DE1790217A1

DE1790217A1 - Bogenloeschkammer fuer Vakuumschaltgeraete

Info

Publication number: DE1790217A1
Application number: DE19681790217
Authority: DE
Inventors: Ernst Dipl-Phys Freund; Alfred Dipl-Ing Goetsch; Heinz Dipl-Ing Haenisch
Original assignee: INST PRUEFFELD fur ELEK SCHE
Current assignee: INST PRUEFFELD fur ELEK SCHE
Priority date: 1968-09-30
Filing date: 1968-09-30
Publication date: 1972-01-20
Also published as: US3597558A; GB1258811A; FR1591832A

Description

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3o_;S-enlöschkammer für Vakuumschültgeräte

Die .Erfindung betrifft eine Bogenlöschkammer für Vakuumschaltgeräte . . .

Die Gehäuse der bekannten Bogenlöschkammern, in denen sich die Elektroden und Abschirmelemente befinden, sind aus Metall und Glas bzw. Keramik aufgebaut. Die rohrförmigen Glas- oder Keramikteile sind dabei durch spezielle Verfahren mit den metallischen Absclxlußplatten vakuumdicht verbunden. Im Innern der Bogenlöschkammern ist im allgemeinen Ultrahochvakuum, während von außen der normale Luftdruck auf die Gehäusewände wirkt.

Die Nachteile dieser Bauweise bestehen darin, daß auf Grund der erforderlichen Überschlags- bzw. Kriech-Überschlagswege die Gehäuse relativ große Abmessungen haben und große Isolierstofflachen die Permeation von Gasen in das Innere der Bogenlöschkammern begünstigen, so daß hochwertige, weitgehend gasundurchlässige Spezialgläser oder keramische Werkstoffe verwendet werden müssen.

Zweck der Erfindung ist es, eine Bogenlöschkammer für Vakuumschaltgeräte anzugeben, deren Gehäuse fast völlig gasundurchlässig ist und die mit geringen Abmessungen, vor allem einer geringen Bauhöhe ausgeführt, werden kann.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, das Gehäuse konstruktiv so zu gestalten, daß sich die gasdurchlässige Gehäusefläche verringert und/oder daß auf andere Weise die Gefahr der Permeation von Gasen in das Innere der Vakuumbogenlöschkammer beseitigt bzv/. eingeschränkt ist. Außerdem soll erreicht werden, daß bei einer gegenüber bekannten Bogenlöschkammern verringerten konstanten Bauhöhe die Kammer den unterschiedlichen Nennspannungen in Freiluft- bzw. Innenraumanlagen anpaßbar ist.

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^lrf indungsgemäß wird dies bei einer Vakuumbogenlöschkammer, deren Gehäuse wenigstens teilweise aus Isoliermaterial hergestellt ist, dadurch erreicht, daß zumindest ^J der Isolierteil des Gehäuses unter Bildung eines oder mehrerer hermetisch abgeschlossener und ebenfalls evakuierbarer Hohlräume mehrwandig, vorzugsweise doppelwandig ausgeführt ist und daß der Hohlraum bzw. die Hohlräume Luft und/oder ein anderes Gas, z.B. ein üdelgas oder SSV-, von solchem Druck enthalten, der größer als der Druck im Innern der Bogenlöschkammer, jedoch -kleiner als der normale Luftdruck ist«

Bei einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung ist das doppelwandige Gehäuse aus einem äußeren Isolierzylinder und einem parallel zu diesem angeordneten inneren Isolierzylinder, die miteinander dicht verbunden sind, gebildet.

Um gleiche Bogenlöschkammern auch für unterschiedliche Nennspannungen einsetzen zu können, besteht das doppelwandige Gehäuse bei einer anderen Variante aus einem inneren Isolierzylinder und einer dessen äußere Mantelfläche umgebenden, aus einem oder mehreren Teilen zusammengesetzten, isolierenden Außenwand, die derart bemessen und ausgebildet isb, daß der erforderliche Überschlags- bzw. Kriechüberschlagsweg zwischen den an den äußeren Enden des inneren Isolierzylinders angeordneten spannungsführenden Abschlußplatten unter Beibehaltung einer bestimmten Höhe des Gehäuses bei verschiedenen Nennspannungen und für die Verwendung in Freiluft- b2.w. Innenraumanlagen gewährleistet ist.

Als sehr zweckmäßig hat sich auch eine Ausführung erwiesen, bei der ein äußerer Isolierzylinder und ein mit diesem verbundener innerer Zylinder, der aus isolierenden und metallischen Teilzylindern zusammengesetzt ist, das doppelwandige Gehäuse bildet. Hierbei wird die gasdurchlässige Fläche des inneren Zylinders besonders wirksam verkleinert. Das doppelwandige Gehäuse kann auch aus einem oder mehreren in Reihe angeordneten metallischen Teilzylindern und an deren Stirnseiten angeordneten,

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doppelwandig ausgeführten isolierenden Teilzylindern gebildet sein. Zweckmäßigerweise ist einer oder sind mehrere dieser Metallzylinder in Höhe der Elektroden in einem bestimmten Abstand von den kontaktgebenden Flächen der Elektroden entfernt angeordnet unddienen gleichzeitig als Schirm. Die Metallzylinder können jedoch auch mit anderen sich nach innen erstreckenden Schirmelementen versehen sein. Gemäß einem weiteren Merkmal der Erfindung sind die aus Isoliermaterial bestehenden Teile des Gehäuses direkt, z.B. durch Vergießen oder Verschmelzen, oder/und über Verbindungsstücke miteinander verbunden. Es ist möglich, in den Hohlräumen des doppelwandigen Gehäuses die der Potential- oder Antriebssteuerung dienenden widerstände, Kondensatoren, Gleichrichter, Funkenstrecken u. dgl. Elemente unterzubringen, so daß diese nicht der äußeren Atmosphäre, insbesondere stark veränderlicher Luftfeuchtigkeit und Fremdschichten ausgesetzt sind. Trotz teilweiser Minderung der Vorzüge der erfindungsgemäßen Lösung kann es auch vorteilhaft sein, in dem doppelwandigen Gehäuse gesonderte Kühlkanäle zur Abführung der Verlustwärme vorzusehen.

Die erfindungsgemäße Bogenlöschkammer zeichnet sich vor allem durch ein extrem hohes Maß an Gasundurchlässigkeit ihres Gehäuses aus. Dieser Vorteil ergibt sich dadurch, daß durch die doppelten Wände der Isolierteile, in deren Zwischenraum ein Druck herrscht, der vorzugsweise zwischen dem Innendruck der Kammer und dem äußeren Luftdruck liegt, die Druckdifferenz zu beiden Seiten einer jeden Isolierstoffwand um viele Größenordnungen verringert wird. Da diese Druckdifferenz aber den Antrieb für den Gasfluß darstellt, wird die Permeation durch jede solche Wand selbst reduziert, so daß der Druck im Inneren des doppelwandigen Gefäßes sehr viel langsamer erwächst, als das bei einem einwandigen vergleichbaren Gefäß der Fall ist. ' Ferner sei noch darauf hingewiesen, daß durch die Ausbildung eines Teiles der inneren Gefäßwand aus Metall, welches gleichzeitig als Abschirmung dienen kann, die

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gasundurchlässige Oberfläche der Innenwand verkleinert werden kann, wodurch die Permeationsrate weiter wirksam herabgesetzt wird. Das kann sehr weit getrieben werden, da die Überschlagsfestigkeit der verbleibenden Isolierstrecken der Innenwand im Vakuum erheblich größer ist als in Luft.

Ein weiterer Vorteil der Erfindung besteht darin, daß sich die Verwendung von hochwertigen Spezialgläsern oder keramischen Werkstoffen als Gehäusematerial erübrigt, demgegenüber vielmehr billigere Glas- oder Keramikarten verwendet werden können und die erfindungsgemäßen Bogen-Ä. löschkammern somit wesentlich billiger werden. Die erfindungsgemäße Lösung führt auch zur Verringerung der Gehäuse abmessungen und schafft günstige Voraussetzungen für die Verwirklichung standardisierter Baureihen; denn bei gleichbleibender Höhe des Gehäuses ist allein durch entsprechende Formgebung und Wahl der Abmessungen für den äußeren Gehäuseteil, die Anpassung an verschiedene Nennspannungen sowie die Verwendung der Bogenlöschkammern in Freiluft- bzw. Innenraumanlagen möglich.

Die Erfindung soll nachstehend an Hand einiger Ausführungsbeispiele näher erläutert werden.

In den Fig. 1 bis 4 der zugehörigen Zeichnungen sind ver-_A schiedene erfindungsgemäße Ausführungen von Bogenlöschkammern dargestellt, die im Prinzip den gleichen Aufbau haben, jedoch in bezug auf das Gehäuse verschiedene Realisierungsmöglichkeiten einer gemeinsamen Lösungsidee zeigen.

Di-e Bogenlöschkammern sind in bekannter Weise aus einem hochevakuierten zylinderformigen Gehäuse 1 aufgebaut, das an seinen Stirnseiten metallische Abschlußplatten 3$ 4 aufweist, von denen eine die feste Elektrode 5 trägt und die andere als Führung für die bewegliche Elektrode 6 dient. Die bewegliche Elektrode 6 ist mit einem Metallbalg 7 abgedichtet, der sich zwischen der Abschlußplatte 4 und dem Elektrodenschaft 6a erstreckt. Die Elektroden 5; 6 sind voneinander isoliert so angeordnet, daß sich ihre kontakt-

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gebenden Flächen einander gegenüber liegen und in Anlage bewegbar und trennbar sind. Im Bereich, der Elektroden 5i 6 befindet sich ein Schirm 8, der die bei'der Stromunterbrechung entstehenden Metalldämpfe von der Innenwand des zumindest teilweise aus Isoliermaterial bestehenden Gehäuses fernhält, damit die Isolation zwischen den Elektroden 5» 6 bzw. den spannungsführenden Abschlußplatten 3i 4 nicht beeinträchtigt wird.

Gemäß dem Kennzeichen der Erfindung ist zumindest der aus Isoliermaterial bestehende Teil des Gehäuses 1 unter Bildung eines oder mehrerer hermetisch abgeschlossener Hohlräume 9 doppelwandig ausgeführt und die Hohlräume 9 enthalten Luft und/oder ein anderes Gas, z.B. ein Edelgas oder SFg, von solchem Druck, der größer als der Druck im Innern der Bogenlöschkammer, jedoch kleiner als der normale Luftdruck ist.

Bei der in Fig. 1 dargestellten Bogenlöschkammer ist das doppelwandige Gehäuse 1 aus einem äußeren Isolierzylinder 1a und einem parallel zu diesem angeordneten inneren Isolierzylinder 1b, die an den Stirnseiten miteinander vakuumdicht verbunden sind und einen Hohlraum 9 einschließen, gebildet.

3J¹Ig. 2 zeigt eine Variante, bei der das doppelwandige Gehäuse aus einem inneren Isolierzylinder 1b und einer dessen äußere Mantelfläche umgebenden ganzteiligen Außenwand 1a besteht, die über Verbindungsstücke 10 verbunden sind. Die Außenwand 1a ist mit Rippen 1a^f versehen, um den erforderlichen Überschlags- bzw. ICriechüberschlagsweg zwischen den spannungsführenden Abschlußplatten 31 ^ zu erreichen. Diese Gehäuseausführung eignet sich besonders gut für die Verwirklichung von sogenannten Einheitsreihenj denn bei gleichbleibendem inneren Isolierzylinder 1b ist allein durch entsprechende Bemessung und Ausbildung der Außenwand 1a, der Einsatz der Bogenlöschkammer bei verschiedenen Nennspannungen sowie ihre Verwendung in Freiluft- bzw. Innenraumanlagen gewährleistet.

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Aus Fig. 3 geht eine Ausführung hervor, bei der das Gehäuse aus einem äußeren Isolierzylinder 1a und einem mit diesem über "Verbindungsstücke 10 vakuumdicht verbundenen inneren Isolierzylinder 1b, der aus zwei isolierenden Teilzylindern 1b^f und einem dazwischen angeordneten metallischen Zeilzylinder 1b^f· zusammengesetzt ist, besteht· Der metallische Teilzylinder 1b¹* umgibt in einem bestimmten Abstand die Elektroden 5i 6 und dient als Abschirmung. Abgesehen davon, daß günstigerweise bei dieser Ausführung ein Teil des inneren Zylinders 1b^1f gleich als Abschirmelement wirkt und daher ein weiteres solches nicht mehr erforderlich ist, gelingt es auf diese Weise, die .Fläche der isolierenden Teilzylinder 1b¹ auf ein Minimum zu verringern, wodurch die Gaspermeation in die innere Kammer besonders wirksam unterdrückt wird. Da die isolierenden Teilzylinder sowohl innen als auch außen an Vakuum angrenzen, welches eine gute Isolierwirkung hat, können ihre Bauhöhen viel extremer verringert sein, als es die Fig. 3 zeigt.

Fig. 4· zeigt eine Bogenlöschkammer, bei der ein metallischer Teilzylinder 1a und zwei sich an seinen Stirnseiten anschließende doppelwandig ausgeführte isolierende Teilzylinder 1b das Gehäuse bilden. Der metallische Teilzylinder la ist mit Schirmelementen 11 versehen, die verhindern, daß sich Metalldämpfe auf den isolierenden Teilzylindern 1b niederschlagen.

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Claims

Patentansprüche:

1. Bogenlöschkammer für Vakuumsehaltgeräte, die ein evakuiertes Gehäuse aufweist, das zur Isolation der sich im Innern des Gehäuses erstreckenden Elektroden, deren kontaktgebende Flächen einander gegenüberliegen und innerhalb einer Abschirmung relativ zueinander bewegbar sind, mindestens teilweise aus Isoliermaterial, z.B* Glas oder Keramik, hergestellt ist, dadurch gekennzeichnet, daß zumindest der Isolierteil des Gehäuses unter Bildung eines oder mehrerer hermetisch abgeschlossener und ebenfalls evakuierbarer Hohlräume mehrwandig, vorzugsweise doppelwandig ausgeführt ist und daßder Hohlraum bzw· die Hohlräume Luft und/oder ein anderes Gas, z.B. ein Edelgas oder SFg, von solchem Druck enthalten, der vorzugsweise größer als der Druck im Innern der Bogenlöschkammer, jedoch kleiner als der normale Luftdruck ist.

2. Bogenlöschkammer nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der vorzugsweise doppelwandige Teil des Gehäuses aus einem äußeren Isolierzylinder und einem parallel zu diesem angeordneten inneren Isolierzylinder gebildet ist.

3. Bogenlöschkammer nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der vorzugsweise doppelwandige Teil des Gehäuses aus einem inneren Isolierzylinder und einer dessen äußere Mantelfläche umgebenden, aus einem oder mehreren Teilen zusammengesetzten, isolierenden Außenwand besteht, die derart bemessen und ausgebildet ist, daß der erforderliche Überschlags- bzw. Kriechüberschlagsweg zwischen den an den äußeren Enden des inneren IsolierZylinders angeordneten spannungsführenden Abschlußplatten unter Beibehaltung einer bestimmten Höhe des Gehäuses bei verschiedenen Nennspannungen und für die Verwendung in Freiluft- bzw. Innenraumanlagen gewährleistet ist·

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4·. Bogenlöschkammer nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß ein äußerer Isolierzylinder und ein mit diesem verbundener innerer Zylinder, der aus isolierenden und metallischen Teilzylindern zusammengesetzt ist, den vorzugsweise doppelwandigen Teil des Gehäuses bildet.

5» Bogenlöschkammer nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der zylindrische Teil des Gehäuses aus einem oder mehreren metallischen in Reihe angeordneten Teilzylindern und an deren Stirnseiten angeordneten, vorzugsweise doppelwandig ausgeführten isolierenden Teilzylindern gebildet ist·

6. Bogenlöschkammer nach Anspruch 1 und 5, dadurch gekennzeichnet, daß zumindest ein metallischer Teilzylinder im Bereich der Elektroden angeordnet ist und als Schirm dient oder mit anderen Schirmelementen versehen ist.

7· Bogenlöschkammer nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Gehäuse aus einem Metallzylinder, der gleichzeitig als Schirm dient, und aus vorzugsweise doppelwandig ausgeführten Abschlußplatten aus Isoliermaterial aufgebaut ist.

8« Bogenlöschkammer nach Anspruch 1 bis 7» dadurch gekennzeichnet, daß die aus Isoliermaterial bestehenden Teile des Gehäuses direkt_# z.B. durch Vergießen oder Verschmelzen, und/oder über Verbindungsstücke miteinander verbunden sind*

9· Bogenlöschkammer nach Anspruch 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, daß vorzugsweise in einem oder mehreren Hohlräumen des vorzugsweise doppelwandigen Teiles des Gehäuses gesonderte Kühlkanäle zur Abführung der Verlustwärme vorgesehen sind.

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