DE3829888C2 - - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft eine Vakuum-Schaltkammer mit ei­ ner hohlzylindrischen Isolierkeramik, die stirnseitig mit metallischen Deckeln verschlossen ist, durch die re­ lativ zueinander bewegliche, Schaltkontaktstücke tragen­ de Leiterstengel hindurchgeführt sind, mit einer, die Schaltkontaktstücke ungebenden, von der Isolierkeramik gehalterten, zylinderförmig ausgeführten, metallischen Zentralabschirmung.

Die Zentralabschirmung hat insbesondere die Aufgabe, die innere Isolierkeramik, vorwiegend Al₂O₃, gegen Ablage­ rungen von leitendem Material abzuschirmen, das von den Schaltkontakten während einer Schalthandlung verdampft wird. Vielfach wird die Zentralabschirmung durch den Lichtbogen selbst angeschmolzen und dessen Material teilweise verdampft. Als Abschirmungsmaterialien werden überwiegend Edelstähle eingesetzt. Dieses Material hat jedoch die Eigenschaft, viele und große Metallflitter zu bilden, die z. B. zwischen den Schirmen oder zwischen der Zentralabschirmung und dem Kontaktsystem angesie­ delt, die innere Spannungsfestigkeit der Schaltkammer erheblich herabsetzen.

Bei einer bekannten Schaltkammer der eingangs genannten Art (DE-AS 11 85 690) ist in der Zentralabschirmung eine Ausnehnung vorgesehen, in der der Getter befestigt ist; dieser soll nicht aus der Umfangsfläche der Zentralab­ schirmung hervorstehen. Hierbei kann der Getter nicht allen Anforderungen gerecht werden; insbesondere seine Anbringung ist montageintensiv und er beeinträchtigt - da er nicht lückenlos in die Zentralabschirmung einsetz­ bar ist - die Schirmwirkung.

Für die Schaltkammer eines Vakuum-Leistungsschalters ge­ mäß DE-OS 19 10 833 ist ebenfalls der Vorschlag gemacht worden, Gettermaterial, unter anderem Titan, an der Zen­ tralabschirmung anzuordnen, um es der Lichtbogenwärme auszusetzen.

Aus der DE-AS 10 63 247 ist es bekannt, mindestens einem der Schaltkontaktstücke Gettermaterial, insbesondere Ti­ tan beizugeben oder ihn insgesamt aus Gettermaterial herzustellen. Bei Lichtbogeneinwirkung wird der Get­ terwerkstoff verdampft und schlägt sich an den kalten Metall- insbesondere Schirmoberflächen nieder, die dann wiederum als Getter wirken und in der Lage sind, che­ misch aktive Gase zu binden. Bei der Anbringung des hochschmelzenden Getterwerkstoffes Titan in die Kontakt­ stücke ist man jedoch gewissen Zwängen unterworfen. Ins­ besondere weisen Titan-Schaltkontaktstücke oder mit die­ sem Material auflegierte bzw. gesinterte kein optimales Lichtbogenlöschverhalten auf.

Schließlich ist es bei einer Vakuum-Schaltkammer (DE-PS 27 43 755), deren Isolierkeramik aus zwei Einzel­ zylindern aufgebaut ist, bekannt, die zweiteilig ausge­ führte zylindrische Zentralabschirmung entlang der Stoß­ stelle zwischen den Einzelzylindern galvanisch nach au­ ßen zu führen. Damit soll ein Anschluß für einen Leckde­ tektor hergestellt werden.

Die Aufgabe der Erfindung besteht darin, das Gettermate­ rial in Form und Anordnung so zu wählen, daß es problem­ los anzubringen ist, optimal wirkt und sich leicht, nämlich ohne eine Leistungsabschaltung, aktivieren läßt. Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß durch die im Patentanspruch 1 angegebene Merkmalskombination gelöst.

Ein besonderer, mit der Erfindung erzielbarer Vorteil besteht darin, daß bei der Konditionierung (Entladungen zwischen Mittelschirm und Schaltkontakten) auf jeden Fall Gettermaterial verdampft und d. h. weiter, daß nur geringe Metallanteile zur Verdampfung gebracht werden müssen, was die Konditionierungseinrichtung vereinfacht sowie die -zeit verringert.

Des weiteren wird bei nahezu jeder Leistungsschaltung der Schaltkammer Gettermaterial aus der die Schaltkontakt­ stücke umgebenden Zentralabschirmung verdampft und somit über die gesamte Lebensdauer der Schaltkammer eine aus­ reichende Getterkapazität zur Verfügung stehen.

Die Verwendung von reinem Titan ist anzu­ raten, da es unter anderem in der Lage ist, Methangas (CH₄) zu binden, so daß weitere teure Getter entbehrlich sind. CH₄ ist eine spezifische Restgaskomponente bei "kalten" Kammern, die bekanntlich schwer zu gettern ist.

Aufgrund der hohen Schmelztemperatur im Vergleich zu Edelstahl entstehen bei Titan beim Anschmelzen nur mi­ nimale, die Spannungsfestigkeit beeinträchtigende Me­ tallflitter (Fäden).

Zugunsten von Titan spricht weiterhin, daß dessen linea­ rer Ausdehnungskoeffizent dem der Isolierkeramik (Al₂O₃) sehr nahe kommt; d. h. die Titan-Zentralabschirmung kann unmittelbar, also ohne Zwischenfügung von Kompensations­ schichten in Aussparungen der Isolierkeramik befestigt oder vollständig dort eingefügt sein.

Bei Verwendung von zwei aufeinander stehenden, durch Lö­ tung miteinander verbundenen Keramikzylindern kann die zylindrische Zentralabschirmung in Ausnehmungen der Ke­ ramikzylinder eingefügt werden. Dabei dient die Zentral­ abschirmung gleichzeitig als Zentrierelement für die Ke­ ramikzylinder, was besondere Lötvorrichtungen einspart.

Da die Erfindung vorsieht, eine galvanische Verbindung von der Zentralabschirmung entlang der Lötstelle nach außen zu führen, ist es möglich, eine Spannungskonditio­ nierung der Schaltkammer über die Abschirmung vorzuneh­ men. Damit wird keine Leistungsabschaltung mehr für die Freisetzung von Gettermaterial benötigt.

Die Erfindung wird anhand der Zeichnun­ gen im folgenden näher erläutert. Es zeigt

Fig. 1 einen Längsschnitt durch eine Vakuum-Schalt­ kammer,

Fig. 2 eine vergrößerte Schnittdarstellung aus dem Bereich der Zentralabschirmung.

Das aus isolierender Keramik (Al₂O₃) gebildete Mantelge­ häuse der Schaltkammer 1 wird von zwei Keramikzylindern 2, 3 dargestellt, die an den Stirnseiten miteinander über die Lötnaht 4 verbunden sind. Verschlossen ist der Keramikzylinder 2, 3 mittels der metallischen Abschluß­ deckel 5, 6. Letztere werden dicht von Schaltkontakt­ stücke 9, 10 tragenden Leiterstengeln 7, 8 durchgriffen. Eine Zentralabschirmung in Form eines Abschirmzylinders 11 umgibt die Schaltkontaktstücke und ist in inneren Ausnehmungen 12a, 12b der Keramikzylinder 2, 3 bündig eingesetzt.

Die Enden des Abschirmzylinders 11 tragen weitere, in die Schaltkammer ragende zylindrische Schirmabssätze 11a, 11b. Sie können unmittelbar am Abschirmzylinder 11 angeformt oder zwischen dessen Enden und dem radialen Absatz des jeweiligen Keramikzylinders 2, 3 eingesetzt sein.

Weitere zylindrische Schirmteile 13a, 13b decken die je­ weilige innere Kante des Keramikzylinders 2, 3 ab. Die Schirmabsätze 11a, 11b können - ebenso wie die Zentral­ abschirmung - aus Titan oder aber aus einem weichen Ma­ terial, z. B. Kupfer, gebildet sein.

Ein Wellenrohr 14 übernimmt die Abdichtung zwischen dem beweglichen Leiterstengel 8 sowie dem Abschlußdeckel 6. Es wird im Bereich des Keramikzylinders 3 von einem zy­ lindrischen Schirm 15 abgedeckt, der am Leiterstengel 8 festgemacht ist.

Der Abschirmzylinder 11 besteht aus einem Getterwerk­ stoff, insbesondere Titan. Dieser ist, um eine Span­ nungskonditionierung der Schaltkammer vornehmen zu kön­ nen, mit der Außenseite der Schaltkammer elektrisch ver­ bunden. Die Verbindung ist entlang der Lötnaht 4 oder über diese selbst vorgenommen. Zu diesem Zweck sind an der Innenseite der Lötnaht besondere Kontaktanschlußele­ mente 16 in Form von Laschen angeordnet, die mit dem Ab­ schirmzylinder zumindest beim Montieren in Kontakt bringbar sind. Bei Löttemperatur gehen diese Teile zu­ sätzlich eine Lötverbindung miteinander ein, so daß eine sichere elektrische Verbindung vom Abschirmzylinder 11 zur Außenseite der Schaltkammer hergestellt ist.

Bei der Konditionierung wird eine hohe Spannung an der Lötnaht 4 von außen angelegt und die geschlossenen Schaltkontaktstücke geerdet. Die nun stattfindenden en­ ergiereichen Entladungen zwischen der Zentralabschirmung 11 und den Schaltkontaktstücken 9, 10 bewirken eine Oberflächenreinigung der beteiligten Metallflächen. Gleichzeitig wird durch das sogenannte Konditionieren Getterwerkstoff freigesetzt. Dieses hat zur Folge, daß freigesetzte Gase nach Beendigung des Konditioniervor­ gangs sofort gebunden werden und der Innendruck der Kam­ mer sinkt.

Claims (6)

1. Vakuum-Schaltkammer mit einer hohlzylindrischen Isolierkeramik, die stirnseitig mit metallischen Deckeln verschlossen ist, durch die relativ zueinander bewegli­ che, Schaltkontaktstücke tragende Leiterstengel hin­ durchgeführt sind, mit einer, die Schaltkontaktstücke umgebenden, von der Isolierkeramik gehalterten, zylin­ derförmig ausgeführten, metallischen Zentralabschirmung, dadurch gekennzeichnet, daß die Zentralabschirmung (11) vollständig aus getterfähigem Material, insbesondere Ti­ tan, gebildet und zum Zwecke der Getteraktivierung bzw. Konditionierung der Schaltkammer mindestens eine lei­ tende Verbindung (4, 16) von der Zentralabschirmung zur Außensei­ te der Schaltkammer (1) hin hergestellt ist.

2. Schaltkammer nach Anspruch 1, dadurch gekenn­ zeichnet, daß die Isolierkeramik aus zwei Keramikzylin­ dern (2, 3) aufgebaut ist und letztere unter Bildung ei­ ner Lötnaht (4) stirnseitig miteinander verbunden sind und daß entlang dieser Lötnaht die leitende Verbindung zur Außenseite der Schaltkammer geführt ist.

3. Schaltkammer nach Anspruch 1 oder 2, dadurch ge­ kennzeichnet, daß die Lötnaht (4) sowohl an der Schalt­ kammerinnenseite als auch an der -außenseite Kontaktan­ schlußelemente (18) aufweist.

4. Schaltkammer nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Zentralabschirmung (11) bün­ dig an der Innenseite der Keramikzylinder (2, 3) anliegt und in von letzteren gebildeten Ausnehmungen (12a, 12b) gehalten ist.

5. Schaltkammer nach Anspruch 4, dadurch gekenn­ zeichnet, daß die als Abschirmzylinder (11) ausgebildete Zentralabschirmung mit der inneren Zylinderfläche der Keramikzylinder (2, 3) bündig abschließt.

6. Schaltkammer nach Anspruch 4 oder 5, dadurch ge­ kennzeichnet, daß zwischen einem am Ende der jeweiligen Ausnehmung (12a, 12b) gebildeten Absatz am Keramikzylin­ der (2, 3) sowie den Stirnen des Abschirmzylinders (11) Schirmabsätze (11a, 11b) eingesetzt sind.