DE10030670C2

DE10030670C2 - Vakuumschaltröhre mit zwei Kontaktsystemen

Info

Publication number: DE10030670C2
Application number: DE10030670A
Authority: DE
Inventors: Roman Renz; Norbert Steinemer
Original assignee: Siemens Corp
Current assignee: Siemens Corp
Priority date: 2000-06-23
Filing date: 2000-06-23
Publication date: 2002-06-13
Anticipated expiration: 2020-06-24
Also published as: CN1416586A; CN1193395C; US20030094438A1; DE10030670A1; EP1292959B1; EP1292959A1; US6720515B2; JP2003536221A; WO2001099132A1; DE50114619D1

Abstract

Die neue Vakuumschaltröhre soll die Funktionen "Schalten", "Trennen" und "Erden" ausüben können und kostengünstig herstellbar sein. Hierzu dient ein aus Radial- oder Axial-MF-Kontakten (21, 23) aufgebautes erstes Kontaktsystem (22), dessen bewegbarer Kontakt (21) mit dem bewegbaren Kontakt (26, 27) eines zweiten, aus Ringscheiben (16, 27) bestehenden Kontaktsystems (25) verbunden ist. Der feststehende Kontakt (13) des zweiten Kontaktsystems bildet ein ringartiges Teil des Gehäuses (10), an das sich zwei rohrförmige Isolatoren (11, 12) anschließen. Einer (11) der Isolatoren umgibt beide Kontaktsysteme (22, 25) und ist durch eine am bewegbaren Kontaktstück (21, 26) befestigte Abschirmung (31) geschützt, die die beiden Kontaktsysteme plasmaphysikalisch trennt.

Description

Die Erfindung liegt auf dem Gebiet der elektrischen Schalter und ist bei der konstruktiven Ausgestaltung einer Vakuum schaltröhre anzuwenden, bei der zur Ausübung der Funktionen "Schalten", "Trennen" und "Erden" das Gehäuse drei Kontakte enthält und einen Erdungsanschluss aufweist, der als ein me tallener Bereich des Gehäuses ausgebildet ist.

Bei einer bekannten Vakuumschaltröhre dieser Art besteht der metallene Teil des Gehäuses aus einem Zylinder, in den stirn endig ringscheibenförmige Isolatoren eingesetzt sind. Beide Isolatoren werden von jeweils einem Stromzuführungsbolzen ei nes ersten, konzentrisch zur Achse des Gehäuses angeordneten Kontaktsystems axial durchdrungen, wobei der Stromzuführungs bolzen des feststehenden Kontaktes des ersten Kontaktsystems mit dem einen Isolator vakuumdicht verlötet ist. Der Stromzu führungsbolzen des bewegbaren Kontaktes des ersten Kontakt systems ist bewegbar durch eine Bohrung des anderen Isolators hindurchgeführt. Der rückwärtige Teil des bewegbaren Kontak tes des ersten Kontaktsystem bildet zugleich den bewegbaren Kontakt eines koaxial zum ersten Kontaktsystem angeordneten zweiten Kontaktsystems, dessen feststehender Kontakt ring scheibenförmig ausgebildet und im Randbereich mit dem metal lenen Teil des Gehäuses verbunden ist. An dem einen Ende die ses Gehäuses ist ein Erdungskontakt angeordnet. - Dem ersten Kontaktsystem ist noch eine Abschirmung zugeordnet, die aus einem Zylinder besteht, welcher sich über ein ringförmiges Isolierstück am metallenen Zylinder abstützt (DE 20 37 234 A1).

Für Mittelspannungsschaltanlagen ist weiterhin ein Lasttrenn schalter bekannt, bei dem wenigstens zwei Kontaktpaare in ei nem gemeinsamen Vakuumgefäß angeordnet sind und bei dem die Kontaktpaare durch spezielle Abschirmungen plasmaphysikalisch voneinander getrennt sind. Hierzu können je Kontaktpaar zwei koaxiale Abschirmzylinder eingesetzt sein, deren Zylinderwän de sich in axialer Richtung überlappen. Die Abschirmzylinder sind dabei mit je einem der Kontakte des zugehörigen Kontakt paares elektrisch leitend verbunden. - Jedem Kontaktpaar kann weiterhin ein Masse-Kontakt zugeordnet sein, auf den der be wegliche Schaltkontakt schaltbar ist. Hierbei ist der beweg liche Schaltkontakt in drei Schaltstellungen fixierbar (DE 33 04 803 A1).

Ausgehend von einer Vakuumschaltröhre mit den Merkmalen des Oberbegriffes des Patentanspruches 1 (DE 20 37 234) liegt der Erfindung die Aufgabe zugrunde, eine den praktischen Bedürf nissen wie einfacher Aufbau und kostengünstige Herstellung genügende konstruktive Ausgestaltung zu schaffen.

Zur Lösung dieser Aufgabe ist gemäß der Erfindung zunächst vorgesehen, dass das erste Kontaktsystem Radial- oder Axial- Magnetfeld-Kontaktstücke und das zweite Kontaktsystem jeweils mittels eines Kontaktträgers angeordnete ringscheibenförmige Kontaktstücke aufweist, wobei der Kontaktträger des einen ringscheibenförmigen Kontaktstückes an der Bodenseite des be wegbaren Radial- oder Axial-Magnetfeld-Kontaktes angeordnet ist und der Kontaktträger des anderen ringscheibenförmigen Kontaktstückes den Erdanschluss bildet; weiterhin sind die beiden Isolatoren rohrförmig ausgebildet und unter Zwischen schaltung des Erdungsanschlusses stirnseitig miteinander ver bunden, wobei der eine Isolator das erste Kontaktsystem und im wesentlichen auch den bewegbaren Kontakt des zweiten Kontaktsystems umgibt; schließlich ist die Abschirmung zwecks plasmaphysikalischer Trennung des ersten Kontaktsystems von dem zweiten Kontaktsystem als labyrinthartiges Schirmsystem ausgebildet, welches aus einem das erste Kontaktsystem umge benden Rohr besteht, das mit dem an dem beweglichen Kontakt angeordneten Kontaktträger des ringscheibenförmigen Kontaktes eine Kappe bildet.

Bei einer derartigen Ausgestaltung der Vakuumschaltröhre kön nen für den Aufbau und die Herstellung der Schaltröhre über wiegend übliche Bauteile sowie übliche Fertigungsmaßnahmen eingesetzt werden, so dass sich die Vakuumschaltröhre wirt schaftlich herstellen lässt. Die Verwendung von Magnetfeld- Kontaktstücken und die vorgesehene Ausgestaltung der Abschir mung gewährleisten dabei die elektrische Leistungsfähigkeit der Schaltröhre.

Die Verwendung von rohrförmig ausgebildeten Isolatoren, ins besondere Keramikisolatoren, ist für Vakuumschaltröhren an sich gebräuchlich, ebenso die Ausgestaltung der Kontaktstücke als Radial- oder Axial-Magnetfeld-Kontakte (EP 0 155 376 B1, DE 25 27 319 A1).

Da das zweite Kontaktsystem nur für die notwendige Einschalt festigkeit ausgelegt sein muss, genügt für die entsprechenden Kontaktstücke eine einfache Platten- oder Ringscheibengeome trie; als einschaltfestes Kontaktmaterial kommt vorzugsweise ein Werkstoff auf der Basis Kupfer/Chrom zur Anwendung. - Ge gebenenfalls kann - zur weiteren konstruktiven Vereinfa chung - der Kontaktträger des bewegbaren Kontaktstückes einstückig mit dem das erste Kontaktsystem umgebenden Rohr ausgebildet sein. Hierbei besteht auch die Möglichkeit, dass der Kontaktträger - bei entsprechender Formgebung - zugleich das bewegbare, ringscheibenförmige Kontaktstück bildet.

Um den labyrinthartigen Charakter der Abschirmung zu betonen, empfiehlt es sich, den Abstand des Rohres von dem das Kon taktsystem umgebenden Isolator kleiner als den Abstand des Rohres von dem ersten Kontaktsystem zu wählen.

Zwei Ausführungsbeispiele der neuen Vakuumschaltröhre sind in den Fig. 1 und 2 dargestellt. Dabei zeigt

Fig. 1 eine Vakuumschaltröhre mit zweistückig ausgebildeter Abschirmung und

Fig. 2 eine Vakuumschaltröhre mit einstückig ausgebildeter Abschirmung.

Fig. 1 zeigt eine Vakuumschaltröhre, die im wesentlichen ein Gehäuse 10, ein erstes Kontaktsystem 22, ein zweites Kontakt system 25 und eine Abschirmung 30 aufweist.

Das Gehäuse 10 besteht aus Isolier- und Metall-Teilen. Zwei rohrförmige Keramikisolatoren 11 und 12 sind koaxial zueinan der angeordnet und unter Zwischenschaltung eines metallenen Teiles 13 miteinander verbunden. Das metallene Teil 13 bildet den Erdungskontakt der Vakuumschaltröhre und ist hierzu als konzentrisch zur Achse A des Gehäuses angeordnetes kurzes, dickwandiges Rohrstück 14 mit radial verlaufendem Anschluss flansch 15 ausgestaltet. Das Rohrstück 14 bildet einen ring förmigen Kontaktträger für ein ringscheibenförmiges Kontakt stück 16. - An den Anschlussflansch 15 sind beidseitig nicht näher bezeichnete ringförmige Winkelstücke angelötet, die als Verbindungsteile zur Verbindung des metallenen Teiles 13 mit den Keramik-Isolatoren 11 und 12 mittels einer Schneidenlö tung dienen.

Das Gehäuse 10 weist weiterhin eine metallene obere Deckplat te 17 und eine metallene untere Deckplatte 18 auf, die je weils mittels einer Schneidenlötung mit dem Keramik-Isolator 11 bzw. dem Keramik-Isolator 12 verlötet sind. An die untere Deckplatte 18 ist noch das eine Ende eines Faltenbalges 19 angelötet, der mit seinem anderen Ende mit einem Stromzufüh rungsbolzen 20 verlötet ist.

Der Stromzuführungsbolzen 20, der bewegbar durch die untere Deckplatte 18 hindurchgeführt ist, trägt an seinem obere Ende das bewegbare Kontaktstück 21 des ersten Kontaktsystems, wel ches zum Schalten von Strom und Spannung vorgesehen ist. Ko axial zum bewegbaren Kontaktstück 21 ist ein feststehendes Kontaktstück 23 angeordnet, das mittels eines Stromzufüh rungsbolzens 24 an der oberen Deckplatte 17 befestigt ist.

Der Stromzuführungsbolzen 20, der durch das den Erdungskon takt bildende metallene Teil 13 hindurchgeführt ist, trägt auch den bewegbaren Kontakt (27) des zweiten Kontaktsystems 25. Hierzu ist auf der Rückseite des bewegbaren Kontaktes 21 ein flacher, topfartiger, dickwandiger Kontaktträger 26 angeord net, der eine ringscheibenförmige Kontaktscheibe 27 trägt. Die Anordnung des Kontaktträgers 26 ermöglicht es, dem ersten Kontaktsystems (22) eine Abschirmung zuzuordnen, die aus einem mit dem Kontaktträger 26 verbundenen Rohrstück 31 besteht. Da durch wird ein Schirmsystem gebildet, das kappenartig das erste Kontaktsystem 22 überdeckt. Dabei ist der Abstand S1 des Rohrstückes 31 von dem das erste Kontaktsystem 22 und das zweite Kontaktsystem 25 umgebenden Keramik-Isolator 11 größer als der Abstand S2 des Rohres 31 von dem Kontaktsystem 22 ge wählt, wodurch ein labyrinthartiges Schirmsystem gebildet ist, welches das erste Kontaktsystem 22 vom zweiten Kontakt system 25 plasmaphysikalisch trennt.

Bei dem ersten Kontaktsystem 22 sind die Kontakte 21 und 23 als Axial-Magnetfeld-Kontakte ausgebildet; die Kontakte des zweiten Kontaktsystems sind als einfache Ringscheiben 16 und 27 ausgebildet und bestehen aus einem Cu-Cr-Werkstoff.

Fig. 2 zeigt ausschnittsweise eine Vakuumschaltröhre, die gegenüber Fig. 1 bezüglich der Ausgestaltung des zweiten Kontaktsystems und der Abschirmung variiert ist. Dabei ist der feststehende, den Erdungsanschluss 34 bildende Kontakt des zweiten Kontaktsystems als mit einem Anschlussflansch 35 versehene Ringscheibe ausgebildet, auf die ein ringscheiben förmiges Kontaktstück 36 aufgesetzt ist. - An der Rückseite des bewegbaren Kontaktstückes 21 des ersten Kontaktsystems ist eine das erste Kontaktsystem umgebende Kappe 37 angeord net, deren Bodenbereich 38 so geformt ist, dass eine ringför mige Schulter 39 gebildet ist. Diese Schulter kann selbst den bewegbaren Kontakt des zweiten Kontaktsystems bilden oder in ähnlicher Weise wie der Erdungskontakt 34 mit einem kreis ringförmigen Kontaktstück belegt sein. - Bei diesem Ausfüh rungsbeispiel bildet der Bodenbereich 38 der Kappe 37 zugleich den Kontaktträger für den bewegbaren Kontakt des zweiten Kontaktsystems. Die Seitenwand 40 der Kappe ist zy lindrisch ausgebildet und bildet zusammen mit dem Bodenbe reich 38 die Abschirmung.

Claims

1. Vakuumschaltröhre mit drei in einem zylindrischen Gehäuse angeordneten Kontakten zur Ausübung der Funktionen "Schal ten", "Trennen" und "Erden",
wobei das Gehäuse (10) einen als Erdungsanschluss ausgebilde ten metallenen Bereich (13) sowie zwei aus Isolatoren (11, 12) bestehende Bereiche aufweist,
bei der ein bewegbarer (21) und ein erster feststehender (23) Kontakt ein erstes Kontaktsystem (22) und der bewegbare (21) und ein zweiter feststehender, mit dem Erdungskontakt (14, 15) verbundener Kontakt (16) ein zweites Kontaktsystem (25) bilden,
bei der beide Kontaktsysteme koaxial zueinander sowie konzen trisch zur Achse (A) des Gehäuses (10) angeordnet sind und bei der das erste Kontaktsystem von einer Abschirmung umgeben ist,
dadurch gekennzeichnet,
dass das erste Kontaktsystem (22) Radial- oder Axial-Magnetfeld- Kontaktstücke (21, 23) und das zweite Kontaktsystem (25) jeweils mittels eines Kontaktträgers (14, 26) angeordnete, ringschei benförmige Kontaktstücke (16, 27) aufweist,
wobei der Kontaktträger (26) des einen ringförmigen Kontakt stückes (27) an der Rückseite des bewegbaren Radial- oder Axial-Magnetfeld-Kontaktes (21) angeordnet ist und der Kon taktträger (14) des anderen ringscheibenförmigen Kontaktstü ckes (16) den Erdungsanschluss bildet,
dass die beiden Isolatoren (11, 12) rohrförmig ausgebildet und unter Zwischenschaltung des Erdungsanschlusses (13) stirnseitig miteinander verbunden sind,
wobei der eine Isolator (11) das erste (22) Kontaktsystem und im wesentlichen auch den bewegbaren Kontakt (26, 27) des zweiten Kontaktsystems (25) umgibt,
und dass die Abschirmung zwecks plasmaphysikalischer Trennung des ersten Kontaktsystems (22) von dem zweiten Kontaktsystem (25) als labyrinthartiges Schirmsystem (30) ausgebildet ist, welches aus einem das erste Kontaktsystem (22) umgebenden Rohr (31) besteht, das mit dem an dem bewegbaren Kontakt an geordneten Kontaktträger (26) des ringscheibenförmigen Kon taktstückes (27) eine Kappe bildet.

2. Vakuumschaltröhre nach Anspruch 1 dadurch gekennzeichnet, dass der Kontaktträger des bewegbaren, ringscheibenförmigen Kontaktstückes (16) als flacher, dickwandiger Topf (26) aus gebildet ist.

3. Vakuumschaltröhre nach Anspruch 1 dadurch gekennzeichnet, dass der Kontaktträger des bewegbaren, ringscheibenförmigen Kontaktstückes einstückig mit dem das erste Kontaktsystem (22) umgebenden Rohr (31) ausgebildet ist.

4. Vakuumschaltröhre nach Anspruch 3 dadurch gekennzeichnet, dass der Kontaktträger zugleich das ringscheibenförmige Kon taktstück bildet.

5. Vakuumschaltröhre nach einem der Ansprüche 1 bis 4 dadurch gekennzeichnet, dass der Abstand (S1) des Rohres (31) von dem Isolator (11) kleiner als der Abstand (S2) des Rohres (31) von dem ersten (22) Kontaktsystem ist.

6. Vakuumschaltröhre nach einem der Ansprüche 1 bis 5 dadurch gekennzeichnet, dass der den Erdungsanschluss (13) bildende Kontaktträger (14) des zweiten Kontaktsystems als dickwandiges Rohrstück mit radial verlaufendem Flansch (15) ausgebildet ist.

7. Vakuumschaltröhre nach einem der Ansprüche 1 bis 5 dadurch gekennzeichnet, dass der den Erdungsanschluss (34) bildende Kontaktträger als Ringscheibe ausgebildet ist.

8. Vakuumschaltröhre nach einem der Ansprüche 1 bis 7 dadurch gekennzeichnet, dass die ringscheibenförmigen Kontaktstücke (16, 27)des zwei ten Kontaktsystems (25) aus einem Kupfer-Chrom-Werkstoff be stehen.