Vakuumschalter für den Niederspannungsbereich, insbesondere Niederspannungsschütz

Abstract

 Die Erfindung bezieht sich auf einen Vakuumschalter für den Niederspannungsbereich insbesondere Niederspannungsschütz, bestehend aus einem Vakuumschaltrohr mit Schaltkammer und einem darin fest angeordneten ersten Kontaktstück sowie einem demgegenüber beweglichen Stromzuführungsbolzen mit zweitem Kontaktstück, wobei das Vakuumschaltrohr eine Isolatorstrecke aufweist, die vakuumseitig zumindest teilweise von einer Abschirmung umgeben ist. Gemäß der Erfindung ist die Abschirmung als konzentrischer Hohlzylinder (11) innerhalb der als Keramikring (8) ausgebildeten Isolatorstrecke angeordnet, wobei die axiale Länge des Abschirmzylinders (11) wenigstens das 1,5-fache des Keramikringes (8) beträgt. Es läßt sich so kostengünstig ein Vakuumschalter mit kurzer Isolatorstrecke für hohe Schaltspielzahlen aufbauen.

Beschreibung

[0001] Die Erfindung bezieht sich auf einen Vakuumschalter für den Niederspannungsbereich, insbesondere Niederspannungsschütz, bestehend aus einem Vakuumschaltrohr mit Schaltkammer und einem darin fest angeordneten ersten Kontaktstück sowie einem demgegenüber beweglichen Stromzuführungsbolzen mit zweitem Kontaktstück, wobei das Vakuumschaltrohr eine Isolatorstrecke aufweist, die vakuumseitig zumindest teilweise von einer Abschirmung umgeben ist.

[0002] Jeder Schalter enthält eine hochohmige Isolierstrecke, die sich während der gesamten Lebensdauer des Schalters nach Möglichkeit nicht verändern darf. Bei Vakuumschaltern kann sich am Isolator auf der atmosphärischen Seite Staub und Wasserdampf und dergleichen, dagegen auf der vakuumseitigen Oberfläche Metalldampf aus dem verdampfenden Kontaktmaterial niederschlagen und somit die Isolierfähigkeit des Isolators beeinträchtigen. Es werden deshalb Abschirmungen auf der Vakuumseite der Isolatoren benötigt, um die Metalldampfkondensation zu verhindern; solche Abschirmungen können je nach angewendeter Spannung teilweise konstruktiv recht aufwendig sein.

[0003] Bei Niederspannungsschaltern werden wegen der niedrigen Nennspannung nur vergleichsweise kleine Isolierwege für die Potentialtrennung benötigt; in der Praxis werden daher neben koaxialen Isolatoren auch solche Isolatorformen verwendet, die eine radiale Isolierstrecke aufweisen. Beispielsweise wird in der DE-AS 19 57 829 ein Niederspannungs-Vakuumschalter beschrieben, bei dem eine Grundplatte des Schaltrohres als Isolator ausgebildet ist, welche vakuumseitig mit einer deckelförmigen, konisch verlaufenden Abschirmung versehen ist. Weiterhin ist aus der DE-AS 26 12 129 ein Vakuumschalter bekannt, bei dem der Isolator als Teil der Schaltkammer den gesamten Hohlzylinder bildet und die Abschirmung durch einen darin liegenden konzentrischen Ring gebildet wird. Durch den in seiner Länge kleiner als die Isolatorlänge realisierten Innenring wird im wesentlichen der Kontaktbereich mit starrem und demgegenüber beweglichen Kontaktbolzen umschlossen. Weitere Vakuumschalter weisen auch aus mehreren Einzelteilen aufgebaute Abschirmungen auf.

[0004] Aus Kostengründen wird angestrebt, die Isolatorstrecke möglichst kurz auszubilden. In Abweichung zum beschriebenen Stand der Technik wird dazu nur ein Teilbereich des Schaltrohres als Keramik ausgebildet, wozu sich im wesentlichen ringförmige Elemente verwenden lassen. Wenn auch kurze Isolatoren elektrisch für den Niederspannungsbereich ausreichen, so sind trotzdem bestimmte Anforderungen bezüglich der Abschirmungen zu erfüllen. Dabei ist zu berücksichtigen, daß insbesondere bei Anwendung von SChaltröhren als Schütz für den Niederspannungsbereich besonders hohe Schaltzahlen von beispielsweise einigen Millionen Schaltspielen gefordert werden. Dabei können bei den bisher üblichen Abschirmungen im Laufender Zeit immer noch einzelne Metalldampf-Moleküle durch mehrere Reflexionen zum Isolator gelangen, dort kondensieren und somit einen elektrisch leitenden Belag bilden.

[0005] Aufgabe der Erfindung ist es daher, bei Vakuumschaltern mit kurzen Isolatorstrecken eine einfache Abschirmung zu schaffen, die über die gesamte Lebensdauer des Schalters eine hinreichende Wirksamkeit hat.

[0006] Die_.Äufgabe ist erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß die Abschirmung als konzentrischer Hohlzylinder innerhalb der als Keramikring ausgebildeten Isolatorstrecke angeordnet ist, dessen axiale Länge wenigstens das 1,5-fache des Keramikringes beträgt.

[0007] Bei der Erfindung wird also ein anderer Weg als beim Stand der Technik eingeschlagen. Es kann also ein für die Niederspannungsanwendung vergleichsweise kurzer Isolator verwendet werden, wobei durch die axiale Länge der Abschirmung sichergestellt ist, daß innerhalb der gesamten Lebensdauer des Schalters die Keramik nicht bedampft und damit das Schaltvermögen nicht beeinträchtigt wird. Die Länge des Abschirmhohlzylinders ist dabei vorzugsweise so bemessen, daß der Abstand zur Grundplatte des Schaltrohres bzw. zum elektrischen Gegenpotential wenigstens so groß ist, wie der während der gesamten Lebensdauer der Kontaktstücke zu erwartende Abbrand beträgt, der eine axiale Längenverkürzung der Schaltrohre bewirkt; vorzugsweise kann der Abschirmzylinder etwa die dreifache Länge des Isolatorringes haben.

[0008] Der Abschirmzylinder ist innerhalb des Vakuumschaltrohres möglichst nah am Isolator und zugehörigem Federbalg angeordnet, wobei aber der äußere Umfang des Abschirmzylinders einen ausreichenden Abstand vom inneren Umfang des Isolatorringes aufweisen soll. Vorzugsweise wird zwischen Innenseite des Isolators und Außenseite des Abschirmzylinders ein Spalt zwischen 0,5 und 3mm gebildet. Dieser Spalt gewährleistet, daß auch bei Berücksichtigung der Fertigungstoleranzen kein Berührungsschluß entstehen kann und daß andererseits die Spaltlänge geringer als die zu erwartenden freien Wegelängen der Verdampfungsteilchen aus der Schaltstrecke zwischen den Kontaktstücken ist.

[0009] Insgesamt läßt sich ein Vakuumschalter für Niederspannungsanlagen mit der erfindungsgemäßen Abschirmung vergleichsweise einfach aufbauen, so daß die Herstellung kostengünstig ist.

[0010] Weitere Einzelheiten und Vorteile der Erfindung ergeben sich aus der nachfolgenden Figurenbeschreibung eines Ausführungsbeispiels anhand der Zeichnung in Verbindung mit den Ansprüchen.

[0011] Die Figur zeigt in Schnittdarstellung einen gemäß der Erfindung aufgebauten Vakuumschalter.

[0012] In der Figur bezeichnet 1 das gesamte Vakuumschaltrohr. Es besteht im einzelnen aus einem topfartigen Teil 2 als Schaltkammer, an dem ein erster Stromzuführungsbolzen 3 mit in der Schaltkammer 2 liegenden Kontaktstück 4 fest angebracht ist. Gegenüberliegend ist an einer Grundplatte 5 ein in axialer Richtung bewegbarer metallischer Federbalg 6 vakuumdicht angebracht, welcher mit der Schaltkammer 2 über einen Isolatorring 8 verbunden ist. Zur Herstellung der vakuumdichten Verbindung zwischen Metall- und Isolatorteilen werden dabei jeweils Ansatzringe 7 aus solchem Werkstoff verwendet, welche thermische Ausdehnungseigenschaften haben, daß sie sich einerseits mit Metall und andererseits mit Keramik vakuumdicht verbinden lassen. In der Grundplatte 5 ist ein Kontaktbolzen 9 eingefügt, der an seinem oberen Ende ein Schaltstück 10 trägt.

[0013] In der Figur ist der Schalter im geschlossenen Zustand dargestellt. Auf die Ausbildung der Schaltkontakte wird im einzelnen nicht eingegangen.

[0014] Konzentrisch zum Isolatorring 8 mit der Länge s_J befindet sich in der Schaltkammer ein Hohlzylinder 11, mit dem die Keramik gegenüber den Schaltkontakten abgeschirmt ist. Dabei weist der Hohlzylinder 11 an seinem oberen, d.h. in der Figur den Schaltkontakten zugewandten Ende,eine rohrförmige Erweiterung auf, so daß eine Kappe 12 gebildet wird, welche die Befestigung an der Schaltkammer 2 ermöglicht. Die Kappe 12 ist mit den Teilen 2 und 7 verlötet.

[0015] Der Abschirmzylinder 11 hat gegenüber der Isolatorlänge s_. beispielsweise die dreifache Länge. Er muß jedoch wenigstens die 1,5-fache Länge des Isolatorringes 8 haben, wobei der obere Grenzwert der Länge so bemessen ist, daß der Abstand s zur Grundplatte 5 des Schaltrohres wenigstens so groß ist, wie der während der gesamten Lebensdauer der Kontaktstücke zu erwartende axiale Abbrand z.B. in mm beträgt.

[0016] Zwischen der Außenwandung des Abschirmzylinders 11 und der Innenwandung des Isolatorringes 8 bzw. des Metallbalges 6 soll ein möglichst enger Spalt d bestehen, der kleiner ist als die freien Weglängen der verdampfenden Teilchen. Allerdings sind die Fertigungstoleranzen zu berücksichtigen, so daß durch die zu erwartenden Unrundungen, z.B. bei den Isolatorringen keine elektrische leitende Verbindung durch den Abschirmzylinder entstehen kann. Eine Spaltbreite d im Bereich von 0,5 bis 3 mm hat sich als praktikabel und geeignet erwiesen.

[0017] Dauerversuche haben ergeben, daß mit dem vergleichsweise einfachen Aufbau der Abschirmung bereits alle Anforderungen der Praxis erfüllt sind. Auch bei Schaltspielen von mehreren Millionen war die Keramik nicht bedampft und das Schaltvermögen noch voll gewährleistet. Es läßt sich somit ein kostengünstiger Vakuumschalter für Niederspannung aufbauen.

Ansprüche

1. Vakuumschalter für den Niederspannungsbereich, insbesondere Niederspannungsschütz, bestehend aus einem Vakuumschaltrohr mit Schaltkammer und einem darin fest angeordneten ersten Kontaktstück sowie einem demgegenüber beweglichen Stromzuführungsbolzen mit zweitem Kontaktstück, wobei das Vakuumschaltrohr eine Isolatorstrecke aufweist, die vakuumseitig zumindest teilweise von einer Abschirmung umgeben ist, dadurch gekennzeichnet , daß die Abschirmung als konzentrischer Hohlzylinder (11) innerhalb der als Keramikring (8) ausgebildeten Isolatorstrecke angeordnet ist, wobei die axiale Länge des Abschirmzylinders (11) wenigstens das 1,5-fache des Keramikringes (8) beträgt.

2. Vakuumschalter nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet , daß die Länge des Abschirmzylinders (11) so bemessen ist, daß der Abstand zur Grundplatte (5) des Vakuumschaltrohres (1) wenigstens so groß ist, wie der während der gesamten Lebensdauer der Kontaktstücke (4, 10) zu erwartende Abbrand beträgt.

3. Vakuumschalter nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet , daß der Abschirmzylinder (11) etwa die dreifache Länge des Isolatorringes (8) hat.

4. Vakuumschalter nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet , daß der äußere Umfang des Abschirmzylinders (11) einen ausreichenden radialen Abstand vom inneren Umfang des Isolatorringes (8) bzw. des Federbalges (6) aufweist.

5. Vakuumschalter nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet , daß zwischen Innenseite des Isolatorringes (8) und Außenseite des Abschirmzylinders (11) ein radialer Spalt zwischen 0,5 und 3 mm besteht.

6. Vakuumschalter nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet , daß der Abschirmzylinder (11) in der- Schaltkammer (2) an derjenigen Seite des Keramikringes (8) angebracht ist, die direkt mit dem feststehenden Kontaktstück verbunden ist.

7. Vakuumschalter nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet , daß der Abschirmzylinder (11) an seiner Befestigungsseite eine rohrförmige Erweiterung (12) aufweist.

Zeichnung