DE102021210859A1

DE102021210859A1 - Gehäuse für eine Vakuumschaltröhre

Info

Publication number: DE102021210859A1
Application number: DE102021210859.8A
Authority: DE
Inventors: Frank Graskowski; Thomas Heinz; Christian Stiehler; Erik D. Taylor; Jörg Teichmann
Original assignee: Siemens AG
Current assignee: Siemens AG
Priority date: 2021-09-28
Filing date: 2021-09-28
Publication date: 2023-03-30
Also published as: WO2023051992A1; CN118043929A; EP4367706A1; JP2024534492A

Abstract

Das erfindungsgemäße Gehäuse (5) ist für eine Vakuumschaltröhre (1) geeignet. Es dient zur Aufnahme eines axialbeweglichen, einen Bewegtkontakt (4) tragenden Bewegtkontaktstabs (9) und eines einen Festkontakt (3) tragenden Festkontaktstabs (10), deren Anordnung im Gehäuse (5) eine Unterteilung des Gehäuses (5) in eine Bewegtkontakthälfte (a) und eine Festkontakthälfte (b) definiert. In der Bewegtkontakthälfte (a) und der Festkontakthälfte (b) wird jeweils ein die Längsachse (17) des Gehäuses (5) umschließender Abschnitt des Gehäuses (5) durch ein elektrisch isolierendes Isolatorbauteil (Ia, Ib) gebildet. Das Isolatorbauteil (Ia) in der Bewegtkontakthälfte (a) und das Isolatorbauteil (Ib) der Festkontakthälfte (b) weisen unterschiedliche Abmessungen (x, y, Da, Db) auf.

Description

Die Erfindung betrifft ein Gehäuse für eine Vakuumschaltröhre sowie eine Vakuumschaltröhre.
Die meist rohrförmigen Isolatoren von Vakuumschaltröhren (= VSR), die z. B. aus außen glasierter Aluminiumoxid-Keramik, Glaskeramik oder Glas bestehen, bilden - bei geöffneter Schaltstrecke - eine kriechstromfeste äußere Isolation des Gehäuses. Bei schlanken und bei größeren Gehäusen sind die Isolatoren häufig als zwei Isolatorbauteile ausgebildet, die von einem metallenen Mittelteil, z. B. aus Stahlblech, getrennt werden, siehe z. B. EP0082801A1 (Siemens AG) 29.06.1983 und DE19713478C1 (Siemens AG) 09.04.1998.
Bisher werden VSR mit mindestens zwei Isolatorbauteilen, z. B. keramischen Hohlzylindern, symmetrisch ausgelegt, d. h. sowohl die Anzahl, der Durchmesser, als auch die Länge der Isolatorbauteile in beiden Gehäusehälften, nämlich in der Gehäusehälfte des den Bewegtkontakt (= BK) tragenden, bewegbaren Kontaktstabs der VSR, der sog. Bewegtkontakthälfte, und in der Gehäusehälfte des den Festkontakt (= FK) tragenden, feststehenden Kontaktstabs, der sog. Festkontakthälfte, sind identisch.
Bei Schalteranwendungen mit VSR, insbesondere mit geerdeten Gehäusen, z. B. GIS (= Gasisolierte Schaltanlagen) und Dead Tank, kann eine asymmetrische Spannungsverteilung an der VSR auftreten. Je nach Einbaulage der VSR kann die Asymmetrie in der BK- oder FK-Hälfte der VSR vorherrschen.
In der Regel ist die Spannungsbelastung in der Bewegtkontakthälfte höher als die Spannungsbelastung in der Festkontakthälfte, siehe 1 und 2. Dementsprechend wird die dielektrische Dimensionierung der VSR von der Spannungsbelastung in der Bewegtkontakthälfte bestimmt. Dadurch ist die Festkontakthälfte des Gehäuses ggf. dielektrisch überdimensioniert.
Es ist also Aufgabe der vorliegenden Erfindung, ein verbessertes Gehäuse einer VSR bereitzustellen.
Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß durch ein Gehäuse gemäß dem unabhängigen Anspruch 1 gelöst. Vorteilhafte Ausgestaltungen des erfindungsgemäßen Gehäuses sowie einer Vakuumschaltröhre sind Gegenstand der abhängigen Ansprüche.
Das Gehäuse ist für eine Vakuumschaltröhre geeignet. Es ist zur Aufnahme eines axialbeweglichen, einen Bewegtkontakt tragenden Bewegtkontaktstabs und eines einen Festkontakt tragenden Festkontaktstabs ausgestaltet. Der Bewegtkontaktstab wird in der Fachliteratur auch als Bewegtkontaktanschlussbolzen oder Kontaktstängel bezeichnet.
Die Vakuumschaltröhre weist eine von dem Gehäuse umschlossene Schaltkammer auf, in welcher der Festkontakt und der Bewegtkontakt angeordnet sind. Der Bewegtkontakt sitzt an einem Ende des Bewegtkontaktstabs, welcher axialbeweglich aus der Vakuumschaltröhre herausgeführt ist. Durch eine Axialbewegung des Bewegtkontaktstabs kann der Bewegtkontakt relativ zu dem Festkontakt bewegt werden. Der Bewegtkontaktstab verläuft vakuumdicht durch einen Deckel des Gehäuses; dazu weist der Deckel in seinem Deckelboden eine Durchstecköffnung auf, durch die der Bewegtkontaktstab geführt ist.
Die Durchführung des Bewegtkontaktstabs durch die Durchstecköffnung des Deckelbodens wird mittels eines metallischen Faltenbalgs vakuumdicht gehalten. Der Faltenbalg ist ein metallisches Wellrohr, welches aufgrund seiner Vielzahl von Wellen axial gedehnt und gestaucht werden kann, so dass die bei Schaltvorgängen der Vakuumschaltröhre erforderliche Axialbewegung des Bewegtkontaktstabs ermöglicht wird, ohne die Vakuumdichtheit im Bereich der Durchführung des Bewegtkontaktstabs durch den Deckelboden zu gefährden.
Durch die vorgesehene Anordnung von Bewegtkontaktstab und Festkontaktstab im Gehäuse wird eine Unterteilung des Gehäuses in eine Bewegtkontakthälfte und eine Festkontakthälfte definiert: diejenige Gehäusehälfte, in welcher der Bewegtkontaktstab angeordnet wird, wird als Bewegtkontakthälfte bezeichnet und diejenige Gehäusehälfte, in welcher der Festkontaktstab angeordnet wird, wird als Festkontakthälfte bezeichnet. Sowohl in der Bewegtkontakthälfte als auch in der Festkontakthälfte wird jeweils ein die Längsachse des Gehäuses umschließender Abschnitt des Gehäuses durch ein elektrisch isolierendes Isolatorbauteil gebildet. Ein Isolatorbauteil bildet also eine Isolierstrecke entlang des Gehäuses, in Richtung der Längsachse des Gehäuses gesehen.
Erfindungsgemäß weisen das Isolatorbauteil in der Bewegtkontakthälfte und das Isolatorbauteil der Festkontakthälfte unterschiedliche Abmessungen auf.
Durch die Verwendung von Isolatorbauteilen in der Bewegtkontakthälfte und der Festkontakthälfte, welche unterschiedliche Abmessungen aufweisen, kann der spezifischen, asymmetrischen Spannungsbelastung von VSR in Schaltergehäusen, insbesondere in geerdeten Schaltergehäusen, Rechnung getragen werden. Die Isolatorbauteile bilden - bei geöffneter Schaltstrecke - eine kriechstromfeste äußere Isolation des Gehäuses. Dabei werden die Isolatorbauteile so an die jeweiligen Spannungsverhältnisse des Gehäuses angepasst, dass sich eine Verbesserung der Isolationsfestigkeit ergibt. Die Anpassung der Abmessungen der Isolatorbauteile auf die spezifische Spannungsbelastung bietet den Vorteil einer kleineren Bauform von VSR und Schaltgeräten, was mit einer Kostenreduktion der VSR und Schaltgeräte einhergeht.
Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung sind die Isolatorbauteile in der Bewegtkontakthälfte und der Festkontakthälfte, entlang der Längsachse des Gehäuses gemessen, unterschiedlich lang. Durch die Verwendung von Isolatorbauteilen in der Bewegtkontakthälfte und der Festkontakthälfte, welche unterschiedliche Längen aufweisen, kann der spezifischen, asymmetrischen Spannungsbelastung von VSR in Schaltergehäusen Rechnung getragen werden. Dabei werden die Isolatorbauteile so an die jeweiligen Spannungsverhältnisse des Gehäuses angepasst, dass sich eine Verbesserung der Isolationsfestigkeit ergibt.
Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung ist das Isolatorbauteil in der Bewegtkontakthälfte länger als das Isolatorbauteil in der Festkontakthälfte. Durch die Verwendung eines längeren Isolatorbauteils in der Bewegtkontakthälfte als in der Festkontakthälfte kann der spezifischen, asymmetrischen Spannungsbelastung von VSR in Schaltergehäusen Rechnung getragen werden. Dabei werden die Isolatorbauteile so an die jeweiligen Spannungsverhältnisse des Gehäuses angepasst, dass sich eine Verbesserung der Isolationsfestigkeit ergibt.
Bei großen VSR-Baulängen können lange metallische BK-Flansche, welche durch die Verwendung von langen Federbälgen für hohe Lebensdauern bei entsprechenden Kontakthüben bedingt sind, verkürzt werden, indem ein längeres Isolatorbauteil in der Bewegtkontakthälfte verwendet wird. Diese Maßnahme hat folgende Vorteile:

- Ein modifizierter Flansch und ein längeres Keramikgehäuseteil kann zu einer Kostenreduktion führen.
- Lange BK-Flansche, welche mitunter schwer fertigbar bzw. kostenintensiv sind, können vermieden werden.
- Es ergibt sich eine erhöhte Stabilität des VSR-Gehäuses in Richtung der Längsachse des Gehäuses, da ein Isolatorbauteil steifer ist als ein metallischer BK-Flansch, z. B. aus Edelstahl.
- Es ergibt sich eine erhöhte Druckfestigkeit der VSR, da metallische BK-Flansche, z. B. Edelstahlflansche, mit langen Schenkeln, welche bei höherem Druck eine Tendenz zum Einknicken aufweisen, vermieden werden.

Außerdem können durch eine asymmetrisch ausgestaltete Vakuumschaltröhre, z. B. wenn das Isolatorbauteil in der Bewegtkontakthälfte länger ist als das Isolatorbauteil in der Festkontakthälfte, ungünstige Toleranzlagen in einem Schaltergehäuse ausglichen werden. Zum Beispiel kann durch ein verlängertes Isolatorbauteil in der Bewegtkontakthälfte sichergestellt werden, dass auch bei einer ungünstigen Toleranzlage, z. B. aufgrund von Bauteillängen, aufgrund einer langsamen Veränderung einer Bauteillänge durch eine Beanspruchung des Bauteils wie einer Feder oder bei einer Erwärmung von Bauteilen mit unterschiedlichen Wärmeausdehnungskoeffizienten, die dielektrisch notwendige Schlagweite über das Isolatorbauteil in der Bewegtkontakthälfte nicht unterschritten wird.
Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung weisen das Isolatorbauteil in der Bewegtkontakthälfte und das Isolatorbauteil in der Festkontakthälfte unterschiedliche Innendurchmesser auf. Es ist auch möglich, dass ein Isolatorbauteil mehrere unterschiedliche Innendurchmesser aufweist, z. B. im Fall einer konischen oder gestuften Form des Isolatorbauteils: an einer ersten Position entlang der Gehäuseachse weist das Isolatorbauteil einen ersten Innendurchmesser auf und an einer zweiten Position entlang der Gehäuseachse, welche unterschiedlich zu der ersten Position ist, weist das Isolatorbauteil einen zweiten Innendurchmesser auf, der kleiner oder größer als der ersten Innendurchmesser ist. Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung ist zumindest einer von unterschiedlichen Innendurchmessern des Isolatorbauteils in der Bewegtkontakthälfte oder der Festkontakthälfte verschieden von dem Innendurchmesser des Isolatorbauteils in der anderen Gehäusehälfte. Durch die Verwendung von Isolatorbauteilen in der Bewegtkontakthälfte und der Festkontakthälfte, welche unterschiedliche Innendurchmesser aufweisen, kann der spezifischen, asymmetrischen Spannungsbelastung von VSR in Schaltergehäusen Rechnung getragen werden. Dabei werden die Isolatorbauteile so an die jeweiligen Spannungsverhältnisse des Gehäuses angepasst, dass sich eine Verbesserung der Isolationsfestigkeit ergibt. Durchmesservariationen lassen sich durch konische Keramiken, Stufenkeramiken und Durchmessersprünge zwischen einzelnen Keramiken realisieren. Dadurch können dielektrische Belastungen reduziert und/oder der Bedampfungsschutz verbessert werden.
Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung hat das Isolatorbauteil in der Bewegtkontakthälfte einen größeren Innendurchmesser als das Isolatorbauteil in der Festkontakthälfte. Durch die Verwendung eines Isolatorbauteils in der Bewegtkontakthälfte, welches einen größeren Innendurchmesser als das Isolatorbauteil in der Festkontakthälfte aufweist, kann der spezifischen, asymmetrischen Spannungsbelastung von VSR in Schaltergehäusen Rechnung getragen werden. Dabei werden die Isolatorbauteile so an die jeweiligen Spannungsverhältnisse des Gehäuses angepasst, dass sich eine Verbesserung der Isolationsfestigkeit ergibt.
Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung werden die Isolatorbauteile jeweils durch einen Isolierstoff-Hohlzylinder oder durch mehrere aneinander gefügte Isolierstoff-Hohlzylinder gebildet. Die Isolierstoff-Hohlzylinder können aus außen glasierter Aluminiumoxid-Keramik, Glaskeramik oder Glas bestehen.
Feldsteuerelemente oder Schirme, die zwischen den Keramiken und der Schaltkammer liegen, können zur Verringerung der Abmessungen der VSR vorgesehen werden. Durch die Verwendung mehrerer aneinander gefügter Isolierstoff-Hohlzylinder, z. B. Keramik-Hohlzylinder, ist das Einbringen eines weiteren Feldsteuerelements oder Schirms, z. B. eines floatenden Schirms, zwischen den Isolierstoff-Hohlzylindern möglich. Diese Maßnahme hat folgende Vorteile:

- Sie bietet die Möglichkeit einer zusätzlichen Optimierung der dielektrischen Röhreneigenschaften.
- Es ergibt sich ein verbesserter Bedampfungsschutz im Innern der VSR.

Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung ist zwischen dem Isolatorbauteil in der Bewegtkontakthälfte und dem Isolatorbauteil der Festkontakthälfte ein metallischer Hohlzylinder als Schaltkammer angeordnet. Dieser dient einerseits als Kondensationsfalle für den entstandenen Metalldampf. Andererseits bietet eine metallische Schaltkammer grö-ßere Gestaltungsmöglichkeiten als z. B. Keramiken in Bezug auf eine möglichst genaue Anpassung des Röhrengehäuses auf die Geometrie des Strompfades.
Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung sind ein als Schaltkammer dienender metallischer Hohlzylinder und/oder Feldsteuerelemente innerhalb der Isolatorbauteile angeordnet, d. h. von der Längsachse der VSR aus gesehen vor der inneren Mantelfläche der Isolatorbauteile, die z. B. als Keramiken ausgebildet sein können, positioniert.
Eine weitere bevorzugten Ausführungsform der Erfindung ist eine Vakuumschaltröhre mit einem erfindungsgemäßen Gehäuse.
Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung ist die Vakuumschaltröhre von einem metallischen Gehäuse umschlossen.
Die oben beschriebenen Eigenschaften, Merkmale und Vorteile dieser Erfindung sowie die Art und Weise, wie diese erreicht werden, werden klarer und deutlicher verständlich durch die folgende Beschreibung der Zeichnungen. Hierbei zeigen in schematischer und nicht maßstabsgetreuer Darstellung:

1 einen Schnitt einer herkömmlichen Vakuumschaltröhre in einem „Dead Tank“-Gehäuse;
2 eine vergrößerte Darstellung der in 1 gezeigten Vakuumschaltröhre 1;
3 einen Schnitt einer erfindungsgemäßen Vakuumschaltröhre gemäß einer ersten Ausführungsform;
4 einen Schnitt einer erfindungsgemäßen Vakuumschaltröhre gemäß einer zweiten Ausführungsform;
5 einen Schnitt einer erfindungsgemäßen Vakuumschaltröhre gemäß einer dritten Ausführungsform;
6 einen Schnitt einer erfindungsgemäßen Vakuumschaltröhre gemäß einer vierten Ausführungsform; und
7 einen Schnitt einer erfindungsgemäßen Vakuumschaltröhre gemäß einer weiteren Ausführungsform.

1 zeigt einen Schnitt einer aus dem Stand der Technik bekannte Vakuumschaltröhre 1, welche innerhalb eines geerdeten metallischen „Dead Tank“-Gehäuses 18 angeordnet ist. Die Vakuumschaltröhre 1 weist ein Gehäuse 5 auf, welches eine Schaltkammer 2 umschließt. In der Schaltkammer sind ein Festkontakt 3 und ein Bewegtkontakt 4 angeordnet. Der Festkontakt 3 sitzt an einem Ende eines Festkontaktstabs 10, der durch einen ersten metallischen Deckel 7 vakuumdicht, z. B. durch Verlöten von Festkontaktstab 10 und erstem Deckel 7, aus der Vakuumschaltröhre 1 und dem „Dead Tank“-Gehäuse 18 herausgeführt ist. Der Bewegtkontakt 4 sitzt an einem Ende eines Bewegtkontaktstabs 9, welcher mittels eines Lagers 15, welches an einem zweiten Deckel 8 fixiert ist, verschieblich und verdrehsicher geführt und durch den zweiten Deckel 8 aus der Vakuumschaltröhre 1 und dem „Dead Tank“-Gehäuse 18 herausgeführt ist. Mittels des Bewegtkontaktstabs 9 kann der Bewegtkontakt 4 in einem Schließvorgang in Kontakt mit dem Festkontakt 3 und in einem Öffnungsvorgang in einen Abstand von dem Festkontakt 3 gebracht werden. Der Festkontakt 3 und der Bewegtkontakt 4 sind von einem Metall-Hohlzylinder 13 umschlossen, welcher den Mittelteil 13 des VSR-Gehäuses 5 bildet und die Vakuumschaltröhre 1 in eine Bewegtkontakthälfte a und eine Festkontakthälfte b unterteilt.
An den beiden Enden des Metall-Hohlzylinders 13 ist in symmetrischer Auslegung jeweils ein elektrisch isolierender Isolierstoff-Hohlzylinder 14, 14a, 14b angeordnet, der eine Isolationsstrecke I_a auf der Bewegtkontakthälfte a bzw. eine Isolationstrecke I_b auf der Festkontakthälfte b bildet. Die Isolierstoff-Hohlzylinder 14 können z. B. aus einer Keramik wie einem Aluminiumoxid gebildet sein. Auf der Festkontakthälfte b der Vakuumschaltröhre 1 ist das vom Metall-Hohlzylinder 13 abgewandte Ende des Isolierstoff-Hohlzylinders 14b mit dem erstem Deckel 7 verschlossen. Auf der Bewegtkontakthälfte a der Vakuumschaltröhre 1 ist an das vom Metall-Hohlzylinder 13 abgewandte Ende des Isolierstoff-Hohlzylinders 14a ein zylindrisch geformter Bewegtkontakt-Flansch 16 angeordnet, dessen vom Metall-Hohlzylinder 13 abgewandtes Ende mit dem zweiten Deckel 8 verschlossen ist. Die beiden Deckel 7 und 8, der Bewegtkontakt-Flansch 16, die beiden Isolierstoff-Hohlzylinder 14a, 14b sowie der zwischen den beiden Isolierstoff-Hohlzylindern 14a, 14b angeordnete Metall-Hohlzylinder 13 sind koaxial angeordnet und bilden zusammen das vakuumdichte Gehäuse 5 der Vakuumschaltröhre 1.
Die Durchführung des Bewegtkontaktstabs 9 durch den zweiten Deckel 8 wird mittels eines metallischen Faltenbalgs 12 vakuumdicht gehalten, dessen erstes Ende an dem zweiten Deckel 8 angeordnet ist und dessen zweites Ende an eine als Balgkappe bezeichnete Auskragung 11 des Bewegtkontaktstabs 9 angebunden ist, z. B. durch eine Lötverbindung.
2 zeigt eine vergrößerte Darstellung der in 1 gezeigten Vakuumschaltröhre 1. Darin sind die an beiden Enden des Metall-Hohlzylinders 13 der Länge m angeformten Schirme 20 dargestellt. Die entlang der Längsachse der Vakuumschaltröhre 1 gemessene Länge der Isolationsstrecke I_a der Bewegtkontakthälfte a, gebildet durch den Isolierstoff-Hohlzylinder 14a, welcher sich auf der Bewegtkontakthälfte a befindet, ist mit x angegeben; die entlang der Längsachse der Vakuumschaltröhre 1 gemessene Länge der Isolationsstrecke I_b der Festkontakthälfte b, gebildet durch den Isolierstoff-Hohlzylinder 14b, welcher sich auf der Festkontakthälfte b befindet, ist mit y angegeben; bei den Werten x und y kann es sich um eine Länge handeln, z. B. in der Einheit Millimeter, oder, falls die Isolierstoff-Hohlzylinder 14 eine einheitliche Länge aufweisen, eine ganze Zahl, welche die Anzahl der angeordneten Isolierstoff-Hohlzylinder 14 angibt. Bei den herkömmlichen VSR-Gehäusen gilt: x = y (symmetrische Auslegung). In dem gezeigten Ausführungsbeispiel gilt: x = y = L, wobei auch der Bewegtkontakt-Flansch 16 die Länge L aufweist.
Der Festkontakt 3 sowie der elektrisch damit verbundene erste Deckel 7 befinden sich auf einem ersten elektrischen Potential φ₁. Der Bewegtkontakt 4 sowie der elektrisch damit verbundene zweite Deckel 8 und der Bewegtkontakt-Flansch 16 befinden sich auf einem zweiten elektrischen Potential φ₂. In dem vorliegenden Beispiel hat das erste Potential φ₁ den Wert 0 (Volt), das zweite Potential φ₂ den Wert U (Volt). Eine E-Feld-Simulation der Vakuumschaltröhre 1, bei der x = y gilt, hat gezeigt, dass sich die in 2 gezeigte Spannungsverteilung ergibt: Der Metall-Hohlzylinder 13 liegt auf einem dritten elektrischen Potential φ₃ von 0,3 U. Zwischen den beiden Enden des Isolierstoff-Hohlzylinders 14b, der auf der Festkontakthälfte b angeordnet ist, herrscht somit eine Potentialdifferenz (= Spannung) von Δφ = 0,3 U; dagegen herrscht zwischen den beiden Enden des Isolierstoff-Hohlzylinders 14a, der auf der Bewegtkontakthälfte a angeordnet ist, eine Potentialdifferenz von Δφ = 0,7 U. Es liegt also eine asymmetrische Spannungsverteilung an der Vakuumschaltröhre vor, wobei die Spannungsbelastung U_a auf der Hälfte a des bewegten Kontaktstabs 9 der VSR höher ist als die Spannungsbelastung U_b auf der Hälfte b des feststehenden Kontaktstabs 10 der VSR, hier: U_a/U_b = 7/3.
3 bis 7 zeigen Schnitte erfindungsgemäßer Vakuumschaltröhren 1, welche innerhalb eines geerdeten metallischen „Dead Tank“-Gehäuses angeordnet sind. Auf die Darstellung des „Dead Tank“-Gehäuses in den 3 bis 7 wurde allerdings verzichtet, um die Figuren zu vereinfachen; die Anordnung der erfindungsgemäßen Vakuumschaltröhren 1 im „Dead Tank“-Gehäuse entspricht der in 1 gezeigten Anordnung.
3 zeigt eine erste Ausführungsform der erfindungsgemäßen Vakuumschaltröhre 1. Die erfindungsgemäße Vakuumschaltröhre 1 entspricht einer herkömmlichen Vakuumschaltröhre 1, wie sie in den 1 und 2 dargestellt ist, insbesondere ist auch die Gesamtlänge identisch, bis auf den folgenden Unterschied: Die erfindungsgemäße Vakuumschaltröhre 1 weist in der Bewegtkontakthälfte a ein Isolatorbauteil I_a auf, das länger ist als das Isolatorbauteil I_b in der Festkontakthälfte b (asymmetrische Auslegung). Das Isolatorbauteil I_a in der Bewegtkontakthälfte a und das Isolatorbauteil I_b in der Festkontakthälfte b sind jeweils aus identischen Isolierstoff-Hohlzylindern 14 mit einer Länge L, gemessen entlang der Rotationsachse der Isolierstoff-Hohlzylinder 14, gebildet. Das Isolatorbauteil I_a in der Bewegtkontakthälfte a ist aus zwei aneinander gefügten Isolierstoff-Hohlzylindern 14a und 14a.2, jeweils mit Länge L, gebildet und weist somit eine Länge x = 2L auf. Das Isolatorbauteil I_b in der Festkontakthälfte b ist aus einem einzigen Isolierstoff-Hohlzylinder 14b mit Länge L gebildet und weist somit eine Länge y = L auf.
Bezüglich der Längen x, y der Isolationsbauteile I_a, I_b in der Bewegtkontakthälfte a und der Festkontakthälfte b gilt also: x ≠ y und x > y (asymmetrische Auslegung). Durch die Anordnung des zusätzlichen Isolierstoff-Hohlzylinders 14a.2 in der Bewegtkontakthälfte a entfällt der Bewegtkontakt-Flansch 16. Zwischen dem direkt an den Metall-Hohlzylinder 13 anschließenden Isolierstoff-Hohlzylinder 14a und dem zusätzlichen Isolierstoff-Hohlzylinder 14a.2 ist ein zusätzliches Schirmelement 21 angeordnet, welches einer Verbesserung von dielektrischen Eigenschaften der VSR oder einem Bedampfungsschutz dienen kann.
Der Festkontakt 3 sowie der elektrisch damit verbundene erste Deckel 7 befinden sich auf einem ersten elektrischen Potential φ₁. Der Bewegtkontakt 4 sowie der elektrisch damit verbundene zweite Deckel 8 befinden sich auf einem zweiten elektrischen Potential φ₂. In dem vorliegenden Beispiel hat das erste Potential φ₁ den Wert 0 (Volt), das zweite Potential φ₂ den Wert U (Volt). Eine E-Feld-Simulation der Vakuumschaltröhre 1, bei der x = 2y gilt, hat gezeigt, dass sich die in 3 gezeigte Spannungsverteilung ergibt: Der Metall-Hohlzylinder 13 liegt auf einem dritten elektrischen Potential φ₃ von 0,3 U. Zwischen den beiden Enden des Isolatorbauteil I_b, das auf der Festkontakthälfte b angeordnet ist, herrscht somit eine Potentialdifferenz (= Spannung) von Δφ = 0,3 U; dagegen herrscht zwischen den beiden Enden des Isolatorbauteils I_a, das auf der Bewegtkontakthälfte a angeordnet ist, eine Potentialdifferenz von Δφ = 0,7 U. Es liegt also eine weiterhin eine asymmetrische Spannungsverteilung an der Vakuumschaltröhre 1 vor, allerdings fällt die in der Bewegtkontakthälfte a vorliegende höhere Potentialdifferenz von Δφ = 0,7 U nun über eine doppelt so lange Isolationsstrecke ab als die in der Festkontakthälfte b vorliegende Potentialdifferenz von Δφ = 0,3 U. Durch die asymmetrische Auslegung der elektrischen Isolation, d. h. eine Verwendung einer unterschiedlichen Anzahl von Isolierstoff-Hohlzylindern 14 in der Bewegtkontakthälfte a und der Festkontakthälfte b des Gehäuses 5, wird der spezifischen, asymmetrischen Spannungsbelastung von VSR in geerdeten Schaltergehäusen 18 besser Rechnung getragen als bisher.
4 zeigt eine zweite Ausführungsform der erfindungsgemä-ßen Vakuumschaltröhre 1. Die erfindungsgemäße Vakuumschaltröhre 1 entspricht einer herkömmlichen Vakuumschaltröhre 1, wie sie in den 1 und 2 dargestellt ist, bis auf den folgenden Unterschied: Die erfindungsgemäße Vakuumschaltröhre 1 weist in der Bewegtkontakthälfte a einen Isolierstoff-Hohlzylinder 14a mit einem größeren Innendurchmesser Da als der Isolierstoff-Hohlzylinder 14b in der Festkontakthälfte b auf.
Durch die asymmetrische Auslegung, d. h. eine Verwendung von Isolierstoff-Hohlzylindern 14 mit unterschiedlichen Innendurchmessern D in der Bewegtkontakthälfte a und der Festkontakthälfte b des Gehäuses 5 kann der spezifischen, asymmetrischen Spannungsbelastung von VSR in geerdeten Schaltergehäusen 18 Rechnung getragen werden.
5 zeigt eine dritte Ausführungsform der erfindungsgemä-ßen Vakuumschaltröhre 1. Die erfindungsgemäße Vakuumschaltröhre 1 entspricht einer herkömmlichen Vakuumschaltröhre 1, wie sie in den 1 und 2 dargestellt ist, bis auf die folgenden Unterschiede: Die erfindungsgemäße Vakuumschaltröhre 1 weist in der Bewegtkontakthälfte a ein Isolatorbauteil I_a auf, das i) einen größeren Innendurchmesser D_a als das Isolatorbauteil I_b in der Festkontakthälfte b aufweist und ii) eine größere Länge x, gemessen entlang der Längsachse 17 des Gehäuses 5, als das Isolatorbauteil I_b in der Festkontakthälfte b aufweist. Das Isolatorbauteil I_a in der Bewegtkontakthälfte a und das Isolatorbauteil I_b in der Festkontakthälfte b sind aus Isolierstoff-Hohlzylindern 14 mit identischer Länge L, gemessen entlang der Rotationsachse der Isolierstoff-Hohlzylinder 14, gebildet. Das Isolatorbauteil I_a in der Bewegtkontakthälfte a ist aus zwei aneinander gefügten Isolierstoff-Hohlzylindern 14a und 14a.2, jeweils mit Länge L, gebildet und weist somit eine Länge x = 2L auf. Das Isolatorbauteil I_b in der Festkontakthälfte b ist aus einem einzigen Isolierstoff-Hohlzylinder 14b mit Länge L gebildet und weist somit eine Länge y = L auf.
Durch die asymmetrische Auslegung, d. h. eine Verwendung einer unterschiedlichen Anzahl von Isolierstoff-Hohlzylindern 14 in der Bewegtkontakthälfte a und der Festkontakthälfte b des Gehäuses 5 kann der spezifischen, asymmetrischen Spannungsbelastung von VSR in geerdeten Schaltergehäusen 18 Rechnung getragen werden. Außerdem erfolgt dies dadurch, dass die Isolierstoff-Hohlzylinder 14 in der Bewegtkontakthälfte a und der Festkontakthälfte b des Gehäuses 5 unterschiedliche Durchmesser aufweisen.
6 zeigt eine vierte Ausführungsform der erfindungsgemä-ßen Vakuumschaltröhre 1. Die erfindungsgemäße Vakuumschaltröhre 1 entspricht einer herkömmlichen Vakuumschaltröhre 1, wie sie in den 1 und 2 dargestellt ist, bis auf die folgenden Unterschiede: Die erfindungsgemäße Vakuumschaltröhre 1 weist in der Bewegtkontakthälfte a ein Isolatorbauteil I_a auf, das verschiedene Innendurchmesser D_a aufweist. Das Isolatorbauteil I_a weist an seinem einen Ende, an dem der Metall-Hohlzylinder 13, welcher den Mittelteil 13 des VSR-Gehäuses 5 bildet, angeordnet ist, einen ersten Innendurchmesser D_a.1 auf und an seinem anderen Ende, an dem der zweite Deckel 8 angeordnet ist, einen zweiten Innendurchmesser D_a.2 auf, welcher kleiner als der erste Innendurchmesser D_a.1 ist. Das Isolatorbauteil I_a ist aus zwei aneinander gefügten Isolierstoff-Hohlzylindern 14, 14a, 14a.2 aufgebaut, von denen ein Erster 14a an den Mittelteil 13 angrenzt und ein Zweiter 14a.2 an den zweiten Deckel 8 angrenzt, und wobei in die Fügestelle der beiden Isolierstoff-Hohlzylinder 14a, 14a.2 ein Schirmelement 21 eingelegt ist. Der erste, an den Mittelteil 13 angrenzende Isolierstoff-Hohlzylinder 14a weist seine gesamte Länge, gemessen entlang der Längsachse des Gehäuses 5, einen ersten, konstanten Innendurchmesser D_a.1 auf. Im Gegensatz dazu weitet sich der zweite, an den zweiten Deckel 8 angrenzende konische Isolierstoff-Hohlzylinder 14a von einem kleineren, zweiten Innendurchmesser D_a.2 zu dem ersten Innendurchmesser D_a.x auf.
Der Innendurchmesser D_b des Isolatorbauteils I_b in der Festkontakthälfte b ist konstant über die gesamte Länge des Isolatorbauteils I_b, gemessen entlang der Längsachse des Gehäuses 5. Somit ist zumindest der erste Innendurchmesser D_a.1 des Isolatorbauteils I_a in der Bewegtkontakthälfte a verschieden von dem Innendurchmesser D_b des Isolatorbauteils I_b in der Festkontakthälfte b.
7 zeigt eine weitere Ausführungsform der erfindungsgemä-ßen Vakuumschaltröhre 1. Die erfindungsgemäße Vakuumschaltröhre 1 entspricht einer herkömmlichen Vakuumschaltröhre 1, wie sie in den 1 und 2 dargestellt ist, bis auf die folgenden Unterschiede:

Erstens weist die erfindungsgemäße Vakuumschaltröhre 1 in der Bewegtkontakthälfte a ein Isolatorbauteil I_a auf, das länger ist als das Isolatorbauteil I_b in der Festkontakthälfte b (asymmetrische Auslegung). Das Isolatorbauteil I_a in der Bewegtkontakthälfte a ist aus zwei aneinander gefügten Isolierstoff-Hohlzylindern 14a und 14a.2, jeweils mit einer Länge L, aufgebaut, von denen ein erster Isolierstoff-Hohlzylinder 14a an die Teilungsebene 19 zwischen der Bewegtkontakthälfte a und der Festkontakthälfte b angrenzt und ein zweiter Isolierstoff-Hohlzylinder 14a.2 an den zweiten Deckel 8 angrenzt; das Isolatorbauteil I_a weist somit eine Länge x = 2L auf. Das Isolatorbauteil I_b in der Festkontakthälfte b ist aus einem einzigen Isolierstoff-Hohlzylinder 14b mit einer Länge L gebildet und weist somit eine Länge y = L auf.

Zweitens ist ein als eine Schaltkammer dienender metallischer Hohlzylinder 13 nicht wie bei den in den 1 bis 6 gezeigten Vakuumschaltröhren zwischen den Isolatorbauteilen I_a und I_b, die z. B. als Keramiken ausgebildet sein können, sondern innerhalb der Isolatorbauteile I_a und I_b angeordnet. Von der Längsachse 17 der VSR 1 aus gesehen ist der als Schaltkammer dienende metallische Hohlzylinder 13 somit vor der inneren Mantelfläche der Isolatorbauteile I_a und I_b positioniert.
Der als Schaltkammer dienende metallische Hohlzylinder 13 wird dabei von einer Haltevorrichtung, z. B. einem umlaufenden metallischen Scheibenring, gehalten, welche in der Teilungsebene 19 zwischen dem Isolatorbauteil I_a in der Bewegtkontakthälfte a und dem Isolatorbauteil I_b in der Festkontakthälfte b eingelegt und befestigt ist.
ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur

EP 0082801 A1 [0002]
DE 19713478 C1 [0002]

Claims

Gehäuse (5) für eine Vakuumschaltröhre (1), zur Aufnahme eines axialbeweglichen, einen Bewegtkontakt (4) tragenden Bewegtkontaktstabs (9) und eines einen Festkontakt (3) tragenden Festkontaktstabs (10), deren Anordnung im Gehäuse (5) eine Unterteilung des Gehäuses (5) in eine Bewegtkontakthälfte (a) und eine Festkontakthälfte (b) definiert, wobei in der Bewegtkontakthälfte (a) und der Festkontakthälfte (b) jeweils ein die Längsachse (17) des Gehäuses (5) umschließender Abschnitt des Gehäuses (5) durch ein elektrisch isolierendes Isolatorbauteil (I_a, I_b) gebildet wird, dadurch gekennzeichnet, dass das Isolatorbauteil (I_a) in der Bewegtkontakthälfte (a) und das Isolatorbauteil (I_b) der Festkontakthälfte (b) unterschiedliche Abmessungen (x, y, D_a, D_b) aufweisen.
Gehäuse (5) nach Anspruch 1, dass die Isolatorbauteile (I_a, I_b) in der Bewegtkontakthälfte (a) und der Festkontakthälfte (b), entlang der Längsachse (17) des Gehäuses (5) gemessen, unterschiedlich lang (x, y) sind.
Gehäuse (5) nach Anspruch 2, wobei das Isolatorbauteil (I_a) in der Bewegtkontakthälfte (a) länger als das Isolatorbauteil (I_b) in der Festkontakthälfte (b) ist.
Gehäuse (5) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei das Isolatorbauteil (I_a) in der Bewegtkontakthälfte (a) und das Isolatorbauteil (I_b) in der Festkontakthälfte (b) unterschiedliche Innendurchmesser (D_a, D_b) aufweisen.
Gehäuse (5) nach Anspruch 4, wobei das Isolatorbauteil (I_a) in der Bewegtkontakthälfte (a) einen größeren Innendurchmesser (D) als das Isolatorbauteil (I_b) in der Festkontakthälfte (b) aufweist.
Gehäuse (5) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei die Isolatorbauteile (I_a, I_b) jeweils durch einen Isolierstoff-Hohlzylinder (14) oder durch mehrere aneinander gefügte Isolierstoff-Hohlzylinder (14) gebildet werden.
Gehäuse (5) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei zwischen dem Isolatorbauteil (I_a) in der Bewegtkontakthälfte (a) und dem Isolatorbauteil (I_b) der Festkontakthälfte (b) ein metallischer Hohlzylinder (13) angeordnet ist.
Vakuumschaltröhre (1) mit einem Gehäuse (5) nach einem der vorhergehenden Ansprüche.
Vakuumschaltröhre (1) nach Anspruch 8, wobei die Vakuumschaltröhre (1) von einem metallischen Gehäuse (18) umschlossen ist.