DE3144029C2

DE3144029C2 -

Info

Publication number: DE3144029C2
Application number: DE19813144029
Authority: DE
Inventors: Hans Ing.(Grad.) Bettge; Gerhard Dipl.-Ing. Dr. 1000 Berlin De Peche
Original assignee: Siemens AG
Current assignee: Siemens AG
Priority date: 1981-11-05
Filing date: 1981-11-05
Publication date: 1992-08-20
Also published as: DE3144029A1

Description

Die Erfindung betrifft eine Vakuumschaltröhre zur Unter brechung hoher Gleichströme, insbesondere für Bäder-Kurz schließer, in der zwei Elektroden miteinander fluchtend ange ordnet sind, in der Anschlußplatten mit einer Anschlußfläche versehen sind, welche deutlich größer ist, als der Querschnitt der Elektroden und in der die Vakuumkammer im wesentlichen durch die Kontaktflächen und zwei in der Bewegungsrichtung der Kontakte verformbare gewellte Federringe gleicher Höhe und zumindest einen zwischen diesen liegenden isolierenden Ring begrenzt ist, wobei ferner zwischen den beiden Elektroden eine elektrisch leitende Scheibe angeordnet ist, welche die Elektroden allseitig überragt.The invention relates to a vacuum interrupter for the sub refraction of high direct currents, especially for short baths normally open, in which two electrodes are aligned arranges in the connection plates with a connection surface are provided, which is significantly larger than the cross section of the electrodes and in which the vacuum chamber essentially through the contact surfaces and two in the direction of movement the contacts deformable corrugated spring washers of the same height and at least one isolating between them Ring is limited, furthermore between the two electrodes an electrically conductive disc is arranged, which the Electrodes protrude on all sides.

Eine Vakuumschaltröhre dieser Art ist durch die DE-A-29 36 537 bekannt geworden. Durch die elektrisch leitende Scheibe werden innerhalb der Vakuumschaltröhre zwei elektrisch in Reihe liegende Schaltstrecken gebildet, wodurch die Vakuumschalt röhre einen Strom auch dann unterbrechen kann, wenn die Spannung über dem Schalter oberhalb derjenigen Spannung liegt, die normalerweise ausreichen würde, um den Lichtbogen in einem Vakuum zwischen einem einzelnen Paar von Kontakten aufrecht zuerhalten.A vacuum interrupter of this type is known from DE-A-29 36 537 known. Through the electrically conductive disc two electrically in series within the vacuum interrupter horizontal switching distances formed, whereby the vacuum switching tube can interrupt a current even if the Voltage across the switch is above that voltage, which would normally be enough to keep the arc in one Vacuum is maintained between a single pair of contacts to obtain.

Während die elektrisch leitende Scheibe im Einschaltzustand der Vakuumschaltröhre mit den beiden Elektroden in Berührung steht und somit die in der Scheibe entstehende Wärmemenge über die Elektroden abgeführt werden kann, muß beim Abschaltvorgang die entstehende Wärme von der Scheibe selbst aufgenommen werden.While the electrically conductive disc is in the on state of the Vacuum interrupter is in contact with the two electrodes and thus the amount of heat generated in the disc over the Electrodes can be dissipated, the heat generated can be absorbed by the pane itself.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, die Bemessung der Scheibe dadurch zu erleichtern, daß die beim Abschaltvorgang entstehen de Wärmemenge möglicht gering gehalten wird. The invention has for its object the dimensioning of the disc to facilitate that arise during the shutdown process de heat quantity is kept as low as possible.

Gemäß der Erfindung wird diese Aufgabe dadurch gelöst, daß die elektrisch leitende Scheibe über zusätzliche Druckfedern mit den Anschlußplatten verbunden ist und daß die zusätzlichen Druckfedern auf den beiden Seiten der Scheibe abgestützt sind und die Elektroden umschließen, daß die zusätzlichen Druck federn aus gummielastischem Material bestehen und daß die beiden gewellten Federringe entlang ihrem Umfang unterschied liche Federkraft aufweisen.According to the invention, this object is achieved in that the electrically conductive disc with additional pressure springs the connection plates is connected and that the additional Pressure springs are supported on both sides of the disc and enclose the electrodes that the additional pressure springs are made of rubber-elastic material and that the two corrugated spring washers differed along their circumference have spring force.

Durch die entlang dem Umfang unterschiedliche Federkraft der Federringe wird erreicht, daß geringfügige Verschweißungen der Kontaktflächen beim Ab schalten zunächst an einer Stelle getrennt werden und daß sich die Trennung durch Keilwirkung sehr schnell über die gesamte Kontaktfläche ausbreitet.By running along the perimeter different spring force of the spring washers is achieved that slight welding of the contact surfaces when Ab switch first be separated at one point and that itself the separation by wedge action very quickly over the entire Spreads out contact area.

Durch die DE-A-28 07 810 ist es bekannt, bei einem Vakuum schalter einen nachgiebigen Isolierring zwischen Anschluß platten anzuordnen. Hierdurch soll eine Rückstellkraft auf gebracht werden, welche die Arbeitskontakte beim Fehlen einer Schließkraft in Offenstellung hält. Durch korrosive Einflüsse am Einsatzort des Vakuumschalters soll die Rückstellkraft nicht beeinträchtigt werden. Demgegenüber geht die Erfindung von der Verwendung einer zwischen den Elektroden angeordneten elektrisch leitenden Scheibe aus, wobei die beiden Federringe aus gummielastischem Material die gleichzeitige Öffnung der Schaltstrecken zu beiden Seiten der leitenden Scheibe begünstigen.From DE-A-28 07 810 it is known in a vacuum switch a flexible insulating ring between the connection to arrange plates. This is intended to provide a restoring force brought, which the work contacts in the absence of a Closing force holds in the open position. Through corrosive influences The resetting force should be at the place of use of the vacuum switch not be affected. In contrast, the invention from the use of one arranged between the electrodes electrically conductive disc, the two spring washers the simultaneous opening of the rubber elastic material Switching distances on both sides of the conductive disc favor.

Die unterschiedliche Federkraft und gleichmäßiges Abheben der Kontakte wird einfach erreicht, indem die Federringe entlang ihrem Umfang eine unterschiedliche Wandstärke aufweisen und indem die Bereichw gleicher Wandstärke der beiden Federringe in axialer Richtung zueinander fluchtend angeordnet sind.The different spring force and even lifting of the Contacts is easily achieved by moving the spring washers along their circumference has a different wall thickness and by the areaw of the same wall thickness of the two spring washers in are aligned in the axial direction.

Die elektrisch leitende Scheibe soll möglichst dünn ausge führt sein, um einen möglichst kleinen Übergangswiderstand zu den beiden Elektroden zu gewährleisten. Eine ausreichende Wärmekapazität und ein geringer elektrischer Widerstand des Schalters ist gewährleistet, wenn die elektrisch leitende Scheibe zwischen 3 mm und 6 mm stark ist. Die bei 3 mm Wand stärke vorhandene Wärmekapazität verhindert bereits eine un zulässige Erwärmung der Scheibe, die einen Löschversager beim Ausschaltvorgang zur Folge haben könnte.The electrically conductive disc should be made as thin as possible leads to the smallest possible contact resistance to ensure the two electrodes. Adequate Heat capacity and a low electrical resistance of the Switch is guaranteed when the electrically conductive Disc is between 3 mm and 6 mm thick. The at 3 mm wall existing heat capacity already prevents un permissible heating of the pane, which causes an extinguishing failure Switch-off process could result.

Eine Schaltröhre der beschriebenen Art läßt sich beispiels weise in einem Vakuumgefäß vakuumdicht verschließen. Für größere Einheiten ist es jedoch vorteilhaft, wenn die Vakuum röhre außerhalb eines Vakuumgefäßes zusammengebaut werden kann. In diesem Fall wird üblicherweise ein Pumpstengel vor gesehen, durch den die Vakuumkammer des Vakuumschalters nach träglich ausgepumpt werden kann. Eine derartige Ausführungs form weist vorteilhaft die Merkmale auf, daß die elektrisch leitende Scheibe im außerhalb der Elektroden liegenden Be reich Durchbrüche aufweist. Durch diese Durchbrüche kann die Luft abgepumpt werden. Gemäß unserer Erkenntnis ergibt sich jedoch keine Beeinträchtigung des Schaltvorganges beim Be trieb, es treten keine Entladungen durch diese Durchbrüche hindurch auf, die Spannungsfestigkeit bleibt gewährleistet.A switching tube of the type described can for example Seal wisely in a vacuum container. For Larger units, however, it is advantageous if the vacuum tubes are assembled outside of a vacuum vessel can. In this case, a pump stem is usually used seen through which the vacuum chamber of the vacuum switch can be pumped out sluggishly. Such an execution Form advantageously has the features that the electrical conductive disc in the Be located outside the electrodes has rich breakthroughs. Through these breakthroughs Air to be pumped out. According to our knowledge however no impairment of the switching process when loading driven, there are no discharges through these breakthroughs through, the dielectric strength remains guaranteed.

Eine besondere kompakte Ausführungsform mit geringem Außen durchmesser ist gegeben, indem mit der elektrisch leitenden Scheibe zwei isolierende Ringe mechanisch fest und vakuum dicht verbunden sind, indem die isolierenden Ringe über ringförmige gewellte Membranen mit den Elektroden vakuum dicht verbunden sind und indem innerhalb dieser Ringe auf beiden Seiten der elektrisch leitenden Scheibe Abschirmringe angeordnet sind, welche eine geringere Höhe aufweisen, als die isolierenden Ringe.A particularly compact embodiment with a small exterior diameter is given by using the electrically conductive Washer two insulating rings mechanically tight and vacuum are tightly connected by the insulating rings over annular corrugated membranes with the electrodes vacuum are tightly connected and put on within these rings shielding rings on both sides of the electrically conductive washer are arranged, which have a lower height than the insulating rings.

Ein gleichzeitiges Abheben der beiden Kontakte von der elek trisch leitfähigen Scheibe ist gewährleistet, indem die Feder kraft der Druckfedern so auf die Masse der bei der vorgesehen en Ausschaltbewegung zu bewegenden Teile abgestimmt ist, daß beide Kontakte gleichzeitig von der elektrisch leitenden Schicht abheben. Diese kann für den Fall der Bewegung nur eines Kontaktes bedeuten, daß die beiden Druckfedern mit unterschiedlicher Federkraft ausgebildet sind, da die zu bewegenden Massen in diesem Fall unterschiedlich sind. Be sonders vorteilhaft und insbesondere für universellen Ein satz geeignet ist eine Ausführungsform, in der die Masse der elektrisch leitenden Schicht und der mit dieser verbundenen, nicht federnden bzw. nicht gummielastische Teile gegenüber der Gesamtmasse der Vakuumschaltröhre klein und indem die Vakuumschaltröhre zumindest in bezug auf die Massenverteilung zur elektrisch leitenden Schicht symmetrisch gebaut ist. Bei dieser Ausführungsform spielt die träge Masse der elektrisch leitenden Schicht keine nennenswerte Rolle mehr, ein gleich zeitiges Abheben der Kontakte ist sowohl bei Bewegung nur eines Kontaktes als auch bei gleichzeitiger Bewegung beider Kontakte gewährleistet.A simultaneous lifting of the two contacts from the elek tric conductive disc is ensured by the spring force of the compression springs so on the mass provided at the en switch-off movement is coordinated with moving parts that both contacts simultaneously from the electrically conductive Lift off the layer. This can only be done in the event of movement of a contact mean that the two compression springs with different spring force are formed because the moving masses are different in this case. Be particularly advantageous and in particular for universal use An embodiment is suitable in which the mass of the electrically conductive layer and the associated layer non-resilient or non-elastic parts the total mass of the vacuum interrupter small and by the Vacuum interrupter at least in relation to the mass distribution is built symmetrically to the electrically conductive layer. At this embodiment plays the inertial mass of the electric conductive layer no longer a significant role, an equal timely lifting of the contacts is only with movement only of contact as well as simultaneous movement of both Contacts guaranteed.

Die Erfindung wird nun anhand einer Figur näher erläutert. Sie ist nicht nur auf das in der Figur gezeigte Beispiel beschränkt. Die Figur zeigt eine erfindungsgemäße Vakuum schaltröhre in teilweise geschnittener und gebrochener Ansicht.The invention will now be explained in more detail with reference to a figure. It is not only based on the example shown in the figure limited. The figure shows a vacuum according to the invention Switch tube in a partially cut and broken view.

Zwei Elektroden 1 und 2 sind zueinander koaxial angeordnet und liegen im eingeschalteten Zustand mit ihren Kontakt flächen 5 und 6 an beiden Seiten einer elektrisch leitenden Scheibe 7 an. Mit der elektrisch leitenden Scheibe sind Ab schirmringe 9, 10 einstückig und isolierende Ringe 11 und 12 über einen Zwischenring 8 mechanisch fest verbunden. Die iso lierenden Ringe 11 und 12 bestehen vorzugsweise aus Keramik oder Glas. Der Zwischenring 8 besteht aus einem Metall, welches eine vakuumdichte Verbindung mit den beiden isolierenden Ringen 11 und 12 gewährleistet und mit der elektrisch leitfähigen Scheibe 7 hartverlötet oder verschweißt werden kann. Mit den isolierenden Ringen 11 und 12 sind ringförmige ge wellte Membranen vakuumdicht verbunden, welche ebenfalls vakuumdicht mit den Elektroden 1 und 2 verbunden sind und somit das vakuumdichte Gehäuse vervollständigen.Two electrodes 1 and 2 are arranged coaxially to one another and are in the switched-on state with their contact surfaces 5 and 6 on both sides of an electrically conductive disc 7 . With the electrically conductive disc shield rings 9 , 10 in one piece and insulating rings 11 and 12 are mechanically firmly connected via an intermediate ring 8 . The insulating rings 11 and 12 are preferably made of ceramic or glass. The intermediate ring 8 consists of a metal, which ensures a vacuum-tight connection with the two insulating rings 11 and 12 and can be brazed or welded to the electrically conductive disk 7 . With the insulating rings 11 and 12 annular ge corrugated membranes are connected vacuum-tight, which are also vacuum-tight connected to the electrodes 1 and 2 and thus complete the vacuum-tight housing.

Jede der Elektroden 1 und 2 ist in eine ringförmige An schlußplatte 3 bzw. 4 eingesetzt, vorzugsweise eingepreßt, welche zusammen mit der von außen zugängigen Seite jeder Elektrode eine Anschlußfläche bildet, die eine wesentlich größere Fläche aufweist, als die Kontaktflächen 5 und 6. Dadurch können äußere Anschlüsse mit einer relativ gerin gen spezifischen Strombelastung der Kontaktflächen ange bracht werden.Each of the electrodes 1 and 2 is inserted into an annular circuit board 3 or 4 , preferably pressed in, which together with the externally accessible side of each electrode forms a connection surface which has a substantially larger area than the contact surfaces 5 and 6 . As a result, external connections can be introduced with a relatively low specific current load on the contact surfaces.

Die ringförmigen Anschlußplatten 3 und 4 sind durch Feder ringe 15 und 16 aus gummielastischem Material gegen die isolierenden Ringe 11 und 12 und damit auch gegen die elektrisch leitende Scheibe 7 abgestützt. Die Federringe 13 und 14 weisen gleiche Höhe auf und besitzen eine ent lang ihrem Umfang unterschiedliche Wandstärke, wobei die Bereiche gleicher Wandstärke in beiden Federringen in axialer Richtung zueinander fluchtend angeordnet sind. Dadurch entsteht auf einer Seite des Schalters ein erhöh ter Federdruck, die beim Einschalten entstehenden gering fügigen Verschweißungen werden in den Umfangbereichen großer Wandstärke der Federringe relativ leicht auseinan dergezogen, die so entstehende Keilwirkung gewährleistet ein schnelles Abtrennen der gesamten Kontaktfläche 5 und 6 der Elektroden 1 und 2 von der elektrisch leitenden Scheibe 7.The annular connection plates 3 and 4 are supported by spring rings 15 and 16 made of rubber-elastic material against the insulating rings 11 and 12 and thus also against the electrically conductive disc 7 . The spring washers 13 and 14 have the same height and have a different wall thickness along their circumference, the regions of the same wall thickness being arranged in axial alignment with one another in both spring rings. This creates on one side of the switch an increased ter spring pressure, the slight welding that occurs when switching on is relatively easily pulled apart in the circumferential areas of large wall thickness of the spring washers, the wedge effect thus created ensures a quick separation of the entire contact surface 5 and 6 of the electrodes 1 and 2 from the electrically conductive disk 7 .

Die elektrisch leitende Scheibe 7 weist eine Stärke zwi schen 3 mm und 6 mm auf. Sie verbindet daher einen geringen elektrischen Widerstand mit einer ausreichenden Wärmeka pazität zur Aufnahme der beim Ausschalten entstehenden Wärme. Im eingeschalteten Zustand ist ein Abfluß der ge speicherten Wärme über die Elektroden 1 und 2 möglich. The electrically conductive disc 7 has a thickness between 3 mm and 6 mm. It therefore combines a low electrical resistance with sufficient Wärmeka capacity to absorb the heat generated when switching off. In the switched-on state, an outflow of the stored heat via the electrodes 1 and 2 is possible.

Die Abschirmringe 9 und 10, die mit der elektrisch leiten den Scheibe einstückig verbunden sind, verhindern den Niederschlag von abgedampftem Metall auf den isolierenden Ringen 11 und 12 und somit eine Verschlechterung der Iso lation im Laufe des Gebrauchs.The shielding rings 9 and 10 , which are integrally connected to the electrically conductive disc, prevent the deposition of evaporated metal on the insulating rings 11 and 12 and thus deterioration of the insulation in the course of use.

Die Elektroden 1 und 2 und die elektrisch leitende Schei be 7 bestehen im wesentlichen aus Kupfer. Lediglich die Kontaktflächen 5 und 6 sind mit 0,5% bis 2% Wismut oder Tellur legiert. Dadurch werden Kontaktverschweißungen beim Einschalten hoher Ströme weitgehend vermieden. Gleichzeitig ergibt sich ein Potentialanstieg für den Kathodenfall von der Größenordnung von 20 V. Dadurch be dingt ergibt der gesamte Aufbau eine Spannungsfestigkeit von über 50 V.The electrodes 1 and 2 and the electrically conductive Schei be 7 consist essentially of copper. Only the contact surfaces 5 and 6 are alloyed with 0.5% to 2% bismuth or tellurium. This largely avoids contact welding when switching on high currents. At the same time, there is an increase in potential for the cathode case of the order of 20 V. As a result, the entire structure results in a dielectric strength of over 50 V.

Die elektrisch leitfähige Scheibe 7 kann ebenfalls mit Wismut oder Tellur dotiert sein. Bei den dünnen Wandstär ken, die erfindungsgemäß bevorzugt werden, ist dies je doch nicht nötig; die Dotierung der Kontaktflächen der Schaltkontakte reicht für ein einwandfreies Schaltverhal ten aus.The electrically conductive disk 7 can also be doped with bismuth or tellurium. With the thin wall thicknesses, which are preferred according to the invention, this is not necessary; the doping of the contact surfaces of the switch contacts is sufficient for proper switching behavior.

Claims

1. Vacuum interrupter for interrupting high direct currents, in particular for pool short-circuiters, in which two electrodes ( 1 , 2 ) are arranged in alignment with one another, in the connection plates ( 3 , 4 ) are provided with a connection surface which is significantly larger than the cross section of the Electrodes ( 1 , 2 ) and in which the vacuum chamber through the contact surfaces ( 5 , 6 ) and two deformable corrugated spring washers ( 13 , 14 ) deformable in the direction of movement of the contacts and at least one insulating ring ( 11 , 12 ) is limited, furthermore between the two electrodes ( 1 , 2 ) an electrically conductive disc ( 7 ) is arranged, which projects beyond the electrodes ( 1 , 2 ) on all sides, characterized in that the electrically conductive disc ( 7 ) has additional Compression springs ( 15 , 16 ) with the connecting plates ( 3 , 4 ) is connected and that the additional compression springs ( 15 , 16 ) on both sides of the disc ( 7 ) are supported and enclose the electrodes ( 1 , 2 ) that the additional compression springs ( 15 , 16 ) consist of rubber-elastic material and that the two corrugated spring washers ( 13 , 14 ) have different spring forces along their circumference.

2. Vacuum interrupter according to claim 1, characterized in that the corrugated spring washers ( 13 , 14 ) have a different wall thickness along their circumference and that the regions of the same wall thickness of the two spring washers ( 13 , 14 ) are arranged in axial alignment with one another.

3. Vacuum interrupter according to claim 1 or 2, characterized in that the electrically conductive disc ( 7 ) is between 3 mm and 6 mm thick.

4. Vacuum interrupter according to one of claims 1 to 3, characterized in that the tube has a pump stem ( 17 ) and that the electrically conductive disc ( 7 ) in the area outside the electrodes has openings ( 18 ).

5. Vacuum interrupter according to claim 1, characterized in that with the electrically conducting the disc ( 7 ) two insulating rings are mechanically firmly and vacuum-tightly connected, that the insulating rings ( 11 , 12 ) via the annular corrugated membrane-like spring washers ( 13 , 14 ) with the electrodes ( 1 , 2 ) are connected vacuum-tight and that shield rings ( 9 , 10 ) are arranged within these rings ( 11 , 12 ) on both sides of the electrically conductive disc, which have a lower height than the insulating rings ( 11 , 12 ).

6. Vacuum interrupter according to claim 1, characterized in that the spring force of the corrugated spring washers ( 13 , 14 ) and the additional compression springs ( 15 , 16 ) is matched to the mass of the parts to be moved in the intended opening movement that both contacts simultaneously Lift off the electrically conductive disc ( 7 ).

7. Vacuum interrupter according to claim 6, characterized in that the mass of the electrically conductive disc ( 7 ) and the associated non-resilient or non-elastic parts (rings 11, 12 ) compared to the total mass of the vacuum interrupter is small and that the vacuum interrupter at least is constructed symmetrically with respect to the mass distribution to the electrically conductive disc ( 7 ).