DE19852530C1 - Vakuumschalter, insbesondere für Hochspannung - Google Patents

Abstract

Bei einem Vakuumschalter mit einem in einer Vakuumschaltkammer (1) angeordneten feststehenden Schaltkontakt (7) und mit einem gegen diesen axial verschiebbaren, von einem Schaltstift (10) getragenen Schaltkontakt (8), wobei der Schaltstift (10) von einem die Vakuumkammer (1) abdichtenden Metallfaltenbalg (14) koaxial umschlossen ist und der axial verschiebbare Schaltkontakt (8) zumindest in der Einschaltstellung unter der Wirkung einer zwischen den Schaltkontakten (7, 8) die erforderliche Kontaktkraft erzeugenden Einrichtung steht, besteht diese aus einem im Bereich der Vakuumschaltkammer (1) angeordneten Magneten (16), der mit einem an dem Schaltstift (10) angeordneten Anker (17) derart in Wirkverbindung steht, daß im geschlossenen Zustand der Schaltkontakte (7, 8) der Anker (17) der maximalen Anziehungskraft des Magneten (16) ausgesetzt ist.

Description

Die Erfindung betrifft einen Vakuumschalter, insbesondere für Hochspannung, mit einem in einer Vakuumschaltkammer angeord­ neten feststehenden Schaltkontakt und mit einem gegen diesen axial verschiebbaren, von einem mit dem Schalterantrieb in Verbindung stehenden Schaltstift getragenen Schaltkontakt, wobei der Schaltstift von einem die Vakuumschaltkammer ab­ dichtenden Metallfaltenbalg koaxial umschlossen ist und der axial verschiebbare Schaltkontakt zumindest in der Einschalt­ stellung unter der Wirkung einer zwischen den Schaltkontakten die erforderliche Kontaktkraft erzeugenden Einrichtung steht, die aus einem im Bereich der Vakuumschalter angeordneten Magneten besteht.

Ein derartiger Vakuumschalter ist in ähnlicher Form aus der US 3,663,906 bekannt. Die Kontaktkraft wird dort durch eine mit dem Schaltstrom beaufschlagte Leiterschleife erzeugt.

Ein Vakuumschalter geht hinsichtlich der Anordnung der Schaltkontakte in einer Vakuumschaltkammer und des mit dem Schalterantrieb in Verbindung stehenden Schaltstiftes, der von einem die Vakuumschaltkammer abdichtenden Metallfal­ tenbalg koaxial umschlossen ist, im wesentlichen beispiels­ weise aus der DE 196 03 158 A1 hervor. Um die Funktionsfähig­ keit des Vakuumschalters zu gewährleisten, steht der axial verschiebbare Schaltkontakt über den zugehörigen Schaltstift in der Einschaltstellung unter der Wirkung einer zwischen den Schaltkontakten die erforderliche Kontaktkraft erzeugenden Einrichtung. Dabei kommen als die erforderliche Kontaktkraft erzeugenden Einrichtungen dort Federn zur Anwendung, die in den Schalterantrieb des Vakuumschalters integriert sind.

Eine Variante der Anordnung der Druckfeder innerhalb des Schalterantriebes von Vakuumschaltern ist aus der EP 0 172 986 A2 ersichtlich. Um insbesondere den den axial verschiebbaren Schaltkontakt tragenden Schaltstift wäh­ rend des Schalthubes frei von Querkräften zu halten, trägt bei diesem Schaltantrieb das eine Ende der rechtwinklig zur Bewegungsrichtung des Schaltstiftes verlaufenden Antriebs­ stange einen in eine Kulisse eingreifenden Zapfen. Während an diesem das eine Ende eines Pleuels angelenkt ist, ist das an­ dere Ende des Pleuels über eine Schleppverbindung am Schaltstift angelenkt. Die auf dem Pleuel verschwenkbar ange­ ordnete Druckfeder, die während des Einschalthubes gespannt wird und in der Einschaltstellung die erforderliche Kontakt­ kraft zwischen den Schaltkontakten erzeugt, ist einerseits am Pleuel und andererseits über ein Kopplungsstück am Schaltstift abgestützt.

Weitere Ausführungsvarianten der Anordnung einer die erfor­ derliche Kontaktkraft zwischen den Schaltkontakten eines Vakuumschalters erzeugenden Druckfeder gehen beispielsweise auch aus den DE 39 06 786 A1 und DE 39 01 712 A1 hervor. Da­ bei wird gemäß dem Vakuumschalter nach der DE 39 01 712 A1 eine Anordnung der Druckfeder geschaffen, die auf die axial verschiebbaren Schaltkontakte von zwei spiegelbildlich ange­ ordneten Vakuumschaltkammern wirkt.

Unabhängig davon, wie die Anordnung der die Kontaktkraft er­ zeugenden Druckfeder bei dem jeweiligen Vakuumschalter ge­ troffen wird, ist sie immer in den Schalterantrieb des Vaku­ umschalters integriert. Das aber bedeutet, daß dies stets, wie besonders aus der Anordnung der Druckfeder innerhalb des Schalterantriebes des Vakuumschalters nach der EP 0 172 986 A2 hervorgeht, mit einer aufwendigen ko­ stenerhöhenden Konstruktion verbunden ist. Dabei sind außer­ dem durch das Gestänge des Schalterantriebes zusätzliche Kräfte aufzubringen, was gleichzeitig mit einer erhöhten An­ triebsenergie verbunden ist.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, einen Vakuumschal­ ter entsprechend dem Oberbegriff von Anspruch 1 zu schaffen, durch den bei Reduzierung des Aufwandes für die die erforder­ liche Kontaktkraft erzeugende Einrichtung die in der Ein­ schaltstellung zwischen den Schaltkontakten erforderliche Kontaktkraft das Gestänge des Schalterantriebes nicht beein­ flußt, so daß dieses kräftefrei bleibt und gleichzeitig eine Verringerung der Antriebsenergie erreicht wird.

Erfindungsgemäß wird dieses dadurch erreicht, daß der Magnet mit einem an dem den axial verschiebbaren Schaltkontakt tragenden Schaltstift angeordneten Anker derart in Wirkverbindung steht, daß im geschlossenen Zustand der Schaltkontakte der Anker der maximalen, aus dem magnetischen Feld des Magneten resultierenden Anziehungskraft ausgesetzt ist. Dabei ist sowohl der Magnet als auch der Anker vorteilhaft innerhalb der Vakuumschaltkammer angeordnet. Das schließt jedoch nicht aus, daß sowohl der Magnet als auch der Anker außerhalb der Vakuumschaltkammer angeordnet sein können, und zwar unmittelbar am Austritt des den axial verschiebbaren Schaltkontakt tragenden Schaltstiftes aus der Vakuumschaltkammer, und zwar vor der Verbindung dieses Schaltstiftes mit dem Schalterantrieb.

Der Magnet kann sowohl ein Dauermagnet als auch ein Elektro­ magnet sein. Bei der Anordnung des Magneten und damit des An­ kers innerhalb der Vakuumschaltkammer sollte der Magnet zweckmäßigerweise jedoch ein Dauermagnet sein, da dadurch die bei einem Elektromagneten zu berücksichtigenden Abdichtungen bei der Hereinführung der elektrischen Leiter in die Vakuum­ schaltkammer entfallen.

In weiterer Ausgestaltung der Erfindung ist der den axial verschiebbaren Schaltkontakt tragende Schaltstift im Bereich des Bodens der Vakuumschaltkammer von einem am Boden befe­ stigten Tragkörper konzentrisch umschlossen, an dem der Magnet (16) angeordnet ist.

Ist der Tragkörper und damit der an diesem befestigte Magnet innerhalb der Vakuumschaltkammer angeordnet, so ist es für die Ausbildung sowohl des Metallfaltenbalges als auch des Tragkörpers hinsichtlich ihrer Abmessungen vorteilhaft, wenn der Tragkörper mit dem Magneten innerhalb des Raumes angeord­ net ist, der durch den die Vakuumschaltkammer abdichtenden, den mit dem Schalterantrieb in Verbindung stehenden Schaltstift koaxial umschließenden Metallfaltenbalg begrenzt ist. Das schließt jedoch nicht aus, daß der Tragkörper und damit der Magnet auch außerhalb des Metallfaltenbalges, also unmittelbar innerhalb der Vakuumschaltkammer angeordnet sein können, und zwar besonders dann, wenn der Ausbildung der Va­ kuumschaltkammer ein Metallfaltenbalg kleiner Abmessungen ge­ recht wird, so daß der Raum, der durch den Metallfaltenbalg begrenzt ist, für die Anordnung des Tragkörpers und damit des Magneten nicht ausreichend ist.

Damit über die gesamte Kontaktfläche der Schaltkontakte die für eine einwandfreie Funktion des Vakuumschalters erforder­ liche Kontaktkraft zwischen den Schaltkontakten zur Verfügung steht, sind sowohl der Magnet als auch der Anker ringförmig ausgebildet.

Indem gemäß einem weiteren Merkmal der Erfindung sowohl der Magnet als auch der Anker im Bereich ihres Zusammentreffens bei einem Einschaltvorgang jeweils eine in axialer Richtung der Schaltstifte verlaufende konusförmige Auflauffläche be­ sitzen, derart, daß die Auflauffläche des Ankers mit der Auf­ lauffläche des Magneten korrespondiert, wird gleichzeitig der Abbrand an den Schaltkontakten des Vakuumschalters berück­ sichtigt. Erfolgt also ein Abbrand an den Schaltkontakten, so berücksichtigen die korrespondierenden konusförmigen Auf­ laufflächen sowohl am Magnet als auch am Anker stets den größer werdenden aus dem Abbrand resultierenden Schalthub des Schaltstiftes. Das aber bedeutet, daß der Anker unabhängig vom Abbrand an den Schaltkontakten im Einschaltzustand immer einer ausreichenden, aus dem magnetischen Feld des Magneten resultierenden Anziehungskraft ausgesetzt ist.

Die Erfindung wird anhand von zwei Ausführungsbeispielen näher erläutert.

In den zugehörigen Zeichnungen zeigen:

Fig. 1 den Schnitt einer Vakuumschaltkammer eines Vakuum­ schalters mit einer die erforderliche Kontaktkraft zwischen den Schaltkontakten erzeugenden Einrichtung und

Fig. 2 den Schnitt einer Vakuumschaltkammer mit einer ge­ genüber Fig. 1 veränderten Ausführung und Anordnung der die erforderliche Kontaktkraft erzeugenden Ein­ richtung.

Wie die Fig. 1 zeigt, besteht die Vakuumschaltkammer 1 im wesentlichen aus einem oberen und einem unteren Isolierzylin­ der 2, 3, zwischen denen ein Metalldampfschirm 4 befestigt ist. An ihren Stirnseiten wird die Vakuumschaltkammer 1 durch den Boden 5 sowie durch die Endplatte 6 begrenzt. Dabei ist sowohl der Boden 5 als auch die Endplatte 6 vakuumdicht mit dem jeweiligen Isolierzylinder 2, 3 verbunden.

Ausgehend von der in Fig. 1 gezeigten Ausschaltstellung ste­ hen sich innerhalb der Vakuumschaltkammer 1 zwei Schaltkon­ takte 7, 8 gegenüber, von denen der Schaltkontakt 7 festste­ hend ist und von einem Schaltstift 9 getragen wird, der in der Endplatte 6 vakuumdicht befestigt ist. Der andere Schalt­ kontakt 8 ist gegen den feststehenden Schaltkontakt 7 axial verschiebbar und wird dabei von einem Schaltstift 10 getra­ gen, der über die Antriebsstange 11 mit dem Schalterantrieb 12 des Vakuumschalters in Verbindung steht. Dabei ist die Verbindung des Schaltstiftes 10 mit dem Schalterantrieb 12 nicht notwendigerweise eine Antriebsstange 11, sondern es kann beispielsweise auch eine Kurvenscheibe sein. Über die Kontaktelemente 13 wird der Strom von dem Schaltstift 10 auf den Boden 5 übertragen. Koaxial ist der Schaltstift 10 von einem Metallfaltenbalg 14 umschlossen, der einerseits mit dem Schaltstift 10 und andererseits mit dem Boden 5 der Vakuum­ schaltkammer 11 vakuumdicht verbunden ist.

Damit in der Einschaltstellung des Vakuumschalters die Schaltkontakte 7, 8 mit der für eine einwandfreie Funktion des Vakuumschalters erforderlichen Kontaktkraft miteinander in Berührung stehen, ist innerhalb des Raumes 15, der durch den Metallfaltenbalg 14 begrenzt ist, sowohl ein Magnet 16, der ein Dauermagnet, aber auch ein Elektromagnet sein kann, als auch ein Anker 17 angeordnet. Während der Anker 17 an dem Schaltstift 10 angeordnet ist, wird der Magnet 16 von einem am Boden 5 der Vakuumschaltkammer 1 befestigten, aus Isolier­ stoff bestehenden Tragkörper 18 aufgenommen, der den Schaltstift 10 konzentrisch umgibt. Im geschlossenen Zustand des Schaltkontaktes 7, 8 steht der Anker 17 mit dem Magnet 16 derart in Verbindung, daß der Anker 17 der maximalen, aus dem magnetischen Feld dessen Magneten 16 resultierenden An­ ziehungskraft ausgesetzt ist. Indem sowohl der Magnet 16 als auch der Anker 17 ringförmig ausgebildet sind, wird erreicht, daß gleichzeitig über die gesamte Kontaktfläche die erfor­ derliche Kontaktkraft zwischen den Schaltkontakten 7, 8 zur Verfügung steht. Somit ergibt sich aus der Erfindung, daß mit einfachen Mitteln in der Einschaltstellung des Vakuum­ schalters die erforderliche Kontaktkraft zwischen den Schalt­ kontakten 7, 8 zur Verfügung steht, ohne daß das Gestänge des Schalterantriebes zusätzlichen Kräften ausgesetzt ist, und daß gleichzeitig auch eine Reduzierung der Antriebsenergie erfolgen kann.

Die Vakuumschaltkammer 1 nach Fig. 2 besteht im wesentlichen wieder aus dem oberen und dem unteren Isolierzylinder 2, 3 mit dem Metalldampfschirm 4 und ist an ihren Stirnseiten durch den Boden 5 sowie durch die Endplatte 6 vakuumdicht abge­ schlossen. Innerhalb der Vakuumschaltkammer 1 stehen einander zwei Schaltkontakte 7, 8 gegenüber. Während der Schaltkontakt 7 über den Schaltstift 9 feststehend angeordnet ist, ist der Schaltkontakt 8 gegen den feststehenden Schaltkontakt 7 axial verschiebbar, indem der zugehörige Schaltstift 10 über die Antriebsstange 11 mit dem Schalterantrieb 12 in Verbindung steht. Der Schaltstift 10 ist auch hier von einem Metallfal­ tenbalg 14 umschlossen, durch den die Vakuumschaltkammer 1 im Bereich des Schaltstiftes 10 vakuumdicht verschlossen ist.

Im Gegensatz zu der Vakuumschaltkammer 1 nach Fig. 1 ist bei dieser Vakuumschaltkammer die in der Einschaltstellung zwischen den Schaltkontakten 7, 8 die erforderliche Kontakt­ kraft erzeugende Einrichtung, die wieder aus dem Magneten 16 und aus dem Anker 17 besteht, jedoch nicht innerhalb des Rau­ mes 15 angeordnet, der durch den Metallfaltenbalg 14 begrenzt ist, sondern außerhalb des Metallfaltenbalges 14. Das bedeu­ tet, daß der Tragkörper 18, der den Magneten 16 trägt, kon­ zentrisch zu dem Metallfaltenbalg 14 angeordnet ist, wobei der Magnet 16 oberhalb des Metallfaltenbalges 14 positioniert ist. Daraus resultiert aber auch, daß der mit dem Schaltstift 10 in Verbindung stehende Anker 17 ebenfalls oberhalb des Me­ tallfaltenbalges 14 angeordnet ist.

Bei dieser Anordnung des Magneten 16 des Ankers 17 besitzen diese, wie die Fig. 2 zeigt, im Bereich ihres Zusammentref­ fens bei einem Einschaltvorgang jeweils eine um die axiale Richtung des Schaltstiftes 10 verlaufende konusförmige Auf­ lauffläche 19, 20. Dabei sind diese Auflaufflächen 19, 20 der­ art zueinander angeordnet, daß die Auflauffläche 20 des An­ kers 17 mit der Auflauffläche 19 des Magneten 16 korrespon­ diert. Gleichzeitig sind die Auflaufflächen 19, 20 vor der Inbetriebnahme des Vakuumschalters so zueinander justiert, daß in der Einschaltstellung des Vakuumschalters zwischen beiden Auflaufflächen 19, 20 ein Spalt gebildet ist, der den in Betrieb des Vakuumschalters an den Schaltkontakten 7, 8 entstehenden Abbrand berücksichtigt. Dadurch wird sicherge­ stellt, daß bei einem Abbrand an den Schaltkontakten 7, 8 der daraus resultierende größer werdende Schalthub des den axial verschiebbaren Schaltkontakt tragenden Schaltstiftes 10 be­ rücksichtigt wird, so daß auch nach einem Abbrand an den Schaltkontakten 7, 8 der Anker 17 weitestgehend der maximalen Anziehungskraft des Magneten 16 ausgesetzt ist.

Auch bei der Vakuumschaltkammer 1 nach Fig. 1 können der Magnet 16 und der Anker 17 mit miteinander korrespondierenden konusförmigen Auflaufflächen versehen sein.

Claims (6)

1. Vakuumschalter, insbesondere für Hochspannung, mit einem in einer Vakuumschaltkammer (1) angeordneten feststehenden Schaltkontakt (7) und mit einem gegen diesen axial verschieb­ baren, von einem mit dem Schalterantrieb (12) in Verbindung stehenden Schaltstift (10) getragenen Schaltkontakt (8), wo­ bei der Schaltstift (10) von einem die Vakuumschaltkammer (1) abdichtenden Metallfaltenbalg (14) koaxial umschlossen ist und der axial verschiebbare Schaltkontakt (8) zumindest in der Einschaltstellung unter der Wirkung einer zwischen den Schaltkontakten (7, 8) die erforderliche Kontaktkraft erzeu­ genden Einrichtung steht, die aus einem im Bereich der Vakuumschaltkammer (1) angeordneten Magneten (16) besteht, dadurch gekennzeichnet, daß der Magnet (16) mit einem an dem den axial verschiebbaren Schaltkontakt (8) tragenden Schaltstift (10) angeordneten An­ ker (17) derart in Wirkverbindung steht, daß im geschlossenen Zustand der Schaltkontakte (7, 8) der Anker (17) der maxima­ len, aus dem magnetischen Feld des Magneten (16) resultieren­ den Anziehungskraft ausgesetzt ist.

2. Vakuumschalter nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß sowohl der Magnet (16) als auch der Anker (17)innerhalb der Vakuumschaltkammer (1) angeordnet sind.

3. Vakuumschalter nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß der den axial verschiebbaren Schaltkontakt (8) tragende Schaltstift (10) im Bereich des Bodens (5) der Vakuumschalt­ kammer (1) von einem am Boden (5) befestigten Tragkörper (18) konzentrisch umschlossen ist, an dem der Magnet (16) angeord­ net ist.

4. Vakuumschalter nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß der Tragkörper (18) mit dem Magneten (16)innerhalb des Raumes (15) angeordnet ist, der durch den die Vakuumschalt­ kammer (1) abdichtenden, den mit dem Schalterantrieb (12) in Verbindung stehenden Schaltstift (10) koaxial umschließenden Metallfaltenbalg (14) begrenzt ist.

5. Vakuumschalter nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß sowohl der Magnet (16) als auch der Anker (17) ringförmig ausgebildet sind.

6. Vakuumschalter nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß sowohl der Magnet (16) als auch der Anker (17) im Bereich ihres Zusammentreffens bei einem Einschaltvorgang jeweils eine um die axiale Richtung der Schaltstifte (10) verlaufende konusförmige Auflauffläche (19, 20) besitzen, derart, daß die Auflauffläche (20) des Ankers (17) mit der Auflauffläche (19) des Magneten (16) korrespondiert.