DE102009031598A1 - Vakuumschaltröhre - Google Patents
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Abstract
Um eine Vakuumschaltröhre (1) mit einem Gehäuse, welches zwei bezüglich einer Mittenebene (S) symmetrisch angeordnete und ausgebildete Isolierstoffgehäusebereiche (16, 17) aufweist, wobei jeder der beiden Isolierstoffgehäusebereiche (16, 17) mehrere Isolierstoffgehäuseteile (9, 10, 11, 12, 13, 14) umfasst, weiterzubilden, welche bei einer hohen dielektrischen Festigkeit eine kompakte Bauweise aufweist, wird vorgeschlagen, dass das von der Mittenebene (S) entferntest angeordnete Isolierstoffgehäuseteil (9, 12) jedes Isolierstoffgehäusebereiches (16, 17) eine Länge (L1) aufweist, welche größer ist als die Länge (L, L) der weiteren Isolierstoffgehäuseteile (10, 11, 13, 14).
Description
- Die Erfindung betrifft eine Vakuumschaltröhre mit einem Gehäuse, welches zwei bezüglich einer Mittenebene symmetrisch angeordnete und ausgebildete Isolierstoffgehäusebereiche aufweist, wobei jeder der beiden Isolierstoffgehäusebereiche mehrere Isolierstoffgehäuseteile umfasst.
- Eine derartige Vakuumschaltröhre ist aus der
DE 10029763B4 bekannt. Die dort offenbarte Vakuumschaltung weist ein Gehäuse auf, welches zwei bezüglich einer Mittenebene symmetrisch angeordnete und ausgebildete Isolierstoffgehäusebereiche aufweist. Jeder der beiden Isolierstoffgehäusebereiche umfasst dabei mehrere Isolierstoffgehäuseteile, im Falle derDE 10029763B4 sind zwei Isolierstoffgehäuseteile in Form von Keramikzylindern für jeden der beiden Isolierstoffgehäusebereiche vorgesehen. Die Länge der einzelnen Isolierstoffgehäuseteile ist dabei bestimmt durch eine maximale dielektrische Belastung der Vakuumschaltröhre entsprechend der Bemessungsspannung, für die die Vakuumschaltröhre ausgelegt ist sowie abhängig von innerer Geometrie der Vakuumschaltröhre und kapazitiven Ankopplungen an äußere Gegebenheiten, beispielsweise ein geerdetes Gehäuse eines Leistungsschalters, in welchem die Vakuumschaltröhre verwendet wird. Die Länge der einzelnen Isolierstoffgehäuseteile ist dabei so bemessen, dass die Vakuumschaltröhre die nötige Überschlagsfestigkeit aufweist. - Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, eine Vakuumschaltröhre der eingangs genannten Art weiterzubilden, welche bei einer hohen dielektrischen Festigkeit eine kompakte Bauweise aufweist.
- Erfindungsgemäß gelöst wird dies bei einer Vakuumschaltröhre der eingangs genannten Art dadurch, dass das von der Mittenebene entferntest angeordnete Isolierstoffgehäuseteil jedes Isolierstoffgehäusebereiches eine Länge aufweist, welche Größer ist als die Länge der weiteren Isolierstoffgehäuseteile.
- Eine größere Länge der von der Mittenebene entferntest angeordneten Isolierstoffgehäuseteile jedes Isolierstoffgehäusebereichs der Vakuumschaltröhre ist vorteilhaft, weil eine sich über der Vakuumschaltröhre in axialer Richtung einstellende Potenzialverteilung sich erfahrungsgemäß nicht über der Vakuumschaltröhre linear verteilt, sondern die von der Mittenebene entferntest angeordneten Isolierstoffgehäuseteile die größte Beanspruchung erfahren. Dies liegt daran, dass Potenzialdifferenzen pro Isolierstoffgehäuseteil von einem Ende der Vakuumschaltröhre zum anderen Ende der Vakuumschaltröhre stetig zunehmen, so dass das letzte Isolierstoffgehäuseteil die stärkste Belastung erfährt. Bei Wechselstromsystemen ändert sich weiterhin die Polarität der an der Röhre anliegenden Potenziale, so dass die beiden von der Mittenebene der Vakuumschaltröhre entferntest angeordneten Isolierstoffgehäuseteile abwechselnd die größten Belastungen erfahren. Die Länge dieser entferntest von der Mittenebene angeordneten Isolierstoffgehäuseteile bestimmt sich daher aus der benötigten dielektrischen Festigkeit bzw. der Überschlagsfestigkeit, für welche die Vakuumschaltröhre geeignet sein soll. Weitere Isolierstoffgehäuseteile, welche eine geringere Entfernung zur Mittenebene der Vakuumschaltröhre aufweisen, erfahren eine geringere dielektrische Belastung und können folglich eine geringere Länge aufweisen, so dass mit einer derartig ausgebildeten Vakuumschaltröhre ein kompakter Aufbau ermöglicht ist bei gleichbleibender hoher dielektrischer Festigkeit der Vakuumschaltröhre. Mittenebene im Sinne der vorliegenden Erfindung ist dabei eine senkrecht zur Längsachse der Vakuumschaltröhre verlaufende Ebene, bezüglich derer das Gehäuse der Vakuumschaltröhre im Wesentlichen symmetrisch ausgebildet ist, wobei das Gehäuse neben den Isolierstoffgehäuseteilen in für Vakuumschaltröhren bekannter Form metallische Deckelteile aufweist, durch welche sich Kontaktanschlüsse für Festkontakt und Bewegkontakt der Vakuumschaltröhre vakuumdicht hindurch ins Innere der Vakuumschaltröhre hinein erstrecken. Die Isolierstoffgehäuseteile sind vorteilhafterweise in Form von Keramikzylindern ausgebildet.
- In einer vorteilhaften Ausführungsform der Erfindung weisen die weiteren Isolierstoffgehäuseteile mit abnehmender Entfernung von der Mittenebene eine abnehmende Länge auf. Eine derartige Abnahme der Länge der weiteren Isolierstoffgehäuseteile führt in einfacher Weise zu einer weiteren kompakten Bauform der Vakuumschaltröhre bei hoher dielektrischer Festigkeit, weil die dielektrische Belastungen mit geringer werdendem Abstand zur Mittenebene der Vakuumschaltröhre geringer wird, so dass die Anforderungen an die Länge der Isolierstoffgehäuseteile ebenfalls geringer werden.
- In einer besonders vorteilhaften Ausführungsform der Erfindung berechnen sich die Längen der weiteren Isolierstoffgehäuseteile aus der Länge des entferntest angeordneten Isolierstoffgehäuseteiles gemäß
L(x) ≥ p(x)·LN
und x = N, N – 1...N / 2 - Eine derartige Einstellung der Länge der weiteren Isolierstoffgehäuse mittels Berechnung aus der Länge des entferntest angeordneten Isolierstoffgehäuseteiles hat sich in einer Vielzahl von Experimenten und Versuchen als eine bestmögliche Einstellung der Länge der weiteren Isolierstoffgehäuseteile in Abhängigkeit von der Länge des entferntest angeordneten Isolierstoffgehäuseteils erwiesen, mit der die Anforderungen an die dielektrische Festigkeit und die Kompaktheit der Vakuumschaltröhre bestmöglich erfüllt werden.
- In weiterer Ausgestaltung der Erfindung sind zwischen den Isolierstoffgehäuseteilen Dampfschirme und/oder Feldsteuerelemente befestigt. Mittels derartiger Dampfschirme und Feldsteuerelemente, welche zwischen den Isolierstoffgehäuseteilen befestigt sind und im Inneren der Vakuumschaltröhre angeordnet sind, ist in einfacher Weise eine Abschirmung der Isolierstoffgehäuseteile vor Bedampfung durch beim Schaltvorgang entstehenden Metalldämpfen gewährleistet.
- In weiterer bevorzugter Ausführung der Erfindung ist zwischen den Isolierstoffgehäusebereichen ein metallisches Gehäuseteil vorgesehen. Ein derartiges metallisches Gehäuseteil ist ebenfalls vorteilhaft für eine Erhöhung der Überschlagsfestigkeit einer Vakuumschaltröhre.
- Die Erfindung wird im Folgenden anhand eines Ausführungsbeispiels mit Bezug auf die Zeichnung näher erläutert, deren einzige Figur eine schematische Querschnittsansicht einer erfindungsgemäßen Vakuumschaltröhre zeigt.
- Die Figur zeigt eine Vakuumschaltröhre
1 mit einem Festkontakt2 und einem Festkontaktanschlussbolzen3 sowie einem Bewegkontakt4 und einem Bewegkontaktanschlussbolzen5 . Der Festkontaktanschlussbolzen3 ist dabei vakuumdicht durch ein erstes metallisches Deckelteil6 der Vakuumschaltröhre herausgeführt, der Bewegkontaktanschlussbolzen5 ist durch ein zweites metallisches Deckelteil7 mittels eines Faltenbalges8 beweglich vakuumdicht aus der Vakuumschaltröhre herausgeführt, so dass das Kontaktsystem aus Festkontakt2 und Bewegkontakt4 zum Schalten eines über die Festkontakt- und Bewegkontaktanschlussbolzen3 und5 geführten Stromes beispielsweise eines Leistungsschalters ausgebildet ist, in dem eine Antriebsbewegung einer figürlich nicht dargestellten Antriebseinheit in den Bewegkontaktanschlussbolzen5 zum Schließen bzw. Öffnen des Kontaktsystems aus Festkontakt2 und Bewegkontakt4 eingeleitet werden kann. Die Vakuumschaltröhre1 weist weiterhin Gehäusebauteile in Form von Isolierstoffgehäuseteilen9 ,10 ,11 und12 ,13 und14 auf, welche in Form von Keramikzylindern ausgebildet sind, wobei zwischen den Isolierstoffgehäuseteilen11 und14 im Ausführungsbeispiel ein metallisches Gehäuseteil15 vorgesehen ist, welches im Bereich des Kontaktsystems aus Festkontakt2 und Bewegkontakt4 angeordnet ist. Das Gehäuse der Vakuumschaltröhre1 ist bezüglich einer Mittenebene S im Wesentlichen symmetrisch aufgebaut und angeordnet, wobei die Isolierstoffgehäuseteil9 ,10 und11 einen ersten Isolierstoffgehäusebereich16 und die Isolierstoffgehäuseteile12 ,13 und14 einen zweiten Isolierstoffgehäusebereich17 ausbilden, so dass mit anderen Worten die Isolierstoffgehäusebereiche16 und17 symmetrisch bezüglich der Mittenebene S angeordnet und ausgebildet sind. Symmetrisch im Sinne des Ausführungsbeispiels bedeutet dabei, dass die Isolierstoffgehäuseteile9 und12 die gleiche Länge L1 aufweisen, die Isolierstoffgehäuseteile10 und13 die gleiche Länge L2 aufweisen und die Isolierstoffgehäuseteile11 und14 die gleiche Länge L3 aufweisen und die Isolierstoffgehäusebereiche16 und17 den gleichen Abstand von der Mittenebene S aufweisen. Zwischen zwei benachbarten Isolierstoffgehäuseteilen sowie an den Grenzbereichen zwischen Isolierstoffgehäuseteilen und den ersten und zweiten metallischen Deckelteilen6 und7 sind dabei im Inneren der Vakuumschaltröhre1 vorgesehene Dampfschirme und/oder Feldsteuerelemente18 bis25 angeordnet und vakuumdicht befestigt. Die Dampfschirme und/oder Feldsteuerelemente18 bis25 dienen der Abschirmung der Isolierstoffgehäuseteile vor Bedampfung mit während eines Schaltvorganges durch Abbrand der Kontakte entstehenden Metalldämpfen. - Eine wie im Ausführungsbeispiel dargestellte Vakuumschaltröhre in einem Wechselstromsystem erfährt eine Potentialeinstellung in axialer Richtung, wobei die Potenzialverteilung von einem Röhrenende zum anderen Ende zunimmt, so dass die letzte Keramik am stärksten belastet ist. Je nach Polarität ist dies bei der Vakuumschaltröhre
1 das Isolierstoffgehäuseteil9 bzw.12 , welche folglich die größte Länge L1 aufweisen, da dies die von der Mittenebene entferntest angeordneten Isolierstoffgehäuseteile jedes Isolierstoffgehäusebereiches sind. Die Länge L1 bestimmt sich daher aus den Anforderungen an die dielektrische Festigkeit der Vakuumschaltröhre sowie die Bemessungsspannung sowie die äußeren Gegebenheiten wie beispielsweise kapazitive Ankopplungen an ein geerdetes Gehäuse eines umgebenden Leistungsschalters. Die Länge L2 bzw. L3 der Isolierstoffgehäuseteile10 und13 bzw.11 und14 bestimmt sich aus der Länge L1 der Isolierstoffgehäuseteile9 und12 gemäß der FormelL(x) ≥ p(x)·LN, p(x)·≅ (2x – 1)/(2N – 1), wobei x die Werte N, N – 1... N / 2 + 1 9 und12 sowie10 und13 und11 und14 jeweils ebenfalls auf Grund der Symmetrie bezüglich der Mittenebene S gleich groß sind, wobei der Skalierungsfaktor
p(6) = 1 = p(1) ist und p(5) = p(2) =9 / 11 5 / 11
ist. Anhand der oben aufgeführten Formel ergibt sich somit für die Länge L2 = 0,81·L1 und für die Länge L3 = 0,45·L1. - Bezugszeichenliste
-
- 1
- Vakuumschaltröhre
- 2
- Festkontakt
- 3
- Festkontaktanschlussbolzen
- 4
- Bewegkontakt
- 5
- Bewegkontaktanschlussbolzen
- 6
- erstes metallisches Deckelteil
- 7
- zweites metallisches Deckelteil
- 8
- Faltenbalg
- 9 bis 14
- Isolierstoffgehäuseteile/Keramikzylinder
- 15
- metallisches Gehäuseteil
- 16
- erster Isolierstoffgehäusebereich
- 17
- zweiter Isolierstoffgehäusebereich
- 18 bis 25
- Dampfschirme bzw. Feldsteuerelemente
- L1
- Länge der Isolierstoffgehäuseteile 9 und 12
- L2
- Länge der Isolierstoffgehäuseteile 10 und 13
- L3
- Länge der Isolierstoffgehäuseteile 11 und 14
- S
- Mittenebene/Symmetrieachse
- ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
- Diese Liste der vom Anmelder aufgeführten Dokumente wurde automatisiert erzeugt und ist ausschließlich zur besseren Information des Lesers aufgenommen. Die Liste ist nicht Bestandteil der deutschen Patent- bzw. Gebrauchsmusteranmeldung. Das DPMA übernimmt keinerlei Haftung für etwaige Fehler oder Auslassungen.
- Zitierte Patentliteratur
-
- - DE 10029763 B4 [0002, 0002]
Claims (5)
- Vakuumschaltröhre (
1 ) mit einem Gehäuse, welches zwei bezüglich einer Mittenebene (S) symmetrisch angeordnete und ausgebildete Isolierstoffgehäusebereiche (16 ,17 ) aufweist, wobei jeder der beiden Isolierstoffgehäusebereiche (16 ,17 ) mehrere Isolierstoffgehäuseteile (9 ,10 ,11 ,12 ,13 ,14 ) umfasst, dadurch gekennzeichnet, dass das von der Mittenebene (S) entferntest angeordnete Isolierstoffgehäuseteil (9 ,12 ) jedes Isolierstoffgehäusebereiches (16 ,17 ) eine Länge (L1) aufweist, welche größer ist als die Länge (L2, L3) der weiteren Isolierstoffgehäuseteile (10 ,11 ,13 ,14 ). - Vakuumschaltröhre (
1 ) nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die weiteren Isolierstoffgehäuseteile (10 ,11 ,13 ,14 ) mit abnehmender Entfernung von der Mittenebene (S) eine abnehmende Länge (L2, L3) aufweisen. - Vakuumschaltröhre (
1 ) nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass sich die Längen der weiteren Isolierstoffgehäuseteile (10 ,11 ,13 ,14 ) aus der Länge des entferntest angeordneten Isolierstoffgehäuseteiles (9 ,12 ) gemäßL(x) ≥ p(x)·LN N / 2 - Vakuumschaltröhre nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass zwischen den Isolierstoffgehäuseteilen (
9 ,10 ,11 ,12 ,13 ,14 ) Dampfschirme (18 ,19 ,20 ,21 ,22 ,23 ,24 ,25 ) und/oder Feldsteuerelemente (18 ,19 ,20 ,21 ,22 ,23 ,24 ,25 ) befestigt sind. - Vakuumschaltröhre nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass zwischen den Isolierstoffgehäusebereichen (
16 ,17 ) ein metallisches Gehäuseteil (15 ) vorgesehen ist.
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