DE2407001B2 - Vakuumschalter - Google Patents

Description

der Metalldampf, der unmittelbar nach der Trennung der Koniakte voneinander zwischen diesen erzeugt wird, in seiner Verteilung die Neigung zeigt, sich in jydijing auf einen der beiden Kontakte zu konzentrieren, streut das elektrische Potential am Schutzelement in einem großen Bereich. All dies hat instabile Stehspannungs-Charakteristiken des Vakuumscaaliers zur Folge, was erneute Zündungen des Lichtbogens zwischen den voneinander entfernten Kontakten begünstigt

Zur Beseitigung dieser sich aus der Verwendung von lediglich einem einzigen SchuUelement ergebenden Schwierigkeiten ist es schon bekannt (US-PS 2185 800), zwei Arten von insgesamt drei Lichtbogenschutzelementen in den Vakuumschalter einzubauen. Diese bestehen aus einem äußeren Lichtbogenschutzelement, das den Lichtbogenbereich konzentrisch umgibt, sowie aus zwei inneren Lichtbogenschutzelementen, die axial innere Endteile besitzen. Diese sind im Abstand voneinander angeordnet und werden durch axial äußere Endteile des äußeren Schutzelementes konzentrisch umgeben. Der axiale Abstand zwischen den axial inneren Enden der «neren Schutzelemente ist beträchtlich größer als die txiale Länge des Lichtbogenbereiches zwischen den voneinander entfernten elektrischen Kontakten, was tür Folge hat, daß lediglich ein einziger Ringspalt !wischen dem Lichtbogenbereich und dem äußeren Schutzelement gebildet ist. Der dem Vakuumschalter mit dem einzigen Lichtbogenschutzelement eigem Nachteil ist daher hinsichtlich seiner Wirkung bei demjenigen Vakuumschalter, der die zwei Arten von insgesamt drei Lichtbogenschutzelementen verwendet, ebenfalls gegeben.

Um daher bei dem Vakuumschalter mit einer Vielzahl von Lichtbogenschutzelementen eine zufriedenstellende Lichtbogenabschirmung zu erzielen, ist es von Bedeutung, das Vakuumgefäß mit möglichst vielen Schutzelementen zu versehen, so daß die Metallteilchen des Lichtbogenplasmas in einem großen Bereich aufgefangen werden. Der Isolierungsmantel, der solch eine große Anzahl von Schutzelementen lagert, sollte aus einer Anzahl von Isolierungsringen bestehen, die durch Schweißung miteinander verbunden sind. Wenn in diesem Fall die axiale Länge des Vakuumgefäßes, d h. der Abstand zwischen den Endplatten des Gefäßes, vorgegeben ist, hat der Umstand, daß eine vergrößerte Anzahl von Iso'ierungsringen vorgesehen ist, eine verkürzte Kriechstrecke des Vakuumgefäßes zur Folge. Wenn dann trotzdem gewünscht wird, eine vergrößerte Anzahl von Isolierungsringen zu verwenden, ohne die Kriechstrecke zu beeinträchtigen, ergibt sich eine übermäßig lange und insgesamt zu große Konstruktion des Vakuumgefäßes. Die vorgesehene vergrößerte Anzahl von Lichtbogenschutzelementen und Isolierungsringen erfordert die Verwendung von ebenso vielen Schweißverbindungsstellen, was zur Folge hat, daß nicht nur eine aufwendige und zeitraubende Arbeit erforderlich ist, um das Vakuumgefäß bei der Herstellung zusammenzubauen, sondern auch eine äußerst genaue Kontrolle, um den langsamen Vakuumleckverlust durch die Schweißstellen hindurch während des Gebrauchs des Gefäßes zu überwachen bzw. zu beherrschen. Die Kosten eines Isolierungsringes, der üblicherweise aus Glas oder Keramik gefertigt wird, steigen eher proportional mit dem Durchmesser des Rings als mit dessen axialer Länge. Im Hinblick auf den Umstand, daß die Isolierungsringe die faktisch äußersten Teile des Vakuumgefäßes darstellen, führt die Verwendung einer großen Anzahl von Isolierungsiingen zu einer beträchtlichen Steigerung der Herstellungskosten des

Vakuumschalters.

Der Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, einen Vakuumschalter der eingangs genannten Art zu zeigen, bei dem unter Beibehaltung der Anzahl der Lichtbogenschutzelemente eine verringerte Anzahl

ίο vou Isolierungsringen zur Bildung des Isolierungsmantels des Vakuumgefäßes benötigt werden, ohne daß die Kriechstrecken des Vakuumschalters beeinträchtigt werden und der verbesserte Stehspannungscharakteristiken aufweist.

Gelöst wird diese Aufgabe durch die im kennzeichnenden Teil des Anspruchs 1 angegebenen konstruktiven Maßnahmen.

Vorteilhafte Ausgestaltungen hiervon sind in den weiteren Ansprüchen aufgeführt, wobei insgesamt noch folgende Vorteile erzielt werden:

a) Die Gesamtgröße des Vakuumgefäßes kann verringert werden, da lediglich das äußere Lichtbogenschutzelement durch den Isolierungsmantel gelagert ist, und demgemäß kann man mit beispielsweise zwei Isolierringen den Isolierungsmantel bilden, so daß auch die axiale Länge des Vakuumgefäßes verkleinert werden kann. Da weiterhin die inneren Lichtbogenschutzelemente an den Endplatten gelagert sind, kann auch der Durchmesser des Vakuumgefäßes verkleinert werden.

b) Der Isolierungsmantel des Vakuumgefäßes erfordert einen verringerten Herstellungsaufwand.

c) Bei unveränderter axialer Abmessung des Vakuumgefäßes erhält man eine vergrößerte Kriechstrecke aufgrund der geringen Anzahl der zur Bildung des Isolierungsmantels verwendeten Isolierungsringe.

d) Eine verringerte Anzahl von Lichtbogenhilfsschutzelementen ist wegen der verringerten Anzahl von Isolierungsringen für den Isolierungsmantel notwendig,
e) Aufgrund der verringerten Anzahl von Dichtungselementen am Vakuumgefäß ist eine vereinfachte Montage des Vakuumgefäßes sowie eine leichte Beherrschung des im Gefäß vorhandenen Vakuums ermöglicht.

So Aus der deutschen Auslegeschrift 12 27 538 ist ein Vakuumschalter bekannt, der zwei Arten von insgesamt drei Lichtbogenschutzelementen aufweist. Von diesen drei Lichtbogenschutzelementen ist das in axialer Richtung gesehen mittlere Lichtbogenschutzelement am Isolierungsmantel befestigt, während die beiden zusätzlichen, in axialer Richtung gesehen außen liegenden Lichtbogenschutzelemente an den Endplatten über dazwischen angeordnete Isolierungsringe befestigt sind. Die Licbtbogenschutzelemente dieses bekannten Vakuumschalters überlappen sich jedoch nicht, so daß zwischen dem mittleren Lichtbogenschutzelement und dem Lichtbogenbereich lediglich ein einziger Ringspalt vorhanden ist, so daß, wie eingangs schon erwähnt, eine instabile Stehspan-

nungscharakteristik des Vakuumschalters sich ergibt. Die Erfindung wird im folgenden anhand der Zeichnung näher erläutert. Diese zeigt jeweils im Längsschnitt in:

5 J 6

Fig. 1 ein Ausführungsbeispiel des bekannten tungselement 51 ist der axial innere Isolierungsring

Vakuumschalters und 36 hermetisch abgedichtet mit dem Metalldichtungs-

F i g. 2 eine Ausführungsform des Vakuumschal- element 48 des axial inneren Isolierungsrings 34 ver-

ters gemäß der Erfindung. bunden.

Wie aus Fig. 1 ersichtlich, ist das Vakuumgefäß 5 innerhalb des Vakuumgefäßes ist konzentrisch des bekannten Vakuumschalters von derjenigen Art, zum Isolierungsmantel 14 sowie etwa axial und miltig bei der insgesamt drei Lichtbogenschutzelemente von zwischen den Endplatten 10, 12 ein äußeres Lichtzweierlei Art zur Anwendung gelangen. Der Vakuum- bogenschutzelement 52 angeordnet. Dieses ist durch schalter weist ein Vakuumgefäß auf, das aus zwei im den Isolierungsmantel 14 gelagert, und zwar mittels Abstand voneinander angeordneten Endplatten 10, io eines ringförmigen Lagerteils 54, das jeweils zwischen 12 sowie aus einem zylindrischen Isolierungsmantel den metallenen Verbindungselementen 48, 51 der 14 besteht, der zur Bildung einer Vakuumkammer im axial inneren Isolierungsringe 34 bzw. 36 festgelegt Gefäß an seinen axialen Enden hermetisch abge- ist. Das Schutrelement 52 umgibt daher die elekdichtet mit den Endplatten 10, 12 verbunden ist. trischen Kontakte 18, 22 sowie die axial inneren Eine stationäre Elektrode 16 ragt in axialer Richtung 15 Endteile der stationären und der beweglichen Elekdurch die Endplatte 10 hindurch in das Vakuum- trode 16 bzw. 20. Um die Verteilung der Feldstärke gefäß und trägt an ihrem axial inneren Ende einen in radialer und axialer Richtung der Vakuumkammer stationären elektrischen Kontakt 18. In gleicher zu vergleichförmigen, so daß die Stehspannungen in Weise ragt eine bewegliche Elektrode 20 axial durch radialer und axialer Richtung des Vakuumgefäßes die Endplatte 12 hindurch in die Vakuumkammer 20 vergrößert werden können, sind weiterhin im Va- und trägt an ihrem axial inneren Ende einen beweg- kuumgefäß zwei innere Lichtbogenschutzelemente liehen elektrischen Kontakt 22. Die bewegliche Elek- 56. 58 vorgesehen, die innerhalb des äußeren Schutztrode 20 ist durch eine in der Endplatte 12 vorge- ei^mentes 52 konzentrisch zu diesem angeordnet sind sehene mittige öffnung 12a axial in Richtung auf die und jeweils in axialem Abstand voneinander vorgestationJre Elektrode 16 hin bewegbar bzw. von dieser 25 sehene axial innere Enden 56a. 58a aufweisen. Die weg bewegbar; hierdurch wird ein Lichtbogenbereich inneren Schutzelemente 56, 58 umgehen daher 24 zwischen den elektrischen Kontakten 18, 22 ge- jeweils die stationäre bzw. bewegliche Elektrode 16 bildet, wenn die bewegliche Elektrode 20 in axialer bzw. 20, wobei ihre jeweils eigenen axial inneren Richtung von der stationären Elektrode 16 weg be- Endteile von den axial äußeren Endteilen des wegt und dadurch der Stromfluß zwischen den Kon- 30 äußeren Schutzelementes 52 umgeben sind. Das eine takten 18, 22 unterbrochen wird. Die mittige öffnung innere Schutzelement 56 ist am Isolierungsmantel 14 12 a der Endplatte 12 ist üblicherweise mittels eines gelagert, und zwar mittels eines ringförmigen Lager-Metallbalges 26 abgelichtet, der hermetisch abge- teils 60, das hermetisch abgedichtet zwischen den dichtet einerseits mit der Endplatte 12 und anderer- miteinander verbundenen metallenen Verbindungsseits mit der beweglichen Elektrode 20 verbunden 35 elementen 40. 46 des axial äußeren bzw. inneren Isoist. Der Balg 26 wird durch eine fächerförmige Balg- lierungsringes 30 bzw. 34 festgelegt ist. In gleicher umhüllung 28 geschützt. Weise ist das andere innere Stützelement 58 durcli

Der zylindrische Isolierungsmantel 14 weist ein den Isolierungsmantel 14 gelagert, und zwar mittels Paar axial äußerer Isolierungsringe 30, 32 sowie ein eines ringförmigen Lagerteils 62. das hermetisch abPaar axialer innerer Isolierungsringe 34, 36 auf. Die 4° gedichtet zwischen den miteinander verbundenen Isolierungsringe 30, 32, 34 und 36 sind üblicherweise metallenen Dichtelementen 44, 50 des axial äußeren aus Glas oder Keramik geformt. Der axial äußere bzw. inneren Isolierungsrings 32 bzw. 36 festgelegt IsoHerungsring 30 trägt ein Paar ringförmiger Metall- ist. Die Schutzelemenle 52, 56 und 58 sind daher dichtungselemente 38, 40, die in axial einander ent- mittels der Isolierungsringe 30. 32, 34 und 36, die gegengesetzten Richtungen von den Umfangsenden 45 den Isolierungsmantel 14 bilden, gegenüber den des Isolierungsrings 30 wegragen. Hierbei ist der Endplatten 10, 12, den Elektroden 16, 20. den elekäußere IsoHerungsring 30 mittels des Metalldich- trischen Kontakten 18, 22 und dem Metallbalg 26 tungselementes 38 hermetisch abgedichtet mit der elektrisch isoliert. Um die Feldstärke um die Ver-Umfangskante der Endplatte 10 verbunden. In bindungssteilen zwischen den miteinander verbungleicher Weise trägt auch der andere axial äußere 50 denen metallenen Verbindungselementen zu verrin IsoHerungsring 32 an seinen Umfangsenden ein Paar gern, sind weiterhin Lichtbogenhilfsschutzelemen?« ringförmiger Metalldichtungselemente 42, 44 und ist 64, 66, 68 und 70 vorgesehen. Die Hilfsschutz über das Metalldichtungselement 42 hermetisch ab- elemente 64, 66 sind jeweils mit den Endplatten 10 gedichtet mit der Umfangskante der Endplatte 12 12 verbunden, so daß die Verbindungsstellen zwi verbunden. Der axial innere IsoHerungsring 34 trägt 55 sehen den Endplatten 10, 12 und den Metalldich ebenfalls ein Paar ringförmiger Metalldichtungs- tungselementen 38, 42 der Isolierungsringe 30, 3: elemente 46, 48, die in axial einander entgegenge- geschützt werden. Demgegenüber sind die Hilfs setzten Richtungen von den Umfangsenden des Iso- Schutzelemente 68, 70 jeweils mit den ringförmigei lieningsrings 34 γ egiagen. Der Isolierungsring 34 ist Lagerteilen 60, 62 für die inneren Schutzelement mittels des Dächtungselementes 46 hermetisch abge- 60 56. 58 verbunden, so daß einerseits die Verbindungs dichtet mit dem Metaüdichtungselemem 40 des axial stellen zwischen den Metalldichtungselementen 4C äußeren Isolierungsrings 30 verbunden. In gleicher 46 der Isolierungsringe 30, 34 und andererseits di Weise trägt der axial innere IsoHerungsring 36 an Verbindungsstellen zwischen den Metalldichtung? seinen Umfangsenden ein Paar ringförmiger Metall- elementen 44, 50 der Isolierungsringe 32. 36 ge dichtungselemente 50, 51 und ist über das Dichtungs- 65 schützt werden.

element SO hermetisch abgedichtet mit dem Metall- Wie schon erläutert, sind die inneren SchutJ

dichtungselement 44 des axial äußeren Isolierungs- elemente 56. 58 in einem axialen Abstand voncinar

rings 32 verbunden. Über das andere Metalldich- der entfernt, der größer ist als die axiale Länge de

Io

Lichtbogenbereiches 24 oder, in anderen Worten, trode 18 bewegbar bzw. von dieser weg bewegbar, so größer ist als der Abstand zwischen dem elektrischen daß zwischen dem Kontakt 18 der stationären Elek-Kontakt 18 der stationären Elektrode 16 und dem trodc 16 und dem Kontakt 22 der beweglichen, von elektrischen Kontakt 22 der von der stationären der stationären Elektrode 16 wegbewegten Elektrode Elektrode 16 weg bewegten beweglichen Elektrode 5 20 ein Lichtbogenbcicich 24 gebildet ist. Die axiale 20. Wenn daher der axiale Abstand zwischen den Länge zwischen den auf diese Weise im Abstand vonelektrischen Kontakten 18, 22 in ihrer voneinander einander angeordneten elektrischen Kontakten 18, 22 entfernten Lage d, und der axiale Abstand zwischen sei hier zu D, angenommen. Die stationäre Elektrode den inneren Lichtbogenschilden 56, 58 d₂ ist, gilt die 16 ragt mit ihrem axial äußeren Endteil aus der End-Beziehung d, <rf₂. Hieraus ergibt sich, daß von dem io platte 10 heraus nach außen und ist mit einer nicht zwischen den voneinander entfernten Kontakten 18, dargestellten Eingangsleitung elektrisch verbunden, 22 gelegenen Lichtbogenbereich 24 und dem äußeren wogegen die bewegliche Elektrode 18 mit ihrem axial Schutzelement 52 lediglich ein einziger Ringspalt ge- äußeren Endteil aus der Öffnung 12 a der Endplatte bildet wird. Das elektrische Potential am äußeren 12 nach außen herausragt und mit einer nicht dar-Schutzelement 52 zeigt daher die Neigung, vom elck- 15 gestellten Ausgangsleitung elektrisch verbunden ist. trischen Potential in der Mitte des Lichtbogen- Die bewegliche Elektrode 20 ist darüber hinaus bereiches 24 zwischen den voneinander entfernten mechanisch mit einem Betätigungselement eines nicht elektrischen Kontakten 18, 22 abzuweichen und sich dargestellten Steuerungsmechanismus verbunden, wodemgemäß in seinem Wert demjenigen des elek- bei hierbei beispielsweise eine Spule und oder eine trischen Potentials des stationären oder beweglichen 20 Federanordnung zur Anwendung gelangt, wodurch Kontakts 18 bzw. 22 anzunähern, was instabile Steh- sich die Elektrode 20, wie bekannt, in axialer Richspannungscharakteristiken des Vakuumschalters be- tung bewegen läßt, um den Kontakt 22 mit dem Kongünstigt. Da darüber hinaus der Metalldampf des takt 18 der stationären Elektrode 16 in Eingriff oder unmittelbar nach der Trennung der elektrischen außer Eingriff zu bringen. Die Öffnung 12a der End-Kontakte 18, 22 erzeugten Lichtbogenplasmas die 25 platte 12 ist hermetisch verschlossen, und zwai mittels Neigung zeigt, sich zu einem größeren Anteil eher eines Metallbalges 26. der zwischen der Endplatte 12 um eine der Elektroden 16 bzw. 20 als um die andere und der beweglichen Elektrode 20 vorgesehen ist. Elektrode herum auszubreiten, ist das elektrische Der Balg 26 ist mittels eines becherförmig ausgebil-Potential am äußeren Schutzelement 52 einer Streu- deten Elementes 28 geschützt, das, wie zuvor schon ung unterworfen, die im Größenbereich von etwa 30 im Zusammenhang mit Fig. 1 beschrieben, an der 25—175°o des Potentials in der Mitte des Licht- beweglichen Elektrode 20 gelagert ist. bogenbcreiches 24 liegt, was erneute Zündungen des Der Isolierungsmantel 72 ist bei der dargestellten Lichtbogens begünstigt, nachdem der Strom unter- Ausführungsform weitgehend aus zwei Isolierungsbrochen worden ist. Weiterhin sind die Hauptschutz- ringen 74, 76 gefertigt, die etwa die gleiche axiale elemente 52, 56 und 58 sämtlich durch den Tsolie- 35 Länge aufweisen und aus Glas oder Keramik berungsmantel 14 des Vakuumgefäßes gelagert, so daß stehen. Der Isolierungsring 74 trägt ein Paar ringder Isolierungsmantel 14 mit drei abgedichteten Ver- förmiger. in axial einander entgegengesetzten Richbindungen und demgemäß auch mit einer größeren tungen von den Umfangsenden des Isolierungsrings Anzahl von Isolicrungsringcn versehen sein muß, um 74 wegragender Metalldichtungselemente 78, 80 und die ringförmigen Lagerungsteile 54, 60, 62 für die 40 ist über das Metalldichtungselement 78 mit der Um-Schutzclemente 52, 56, 58 zu tragen. Der Umstand, fungskante der Endplatte 10 hermetisch abgedichtet daß solch eine große Anzahl von Isolierungsringen verbunden. In gleicher Weise trägt der andere Isolie- und abgedichteten Verbindungen vorgesehen werden rungsring 76 ein Paar ringförmiger, in axial einander muß, hat, wenn der axiale Abstand zwischen den entgegengesetzten Richtungen von den Umfangs-Endplatten 10, 12 fest sein soll, einen verkürzten 45 enden des Isolierungsrings 76 wegragender Metall-Kriechuhstand bzw. eine verkürzte Kriechstrecke des dichtungselemente 82, 84 und ist hermetisch abge-Vakuumgefäßes oder statt dessen einen vergrößerten dichtet über das Metalldichtungselement 82 mit dei axialen Abstand zwischen den Endplatten 10, 12 zur Umfangskante der Endplatte 12 verbunden. Die Iso-Folge, wenn noch eine akzeptable Kriechstrecke er- lierungsringe 74, 76 sind über ihre jeweiligen Metallzielt werden soll. 5° dichtungselemente 80, 84 hermetisch abgedichtet mit

Demgegenüber lassen sich mit der aus F i g. 2 er- einander verbunden. Die Verbindung der Metalldich

sichtlichen Ausführungsform des erfindungsgemäßen tungselemente 78, 72 mit den Endplatten 10 bzw. Ii

Vakuumschalters sämtliche der genannten Nachteile einerseits und die Verbindung der Metalldichtungs

beseitigen. elemente 80, 84 untereinander erfolgt üblicherweisi

Wie aus Fig. 2 ersichtlich, weist der erfindungs- 55 durch Schweißen.

gemäße Vakuumschalter ein Vakuumgefäß auf, das Innerhalb des Isolierungsmantels 72 ist konzen

aus einem zylindrischen !«olierungsmantel 72 sowie trisch zu diesem ein äußeres Lichtbogenschutzelemen

einem Paar metallischer Endplatten 10, 12 besteht. 86 angeordnet. Dieses umgibt den Lichtbogenbereid

die 7ur Bildung einer Vakuumkammer hermetisch 24 zwischen den voneinander entfernten elcktrischei

abgedichtet mit den Umfangskanten der Endplatten 60 Kontakten 18. 22 und weist eine axiale Länge aui

I(K 12 verbunden sind. Eine stationäre und eine be- die beträchtlich größer ist als der Abstand D, zwi

wegliche Elektrode 16 bzw. 20 ragen durch die End- sehen den im ausgeschalteten Zustand befindliche

platten 10. 12 axial nach innen in die Vakuumkam- Kontakten 18, 22, wie aus Fig. 2 ersichtlich. Da

mcr. wobei die Elektroden 16, 20 an ihren axial Lichtbogenschutzelement 86 ist am Isolieningsmanfc

inneren luden jeweils einen elektrischen Kontakt 18 65 72 gelagert, und zwar mittels eines ringförmige

b/w. 22 uapen. Die bewegliche Elektrode 20 ist Lagcrungsteils 88, das mit der Schwcißvcrbindun

durch eine mittigc Öffnung 12« der Endplatte 12 zwischen den Mctalklichtungseiementen 80, 84 d<

hindurch axial in Richtung auf die stationäre Elek- Isolicruncsrincc 74. 76 verschweißt oder auf andei

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Weise hermetisch abgedichtet verbunden ist. Inner- teilweise axial jedes der Metalldichtungselemente 78, halb des äußeren Lichtbogenschutzelementes 86 sind 82 und teilweise radial das äußere Lichtbogenschutzkonzentrisch zu diesem zwei innere Lichtbogen- element 86, so daß die Schweißverbindung zwischen schutzelemente 90, 92 angeordnet. Diese umgeben jedem der Metalldichtungselemente 78, 82 und der jeweils die voneinander entfernten elektrischen Kon- 5 zugeordneten Endplatte nicht nur radial, sondern takte 18,22 einerseits und Teile der stationären sowie auch axial durch das Lichtbogenschutzelement 86 der beweglichen Elektrode 16, 20 andererseits. Sie geschützt ist.

weisen jeweils innere Enden 90 a bzw. 92 a auf, die Wie bekannt, ist zwischen der Länge L eines im axialen Abstand D„ voneinander angeordnet sind. Vakuumspaltes und der durch den Vakuumspalt er-Es ist in diesem Fall von Bedeutung, daß der axiale io zielten Stehspannung V die folgende allgemeine Be-Abstand D₂ zwischen den Lichtbogenschutzelementen Ziehung gegeben:
90. 92 kleiner ist als die axiale Länge D₁ des Lichtbogenbereiches 24, der zwischen den elektrischen V=C \!l ,
Kontakten 18, 22 gebildet ist, wenn diese sich im

Abstand voneinander befinden. Die axial inneren 15 wobei C eine Konstante ist, die sich in Abhängigkeit Endteile der Lichtbogenschutzelemente 90, 92 um- vom Material und der Geometrie bzw. der Abmesgeben daher einerseits teilweise den Lichtbogen- sung des Schutzelementes bestimmt. Wenn daher bereich 24 und werden andererseits teilweise von dem jedes der inneren Lichtbogenschutzelemente 90, 92 in äußeren Lichtbogenschutzelement 86 umgeben, so der Mitte des radialen Abstandes zwischen dem Lichtdaß konzentrisch zwischen den in der Abstandsstel- 20 bogenbereich 24 und dem äußeren Lichtbogenschutzlung befindlichen elektrischen Kontakten 18, 22 und eimern 86 angeordnet ist, so daß der Ringspalt zwiden axial äußeren Endteilen des äußeren Lichtbogen- sehen dem Lichtbogenbereich 24 und jedem der schutzelementes 86 zwei Ringspalte gebildet werden. inneren Lichtbogenschutzelemente 90, 92 sowie der Das innere Lichtbogenschutzelement 90 ist durch die Ringspalt zwischen jedem der Lichtbogenschutz-Endplatte 10 gelagert, und zwar mittels eines Isolie- 25 elemente 90, 92 und dem äußeren Lichtbogenschutzrungsrings 94, der zwei in axial einander entgegen- element 86 gleiche Längen von L/2 aufweisen, gilt gesetzten Richtungen von den Umfangsenden des für die sich ergebende Stehspannung V:
Isolierungsrings 94 wegragende Metalldichtungselemente 96, 98 trägt. Hierbei ist das eine Metall- _yi _ _7r]i^L _ _r wyy
element 96 mit der Endplatte 10 verschweißt oder 30 ~ ^2C [/2 ~ ^c \^lL
auf andere Weise verbunden, während das andere

Metalldichtungselement 98 mit dem Lichtbogen- Dies bedeutet, daß die erzielte Stehspannung beim

schutzelement 90 verbunden ist. In gleicher Weise ist erfindungsgemäßen Vakuumschalter um mehr als

das innere Lichtbogenschutzelement 92 durch die 4O°,o vergrößert werden kann, und zwar aufgrund

Endplatte 12 gelagert, und zwar mittels eines Isolie- 35 des Umstandes, daß die beiden rinf^förmigen

rungsrings 100, der zwei in axial einander entgegen- Vakuumspalte zwischen dem Lichtbogenbereich 24

gesetzten Richtungen von den Umfangskanten des und dem äußeren Lichtbogenschutzelement 86 vor-

Isolierungsrings 100 wegragende Metalldichtungs- gesehen werden.

elemente 102, 104 trägt. Hierbei ist das eine Metall- Selbst wenn sich daher der Metalldampf des Lichtdichtungselement 102 mit der Endplatte 12 ver- 40 bogenplasmas in reiner Verteilung in Richtung auf schweißt, während das andere Metalldichtungs- eine der beiden Elektroden 16, 20 konzentriert, so element 104 mit dem Lichtbogenschutzelement 92 daß sich eine Streuung des elektrischen Potentials verbunden ist. Die Lichtbogenschutzelemente 90. 92 zwischen dem elektrischen Kontakt 18 oder 22 und weisen weiterhin jeweils axial äußere Teile 90 b, 92 b dem inneren Lichtbogenschutzelement 90 oder 92 auf. die von den axial inneren Teilen der Isolierungs- 45 ergibt, ist doch die Streuung des elektrischen Potenringe94,100 jeweils umgeben werden, wie aus Fig. 2 tials zwischen dem elektrischen Kontakt 18 oder 22 ersichtlich. und dem äußeren Lichtbogenschutzelement 86 be-Es sind weiterhin zwei ringförmige Lichtbogen- trächtlich eingeschränkt, und zwar aufgrund der Anhilfsschutzelemente 106, 108 vorgesehen, um die Wesenheit der dazwischen vorgesehenen beiden ring-Stärke des elektrischen Feldes um die Schweißverbin- 50 förmigen Vakuumspalte. Versuche haben gezeigt, daß düngen zwischen dem Metalldichtungselement 78 des das elektrische Potential am Lichtbogenschutz-Isolierungsringes 74 und der Endplatte 10 einerseits element 86 in einem Größenbereich von lediglich und zwischen dem Metalldichtungselement 82 des 75—125°/o des Potentials an der Mitte des Licht-Isolierungsrings 76 und der Endplatte 12 anderer- bogenbereichs 24 streut. Aufgrund solch eines beseits zu verringern. Hierbei ist das Lichtbogenhilfs- 55 grenzten Größenbereiches der Schwarkung des elekschutzelemem 106 konzentrisch zwischen den axial irischen Potentials zwischen dem äußeren Lichtäußeren Endteiler der Isolierungsringe 74, 94 ange- bogenschutzelement 86 and jedem der elektrischen ordnet und mit der Endplatte 10 verschweißt. In Kontakte 18, 22 können erneute Zündungen des gleicher Weise ist das andere Lichtbogenhilfsschutz- Lichtbogens nach dem Unterbrechen des Stroms verelement 108 konzentrisch zwischen den axial äußeren 60 hindert werden, selbst wenn das elektrische Potential Endteilen der Isolierungsringc 76, 100 angeordnet zwischen dem äußeren Lichtbogenschutzelement 86 und mit der Endplatte 12 verschweißt. Jedes der und jedem der inneren Lichtbogenschutzeiemente 90, Lichtbogenhilfsschutzelemente 106, 108 überlappt 92 schwankt.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen

Claims (4)

einen etwa U-förmigen Querschnitt aufweist und Patentansprüche: sich axial in den Isolierung«mantel (72) erstreckt. 5. Vakuumschalter nach eiaem der Ansprüche 2

1. Vakuumschalter mit einem Vakuumgefäß, bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß der Isolie-

das einen insbesondere zylindrischen Isolierungs- 5 lungsmantel (72) zwei Isolierungsringe (74_: 76) mantel sowie zwei metallische Endplatten auf- aufweist, die jeweils an ihren axial äußeren

weist, die mittels Dichtungselementen hermetisch Enden über Dichtungselemente (78, 82) mit der

abgedichtet an den axialen Enden des Isoüerungs- zugeordneten Endplatte (10, 12) verbunden und

mantels befestigt sind, einer stationären Elek- an ihren axial inneren Enden über zwei Dichtrode, die durch die eine Endplatte hindurch in io tungselemente (80, 84) miteinander verbunden den Isolierungsmantel hineinragt, einer beweg- sind,

liehen Elektrode, die durch die andere Endplatte

hindurch in den Isolierungsmantel hineinragt und

axial zur stationären Elektrode hin- und herbewegbar ist, wobei beide Elektroden etwa in der 15
Längsachse des Isolierungsmantels angeordnet

sind und jeweils an ihren axial inneren Enden Die Erfindung betrifft einen Vakuumschalter gemäß

Kontaktstücke tragen, um hierdurch einen Licht- dem Oberbegriff von Anspruch 1. bogenbereich zwischen den Kontaktstücken zu Vakuumschalter werden prinzipiell verwendet, um

schaffen, wenn die bewegliche Elektrode von der 20 mehrphase Mittelspannungen zu verteilen, und sie stationären Elektrode weg bewegt ist, einem weisen Vakuumgefäßeinheiten auf, die jeweils den radial äußeren Lichtbogenschutzelement, das einzelnen Phasen der zu unterbrechenden Ströme zuinnerhalb des Isolierungsmantels konzentrisch zu geordnet sind. Jeder Vakuumschalter besitzt ein diesem angeordnet ist und ein den Lichtbogen- Vakuumgefäß, das aus einem im allgemeinen zylinbereich axial überlappendes Zwischenteil auf- 25 drischen Isolierungsmantel sowie aus zwei Endplatten weist, und mit zwei radial inneren Lichtbogen- zusammengesetzt ist, die über hermetisch abdichtende schutzelementen, die innerhalb des äußeren Licht- Dichtungen mit den axialen Enden des Isolierungsbogenschutzelementes konzentrisch zu diesem an- mantels verbunden sind. Durch die Endplatten ragt geordnet sind und jeweils einen axialen Abstand in das Vakuumgefäß eine stationäre sowie eine bezu den Innenflächen der Endplatten aufweisen, 30 wegliche Elektrode, die an ihren axial inneren Enden wobei die inneren Lichtbogenschutzelemente axial elektrische Kontakte tragen. Wenn die bewegliche innere Endteile aufweisen, welche die axial Elektrode bewegt wird, so daß die an den Elektroden äußeren Endteile des äußeren Lichtbogenschutz- angeordneten Kontakte innerhalb des Vakuumgefäßes elementes in axialer Richtung des Isolierungs- im Abstand voneinander angeordnet werden, wird mantels überlappen, dadurch gekenn- 35 zwischen den Kontakten ein Lichtbogenbereich gezeichnet, daß die radial inneren Lichtbogen- bildet, in dem durch den Lichtbogen ein Plasma erschutzelemente (90, 92) an den Endplatten (10, zeugt wird, wobei gleichzeitig von der als Kathode 12) jeweils mittels eines dazwischen angeordneten dienenden Elektrode Metalldampf emittiert bzw. ab-Isolierungsrings (94, 100) gelagert sind und einen gegeben wird. Die das Lichtbogenplasma bildenden axialen Abstand voneinander aufweisen, der 40 Ionen und Teilchen werden um den Lichtbogenkleiner ist als die axiale Länge des Lichtbogen- bereich herum schnell verteilt und verschwinden, da bereichs (24), so daß sie sich axial über die Kon- das Lichtbogenplasma in der Nähe des Stromnulltaktstücke (18, 22) der beiden Elektroden (16,20) punktes geschwächt wird, so daß im Lichtbogenhinaus erstrecken, wenn sich diese in der Aus- bereich das Hochvakuum wieder hergestellt und demschaltstellung befinden. 45 gemäß der Strom unterbrochen wird. Um die beson-

2. Vakuumschalter nach Anspruch 1, dadurch deren Charakteristiken des Vakuumschalters hingekennzeichnet, daß jedes der radial inneren sichtlich der Bewahrung bzw. Wiederherstellung der Lichtbogenschutzelemente (90, 92) an seinem elektrischen Festigkeit zu verbessern und den Isolieeinen axialen Ende über ein erstes ringförmiges rungsmantel vor einer Beaufschlagung mit den Me-Verbindungsglied (96, 102) mit der Innenfläche so tallteilchen des Lichtbogenplasmas zu bewahren, ist der zugeordneten Endplatte (10, 12) verbunden der Vakuumschalter mit einer Lichtbogenschutz- und an seinem anderen axialen Ende über ein anordnung versehen, die durch Kondensation die um zweites ringförmiges Verbindungsglied (98, 104) den Lichtbogenbereich herum zwischen den voneinmit dem zugeordneten inneren Lichtbogenschutz- ander entfernten elektrischen Kontakten verteilten element (90, 92) verbunden ist. " 55 Metallteilchen auffängt.

3. Vakuumschalter nach Anspruch 2, dadurch Die Lichtbogenschutzanordnung weist ein Schutzgekennzeichnet, daß jedes innere Lichtbogen- element auf, das derart angeordnet ist, daß es den schiitzelement (90, 92) ein axial äußeres Endteil Lichtbogenbereich konzentrisch umgibt und deswegen von verringertem Durchmesser aufweist, das in zwischen sich und dem Lichtbogenbereich einen Ringradialem Abstand innerhalb des zugeordneten 60 spait bildet. Da in diesem Fall üblicherweise Iedigzweiten ringförmigen Verbindungsgliedes (98, lieh ein einziges Schutzelement im Vakuumgefäß vor-104) verläuft. gesehen ist und folglich lediglich ein einziger Ring-

4. Vakuumschalter nach einem der Ansprüche 1 spalt zwischen dem Lichtbogenbereich und dem bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß an den Innen- Schutzelement gebildet wird, zeigt sich die Tendenz, dächen der Endplatten (10, 12) jeweils ein Licht- 65 daß das elektrische Potential am Schutzelement vom bogenhilfsschutzelement (106, 108) in der Nähe elektrischen Potential in der Mitte des Lichtbogender Dichtungselemente zwischen den Endplatten bereiches abweicht und dem Potential an einer der und dem Isolierungsmantel (72) befestigt ist, das beiden Elektroden näherkommt. Da darüber hinaus