Vakuumschaltröhre

Abstract

 Für Vakuumschalter, die nur selten zur Unterbrechung von Kurzschlußströmen benutzt werden, wird eine Vakuumschaltröhre eingesetzt, deren Gehäuse einen die Kontaktstücke direkt umgebenden Isolator (11) aufweist, wobei der radiale Abstand (a) des Isolators (11) von den Kontaktstücken (15, 16) kleiner oder höchstens gleich dem Kontakthub gewählt ist. Zusätzlich können die Kontaktstücke (15,16) als Axial-Magnetfeld-Kontakte ausgebildet sein und kann der freie Querschnitt im Hinterraum der Kontaktstücke (15,16) durch radiale Erweiterungen (19,20; 22) an den Kontaktbolzen oder durch radiale Einschnürungen (23) des Isolators (21) eingeengt sein.

Beschreibung

[0001] Die Erfindung liegt auf dem Gebiet der Energieverteilung und ist bei der konstruktiven Ausgestaltung einer Vakuumschaltröhre anzuwenden, bei der die Schaltkontakte direkt von einem isolierenden Gehäuseteil umgeben sind.

[0002] Zur Stromunterbrechung in Energieverteilungsnetzen sowie bei der Stromversorgung größerer Verbraucher werden u.a. Vakuumschalter eingesetzt, die im wesentlichen aus einer Vakuumschaltröhre als dem eigentlichen Schaltorgan und aus einer Antriebseinrichtung bestehen, wobei das axial bewegliche Kontaktstück der Vakuumschaltröhre mit der Antriebseinrichtung fest gekoppelt ist. Die Antriebseinrichtung ist dabei so ausgelegt, daß sich innerhalb der Vakuumschaltröhre - je nach Schaltspannung - ein bestimmter Kontakthub im Bereich zwischen etwa 1 bis 20 mm ergibt (Prospekt "Mittelspannung/Vakuumschalttechnik" der Siemens AG, Nr. A 19 100-E 769-B 162, Seite 8).

[0003] Neben Vakuumschaltröhren, bei denen das Gehäuse im Bereich der Kontaktstücke aus einem metallischen Hohlzylinder besteht, der die Kontakte direkt umgibt und an den beidendig hohlzylindrische Isolatoren, in aller Regel aus Keramik, angelötet sind (DE 19 15 198), sind auch Vakuumschaltröhren üblich, deren zylindrisches Gehäuseteil aus einem oder zwei axial aneinander angrenzenden Isolatoren besteht und bei denen zum Schutz der Innenwand des Isolators gegen den Niederschlag von Metalldampf ein hohlzylindrischer Metallschirm vorgesehen ist. Dieser Metallschirm umgibt die Kontaktstücke direkt mit Abstand und ist entweder am Isolator oder an der Nahtstelle zweier Isolatoren oder an einer der beiden Endplatten des Gehäuses befestigt (DE 25 35 150, DE 26 12 129, DE 27 25 092).

[0004] Bei einer weiterhin bekannten Vakuumschaltröhre (US 5 004 877) mit einem hohlzylindrischen Isolator als sich axial erstreckendes Gehäuseteil ist zwischen den Kontaktstücken und dem Isolator kein Metallschirm vorgesehen. Um wenigstens an einem Ende des Isolators den Niederschlag von Metalldampf zu unterbinden, ist dort ein Metallschirm an dem feststehenden Kontaktbolzen befestigt.

[0005] Ausgehend von einer Vakuumschaltröhre gemäß den Merkmalen des Oberbegriffes des Patentanspruches 1 liegt der Erfindung die Aufgabe zugrunde, die Vakuumschaltröhre so auszugestalten, daß ohne Verwendung eines Metallschirmes das Isoliervermögen des Isolators sicher aufrechterhalten wird.

[0006] Zur Lösung dieser Aufgabe ist gemaß der Erfindung vorgesehen, daß der radiale Abstand des Isolators von den Kontaktstücken kleiner oder höchstens gleich dem Kontakthub ist.

[0007] Bei einer derartigen Ausgestaltung der Vakuumschaltröhre wird durch Minimierung des Abstandes zwischen den Kontaktstücken und dem umgebenden Isolator erreicht, daß der Isolator nur in einem begrenzten Bereich bedampft wird. Die verbleibenden unbedampften Oberflächenbereiche des Isolators sind dabei zur Aufrechterhaltung des erforderlichen Isoliervermögens ausreichend. Die Bedampfung des Isolators nur im Bereich der Kontaktstücke kann insbesondere bei Ausschaltströmen im Bereich 12 bis 25 kA zusätzlich dadurch begrenzt werden, daß die Kontaktstücke als Axial-Magnetfeld-Kontakte ausgebildet sind. Dabei wird von der magnetischen Abschirmwirkung von Axial-Magnetfeld-Kontakten Gebrauch gemacht, die darin besteht, daß unter der Einwirkung des fließenden Stromes ein magnetischer Käfig entsteht, der das Austreten von Metalldampf aus dem Bereich zwischen den beiden Kontakten nach außen wenigstens teilweise unterbindet. - Gemäß der Erfindung ausgebildete Vakuumschaltröhren können insbesondere für Vakuumschalter eingesetzt werden, die im unteren Leistungsbereich betrieben werden und somit Kurzschlußströme bis max. 25 kA zu schalten haben und bei denen aufgrund der Betriebsbedingungen abzusehen ist, daß sie nur einer geringen Anzahl von Kurzschlußstrom-Unterbrechungen während ihrer Lebensdauer standhalten müssen.

[0008] Zur Unterstützung des durch die erfindungsgemäße Dimensionierung erzielten Effektes, daß der Isolator nur in einem begrenzten Bereich bedampft wird, empfiehlt es sich, den freien Querschnitt zwischen dem jeweiligen Kontaktbolzen und dem Isolator im Bereich zwischen den Kontaktstücken und einer oder beiden Endplatten einzuengen. Diese Einengung kann beispielsweise durch eine Scheibe oder durch ein tellerartiges Teil erfolgen, das jeweils an einem oder beiden Kontaktbolzen oder an der Bodenseite eines oder beider Kontaktstücke befestiqt ist. Dabei ist es von Vorteil, wenn der freie Querschnitt auf eine Spaltbreite eingeengt ist, die kleiner oder höchstens gleich dem halben Kontakthub ist. Man kann aber auch in der Weise vorgehen, daß man den Isolator im Bereich des Hinterraumes eines oder beider Kontaktstücke mit einem radial nach innen ragenden ringförmigen Ansatz versieht, wodurch der zwischen diesem ringförmigen Ansatz und der Endplatte befindliche Bereich der Isolatorwandung sicher abgeschattet ist.

[0009] Ausführungsbeispiele der Erfindung sind in den Figuren 1 bis 3 dargestellt. Dabei zeigt

Figur 1

eine Vakuumschaltröhre mit den Merkmalen des Patentanspruches 1 und die

Figuren 2 und 3

zwei Ausführungsbeispiele mit zusätzlichen Merkmalen gemäß den Patentansprüchen 2 bis 5.

[0010] Die Vakuumschaltröhre gemäß Figur 1 weist in an sich bekannter Weise ein Gehäuse auf, das aus dem hohlzylindrischen Keramikisolator 11, den beiden metallischen Endplatten 12 und 13 und dem Federbalg 14 besteht. Innerhalb des Gehäuses sind die beiden Kontaktstücke 15 und 16 angeordnet, deren Kontaktbolzen 17 und 18 nach außen geführt und mit der Endplatte 12 bzw. dem Federbalg 14 vakuumdicht verlötet sind. Der Isolator 11 hat von den Kontaktstücken 15 und 16, bei denen es sich um Radialfeld- oder um Axialmagnetfeld-Kontakte handeln kann, einen radialen Abstand a, der kleiner als der Nennschalthub des axial beweglichen Kontaktstückes 16 gewählt ist. Dabei beträgt der Kontakthub des beweglichen Schaltkontaktes 5 etwa 14 mm.

[0011] Das Gehäuse der Vakuumschaltröhre 10 gemäß Figur 2 besteht ebenfalls aus einem hohlzylindrischen Keramikisolator 11, den beiden metallischen Endplatten 12 und 13 und dem Federbalg 14. Innerhalb des Gehäuses sind die beiden Kontaktstücke 15 und 16 angeordnet, deren Kontaktbolzen 17 und 18 nach außen geführt sind. Bei den Kontaktstücken 15 und 16 handelt es sich um an sich bekannte Topfkontakte, die mittels der vorgesehenen Schlitzung als Axial-Magnetfeld-Kontakte ausgebildet sind. Anstelle von Topfkontakten (z.B. EP-0 155 376) können auch andere Axial-Magnetfeld-Kontakte (z.B. DE 24 43 141) verwendet werden.

[0012] Der Innendurchmesser des Keramikisolator 11 ist so gewählt, daß der radiale Abstand a der Schaltkontakte 15/16 vom Isolator 11 kleiner oder höchstens gleich dem Nenn-Schalthub des Kontaktes 16 ist. - An den Boden der Kontaktstücke 15 und 16 sind weiterhin tellerartige Teile 19 bzw. 20 angelötet, die den freien Querschnitt im Hinterraum der beiden Kontakte 15 und 16 auf einen radialen Spalt einengen, dessen Spaltbreite b kleiner oder höchstens gleich dem halben Nenn-Kontakthub des Schaltkontaktes 16 ist.

[0013] Bei der Vakuumschaltröhre gemäß Figur 3 ist der radiale Abstand der beiden Schaltkontakte 15 und 16 vom Isolator 21 ebenfalls kleiner oder höchstens gleich dem Nenn-Kontakthub gewählt. Zur Verengung des Querschnittes im Hinterraum des Schaltkontaktes 16 ist die Zentrierscheibe 22 für den Faltenbalg 14 radial erweitert, so daß die verbleibende Spaltbreite höchstens gleich der Hälfte des Kontakthubes ist. - Im Hinterraum des Schaltkontaktes 15 ist der Keramikisolator 21 durch einen ringförmigen Ansatz 23 soweit eingeengt, daß der angrenzende Wandbereich des Isolators bis zur Endplatte 12 hin sicher abgeschattet ist.

Ansprüche

1. Vakuumschaltröhre, derem axial beweglichem Kontaktstück ein bestimmter Kontakthub zugeordnet ist und deren die Kontaktstücke umschließendes zylindrisches Gehäuse wenigstens einen hohlzylindrischen Isolator und zwei an den Stirnseiten angeordnete metallene Endplatten aufweist, wobei die Kontaktstücke direkt von dem Isolator umgeben sind,
dadurch gekennzeichnet,
daß der radiale Abstand (a) des Isolators (11) von den Kontaktstücken (15,16) kleiner oder höchstens gleich dem Kontakthub ist.

2. Vakuumschalter nach Anspruch 1,
dadurch gekennzeichnet,
daß die Kontaktstücke (15,16) als Axial-Magnetfeld-Kontakte ausgebildet sind

3. Vakuumschaltröhre nach Anspruch 1 oder 2.
dadurch gekennzeichnet,
daß im Bereich zwischen den Kontaktstücken (15,16) und einer oder beiden Endplatten (12,13) der freie Querschnitt zwischen dem jeweiligen Kontaktbolzen (17,18) und dem Isolator (11) durch eine Scheibe oder ein tellerartiges Teil (19,20), das an dem jeweiligen Kontaktbolzen oder an der Bodenseite des Kontaktteiles befestigt ist, eingeengt ist.

4. Vakuumschaltröhre nach Anspruch 3,
dadurch gekennzeichnet,
daß der freie Querschnitt auf eine Spaltbreite (b) eingeengt ist, die kleiner oder höchstens gleich dem halben Kontakthub ist.

5. Vakuumschaltröhre nach Anspruch 1 oder 2,
dadurch gekennzeichnet,
daß der Isolator (21) im Bereich des Hinterraumes eines oder beider Kontaktstücke (15) einen radial nach innen ragenden ringförmigen Ansatz (23) aufweist.

Zeichnung