DE4011194A1

DE4011194A1 - Vakuumschaltkammer

Info

Publication number: DE4011194A1
Application number: DE19904011194
Authority: DE
Inventors: Ernst Prof Dr Techn Slamecka
Original assignee: Individual
Current assignee: Individual
Priority date: 1990-04-04
Filing date: 1990-04-04
Publication date: 1990-08-02

Description

Gegenstand der Erfindung

Die Erfindung betrifft eine Vakuumschaltkammer für elektrische Vakuumschalter mit Merkmalen gemäß dem Oberbegriff des Patentanspruchs 1.

Stand der Technik

Bei den bekannten Vakuumschaltkammern sind die darin ange ordneten Körper aus einem Material hoher magnetischer Per meabilität an der Rückseite scheibenförmiger Kontaktkörper für die folgenden unterschiedlichen Zwecke vorgesehen:

a) als Rotationskörper mit zirkular konstanter axialer Er streckung zur Kontraktion eines durch den Strom in einer äußeren Spule erzeugten axialen und ursprünglich homogenen Magnetfeldes im Raum zwischen den Kontaktkörpern; Beispiel: DE 39 07 897 A1.
b) als die Stromleiterbolzen auf einem Teil ihrer Länge mit azimutal veränderlicher Höhe umgebende und azimutal einan der derart zugeordnete Körper, daß dem Bereich der größten axialen Erstreckung des einen Körpers der Bereich der klein sten axialen Erstreckung des anderen Körpers gegenüberliegt.

Durch diese Form und Relativlage der Körper aus magne tisch hochpermeablem Material werden die durch die Ströme in den Stromleiterbolzen erzeugten magnetischen Ringflüs se zu einem resultieren magnetischen Fluß in Reihe ge schaltet, der auf dem Weg zwischen den Kontaktkörpern zumindest teilweise achsenparallel verläuft; Beispiel: DE 34 47 903 C2.

In beiden Anwendungsbereichen gibt es unter den Verhältnis sen des Standes der Technik ungünstige Begleiterscheinun gen wie etwa:

a) in den magnetischen Körpern wird infolge der Hysteresis ihres Materials Verlustenergie in Form von Wärme erzeugt; diese Wärme muß aus der Schaltkammer herausgeführt werden, was aufwendige Maßnahmen erfordern kann;
b) das magnetisch hochpermeable Material muß für die Ver wendung im Vakuum tauglich sein, was eine aufwendige Son derbehandlung erfordert;
c) die Anordnung der magnetisch hochpermeablen Körper in der Vakuumschaltkammer vergrößert den zu evakuierenden Raum.

Aufgabe der Erfindung

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine gattungsge mäße Vakuumschaltkammer so zu verbessern, daß die ungünsti gen Auswirkungen der Anwendung von Körpern hoher magneti scher Permeabilität weitgehend eliminiert werden.

Lösung der Aufgabe und damit verbundene Vorteile

Die Erfindungsaufgabe wird bei der gattungsgemäßen Va kuumschaltkammer durch die Merkmale des Patentanspruchs gelöst. Vorteilhafte Weiterbildungen des Erfindungsgegen standes werden in den Unteransprüchen beschrieben.

Die Lösung beruht auf dem Gedanken, Vakuumschaltkammer und Kontaktstücke so aufeinander abgestimmt auszubilden, daß wenigstens bei einem Kontaktstück der hochpermeable magnetische Leitkörper außerhalb des evakuierten Raumes der Schaltkammer liegt und daß durch diese Maßnahme das axiale Magnetfeld zwischen den Kontaktstücken nicht un günstig beeinflußt wird.

Als Vorteil bietet sich an:

a) die magnetischen Leitkörper können aus gebräuchlichen magnetischen Werkstoffen des Elektromaschinenbaues ohne Nachbehandlung, wie etwa Entgasen, angefertigt werden; derselbe Vorteil ergibt sich für die Stromleiterbolzen, da sie bei der Ausführung des Erfindungsgedankens eben falls außerhalb des Vakuumraumes der Schaltkammer liegen;
b) die Verlustwärme der magnetischen Leitkörper wird di rekt an die atmosphärische Umgebung der Schaltkammer ab gegeben;
c) für die Vakuumschaltkammer ergeben sich kleinere Ab messungen;
d) gemäß einer besonders vorteilhaften Weiterbildung des Erfindungsgegenstandes, wird der magnetische Leitkörper an dem bewegbaren Kontaktstück außerhalb des Vakuums der Schaltkammer und feststehend angeordnet; dadurch werden nicht nur die zu bewegende Masse des Kontaktstücks verkleinert, sondern wegen der verkleiner ten magnetischen Induktion auch die Hysteresisverluste.

Ausführungsbeispiel

Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung wird durch eine Zeichnung dargestellt, die im folgenden näher beschrie ben ist. Zu sehen ist eine Vakuumschaltkammer 1, die aus einem metallischen, napfförmigen Teil 2 und aus einer ein seitig angeordneten Isolierdurchführung 3 besteht. Der Napf kann zweiteilig aus einer zylindrischen Wand und aus ei nem damit durch Lötung verbundenen Boden zusammengesetzt sein, wie links von der Mittellinie gezeigt. Der Napf kann auch einstückig etwa im Tiefziehverfahren hergestellt sein, was rechts von der Mittellinie erkennbar ist. Auf einer gemeinsamen Achse sind ein feststehendes Kontaktstück 4 und ein bewegbares Kontaktstück 5 angeordnet. Das festste hende Kontaktstück besteht aus einem Stromleiterbolzen 6 und aus einem damit verbundenen scheibenförmigen Kontakt- und Elektrodenkörper 7. Die Kontakt- und Elektrodenschei be hat eine leicht gewölbte Oberfläche. Das bewegbare Kon taktstück ist ähnlich aufgebaut; es besteht aus einem be wegbaren Stromleiterbolzen 8 und einem damit verbundenen scheibenförmigen Kontakt- und Elektrodenkörper 9; auch die se Kontakt- und Elektrodenscheibe ist leicht gewölbt, sodaß die Berührung mit der feststehenden Kontakt- und Elektro denscheibe örtlich eindeutig und unter hohem Kontaktdruck möglich ist.

Der Napfboden weist einwärts einen zentralen, einstückig hergestellten hohlen Ansatz 10 auf. Dieser Napfansatz hat links von der Mittellinie die Form eines Hohlzylinders 10 a und rechts davon die Form eines Hohlkegelstumpfs 10 b.

Mit dem offenen Ende des Ansatzes ist die Kontakt- und Elektrodenscheibe 7 vakuumdicht verbunden; zu diesem Zweck weist sie einen der Kontaktseite abgewandten Randkragen 11 auf. Diese kappenartige Ausführung der Kontakt- und Elek trodenscheibe sichert eine zentrierte Auflage auf dem Ansatz und eine gute vakuumdichte Verbindung damit. Auf der Seite des bewegbaren Kontaktstücks ist ein Faltenbalg 12 durch eine starre Hülse 13, 17 in Richtung auf das Napfteil verlängert. Die Hülse ist an der unteren Stirnseite mit dem Faltenbalg vakuumdicht verbunden. Auf den ersten Bereich 13 der Hülse folgt ein zweiter Bereich 17 mit einem größeren Durchmesser für die Verbindung mit der bewegbaren Kontakt- und Elektrodenscheibe 9. Mit einem ebenfalls vorhandenen Randkragen 14 läßt sich diese Scheibe auf die zylindrische Öffnung der erweiterten Hülse zentriert aufsetzen und mit der zugehörigen Wand vakuum dicht verbinden. Auf diese Weise ist, teilweise in den Napf hineinreichend, ein Raum 18 gegen das Vakuum der Schaltkammer abgegrenzt. An der Abgrenzung beteiligen sich folgende Bau teile: Kontakt- und Elektrodenscheibe 9, Verlängerungshülse 13, 17, Faltenbalg 12, Abschlußflansch 15 an der Isolier durchführung. Auf diesem Abschlußflansch ist die Unterseite des Faltenbalgs vakuumdicht befestigt. Der Flansch 15 um faßt die Stirn des Durchführungsisolators an der Außenseite vakuumdicht. Mit dem Abschlußflansch ist auch ein hülsen förmiger Führungskörper 16 verbunden, in welchem der beweg bare Stromleiterbolzen 8 gleitet. Außen nicht sichtbar sind in dem Führungskörper axiale Bohrungen zur Belüftung des Raumes 18 angeordnet. Befestigt ist der Führungskörper durch einen Klemmsitz zwischen dem Abschlußflansch und der Abschluß platte 29. Das trichterförmige Zwischenstück zwischen den Teilhülsen 13 und 17 setzt sich rechts von der Mittellinie als ein am Ende abgerundeter Schirmkörper 30 fort, der gegebenen falls die innere Oberfläche der Isolierdurchführung vor Metalldampfkondensation abschirmen soll.

Die bisher dargelegten konstruktiven Maßnahmen haben an schließend an die Rückseiten der Kontakt- und Elektroden scheiben Außenräume ergeben, in welchen sich die magneti schen Leitkörper anordnen lassen. Rechts von der Mittel linie sind in diese Außenräume magnetische Leitkörper ein gesetzt, deren Aufgabe es ist, ein homogenes axiales Mag netfeld, das durch den Strom in einer die Schaltkammer in bekannter und daher nicht dargestellter Weise umgebenden Windungsanordnung erzeugt wird, vornehmlich im Bereich zwischen feststehender und bewegbarer Kontakt- und Elek trodenscheibe zu kontrahieren, sodaß sich die magnetische Feldstärke erhöht, was den Lichtbogenstrom auch bei großen Stromstärken diffus hält. Der magnetische Leitkörper 19, der sich an die Außenoberfläche der feststehenden Kontakt- und Elektrodenscheibe 7 anschließt, hat die Form eines fla chen Kegelstumpfs. Für die Durchführung des Stromleiterbolzens 8 ist er mit einer zentralen Bohrung versehen. Mit seiner seitlichen Oberfläche schließt sich dieser magnetische Leit körper dem entsprechend geformten Ansatz 10 b an. An die Un terseite der bewegbaren Kontakt- und Elektrodenscheibe 9 schließt sich ein magnetischer Leitkörper 23 an, der als relativ flacher Zylinder ausgeführt ist und ebenfalls eine zentrale Bohrung aufweist. Hier sind Stromleiterbolzen und magnetischer Leitkörper nicht fest miteinander verbunden. Dazwischen liegt ein Ringspalt 27, der durch die Vergröße rung des Innendurchmessers des Körpers 19 entstanden ist. Daher läßt sich dieser magnetische Leitkörper in der Aus schaltstellung feststehend auf einem Traggestell 20 anord nen; es besteht aus einer zylindrischen Hülse 21, die auf dem Flansch 15 ruht, und aus einer aufgesetzten Ringscheibe 22 als Lager für den magnetischen Leitkörper 19.

Links von der Mittellinie sind anschließend an die Unter seiten der feststehenden und der sich auch hier im ausge schalteten Zustand befindlichen bewegbaren Kontakt- und Elektrodenscheibe magnetische Leitkörper 24, 25 angeordnet, die eine andere als die vorstehend beschriebene Aufgabe zu erfüllen haben: Beide Leitkörper umgeben die Strom leiterbolzen auf einem Teil ihrer Länge und weisen all gemein eine zirkular veränderliche axiale Erstreckung auf. Daraus lassen sich spezielle Formen entwickeln wie etwa Hufeisen oder Ringscheibe, die bekannt und daher nicht dar gestellt sind. In ebenfalls bekannter und daher nicht dar gestellter Weise werden diese magnetischen Leitkörper ein ander azimutal so zugeordnet, daß der kleinsten axialen Erstreckung des magnetischen Leitkörpers an der einen Kon- takt- und Elektrodenscheibe der Bereich der größten axia len Erstreckung des magnetischen Leitkörpers an der anderen Kontakt- und Elektrodenscheibe gegenüberliegt. Durch diese Zuordnung der maximalen und minimalen axialen Erstreckung an den magnetischen Leitkörpern werden die durch die Ströme in den Stromleiterbolzen 6, 8 erzeugten magnetischen Ring flüsse zu einem resultierenden Fluß in Reihe geschaltet, der den Raum zwischen den beiden Kontakt- und Elektroden scheiben mindestens teilweise achsenparallel durchquert. Der magnetische Leitkörper 25 ist derart angeordnet, daß er sich der bewegbaren Kontakt- und Elektrodenscheibe 9 nur in der gezeigten Ausschaltstellung anschließt, während er zu ihr in deren nicnt dargestellter Einschaltstellung einen Abstand einhält. Im Ausführungsbeispiel ist dieser Abstand gleich dem Abstand der Kontakt- und Elektrodenschei ben im ausgeschalteten Zustand. Der Abstand kann auch kleiner sein, was dann eine besondere Lagerung des magnetischen Leitkörpers 25 erfordert. Die magnetischen Leitkörper sind fluchtend angeordnet. Um in diesem Fall einen Ringspalt 26 zwischen dem feststehenden magnetischen Leitkörper 25 und dem bewegbaren Stromleiterbolzen 8 herzustellen, mußte des sen Durchmesser über die Länge des Schalthubes entsprechend verkleinert werden.

Claims

1. Vakuumschaltkammer mit:

a) auf einer gemeinsamen Achse angeordneten Kontakt stücken (4, 5), von denen eines feststehend und ei nes axial bewegbar ist:
b) Einrichtungen zur Erzeugung eines Magnetfeldes;
c) Körpern aus einem Material hoher magnetischer Per meabilität an dem feststehenden und an dem beweg baren Kontaktstück zur Beeinflussung des Magnet feldes;

gekennzeichnet durch folgendes Merkmal:

d) von den Körpern aus einem Material hoher magnetischer Permeabilität an dem feststehenden und an dem beweg baren Kontaktstück (4) bzw. (5) befindet sich zumin dest einer dieser Körper außerhalb des evakuierten Raumes der Vakuumschaltkammer.

2. Schaltkammer nach Patentanspruch 1, gekennzeichnet durch folgende Merkmale:

a) auf der Seite des feststehenden Kontaktstücks (4) besteht die Begrenzung der Vakuumschaltkammer teil weise aus einem sich einwärts erstreckendem hohlen Ansatz (10), an dessen Endbereich ein Kontaktkör per (7) des feststehenden Kontaktstücks als vakuum dichter Abschluß angeordnet ist;
b) auf der Seite des bewegbaren Kontaktstücks (5) erstreckt sich in die Vakuumschaltkammer (1) ein hülsenförmiger, vakuumdichter Körper (12, 13, 17), dessen axiale Erstreckung sich verändern läßt und an dessen Endstück (17) ein Kontaktkörper (9) des bewegbaren Kontaktstücks als vakuumdichter Abschluß angeordnet ist;
c) in den außerhalb des evakuierten Raumes der Schalt kammer liegenden Bereichen der Kontaktstücke (4, 5) sind Körper (19, 23; 24, 25) aus einem Material hoher magne tischer Permeabilität angeordnet.

3. Schaltkammer nach Patentanspruch 1 oder 2, gekennzeichnet durch folgendes Merkmal:
die in den Außenbereichen des feststehenden und des bewegbaren Kontaktstücks (4) bzw. (5) angeordneten Körper (19, 23) aus einem Material hoher magnetischer Permeabilität sind als Rotationskörper ausgebildet, die ein durch den Strom in einer die Vakuumschalt kammer umgebenden Windungsanordnung erzeugtes axia les Magnetfeld insbesondere im Bereich zwischen den Kontaktkörpern (7, 9) kontrahieren.

4. Schaltkammer nach Patentanspruch 3, gekennzeichnet durch folgendes Merkmal:
der Körper (23) aus einem Material hoher magnetischer Permeabilität, der im Außenbereich des bewegbaren Kontaktstücks (5) angeordnet ist, weist eine zylin drische Form auf.

5. Schaltkammer nach Patentanspruch 3, gekennzeichnet durch folgendes Merkmal:
der Körper (19) aus einem Material hoher magneti scher Permeabilität, der im Außenbereich des feststehenden Kontaktstücks (4) angeordnet ist, weist eine Kegelstumpf-Form auf.

6. Schaltkammer nach Patentanspruch 3 oder 4, gekennzeichnet durch folgendes Merkmal:
im Außenbereich des bewegbaren Kontaktstücks (5) ist der Körper (23) aus einem Material hoher magne tischer Permeabilität derart angeordnet, daß er den Stromleiterbolzen (8) mechanisch lose umgibt und sich dem Kontaktkörper (9) nur in dessen ausgeschalteten Zustand anschließt, während er in dessen eingeschal teten Zustand zu diesem Kontaktkörper einen axialen Abstand einhält, der etwa gleich groß ist wie der axiale Abstand zwischen dem feststehenden Kontakt stück und dem bewegbaren Kontaktstück in dessen aus geschalteten Zustand.

7. Schaltkammer nach Patentanspruch 1 oder 2, gekennzeichnet durch folgendes Merkmal:
die in den Außenbereichen des feststehenden und des be wegbaren Kontaktstücks (4) bzw. (5) angeordneten Kör per (24, 25) aus einem Material hoher magnetischer Per meabilität umgeben die Stromleiterbolzen (6, 8) auf ei nem Teil ihrer Länge und weisen eine zirkular veränder liche axiale Erstreckung auf, wobei der Bereich der größten axialen Erstreckung an dem einen Körper dem Bereich der kleinsten axi alen Erstreckung an dem anderen Körper gegenüber liegt, sodaß die durch die Ströme in den Stromlei terbolzen erzeugten magnetischen Ringflüsse zu ei nem resultierenden magnetischen Fluß in Reihe ge schaltet werden, der auf dem Weg zwischen den Kon taktkörpern (7, 9) mindestens teilweise parallel zur Schaltstückachse verläuft.

8. Schaltkammer nach Patentanspruch 7, gekennzeichnet durch folgendes Merkmal:
im Außenbereich des bewegbaren Kontaktstücks (5) ist der Körper (25) aus einem Material hoher magne tischer Permeabilität derart angeordnet, daß er den Stromleiterbolzen (8) mechanisch lose umgibt und sich dem Kontaktkörper (9) nur in dessen ausgeschalteten Zustand anschließt, während er in dessen eingeschal teten Zustand zu diesem Kontaktkörper einen axialen Abstand einhält, der etwa gleich groß ist wie der Ab stand swischen dem feststehenden Kontaktstück und dem bewegbaren Kontaktstück in dessen ausgeschalteten Zustand.

9. Schaltkammer nach einem der Patentansprüche 2 bis 8, gekennzeichnet durch folgendes Merkmal:
der sich in die Vakuumschaltkammer (1) erstreckende hülsenförmige, in seiner Länge veränderbare Körper (12, 13, 17) ist zusammengesetzt aus einem Faltenbalg (12) und einer sich daran vakuumdicht anschließen den Verlängerung (13, 17), deren Endstück (17) mit dem bewegbaren Kontaktkörper (9) vakuumdicht verbunden ist.