DE10213070C1 - Elektrisches Schaltgerät mit einem an einem Stiel angeordneten Kontaktstück - Google Patents
Elektrisches Schaltgerät mit einem an einem Stiel angeordneten KontaktstückInfo
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Abstract
Zur Abführung der im Innern einer Vakuumschaltröhre (1) entstehenden Wärme ist ein Stiel (5) vorgesehen. Dem Stiel (5) ist eine Hülse (10, 10a, 10b) zugeordnet, welche sich in azimutaler Richtung um den Stiel (5) erstreckt. Zur Verhinderung einer Aufweitung der Hülse (10, 10a, 10b) in Abhängigkeit der auftretenden Wärme sind der Hülse (10, 10a, 10b) Mittel zugeordnet, welche eine Aufweitung derselben begrenzen. Ein derartiges Mittel ist beispielsweise eine die Hülse (10, 10a, 10b) straff umgebende Manschette (11, 11a, 11b), die einen geringeren Wärmeausdehnungskoeffizienten aufweist als die Hülse (10, 10a, 10b) selbst.
Description
Die Erfindung bezieht sich auf ein elektrisches Schaltgerät
mit einem an einem Stiel angeordneten Kontaktstück, und mit
einer Hülse, welche den Stiel umgibt und der Ableitung von
Wärme aus dem Stiel dient.
Ein derartiges elektrisches Schaltgerät ist beispielsweise
aus der deutschen Offenlegungsschrift DE 30 37 752 A1 be
kannt. Dort ist das elektrische Schaltgerät in Form einer Va
kuumschaltröhre ausgebildet, welche ein Kontaktstück auf
weist, das an einem Stiel angeordnet ist, welcher bewegbar
durch eine Wandung der Vakuumschaltröhre hindurchgeführt ist.
An dem außerhalb der Vakuumschaltröhre befindlichen Ende des
Stieles ist ein Außengewinde aufgebracht. Mittels dieses
Außengewindes ist der Stiel in eine Hülse, beispielsweise ein
mit einer Gewindebohrung versehener Körper, einschraubbar.
Die im Innern der Vakuumschaltröhre entstehende Wärme wird zu
einem wesentlichen Teil über den bewegbaren Stiel nach Außen
geleitet und von dort an die Umgebung bzw. angrenzende Bau
teile abgegeben. Aufgrund der damit verbundenen Temperaturer
höhungen kommt es zu Wärmedehnungen des Stieles und der
Hülse, welche den Stiel umgibt. Selbst bei einer geeigneten
Wahl der Materialien für Stiel und Hülse, ist aufgrund der
unterschiedlichen geometrischen Ausformungen der Körper sowie
der unterschiedlichen Wärmedehnung eine Verringerung der Be
rührungs- bzw. Kontaktflächen zwischen der Hülse und dem
Stiel zu verzeichnen. Bei einer verringerten Berührungs- bzw.
Kontaktfläche ist der unmittelbare Wärmeübertritt zwischen
Stiel und Hülse beeinträchtigt.
Der vorliegenden Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde ein
elektrisches Schaltgerät der eingangs genannten Art so auszu
bilden, dass die Ableitung der Wärme verbessert wird.
Die Aufgabe wird bei einem elektrischen Schaltgerät der ein
gangs genannten Art erfindungsgemäß dadurch gelöst, dass der
Hülse Mittel zugeordnet sind, welche eine Aufweitung dersel
ben begrenzen.
Bei den bekannten Anordnungen treten bei einer Erwärmung von
Stiel und Hülse aufgrund der Wärmedehnungen zwischen Stiel
und Hülse Spalte auf. Durch diese Spalten wird der Kontakt
von der Oberfläche des Stieles und der Oberfläche der Hülse
teilweise aufgehoben. Die Spalten bilden Gaspolster zwischen
dem Stiel und der Hülse, durch welche der Wärmeübergang ge
genüber einer unmittelbaren Kontaktierung der Oberflächen
verschlechtert ist. Durch den Einsatz von Mitteln, die die
Aufweitung der Hülse verhindern, ist das Ausbilden von Spal
ten verhindert, bzw. treten diese erst bei vergleichsweise
hohen Temperaturen auf. Dadurch ist ein verbesserter Wärme
übergang gewährleistet und das elektrische Schaltgerät ist
belastbarer. Die Hülse kann beispielsweise als ein Kühlkörper
ausgebildet sein.
Vorteilhaft kann weiterhin vorgesehen sein, dass das Mittel
eine die Hülse straff umgebende Manschette ist, die einen ge
ringeren Wärmeausdehnungskoeffizienten aufweist als die
Hülse.
Durch die Manschette ist mit einer konstruktiv sehr einfachen
Ausgestaltung die Hülse gegen eine Aufweitung gesichert. Die
Hülse sowie die Manschette können jeweils aus einem Material
verbund verschiedener Stoffe gebildet sein, so dass sich für
die Hülse und die Manschette resultierende Wärmeausdehnungs
koeffizienten je nach den verwendeten Materialien einstellen.
Unabhängig von den verwendeten Materialien weist die Man
schette jedoch stets einen geringeren Wärmeausdehnungskoeffi
zienten auf als die Hülse. Die Manschette kann die Hülse in
axialer Richtung auf einem großen Hülsenabschnitt umgeben.
Somit wird ein Aufweiten der Hülse in einem großen Bereich
verhindert. Alternativ dazu kann vorgesehen sein, dass die
Manschette nur Teile der Hülse, beispielsweise einen Randbe
reich, umgibt.
Weiterhin kann vorteilhaft vorgesehen sein, dass der Stiel
kraftschlüssig in der Hülse gehalten ist.
Ist der Stiel kraftschlüssig in der Hülse gehalten, so unter
stützt die Manschette die kraftschlüssige Verbindung von
Stiel und Hülse und bewirkt neben der Verhinderung der Auf
weitung der Hülse zur Gewährleistung eines guten Wärmeüber
ganges auch eine mechanische Sicherung der kraftschlüssigen
Verbindung zwischen Stiel und Hülse.
Eine weitere Lösung der oben genannten Aufgabe sieht erfin
dungsgemäß vor, dass die Hülse einen Boden aufweist, gegen
welchen eine Stirnseite des Stieles gepresst ist.
Weist die Hülse einen Boden auf so ist es besonders günstig,
auch die stirnseitige Fläche des Stieles zur Verbesserung des
Wärmeübergangs unmittelbar mit dem Hülsenboden in Kontakt zu
bringen. Somit ist auch ein Übergang von Wärme unmittelbar
zwischen der Stirnfläche und dem Hülsenboden ermöglicht.
Durch die Nutzung dieser Stirnfläche des Stieles ist die Wär
meableitung verbessert.
Weiterhin kann vorteilhaft vorgesehen sein, dass die Stirn
seite mittels einer Schraubverbindung gegen den Boden ge
presst ist.
Durch die Nutzung einer Schraubverbindung ist die Stirnseite
mit einer hohen Kraft gegen den Boden der Hülse pressbar. Die
gewünschte Anpresskraft ist mittels einer Schraubverbindung
leicht einstellbar. Durch die so erzeugte hohe Kraft ist die
Anzahl der miteinander in unmittelbarem Kontakt stehenden
Punkte der Stirnfläche des Stieles und des Bodens der Hülse
erhöht und somit ein direkter Wärmeübergang möglich. Die
Schraubverbindung kann dabei in verschiedenen Ausgestaltungs
varianten gestaltet sein. Beispielsweise kann vorgesehen
sein, dass der Stiel ein Außengewinde trägt, welches in das
Innengewinde einer Hülse eingreift.
Eine weitere vorteilhafte Ausgestaltung sieht vor, dass der
Boden eine Öffnung aufweist, durch welchen ein Gewindebolzen
hindurchgreift.
Weist der Boden eine Öffnung auf, durch welche ein Gewinde
bolzen hindurchgreift, so kann mittels dieses Gewindebolzens
die notwendige Anpresskraft der Stirnfläche auf den Boden der
Hülse erzeugt werden. Der Gewindebolzen kann sowohl zur Er
zeugung der Anpresskraft zwischen dem Boden und der Stirnflä
che, als auch zur Anbindung von weiteren Baugruppen, bei
spielsweise Antriebstangen oder ähnlichem, an den Stiel ge
nutzt werden.
Weiterhin kann vorteilhaft vorgesehen sein, dass in der
Stirnseite des Stieles eine Gewindebohrung eingebracht ist.
Ist in die Stirnseite des Stiels eine Gewindebohrung einge
bracht, so kann ein Gewindebolzen in diese Gewindebohrung
eingeschraubt werden. Dieser Gewindebolzen ist erst bei der
Montage der Hülse an dem Stiel einzuschrauben. Somit ist der
Gewindebolzen je nach Bedarf dem Stiel zuordbar. Somit ergibt
sich für den Stiel eine variable Verwendungsmöglichkeit.
Es kann vorteilhaft vorgesehen sein, dass das elektrische
Schaltgerät eine Vakuumschaltröhre ist, und der Stiel beweg
bar durch eine Wandung der Vakuumschaltröhre hindurchgeführt
ist, und die Hülse außerhalb der Vakuumschaltröhre angeordnet
ist.
Insbesondere bei der Verwendung von Vakuumschaltröhren als
elektrisches Schaltgerät, ist aufgrund der hervorragenden
thermischen Isolation des im Inneren der Vakuumschaltröhre
befindlichen Vakuums eine Ableitung von der im Inneren der
Vakuumschaltröhre entstehenden Wärme über den Stiel eines
Kontaktstückes von besonderer Bedeutung. Die Hülse ist dann,
bei Anordnung außerhalb der Vakuumschaltröhre, in der Lage,
die Wärme aus dem Stiel herauszuleiten, diese gegebenenfalls
selbst zwischenzuspeichern bzw. weiterzuleiten und an weitere
Bauteile oder die Umgebung abzugeben.
Weiterhin kann vorgesehen sein, dass die Hülse Teil einer An
triebskräfte übertragenden kinematischen Kette ist.
Da die Hülse zur Gewährleistung eines guten Wärmeübergangs in
einem innigen Kontakt mit dem Stiel steht, ist es besonders
vorteilhaft, diese Anordnung dazu zu nutzen, Antriebskräfte
für ein zu bewegendes Kontaktstück zu übertragen. Zusätzliche
Bauteile, welche die Kraft auf den Stiel und das zu bewegende
Kontaktstück übertragen, sind so nicht erforderlich.
Im Folgenden wird die Erfindung anhand eines Ausführungsbei
spiels in einer Zeichnung gezeigt und nachfolgend näher be
schrieben.
Dabei zeigt die
Fig. 1 eine erste Ausgestaltungsvariante eines
Stieles und einer Hülse und die
Fig. 2 eine zweite Ausgestaltungsvariante eines
Stieles und einer Hülse.
Sowohl in der Fig. 1 als auch in der Fig. 2 ist ein elekt
risches Schaltgerät in Form einer Vakuumschaltröhre 1 darge
stellt. Die in den Fig. 1 und 2 dargestellten gleicharti
gen Bauteile sind mit den selben Bezugszeichen versehen. Die
Vakuumschaltröhre 1 weist einen isolierenden hohlzylindri
schen Grundkörper 2 auf. Der Grundkörper 2 ist an einer ers
ten Seite mit einer ersten Deckplatte 3 verschlossen. Die an
dere Seite des Grundkörpers 2 ist mit einer zweiten Deck
platte 4 verschlossen. Durch die zweite Deckplatte 4 ist ein
Stiel 5 bewegbar hindurchgeführt. Der Stiel 5 weist an seinem
in das Innere der Vakuumschaltröhre 1 hineinragenden Ende ein
bewegbares Kontaktstück 6 auf. An der ersten Deckplatte 3 ist
ein weiterer Stiel 7 gehaltert, welcher an seinem in das In
nere der Vakuumschaltröhre hineinragenden Ende ein Gegenkon
taktstück 8 aufweist. Das bewegbare Kontaktstück 6 und das
Gegenkontaktstück 8 bilden eine Schaltkontaktstelle aus. Der
Stiel 5 ist gasdicht durch die zweite Deckplatte 4 hindurch
geführt. Dazu ist ein Faltenbalg 9 gasdicht mit der zweiten
Deckplatte 4 sowie mit dem Stiel 5 verbunden. An dem außer
halb der Vakuumschaltröhre 1 befindlichen Ende des Stieles 5
ist der in der Fig. 1 dargestellte Stiel 5 mit einem Außen
gewinde versehen. Auf das Außengewinde ist eine Hülse 10 auf
geschraubt. Dazu weist die Hülse 10 ein entsprechendes Innen
gewinde auf. Azimutal um die Hülse 10 umlaufend ist eine Man
schette 11, einen Teil der Außenfläche der Hülse 10
überdeckend, angeordnet. Mittels eines Bolzens 12 ist eine
Antriebstange 13 mit der Hülse 10 verbunden. Die An
triebstange 13 überträgt eine Bewegung eines in der Figur
nicht dargestellten Antriebes auf die Hülse 10 und über den
Stiel 5 bis zu dem bewegbaren Kontaktstück 6. Als solches
überträgt die Hülse 10 Antriebskräfte und ist Teil einer ki
nematischen Kette.
Die Hülse 10 kann beispielsweise aus einem thermisch gut lei
tenden Material bestehen. Bei Verwendung eines elektrisch
leitenden Materials ist die Hülse 10 auch als Teil der
schaltbaren Strombahn des elektrischen Schaltgerätes einsetz
bar. Dazu weist die in der Fig. 1 dargestellte Hülse 10 eine
bezüglich der Längsrichtung des Stieles 5 azimutal umlaufende
Scheibe 19 auf, die zwischen ihrer Umfangsfläche und der In
nenwandung eines ortsfesten Zylinders 20 eine elektrische
Gleitkontaktanordnung ausbildet. Über diese Gleitkontaktan
ordnung ist das bewegbare Kontaktstück 6 elektrisch kontak
tierbar.
Neben der Ausbildung der Hülse 10 aus einem einzigen Stoff
ist es möglich, die Hülse 10 aus einem Verbundmaterial zu
fertigen, beispielsweise einem Gemisch aus verschiedenen
Stoffen. Ebenso ist die Manschette 11 aus einem einzigen
Stoff oder aus einem Gemisch verschiedener Stoffe, beispiels
weise einem Gemisch von Fasern oder auch einer Schichtung
verschiedener Stoffe, herstellbar. Der Wärmeausdehnungskoef
fizient der Manschette 11 ist jedoch stets kleiner als der
Wärmeausdehnungskoeffizient der Hülse 10.
Aufgrund von auftretender Wärme ist die Hülse 10 bestrebt,
sich radial zu erweitern und von der Oberfläche des Stieles 5
abzuheben. Dieses radiale Erweitern der Hülse 10 wird jedoch
durch die Manschette 11 begrenzt bzw. verhindert, so dass
sich die Änderung des Volumens zwangsweise in andere Richtun
gen erstreckt.
Die Fig. 2 zeigt eine Vakuumschaltröhre, welche baugleich
mit der in der Fig. 1 dargestellten ist. Der in der Fig. 2
dargestellte Stiel 5 weist jedoch Abweichungen gegenüber dem
in der Fig. 1 dargestellten Stiel 5 auf. Der in der Fig. 2
dargestellte Stiel 5 weist an seinem außerhalb der Vakuum
schaltröhre 1 befindlichen Ende eine zylindrische Kontur auf.
Das außerhalb der Vakuumschalkammer 1 befindliche Ende des
Stieles 5 der Fig. 2 ist in eine weitere Hülse 10a einge
presst. Die weitere Hülse 10a weist einen Boden 14 auf. In
dem Boden 14 ist eine Öffnung 15 eingearbeitet. Durch diese
Öffnung 15 greift ein Gewindebolzen 16. Der Gewindebolzen 16
steht in formschlüssiger Verbindung mit einer in die Stirn
seite des Stieles 5 der Fig. 2 eingebrachten Gewindebohrung
17. Auf dem Gewindebolzen 16 ist weiterhin eine Mutter 18 an
geordnet. Durch eine Drehung der Mutter 18 ist die Stirnseite
des Stieles 5 der Fig. 2 gegen den Boden 14 der weiteren
Hülse 10a pressbar. Mittels eines Bolzens 12 ist der Gewinde
bolzen 16 an seinem verdickten Schaft an eine Antriebsstange
13 angekoppelt.
Um die weitere Hülse 10a herum erstreckt sich eine weitere
Manschette 11a. Ebenso wie zu der Fig. 1 beschrieben, ver
hindert die weitere Manschette 11a eine wärmebedingte, ra
diale Aufweitung der weiteren Hülse 10a. Zur Unterstützung
der Verhinderung einer Aufweitung der weiteren Hülse 10a ist
durch die weitere Hülse 10a, die weitere Manschette 11a und
den Stiel 5 der Fig. 2 ein weiterer Bolzen 12a hindurchge
führt. Zum einen unterstützt der weitere Bolzen 12a die Wir
kung der weiteren Manschette 11a, zum anderen sichert der
weitere Bolzen 12a den kraftschlüssig in die weitere Hülse
10a eingepressten Stiel 5 der Fig. 2.
Beispielhaft ist an dem Stiel 5 der Fig. 2 eine zusätzliche
Hülse 10b angeordnet. Diese zusätzliche Hülse 10b wirkt als
Kühlkörper und weist eine zusätzliche Manschette 11b auf, die
eine radiale Aufweitung der zusätzlichen Hülse verhindert
bzw. begrenzt.
Als weitere Ausgestaltungsvarianten können die in den Fig.
1 und 2 dargestellten Details miteinander kombiniert werden.
So kann beispielsweise die aus der Fig. 1 bekannte Hülse 10
mit dem Innengewinde zusätzlich durch den weiteren Bolzen 12a
gesichert werden. Außerdem können auch mehrere weitere Bolzen
12a und mehrere Bolzen 12 Verwendung finden, um gegebenen
falls auftretende hohe Kraftspitzen übertragen zu können.
Weiterhin kann alternativ zu der Fig. 2 vorgesehen sein,
dass der Gewindebolzen 16 an den Stiel 5 der Fig. 2 ange
formt und durch die Öffnung 15 hindurchgeführt ist. Der Ge
windebolzen 16 kann weiterhin auch in einer anderen geeigne
ten Art und Weise an die Antriebsstange 13 angekoppelt wer
den, beispielsweise durch eine Klebeverbindung oder durch
eine in die Antriebsstange 13 integrierte Gewindebohrung.
Claims (9)
1. Elektrisches Schaltgerät (1) mit einem an einem Stiel (5)
angeordneten Kontaktstück (6), und mit einer Hülse (10,
10a, 10b), welche den Stiel (5) umgibt und der Ableitung
von Wärme aus dem Stiel (5) dient,
dadurch gekennzeichnet, dass
der Hülse (10, 10a, 10b) Mittel zugeordnet sind, welche
eine Aufweitung derselben begrenzen.
2. Elektrisches Schaltgerät (1) nach Anspruch 1,
dadurch gekennzeichnet, dass
das Mittel eine die Hülse (10, 10a, 10b) straff umgebende
Manschette (11, 11a, 11b)ist, die einen geringeren Wärme
ausdehnungskoeffizienten aufweist als die Hülse (10, 10a,
10b).
3. Elektrisches Schaltgerät (1) nach einem der Ansprüche 1
bis 2,
dadurch gekennzeichnet, dass
der Stiel (5) kraftschlüssig in der Hülse (10a, 10b)
gehalten ist.
4. Elektrisches Schaltgerät (1) mit einem an einem Stiel (5)
angeordneten Kontaktstück (6), und mit einer Hülse (10,
10a, 10b), welche den Stiel (5) umgibt und der Ableitung
von Wärme aus dem Stiel (5) dient
dadurch gekennzeichnet, dass
die Hülse (10, 10a) einen Boden aufweist, gegen welchen
eine Stirnseite des Stieles (5) gepresst ist.
5. Elektrisches Schaltgerät (1) nach Anspruch 4,
dadurch gekennzeichnet, dass
die Stirnseite mittels einer Schraubverbindung gegen den
Boden gepresst ist.
6. Elektrisches Schaltgerät (1) nach Anspruch 4 oder 5,
dadurch gekennzeichnet, dass
der Boden eine Öffnung (15) aufweist, durch welchen ein
Gewindebolzen (16) hindurchgreift.
7. Elektrisches Schaltgerät (1) nach Anspruch 5 oder 6,
dadurch gekennzeichnet, dass
in der Stirnseite des Stieles (5) eine Gewindebohrung (17)
eingebracht ist.
8. Elektrisches Schaltgerät (1) nach einem der Ansprüche 1
bis 7,
dadurch gekennzeichnet, dass
das elektrische Schaltgerät (1) eine Vakuumschaltröhre (1)
ist, und der Stiel (5) bewegbar durch eine Wandung der Va
kuumschaltröhre (1) hindurchgeführt ist, und die Hülse
(10, 10a, 10b) außerhalb der Vakuumschaltröhre (1) ange
ordnet ist.
9. Elektrisches Schaltgerät (1) nach einem der Ansprüche 1
bis 8,
dadurch gekennzeichnet, dass
die Hülse (10, 10a) Teil einer Antriebskräfte übertragen
den kinematischen Kette ist.
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