DE102006062225B4

DE102006062225B4 - System eines feststoffisolierten Schalterpols

Info

Publication number: DE102006062225B4
Application number: DE200610062225
Authority: DE
Inventors: Günter Leonhardt
Original assignee: DECOM GmbH
Current assignee: DECOM GmbH
Priority date: 2006-12-22
Filing date: 2006-12-22
Publication date: 2009-01-29
Anticipated expiration: 2026-12-23
Also published as: DE102006062225A1; WO2008077878A1

Abstract

System eines feststoffisolierten Schalterpols bestehend aus einem Isolationsgehäuse (2) mit einer Vakuumschaltkammer (4), wobei
a) das Isolationsgehäuse (2) eine Längsachse (20) mit einer mindestens einen Montageraum (21) bildenden Innenfläche (22) zur Aufnahme der Vakuumschaltkammer (4) eines Vakuumschalters (1) aufweist und
b) die Innenfläche (22) mindestens eine als Lagerfläche ausgebildete Teilfläche (220) aufweist und
c) die Lagerfläche (220) rotationssymmetrisch zur Längsachse (20) und mit Bezug zur Längsachse (20) kegelförmig ausgebildet ist und mit der Längsachse (20) einen Lagerwinkel (a) zwischen 1,5 Grad und 12,5 Grad einschließt und wobei
d) die Vakuumschaltkammer (4) eine Mittelachse (40) und mindestens eine in Bezug auf die Mittelachse (40) zylinderförmige äußere Mantelfläche (41) und
e) eine die Mantelfläche (41) zumindest teilweise umschließende und auf der Mantelfläche (41) aufliegende Polsterung (3) aufweist, wobei
f) die Polsterung (3) eine als Montagefläche ausgebildete äußere Fläche (31) aufweist,
dadurch gekennzeichnet, dass...

Description

Die Erfindung bezieht sich auf ein System eines feststoffisolierten Schalterpols bestehend aus einem Isolationsgehäuse mit einer Vakuumschaltkammer, wobei das Isolationsgehäuse eine Längsachse mit einer mindestens einen Montageraum bildenden Innenfläche zur Aufnahme der Vakuumschaltkammer eines Vakuumschalters aufweist und die Innenfläche mindestens eine als Lagerfläche ausgebildete Teilfläche aufweist. Die Lagerfläche ist rotationssymmetrisch zur Längsachse und mit Bezug zur Längsachse kegelförmig ausgebildet und schließt mit der Längsachse einen Lagerwinkel zwischen 1,5 Grad und 12,5 Grad ein. Die Vakuumschaltkammer weist eine Mittelachse und mindestens eine in Bezug auf die Mittelachse zylinderförmige äußere Mantelfläche und eine die Mantelfläche zumindest teilweise umschließende und auf der Mantelfläche aufliegende Polsterung auf. Die Polsterung wiederum weist eine als Montagefläche ausgebildete äußere Fläche auf.
Ferner bezieht sich die Erfindung auf eine Vakuumschaltkammer mit einer Mittelachse und mindestens einer in Bezug auf die Mittelachse zylinderförmigen äußeren Mantelfläche und einer die Mantelfläche zumindest teilweise umschließenden und auf der Mantelfläche aufliegenden Polsterung, wobei die Polsterung eine als Montagefläche ausgebildete äußere Fläche aufweist.
Es ist bereits ein gattungsgemäßes Isolationsgehäuse aus der EP 086 6481 A2 bekannt. Das hier beschriebene Gehäuse aus Gießharz nimmt eine zylinderförmige Vakuumschaltkammer auf. Die Vakuumschaltkammer ist über eine ebenfalls zylindrische Polsterung im Gehäuse gelagert. Die Vakuumschaltkam mer ist samt Polsterung mit Gießharz umgossen, so dass die Innenseite des Gehäuses eine Lagerfläche für die Vakuumschaltkammer bildet.
Ferner ist in der DE 10 2004 047 276 B4 ein feststoffisolierter Schalterpool bekannt, bei dem zwischen der Schaltröhre und dem Isolierstoffgehäuse eine elastische Polsterung eingebracht ist. Durch die Polsterung wird ein nur abrasiv lösbarer Oberflächenverbund mit der Schaltröhre und mit dem Isolierstoffgehäuse bereitgestellt, bei dem die Oberflächenhaftung der elastischen Polsterung sowohl an der Schaltröhre als auch am Isolierstoffgehäuse größer als die Reiß- oder Weiterreißfestigkeit der elastischen Polsterung ist. Eine Demontage der Schaltröhre ist ohne Beschädigung der Polsterung nicht möglich.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Isolationsgehäuse und eine Vakuumschaltkammer derart auszubilden und anzuordnen, dass eine Montage der Vakuumschaltkammer im Isolationsgehäuse ermöglicht wird, ohne dass zwischen der Vakuumschaltkammer und dem Isolationsgehäuse Luft eingeschlossen wird, und zudem eine Demontage der Vakuumschaltkammer aus dem Isolationsgehäuse ermöglicht wird, ohne das Isolationsgehäuse zu zerstören.
Gelöst wird die Aufgabe erfindungsgemäß dadurch, dass die Montagefläche (31) in Bezug auf die Mittelachse (40) kegelförmig ausgebildet ist und mit der Mittelachse (40) einen Montagewinkel (b) zwischen 0,5 Grad und 9,5 Grad einschließt.
Hierdurch wird erreicht, dass die Vakuumschaltkammer in ein schon fertig gegossenes Isolationsgehäuse eingebaut und somit auch wieder ausgebaut werden kann. Durch die erfindungsgemäßen kegelförmigen Montage- und Lagerflächen kann ein Lufteinschluss zwischen der Polsterung und dem Isolationsgehäuse verhindert werden. Der Lufteinschluss in der durch das Isolationsgehäuse und die Polsterung gebildeten Isolierung ist unbedingt zu vermeiden, da die Dielektrizitätskonstante der Isolierung drastisch erhöht würde. Der Montagewinkel der Polsterung ist stumpfer als der Lagerwinkel, damit die Luft beim Einführen der gepolsterten Vakuumschaltkammer entgegengesetzt zur Montagerichtung entweichen kann, also entgegengesetzt zu der Richtung, in der die Vakuumschaltkammer in das Isolationsgehäuse eingeführt wird. Grund für das vollständige Entweichen der Luft ist, dass der zunächst zwischen der Polsterung und der Lagerfläche gebildete keilförmige Spalt sich entgegen der Montagerichtung M schließt.
Vorteilhaft ist es hierbei auch, dass die Länge der Lagerfläche in Richtung der Längsachse zwischen 50 mm und 800 mm, insbesondere 250 mm betragen kann. Aufgrund der erfindungsgemäßen Konstruktion sind die Baugrößen nicht beschränkt, so dass diese Isolationsgehäuse im Nieder-, Mittel- und Hochspannungsbereich eingesetzt werden können.
Es kann weiterhin an der Bauweise festgehalten werden, dass das Isolationsgehäuse in Richtung der Längsachse oberhalb des Montageraums eine obere Aufnahme für einen oberen Kontaktanschluss und in Richtung der Längsachse unterhalb des Montageraums eine untere Aufnahme für einen unteren Kontaktanschluss aufweist.
Auch ist es vorteilhaft, dass der obere Kontaktanschluss und der untere Kontaktanschluss in das Isolationsgehäuse zumindest teilweise eingegossen sind. Die Vakuumschaltkammer wird in das Isolationsgehäuse eingesetzt, das schon fertig mit den Kontaktanschlüssen bestückt ist. Die Kontaktanschlüsse werden beim separaten Gießen des Isolationsgehäuses mit eingegossen. Die Vakuumschaltkammer wird nach dem Einsetzen in das Isolationsgehäuse mit den Kontaktanschlüssen verbunden.
Vorteilhaft ist es in Bezug auf die Montage und den Ausschluss von Luft auch, dass der obere Kontaktanschluss eine Entlüftungsbohrung aufweist, die den Montageraum mit der Atmosphäre verbindet. Die bis zur vollständigen Montage der Vakuumschaltkammer im Montageraum befindliche Luft kann durch diese Entlüftungsbohrung entweichen, wenn ansonsten kein Ausweg für die Luft zur Verfügung steht.
Für die Montage der Vakuumschaltkammer ist es vorteilhaft, dass am oberen Kontaktanschluss mindestens ein Befestigungsmittel, insbesondere eine oder mehrere Schrauben vorgesehen sind, mit Hilfe dessen ein Kontaktstück der Vakuumschaltkammer am oberen Kontaktanschluss zu befestigen ist. Mit dem Befestigungsmittel ist es gleichzeitig möglich, die Vakuumschaltkammer richtig zu positionieren.
Hierzu ist es vorteilhaft, dass das Befestigungsmittel eine Nut oder Entlüftungsöffnung aufweist, mit der der Montageraum mit der Atmosphäre verbunden werden kann. Alternativ zu der Möglichkeit, die Luft über die Entlüftungsbohrung im oberen Kontaktanschluss aus dem Montageraum herauszuleiten, weist das Befestigungsmittel eine Möglichkeit des Lufttransportes auf. Bevorzugt werden als Befestigungsmittel eine oder mehrere Schrauben eingesetzt, die für die Entlüftung eine in Längsrichtung der Schraube verlaufende Nut oder Entlüftungsbohrung aufweisen. Die Nut oder Entlüftungsbohrung gewährleistet, dass auch in dem Fall, dass zwischen der Schraube und dem oberen Kontaktanschluss eine Unterlegscheibe eingebracht ist, die Luft entweichen kann, wenn die Schraube festgezogen ist. Hierzu erstreckt sich die Nut oder Entlüftungsbohrung im Bereich des Gewindeabschnittes und im Schraubenkopf.
In Bezug auf das Isolationsgehäuse ist es vorteilhaft, dass das Isolationsgehäuse einstückig und materialidentisch ausgebildet ist. Das Isolationsgehäuse wird mit der oberen Aufnahme und der unteren Aufnahme, die beide zum Isolationsgehäuse gehören, in einem Gießverfahren mit einem Guss hergestellt.
Hierzu ist es von Vorteil, dass das Isolationsgehäuse aus Kunststoff, insbesondere aus zumindest einem Kunststoff der Familie der Polytetrafluoroethylene oder Polyamide oder Epoxidharze gebildet ist. Solche. Materialien weisen sehr gute Isolationseigenschaften auf und besitzen die für Mittel- und Hochspannungsschalter notwendige Festigkeit.
Der Montagewinkel der Polsterung ist stumpfer als der Lagerwinkel, damit die Luft beim Einführen der gepolsterten Vakuumschaltkammer entgegengesetzt zur Montagerichtung M entweichen kann, also entgegengesetzt zu der Richtung, in der die Vakuumschaltkammer in das Isolationsgehäuse eingeführt wird. Grund für das vollständige Entweichen der Luft ist, dass der zunächst zwischen der Polsterung und der Lagerfläche gebildete keilförmige Spalt sich entgegen der Montagerichtung M schließt.
Außerdem ist es vorteilhaft, dass die Vakuumschaltkammer ein einer oberen Stirnseite zugeordnetes feststehendes Kontaktstück und ein einer unteren Stirnseite zugeordnetes bewegliches Kontaktstück aufweist, wobei in Richtung der Mittelachse das feststehende Kontaktstück oberhalb der Mantelfläche und das bewegliche Kontaktstück in Richtung der Mittelachse unterhalb der Mantelfläche angeordnet ist. Die beiden Kontaktstücke werden nach der Montage der Vakuumschaltkammer an die beiden Kontaktanschlüsse im Isolationsgehäuse angeschlossen.
In Bezug auf die Isolierung ist es vorteilhaft, dass die Vakuumschaltkammer zumindest teilweise aus Glas oder aus einer isolierenden Keramik, insbesondere aus Al₂O₃ besteht. Diese Materialien lassen sich sehr gut mit der erfindungsgemäßen Technik kombinieren, da sie den kegelförmigen Belastungen standhalten.
Dabei ist es von Vorteil, dass die Polsterung über die Mantelfläche hinaus auch zumindest teilweise die obere Stirnseite und/oder auch zumindest teilweise die untere Stirn seite bedeckt. Der Überspannungsschutz kann dadurch auch außerhalb des Bereichs der Mantelfläche gewährleistet werden. Gleichzeitig wird die Vakuumschaltkammer in Richtung der Längsachse an der oberen Stirnseite gepolstert.
Schließlich ist es von Vorteil, dass die Polsterung aus einer aushärtbaren, ein- oder zweikomponentigen, liquiden Kunststoffmasse hergestellt ist. Dadurch kann die Vakuumschaltkammer mit der Polsterung umgossen und gleichzeitig der Einschluss von Luft verhindert werden, da die Kunststoffmasse blasenfrei in Richtung der Mittelachse aufgebracht wird, d. h. ein Spalt zwischen einer Gussform und der Mantelfläche in Richtung der Mittelachse gefüllt wird.
Vorteilhaft ist es hierzu auch, dass die Polsterung aus Silikonkautschuk hergestellt ist. Dieses auch als Liquid Silikon Rubber LSR bezeichnete Material weist sehr gute Isolationseigenschaften auf und lässt sich blasenfrei gießen.
Für die Anwendung ist es von Vorteil, dass das System aus einem Isolationsgehäuse und einer Vakuumschaltkammer besteht. Dabei ist wesentlich, dass der Lagerwinkel das gleiche Maß wie der Montagewinkel aufweist oder der Lagerwinkel ein Maß aufweist, das zwischen 1% und 20% größer ist als das Maß des Montagewinkels.
Vorteilhaft bei diesem System ist, dass sich das System mit einer mechanischen und/oder elektromagnetischen Antriebsvorrichtung und/oder einem Schaltschrank, wobei der Schaltschrank zur Aufnahme mehrerer in der Antriebsvorrichtung integrierter Systeme ausgebildet ist und das System innerhalb des Schaltschrankes an ein elektrisches Stromnetz anschließbar ist. Das System des Vakuumschalters besteht aus dem Isolationsgehäuse, in dem die Vakuumschaltkammer mit der Polsterung aufgenommen ist. Die Kontaktstücke der Vakuumschaltkammer sind mit den Kontaktanschlüssen verbunden. Das bewegliche Kontaktstück ist an eine Schaltmechanik angeschlossen, über die das bewegliche Kontaktstück in Richtung der Mittelachse beim Schalten bewegt und mit dem feststehende Kontaktstück verbunden oder von diesem getrennt wird. Zudem wird das bewegliche Kontaktstück über die Schaltmechanik an den unteren Kontaktanschluss und an eine Antriebsvorrichtung für die Schaltmechanik angeschlossen. Aufgrund der bei Spannungen im Mittel- und Hochvoltbereich auftretenden Kräfte zwischen den beiden Kontaktstücken im Inneren der Vakuumschaltkammer von mehreren tausend Newton, weist die Antriebsmechanik ein Gewicht von mehreren Kilogramm auf. Innerhalb eines Schaltschrankes sind mehrere solcher Antriebsvorrichtungen mit einer Vakuumschaltkammer angeordnet und über entsprechende schienenförmige Kupferleiter an das Stromnetz angeschlossen.
Das System setzt voraus, dass der obere Kontaktanschluss mit dem feststehenden Kontaktstück und der untere Kontaktanschluss mit dem beweglichen Kontaktstück elektrisch und mechanisch verbunden ist. Diese Verbindung erfolgt, nachdem die Vakuumschaltkammer im Isolationsgehäuse montiert ist.
In Bezug auf die kegelförmige Ausgestaltung ist ein Verfahren zur Montage des Systems vorteilhaft, wobei in einem ersten Verfahrensschritt die Vakuumschaltkammer in Richtung ihrer Mittelachse koaxial zur Längsachse in Montagerichtung M in den Montageraum des Isolationsgehäuses eingeführt wird. Nachdem die Montagefläche zumindest teilweise an der Lagerfläche anliegt, wird die Vakuumschaltkammer mechanisch oder pneumatisch weiter in Montagerichtung in den Montageraum eingeführt. Sobald die obere Stirnseite den oberen Kontaktanschluss elektrisch kontaktiert, wird die Vakuum schaltkammer mechanisch in dieser Position fixiert. Die Polsterung, die die Montagefläche bildet, dient dabei als Zentrierungsmittel der Vakuumschaltkammer gegenüber dem Isolationsgehäuse. Die Montagefläche passt sich in ihrer Form der Lagerfläche des Isolationsgehäuses an.
Vorteilhaft ist hierzu, dass die Vakuumschaltkammer pneumatisch in den Montageraum eingeführt wird, wobei im Montageraum über die Entlüftungsbohrung ein Unterdruck erzeugt wird, durch den die Vakuumschaltkammer in Richtung der Längsachse in den Montageraum hineingezogen wird. Das im Montageraum erzeugte Vakuum wird über die in Umfangsrichtung ganz und in Richtung der Mittelachse teilweise an die Lagerfläche anliegende Polsterung abgedichtet. Die Polsterung gleitet beim Einführen auf der Lagerfläche in das Isolationsgehäuse in Montagerichtung M ab.
Zum Abschluss dieses Verfahrens ist es vorteilhaft, dass die Vakuumschaltkammer, nachdem der Kontakt zwischen der oberen Stirnseite und dem oberen Kontaktanschluss hergestellt ist, mechanisch im Isolationsgehäuse verrastet oder fixiert wird.
Hierzu ist vorgesehen, dass die Vakuumschaltkammer mechanisch über zumindest eine Schraube in den Montageraum hineingezogen wird, wobei die Schraube ein Außengewinde aufweist und in eine Bohrung mit Innengewinde in der oberen Stirnseite eingreift und die Vakuumschaltkammer durch Drehen der Schraube in Richtung der Längsachse in den Montageraum hineingezogen wird. Dieser Vorgang kann entweder allein dazu dienen, die Vakuumschaltkammer im Isolationsgehäuse zu montieren, oder kann als Abschluss des vorstehend beschriebenen Verfahrens mit Unterdruck dazu dienen, die Vakuumschaltkammer in ihre endgültige Position zu bringen, in der der Kontakt zwischen dem feststehenden Kontaktstück und dem oberen Kontaktanschluss hergestellt ist.
Hierzu ist es zur Sicherung der Isolierung vorteilhaft, dass, nachdem die Mantelfläche zumindest teilweise an der Lagerfläche anliegt, die im Montageraum vorhandene Luft über die Bohrung zumindest teilweise in die Atmosphäre geleitet wird. Dadurch wird vermieden, dass sich im Montageraum ein Überdruck bildet, der größer sein könnte als der Dichtdruck zwischen der Polsterung und der Lagerfläche.
Weitere Vorteile und Einzelheiten der Erfindung sind in den Patentansprüchen und in der Beschreibung erläutert und in den Figuren dargestellt. Es zeigt:
1 eine Schnittdarstellung eines Isolationsgehäuses mit zwei Kontaktanschlüssen und einem Befestigungsmittel für eine Vakuumschaltkammer;
2 eine Schnittdarstellung einer Vakuumschaltkammer mit einer Polsterung;
3 eine schematische Darstellung einer Vakuumschaltkammer mit der Polsterung in einem Isolationsgehäuse und einer Befestigung an einem oberen Kontaktanschluss des Isolationsgehäuses;
4 eine schematische Darstellung gemäß 3 mit den Winkelverhältnissen zwischen einem Lagerwinkel und einem Montagewinkel;
5 eine schematische Darstellung gemäß 4 mit einem negativen Montagewinkel;
6 eine schematische Darstellung gemäß 4 mit einer zur Mantelfläche parallelen Montagefläche;
7 eine Schnittdarstellung eines Vakuumschalters;
8 eine Schraube in Seitenansicht;
9 eine Schraube im Schnitt A-A' gemäß 8.
In 1 ist ein Isolationsgehäuse 2 eines Vakuumschalters 1 ohne eingebaute Vakuumschaltkammer 4 dargestellt. Das Isolationsgehäuse 2 bildet einen Montageraum 21, in dem die in 2 dargestellte Vakuumschaltkammer 4 eingebaut werden kann. Das Isolationsgehäuse 2 weist eine Längsachse 20 auf, zu der das Isolationsgehäuse 2 teilweise rotationssymmetrisch ausgebildet ist.
Der Montageraum 21 wird durch eine Innenfläche 22 begrenzt und ist im Wesentlichen in zwei Bereiche gegliedert. Im oberen Bereich des Montageraums 21 ist eine als Teilfläche der Innenfläche 22 ausgebildete Lagerfläche 220 vorgesehen, die in Bezug auf die Längsachse 20 kegelförmig und rotationssymmetrisch ist. Im unteren Bereich ist die Innenfläche 22 nicht symmetrisch und begrenzt den Teil des Montageraums 21, in dem nach der Montage der Vakuumschaltkammer 4 ein Teil einer Schaltmechanik angeordnet ist.
Das Isolationsgehäuse 2 weist für das Anschließen der Vakuumschaltkammer 4 eine obere Aufnahme 23 und eine untere Aufnahme 24 auf. Die obere Aufnahme 23 begrenzt den Montageraum 21 nach oben. Der Durchmesser der durch die Lagerfläche 220 gebildeten Kegelfläche ist im Bereich der oberen Aufnahme 23 kleiner als im Bereich der unteren Aufnahme 24.
In der oberen Aufnahme 23 ist ein oberer Kontaktanschluss 230 vorgesehen, an den auf der einen Seite ein in 2 näher dargestelltes feststehendes Kontaktstück 42 der Vakuumschaltkammer 4 anzuschließen ist. In der unteren Aufnahme 24 ist ein unterer Kontaktanschluss 240 vorgese hen, an dem ein bewegliches Kontaktstück 43 der Vakuumschaltkammer 4 anzuschließen ist. Die beiden Kontaktanschlüsse 230, 240 werden auf der anderen Seite über Bohrungen 232 mit Innengewinde an einen weiterführenden und nicht dargestellten Leiter an ein Stromnetz angeschlossen.
Die in 2 dargestellte Vakuumschaltkammer 4 weist ein zylinderförmiges Vakuumgehäuse mit einer Mittelachse 40 und einer zur Mittelachse 40 rotationssymmetrischen Mantelfläche 41 auf. In Richtung der Mittelachse 40 schließt die Vakuumschaltkammer 4 einerseits mit einer oberen Stirnseite 44 und gegenüberliegend mit einer unteren Stirnseite 45 ab. An der oberen Stirnseite 44 ist das feststehende Kontaktstück 42 vorgesehen, das mit dem oberen Kontaktanschluss 230 des Isolationsgehäuses 2 kontaktiert wird. An der unteren Stirnseite 45 ist das bewegliche Kontaktstück 43 vorgesehen, das über eine in 7 näher dargestellte Schaltmechanik 5 an den unteren Kontaktanschluss 240 des Isolationsgehäuses 2 angeschlossen wird.
Die Vakuumschaltkammer 4 ist mit einer aus Silikon gebildeten Polsterung 3 umgeben. Die Vakuumschaltkammer 4 wurde in diesem Ausführungsbeispiel mit einem flüssigen Silikonkautschuk LSR umgossen, so dass zwischen der Polsterung 3 und der Mantelfläche 41 und in der Polsterung 3 selbst keine Luft eingeschlossen ist.
Die Polsterung 3 bildet auf der der Mantelfläche 41 gegenüberliegenden Seite eine Montagefläche 31, über die sie im Isolationsgehäuse 2 auf der Lagerfläche 220 gelagert wird.
In dem in 2 dargestellten unmontierten Zustand der gepolsterten Vakuumschaltkammer 4 ist die Montagefläche 31 in Bezug auf die Mittelachse 40 rotationssymmetrisch und kegelförmig ausgebildet. Zwischen der Montagefläche 31 und der Mantelfläche 41 wird somit ein Montagewinkel b gebildet, der in diesem Ausführungsbeispiel ca. 1,5 Grad beträgt.
Wenn die Vakuumschaltkammer 4 im Isolationsgehäuse 2 montiert ist, sind wie in 3 dargestellt die Längsachse 20 und die Mittelachse 40 identisch, d. h. die Lagerfläche 220, die Montagefläche 31 und die Mantelfläche 41 sind koaxial zur Längsachse 20 und zur Mittelachse 40 angeordnet.
Die Vakuumschaltkammer 4 mit Polsterung 3 wird mit dem feststehenden Kontaktstück 42 voraus in Montagerichtung M in den Montageraum 21 eingeführt. Dabei ist wesentlich, dass zu Beginn des Einführens der Vakuumschaltkammer 4 in das Isolationsgehäuse 2, wenn die Längsachse 20 und die Mittelachse 40 koaxial angeordnet sind, zwischen der Lagerfläche 220 des Montageraums 21 und der Montagefläche 31 ein Winkel gebildet wird, der ungleich 0 Grad ist.
Dadurch wird wie in 4 dargestellt erreicht, dass die Montagefläche 31 der Polsterung 3 in dem Moment, in dem die Montagefläche 31 die Lagerfläche 220 berührt, in dem Bereich des feststehenden Kontaktstücks 42 über ihren gesamten Umfang an der Lagerfläche 220 kreislinienförmig anliegt. Der im Ausführungsbeispiel gemäß 4 gebildete Spalt zwischen der Lagerfläche 220 und der Montagefläche 31 öffnet sich keilförmig nach unten hin. Der Öffnungswinkel dieses Spaltes beträgt das Maß der Differenz zwischen Lagerwinkel a und Montagewinkel b.
Ausgehend von diesen geometrischen Verhältnissen schließt sich während des weiteren Montageprozesses, während dessen die gepolsterte Vakuumschaltkammer 4 weiter in Montagerichtung M in das Isolationsgehäuse 2 geschoben und die Polsterung 3 elastisch deformiert wird, der Spalt zwischen Lagerfläche 220 und Montagefläche 31 zunehmend. Damit ist gewährleistet, dass die Luft zwischen der Lagerfläche 220 und der Montagefläche 31 während der Bewegung der Vakuumschaltkammer 4 in Montagerichtung M kontinuierlich entgegengesetzt zur Montagerichtung M aus dem Luftspalt gedrückt wird.
Die elastische Polsterung 3 wird bei diesem Montagevorgang deformiert, so dass sich die Montagefläche 31 an die Form und den Winkel der Lagerfläche 220 elastisch anpasst. In 2 ist beispielhaft die Lagerfläche 220 in der Schnittdarstellung der Polsterung 3 dargestellt. Die Vakuumschaltkammer 4 befindet sich in Bezug auf die Lagerfläche 220 in Montagerichtung M in ihrer Endposition. Die Polsterung 3 wird dabei um das überstehende Maß verdrängt und breitet sich in Richtung der Mittelachse 40 nach oben und nach unten hin aus. Dadurch, dass die Polsterung 3 im montierten Zustand der Vakuumschaltkammer 4 nach oben und unten hin offen ist, kann die überschüssige Polsterung 3 wie in 3 dargestellt an der oberen Stirnseite 44 und an der unteren Stirnseite 45 aufgeworfen werden.
Ziel ist es, den Lagerwinkel a und den Montagewinkel b sowie die Durchmesserverhältnisse zwischen der Lagerfläche 220 und der Mantelfläche 41 und die Dicke der Polsterung 3 so anzupassen, dass ein ausreichender Dichtdruck der Polsterung 3 an die Lagerfläche 220 auf der gesamten Lagerfläche 220 erreicht wird. Insbesondere der Lagerwinkel a und der Montagewinkel b variieren je nach Anwendung zwischen 0,5 und 5,0 Grad.
Die Spannkraft, die notwendig ist um die Vakuumschaltkammer 4 so weit in den Montageraum 21 zu ziehen, bis das feststehende Kontaktstück 42 an dem oberen Kontaktanschluss 230 anschlägt, wird gemäß dem Ausführungsbeispiel nach 1, 3 und 7 durch ein als Schraube 6 ausgebildetes Befestigungsmittel erreicht. Die Schraube 6 wird durch eine auf der Oberseite der oberen Aufnahme 23 vorgesehene Öffnung 233 eingebracht. An die Öffnung 233 schließt in Richtung und koaxial zu der Längsachse 20 eine Durchgangsbohrung 234 im oberen Kontaktanschluss 230 an. Die Schraube 6 wird durch die Durchgangsbohrung 234 hindurch gesteckt und greift in eine Bohrung 440 mit Innengewinde im feststehenden Kontaktstück 42 ein. Die Schraube 6 sitzt auf einem Anschlag innerhalb der Durchgangsbohrung 234 auf, so dass beim Drehen der Schraube 6 die Vakuumschaltkammer 4 hochgezogen wird. Dadurch, dass auch die Bohrung 440 in dem feststehenden Kontaktstück 42 koaxial zur Längsachse 20 angeordnet ist, ist eine konzentrische Montage der Vakuumschaltkammer 4 im Isolationsgehäuse 2 gewährleistet. Nach der Montage wird die Öffnung 233 mit einer Kappe 235 oder einem Stöpsel aus einem Kunststoff verschlossen und gleichzeitig das Isolationsgehäuse 2 elektrisch isoliert.
Damit ein definierter Anschlag zwischen dem feststehenden Kontaktstück 42 und dem oberen Kontaktanschluss 230 gewährleistet ist, ist im montierten Zustand der Vakuumschaltkammer 4 wie in 7 dargestellt ein Spalt 7 zwischen dem Isolationsgehäuse 2 und der auf der oberen Stirnseite 44 der Vakuumschaltkammer 4 aufgebrachten Polsterung 3 vorgesehen. Je nach dem, in welchem Maß sich die Polsterung 3 in den Bereich der oberen Stirnseite 44 ausdehnt, ist der Spalt 7 größer oder kleiner. Gemäß Ausführungsbeispiel nach 3 ist kein Spalt 7 vorgesehen, sodass die Polsterung 3 auch im Bereich der oberen Stirnseite 44 mit Hilfe der Schraube 6 elastisch verformt wird.
Gemäß den Ausführungsbeispielen nach 1 und 3 ist ausgehend von der Durchgangsbohrung 234 eine Entlüftungsbohrung 231 im oberen Kontaktanschluss 230 vorgesehen, durch die die Luft entweichen kann, die zu Beginn der Montage im Montageraum 21 eingeschlossen ist, sobald die Polsterung 3 dichtend an der Lagerfläche 220 anliegt. Die Entlüftungsbohrung 231 mündet am oberen Kontaktanschluss 230, so dass die Isolierung des Vakuumschalters 1 nicht beeinträchtigt wird.
In einem weiteren Ausführungsbeispiel gemäß 7 ist die Entlüftungsbohrung 321 nicht im oberen Kontaktanschluss 230, sondern in der in den 8 und 9 näher dargestellten Schraube 6 vorgesehen. Hierzu weist die Schraube 6, wie in den 8 und 9 dargestellt, eine in Richtung der Drehachse 63 auf der Außenfläche verlaufende Nut 60 auf. Die Nut 60 ermöglicht, dass die im Montageraum befindliche Luft zwischen der Schraube 6 und dem Kontaktanschluss 230 in Richtung der Öffnung 233 im Isolationsgehäuse 2 entweichen kann. Das Entweichen der Luft ist unabhängig von der Position der Schraube 6 in Bezug auf das feststehende Kontaktstück 42 und unabhängig von der Position der Schraube 6 in Bezug auf den Kontaktanschluss 230 möglich. Hierzu verläuft die Nut 60 entlang des Gewindeabschnittes 62 bis teilweise in den Schraubenkopf 61. In der Position der Schraube 6, in der sie mit der Unterseite des Schraubenkopfes 61 mittel- oder unmittelbar auf dem Kontaktanschluss 230 aufsitzt, strömt die Luft oberhalb der Kontaktfläche zwischen Schraubenkopf 61 und Kontaktanschluss 230 in radialer Richtung zur Drehachse 63 der Schraube 6 aus der Nut 60 aus.
Bei der Montage ist wesentlich, dass der Montagewinkel b in Bezug auf die Mittelachse 40 nicht gleich dem Lagerwinkel a ist. Ausgehend von 4 werden beide Winkel rechtsdrehend an die Vertikale bzw. an die Mittelachse 40 angetragen. Die Winkel haben nach dieser Definition beide ein positives Vorzeichen. Wie in 5 dargestellt wird die erfindungsgemäße Lösung auch dann erreicht, wenn der Montagewinkel b negativ wäre. In diesem Fall würde die dickere Seite der Polsterung 3 der oberen Stirnseite 44 zugeordnet sein und in Montagerichtung M zuerst in den Montageraum 21 eingeführt werden. Die Formgebung der Polsterung 3 erfolgt nach dem gleichen Prinzip wie gemäß 4 beschrieben. Ebenso die Luft zwischen Lagerfläche 220 und Montagefläche 31 entweicht entgegen der Montagerichtung M.
In 6 ist ein Ausführungsbeispiel gezeigt, bei dem die Polsterung 3 mit einer konstanten Dicke auf die Mantelfläche 41 aufgetragen ist, d. h. der Montagewinkel b unendlich groß ist. Aufgrund der kegelförmigen Lagerfläche 220, d. h. eines Lagerwinkels a größer als 0 Grad, wird auch hier der erfindungsgemäße Montagevorteil erreicht. Die Polsterung 3 liegt zu Beginn der Montage kreisringförmig an der Lagerfläche 220 an und der Luftspalt zwischen Lagerfläche 220 und Montagefläche 31 schließt sich mit zunehmender Bewegung der Vakuumschaltkammer 4 in Montagerichtung M. Zwischen den beiden Extremen gemäß 4, wonach die Montagefläche 31 fast parallel zur Lagerfläche 220 sein kann, und gemäß 5, wonach der Montagewinkel b negativ sein kann, gibt es zahlreiche Zwischenlösungen an Lagerwinkel a und Montagewinkel b, mit denen die erfindungsgemäße Lösung erreichbar ist.
Die erfindungsgemäße Ausgestaltung mit einer zumindest kegelförmigen Lagerfläche 220 hat den Vorteil, dass die Vaku umschaltkammer 4 wieder einfach demontiert werden kann. Nach dem Lösen der Schraube 6 ist die Vakuumschaltkammer 4 aufgrund der Elastizität der Polsterung 3 und des Neigungswinkels der Lagerfläche 220 entgegen der Montagerichtung M vorgespannt. Bei der Demontage muss somit weder das Isolationsgehäuse 2 noch die Vakuumschaltkammer 4 zerstört werden. Auch sind keine besonderen Werkzeuge oder extrem hohe Temperaturen notwendig, um die Vakuumschaltkammer 4 zu demontieren.
Das bewegliche Kontaktstück 43 wird, wie in 7 dargestellt, an eine Schaltmechanik 5 angeschlossen. Die Schaltmechanik 5 weist ein in Richtung der Mittelachse 40 bewegliches Kontaktband 50 auf, über das das bewegliche Kontaktstück 43 an den unteren Kontaktanschluss 240 angeschlossen ist. Zudem weist die Schaltmechanik 5 ein Kupplungselement 51 aus glasfaserverstärktem Kunststoff auf, über das das bewegliche Kontaktstück 43 in Richtung der Mittelachse 40 bewegt wird. Das Kupplungselement 51 ist auf der dem beweglichen Kontaktstück 43 gegenüberliegenden Ende an eine nicht dargestellte mechanisch und elektromagnetisch arbeitende Antriebseinheit angeschlossen.
Das bewegliche Kontaktstück 43 wird über einen Bolzen 52 mit einem am Kupplungselement 51 angeordneten Kolben 54 mit dem Kupplungselement 51 verbunden. Der Kolben 54 ist in Richtung der Mittelachse 40 über Tellerfedern 53 gegenüber dem Kupplungselement 51 vorgespannt, so dass der Abstand zwischen dem Kupplungselement 51 und dem beweglichen Kontaktstück 43 zum Ausgleich des Abbrandes in der Vakuumschaltkammer 4 variabel ist. Hierzu sind die Tellerfedern 53 in einem Messinglager 55 gelagert und in Richtung der Mittelachse 40 geführt.

1: Vakuumschalter
2: Isolationsgehäuse
20: Längsachse
21: Montageraum
22: Innenfläche
220: Teilfläche, Lagerfläche
23: obere Aufnahme
230: oberer Kontaktanschluss
231: Entlüftungsbohrung
232: Bohrung
233: Öffnung
234: Durchgangsbohrung
24: untere Aufnahme
240: unterer Kontaktanschluss
3: Polsterung
31: Montagefläche, äußere Fläche
4: Vakuumschaltkammer
40: Mittelachse
41: Mantelfläche
42: feststehendes Kontaktstück
43: bewegliches Kontaktstück
44: obere Stirnseite
440: Bohrung
45: untere Stirnseite
5: Schaltmechanik
50: Kontaktband
51: Kupplungselement
52: Bolzen
53: Tellerfeder
54: Kolben
55: Messinglager
6: Befestigungsmittel, Schraube
60: Nut, Entlüftungsbohrung
61: Schraubenkopf
62: Gewindeabschnitt
63: Drehachse
7: Spalt
a: Lagerwinkel
b: Montagewinkel
M: Montagerichtung

Claims

System eines feststoffisolierten Schalterpols bestehend aus einem Isolationsgehäuse (2) mit einer Vakuumschaltkammer (4), wobei a) das Isolationsgehäuse (2) eine Längsachse (20) mit einer mindestens einen Montageraum (21) bildenden Innenfläche (22) zur Aufnahme der Vakuumschaltkammer (4) eines Vakuumschalters (1) aufweist und b) die Innenfläche (22) mindestens eine als Lagerfläche ausgebildete Teilfläche (220) aufweist und c) die Lagerfläche (220) rotationssymmetrisch zur Längsachse (20) und mit Bezug zur Längsachse (20) kegelförmig ausgebildet ist und mit der Längsachse (20) einen Lagerwinkel (a) zwischen 1,5 Grad und 12,5 Grad einschließt und wobei d) die Vakuumschaltkammer (4) eine Mittelachse (40) und mindestens eine in Bezug auf die Mittelachse (40) zylinderförmige äußere Mantelfläche (41) und e) eine die Mantelfläche (41) zumindest teilweise umschließende und auf der Mantelfläche (41) aufliegende Polsterung (3) aufweist, wobei f) die Polsterung (3) eine als Montagefläche ausgebildete äußere Fläche (31) aufweist, dadurch gekennzeichnet, dass g) die Montagefläche (31) in Bezug auf die Mittelachse (40) kegelförmig ausgebildet ist und mit der Mittelachse (40) einen Montagewinkel (b) zwischen 0,5 Grad und 9,5 Grad einschließt.
Isolationsgehäuse (2) nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Länge der Lagerfläche (220) in Richtung der Längsachse (20) zwischen 50 mm und 800 mm, insbesondere 250 mm beträgt.
Isolationsgehäuse (2) nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass das Isolationsgehäuse (2) in Richtung der Längsachse (20) oberhalb des Montageraums (21) eine obere Aufnahme (23) für einen oberen Kontaktanschluss (230) und in Richtung der Längsachse (20) unterhalb des Montageraums (21) eine untere Aufnahme (24) für einen unteren Kontaktanschluss (240) aufweist.
Isolationsgehäuse (2) nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass der obere Kontaktanschluss (230) und der untere Kontaktanschluss (240) in das Isolationsgehäuse (2) zumindest teilweise eingegossen sind.
Isolationsgehäuse (2) nach einem der Ansprüche 3 und 4, dadurch gekennzeichnet, dass der obere Kontaktanschluss (230) eine Entlüftungsbohrung (231) aufweist, mit der der Montageraum (21) mit der Atmosphäre verbunden werden kann.
Isolationsgehäuse (2) nach einem der Ansprüche 3 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass am oberen Kontaktanschluss (230) mindestens ein Befestigungsmittel (6), insbesondere eine oder mehrere Schrauben vorgesehen sind, mit Hilfe dessen ein Kontaktstück (42) der Vakuumschaltkammer (4) am oberen Kontaktanschluss (230) zu befestigen ist.
Isolationsgehäuse (2) nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass das Befestigungsmittel (6) eine Nut oder Entlüftungsöffnung (60) aufweist, mit der der Montageraum (21) mit der Atmosphäre verbunden werden kann.
Isolationsgehäuse (2) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Isolationsgehäuse (2) einstückig und materialidentisch ausgebildet ist.
Isolationsgehäuse (2) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Isolationsgehäuse (2) aus Kunststoff, insbesondere aus zumindest einem Kunststoff der Familie der Polytetrafluoroethylene oder Polyamide oder Epoxidharze gebildet ist.
Vakuumschaltkammer (4) nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Vakuumschaltkammer (4) ein einer oberen Stirnseite (44) zugeordnetes feststehendes Kontaktstück (42) und ein einer unteren Stirnseite (45) zugeordnetes bewegliches Kontaktstück (43) aufweist, wobei das feststehende Kontaktstück (42) in Richtung der Mittelachse (40) oberhalb der Mantelfläche (41) und das bewegliche Kontaktstück (43) in Richtung der Mittelachse (40) unterhalb der Mantelfläche (41) angeordnet ist.
Vakuumschaltkammer (4) nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, dass die Vakuumschaltkammer (4) zumindest teilweise aus Glas oder aus einer isolierenden Keramik, insbesondere aus Al₂O₃ besteht.
Vakuumschaltkammer (4) nach einem der Ansprüche 10 und 11, dadurch gekennzeichnet, dass die Polsterung (3) über die Mantelfläche (41) hinaus auch zumindest teilweise die obere Stirnseite (44) und/oder auch zumindest teilweise die untere Stirnseite (45) bedeckt.
Vakuumschaltkammer (4) nach einem der Ansprüche 10 bis 12, dadurch gekennzeichnet, dass die Polsterung (3) aus einer aushärtbaren, ein- oder zweikomponentigen, liquiden Kunststoffmasse hergestellt ist.
Vakuumschaltkammer (4) nach Anspruch 13, dadurch gekennzeichnet, dass die Polsterung (3) aus Silikonkautschuk hergestellt ist.
System nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Lagerwinkel (a) das gleiche Maß wie der Montagewinkel (b) aufweist.
System nach Anspruch 15, dadurch gekennzeichnet, dass der Lagerwinkel (a) zwischen 1% und 20% größer als der Montagewinkel (b) ist.
System nach einem der Ansprüche 15 und 16 mit einer mechanischen und/oder elektromagnetischen Antriebsvorrichtung und/oder einem Schaltschrank, wobei der Schaltschrank zur Aufnahme mehrerer in der Antriebsvorrichtung integrierter Systeme ausgebildet ist und das System innerhalb des Schaltschrankes an ein elektrisches Stromnetz anschließbar ist.
System nach einem der Ansprüche 15 bis 17, dadurch gekennzeichnet, dass der obere Kontaktanschluss (230) mit dem feststehenden Kontaktstück (42) und der untere Kontaktanschluss (240) mit dem beweglichen Kontaktstück (43) elektrisch und mechanisch verbunden ist.
Verfahren zur Montage eines Systems nach einem der vorstehenden Ansprüche, gekennzeichnet durch folgende Verfahrensschritte: 1.) die Vakuumschaltkammer (4) wird in Richtung ihrer Mittelachse (40) koaxial zur Längsachse (20) in Montagerichtung (M) in den Montageraum (21) des Isolationsgehäuses (2) eingeführt, 2.) nachdem die Montagefläche (31) zumindest teilweise an der Lagerfläche (220) anliegt, wird die Vakuumschaltkammer (4) mechanisch oder pneumatisch weiter in Montagerichtung (M) in den Montageraum (21) eingeführt, 3.) sobald die obere Stirnseite (44) den oberen Kontaktanschluss (230) elektrisch kontaktiert, wird die Vakuumschaltkammer (4) mechanisch in dieser Position fixiert.
Verfahren nach Anspruch 19, dadurch gekennzeichnet, dass die Vakuumschaltkammer (4) pneumatisch in den Montageraum (21) eingeführt wird, wobei im Montageraum (21) über die Entlüftungsbohrung (231) ein Unterdruck erzeugt wird, durch den die Vakuumschaltkammer (4) in Richtung der Längsachse (20) in den Montageraum (21) hineingezogen wird.
Verfahren nach Anspruch 20, dadurch gekennzeichnet, dass die Vakuumschaltkammer (4), nachdem der Kontakt zwischen der oberen Stirnseite (44) und dem oberen Kontaktanschluss (230) hergestellt ist, mechanisch im Isolationsgehäuse (2) verrastet oder fixiert wird.
Verfahren nach Anspruch 19, dadurch gekennzeichnet, dass die Vakuumschaltkammer (4) mechanisch über zumindest eine Schraube (6) in den Montageraum (21) hineingezogen wird, wobei die Schraube (6) ein Außengewinde aufweist und in eine Bohrung (440) mit Innengewinde in der oberen Stirnseite (44) eingreift und die Vakuumschaltkammer (4) durch Drehen der Schraube (6) in Richtung der Längsachse (20) in den Montageraum (21) hineingezogen wird.
Verfahren nach Anspruch 22, dadurch gekennzeichnet, dass, nachdem die Mantelfläche (41) zumindest teilweise an der Lagerfläche (220) anliegt, die im Montageraum (21) vorhandene Luft zumindest teilweise über die Entlüftungsbohrung (231) in die Atmosphäre geleitet wird.