DE102017202942A1

DE102017202942A1 - Arrangement for switching high currents in medium and / or high voltage engineering and method for their production

Info

Publication number: DE102017202942A1
Application number: DE102017202942.0A
Authority: DE
Inventors: Radu-Marian Cernat; Thomas Chyla; Stefan Giere; Prosper Hartig; Andreas Marth; Caroline Orth; Christoph Röhling; Jörg Teichmann; Stephan Wethekam
Original assignee: Siemens AG
Current assignee: Siemens Energy Global GmbH and Co KG
Priority date: 2017-02-23
Filing date: 2017-02-23
Publication date: 2018-08-23

Abstract

Die Erfindung betrifft eine Anordnung (1) zum Schalten hoher Ströme in der Mittel- und/oder Hochspannungstechnik, mit wenigstens einer Vakuumröhre (2), welche wenigstens zwei Kontaktstücke (6, 7) sowie ein vakuumdichtes Gehäuse umfasst. Das Gehäuse ist in einem Kompositwerkstoff (3) eingefasst. Ein Verfahren zur Herstellung der Anordnung (1) umfasst, dass wenigstens ein gießharzgetränkter Glasfaden um einen Wickeldorn gewickelt wird und das Harz aushärtet, wobei eine Hülle für die Vakuumröhre (2) ausgebildet wird.The invention relates to an arrangement (1) for switching high currents in medium and / or high voltage engineering, comprising at least one vacuum tube (2) which comprises at least two contact pieces (6, 7) and a vacuum-tight housing. The housing is enclosed in a composite material (3). A method of manufacturing the assembly (1) comprises winding at least one cast resin-soaked glass thread around a winding mandrel and curing the resin to form a shell for the vacuum tube (2).

Description

Die Erfindung betrifft eine Anordnung und ein Verfahren zur Herstellung der Anordnung zum Schalten hoher Ströme in der Mittel- und/oder Hochspannungstechnik, mit wenigstens einer Vakuumröhre, welche wenigstens zwei Kontaktstücke sowie ein vakuumdichtes Gehäuse umfasst.The invention relates to an arrangement and a method for producing the arrangement for switching high currents in medium and / or high voltage engineering, comprising at least one vacuum tube, which comprises at least two contact pieces and a vacuum-tight housing.

Anordnungen zum Schalten hoher Ströme in der Mittel- und/oder Hochspannungstechnik, welche Vakuumröhren umfassen, sind aus dem Stand der Technik bekannt, vgl. insbesondere EP 0 225 562 A1 . Vakuumröhren bzw. Vakuumschalter umfassen wenigstens zwei Kontaktstücke eines Schaltkontakts, wobei wenigstens ein Kontaktstück zum elektrischen Schalten beweglich gelagert ist. Jedes Kontaktstück weist jeweils z. B. einen elektrisch leitenden Kontaktbolzen sowie eine insbesondere tellerförmige Kontaktplatte am Ende des Kontaktbolzens auf, welche in einem vakuumdichten Gehäuse im Vakuum angeordnet ist. Die Kontaktbolzen sind aus dem Inneren des Gehäuses nach außen zu elektrischen Anschlüssen geführt, wobei der bewegliche Kontaktbolzen z. B. durch einen Falkenbalg im Gehäuse vakuumdicht, beweglich gelagert ist. Das Gehäuse umfasst z. B. einen Zylinderkörper, welcher eine keramische Mantelfläche aufweist, und ein Abschlusselement als Zylindergrundfläche sowie ein Abschlusselement als Zylinderdeckfläche, insbesondere jeweils aus Metall. Die Abschlusselemente sind z. B. aus Kupfer oder Stahl. Die Kontaktbolzen sind jeweils durch das zugeordnete Abschlusselement geführt und gut elektrisch leitend.Arrangements for switching high currents in the medium and / or high voltage engineering, which include vacuum tubes, are known from the prior art, cf. especially EP 0 225 562 A1 , Vacuum tubes or vacuum switches comprise at least two contact pieces of a switching contact, wherein at least one contact piece is movably mounted for electrical switching. Each contact piece has z. As an electrically conductive contact pin and a particular plate-shaped contact plate at the end of the contact pin, which is arranged in a vacuum-tight housing in a vacuum. The contact pins are guided from the interior of the housing to the outside to electrical connections, wherein the movable contact pin z. B. by a Falkenbalg in the housing vacuum-tight, is movably mounted. The housing includes z. B. a cylinder body, which has a ceramic jacket surface, and a closure element as a cylinder base surface and a closure element as a cylinder top surface, in particular in each case of metal. The final elements are z. B. of copper or steel. The contact pins are each guided by the associated terminating element and good electrical conductivity.

Um eine zuvor beschriebene Vakuumröhre witterungsfest zu lagern, z. B. beim dauerhaften Einsatz im Außenbereich, kann die Vakuumröhre in einem Isolator angeordnet sein. Witterungsfeste Isolatoren sind z. B. rohrförmige, auf der äußeren Mantelfläche gerippte Keramik- oder Silikonkörper. Die Vakuumröhre ist im Inneren des rohrförmigen Körpers angeordnet und durch den rohrförmigen Körper gegenüber Witterungseinflüssen, wie z. B. Sonnenstrahlung und/oder Regen, geschützt. Nach dem Einfügen der Vakuumröhre in den rohrförmigen Körper verbleibt zwischen der Vakuumröhre und dem rohrförmigen Körper ein Spalt, welcher zur Bewegung beim Einfügen notwendig ist und der nach dem Einfügen insbesondere durch ein Gas und/oder durch einen isolierenden Festkörper befüllt wird. Der Spalt bzw. die Befüllung erhöhen die Kosten und den Platzbedarf der Anordnungen zum Schalten.To store a previously described vacuum tube weatherproof, z. B. in permanent outdoor use, the vacuum tube can be arranged in an insulator. Weatherproof insulators are z. B. tubular, ribbed on the outer surface of ceramic or silicone body. The vacuum tube is disposed in the interior of the tubular body and through the tubular body against the weather, such. As solar radiation and / or rain, protected. After insertion of the vacuum tube into the tubular body remains between the vacuum tube and the tubular body, a gap which is necessary for movement during insertion and which is filled after insertion in particular by a gas and / or by an insulating solid. The gap or the filling increase the cost and space requirements of the arrangements for switching.

Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, eine Anordnung zum Schalten hoher Ströme in der Mittel- und/oder Hochspannungstechnik anzugeben, welche für Außenbereiche geeignet ist und einen verringerten Platzbedarf aufweist und/oder mit geringerem Kostenaufwand hergestellt werden kann. Insbesondere ist es Aufgabe, einen Vakuumschalter bzw. eine Vakuumröhre mit geringem Aufwand vor Witterungseinflüssen langzeitstabil zu schützen. Weiterhin ist es Aufgabe, ein einfaches und kostengünstiges Verfahren zur Herstellung der Anordnung zum Schalten hoher Ströme in der Mittel- und/oder Hochspannungstechnik anzugeben, welches die zuvor beschriebenen Vorteile aufweist.Object of the present invention is to provide an arrangement for switching high currents in the medium and / or high voltage engineering, which is suitable for outdoor areas and has a reduced footprint and / or can be produced at a lower cost. In particular, it is an object to protect a vacuum switch or a vacuum tube with little effort from the effects of weathering long-term stability. Furthermore, it is an object to provide a simple and cost-effective method for producing the arrangement for switching high currents in medium and / or high voltage engineering, which has the advantages described above.

Die angegebene Aufgabe wird erfindungsgemäß durch eine Anordnung zum Schalten hoher Ströme in der Mittel- und/oder Hochspannungstechnik mit den Merkmalen gemäß Patentanspruch 1 und/oder durch ein Verfahren zur Herstellung einer Anordnung zum Schalten hoher Ströme in der Mittel- und/oder Hochspannungstechnik, insbesondere der zuvor beschriebenen Anordnung, gemäß Patentanspruch 11 gelöst. Vorteilhafte Ausgestaltungen der erfindungsgemäßen Anordnung zum Schalten hoher Ströme in der Mittel- und/oder Hochspannungstechnik und/oder des Verfahrens zur Herstellung der Anordnung, insbesondere der zuvor beschriebenen Anordnung, sind in den Unteransprüchen angegeben. Dabei sind Gegenstände der Hauptansprüche untereinander und mit Merkmalen von Unteransprüchen sowie Merkmale der Unteransprüche untereinander kombinierbar.The stated object is achieved by an arrangement for switching high currents in medium and / or high voltage technology with the features of claim 1 and / or by a method for producing an arrangement for switching high currents in the medium and / or high voltage engineering, in particular the arrangement described above, solved according to claim 11. Advantageous embodiments of the arrangement according to the invention for switching high currents in the medium and / or high voltage technology and / or the method for producing the arrangement, in particular the arrangement described above, are specified in the subclaims. In this case, objects of the main claims with each other and with features of subclaims and features of the dependent claims can be combined with each other.

Eine erfindungsgemäße Anordnung zum Schalten hoher Ströme in der Mittel- und/oder Hochspannungstechnik umfasst wenigstens eine Vakuumröhre. Die wenigstens eine Vakuumröhre umfasst wenigstens zwei Kontaktstücke sowie ein vakuumdichtes Gehäuse. Das Gehäuse ist in einem Kompositwerkstoff eingefasst.An arrangement according to the invention for switching high currents in the medium and / or high voltage engineering comprises at least one vacuum tube. The at least one vacuum tube comprises at least two contact pieces and a vacuum-tight housing. The housing is enclosed in a composite material.

Durch das direkte Einfassen des Gehäuses der wenigstens einen Vakuumröhre, zum Teil oder vollständig in einem Kompositwerkstoff, ist die erfindungsgemäße Anordnung witterungsbeständig und kompakt aufgebaut. Zwischen der Vakuumröhre und dem Kompositwerkstoff ist im Bereich des Gehäuses der Vakuumröhre kein Spalt gebildet, welcher durch ein Gas oder Feststoff zu befüllen ist. Dies erspart Kosten und führt zu einem kompakten Aufbau der Anordnung.Due to the direct enclosure of the housing of the at least one vacuum tube, partly or completely in a composite material, the arrangement according to the invention is weather-resistant and compact. Between the vacuum tube and the composite material no gap is formed in the region of the housing of the vacuum tube, which is to be filled by a gas or solid. This saves costs and leads to a compact design of the arrangement.

Der Kompositwerkstoff kann wenigstens einen, insbesondere eine Mehrzahl von gießharzgetränkten Glasfäden und/oder Glasfasern in Gießharz umfassen. Diese Materialien sind witterungsbeständig, weisen Wasser ab und sind Frost und Hitzebeständig bei gewöhnlichen Temperaturen in der Umwelt. Die Kompositwerkstoffe weisen eine hohe mechanische Festigkeit auf und sind elektrisch isolierend.The composite material may comprise at least one, in particular a plurality of cast resin-impregnated glass fibers and / or glass fibers in casting resin. These materials are weather resistant, repel water, and are frost and heat resistant at ordinary temperatures in the environment. The composite materials have a high mechanical strength and are electrically insulating.

Der Kompositwerkstoff kann genau einen gießharzgetränkten Glasfaden umfassen, insbesondere einen Glasfaden, welcher um das Gehäuse herum gewickelt ist. Die Verwendung von genau einem Glasfaden ermöglicht eine einfache, zusammenhängende Wicklung des Glasfadens, in einen kontinuierlichen Wicklungsprozess, mit geringen Abständen zwischen benachbarten Wicklungen des Glasfadens. Der Kompositwerkstoff kann alternativ eine Mehrzahl an gießharzgetränkten Glasfäden umfassen, welche um das Gehäuse herum gewickelt sind. Die Wicklung von mehreren Glasfäden nacheinander oder gleichzeitig, z. B. in verflochtener Form, kann den Zeit- und/oder Kostenaufwand für die Wicklung reduzieren, bei komplexerer Wickeltechnik. Ein direktes Wickeln auf dem Gehäuse führt zu einem kompakten Aufbau der Anordnung, ohne Spalt zwischen Gehäuse der Vakuumröhre und dem darauf insbesondere direkt aufgebrachten Kompositwerkstoff. Ein Wickeln eines oder mehrerer Glasfäden ist einfach und kostengünstig möglich, wobei das Gießharz zwischen den Wicklungen nach dem Aushärten einen geschlossenen, insbesondere wasserdichten Körper insbesondere bei enger Wicklung ergibt, ohne Spalt zwischen Glasfaden bzw. Glasfäden mit Gießharz und Gehäuse der Vakuumröhre. Daraus ergeben sich die zuvor beschriebenen Vorteile.The composite material may comprise precisely a resin impregnated glass thread, in particular a glass thread which is wound around the housing. The use of exactly one Glass filament allows a simple coherent winding of the glass filament, in a continuous winding process, with small gaps between adjacent windings of the glass filament. The composite material may alternatively comprise a plurality of resin impregnated glass strands wound around the housing. The winding of several glass threads successively or simultaneously, z. B. intertwined, can reduce the time and / or cost of the winding, with more complex winding technology. Direct winding on the housing results in a compact construction of the arrangement, without a gap between the housing of the vacuum tube and the composite material applied thereon, in particular directly. A winding of one or more glass threads is easy and inexpensive possible, wherein the casting resin between the windings after curing results in a closed, in particular watertight body especially at narrow winding, without a gap between glass thread or glass threads with casting resin and housing of the vacuum tube. This results in the advantages described above.

Der Kompositwerkstoff kann rohrförmig ausgebildet sein, insbesondere formschlüssig mit dem vakuumdichten Gehäuse der wenigstens einen Vakuumröhre verbunden. Bei rohrförmigem Gehäuse der wenigstens einen Vakuumröhre mit einem Außendurchmesser, welcher jeweils entlang der Längsachse dem entsprechenden Innendurchmesser des rohrförmig ausgebildeten Kompositwerkstoffs entspricht, besteht kein Spalt zwischen Gehäuse und Kompositwerkstoff, woraus sich die zuvor beschriebenen Vorteile ergeben.The composite material may be tubular, in particular form-fitting manner connected to the vacuum-tight housing of the at least one vacuum tube. In a tubular housing of the at least one vacuum tube having an outer diameter, which corresponds in each case along the longitudinal axis of the corresponding inner diameter of the tubular composite material, there is no gap between the housing and the composite material, resulting in the advantages described above.

Eine Silikonbeschirmung, insbesondere eine gerippte Silikonbeschirmung, und/oder eine Keramikbeschirmung, insbesondere eine gerippte Keramikbeschirmung, können um die in Kompositwerkstoff eingefasste Vakuumröhre ausgebildet sein. Silikon- und/oder Keramikschirmungen sind langzeitstabil und witterungsbeständig, auch in extremen Umgebungen. Die Rippen auf der Außenseite der Beschirmung erhöhen den Kriechweg, und damit die elektrisch isolierende Wirkung entlang der Längsachse der Anordnung, insbesondere bei Regen oder Kondensation von Wasser auf der Oberfläche.A silicone screen, in particular a ribbed silicone screen, and / or a ceramic screen, in particular a ribbed ceramic screen, may be formed around the vacuum tube enclosed in the composite material. Silicone and / or ceramic shields are long-term stable and weather-resistant, even in extreme environments. The ribs on the outside of the shield increase the creepage distance, and thus the electrically insulating effect along the longitudinal axis of the arrangement, in particular during rain or condensation of water on the surface.

Eine flexible Zwischenschicht kann vom Gehäuse der Vakuumröhre umfasst sein. Diese kann zwischen dem insbesondere keramischen Teil des Gehäuses der wenigstens einen Vakuumröhre und dem Kompositwerkstoff, insbesondere dem rohrförmigen Kompositwerkstoff, angeordnet sein. Eine Anordnung der flexiblen Zwischenschicht kann ohne Hohlräume zwischen dem insbesondere keramischen Teil des Gehäuses, der flexiblen Zwischenschicht und/oder dem Kompositwerkstoff erfolgen. So kann z. B. eine Kunststoff- oder Gummischicht in Form einer äußeren Beschichtung eines Keramikkörpers vom Gehäuse umfasst sein, als flexible Zwischenschicht ausgebildet, welche in direktem Kontakt mit dem Kompositwerkstoff steht. Unterschiedliche Ausdehnungskoeffizienten von Keramik und Kompositwerkstoff können bei Temperaturschwankungen zu mechanischen Spannungen an der Kontaktfläche zwischen Keramik und Kompositwerkstoff führen. Dadurch kann die Anordnung bei straken bzw. schnellen Temperaturänderungen beschädigt werden, bis hin zu einer irreversiblen Zerstörung. Die flexible Zwischenschicht kann den Aufbau von mechanischen Spannungen verhindern bzw. reduzieren, und eine Beschädigung bzw. Zerstörung der Anordnung verhindern.A flexible intermediate layer may be included in the housing of the vacuum tube. This can be arranged between the particular ceramic part of the housing of the at least one vacuum tube and the composite material, in particular the tubular composite material. An arrangement of the flexible intermediate layer can be carried out without cavities between the particular ceramic part of the housing, the flexible intermediate layer and / or the composite material. So z. As a plastic or rubber layer may be in the form of an outer coating of a ceramic body from the housing, formed as a flexible intermediate layer, which is in direct contact with the composite material. Different expansion coefficients of ceramic and composite material can lead to mechanical stresses at the contact surface between ceramic and composite material with temperature fluctuations. As a result, the arrangement can be damaged in severe or rapid changes in temperature, up to an irreversible destruction. The flexible intermediate layer can prevent or reduce the build-up of mechanical stresses and prevent damage or destruction of the arrangement.

Die wenigstens eine Vakuumröhre kann zylinderförmig ausgebildet sein, umfasst von einem rohrförmigen, insbesondere zylindrischen Körper aus Kompositwerkstoff. Dabei kann die wenigstens eine Vakuumröhre symmetrisch zu den Rohrenden des Körpers aus Kompositwerkstoff angeordnet sein. Eine symmetrische Anordnung ermöglicht einen kompakten Aufbau.The at least one vacuum tube may be cylindrical, comprising a tubular, in particular cylindrical body made of composite material. In this case, the at least one vacuum tube can be arranged symmetrically to the tube ends of the composite body. A symmetrical arrangement allows a compact construction.

Die Rohrenden können jeweils trichterförmig ausgebildet sein, insbesondere mit einer Vergrößerung des Durchmessers der Rohrenden zu der wenigstens einen Vakuumröhre hin. Dadurch wird ein kompakter Aufbau der Anordnung realisiert. Von der Vakuumröhre zu einer elektrischen Leitung hin, welche nach außen führt, kann der Durchmesser verjüngt sein, da ein nach außen führendes Kontaktkabel oder eine Kontaktschiene weniger Platz als eine Vakuumröhre benötigt, bzw. einen geringeren Durchmesser aufweist.The tube ends may each be funnel-shaped, in particular with an increase in the diameter of the tube ends to the at least one vacuum tube. As a result, a compact construction of the arrangement is realized. From the vacuum tube to an electrical lead which leads to the outside, the diameter may be tapered, since an outwardly leading contact cable or a contact rail requires less space than a vacuum tube, or has a smaller diameter.

Die wenigstens eine Vakuumröhre kann von einem Wickeldorn umfasst sein. Ein Wickeldorn dient als Grundlage beim Bewickeln für den zu wickelnden Faden. Auf den Wickeldorn, insbesondere auf die Vakuumröhre als Teil des Wickeldorns, wird der Faden oder werden die Fäden aufgewickelt. Der Wickeldorn kann insbesondere an seinen Enden entlang der Längsachse eingespannt sein, und über einen Antrieb kann der Wickeldorn in Rotation versetzt werden, zum Aufwickeln von Fäden auf den Wickeldorn bzw. auf die Vakuumröhre.The at least one vacuum tube may be comprised by a winding mandrel. A winding mandrel serves as a basis for winding for the thread to be wound. On the winding mandrel, in particular on the vacuum tube as part of the winding mandrel, the thread or the threads are wound up. The winding mandrel can be clamped in particular at its ends along the longitudinal axis, and via a drive, the winding mandrel can be set in rotation for winding threads on the mandrel or on the vacuum tube.

Ein erfindungsgemäßes Verfahren zur Herstellung einer Anordnung zum Schalten hoher Ströme in der Mittel- und/oder Hochspannungstechnik, insbesondere einer zuvor beschriebenen Anordnung, umfasst, dass wenigstens ein gießharzgetränkter Glasfaden um einen Wickeldorn gewickelt wird und das Harz aushärtet, wobei eine Hülle für eine Vakuumröhre ausgebildet wird.A method according to the invention for producing a device for switching high currents in medium and / or high voltage engineering, in particular a previously described arrangement, comprises winding at least one cast resin-soaked glass thread around a mandrel and curing the resin, forming a shell for a vacuum tube becomes.

Auf der Hülle kann ein Isolator, insbesondere aus geripptem Silikon, ausgebildet werden. Die Hülle kann als wetterfeste Außenhülle, insbesondere mit geripptem Silikon beschichtet, ausgebildet werden.On the shell, an insulator, in particular of ribbed silicone, are formed. The Case can be designed as a weatherproof outer shell, in particular coated with ribbed silicone.

Die Hülle kann, insbesondere nach Aushärten des Harzes, vom Wickeldorn abgezogen werden. Die Hülle kann auf die Vakuumröhre aufgezogen werden, insbesondere derart, dass entlang einer Längsachse die Vakuumröhre mittig in der Hülle angeordnet wird.The sheath can, in particular after curing of the resin, be withdrawn from the winding mandrel. The sheath can be mounted on the vacuum tube, in particular such that along a longitudinal axis, the vacuum tube is arranged centrally in the sheath.

Die Vakuumröhre kann direkt, und/oder mit flexibler Zwischenschicht, mit dem wenigstens einen gießharzgetränkten Glasfaden bewickelt werden, insbesondere als Teil eines Wickeldorns, welcher nach dem Aushärten des Harzes, mit Ausnahme der Vakuumröhre, entfernt wird. Mit zuvor beschriebenen Verfahrensschritten kann kostengünstig, einfach und/oder mit wenigen Schritten eine erfindungsgemäße Anordnung hergestellt werden. Die Verwendung der Vakuumröhre als Teil des Wickeldorns kann Schritte des Abziehens des Kompositwerkstoffs vom Wickeldorn und Aufziehens auf die Vakuumröhre einsparen. Eine formgetreue, enge Bewicklung der Vakuumröhre wird dadurch ermöglicht.The vacuum tube can be wound directly, and / or with a flexible intermediate layer, with which at least one casting resin-impregnated glass thread is wound, in particular as part of a winding mandrel, which is removed after the curing of the resin, with the exception of the vacuum tube. With previously described method steps, an arrangement according to the invention can be produced inexpensively, simply and / or with a few steps. The use of the vacuum tube as part of the winding mandrel can save steps of stripping the composite from the mandrel and mounting it on the vacuum tube. A faithful, close winding of the vacuum tube is made possible.

Die Vorteile des erfindungsgemäßen Verfahrens zur Herstellung einer Anordnung zum Schalten hoher Ströme in der Mittel- und/oder Hochspannungstechnik nach Anspruch 11 sind analog den zuvor beschriebenen Vorteilen der Anordnung zum Schalten hoher Ströme in der Mittel- und/oder Hochspannungstechnik nach Anspruch 1 und umgekehrt.The advantages of the inventive method for producing a device for switching high currents in the medium and / or high voltage engineering according to claim 11 are analogous to the advantages of the arrangement described above for switching high currents in the medium and / or high voltage technology according to claim 1 and vice versa.

Im Folgenden werden Ausführungsbeispiele der Erfindung schematisch in den 1 bis 3 dargestellt und nachfolgend näher beschrieben.In the following, embodiments of the invention are schematically illustrated in FIGS 1 to 3 shown and described in more detail below.

Dabei zeigen die

1 schematisch in Schnittansicht eine erfindungsgemäße Anordnung 1, mit wenigstens einer Vakuumröhre 2, welche direkt, spaltfrei in einem Kompositwerkstoff 3 eingefasst und von einem gerippten Isolator 5 umgeben ist, und
2 schematisch in Schnittansicht die erfindungsgemäße Anordnung 1 der 1, mit an den Enden verjüngtem Durchmesser und ohne geripptem Isolator 5, und
3 die erfindungsgemäße Anordnung 1 der 2, mit einer flexiblen Zwischenschicht 12 zwischen dem Gehäuseteil 11 der Vakuumröhre 2 aus Keramik und dem Kompositwerkstoff 3.

The show

1 schematically in a sectional view of an inventive arrangement 1, with at least one vacuum tube 2, which is directly, gap-free enclosed in a composite material 3 and surrounded by a ribbed insulator 5, and
2 schematically in sectional view, the inventive arrangement 1 of 1 with tapered diameter at the ends and without ribbed insulator 5, and
3 the inventive arrangement 1 of 2 , with a flexible intermediate layer 12 between the housing part 11 of the vacuum tube 2 made of ceramic and the composite material. 3

In 1 ist schematisch eine erfindungsgemäße Anordnung 1 zum Schalten hoher Ströme bzw. Spannungen in der Mittel- und/oder Hochspannungstechnik in Schnittansicht dargestellt. Die Anordnung 1 umfasst eine Vakuumröhre 2, welche direkt, spaltfrei in einem Kompositwerkstoff 3 eingefasst ist. Ein gerippter Isolator 5, in Form einer Silikon- oder Kermaikschirmung, ist um den Kompositwerkstoff 3 herum ausgebildet. Die Anordnung 1 ist röhrenförmig, mit einem röhrenförmigen Kompositwerkstoff 3 um das röhrenförmige Gehäuseteil 11 der Vakuumröhre 2, welches insbesondere Keramik umfasst, ausgebildet.In 1 is a schematic arrangement of the invention 1 for switching high currents or voltages in the medium and / or high voltage technology shown in sectional view. The order 1 includes a vacuum tube 2 which directly, gap-free in a composite material 3 is enclosed. A ribbed insulator 5 , in the form of a silicone or Kermaikschirmung, is the composite material 3 trained around. The order 1 is tubular, with a tubular composite material 3 around the tubular housing part 11 of the vacuum tube 2 , which in particular comprises ceramic formed.

Die Vakuumröhre 2 bzw. der Vakuumschalter umfasst zwei Kontaktstücke 6, 7 eines elektrischen Schaltkontakts, wobei ein Kontaktstück 7 zum elektrischen Schalten beweglich gelagert ist und ein Kontaktstück 6 fest in der Vakuumröhre 2 angeordnet ist. Alternativ können beide Kontaktstücke 6, 7 beweglich angeordnet sein. Jedes Kontaktstück 6, 7 weist jeweils einen elektrisch leitenden Kontaktbolzen sowie eine insbesondere tellerförmige Kontaktplatte am Ende des Kontaktbolzens auf. Die Kontaktplatten sind in einem vakuumdichten Gehäuse der Vakuumröhre 2 angeordnet, wobei das Gehäuse einen rohrförmigen bzw. zylinderförmigen Körper umfasst, welcher im Wesentlichen aus Keramik aufgebaut ist, und ein Abschlusselement 9 der Zylindergrundfläche sowie ein Abschlusselement 10 der Zylinderdeckfläche aufweist, welche im Wesentlichen aus Metall sind.The vacuum tube 2 or the vacuum switch comprises two contact pieces 6 . 7 an electrical switch contact, wherein a contact piece 7 is movably mounted for electrical switching and a contact piece 6 stuck in the vacuum tube 2 is arranged. Alternatively, both contact pieces 6 . 7 be arranged movably. Each contact piece 6 . 7 each has an electrically conductive contact pin and a particular plate-shaped contact plate at the end of the contact pin. The contact plates are in a vacuum-tight housing of the vacuum tube 2 arranged, wherein the housing comprises a tubular or cylindrical body which is constructed substantially of ceramic, and a closure element 9 the cylinder base and a final element 10 has the cylinder top surface, which are substantially made of metal.

Die Kontaktbolzen sind aus dem Inneren des Gehäuses nach außen zu elektrischen Anschlüssen, welche der Einfachheit halber in den Figuren nicht dargestellt sind, geführt und sind gut elektrisch leitend. Im Falle eines festen und eines beweglichen Kontaktbolzens, ist der feste Kontaktbolzen vakuumdicht und fest mit dem Abschlusselement 10 verbunden. Der bewegliche Kontaktbolzen ist durch einen Falkenbalg 8 im Gehäuse vakuumdicht, beweglich gelagert, und durch das Abschlusselement 11 geführt. Der Zylinderkörper 11 des Gehäuses umfasst eine keramische Mantelfläche und kann im Inneren metallische Elemente, wie z. B. Schirmelektroden und/oder Dampfschilde umfassen, welche der Einfachheit halber in den Figuren nicht dargestellt sind. Das Abschlusselement 9 der Zylindergrundfläche sowie das Abschlusselement 10 der Zylinderdeckfläche sind aus Metall, z. B. aus Kupfer oder Stahl, oder können Metall umfassen. Die Gehäuseteile der Vakuumröhre 2, insbesondere der keramische Zylinderkörper 11, die Abschlusselemente 9 und 10 mit den jeweiligen, durchgeführten Kontaktbolzen, und der Falkenbalg 8, sind vakuumdicht miteinander verbunden und bilden im Inneren der Vakuumröhre 2 einen mit Vakuum gefüllten Raum, in welchem die Kontaktplatten angeordnet sind.The contact pins are guided from the interior of the housing to the outside to electrical terminals, which are not shown in the figures for simplicity, and are well electrically conductive. In the case of a fixed and a movable contact pin, the fixed contact pin is vacuum-tight and fixed to the end element 10 connected. The movable contact pin is through a Falkenbalg 8th in the housing vacuum-tight, movably supported, and by the closing element 11 guided. The cylinder body 11 of the housing comprises a ceramic jacket surface and can inside metallic elements such. B. screen electrodes and / or steam shields, which are not shown in the figures for simplicity. The final element 9 the cylinder base as well as the end element 10 the cylinder top surface are made of metal, z. As copper or steel, or may include metal. The housing parts of the vacuum tube 2 , in particular the ceramic cylinder body 11 , the graduation elements 9 and 10 with the respective, carried out contact pins, and the Falkenbalg 8th , are vacuum-tightly interconnected and form inside the vacuum tube 2 a vacuum-filled space in which the contact plates are arranged.

Die rohrförmige Vakuumröhre 2, insbesondere der Zylinderkörper 11 der Vakuumröhre 2, wird jeweils an den Enden entlang der Längsachse durch insbesondere Kunststoffrohre 4 verlängert. Die Kunststoffrohre 4 können insbesondere den gleichen oder einen kleineren Durchmesser als der Zylinderkörper 11 aufweisen. Im Ausführungsbeispiel der 1 sind die Kunststoffrohre 4 zylinderförmig, mit gleichbleibendem Durchmesser entlang ihrer Längsachse ausgebildet.The tubular vacuum tube 2 , in particular the cylinder body 11 the vacuum tube 2 , is in each case at the ends along the longitudinal axis by particular plastic pipes 4 extended. The plastic pipes 4 may in particular the same or a smaller diameter than the cylinder body 11 exhibit. In the embodiment of 1 are the plastic pipes 4 cylindrical, with constant diameter formed along its longitudinal axis.

Der Zylinderkörper 11 als Gehäuse der Vakuumröhre 2 und die Kunststoffrohre 4 sind spaltfrei, d.h. direkt verbunden bzw. ohne Gas- oder Feststoffeinschlüsse, vom Kompositwerkstoff 3 eingefasst. Dazu können der Zylinderkörper 11 und die Kunststoffrohre 4 direkt mit einem oder mehreren harzgetränkten Glasfäden umwickelt und somit formschlüssig, dicht umschlossen werden. Der oder die harzgetränkten Glasfäden bilden nach Austrocknen des Harzes ein Isolierrohr 3, welches in Form eines kompakten, entlang der Zylindermantelfläche wasserundurchlässigen Körpers ausgebildet ist. Ein gerippter Isolator 5, insbesondere in Form einer Keramikbeschirmung, kann auf den Kompositwerkstoff 3 außen formschlüssig aufgeschoben werden oder in Form einer Silikonbeschirmung auf der äußeren Mantelfläche des rohrförmigen Kompositwerkstoffs 3 formschlüssig ausgebildet werden.The cylinder body 11 as the housing of the vacuum tube 2 and the plastic pipes 4 are gap-free, ie directly connected or without gas or solid inclusions, of the composite material 3 edged. For this purpose, the cylinder body 11 and the plastic pipes 4 wrapped directly with one or more resin-impregnated glass threads and thus form-fitting, tightly enclosed. The resin-impregnated glass filaments form an insulating tube after the resin has dried out 3 , which is in the form of a compact, water impermeable body along the cylinder surface. A ribbed insulator 5, in particular in the form of a ceramic shielding, can be applied to the composite material 3 be positively pushed outside or in the form of a silicone screen on the outer surface of the tubular composite material 3 be formed positively.

Die Anordnung 1, mit Vakuumröhre 2, mit Isolierrohr 3 aus direkt auf dem Zylinderkörper 11 der Vakuumröhre 2 aufgewickeltem, harzgetränktem Glasfaden oder Glasfäden, und insbesondere mit direkt auf dem Isolierrohr 3 aufgebrachter Beschirmung 5, ist kompakt aufgebaut, kostengünstig, einfach herstellbar, ohne Spalten bzw. Einschlüsse zwischen Isolierrohr 3 und Zylinderkörper 11 und/oder Beschirmung 5, und ist witterungsbeständig sowie wasserfest und lichtbeständig.The order 1 , with vacuum tube 2 , with insulating tube 3 from directly on the cylinder body 11 the vacuum tube 2 wrapped, resin-impregnated glass thread or glass threads, and in particular with directly on the insulating tube 3 Applied shielding 5, is compact, inexpensive, easy to produce, without gaps or inclusions between insulating 3 and cylinder body 11 and / or shielding 5 , and is weather resistant as well as waterproof and lightfast.

In 2 ist schematisch in Schnittansicht die erfindungsgemäße Anordnung 1 der 1 dargestellt, aber im Unterschied zum Ausführungsbeispiel der 1, mit an den Enden verjüngtem Durchmesser und ohne gerippten Isolator 5. Der Kompositwerkstoff 3, welcher um den Zylinderkörper 11 der Vakuumröhre formschlüssig ausgebildet ist, erhöht die mechanische Stabilität und Belastbarkeit des im Wesentlichen keramischen Zylinderkörpers 11, und bildet eine witterungsbeständige Schutzhülle für die Vakuumröhre 2.In 2 is a schematic sectional view of the arrangement according to the invention 1 of the 1 shown, but in contrast to the embodiment of 1 with tapered diameter and no ribbed insulator 5 , The composite material 3 which is around the cylinder body 11 the vacuum tube is formed positively, increases the mechanical stability and load capacity of the substantially ceramic cylinder body 11 , and forms a weatherproof protective cover for the vacuum tube 2 ,

Ein trichterförmiges zulaufen der Enden der Anordnung 1 jeweils nach außen hin entlang der Längsachse der Anordnung 1, erhöht die Kompaktheit der Anordnung 1 und kann elektrische Anschlüsse vor Witterungseinflüssen schützen. Die Enden können jeweils durch z. B. Anschlusselemente wie Anschlussrohre oder Leitungen verschlossen sein, was der Einfachheit halber in den Figuren nicht dargestellt ist.A funnel-shaped running towards the ends of the arrangement 1 each outwardly along the longitudinal axis of the arrangement 1 , increases the compactness of the arrangement 1 and can protect electrical connections from the weather. The ends can each be replaced by z. B. connection elements such as connecting pipes or lines to be closed, which is not shown in the figures for simplicity.

Die trichterförmigen Rohre, insbesondere Kunststoffrohre 4, welche die rohrförmige Vakuumröhre 2, insbesondere den Zylinderkörper 11 der Vakuumröhre 2, jeweils an den Enden entlang der Längsachse verlängern, nehmen im Durchmesser entlang der Längsachse in Richtung der Enden der Anordnung 1 ab. D. h. der Durchmesser der Rohre 4 nimmt jeweils vom Abschlusselement 9 oder 10 der Vakuumröhre 2 hin zu den Enden der Anordnung 1 ab.The funnel-shaped pipes, in particular plastic pipes 4 which is the tubular vacuum tube 2 , in particular the cylinder body 11 the vacuum tube 2 , extend each at the ends along the longitudinal axis, take in diameter along the longitudinal axis in the direction of the ends of the arrangement 1 from. Ie. the diameter of the pipes 4 takes each from the conclusion element 9 or 10 the vacuum tube 2 towards the ends of the assembly 1 from.

In 3 ist die erfindungsgemäße Anordnung 1 der 2 schematisch in Schnittansicht dargestellt, im Unterschied zu 2 jedoch mit einer flexiblen Zwischenschicht 12 zwischen dem Gehäuseteil 11 der Vakuumröhre 2, welches insbesondere aus Keramik besteht und/oder Keramik umfasst, und dem Kompositwerkstoff 3. Die Schicht kann unter anderem mechanische Spannungen zwischen der Keramik 11 und dem Kompositwerkstoff 3 reduzieren oder verhindern, welche durch unterschiedliche Ausdehnungskoeffizienten der Werkstoffe bei Temperaturschwankungen entstehen können. Eine flexible Zwischenschicht kann z. B. aus Kautschuk bzw. Gummi, Plastik, Silikon, und/oder Teflon sein, oder diese Stoffe umfassen.In 3 is the arrangement according to the invention 1 of the 2 schematically shown in sectional view, unlike 2 however with a flexible intermediate layer 12 between the housing part 11 the vacuum tube 2 , which in particular consists of ceramic and / or ceramic, and the composite material 3 , The layer can inter alia mechanical stresses between the ceramic 11 and the composite material 3 reduce or prevent, which can occur due to different coefficients of expansion of the materials in case of temperature fluctuations. A flexible intermediate layer may, for. Example of rubber or rubber, plastic, silicone, and / or Teflon, or include these substances.

Die zuvor beschriebenen Ausführungsbeispiele können untereinander kombiniert werden und/oder können mit dem Stand der Technik kombiniert werden. So kann die Vakuumröhre 2 statt einer Röhrenform z. B. die Form einer Kugel oder eines Kegels aufweisen. Die Vakuumröhre kann z. B. auf der Seite des festen Kontaktbolzens vom Kompositwerkstoff 3 vollständig, spaltfrei umschlossen sein, analog dem Zylinderkörper der Vakuumröhre 2, mit Ausnahme eines elektrischen Anschlusses. Die Abschlusselemente 9 und/oder 10 können aus anderen Materialien als aus Metall sein, z. B. aus Karbon, oder diese Materialien umfassen. Die Kontaktstücke 6, 7 können weitere Formen aufweisen als die in den Figuren dargestellten Formen, insbesondere mit Schlitzungen in den Kontakttellern. Der Kompositwerkstoff 3 kann durch Wickeln von einem oder mehreren Glasfäden erzeugt werden, insbesondere mit von Harz getränkten Glasfaden oder Glasfäden. Alternativ oder zusätzlich können andere, insbesondere fadenförmige Materialien, z. B. analog von Steinwolle, verwendet werden. Als aushärtender Bindestoff können statt Harz z. B. Mehrkomponentenkleber oder andere aushärtende Kunststoffe verwendet werden, insbesondere elektrisch isolierende Klebstoffe. Der Kompositwerkstoff 3 kann statt durch Wickeln z. B. durch aufdrucken oder durch Sprühen aufgebracht werden, insbesondere bei kurzfaserigen Bestandteilen des Kompositwerkstoffs 3 in einer aushärtbaren Matrix. Eine Silikonbeschirmung und/oder Keramikbeschirmung 5 kann direkt auf dem Kompositwerkstoff 3 ausgebildet werden oder nachträglich „übergestreift“ werden. Die Enden der Anordnung 1 können aus Kunststoffrohren oder anderen Materialien gebildet werden, z. B. aus Metallrohren.The embodiments described above can be combined with each other and / or can be combined with the prior art. So can the vacuum tube 2 instead of a tubular form z. B. have the shape of a ball or a cone. The vacuum tube can, for. B. on the side of the fixed contact pin of the composite material 3 be completely enclosed without gaps, analogous to the cylinder body of the vacuum tube 2 , with the exception of an electrical connection. The final elements 9 and or 10 may be made of materials other than metal, e.g. As carbon, or include these materials. The contact pieces 6 . 7 can have other shapes than the shapes shown in the figures, in particular with slits in the contact plates. The composite material 3 can be produced by winding one or more glass threads, in particular with resin-impregnated glass thread or glass threads. Alternatively or additionally, other, in particular thread-like materials, for. B. analogous to rock wool used. As a hardening binder can instead of resin z. As multi-component adhesives or other thermosetting plastics are used, in particular electrically insulating adhesives. The composite material 3 can take place by winding z. B. by imprinting or by spraying applied, especially in kurzfaserigen components of the composite material 3 in a hardenable matrix. A silicone screen and / or ceramic screen 5 can be directly on the composite material 3 be trained or subsequently "overstretched". The ends of the arrangement 1 can be made of plastic pipes or other materials, eg. B. of metal pipes.

Bezugszeichenliste LIST OF REFERENCE NUMBERS

11: Anordnung mit VakuumröhreArrangement with vacuum tube
22: Vakuumröhrevacuum tube
33: Kompositwerkstoff, insbesondere Isolierrohr aus harzgetränktem Glasfaden und/oder GlasfädenComposite material, in particular insulating tube made of resin-impregnated glass thread and / or glass threads
44: KunststoffrohrPlastic pipe
55: SilikonbeschirmungSilicone rubber sheds
66: festes Kontaktstücksolid contact piece
77: bewegliches Kontaktstückmovable contact piece
88th: FalkenbalgFalkenbalg
99: Abschlusselement der ZylindergrundflächeEnd element of the cylinder base
1010: Abschlusselement der ZylinderdeckflächeEnd element of the cylinder top surface
1111: vakuumdichter Zylinderkörper der Vakuumröhre, insbesondere rohrförmiger KeramikkörperVacuum-tight cylinder body of the vacuum tube, in particular tubular ceramic body
1212: flexible Zwischenschichtflexible intermediate layer

ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG QUOTES INCLUDE IN THE DESCRIPTION

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Zitierte PatentliteraturCited patent literature

EP 0225562 A1 [0002]

Claims

Arrangement (1) for switching high currents in medium and / or high voltage engineering, comprising at least one vacuum tube (2) which comprises at least two contact pieces (6, 7) and a vacuum-tight housing, characterized in that the housing is in a composite material ( 3) is enclosed.

Arrangement (1) according to Claim 1 , characterized in that the composite material (3) comprises at least one, in particular a plurality of cast resin impregnated glass fibers and / or glass fibers in casting resin.

Arrangement (1) according to Claim 1 , characterized in that the composite material (3) comprises precisely a casting resin impregnated glass thread, in particular a glass thread, which is wound around the housing.

Arrangement (1) according to Claim 1 , characterized in that the composite material (3) comprises cast resin impregnated glass filaments wound around the housing.

Arrangement (1) according to one of the preceding claims, characterized in that the composite material (3) is tubular, in particular form-fitting manner with the vacuum-tight housing of the at least one vacuum tube (2).

Arrangement (1) according to one of the preceding claims, characterized in that a silicone screen (5), in particular a ribbed silicone screen (5), and / or a ceramic screen, in particular a ribbed ceramic screen, surrounding the composite material (3) enclosed at least one vacuum tube (2) is formed.

Arrangement (1) according to one of the preceding claims, characterized in that a flexible intermediate layer (12) is comprised by the housing, arranged between the particular ceramic part of the housing (11) of the at least one vacuum tube (2) and the composite material (3), in particular the tubular composite material (3), in particular without cavities between the particular ceramic part of the housing (11), the flexible intermediate layer (12) and / or the composite material (3).

Arrangement (1) according to one of the preceding claims, characterized in that the at least one vacuum tube (2) is cylindrical, comprises a tubular, in particular cylindrical body made of composite material (3), wherein the at least one vacuum tube (2) in particular symmetrical to the pipe ends of the body of composite material (3) is arranged.

Arrangement (1) according to Claim 8 , characterized in that the tube ends are each funnel-shaped, in particular with an increase in the diameter of the tube ends to the at least one vacuum tube (2) out.

Arrangement (1) according to one of the preceding claims, characterized in that the at least one vacuum tube (2) is surrounded by a winding mandrel.

Method for producing an arrangement (1) for switching high currents in medium and / or high voltage engineering, in particular an arrangement (1) according to one of the preceding claims, characterized in that at least one cast resin-soaked glass thread is wound around a winding mandrel and the resin hardens wherein a shell for a vacuum tube (2) is formed.

Method according to Claim 11 , characterized in that on the shell an insulator (5), in particular made of ribbed silicone is formed.

Method according to one of Claims 11 or 12 , characterized in that the shell as a weatherproof outer shell, in particular with ribbed silicone (5) coated, is formed.

Method according to one of Claims 11 to 13 , characterized in that the shell is peeled off in particular after curing of the resin from the winding mandrel and / or on the vacuum tube (2) is mounted, in particular such on the vacuum tube (2) is raised, that along a longitudinal axis of the vacuum tube (2) in the middle the envelope is arranged.

Method according to one of Claims 11 to 13 , characterized in that the vacuum tube (2) directly, and / or with flexible intermediate layer (12) is wound with the at least one cast resin impregnated glass thread, in particular as part of a winding mandrel, which after curing of the resin except the vacuum tube (2) becomes.