegbare Kontaktstück in der Vakuumschaltröhre axial zu führen, da seitliche Auslenkungen des .Faltenbalges dessen Haltbarkeit mindern und. da die Kontaktstücke zur Lösung der vorliegenden Schaltaufgabe axial fluchten müssen. Hierzu ist unter anderem ein Führungslager für den bewegbaren Kontakt.erforderlich.

[0004] Die Aufgabe, die der vorliegenden Erfindung zugrundeliegt, besteht in einer möglichst kleinen und wenig aufwendigen Gestaltung einer Vakuumschaltröhre gemäß dem Oberbegriff des Patentanspruchs 1.

[0005] Diese Aufgabe wird durch die kennzeichnenden Merkmale von Patentanspruch 1 gelöst. Ein kleiner, nur nach den Betriebsspannungen dimensionierter Isolator ist in dieser Ausführungsform möglich, da der Kriechweg für die Spannung zwischen den Schaltkontakten durch die Gestaltung der Isolierstoffkappe ganz erheblich größer ist als die Ausdehnung des Isolators in axialer Richtung. Dieser Kriechweg, entlang dem infolge Luftfeuchtigkeit und Verschmutzung in der Praxis im Ausschaltzustand Entladungen auftreten können, ist nämlich erheblich länger als die im Vakuum erforderliche Isolierstrecke. Dieser lange Kriechweg ist einerseits durch das enge Anliegen der Isolierstoffkappe am Isolator und andererseits durch die Anformung der Lagerbuchse für den beweglichen Kontakt an die Isolierstoffkappe gewährleistet. Gleichzeitig wird durch die Isolierstoffkappe der Faltenbalg vor äußeren Beschädigungen geschützt. Dieser braucht nur die für die Abdichtung erforderliche Wandstärke aufzuweisen, die unter 0,2mm liegt.

[0006] Der Isolator kann bei der vorgeschlagenen Vakuumschaltröhre aus Glas oder einem keramischen Werkstoff besteht, wobei der Isolator'keine besondere Oberfläche aufzuweisen braucht, da der Kriechweg durch die Isolierstoffkappe sichergestellt ist. Dadurch werden beträchtliche Kosten eingespart.

[0007] Vorteilhaft sind die Schaltkammer, der Isolator und die Isolierstoffkappe rotationssymmetrisch, auf die beiden Stirnseiten des rohrförmigen Isolators ist je ein Abschirmring aufgelötet, auf diese Abschirmringe die Schaltkammer bzw. der Federbalg aufgeschweißt oder aufgelötet, weisen beide Abschirmringe einen sich in den Innenraum des Isolator erstreckenden Ringbereich auf und verbleibt zwischen diesen Ringbereichen der beiden Abschirmringe eine für alle im Betrieb auftretenden Spannungen ausreichende Isolationsstrecke. Die Lötungen sind vorzugsweise als Hartlötungen ausgeführt.

[0008] Eine einfache Methode, Temperaturschwankungen und Vibrationen aufzufangen ist gegeben, indem die Schaltkammer einen gekrümmten Ringbereich aufweist, welcher tangential am Kontaktbolzen des festen Kontaktes anliegt und mit diesem vakuumdicht verbunden ist.

[0009] Als vakuumdichte Verbindung eignet sich hier insbesondere eine Schweißverbindung oder eine Hartlötverbindung, da hierdurch die erforderliche Temperaturbeständigkeit und die mechanische Festigkeit gewährleistet sind.

[0010] Eine mechanisch besonders gut geschützte und einfach zu montierende Ausführungsform ist gegeben, indem die Isolierstoffkappe auch die Schaltkammer einhüllt, indem an die Isolierstoffkappe ein Befestigungsflansch angeformt ist und indem die Öffnung der Isolierstoffkappe im Bereich der Schaltkammer mit Vergußmaterial gefüllt ist. Dabei verläuft der Befestigungsflansch vorteilhaft achsparallel, wenn die Vakuumschaltröhre liegend eingebaut werden soll oder senkrecht zur Rotationsachse auf der Seite des festen Kontaktes, wenn die Vakuumschaltröhre stehend eingebaut werden soll.

[0011] Die Isolierstoffkappe besteht vorteilhaft aus glasfaserverstärktem Kunststoff. Sie ist vorteilhaft mit dem Isolator stoffschlüssig verbunden. Hierzu eignet sich ein Einkleben mit einem Kleber. Die Verbindung kann auch durch Vergießen oder durch eine mechanische Schnappverbindung hergestellt werden, wobei vorzugsweise der der Schaltkammer zugewandte Abschirmring als ein Teil der Schnappverbindung eingesetzt bzw. gestaltet wird. Alle diese Verbindungsarten ermöglichen eine Verlängerung des Kriechweges in der gewünschten Form.

[0012] Durch die beschriebene Gestaltung der Befestigungsflansche kann die Schaltröhre ohne Zusatzisolation eingebaut werden. Dies bedeutet unter anderem, daß sich die elektrisehen Anschlüsse der Schaltröhren im Schaltgerät kostengünstig gestalten lassen, da eine Trennen der mechanischen Funktion (Halterrung) von der elektrischen Funktion (Stromführung) ermöglicht ist.

[0013] Die Erfindung wird nun anhand von vier Figuren näher erläutert. Die Figuren zeigen verschiedene Ausführungsformen einer erfindungsgemäßen Vakuumschaltröhre.

[0014] 

Fig. 1 zeigt eine Ausführungsform mit einem zur Rotationsachse senkrecht liegenden Befestigungsflansch, die

Fig. 2 bis 4 zeigen Ausführungsformen mit achsparallelen Befestigungsflanschen.

[0015] In einer Schaltkammer 1 sind ein fester Kontakt 2 und ein bewegbarer Kontakt 3 untergebracht. Mit der Schaltkammer 1 ist ein Abschirmring 6 vakuumdicht verbunden, vorzugsweise hartgelötet oder verschweißt. Der Abschirmring 6 weist einen Ringbereich 7 auf, welcher sich in den Innenraum des durch einen Isolator 4 dargestellten Kreisringes erstreckt. Der Abschirmring 6 ist mit der Stirnseite des Isolators 4 vakuumdicht verbunden, vorzugsweise hartgelötet oder verschweißt.

[0016] Mit der gegenüberliegenden Stirnseite des Isolators 4 ist ein Abschirmring 8 vakuumdicht verbunden, welcher ebenfalls einen in den Innenraum des durch den Isolator 4 gebildeten Kreisringes ragenden Ringbereich 7 aufweist. Mit dem Abschirmring 8 ist außerdem ein Faltenbalg 9 und dieser wiederum mit dem Bolzen 10 des beweglichen Kontaktes 3 vakuumdicht verbunden.

[0017] Eine Isolierstoffkappe 5 umschließt den Isolator 4 eng anliegend und bildet ein Führungslager 20 zur Führung des Bolzens 10 des bewegbaren Schaltkontaktes 3.

[0018] Die Isolierstoffkappe 5 reicht über den Isolator 4 hinaus und bildet einen Befestigungsflansch 11, welcher auf der Rotationsachse 12 der Vakuumschaltröhre senkrecht steht.

[0019] Die Öffnung der Isolierstoffkappe 5 ist mit Vergußmaterial 13 gefüllt und isoliert dadurch die Schaltkammer 1, welche im Bereich des festen Kontaktes 2 einen gekrümmten Ringbereich 14 aufweist, welcher vorzugsweise tangential am Kontaktbolzen 15 des festen Kontaktes anliegt und mit diesem vakuumdicht verbunden ist. Durch diesen gekrümmten Ringbereich 14 können Längenänderungen infolge Temperaturschwankungen ausgeglichen werden. Auch Vibrationen können hierdurch aufgefangen werden. Vibrationen entstehen insbesondere durch eine seitliche Auslenkung des beweglichen Kontaktes 3 beim Schaltvorgang, beispielsweise durch die beim Schließen des Kontaktes auftretenden Stromkräfte.

[0020] Die Anordnung des Isolators außerhalb der Schaltkammer ist für eine Verkleinerung des Außendurchmessers der Vakuumschaltröhre von erheblicher Bedeutung. Eine Einbeziehung des Isolators 4 in die Wand der Schaltkammer erfordert nämlich, wie im Stand der Technik gezeigt, eine vollständige Abdeckung des Isolators durch ein Abschirmblech, wobei dieses zu gegenpoligen Metallteilen auch in radialer Richtung die erforderlichen Isolationsabstände und zu den Kontakten denselben für eine hohe Schaltleistun^g erforder_- lichen Mindestabstand aufweisen muß, wie beim erfindungsgemäßen Aufbau die Wand der Schaltkammer..Die gezeigte einfache Ausführungsform der Abschirmringe ist durch die erfindungsgemäße Anordnung erst ermöglicht, da nur so die notwendigen Isolationsstrecken eingehalten werden können, ohne daß in störendem Maße Metalldampf durch die Isolationsstrecken zwischen den Abschirmblechen auf den Isolator gelangen kann. Die bekannten Aufbauformen derartiger Schaltröhren bedingen wegen der auch dort erforderlichen, aber weniger günstig liegenden Isolationsstrecken erheblich größere Abmessungen der Röhren.

[0021] Durch den Verguß 13 ist unter anderem auch die stoffschlüssige Verbindung zwischen der Isolierstoffkappe 5 und dem Isolator 4 hergestellt: Die Isolierstoffkappe 5 besteht vorteilhaft aus glasfaserverstärktem Kunststoff. Dabei können glasfaserverstärkte Thermoplaste oder Duroplaste eingesetzt werden, wie z.B. "Durethan BKV 30" der Firma Hoechst.

[0022] Die Figuren 2 und 3 zeigen Ausführungsformen, in denen ein Flansch 16, 17 achsparallel angeordnet ist. Eine Oberfläche 19 des Flansches 16 berührt gemäß Fig. 3 die Umfangslinie der Isolierstoffkappe 5 tangential.

[0023] In einer weiteren Ausführungsform ist ein achsparalleler Flansch 17 vorgesehen, dessen Symmetrieebene die Rotationsachse der Vakuumschaltröhre beinhaltet (Fig.4).

[0024] In Fig. 4 sind außerdem Kühlrippen 18 dargestellt, welche bei Bedarf an die Isolierstoffkappe 5 angeformt sein können.

Ansprüche

1. Vakuumschaltröhre, insbesondere für Niederspannungsschütze, welche in einer Schaltkammer einen festen und einen bewegbaren Schaltkontakt mit einem Anschlußbolzen enthält, wobei die Schaltkontakte koaxial zueinander angeordnet sind und in axialer Richtung gegeneinander bewegt werden können, welche ein aus zumindest einem hochtemperaturbeständigen Isolator und Metallteilen zusammengesetztes Gehäuse, eine Einrichtung zur Abschirmung des beim Schalten entstehenden Metalldampfes vom Isolator, ein Führungslager für den bewegbaren Kontakt und einen zur Vakuumabdichtung des bewegbaren Kontaktes geeigneten Faltenbalg besitzt, wobei der Faltenbalg außerhalb der Schaltkammer liegt, dadurch gekennzeichnet, daß die Schaltkammer (1) durch ein Metallgefäß gebildet ist, an welches sich der Isolator (4) in axialer Richtung anschließt, daß der Isolator (4) außerhalb der Schaltkammer (1) liegt und in axialer Richtung eine nur geringe Ausdehnung aufweist, welche zumindest zur Isolation der beiden Pole des Vakuumschalters bei den im Betrieb im Inneren der Schaltröhre zu erwartenden Spannungen ausreicht, daß die Einrichtung zur Abschirmung (6) die Schaltkammer (1) in axialer Richtung begrenzt, daß sich an die von der Schaltkammer (1) abgewandte Seite des Isolators (4) der Faltenbalg (9) anschließt, daß der Isolator (4) und der Faltenbalg (9) von einer Isolierstoffkappe (5) umgeben sind, daß diese Isolierstoffkappe (5) am Isolator (4) eng anliegt und daß an diese Isolierstoffkappe (5) ein Führungslager (20) für den Anschlußbolzen (10) des bewegbaren Kontaktes (3) angeformt ist.

2. Vakuumschaltröhre nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Schaltkammer (1), der Isolator (4) und die Isolierstoffkappe (5) rotationssymmetrisch sind, daß auf die beiden Seiten des Isolators (4) je ein Abschirmring (6, 8) aufgelötet und auf diese Abschirmringe (6, 8) die Schaltkammer (1) bzw. der Faltenbalg (9) aufgeschweißt oder hartaufgelötet sind, daß beide Abschirmringe (6, 8) eine sich in den Innenraum des durch den Isolator (4) dargestellten Kreisringes erstreckenden Ringbereich (7) aufweisen und daß zu und zwischen diesen Ringbereichen (7) der beiden Abschirmringe (6, 8) für alle im Betrieb auftretenden Spannungen ausreichend lange Isolierstrecken verbleiben.

3. Vakuumschaltröhre nach einem der Ansprüche 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet , daß die Schaltkammer (1) einen gekrümmten Ringbereich (14) aufweist, welcher am Kontaktbolzen (15) des festen Kontaktes (2) anliegt und mit diesem vakuumdicht verbunden ist.

4. Vakuumschaltröhre nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Isolierstoffkappe (5) auch die Schaltkammer (1) umhüllt, daß an die Isolierstoffkappe (5) ein Befestigungsflansch (11, 16, 17) angeformt ist und daß die Öffnung der Isolierstoffkappe (5) im Bereich der Schaltkammer (1) mit Vergußmaterial (13) gefüllt ist.

5. Vakuumschaltröhre nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß der Befestigungsflansch achsparallel verläuft.

6. Vakuumschaltröhre nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß der Befestigungsflansch senkrecht zur Rotationsachse und auf der Seite des festen Kontaktes angeordnet ist.

7. Vakuumschaltröhre nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet , daß die Isolierstoffkappe aus einem glasfaserverstärkten Kunststoff besteht.

8. Vakuumschaltröhre nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, daß die Verbindung zwischen der Isolierstoffkappe und dem Isolator stoffschlüssig gestaltet ist.

9. Vakuumschaltröhre nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, daß die Verbindung zwischen der Isolierstoffkappe (5) und dem Isolator (4) durch eine Schnappeinrichtung an dem die Schaltkammer (1) begrenzenden Abschirmring (6) gewährleistet ist.

10. Vakuumschaltröhre nach einem der Ansprüche 1 bis 9, dadurch gekennzeichnet . daß an die Isolierstoffkappe.Kühlrippen angeformt sind.

Zeichnung