DE3027948C2 - Vakuumschalter - Google Patents

Description

Die Frfindung betrifft einen Vakuumschalter der im Oberbegriff des vorstehenden Anspruchs 1 angegebenen Art. Ein solcher Vakuumschalter ist bereits aus der DE-AS 11 85 689 bekannt und weist innerhalb eines zylindrischen V.'kuumgefäßes zwei miteinander in Berührung bringbare Kontaktstücke auf, wobei die Vakuumgefäßwand innenseitig nut einem Schirm aus nichtrostendem Stahl versehet* ist, um die Vakuumgefäßwand gegenüber den Kontaktstüuicen abzudecken.

Abschirmungen dieser bekannten Gattung werden verwendet, um zu verhindern, daß sich beim Brennen eines Lichtbogens zwischen den Kontaktstücken bildender Metalldampf auf der Gefäßinnenwandung niederschlägt, da ein solcher Metalldampfniederschlag die elektrische Isolation zwischen den zwei Kontaktstücken in der geöffneten Stellung des Vakuumschalter« beeinträchtigt.

Aus der US-PS 38 89 080 ist es ferner bekannt. Schirme der vorstehend erörterten Art zumindest auf einem Abschnitt ihrer Außenoberfläche mit einem isolierenden Überzug zu versehen. Diese isolierenden Oberzüge sollen eine Wanderung von Kathoden-Brennflecken verhindern.

Die aus der DE-AS 11 85 689 bekannten Schirme sind insofern nachteilig, als sie eine Austrittsarbeit für Sekundärelektronen aufweisen, die groß genug ist. um mit der Zeit die anzustrebende gute elektrische Isolierung zwischen den Kontaktstücken bei geöffnetem Vakuumschalter herabzusetzen. So ist bei rostfreiem Stahl der Emissionkoeffizient Λ für ein sekundäres Elektron, worunter der Quotient aus der Anzahl von emittierten Sekundärelektronen und der Anzahl von (aus den Kontaktstücken) emittierten Primärelektronen verstanden sein soll, größer als I. was zur Folge hat. daß eine Anzahl von Sekundärelektronen aus der Abschirmung freigesetzt wird, deren Zahl größer ist als die Zahl der Primärelektronen, die ausgehend von den Kontaktstücken auf der Abschirmung auftreffen. Das führt bei dem bekannten Vakuumschalter dazu, daß der Isolationswiderstand herabgesetzt und so mit ein Spannungsdurchbruch zwischen den beiden Kontaktstücken

begünstigt wird.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, einen Vakuumschalter der im Oberbegriff des Anspruchs I angegebenen Gattung so zu verbessern, daß einer Herabsetzung des Isolationswiderstandes weitgehend vorgebeugt ist.

Diese Aufgabe wird bei einem Vakuumschalter der im Oberbegriff des Anspruchs I angegebenen Gattung durch die im kennzeichnenden Teil des Anspruchs 1 aufgeführten Merkmale gelöst

Der mit Hilfe der Erfindung erzielbare technische Fortschritt ist in erster Linie darin zu sehen, daß durch die Schirme nach der Erfindung die Anzahl der Sekundärelektronen praktisch gleich ist der Anzahl auftreffenden Primärelektronen, so daß sich praktisch .;eine Herabsetzung des Isolationswiderstandes im Raum zwischen den Kontaktstücken ergibt.

Nach einer vorteilhaften Ausführungsfonn der Erfindung ist vorgesehen, daß auf den dem Inneren des Vakuumgefäßes zugewandten Oberflächen der tndplatten eine Chromoxidbeschichtung ausgebildet ist. Ferner ha: ss sich als vorteilhaft herausgestellt, daß die Chromoxidbeschichtung eine Dicke von 3 bis 20 nm aufweist.

Die Erfindung wird im folgenden anhand von Ausführungsbetspielen und unter Bezug auf die Zeichnung näher beschrieben. In dieser zeigt

F i g. I einen Längsschnitt durch eine erste Ausführungsform der Erfindung.

F i g. 2 ein graphisches Schaubild, welches die Beziehung zwischen dem Abstand der Elektroden voneinander und der Überschlagsspannung bei Anwesenheit und beim Fehlen eines Chromoxidfilms auf einer Oberfläche einer innerhalb eines Gefäßes angeordneten Abschirmung aus nichtrostendem Stahl darstellt, und

F i g. 3 und 4 Längsschnitte durch eine zweite bzw. eine dritte Ausführungsform der Erfindung.

In diesen Zeichnungen sind gleiche Bauteile mit gleichen Bezugszeichen bezeichnet.

Wie in F i g. I dargestellt, sind zwe, isolierende Hüllen 1 und 2 miteinander mit Hilfe von Verbindungsringen 3 und 4 sowie einer Metallhalteiung 5 miteinander verbunden.

An diesen isolierenden Hüllen 1 und 2 sind Endplatten 6 bzw. 7 mit Hilfe von Verbindungsringen 8 bzw. 9 hermetisch verbunden. Die genannten Bauteile bilden zusammen ein Vakuumgefäß. Die Bezugsziffer 10 bezeichnet einen ortfesten Anschlußstab, der die Endplatte 6 durchsetzt. Die Bezugsziffer U bezeichnet einen beweglichen Anschlußstab, der die Endplatte 7 durchsetzt und innerhalb eines Balges 12 angeordnet ist. Die Bezugsziffern 13 und 14 bezeichnen ortsfeste bzw. bewegliche Elektroden, die an den freien Enden der Anschlußstäbe 10 bzw. 11 einander gegenüberliegend angeordnet sind. Die Bezugsziffer 15 bezeichnet eine Hauptabschirmung, die an der Metallhalterung 5 befestigt ist. Die Bezugsziffern 16 und 17 bezeichnen äußere Abschirmungen, die an den Endplatten 6 bzw. 7 befestigt sind. Die Bezugsziffern 18 und 19 bezeichnen Axialabschirmungen bzw. Balg-Abschirmungen, die an den Anschlußstäben 10 bzw. 11 befestigt sind. Alle Abschirmungen 15 bis 19 dienen zum Verhindern einer Verminderung des Isolationswiderstandes als Folge der Tatsache, daß im Entladungsbogen enthaltene Teilchen an die isolierenden Umhüllungen 1 und 2 gelangen oder miteinander unter Bildung von Sekundärelektronen kollidieren. Um die Ausbildung von Wirbelströmen zu verhindern, bestehen alle Abschirmungen aus nichtro-

stendem Stahl.

Ein aus Chromoxid (CrjOj) bestehender Film 20 mit einer Dicke von 3 bis 20 nm ist auf den Oberflächen aller Abschirmungen, der Endplatten 6 und 7 und der im Inneren des Vakuumgefäßes angeordneten Oberflächen der Metallhalterung 5 ausgebildet. Diese Chromoxidbcschichtung kann durch eine (onen-Verdampfung bzw. eine Aufdampfung unter Vakuum aufgebracht werden.

Im vorstehend erörterten Vakuum-Unterbrecher beträgt der Maximalwert des Emissionskoeffiziemen für ein Sekundärelektron aus dem Film 20 nahezu 1, was sich wie folgt ausdrucken läßt:

Das hat zur Folge, daß zum Zeitpunkt der Unterbrechung, selbst dann, wenn ein Primärelektron auf die Oberflächen der Abschirmungen 15 bis 19. der Endplatten 6 und 7 oder der metallischen Halterung 5 auftrifft, icdiglich die gleiche Anzahl von Sekundärelek tronen emittiert wird.

Folglich findet keine Vervielfachung der emittierten Elektronen statt, was zu einer Erhöhung der Isolationsspannungsfestigkeit innerhalb des Vakuursefäßos sowie der Unterbrecherfähigkeit führt.

Das in Fig. 2 dargestellte Schaubild erläuiert die Beziehungen zwischen dem Abstand der Elektroden voneinander und der Überschlagsspannung, wobei das Bezugszeichen X diejenige Kurve bezeichnet, die bei ausgebildeter Chromoxidbeschichtung erhalten wurde, während das Bezugszeichen Y diejenige Kurve bezeichnet, die ohne Ausbildung einer derartigen Beschichtung auf den Abschirmungen 15 bis 19 erhalten wurde.

Aus F ig. 2 geht deutlich hervor, daß die Spannungsfestigkeit bei einer Chromoxidbeschichtung des Schirmes 1.3 mal so groß ist wie bei Fehlen der CrjO j-Beschichtung.

F i g. 3 zeigt die zweite Ausführungsform der Erfindung. Bauteile, welche mit der ersten Ausführungsform übereinstimmen, tragen die gleichen Bezugs/ei- ' chen und werden nicht erneut beschrieben.

Die Bezugsziffer 21 bezeichnet eine an der Metallhalterung 5 befestigte Hauptabschirmung. Die Bezugsziffern 22 und 23 bezeichnen äußere Abschirmungen, die an den Endplatten 6 bzw. 7 befestigt sind. Die Bezugsziffern 24 und 25 bezeichnen jeweils eine eine Abschirmung haltende isolierende H ille. die an den Endplatten 6 bzw. 7 mit Hilfe von Befestigungsringen 26 bzw. 27 befestigt ist. Die Bezugsziffern 28 und 29 bezeichnen innere, an den Abschirmungen tragenden ' Isolationshüllen 24 bzw. 25 mit Hilfe von Verbindungsringen 30 bzw. 31 befestigte interne Abschirmungen.

Jede Abschirmung 21 bis 23 sowiu 28 und 29 besieht aus nichtrostendem Stahl. Der CYiO₁-FiIm 20 ist auf den Oberflächen dieser Bauteile ausgebildet und besitzt eine Dicke von mehr als 3 nm.

5 Bei dieser Ausführungsfurm wird die Isolations-Spaiinungsfestigkeit dadurch gesteigert, daß ein Vakuumspalt bei jeder Abschirmung 18,19,21 bis 23, 28 und 29 geteilt wird. Auf diese Weise wird ein Cr₃O₁-FiIm auf der Oberfläche einer jeden Abschirmung ausgebildet. ¹⁽¹ Das hat zur Folge, daß die Emission von Sekundärelektronen aus jeder Abschirmung vermindert ist, woraus sich eine gesteigerte Isolations-Spannungsfestigkeit ergibt.

Fig. 4 zeigt eine dritte Ausführungsform der

¹^ Erfindung. Gleiche oder vergleichbare Bauteile dieser und der bereits beschriebenen Ausführungsformen sind mit übereinstimmenden ßezugszcichen versehen und werden nicht erneut beschrieben.

Die Bezugsziffern la. \b, 2a und 2b bezeichnen eine ■° isolierende Hülle. Die Bezugsziffern 32 bis 35 bezeichnen Verbinüungsringe, welche zwisch«n den isolierenden Hüllen vorgesehen sind. Die Be/.s.«jsziffern 36 und 37 bezeichnen Metallhalterungen aus nichtrostendem Stahl, welche zwischen den Verbindungsringen vorgese- ' hen sind. Die Bezugsziffer 38 bezeichnet eine .-rste Hauptabschirmung, die mit der Metallhalterung 5 verbunden ist. Die Bezugsziffern 39 und 49 bezeichnen zweite Hauptabschirmungen, die mit den MetaMhalte rungen 36 bzw. 37 verbunden sind. Jede Abschirmung 38 ' bis 40 besteht aus nichtrostendem Stahl. Die CrjOj-Schicht 20 besitzt eine Dicke von 3 nm und ist wie vorstehend beschrieben erzeugt worden.

Bei dieser Ausführungsform werden die gleichen Effekte erzieh wie bei der zuletzt erwähnten vorange-' henden Ausführungsform.

Als Folge der Chromoxidschicht nimmt die Anzahl an Emissionen sekundärer Elektronen während des Unterbrechungsvorganges ab. Dieses wiederum hat zur Folge, daß elektrische Zusammenbrüche (Funkenüberschläge) zwischen den Abschirmungen, zwischen einer Abschirmung und einer Elektrode oder zwischen einer Abschirmung und einem elektrischen Kontakt praktisch ausgeschlossen sind.

Somit ist das Unterbrechervermögen mit der Wirkung gesteigert, daß ein kleindimensionieiter und kostengünstiger Vakuumschalter geschehen werden konnte. Um dieses zu erreichen, ist es hinreichend, eine CrjOi-Schicht auf der Oberfläche der Abschirmung auszubilden. Es ist nicht erforderlich die Gestalt der Abschirmung /u ändern, was die Herstellung einer beschichteten Abschirmung erleichtert

Hierzu 4 Blatt Zeichnungen

Claims (3)

Patentansprüche:

1. Vakuumschalter mit zwei innerhalb eines zylindrischen Vakuumgefäßes angeordneten in Anlage miteinander bringbaren elektrischen Kontaktstücken und mit einem innerhalb des durch Endplatten beidseitig abgeschlossenen Vakuumgefäßes angeordneten, die Vakuumgefäßwand gegenüber den Kontakten abdeckenden, koaxial zu diesen angeordneten Schirm aus nichtrostendem Stahl, dadurch gekennzeichnet, daß die Gesamtheit der den Kontaktstücken (13, 14) zugewandten Schirmoberfläche (15 bis 19, 21 bis 23, 28 bis 29) mit einer Chromoxidbeschichtung (20) versehen isL

2. Vakuumschalter nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß auf den dem Inneren des Vakuumgefäßes zugewandten Oberfläche der Endplatten (6, 7) eine Chromoxidbeschichtung (20) ausgebildet ist.

3. Vakuuu .unterbrecher nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Chromoxidbeschichtung (20) eine Dicke von 3 bis 20 nm aufw eist.