DE102008024419B3

DE102008024419B3 - Schaltkammer

Info

Publication number: DE102008024419B3
Application number: DE200810024419
Authority: DE
Inventors: Roman Dr. Renz; Holger Dipl.-Ing. Schumann; Ulf Dipl.-Ing. Schümann; Andreas Dipl.-Ing. Stelzer
Original assignee: Siemens AG
Current assignee: Siemens AG
Priority date: 2008-05-16
Filing date: 2008-05-16
Publication date: 2009-12-31
Anticipated expiration: 2028-05-17
Also published as: EP2274759A1; WO2009138397A1

Abstract

Die Erfindung betrifft eine Schaltkammer, insbesondere eine Vakuumschaltkammer, mit einem evakuierten Gehäuse, welches eine erste Wandung (6) und eine der ersten Wandung gegenüberliegende zweite Wandung (10) aufweist, einem ersten Kontaktstück (8), das die erste Wandung (6) durchgreift und starr mit dieser (6) verbunden ist, und einem zweiten Kontaktstück (12), das die zweite Wandung (10) durchgreift. Das zweite Kontaktstück (12) ist starr mit der zweiten Wandung (10) derart verbunden, dass im ausgeschalteten Zustand der Schaltkammer im Gehäuseinneren ein vorgewählter Abstand zwischen dem ersten Kontaktstück (8) und dem zweiten Kontaktstück (12) vorliegt. Zumindest ein Teil (6, 10) des Gehäuses ist plastisch verformbar, wodurch ein elektrischer Kontakt zwischen dem ersten Kontaktstück (8) und dem zweiten Kontaktstück (12) im Gehäuseinneren herstellbar ist.

Description

Die Erfindung betrifft eine Schaltkammer, insbesondere eine Vakuumschaltkammer, mit einem evakuierten Gehäuse, welches eine erste Wandung und eine der ersten Wandung gegenüberliegende zweite Wandung aufweist, einem ersten Kontaktstück, das die erste Wandung durchgreift und starr mit dieser verbunden ist, und einem zweiten Kontaktstück, das die zweite Wandung durchgreift.
Derartige Schaltkammern werden beispielsweise in Form von Vakuumschaltröhren in Leistungsschaltern eingesetzt, mit denen große elektrische Ströme geschaltet werden können.
Eine Schaltkammer der eingangs genannten Art ist aus der deutschen Offenlegungsschrift DE 26 33 543 A1 bekannt. Bei dieser bekannten Vakuumschaltkammer ist das zweite Kontaktstück, das die zweite Wandung durchgreift, derart schiebebeweglich gelagert, dass es ins Innere der Vakuumschaltkammer hineingeschoben bzw. in Richtung des Vakuumschaltkammeraußenraums aus der Vakuumschaltkammer herausgezogen werden kann. Die Dichtheit des evakuierten Gehäuses wird mittels eines elastischen Metallbalges hergestellt, dessen eines Ende an der zweiten Wandung und dessen anderes Ende an dem zweiten Kontaktstück befestigt ist.
Aus der deutschen Patentschrift DE 199 10 148 C2 ist ebenfalls eine derartige Schaltkammer bekannt. Bei dieser Schaltkammer ist die zweite Wandung als eine elastische Membran ausgestaltet, die vakuumdicht mit dem Stromanschluß des zweiten Kontaktstück verlötet ist. Diese Membran ermöglicht eine Bewegung des zweiten Kontaktstücks und damit ein Öffnen und Schließen des elektrischen Kontakts.
Aus der deutschen Gebrauchsmusterschrift DE 94 17 344 U1 ist eine Störlichtbogen-Schutzvorrichtung für Schaltanlagen zur Verteilung elektrischer Energie bekannt. Diese Vorrichtung überführt im Störfall einen Störlichtbogen in einen satten metallischen Kurzschluss. Die Vorrichtung weist zwei koaxial ineinandergesetzte Elektroden auf, zwischen denen ein Spalt besteht. Zur Vermeidung unerwünschter Stromüberschläge befindet sich der Spalt dauerhaft in einem Vakuum.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Schaltkammer anzugeben, die einfach und kostengünstig hergestellt werden kann.
Diese Aufgabe wird gelöst durch eine Schaltkammer nach dem Patentanspruch 1. Bei dieser Schaltkammer ist zumindest ein Teil des Gehäuses (d. h. ein Gehäuseteil) plastisch verformbar, wodurch ein elektrischer Kontakt zwischen dem ersten Kontaktstück und dem zweiten Kontaktstück im Gehäuseinneren herstellbar ist.
Hierbei ist insbesondere vorteilhaft, dass das zweite Kontaktstück starr – insbesondere balglos und lagerlos, d. h. ohne einen elastischen Metallbalg und ohne ein Schiebelager – mit der zweiten Wandung verbunden ist, so dass im ausgeschalteten Zustand der Schaltkammer ein vorbestimmter Abstand zwischen dem ersten Kontaktstück und dem zweiten Kontaktstück im Inneren der Schaltkammer vorliegt. Da für das zweite Kontaktstück der Schaltkammer weder ein Metallbalg noch ein Lager benötigt wird, kann die Schaltkammer sehr einfach und damit auch kostengünstig hergestellt werden. Weiterhin ist wesent lich, dass zumindest ein Teil des Gehäuses plastisch verformbar ist; durch plastische Verformung des Gehäuses lässt sich ein elektrischer Kontakt zwischen dem ersten Kontaktstück und dem zweiten Kontaktstück im Gehäuseinneren herstellen. Ein plastisch verformbares Gehäuse lässt sich sehr einfach und kostengünstig realisieren. Beispielsweise können ein oder mehrere Teile des Gehäuses aus bezüglich der Kontaktstücke vergleichsweise dünnem, plastisch verformbarem Metallblech bestehen. Weiterhin ist vorteilhaft, dass im ausgeschalteten Zustand der Schaltkammer (d. h. bei unverformtem Gehäuse) ein vorgewählter Abstand (Mindestabstand, Isolationsabstand) zwischen dem ersten Kontaktstück und dem zweiten Kontaktstück vorliegt. Dadurch wird erreicht, dass (beispielsweise beim Transport oder bei der Montage der Schaltkammer) die Kontaktstücke nicht versehentlich aufeinanderstoßen oder aufein anderschlagen können. Dadurch wird eine unbeabsichtigte Beschädigung der Kontaktstücke zuverlässig verhindert. Insbesondere werden Beschädigungen in Form von Unebenheiten (z. B. Kratzern oder Dellen) der Kontaktstückoberfläche vermieden, dadurch werden vergleichsweise ebene Kontaktstückoberflächen ermöglicht, die aufgrund fehlender Feldstärkeüberhöhungen ein sehr gutes Isolationsverhalten (dielektrisches Verhalten) aufweisen.
Die Schaltkammer kann so ausgestaltet sein, dass das Teil des Gehäuses plastisch verformbar ist derart, dass sich bei Aufbringen einer Verformkraft auf das Teil des Gehäuses und/oder auf eines der Kontaktstücke die Kontaktstücke unter Verringerung ihres gegenseitigen Abstands aufeinander zubewegen, bis sie einander berühren. Mittels Aufbringen dieser Verformkraft lässt sich die Schaltkammer einschalten, d. h. ein elektrischer Kontakt zwischen dem ersten Kontaktstück und dem zweiten Kontaktstück herstellen.
Die Schaltkammer kann so ausgestaltet sein, dass das Gehäuse ein hohlzylinderförmiges Isolierteil aufweist, an dessen eine Stirnfläche die erste Wandung angrenzt und an dessen andere Stirnfläche die zweite Wandung angrenzt. Dabei kann das hohlzylinderförmige Isolierteil aus Keramik bestehen und die erste Wandung und/oder die zweite Wandung aus Metall bestehen.
Dabei können vorteilhafterweise als solches bekannte hohlzylindrische Isolierteile von Schaltkammern verwendet werden, so dass eine kostenintensive Neuentwicklung dieser Teile unnötig ist.
Die Schaltkammer kann so ausgestaltet sein, dass die erste Wandung und/oder die zweite Wandung plastisch verformbar sind. Weiterhin kann das erste Kontaktstück in die erste Wandung eingeschweißt, eingelötet oder eingepresst sein und das zweite Kontaktstück in die zweite Wandung eingeschweißt, eingelötet oder eingepresst sein. Mittels Schweißen, Löten oder Einpressen lässt sich sehr einfach eine vakuumdichte oder gasdichte Verbindung zwischen dem Kontaktstück und der jeweiligen Wandung herstellen.
Die Schaltkammer kann so aufgebaut sein, dass das erste Kontaktstück und/oder das zweite Kontaktstück im Inneren der Schaltkammer im Wesentlichen die Form eines Zylinders mit planen Stirnflächen aufweist. Ein derart aufgebautes Kontaktstück lässt sich vorteilhafterweise besonders einfach und daher mit geringen Kosten herstellen.
Die Schaltkammer kann so realisiert sein, dass im ausgeschalteten Zustand der Schaltkammer die Stirnflächen einander beabstandet gegenüberstehen und im eingeschalteten Zustand der Schaltkammer die Stirnflächen sich berühren.
Die Schaltkammer kann zum lediglich einmaligen Einschalten geeignet sein. In diesem Falle wird vorteilhafterweise lediglich eine Vorrichtung zum Aufbringen der Verformkraft auf Teile des Gehäuses der Schaltkammer benötigt, jedoch keine Vorrichtung zum Aufbringen einer Rückverformkraft, d. h. einer Kraft, die die Verformungen wieder rückgängig machen soll.
Vorteilhaft kann die Schaltkammer auch so ausgestaltet sein, dass das erste Kontaktstück und das zweite Kontaktstück Verbindungsmittel aufweisen, die sich beim Herstellen des elektrischen Kontakts zwischen dem ersten Kontaktstück und dem zweiten Kontaktstück unlösbar miteinander verbinden. Dadurch wird vorteilhafterweise ein besonders sicherer bzw. dauerhafter Kontakt zwischen dem ersten Kontaktstück und dem zweiten Kontaktstück hergestellt.
Die Schaltkammer kann so ausgestaltet sein, dass die Verbindungsmittel an einem der Kontaktstücke einen Zapfen und an dem anderen der Kontaktstücke eine Ausnehmung aufweisen. Durch Zusammenwirken des Zapfens mit der Ausnehmung lässt sich auf einfache Weise eine unlösbare und dauerhafte Verbindung des ersten Kontaktstücks mit dem zweiten Kontaktstück realisieren. Darüber hinaus lassen sich ein solcher Zapfen und eine solche Ausnehmung fertigungstechnisch einfach und damit kostengünstig herstellen.
Die Schaltkammer kann auch so ausgestaltet sein, dass beim Herstellen des elektrischen Kontakts zwischen dem ersten Kontaktstück und dem zweiten Kontaktstück der Zapfen nach Eintreten in die Ausnehmung plastisch verformbar ist. Durch die plastische Verformbarkeit des Zapfens wird auf eine besonders einfache Weise sichergestellt, dass sich der Zapfens des einen Kontaktstücks und die Ausnehmung des anderen Kontaktstücks dauerhaft und unlösbar miteinander verbinden.
Die Schaltkammer kann dabei so ausgestaltet sein, dass das Volumen des Zapfens im verformten Zustand mindestens dem Volumen der Ausnehmung entspricht. Dadurch wird sichergestellt, dass der Zapfen in verformtem Zustand an der gesamten Innenfläche der Ausnehmung anliegt und dadurch an der gesamten Innenfläche der Ausnehmung eine sichere elektrische Verbindung zwischen dem ersten Kontaktstück und dem zweiten Kontaktstück hergestellt wird.
Die Schaltkammer kann so aufgebaut sein, dass die Ausnehmung eine Hinterschneidung aufweist. Dadurch wird eine besonders sichere und feste Verbindung zwischen dem ersten Kontakt stück und dem zweiten Kontaktstück hergestellt; es besteht nämlich im eingeschalteten Zustand der Schaltkammer sowohl ein Formschluss als auch ein Kraftschluss zwischen dem verformten Zapfen und der Ausnehmung.
Die Schaltkammer kann auch so ausgestaltet sein, dass das erste Kontaktstück und das zweite Kontaktstück im Bereich der Verbindungsmittel aus Kupfer bestehen. Dadurch wird zum einen erreicht, dass eine derartige Schaltkammer besonders kostengünstig produziert werden kann. Kupfer ist nämlich erheblich billiger als die für Vakuumschaltkammern üblicherweise verwendeten hochfesten Kontaktmaterialien. Zum anderen lässt sich mittels dieser aus Kupfer bestehenden Verbindungsmittel besonders einfach eine dauerhafte und unlösbare Verbindung zwischen dem ersten Kontaktstück und dem zweiten Kontaktstück herstellen, weil das Kupfer während der Herstellung der z. B. Vakuumschaltkammer (insbesondere beim Verlöten der Vakuumschaltkammer unter hohen Temperaturen) weichgeglüht wird und daher beim Schließen des elektrischen Kontakts leicht plastisch verformbar ist.
Die Schaltkammer kann so ausgestaltet sein, dass die Schaltkammer in Wirkverbindung steht mit einer Einschalteinheit, die zum Aufbringen einer Verformkraft auf das (plastisch verformbare) Teil bzw. die plastisch verformbaren Teile des Gehäuses und/oder auf eines der Kontaktstücke ausgebildet ist. Mittels dieser Einschalteinheit wird beim Einschalten der Schaltkammer die Verformkraft auf das plastisch verformbare Teil oder die plastisch verformbaren Teile des Gehäuses und/oder auf eines der Kontaktstücke (welches mit den plastisch verformbaren Teilen des Gehäuses starr verbunden ist) aufgebracht.
Die Schaltkammer kann auch so ausgestaltet sein, dass die Schaltkammer in Wirkverbindung steht mit einer Druckerzeugungseinheit, die zum Aufbringen einer Druckkraft auf das erste Kontaktstück und/oder das zweite Kontaktstück nach Herstellen des elektrischen Kontakts zwischen dem ersten Kontaktstück und dem zweiten Kontaktstück ausgebildet ist. Durch diese Druckerzeugungseinheit wird vorteilhafterweise erreicht, dass auch nach dem Einschalten eine besonders sichere Verbindung zwischen dem ersten Kontaktstück und dem zweiten Kontaktstück bestehen bleibt.
Schließlich kann die Schaltkammer auch so ausgestaltet sein, dass die Einschalteinheit der Druckerzeugungseinheit entspricht. Mit anderen Worten kann vorteilhafterweise eine Einheit genutzt werden, welche beim Einschalten der Schaltkammer als Einschalteinheit und nach dem Einschalten der Schaltkammer als Druckerzeugungseinheit arbeitet.
Im Folgenden wird die Erfindung anhand von Ausführungsbeispielen näher erläutert. Dazu ist in
1 ein erstes Ausführungsbeispiel einer Anordnung mit einer Vakuumschaltkammer, in
2 ein zweites Ausführungsbeispiel einer Anordnung mit einer Vakuumschaltkammer, in
3 ein Ausführungsbeispiel zweier Kontaktstücke im ausgeschalteten Zustand der Vakuumschaltkammer und in
4 ein Ausführungsbeispiel dieser Kontaktstücke im eingeschalteten Zustand der Vakuumschaltkammer dargestellt.
In 1 ist in einer Schnittdarstellung im linken Teil eine Schaltkammer in Form einer Vakuumschaltkammer 1 und im rechten Teil eine mit dieser Vakuumschaltkammer in Wirkverbindung stehende Einschalt- und Druckerzeugungseinheit 2 dargestellt. Die Vakuumschaltkammer 1 (hier in Form einer Vakkumschaltröhre) weist ein Vakuumschaltkammergehäuse auf, welches ein hohlzylinderförmiges Isolierteil 4 aufweist. Dieses Isolierteil kann beispielsweise ein aus Keramik bestehender Hohlzylinder sein. An die eine Stirnfläche des Isolierteils 4 grenzt eine erste Wandung 6 an, welche im Ausführungsbeispiel eine aus Metallblech (z. B. Edelstahlblech) bestehende Kappe 6 ist. Diese erste Wandung 6 wird von einem ersten Kontaktstück 8 durchgriffen. Im eingebauten Zustand der Vakuumschaltkammer ist das erste Kontaktstück 8 mechanisch feststehend ausgebildet, wie durch ein schraffiertes feststehendes Begrenzungsteil 9 im linken Teil der 1 angedeutet wird. Über dieses schraffierte feststehende Begrenzungsteil erfolgt im Ausführungsbeispiel die Stromzuführung zu dem ersten Kontaktstück 8. Das erste Kontaktstück 8 ist starr mit der ersten Wandung 6 verbunden, es ist z. B. in die erste Wandung 6 eingeschweißt, eingelötet oder eingepresst. Auf diese Weise wird eine vakuumdichte Verbindung zwischen dem ersten Kontaktstück 8 und der ersten Wandung 6 hergestellt. Die erste Wandung 6 ist – beispielsweise mittels eines Lötverfahrens – in an sich bekannter Weise mit dem hohlzylinderförmigen Isolierteil 4 vakuumdicht verbunden.
Die zweite Stirnfläche des hohlzylinderförmigen Isolierteils 4 grenzt an eine zweite Wandung 10, welche im Ausführungsbeispiel ebenfalls als eine aus dünnem Metallblech bestehende Kappe ausgestaltet ist. Diese zweite Wandung 10 wird von einem zweiten Kontaktstück 12 durchgriffen. Das zweite Kontaktstück 12 ist starr mit der zweiten Wandung verbunden, es ist in die zweite Wandung beispielsweise eingeschweißt, eingelötet oder eingepresst. Das zweite Kontaktstück 12 ist mit einem Stromzuführungselement 13 verbunden, welches die Stromzuführung zu dem zweiten Kontaktstück 12 realisiert.
Die zweite Wandung 10 ist der ersten Wandung 6 gegenüberliegend angeordnet. Beide Wandungen 6 und 10 sind im Wesentlichen identisch aufgebaut. Das aus Isolierteil 4, erster Wandung 6 und zweiter Wandung 10 bestehende Gehäuse der Vakuumschaltkammer 1 ist evakuiert, im Inneren dieses Gehäuses befindet sich ein Vakuum. (In anderen Ausführungsbeispielen der erfindungsgemäßen Schaltkammer kann sich im Inneren des Gehäuses anstelle des Vakuums auch ein isolierendes Gas befinden, z. B. Schwefelhexafluorid SF6 oder unter Druck stehender Stickstoff; es handelt sich dann bei der Schaltkammer um eine gasisolierte Schaltkammer.) Das erste Kontaktstück 8 ist starr mit der ersten Wandung 6 verbunden und das zweite Kontaktstück 12 ist starr mit der zweiten Wandung 10 verbunden dergestalt, dass im dargestellten ausgeschalteten Zustand der Vakuumschaltkammer im Gehäuseinneren ein vorgewählter Abstand als Isolationsabstand zwischen dem ersten Kontaktstück 8 und dem zweiten Kontaktstück 12 vorliegt. Dieser vorgewählte, im ausgeschalteten Zustand der Vakuumschaltkammer unveränderliche Abstand wird bei der Herstellung der Vakuumschaltkammer festgelegt; der Abstand beträgt im Ausführungsbeispiel 8 mm bei einer Schaltkammer mit einer Dauer-Spannungsfestigkeit von 10 kV Wechselspannung effektiv. Im Allgemeinen kann der Abstand zwischen dem ersten Kontaktstück 8 und dem zweiten Kontaktstück 12 zwischen 2 mm bis 8 mm betragen, was zu Vakuumschaltkammern mit einer Dauer-Spannungsfestigkeit zwischen 3 und 10 kV Wechselspannung effektiv führt. Vakuumschaltkammern mit einer Dauer-Spannungsfestigkeit zwischen 10 und 40 kV Wechselspannung effektiv lassen sich im Allgemeinen vorteilhafterweise realisieren, wenn der Abstand zwischen dem ersten Kontaktstück 8 und dem zweiten Kontaktstück 12 zwischen 8 mm und 30 mm gewählt wird.
Teile des Gehäuses der Vakuumschaltkammer sind plastisch verformbar, im Ausführungsbeispiel ist die erste Wandung 6 und die zweite Wandung 10 plastisch verformbar. Wenn eine bezüglich der zylinderförmigen Kontaktstücke axial gerichtete Kraft F₂ auf das zweite Kontaktstück 12 einwirkt, so wird diese Kraft F₂ über das zweite Kontaktstück 12 auf die zweite Wandung 10 der Vakuumschaltkammer übertragen. Diese Kraft F₂ verformt die zweite Wandung 10 plastisch, wodurch das zweite Kontaktstück 12 ins Innere der Vakuumschaltkammer 1 gedrückt wird. Dadurch verringert sich der in der 1 dargestellte Isolationsabstand zwischen dem ersten Kontaktstück 8 und dem zweiten Kontaktstück 12. Das zweite Kontaktstück 12 wird unter plastischer Verformung des Schaltkammer-Gehäuses (hier: unter plastischer Verformung der zweiten Wandung 10) so weit in den Innenraum des Gehäuses hineingeschoben, bis es das erste Kontaktstück 8 berührt. Dadurch entsteht ein elektrischer Kontakt zwischen dem ersten Kontaktstück 8 und dem zweiten Kontaktstück 12; die Vakuumschaltkammer befindet sich dann im eingeschalteten Zustand.
Optional ist in diesem Ausführungsbeispiel auch die erste Wandung 6 plastisch verformbar ausgestaltet. In diesem Fall bewegt sich unter der Wirkung der Kraft F₂ bzw. einer an dem linksseitig dargestellten Begrenzungsteil 9 entstehenden Gegenkraft auch das erste Kontaktstück 8 beim Einschaltvorgang unter Verformung der ersten Wandung 6 ins Innere der Vakuumschaltkammer hinein.
Sowohl das erste Kontaktstück 8 als auch das zweite Kontaktstück 12 weisen im Ausführungsbeispiel im Wesentlichen die Form eines Zylinders (Bolzenform) auf, welcher ebene, plane Stirnflächen hat. Im ausgeschalteten Zustand der Vakuumschaltkammer steht die freie Stirnfläche des ersten Kontaktstückes 8 der freien Stirnfläche des zweiten Kontaktstücks 12 beabstandet und parallel gegenüber. Beim Einschaltvorgang wird dieser Abstand immer geringer, bis sich im eingeschalteten Zustand der Vakuumschaltkammer die Stirnflächen der beiden Kontaktstücke berühren.
Im rechten Teil der 1 ist eine Einheit 2 dargestellt, welche sowohl als eine Einschalteinheit als auch als eine Druckerzeugungseinheit arbeitet. Diese Einschalt- und Druckerzeugungseinheit 2 weist einen ersten Hebel 14 auf, dessen eines Ende drehbeweglich mit einem Ende eines zweiten Hebels 16 verbunden ist. Mittels eines gestrichelt dargestellten Verbindungsbügels 18 wird sichergestellt, dass die drehbeweglich verbundenen Enden der Hebel in Kontakt bleiben. Ein Unterstützungsteil 19 sorgt dafür, dass der erste Hebel 14 und der zweite Hebel 16 im ausgeschalteten Zustand der Vakuumschaltkammer die dargestellte abgewinkelte Stellung zueinander einnehmen und insbesondere daran gehindert werden, sich entlang der Achse der Vakuumschaltkammer 1 (die der Achse der Kontaktstücke 8, 12 entspricht) auszurichten. Im Ausführungsbeispiel ist das Unterstützungsteil 19 als eine gläserne Ampulle (Glaszylinder) ausgestaltet; es kann aber auch anders ausgestaltet sein, z. B. auch als metallener Anschlag, der beim Einschalten entfernt wird. Das freie Ende des ersten Hebels 14 wirkt auf das außerhalb der Vakuumschaltkammer 1 befindliche Ende des zweiten Kontaktstückes 12 ein, während das freie Ende des zweiten Hebels 16 mit einem Ende eines vorgespannten Federelements 20 verbunden ist. Das andere Ende des Federelements 20 ist gegen eine feste Begrenzung 22 (z. B. eine Wand) abgestützt. Das Federelement 20 ist optional, alternativ kann das freie Ende des zweiten Hebels 16 auch direkt gegen die Wand 22 abgestützt sein.
Zum Einschalten der Vakuumschaltkammer wird eine senkrecht zur Achse der Vakuumschaltkammer wirkende Kraft F₁ auf das Mittelstück des ersten Hebels 14 aufgebracht. Diese Kraft F₁ kann auf beliebige Art und Weise erzeugt werden, beispielsweise mittels eines elektromagnetischen Antriebs oder eines Explosionsantriebs. Aufgrund der Kraft F₁ zerbricht die Glasampulle 19 und die Kraft F₁ drückt daraufhin sowohl den ersten Hebel 14 als auch den zweiten Hebel 16 in eine gestreckte Lage entlang der Achse des ersten Kontaktstücks 8 und des zweiten Kontaktstücks 12. Dadurch verlängert sich die in Richtung der Achse der Vakuumschaltkammer wirksame Länge der Kombination aus erstem Hebel 14 und zweitem Hebel 16, wodurch das freie (linke) Ende des ersten Hebels 14 auf das zweite Kontaktstück 12 einwirkt und die Kraft F₂ auf dieses zweite Kontaktstück 12 überträgt. Daraufhin wird – wie oben beschrieben – die zweite Wandung 10 und ggf. auch die erste Wandung 6 der Vakuumschaltkammer 1 plastisch deformiert, woraufhin sich die beiden Kontaktstücke 8 und 12 aufeinander zu bewegen und schließlich mit ihren ebenen Stirnflächen berühren. Bis zu diesem Zeitpunkt hat die Einheit 2 als Einschalteinheit gearbeitet, d. h. sie hat eine Verformkraft F₂ auf die plastisch verformbaren Teile 10 und 6 des Gehäuses der Vakuumschaltkammer 1 aufgebracht. Sobald der Kontakt zwischen dem ersten Kontaktstück 8 und dem zweiten Kontaktstück 12 geschlossen ist, bringt die Einheit 2 aufgrund der gespannten Feder 20 weiterhin eine Druckkraft auf das zweite Kontaktstück 12 auf, die Kraft der gespannten Feder 20 drückt weiterhin die dann in einer Flucht ausgerichteten ersten Hebel 14 und zweiten Hebel 16 gegen das zweite Kontaktstück 12. Die Einheit 2 arbeitet jetzt als Druckerzeugungseinheit. Die erzeugte Druckkraft sorgt dafür, dass dauerhaft ein elektrischer Kontakt zwischen dem ersten Kontaktstück 8 und dem zweiten Kontaktstück 12 bestehen bleibt. Die Vakuumschaltkammer wird also zuverlässig im eingeschalteten Zustand gehalten. Im Ausführungsbeispiel wird also sowohl die Verformkraft als auch die Druckkraft von ein und derselben Einheit 2 erzeugt; die Einheit 2 arbeitet also sowohl als Einschalteinheit als auch als Druckerzeugungseinheit.
In 2 ist ein weiteres Ausführungsbeispiel dargestellt, welches bis auf die Ausgestaltung des ersten Kontaktstückes 8 und des zweiten Kontaktstückes 12 der in 1 dargestellten Anordnung entspricht. Im Unterschied zu dem in 1 dargestellten Ausführungsbeispiel sind jedoch die im Inneren der Vakuumschaltkammer 1 angeordnete Stirnfläche des ersten Kontaktstückes 8 und die Stirnfläche des zweiten Kontaktstückes 12 nicht eben ausgestaltet. Vielmehr ist in der freien Stirnfläche des ersten Kontaktstückes 8 eine Ausnehmung 30 angeordnet und die freie Stirnfläche des zweiten Kontaktstückes 12 trägt einen Zapfen 32. Sowohl die Ausnehmung 30 als auch der Zapfen 32 sind Verbindungsmittel, die sich beim Herstellen des elektrischen Kontakts zwischen dem ersten Kontaktstück 8 und dem zweiten Kontaktstück 12 unlösbar miteinander verbinden. (Unter einer unlösbaren Verbindung wird hier eine Verbindung verstanden, welche nicht zerstörungsfrei wieder gelöst werden kann.) Diese Verbindung erfolgt dadurch, dass beim Aufeinanderzubewegen des ersten Kontaktstückes auf das zweite Kontaktstück, d. h. beim Herstellen des elektrischen Kontakts zwischen dem ersten Kontaktstück und dem zweiten Kontaktstück der Zapfen 32 in die Ausnehmung 30 eintritt und in der Ausnehmung plastisch verformt wird, wie in den 3 und 4 dargestellt ist. Da mit sind das erste Kontaktstück 8 und das zweite Kontaktstück 12 unlösbar miteinander verbunden.
In 3 sind ausschnitthaft die sich im Inneren der ausgeschalteten Vakuumschaltkammer 1 gegenüberstehenden Enden des ersten Kontaktstücks 8 und des zweiten Kontaktstücks 12 dargestellt. In dem ersten Kontaktstück 8 befindet sich die Ausnehmung 30. Das zweite Kontaktstück 12 weist den Zapfen 32 auf.
Dabei ist sowohl der Zapfen 32 als auch die Ausnehmung 30 bezüglich der Rotationsachse der Vakuumschaltröhre rotationssymmetrisch ausgestaltet; die Ausnehmung ist kegelförmig gestaltet. Der Durchmesser des zylindrischen Teils des Zapfens 32 entspricht in etwa dem kleinsten Durchmesser der Ausnehmung, die im Ausführungsbeispiel eine Hinterschneidung 34 aufweist. Im gezeigten Beispiel weist die Ausnehmung einen schwalbenschwanzförmigen Querschnitt auf. Eine Fase 36 ermöglicht ein problemloses Eintreten des Zapfens 32 in die Ausnehmung 30.
Beim Schließen des elektrischen Kontaktes, d. h. beim axialen Zubewegen des zweiten Kontaktstücks 12 auf das erste Kontaktstück 8, fährt der Zapfen 32 in die Ausnehmung 30 ein. Eine Stirnfläche 38 des Zapfens 32 erreicht einen Boden 40 der Ausnehmung 30. Aufgrund der kinetischen Energie des zweiten Kontaktstücks 12 wird nach der Berührung zwischen Stirnfläche 38 und Boden 40 der Zapfen weiter in die Ausnehmung eingeschoben und dabei plastisch verformt. Dabei passt sich das Material des Zapfens der Form der Ausnehmung 30 an und füllt diese vollständig aus.
In 4 ist der nach dem Schließen des Kontaktstückpaares entstehende Formschluss zwischen dem deformierten, verformten Zapfen 32 und der nun durch den verformten Zapfen 32 ausgefüllten Ausnehmung dargestellt. Es ist deutlich zu erkennen, dass das Volumen des Zapfens 32 im verformten Zustand dem Volumen der nunmehr gefüllten Ausnehmung 30 entspricht. (In einem anderen Ausführungsbeispiel könnte das Volumen des Zapfens im verformten Zustand auch größer sein als das Volumen der Ausnehmung; überschüssige Teile des verformten Zapfens würden dann an der Kontaktstelle zwischen zweitem Kontaktstück 12 und ersten Kontaktstück 8 seitlich austreten.) Durch die Hinterschneidung 34 der Ausnehmung wird erreicht, dass im geschlossenen Zustand des Kontaktes sowohl ein Formschluss als auch ein Kraftschluss zwischen dem deformierten Zapfen 32 des zweiten Kontaktstücks 12 und dem ersten Kontaktstück 8 auftritt. Dadurch wird eine besonders sichere und zuverlässige elektrische Verbindung zwischen dem zweiten Kontaktstück 12 und dem ersten Kontaktstück 8 erreicht.
Im Ausführungsbeispiel bestehen das erste Kontaktstück 8 und das zweite Kontaktstücks 12 vollständig aus Kupfer. Dies ist besonders deshalb vorteilhaft, weil die bei Vakuumschaltkammern üblicherweise im Kontaktbereich eingesetzten teuren hochfesten Kontaktmaterialien bei der erfindungsgemäßen Vakuumschaltkammer nicht benötigt werden. Der Einsatz von Kupfer ist darüber hinaus bei der beschriebenen Vakuumschaltkammer deshalb vorteilhaft, weil beim Herstellungsprozess der Vakuumschaltkammer (insbesondere bei dem Verlöten der Keramikröhre 4 mit den Metallkappen 6 und 10 und ggf. dem ersten Kontaktstück 8 und dem zweiten Kontaktstücks 12 bei hohen Temperaturen unter Vakuum, beispielsweise bei ca. 800°C) das Kupfer-Material des ersten Kontaktstücks 8 und des zweiten Kontaktstücks 12 weichgeglüht wird. Daher ist insbesondere der Zapfen 32 nach dieser Wärmebehandlung leicht plastisch verformbar, so dass beim Eintreten des Zapfens in die Ausnehmung schon bei relativ geringen Kräften eine plas tische Verformung des Zapfens und daraufhin ein Formschluss und ein Kraftschluss zwischen dem ersten Kontaktstücks 8 und des zweiten Kontaktstücks 12 auftritt. Außerdem werden bei dieser bei der Herstellung der Vakuumschaltkammer auftretenden Wärmebehandlung Oberflächenverunreinigungen des Kupfers des ersten Kontaktstücks 8 und des zweiten Kontaktstücks 12 beseitigt, so dass bei der plastischen Verformung des Zapfens ein Kaltverschweißen des ersten Kontaktstücks 8 mit dem zweiten Kontaktstück 12 erfolgt.
Insbesondere die in der 2 in Verbindung mit den 3 und 4 dargestellte Vakuumschaltkammer ist zum lediglich einmaligen Einschalten geeignet, was für viele Anwendungszwecke völlig ausreichend ist. Eine mehrfache Verwendung ist im Allgemeinen (z. B. bei der in 1 dargestellten Vakuumschaltröhre) jedoch möglich, sofern die Schaltkammer beim plastischen Verformen ihre Gasdichtheit bzw. Vakuumdichtheit behält, und die Schaltkammer ihre Funktionstüchtigkeit auch nach einem Auseinanderziehen der Kontakte beibehält.
Es wurde eine Schaltkammer beschrieben, die ohne Lager für bewegliche Teile und ohne einen Balg aufgebaut ist und daher sehr einfach und kostengünstig hergestellt werden kann. Solche Schaltkammern, z. B. Vakuumschaltkammern, können mit Vorteil eingesetzt werden, um im Störungsfall Schäden von Schaltgeräten der Energieübertragung und Energieverteilung abzuwenden. Wenn bei einem solchen Störungsfall aufgrund eines Kurzschlusses ein Störlichtbogen in dem Schaltgerät entsteht, so kann der Strom dieses Störlichtbogens beim Einschalten der beschriebenen Schaltkammer (welcher einen Nebenpfad zu dem Störlichtbogen bildet) in diese Schaltkammer kommutieren; dies führt zu einem Verlöschen des Störlichtbogens. Nach dem Störungsfall wird die plastisch verformte Schaltkammer durch eine neue, unverformte, sich im ausgeschalteten Zustand befindende Schaltkammer ersetzt. Insbesondere die in 2 in Verbindung mit den 3 und 4 dargestellte Schaltkammer ist lediglich zum einmaligen Einschalten vorgesehen, was oftmals – z. B. für den vorstehend beschriebenen Einsatzzweck – völlig ausreichend ist.
Besonders vorteilhaft ist beim Ausführungsbeispiel der Schaltkammer nach der 1 die aufgrund der planen Stirnflächen des ersten Kontaktstücks 8 und des zweiten Kontaktstücks 12 hohe dielektrische Festigkeit im ausgeschalteten Zustand. Dadurch kann der im ausgeschalteten Zustand vorliegende Abstand zwischen dem ersten Kontaktstück 8 und dem zweiten Kontaktstück 12 klein dimensioniert werden, wodurch eine kompakt aufgebaute Schaltkammer mit relativ geringen Außenabmessungen realisiert werden kann.

Claims

Schaltkammer, insbesondere Vakuumschaltkammer, mit – einem evakuierten Gehäuse, welches eine erste Wandung (6) und eine der ersten Wandung gegenüberliegende zweite Wandung (10) aufweist, – einem ersten Kontaktstück (8), das die erste Wandung (6) durchgreift und starr mit dieser (6) verbunden ist, und – einem zweiten Kontaktstück (12), das die zweite Wandung (10) durchgreift, wobei – das zweite Kontaktstück (12) starr mit der zweiten Wandung (10) verbunden ist derart, dass im ausgeschalteten Zustand der Schaltkammer im Gehäuseinneren ein vorgewählter Abstand zwischen dem ersten Kontaktstück (8) und dem zweiten Kontaktstück (12) vorliegt, dadurch gekennzeichnet, dass – zumindest ein Teil (6, 10) des Gehäuses plastisch verformbar ist, wodurch ein elektrischer Kontakt zwischen dem ersten Kontaktstück (8) und dem zweiten Kontaktstück (12) im Gehäuseinneren herstellbar ist.
Schaltkammer nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass – das Teil (6, 10) des Gehäuses plastisch verformbar ist derart, dass sich bei Aufbringen einer Verformkraft (F₂) auf das Teil (6, 10) des Gehäuses und/oder auf eines der Kontaktstücke (8, 12) die Kontaktstücke unter Verringerung ihres gegenseitigen Abstands aufeinander zubewegen, bis sie einander berühren.
Schaltkammer nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass – das Gehäuse ein hohlzylinderförmiges Isolierteil (4) aufweist, an dessen eine Stirnfläche die erste Wandung (8) an grenzt und an dessen andere Stirnfläche die zweite Wandung (10) angrenzt.
Schaltkammer nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass – das hohlzylinderförmige Isolierteil (4) aus Keramik besteht und die erste Wandung (6) und/oder die zweite Wandung (10) aus Metall besteht.
Schaltkammer nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass – die erste Wandung (6) und/oder die zweite Wandung (10) plastisch verformbar ist.
Schaltkammer nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass – das erste Kontaktstück (8) in die erste Wandung (6) eingeschweißt, eingelötet oder eingepresst ist.
Schaltkammer nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass – das zweite Kontaktstück (12) in die zweite Wandung (10) eingeschweißt, eingelötet oder eingepresst ist.
Schaltkammer nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das erste Kontaktstück (8) und/oder das zweite Kontaktstück (12) im Inneren der Schaltkammer im Wesentlichen die Form eines Zylinders mit planen Stirnflächen aufweist.
Schaltkammer nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, dass im ausgeschalteten Zustand der Schaltkammer (1) die Stirnflächen einander beabstandet gegenüberstehen und im eingeschal teten Zustand der Schaltkammer die Stirnflächen sich berühren.
Schaltkammer nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Schaltkammer zum lediglich einmaligen Einschalten geeignet ist.
Schaltkammer nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das erste Kontaktstück (8) und das zweite Kontaktstück (12) Verbindungsmittel (30, 32) aufweisen, die sich beim Herstellen des elektrischen Kontakts zwischen dem ersten Kontaktstück (8) und dem zweiten Kontaktstück (12) unlösbar miteinander verbinden.
Schaltkammer nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, dass die Verbindungsmittel an einem der Kontaktstücke einen Zapfen (32) und an dem anderen der Kontaktstücke eine Ausnehmung (30) aufweisen.
Schaltkammer nach Anspruch 12, dadurch gekennzeichnet, dass beim Herstellen des elektrischen Kontakts zwischen dem ersten Kontaktstück (8) und dem zweiten Kontaktstück (12) der Zapfen (32) nach Eintreten in die Ausnehmung (30) plastisch verformbar ist.
Schaltkammer nach Anspruch 12 oder 13, dadurch gekennzeichnet, dass das Volumen des Zapfens (32) im verformten Zustand mindestens dem Volumen der Ausnehmung (30) entspricht.
Schaltkammer nach einem der Ansprüche 12 bis 14, dadurch gekennzeichnet, dass die Ausnehmung (30) eine Hinterschneidung (34) aufweist.
Schaltkammer nach einem der Ansprüche 11 bis 15, dadurch gekennzeichnet, dass das erste Kontaktstück (8) und das zweite Kontaktstück (12) im Bereich der Verbindungsmittel (30, 32) aus Kupfer bestehen.
Schaltkammer nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Schaltkammer in Wirkverbindung steht mit einer Einschalteinheit (2), die zum Aufbringen einer Verformkraft auf das Teil (6, 10) des Gehäuses und/oder auf eines der Kontaktstücke (8, 12) ausgebildet ist.
Schaltkammer nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Schaltkammer in Wirkverbindung steht mit einer Druckerzeugungseinheit (2), die zum Aufbringen einer Druckkraft auf das erste Kontaktstück (8) und/oder das zweite Kontaktstück (12) nach Herstellen des elektrischen Kontakts zwischen dem ersten Kontaktstück (8) und dem zweiten Kontaktstück (12) ausgebildet ist.
Schaltkammer nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Einschalteinheit (2) der Druckerzeugungseinheit (2) entspricht.