DE102019216900A1

DE102019216900A1 - Abschirmelement zum Abschirmen eines Isolators vor einer in Axialrichtung beweglichen Kontaktscheibe und einer unbeweglichen Kontaktscheibe in einem Vakuum-Schaltelement

Info

Publication number: DE102019216900A1
Application number: DE102019216900.7A
Authority: DE
Inventors: Denis Donner; Frank Graskowski; Andreas Lawall; Klaus SCHACHTSCHNEIDER
Original assignee: Siemens AG
Current assignee: Siemens AG
Priority date: 2019-11-01
Filing date: 2019-11-01
Publication date: 2021-05-06

Abstract

Die vorliegende Erfindung betrifft ein Abschirmelement (110) zum Abschirmen eines Isolators (251) vor einer in Axialrichtung (141) beweglichen Kontaktscheibe (123) und einer unbeweglichen Kontaktscheibe (124) in einem Vakuum-Schaltelement (200), insbesondere in einer Vakuum-Schaltröhre, wobei das Abschirmelement (110) sich entlang einer Mittelachse (119) erstreckt, die parallel zu der Axialrichtung (141) ist, und einen ersten axialen Abschnitt (111) und einen zweiten axialen Abschnitt (112) aufweist, wobei mittels des ersten axialen Abschnitts (111) ein Isolator (251) vor der beweglichen Kontaktscheibe (123) abschirmbar ist und mittels des zweiten axialen Abschnitts (112) ein Isolator 8251) vor der unbeweglichen Kontaktscheibe (124) abschirmbar ist, wobei der erste axiale Abschnitt (111) und der zweite axiale Abschnitt (112) unterschiedliche Geometrien aufweisen.

Description

Technisches Gebiet
Die vorliegende Erfindung betrifft ein Abschirmelement zum Abschirmen eines Isolators vor einer in Axialrichtung beweglichen Kontaktscheibe und einer unbeweglichen Kontaktscheibe in einem Vakuum-Schaltelement, insbesondere einer Vakuum-Schaltröhre. Ferner betrifft die vorliegende Erfindung ein Vakuum-Schaltelement, insbesondere eine Vakuumschaltröhre, sowie ein Verfahren zum Herstellen eines Abschirmelements.
Hintergrund der Erfindung
3 zeigt ein Beispiel einer Vakuum-Schaltröhre 300 gemäß des Standes der Technik, die ein Kontaktsystem 310 bestehend aus einem feststehenden Kontakt 311 und einem axial beweglichen Kontakt 312, aufweist. Sowohl der feststehende Kontakt 311 als auch der axial bewegliche Kontakt 312 sind normalerweise als Kontaktscheiben ausgebildet und in einem vakuumdichten Gehäuse 350 eingeschlossen. Der feststehende Kontakt 311 ist mit einem feststehenden Kontaktbolzen 313 verbunden und der axial bewegliche Kontakt 312 ist mit einem axial beweglichen Kontaktbolzen 314 verbunden, der mittels eines Metallfaltenbalgs 360 axial beweglich ist. Das vakuumdichte Gehäuse 350 besteht aus Keramikisolatoren 351, zwei Endflanschen 352 sowie einem Metallfaltenbalg 360. Mit dem Gehäuse 350 verbunden sind des Weiteren Schirme 341, die an den Isolatoren 351 befestigt sind, sowie Endschirme 342.
Bisher sind aufgrund der Herstellprozesse einteilige Abschirmelemente in Vakuum-Schaltelementen, insbesondere in Vakuum-Schaltröhren, symmetrisch ausgeprägt. Dies führt zu einer unvorteilhaften Aufteilung der elektrischen Felder in dem Vakuum-Schaltelement. Dies liegt daran, dass der Bauraum auf der Seite des beweglichen Kontaktes wegen des Metallfaltenbalgs stärker eingeschränkt ist als auf der Seite des unbeweglichen Kontaktes. Dies führt auf der Seite des unbeweglichen Kontaktes zu unvorteilhaften Verteilungen des elektrischen Feldes. Der größere Bauraum auf der Seite des unbeweglichen Kontaktes wird bisher nicht für eine vorteilhaftere Verteilung des elektrischen Feldes verwendet. Dies führt dazu, dass das Vakuum-Schaltelement in seinen dielektrischen Eigenschaften hinter den Möglichkeiten des verfügbaren Bauraums zurückbleibt.
Bislang wurde entweder dieser Nachteil in Kauf genommen oder es wurden zweiteilige, meist ineinander gesteckte Abschirmelemente, verwendet. Hierfür wurde eine zusätzliche Lötstelle mit entsprechendem Lotmaterial verwendet.
Darstellung der Erfindung
Es ist eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung, ein Abschirmelement bereitzustellen mit dem die dielektrische Festigkeit eines Vakuum-Schaltelements, insbesondere einer Vakuum-Schaltröhre, erhöht ist und die somit eine erhöhte Spannungsfestigkeit aufweist. Auch ist es eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung ein kostengünstiges Vakuum-Schaltelement mit hoher Qualität bereitzustellen.
Diese Aufgabe wird mit einem Abschirmelement zum Abschirmen eines Isolators vor einer in Axialrichtung beweglichen Kontaktscheibe und einer unbeweglichen Kontaktscheibe in einem Vakuum-Schaltelement, insbesondere in einer Vakuum-Schaltröhre, einem Vakuum-Schaltelement, insbesondere einer Vakuum-Schaltröhre, und einem Verfahren zum Herstellen eines Abschirmelements gemäß den unabhängigen Ansprüchen gelöst.
Gemäß eines ersten Aspekts der vorliegenden Erfindung wird ein Abschirmelement zum Abschirmen eines Isolators vor einer in Axialrichtung beweglichen Kontaktscheibe und einer unbeweglichen Kontaktscheibe in einem Vakuum-Schaltelement, insbesondere in einer Vakuum-Schaltröhre, beansprucht. Das Abschirmelement erstreckt sich entlang einer Mittelachse, die parallel zu der Axialrichtung ist, und umfasst einen ersten axialen Abschnitt und einen zweiten axialen Abschnitt, wobei mittels des ersten axialen Abschnitts ein Isolator vor der beweglichen Kontaktscheibe abschirmbar ist und mittels des zweiten axialen Abschnitts einen weiteren Isolator vor der unbeweglichen Kontaktscheibe abschirmbar ist, und wobei der erste axiale Abschnitt und der zweite axiale Abschnitt unterschiedliche Geometrien aufweisen.
Der Isolator und der weitere Isolator können als zwei getrennte Körper und somit als zwei Isolatoren bereitgestellt sein. Ferner können der Isolator und der weitere Isolator auch als ein Körper und somit als ein Isolator ausgebildet sein.
Die Mittelachse des Abschirmelements erstreckt sich in Axialrichtung. Die Axialrichtung der Mittelachse entspricht der Axialrichtung des Vakuum-Schaltelements. Ferner weist die Mittelachse auch eine Radialrichtung auf, die sich radial von der Mittelachse weg erstreckt.
Das Abschirmelement gemäß der vorliegenden Erfindung dient zum Abschirmen eines Isolators vor einer in Axialrichtung beweglichen Kontaktscheibe und einer unbeweglichen Kontaktscheibe in einem Vakuum-Schaltelement. Insbesondere schirmt das Abschirmelement umliegende Komponenten des Vakuum-Schaltelements von an den Kontaktscheiben auftretendem Metalldampf ab.
Der erste axiale Abschnitt gemäß der vorliegenden Erfindung ist ein Teil des Abschirmelements, der sich von einem ersten axialen Ende des Abschirmelements bis zu dem zweiten axialen Abschnitt erstreckt. Der zweite axiale Abschnitt gemäß der vorliegenden Erfindung ist ebenfalls ein Teil des Abschirmelements, der sich von einem zweiten axialen Ende, das das andere axiale Ende des Abschirmelements bildet, bis zu dem ersten axialen Abschnitt erstreckt. Somit ist gemäß der vorliegenden Erfindung ein Übergang zwischen dem ersten axialen Abschnitt und dem zweiten axialen Abschnitt vorgesehen, der in einem in Axialrichtung Inneren des Abschirmelements zwischen dem ersten axialen Ende und dem zweiten axialen Ende liegt.
Vorteilhafterweise können der erste axiale Abschnitt und der zweite axiale Abschnitt jeweils eine Hälfte des Abschirmelements ausbilden. Dann kann der erste axiale Abschnitt optimal auf die Bauraumbedingungen an dem axial beweglichen Kontaktbolzen und der zweite axiale Abschnitt auf die Bauraumbedingungen an dem unbeweglichen Kontaktbolzen angepasst werden.
Der erste axiale Abschnitt und der zweite axiale Abschnitt weisen gemäß der vorliegenden Erfindung unterschiedliche Geometrien auf. D.h. der erste axiale Abschnitt und der zweite axiale Abschnitt weisen entlang der Mittelachse betrachtet unterschiedliche Geometrien auf.
In einer beispielhaften Ausführungsform der vorliegenden Erfindung kann das Abschirmelement rotationssymmetrisch zu der Mittelachse sein.
Rotationssymmetrisch zu der Mittelachse bedeutet gemäß der vorliegenden Erfindung, dass das Abschirmelement an jeder axialen Position entlang der Mittelachse einen Radius aufweist, der vorteilhafterweise entlang der Mittelachse in seiner radialen Länge entlang der Radialrichtung variiert. Dadurch kann die Kontur des Abschirmelements optimal an die gegebenen Formen der rotationssymmetrisch ausgebildeten Kontaktscheiben und Kontaktbolzen angepasst werden.
Gemäß einer weiteren beispielhaften Ausführungsform kann das Abschirmelement ein Hohlkörper sein.
Insbesondere ist das Abschirmelement gemäß der vorliegenden Erfindung als dünnwandiger Hohlkörper ausgebildet, so dass das Abschirmelement die Kontaktanordnung umfassend die Kontaktscheiben und Kontaktbolzen, in seinem Inneren aufnehmen kann und gleichzeitig mit geringem Gewicht ausbildbar ist.
In einer beispielhaften Ausführungsform der vorliegenden Erfindung kann entlang der Axialrichtung ein Abstand zu der Mittelachse variieren.
Ein zu der Mittelachse variierender Abstand gemäß der vorliegenden Erfindung erstreckt sich entlang der Radialrichtung weg von der Mittelachse. Somit kann die Form des Abschirmelements optimal an den verfügbaren Bauraum zwischen Kontaktanordnung umfassend Kontaktscheiben und Kontaktbolzen, und dem Gehäuse des Vakuum-Schaltelements angepasst werden. Folglich kann Material und somit Gewicht eingespart werden, so dass das Vakuum-Schaltelement kostengünstig und mit geringem Gewicht bereitstellbar ist.
Gemäß einer weiteren beispielhaften Ausführungsform kann ein axiales Ende des ersten axialen Abschnitts einen ersten Abstand zu der Mittelachse aufweisen, wobei ein axiales Ende des zweiten axialen Abschnitts einen zweiten Abstand zu der Mittelachse aufweist, wobei der erste Abstand größer ist als der zweite Abstand.
Ein axiales Ende des ersten axialen Abschnitts gemäß der vorliegenden Erfindung ist das freie Ende des ersten axialen Abschnitts, welches nicht mit dem zweiten axialen Abschnitt in Kontakt ist.
Ein axiales Ende des zweiten axialen Abschnitts gemäß der vorliegenden Erfindung ist das freie Ende des zweiten axialen Abschnitts, welches nicht mit dem ersten axialen Abschnitt in Kontakt ist.
Folglich bilden das axiale Ende des zweiten axialen Abschnitts und das axiale Ende des ersten axialen Abschnitts die beiden abschließenden freien Enden des Abschirmelements.
Der erste Abstand ist gemäß der vorliegenden Erfindung der Abstand, welcher an dem axialen Ende angeordnet ist, an dem der axial bewegliche Kontaktbolzen angeordnet ist. Der axial bewegliche Kontaktbolzen ist mittels eines Faltenbalgs beweglich und der Faltenbalg weist eine nicht zu vernachlässigende Ausdehnung in Radialrichtung auf.
Ferner ist der unbewegliche Kontaktbolzen mit einem Lager fest in dem Gehäuse des Vakuum-Schaltelements gelagert. Insbesondere ist der unbewegliche Kontaktbolzen mittels eines Festlagers in dem Gehäuse fest gelagert. Der unbewegliche Kontaktbolzen kann beispielhafterweise mit dem Gehäuse verbunden, insbesondere verlötet sein. Aufgrund dessen kann der unbewegliche Kontaktbolzen eine geringere Ausdehnung in Radialrichtung aufweisen als der in Axialrichtung bewegliche Kontaktbolzen mit dem Faltenbalg. Deshalb ist der erste Abstand gemäß der vorliegenden Erfindung vorteilhafterweise größer als der zweite Abstand.
Auch kann der unbewegliche Kontaktbolzen aufgrund seiner Festlagerung im Gehäuse eine geringere Ausdehnung entlang der Axialrichtung aufweisen als der in Axialrichtung bewegliche Kontaktbolzen. Insbesondere ist dann der erste axiale Abschnitt gemäß der vorliegenden Erfindung vorteilhafterweise entlang der Axialrichtung größer als der zweite axiale Abschnitt.
In einer beispielhaften Ausführungsform der vorliegenden Erfindung kann das Abschirmelement aus Kuper oder Edelstahl sein.
Sowohl Kupfer als auch Edelstahl weisen vorteilhafterweise eine gute Stromleitfähigkeit und eine gute Bearbeitbarkeit sowie Haltbarkeit auf.
Gemäß eines weiteren Aspekts der vorliegenden Erfindung wird ein Vakuum-Schaltelement, insbesondere eine Vakuum-Schaltröhre, beansprucht. Das Vakuum-Schaltelement umfasst eine unbewegliche Kontaktscheibe, ein erfindungsgemäßes Abschirmelement, und einen Isolator, wobei das Abschirmelement in Radialrichtung zu der Mittelachse zwischen dem Isolator und der unbeweglichen Kontaktscheibe derart angeordnet ist, dass das Abschirmelement den Isolator von der unbeweglichen Kontaktscheibe abschirmt.
Gemäß der vorliegenden Erfindung schirmt das Abschirmelement den Isolator von der unbeweglichen Kontaktscheibe derart ab, dass das Abschirmelement von der Kontaktscheibe austretenden Metalldampf abfängt bevor der Metalldampf sich auf den Isolatoren ablagern kann. Hierfür ist das Abschirmelement gemäß der vorliegenden Erfindung entlang der Radialrichtung zwischen der unbeweglichen Kontaktscheibe und dem Isolator angeordnet. Insbesondere ist das Abschirmelement in Radialrichtung mittig zwischen einer in Radialrichtung äußersten Oberfläche der Kontaktscheibe und einer in Radialrichtung inneren Oberfläche des Isolators angeordnet.
Gemäß einer weiteren beispielhaften Ausführungsform kann das Abschirmelement über ein Verbindungselement mit dem Isolator verbunden sein.
Ein Verbindungselement gemäß der vorliegenden Erfindung ist ein Bauteil, das vorteilhafterweise aus demselben Material wie das Abschirmelement hergestellt ist und welches starr mit dem Abschirmelement verbunden ist. Mittels des Verbindungelements kann das Abschirmelement sicher an einer vorbestimmten Position an dem Isolator und somit in dem Vakuum-Schaltelement gehalten werden.
In einer beispielhaften Ausführungsform der vorliegenden Erfindung kann das Vakuum-Schaltelement ferner aufweisen einen unbeweglichen Kontaktbolzen, der unbeweglich mit der unbeweglichen Kontaktscheibe verbunden ist, wobei ein axiales Ende des zweiten axialen Abschnitts entlang der Radialrichtung beabstandet zu dem unbeweglichen Kontaktbolzen angeordnet ist.
Ein axiales Ende des zweiten Abschnitts ist entlang der Radialrichtung beabstandet zu dem unbeweglichen Kontaktbolzen gemäß der vorliegenden Erfindung, so dass der unbewegliche Kontaktbolzen nicht in dem Abschirmelement gelagert ist, sondern in einem Gehäuse des Vakuum-Schaltelements, insbesondere über das Verbindungselement. Somit kann das axiale freie Ende des zweiten Abschnitts des Abschirmelements eine beliebige Geometrie aufweisen unabhängig von der Geometrie des unbeweglichen Kontaktbolzens. Vorteilhafterweise ist die Geometrie des zweiten Abschnitts unterschiedlich von der Geometrie des ersten Abschnitts, da der zweite Abschnitt an die gegebenen Geometrievorgaben des Bauraums anpassbar ist.
Gemäß einer weiteren beispielhaften Ausführungsform kann das Vakuum-Schaltelement ferner aufweisen ein Endabschirmelement, wobei das Endabschirmelement in Radialrichtung zwischen dem Isolator und dem Abschirmelement angeordnet ist, wobei sich der unbewegliche Kontaktbolzen in Axialrichtung über das axiale Ende des zweiten Abschnitts hinaus bis zu einem Kontaktbolzenende erstreckt, wobei sich das Endabschirmelement parallel zu der Mittelachse erstreckt, wobei sich das Endabschirmelement entlang der Mittelachse von dem Kontaktbolzenende bis über das axiale Ende des zweiten Abschnitts erstreckt.
Das Endabschirmelement gemäß der vorliegenden Erfindung schirmt insbesondere einen axialen Abschnitt des Vakuum-Schaltelements angrenzend an das Gehäuse ab, an der Seite, an welcher der unbewegliche Kontaktbolzen in dem Gehäuse des Vakuum-Schaltelements gelagert ist.
Der Endabschirmabschnitt und das Abschirmelement überschneiden sich in Axialrichtung gemäß der vorliegenden Erfindung, so dass von der Kontaktscheibe austretender Metalldampf bevor er auf den Isolator gelangen kann zunächst zweimal umgeleitet wird, insbesondere einmal um das axiale Ende des zweiten Abschnitts des Abschirmelements und einmal um ein axiales Ende des Endabschirmelements. Somit kann vorteilhafterweise sichergestellt werden, dass wenig Metalldampf bis an den Isolator gelangt.
In einer beispielhaften Ausführungsform der vorliegenden Erfindung kann das axiale Ende des zweiten axialen Abschnitts in Radialrichtung zwischen, insbesondere mittig zwischen, dem Endabschirmelement und dem unbeweglichen Kontaktbolzen angeordnet sein.
Durch das zwischen dem Endabschirmelement und dem Kontaktbolzen mittige Anordnen des axialen Endes des Abschirmelements gemäß der vorliegenden Erfindung kann sichergestellt werden, dass ein sich in dem Raum des Abschirmelements ausbildendes elektrisches Feld an den freien axialen Enden des Abschirmelements und des Endabschirmelements geringere Feldstärken auftreten.
Vorteilhafterweise treten durch das entlang der Mittelachse asymmetrische Ausbilden des freien axialen Endes des ersten axialen Abschnitts und des freien axialen Endes des zweiten axialen Abschnitts an beiden freien axialen Enden geringe Feldstärken des sich ausbildenden elektrischen Feldes aus.
Gemäß eines weiteren Aspekts der vorliegenden Erfindung wird ein Verfahren zum Herstellen eines erfindungsgemäßen Abschirmelements beansprucht.
In einer beispielhaften Ausführungsform der vorliegenden Erfindung kann das Verfahren einen mehrstufigen Ziehprozess aufweisen.
Durch einen mehrstufigen Ziehprozess gemäß der vorliegenden Erfindung kann das erfindungsgemäße Abschirmelement kostengünstig und formgenau hergestellt werden.
Gemäß einer weiteren beispielhaften Ausführungsform der vorliegenden Erfindung ist das Abschirmelement durch seine asymmetrische, geometrische Ausprägung ausgebildet. Insbesondere wird der größere - auf der Seite der unbeweglichen Kontaktscheibe zur Verfügung stehende - Bauraum genutzt, um entsprechend geringere Feldstärken des sich ausbildenden elektrischen Feldes an den axialen Enden des Abschirmelements zu realisieren. Dies kann insgesamt die dielektrische Festigkeit des Vakuum-Schaltelements erhöhen. Somit lassen sich höhere technische Anforderungen hinsichtlich der Spannungsfestigkeit realisieren.
Es wird darauf hingewiesen, dass die hier beschriebenen Ausführungsformen lediglich eine beschränkte Auswahl an möglichen Ausführungsvarianten der Erfindung darstellen. So ist es möglich, die Merkmale einzelner Ausführungsformen in geeigneter Weise miteinander zu kombinieren, so dass für den Fachmann mit den hier expliziten Ausführungsvarianten eine Vielzahl von verschiedenen Ausführungsformen als offensichtlich offenbart anzusehen sind.
Figurenliste
Im Folgenden werden zur weiteren Erläuterung und zum besseren Verständnis der vorliegenden Erfindung Ausführungsbeispiele unter Bezugnahme auf die beigefügten Figuren näher beschrieben.

1 zeigt eine Schnittansicht eines Abschirmelements gemäß einer beispielhaften Ausführungsform. Zusätzlich sind der unbewegliche Kontaktbolzen mit Kontaktscheibe und der in Axialrichtung bewegliche Kontaktbolzen mit Kontaktscheibe in der Seitenansicht abgebildet.
2 zeigt einen Halbschnitt eines Vakuum-Schaltelements gemäß einem Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung.
3 zeigt ein Beispiel einer Vakuum-Schaltröhre gemäß des Standes der Technik.

Detaillierte Beschreibung von exemplarischen Ausführungsformen
Gleiche oder ähnliche Komponenten sind in den Figuren mit gleichen Bezugsziffern versehen. Die Darstellung in den Figuren ist schematisch und nicht maßstäblich.
1 zeigt eine Schnittansicht eines Abschirmelements 110 gemäß einer beispielhaften Ausführungsform. Zusätzlich ist eine Kontaktanordnung 120 in der Seitenansicht abgebildet.
Die Kontaktanordnung 120 umfasst einen in Axialrichtung 141 beweglichen Kontaktbolzen 121, mit dem mittels einer ersten Lotverbindung 125 eine in Axialrichtung 141 bewegliche Kontaktscheibe 123 starr verbunden ist. Ferner umfasst die Kontaktanordnung 120 einen unbeweglichen Kontaktbolzen 122, mit dem mittels einer zweiten Lotverbindung 126 eine unbewegliche Kontaktscheibe 124 starr verbunden ist. Die in Axialrichtung bewegliche Kontaktscheibe 123 und die unbewegliche Kontaktscheibe 124 sind mit ihren freien Stirnflächen in Kontakt, so dass ein Strom zwischen dem in Axialrichtung 141 beweglichen Kontaktbolzen 121 und dem unbeweglichen Kontaktbolzen 122 fließen kann.
Das Abschirmelement 110 erstreckt sich entlang der Mittelachse 119 und schirmt einen Isolator 251 (in 2 gezeigt) vor der in Axialrichtung 141 beweglichen Kontaktscheibe 121 und der unbeweglichen Kontaktscheibe 122 ab. Das Abschirmelement 110 weist einen ersten axialen Abschnitt 111 und einen zweiten axialen Abschnitt 112 auf. Der erste axiale Abschnitt 111 schirmt einen Isolator 251 (in 2 gezeigt) vor der in Axialrichtung beweglichen Kontaktscheibe 123 ab. Der zweite axiale Abschnitt 112 schirmt einen weiteren Isolator 251 (in 2 gezeigt) vor der unbeweglichen Kontaktscheibe 124 ab.
Der erste axiale Abschnitt 111 weist ein axiales Ende 113 auf, das insbesondere ein freies axiales Ende 113 ist. Ferner weist der zweite axiale Abschnitt 112 ein axiales Ende 114 auf, das insbesondere ein freies axiales Ende 114 ist. An der Stelle, an der der erste axiale Abschnitt 111 und der zweite axiale Abschnitt 112 aneinander angrenzen, weist das Abschirmelement einen Übergang 115 auf.
Der erste axiale Abschnitt 111 und der zweite axiale Abschnitt 112 weisen unterschiedliche Geometrien auf. An dem Übergang 115 gehen die Geometrie des ersten axialen Abschnitts 111 und die Geometrie des zweiten axialen Abschnitts 112 ineinander über.
Das axiale Ende 113 des ersten axialen Abschnitts 111 weist einen ersten Abstand 117 zu der Mittelachse 119 und das axiale Ende 114 des zweiten axialen Abschnitts 112 weist einen zweiten Abstand 118 zu der Mittelachse 119 auf. Beide, der erste Abstand 117 und der zweite Abstand 118, erstrecken sich entlang der Radialrichtung 142. Sowohl der erste axiale Abschnitt 111 als auch der zweite axiale Abschnitt 112 sind rotationsymmetrisch zu der Mittelachse 119. Somit entspricht der erste Abstand 117 einem Radius des ersten axialen Endes 113 und der zweite Abstand 118 einem Radius des zweiten axialen Endes 114. Wie in 1 gezeigt ist der erste Abstand 117 größer als der zweite Abstand 118.
Wie in 1 gezeigt variiert ein Abstand entlang der Axialrichtung 141 zu der Mittelachse 119 des Abschirmelements 110.
2 zeigt einen Halbschnitt eines Vakuum-Schaltelements 200 gemäß einem Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung.
Das Vakuum-Schaltelement 200 umfasst ein vakuumdichtes Gehäuse 250, welches aus zwei Endflanschen 252 sowie zwei Isolatoren 251 gebildet ist. In dem vakuumdichten Gehäuse 250 ist eine Kontaktanordnung 120 angeordnet. Die Kontaktanordnung 120 besteht aus einer unbeweglichen Kontaktscheibe 124 und einer in Axialrichtung 141 beweglichen Kontaktscheibe 123. Die unbewegliche Kontaktscheibe 124 ist starr mit einem unbeweglichen Kontaktbolzen 122 verbunden und die in Axialrichtung 141 bewegliche Kontaktscheibe 123 ist starr mit einem in Axialrichtung 141 beweglichen Kontaktbolzen 121 verbunden. Der unbewegliche Kontaktbolzen 122 ist in dem Endflansch 252 axial unbeweglich gelagert. Der in Axialrichtung 141 bewegliche Kontaktbolzen 121 ist mittels eines Faltenbalgs 260 in dem Endflansch 252 axial beweglich gelagert. D.h. der in Axialrichtung 141 bewegliche Kontaktbolzen 121 kann sich über den Faltenbalg 260 entlang der Axialrichtung 141 der Mittelachse 119 bewegen.
Wie in 2 dargestellt sind die unbewegliche Kontaktscheibe 124 und die in Axialrichtung 141 bewegliche Kontaktscheibe 123 in direktem Kontakt, so dass ein Strom zwischen dem unbeweglichen Kontaktbolzen 122 und dem in Axialrichtung 141 beweglichen Kontaktbolzen 121 fließen kann.
Die Isolatoren 251 sind mittels eines Abschirmelements 110 und Endabschirmelementen 242 von der unbeweglichen Kontaktscheibe 124 und der in Axialrichtung 141 beweglichen Kontaktscheibe 123 derart abgeschirmt, dass von der unbeweglichen Kontaktscheibe 124 und/oder der in Axialrichtung 141 beweglichen Kontaktscheibe 123 austretender Metalldampf sich nicht auf den Isolatoren 251 ablagern kann.
Wie in 2 dargestellt, ist das Abschirmelement 110 in Radialrichtung 142 zu der Mittelachse 119 zwischen den Isolatoren 251 und der Kontaktanordnung 120 derart angeordnet, dass das Abschirmelement 110 die Isolatoren 251 von der Kontaktanordnung 120 abschirmt. Insbesondere ist der erste axiale Abschnitt 111 in Radialrichtung 142 zu der Mittelachse 119 derart angeordnet, dass der erste axiale Abschnitt 111 den in 2 links dargestellten Isolator 251 von der in Axialrichtung 141 beweglichen Kontaktscheibe 123 abschirmt. Der zweite axiale Abschnitt 112 ist in Radialrichtung 142 zu der Mittelachse 119 derart angeordnet, dass der zweite axiale Abschnitt 112 den in 2 rechts dargestellten Isolator 251 von der unbeweglichen Kontaktscheibe 124 abschirmt.
In Axialrichtung 141 zwischen den zwei Isolatoren 251 ist ein Verbindungselement 255 befestigt. Mittels des Verbindungselements 255 ist das Abschirmelement 110 mit den Isolatoren 251 und somit auch mit dem Gehäuse 250 verbunden.
Sowohl das axiale Ende 113 des ersten axialen Abschnitts 111 als auch das axiale Ende 114 des zweiten axialen Abschnitts 112 sind entlang der Radialrichtung 142 von dem in Axialrichtung 141 beweglichen Kontaktbolzen 121 bzw. dem unbeweglichen Kontaktbolzen 122 beabstandet. Der in Axialrichtung 141 bewegliche Kontaktbolzen 121 ist mittels des Faltenbalgs 260 gelagert und hat deshalb in Radialrichtung 142 betrachtet eine größere Ausdehnung als der unbewegliche Kontaktbolzen 122.
Ein Endabschirmelement 252 ist in 2 am linken Gehäuseende des Vakuum-Schaltelements 200 angeordnet. Das Endabschirmelement 252 erstreckt sich entlang der Axialrichtung 141 von einem axialen Ende des einen Isolators 251 bis in Axialrichtung 141 über das axiale Ende 113 des ersten axialen Abschnitts 111 hinweg. In Radialrichtung 142 ist das axiale Ende 113 des ersten axialen Abschnitts 111 zwischen dem Endabschirmelement 242 und dem in Axialrichtung 141 beweglichen Kontaktbolzen 121 angeordnet.
Ein weiteres Endabschirmelement 252 ist in 2 am rechten Gehäuseende des Vakuum-Schaltelements 200 angeordnet. Das Endabschirmelement 252 erstreckt sich entlang der Axialrichtung 141 von einem axialen Ende des einen Isolators 251 bis in Axialrichtung 141 über das axiale Ende 114 des zweiten axialen Abschnitts 112 hinweg. In Radialrichtung 142 ist das axiale Ende 114 des zweiten axialen Abschnitts 112 zwischen dem Endabschirmelement 242 und dem unbeweglichen Kontaktbolzen 122 angeordnet.
Somit kann sichergestellt werden, dass Metalldampf, der von der in Axialrichtung 141 beweglichen Kontaktscheibe 123 austritt, zunächst um das axiale Ende 113 und dann um ein Ende des in 2 links dargestellten Endabschirmelements 242 herum treten muss, bevor der Metalldampf an dem einen Isolator 251 abgelagert werden kann. Genauso kann somit sichergestellt werden, dass Metalldampf, der von der unbeweglichen Kontaktscheibe 124 austritt, zunächst um das axiale Ende 114 und dann um ein Ende des in 2 rechts dargestellten Abschirmelements 242 herum treten muss, bevor der Metalldampf an dem anderen Isolator 251 abgelagert werden kann.
Die beiden Endabschirmelement 242 erstrecken sich parallel zu der Mittelachse 119 und entlang der Axialrichtung 141.
Wie in 2 dargestellt, ist das axiale Ende 114 des zweiten axialen Abschnitts 112 in Radialrichtung 142 mittig zwischen dem Endabschirmelement 242 und dem unbeweglichen Kontaktbolzen 122 angeordnet. Insbesondere ist der Abstand zwischen einer in Radialrichtung 142 betrachteten äußeren Oberfläche des axialen Endes 114 des zweiten Abschnitts 112 und einer inneren Oberfläche des Endabschirmelement 242 genau gleich weit wie der Abstand zwischen einer in Radialrichtung 142 inneren Oberfläche des Abschirmelements 242 und einer äußeren Oberfläche des unbeweglichen Kontaktbolzens 122.
Ergänzend ist darauf hinzuweisen, dass „umfassend“ keine anderen Elemente oder Schritte ausschließt und „eine“ oder „ein“ keine Vielzahl ausschließt. Ferner sei darauf hingewiesen, dass Merkmale oder Schritte, die mit Verweis auf eines der obigen Ausführungsbeispiele beschrieben worden ist, auch in Kombination mit anderen Merkmalen oder Schritten anderer oben beschriebener Ausführungsbeispiele verwendet werden können. Bezugszeichen in den Ansprüchen sind nicht als Einschränkung anzusehen.
Bezugszeichenliste

110: Abschirmelement
111: erster axialer Abschnitt
112: zweiter axialer Abschnitt
113: axiales Ende des ersten Abschnitts
114: axiales Ende des zweiten Abschnitts
115: Übergang
117: erster Abstand
118: zweiter Abstand
119: Mittelachse
120: Kontaktanordnung
121: axial beweglicher Kontaktbolzen
122: unbeweglicher Kontaktbolzen
123: bewegliche Kontaktscheibe
124: unbewegliche Kontaktscheibe
125: erste Lotverbindung
126: zweite Lotverbindung
141: Axialrichtung
142: Radialrichtung
200: Vakuum-Schaltelement
242: Endabschirmelement
250: Gehäuse
251: Isolator
252: Endflansch
255: Verbindungselement
260: Faltenbalg
300: Vakuum-Schaltröhre gemäß Stand der Technik
310: Kontaktsystem
311: feststehender Kontakt
312: axial beweglicher Kontakt
313: feststehenden Kontaktbolzen
314: axial beweglicher Kontaktbolzen
341: Schirm
342: Endschirm
350: Gehäuse
351: Keramikisolator
352: Endflansch
360: Metallfaltenbalg

Claims

Abschirmelement (110) zum Abschirmen eines Isolators (251) vor einer in Axialrichtung (141) beweglichen Kontaktscheibe (123) und einer unbeweglichen Kontaktscheibe (124) in einem Vakuum-Schaltelement (200), insbesondere in einer Vakuum-Schaltröhre, wobei das Abschirmelement (110) sich entlang einer Mittelachse (119) erstreckt, die parallel zu der Axialrichtung (141) ist, und einen ersten axialen Abschnitt (111) und einen zweiten axialen Abschnitt (112) aufweist, wobei mittels des ersten axialen Abschnitts (111) der Isolator (251) vor der beweglichen Kontaktscheibe (124) abschirmbar ist und mittels des zweiten axialen Abschnitts (112) der Isolator (251) vor der unbeweglichen Kontaktscheibe (123) abschirmbar ist, wobei der erste axiale Abschnitt (111) und der zweite axiale Abschnitt (112) unterschiedliche Geometrien aufweisen.
Abschirmelement (110) gemäß Anspruch 1, wobei das Abschirmelement (110) rotationssymmetrisch zu der Mittelachse (119) ist.
Abschirmelement (110) gemäß Anspruch 1 oder 2, wobei das Abschirmelement (110) ein Hohlkörper ist.
Abschirmelement (110) gemäß einem der Ansprüche 1 bis 3, wobei entlang der Axialrichtung (141) ein Abstand zu der Mittelachse (119) variiert.
Abschirmelement (110) gemäß einem der Ansprüche 1 bis 4, wobei ein axiales Ende (113) des ersten axialen Abschnitts (111) einen ersten Abstand (117) zu der Mittelachse (119) aufweist, wobei ein axiales Ende (114) des zweiten axialen Abschnitts (112) einen zweiten Abstand (118) zu der Mittelachse (119) aufweist, wobei der erste Abstand (117) größer ist als der zweite Abstand (118).
Abschirmelement (110) gemäß einem der Ansprüche 1 bis 5, wobei das Abschirmelement (110) aus Kuper oder Edelstahl ist.
Vakuum-Schaltelement (200), insbesondere Vakuum-Schaltröhre, aufweisend eine unbewegliche Kontaktscheibe (124), einen Isolator (251), und ein Abschirmelement (110) gemäß einem der Ansprüche 1 bis 6, wobei das Abschirmelement (110) in Radialrichtung (142) zu der Mittelachse (119) zwischen dem Isolator (251) und der unbeweglichen Kontaktscheibe (124) derart angeordnet ist, dass das Abschirmelement (110) den Isolator (251) von der unbeweglichen Kontaktscheibe (124) abschirmt.
Vakuum-Schaltelement (200) gemäß Anspruch 7, wobei das Abschirmelement (110) über ein Verbindungselement (255) mit dem Isolator (251) verbunden ist.
Vakuum-Schaltelement (200) gemäß Anspruch 7 oder 8, ferner aufweisend einen unbeweglichen Kontaktbolzen (122), der unbeweglich mit der unbeweglichen Kontaktscheibe (124) verbunden ist, wobei ein axiales Ende (114) des zweiten axialen Abschnitts (112) entlang der Radialrichtung (142) beabstandet zu dem unbeweglichen Kontaktbolzen (122) angeordnet ist.
Vakuum-Schaltelement (200) gemäß Anspruch 9, ferner aufweisend ein Endabschirmelement (242), wobei das Endabschirmelement (242) in Radialrichtung (142) zwischen dem Isolator (251) und dem Abschirmelement (110) angeordnet ist, wobei sich der unbewegliche Kontaktbolzen (122) in Axialrichtung (141) über das axiale Ende (114) des zweiten Abschnitts (112) hinaus bis zu einem Kontaktbolzenende erstreckt, wobei sich das Endabschirmelement (242) parallel zu der Mittelachse (119) erstreckt, wobei sich das Endabschirmelement (242) entlang der Mittelachse (119) von dem Kontaktbolzenende bis über das axiale Ende (114) des zweiten Abschnitts (112) erstreckt.
Vakuum-Schaltelement (200) gemäß Anspruch 10, wobei das axiale Ende (114) des zweiten axialen Abschnitts (112) in Radialrichtung (142) zwischen, insbesondere mittig zwischen, dem Endabschirmelement (242) und dem unbeweglichen Kontaktbolzen (122) angeordnet ist.
Verfahren zum Herstellen eines Abschirmelements (110) gemäß einem der Ansprüche 1 bis 6.
Verfahren gemäß Anspruch 12, aufweisend einen mehrstufigen Ziehprozess.