CN114981910A - 真空开关 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种真空开关(1)。真空开关(1)包括两个彼此间隔开的基座元件(3，5)、布置在基座元件(3，5)之间的真空开关管(7)，和一个由绝缘材料制成的机械上刚性的承载元件(9)。承载元件(9)与两个基座元件(3，5)连接，并且管状地且无接触地包围真空开关管(7)，并且具有多个凹部(11)。此外，承载元件(9)被不导电的弹性体(13)包围，该弹性体填充承载元件(9)中的凹部(11)以及在承载元件(9)与真空开关管(7)之间的中间空间。

Description

真空开关

技术领域

本发明涉及一种真空开关，该真空开关具有两个彼此间隔开的基座元件和布置在基座元件之间的真空开关管。

背景技术

这种真空开关是断路器，在该断路器中，能够相对于彼此运动的开关接触元件布置在真空开关管中，以避免或减少在开关接触元件分离时的开关电弧。在真空开关的已知结构形式中，真空开关管在电绝缘的壳体内布置在绝缘气体中，该绝缘气体为了提高其介电强度通过高压来压缩，以便能够将金属部件以彼此间更小的距离布置在壳体中并且由此节省结构空间。由于处于压力下的绝缘气体，这种真空开关相对复杂和昂贵，并且此外在压力下降的情况下无法正常运行。在真空开关的另外的结构形式中，真空开关管替换地或附加地以塑料包覆，该塑料替代或补充绝缘气体的介电功能。然而，在该结构形式中，力、尤其由温度变化引起的力从塑料传递到真空开关管的壳体上，使得该结构形式仅适用于相对较小的真空开关管，在相对较小的真空开关管中，产生的力这样小，使得该力不会损坏真空开关管。

发明内容

本发明要解决的技术问题在于，提供一种真空开关，该真空开关尤其在其功能可靠性和作用在真空开关管上的力的减小方面得到改进。

根据本发明，上述技术问题通过具有权利要求1的特征的真空开关来解决。

本发明的有利的设计方案是从属权利要求的主题。

根据本发明的真空开关包括两个彼此间隔开的基座元件、布置在基座元件之间的真空开关管和一个机械上刚性的承载元件，该承载元件由绝缘材料制成。该承载元件与两个基座元件连接、管状地且无接触地包围真空开关管，并且具有多个凹部。此外，承载元件被不导电的弹性体包围，该弹性体填充承载元件中的凹部以及在承载元件与真空开关管之间的中间空间。

本发明将真空开关的机械上刚性的承载元件与围绕该承载元件的不导电的弹性体结合。承载元件通过其将真空开关的基座元件彼此连接而给真空开关赋予机械强度。此外，承载元件有助于介电强度，该介电强度在真空开关的其他结构形式中通过处于压力下的绝缘气体和/或包覆真空开关管的塑料来实现。通过承载元件无接触地包围真空开关管并且仅通过弹性体与真空开关管连接，几乎没有力从承载元件传递到真空开关管上。虽然温度变化会导致弹性体的体积变化。但是该体积变化通过承载元件中的凹部向外转移，因此在真空开关管处只产生很小的应力。形象地说，弹性体可以通过承载元件中的凹部“呼吸”。

因此，本发明实现了一种无绝缘气体的真空开关，在该真空开关中，几乎没有支撑结构的力传递到真空开关管上，因此该真空开关也适用于大型真空开关管。通过无绝缘气体的设计方案，尤其省去用于气体监测的部件、压力密封系统和压力容器件。根据本发明的真空开关也可以通过尤其承载元件的相应的设计以简单的方式设计用于不同的要求，以便实现例如特定的屏蔽几何形状、爬电路径、厚度和/或击穿距离。

在真空开关的一种设计方案中，至少一个基座元件具有紧固法兰，该紧固法兰与承载元件连接。这实现了承载元件与基座元件的简单且合适的连接。

在真空开关的另一种设计方案中，承载元件通过螺纹连接和/或粘合连接与基座元件连接。螺纹连接例如可以通过引入到承载元件中的螺纹衬套实现，并且螺纹连接能够实现承载元件与基座元件的可拆解的连接。

在真空开关管的另一种设计方案中，真空开关管与第一基座元件连接并且真空开关管的可运动的开关接触元件伸入到第二基座元件中。第一基座元件因此承载真空开关。例如，真空开关管可以通过固定的(不可运动的)开关接触元件布置在第一基座元件处，该固定的开关接触元件具有从真空开关管中引出的端部，该端部与第一基座元件连接。在第二基座元件中例如可以布置有用于使可运动的开关接触元件运动的机构的部件。

在真空开关的另一种设计方案中，第一基座元件具有屏蔽区域以及空心圆柱体区域或螺栓状的实心圆柱体区域，该屏蔽区域罩状地包围真空开关管的朝向第一基座元件的端部区域，该空心圆柱体区域或实心圆柱体区域远离真空开关管地邻接到屏蔽区域。在真空开关的另一种设计方案中，第二基座元件基本上设计为空心圆柱体，真空开关管的朝向第二基座元件的端部区域伸入到该空心圆柱体中。基座元件由此可以有助于屏蔽在真空开关管的端部区域处的电场。

在真空开关的另一种设计方案中，真空开关具有由弹性体形成的外表面，该外表面围绕承载元件延伸。由弹性体形成的外表面尤其可以具有多个罩状的表面区域，该表面区域同心地围绕承载元件延伸。在真空开关的该设计方案中，弹性体也有利地用于构造真空开关的外表面、尤其用于构造绝缘屏蔽，该绝缘屏蔽用于延长泄露电流沿真空开关外表面的爬电路径。

在真空开关的另一种设计方案中，弹性体是硅酮弹性体。硅酮弹性体是耐紫外线(UV)的并且因此尤其适用于形成真空开关的外表面。

在真空开关的另一种设计方案中，承载元件由塑料或纤维-塑料复合材料或陶瓷材料制成。塑料和纤维-塑料复合材料是用于制造承载元件的优选材料，因为利用塑料和纤维-塑料复合材料能够相对简单地生产具有合适的形状和所需的机械性能和介电性能的承载元件。也可以使用陶瓷材料，但陶瓷材料相对较脆且较重，因此通常不太优选。

在真空开关的另一种设计方案中，承载元件中的至少一个凹部具有卵形形状。在此，卵形形状也包括逐部段地具有直线边缘的形状、例如“跑道形状”。通过具有卵形形状的凹部，避免了凹部的介电不利的角部，并且实现了在承载元件的机械强度和介电强度之间的合适的折衷。

在真空开关的另一种设计方案中，承载元件中的至少一个凹部通过承载元件的基体中的凹槽形成，承载元件的至少一个填充体布置在该凹槽中，该填充体通过弹性的腹板与基体连接。腹板的弹性使得填充体能够相对于基体运动。由此，当弹性体的体积尤其取决于温度地变化时，嵌入到弹性体中的填充体可以相对于基体运动。因此，尽管有填充体，弹性体也可以通过基体中的凹槽“呼吸”。通过填充体节省了弹性体，由此可以降低用于真空开关的生产成本，因为制造承载元件的材料通常比弹性体便宜。

在真空开关的另一种设计方案中，承载元件具有格状结构。在此，具有格状结构的承载元件被理解为其凹部相对均匀地分布的承载元件。由此实现了承载元件的均匀的负载，而没有负载关键区域，并且实现了弹性体的体积变化通过凹部的均匀转移。

在真空开关的另一种设计方案中，承载元件具有基本上恒定的壁厚。由此有利地避免了承载元件的具有非常小的壁厚的负载关键区域和承载元件的变化的介电强度。承载元件的承受特别强的局部负载的区域当然可以具有比其余区域更大的壁厚。

在真空开关的另一种设计方案中，承载元件被成型为，使得真空开关管可以被推入到承载元件中。这实现了真空开关的一种装配方式，在该装配方式中，将真空开关管推到承载元件中或者将承载元件套在真空开关管上。

在根据本发明的用于制造根据本发明的真空开关的方法中，承载元件围绕真空开关管进行装配并且与基座元件连接，然后在铸模中与弹性体一起进行浇铸。

由此，可以在真空开关的其他部件已经被预装配在铸模中之后以简单的方式施加弹性体，预装配的真空开关被引入到该铸模中。

附图说明

结合下面对结合附图更详细阐述的实施例的描述更清楚且更明晰地理解上面描述的本发明的特点、特征和优点以及其实现方式。在此在附图中：

图1示出了真空开关的第一实施例的截面图，

图2示出了处于没有弹性体的预装配状态中的图1所示的真空开关，

图3示出了真空开关的第二实施例的截面图，

图4示出了真空开关的第三实施例的截面图，

图5示出了真空开关的第四实施例的截面图，

图6示出了真空开关的第五实施例的截面图，

图7示出了真空开关的第六实施例的截面图，

图8示出了真空开关的第七实施例的截面图，

图9示出了处于没有弹性体的预装配状态中的图8所示的真空开关。

彼此对应的部件在附图中设有相同的附图标记。

具体实施方式

图1示出了真空开关1的第一实施例的截面图。真空开关1包括两个彼此间隔开的基座元件3、5、布置在基座元件3、5之间的真空开关管7和机械上刚性的承载元件9，该承载元件与这两个基座元件3、5连接。承载元件9管状地且无接触地包围真空开关管7，由绝缘材料制成并且具有多个凹部11。承载元件9被不导电的弹性体13包围，该弹性体填充承载元件9中的凹部11、承载元件9与真空开关管7之间的中间空间以及承载元件9与基座元件3、5之间的中间空间，并且形成真空开关1的外表面15，该外表面围绕承载元件9延伸。

图2示出了处于没有弹性体13的预装配状态中的图1所示的真空开关1。

真空开关管7具有金属的中间区域17、两个金属的端部区域19、21和两个绝缘区域23、25。中间区域17具有比端部区域19、21和绝缘区域23、25更大的直径，并且布置在绝缘区域23、25之间。绝缘区域23、25分别由不导电的材料制成。第一端部区域19伸入到第一基座元件3中并且邻接到第一绝缘区域23。第二端部区域21伸入到第二基座元件5中并且邻接到第二绝缘区域23。

两个能够导电的开关接触元件27、29布置在真空开关管7中。在此，第一开关接触元件27与真空开关管7的第一端部区域19固定地连接。第一开关接触元件27的从真空开关管7中引出的端部例如通过(未示出的)螺纹连接与第一基座元件3连接。由此，真空开关管7与第一基座元件3连接。第二开关接触元件29能够通过未示出的机构相对于第一开关接触元件27在第一开关位置与在图1中示出的第二开关位置之间运动，开关接触元件27、29在该第一开关位置中接触，开关接触元件27、29在该第二开关位置中彼此间隔开。第二开关接触元件29的一个端部通过第二端部区域21中的开口从真空开关管7中引出。

基座元件3、5分别由金属(例如铝)或合金制成。每个基座元件3、5基本上构造为空心圆柱体，其中，第一基座元件3的朝向真空开关管7的端部设计为屏蔽区域31，该屏蔽区域在真空开关管侧封闭空心圆柱体区域39并且罩状地包围真空开关管7的第一端部区域19。第一开关接触元件27的从真空开关管7中引出的端部居中地布置在屏蔽区域31处。此外，每个基座元件3、5具有向外突出的紧固法兰33、35，所述紧固法兰形成基座元件3、5的背离真空开关管7的端部并且例如通过(未示出的)螺纹连接和/或粘合连接与承载元件9的端部连接。

承载元件9将两个基座元件3、5彼此连接并且包围真空开关管7以及基座元件3、5直到基座元件的紧固法兰33、35。承载元件9具有空心圆柱体的形状，其圆柱体壁具有凹部11。在此，围绕真空开关管7的、承载元件9的中间部段具有多个凹部11，所述凹部分别基本上沿着真空开关管7的整个纵向延伸部延伸，其中，纵向延伸部被理解为真空开关管7在其端部区域19、21之间的延伸部。此外，承载元件9的每个端部部段还分别在基座元件3、5的区域中具有多个凹部11。每个凹部11具有两个平行于真空开关1的纵向轴线延伸的边缘，所述边缘通过弯曲的边缘彼此连接，从而凹部11具有由直线边缘和弯曲边缘组成的卵形形状(“跑道形状”)。承载元件9在总体上具有格状结构。承载元件9例如由塑料、纤维-塑料复合材料或陶瓷材料制成。

弹性体13例如是硅酮弹性体。为了制造真空开关1，首先将承载元件9围绕真空开关管7装配并且与基座元件3、5连接。为此，例如将承载元件9套在真空开关管7和第一基座元件3上并且与第一基座元件3的紧固法兰33连接，然后将第二基座元件5推到承载元件9中并且将第二基座元件5的紧固法兰35与承载元件9连接。替换地，承载元件9可以类似地首先与第二基座元件5连接，然后与第一基座元件3连接。图2示出了由此预装配的真空开关1。随后将预装配的真空开关1在铸模中与弹性体13一起进行浇铸，其中，以弹性体13填充承载元件9中的凹部11、在承载元件9与真空开关管7之间的中间空间以及在承载元件9与基座元件3、5之间的中间空间，并且弹性体形成真空开关1的外表面15。

图3示出了真空开关1的第二实施例的截面图。该实施例与在图1和图2中示出的第一实施例的区别仅在于，由弹性体13形成的外表面15具有多个表面区域37，该表面区域是罩状的并且同心地围绕承载元件9延伸。与在图1和图2中示出的第一实施例相比，由此有利地延长了泄露电流沿外表面15的爬电路径。

图4示出了真空开关1的第三实施例的截面图。该实施例与在图3中示出的第二实施例的区别一方面在于，第一基座元件3的紧固法兰33布置在真空开关管7的第一端部区域19附近，并且第二基座元件5的紧固法兰35布置在真空开关管7的第二端部区域21附近。因此，承载元件9基本上仅围绕真空开关管7延伸。此外，围绕第一绝缘区域23延伸的承载元件9的第一部段具有比第二部段更小的直径，该第二部段围绕第二绝缘区域25和与其邻接的中间区域17的部段延伸。换句话说，承载元件9从第一部段朝向第二部段地加宽，从而承载元件9只能沿从第一端部区域19朝向第二端部区域21的方向套在真空开关管7上。由弹性体13围绕承载元件9形成的真空开关1的外表面15也相应地加宽。此外，承载元件9分别在第一部段和第二部段中具有凹部11。与在图2中示出的实施例相比，承载元件9因此更短并且其第一部段与真空开关管7的距离更小，由此可以节省材料、尤其昂贵的弹性体材料，并且因此可以降低用于真空开关1的材料成本。

图5示出了真空开关1的第四实施例的截面图。该实施例与在图4中示出的第三实施例的区别在于第一基座元件3的设计方案。不是空心圆柱体区域39、而是螺栓状的实心圆柱体区域41远离真空开关管地邻接到第一基座元件3的屏蔽区域31，该实心圆柱体区域具有比屏蔽区域31小的直径。在此，实心圆柱体区域41可以包括至少一个延伸穿过该区域的螺钉，以便将第一开关接触元件27紧固在第一基座元件3处。换句话说，第一基座元件3可以具有基体，至少一个螺钉沿纵向方向穿过该基体引导到第一开关接触元件27中。因此，在这种情况下，实心圆柱体区域41中的基体不是构造为全实心圆柱体，而是具有至少一个用于螺钉的孔。然而，基体与至少一个螺钉一起在实心圆柱体区域41中基本上形成实心圆柱体。然而，第一开关接触元件27也可以以其他方式、例如通过焊接或收缩与第一基座元件3连接。在这种情况下，实心圆柱体区域41可以构造为一件式的全实心圆柱体。与在图4中示出的第三实施例相比，通过第一基座元件3在实心圆柱体区域41中的较小直径节省了用于第一基座元件3和用于弹性体13的材料，并且减少了真空开关1的重量。

图6示出了真空开关1的第五实施例的截面图。该实施例与在图5中示出的实施例的区别在于，第一基座元件3的屏蔽区域31从实心圆柱体区域41朝向真空开关管7倾斜地伸出并且具有中央区域43，该中央区域在真空开关管侧将实心圆柱体区域41延长，第一开关接触元件27的从真空开关管7中引出的端部布置在该中央区域处。如在图5中示出的实施例中那样，在此，实心圆柱体区域41可以包括至少一个延伸穿过该区域的螺钉，以便将第一开关接触元件27紧固到第一基座元件3处。此外，与在图5中示出的实施例不同地，承载元件9延伸直到两个基座元件3、5的远离真空开关管的端部。在该实施例中，与在图4中示出的第三实施例相比，还节省了用于第一基座元件3和用于弹性体13的材料并且减少了真空开关1的重量。

图7示出了真空开关1的第六实施例的截面图。该实施例与在图3中示出的实施例的区别仅在于，第二基座元件5比第一基座3短，并且真空管7不是居中地布置在真空开关1中。

图8和图9示出了真空开关1的第七实施例。该实施例与在图4中示出的实施例的区别基本上仅在于承载元件9中的凹部11的设计方案。承载元件9中的每个凹部11由承载元件9的基体9.6中的卵形凹槽11.1形成，承载元件9的至少一个填充体9.7布置在所述凹槽中，该填充体通过腹板9.8与基体9.6连接。每个腹板9.8都是窄的并且由此弹性地设计，从而通过该腹板与基体9.6连接的填充体9.7可以相对于基体9.6运动。由此，当弹性体13的体积尤其取决于温度地变化时，嵌入到弹性体13中的填充体9.7可以相对于基体9.6运动。通过填充体9.7节省了弹性体13，由此可以降低用于真空开关1的生产成本，因为制造承载元件9的材料通常比弹性体13便宜。图8示出了真空开关1的截面图。与图2类似地，图9示出了处于没有弹性体13的预装配状态中的图8所示的真空开关1。

虽然在细节上通过优选的实施例对本发明进行了更详细的阐述和描述，但是本发明却不限于所公开的示例并且本领域技术人员可以从中导出其它变型方案，而不脱离本发明的保护范围。

Claims (15)

1.一种真空开关(1)，包括

-两个彼此间隔开的基座元件(3，5)，

-布置在所述基座元件(3，5)之间的真空开关管(7)，和

-一个机械上刚性的承载元件(9)，所述承载元件与两个基座元件(3，

5)连接，并且管状地且无接触地包围所述真空开关管(7)，并且具有多个凹部(11)，其中，

-所述承载元件(9)被不导电的弹性体(13)包围，所述弹性体填充所述承载元件(9)中的凹部(11)以及在所述承载元件(9)与所述真空开关管(7)之间的中间空间。

2.根据权利要求1所述的真空开关(1)，

其中，至少一个基座元件(3，5)具有紧固法兰(33，35)，所述紧固法兰与所述承载元件(9)连接。

3.根据权利要求1或2所述的真空开关(1)，

其中，所述承载元件(9)通过螺纹连接和/或粘合连接与所述基座元件(3，5)连接。

4.根据上述权利要求中任一项所述的真空开关(1)，

其中，所述真空开关管(7)与第一基座元件(3)连接，并且所述真空开关管(7)的能够运动的开关接触元件(29)伸入到所述第二基座元件(5)中。

5.根据权利要求4所述的真空开关(1)，

其中，所述第一基座元件(3)具有屏蔽区域(31)，所述屏蔽区域罩状地包围所述真空开关管(7)的朝向所述第一基座元件(3)的端部区域(19)，并且所述第一基座元件具有空心圆柱体区域(39)或螺栓状的实心圆柱体区域(41)，所述空心圆柱体区域或实心圆柱体区域远离所述真空开关管地邻接到所述屏蔽区域(31)。

6.根据权利要求4或5所述的真空开关(1)，

其中，所述第二基座元件(5)基本上设计为空心圆柱体，所述真空开关管(7)的朝向所述第二基座元件(5)的端部区域(21)伸入到所述空心圆柱体中。

7.根据上述权利要求中任一项所述的真空开关(1)，

所述真空开关具有由所述弹性体(13)形成的外表面(15)，所述外表面围绕所述承载元件(9)延伸。

8.根据权利要求7所述的真空开关(1)，

其中，由所述弹性体(13)形成的外表面(15)具有多个罩状的表面区域(37)，所述表面区域同心地围绕所述承载元件(9)延伸。

9.根据上述权利要求中任一项所述的真空开关(1)，

其中，所述弹性体(13)是硅酮弹性体。

10.根据上述权利要求中任一项所述的真空开关(1)，

其中，所述承载元件(9)由塑料或纤维-塑料复合材料或陶瓷材料制成。

11.根据上述权利要求中任一项所述的真空开关(1)，

其中，所述承载元件(9)中的至少一个凹部(11)具有卵形形状。

12.根据上述权利要求中任一项所述的真空开关(1)，

其中，承载元件(9)中的至少一个凹部(11)通过所述承载元件(9)的基体(9.6)中的凹槽(11.1)形成，所述承载元件(9)的至少一个填充体(9.7)布置在所述凹槽中，所述至少一个填充体通过弹性的腹板(9.8)与所述基体(9.6)连接。

13.根据上述权利要求中任一项所述的真空开关(1)，

其中，所述承载元件(9)具有格状结构。

14.根据上述权利要求中任一项所述的真空开关(1)，

其中，所述承载元件(9)被成型为，使得所述真空开关管(7)能够被推入到所述承载元件(9)中。

15.一种用于制造根据上述权利要求中任一项所述的真空开关(1)的方法，

其中，将承载元件(9)围绕真空开关管(7)装配并且与基座元件(3，5)连接，随后在铸模中与弹性体(13)一起浇铸。

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