DE4412991A1 - Abschirmung für eine Vakuumschaltkammer - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft eine Abschirmung für eine Vakuumschalt­ kammer gemäß dem Oberbegriff des Anspruches 1.

Vakuumschaltkammern besitzen in der Regel einen oder mehrere Hohlkörper aus Keramik; das bewegliche und das feste Kontakt­ stück sind an Kontaktstengeln im Inneren der Hohlkörper ange­ bracht, von denen der bewegliche Kontaktstengel mittels eines Faltenbalges axial beweglich am Hohlkörper angebracht und ge­ führt ist.

Bei der Kontakttrennung zündet (beispielsweise unter Kurzschluß­ bedingungen) ein Lichtbogen, der zwischen den Kontakten Metall­ dampf erzeugt. Damit sich dieser Metalldampf nicht auf der In­ nenfläche der Hohlkörper aus Keramik niederschlägt, werden zy­ lindrische Schirme innerhalb des oder der Hohlkörper vorgesehen, die aus einem metallischen Werkstoff bestehen und die Kontakt­ stücke konzentrisch axial vorspringend umgeben. Der Schirm ist im Normalfall gegenüber dem Plasma kühl und aus diesem Grund kondensieren die Metalldämpfe auf diesem zylindrischen Schirm. Auf diese Weise wird die Bedampfung der Innenfläche der Hohlkör­ per aus Keramik reduziert; die elektrische Isolation wird beibe­ halten und darüberhinaus auch die Hochspannungsfestigkeit.

Wenn ein solcher, die Kontaktstücke konzentrisch umgebender Schirm, z. B. aus V2A-Stahl oder Cu hergestellt ist, dann ist die den Kontaktstücken zugewandte Oberfläche blank, wodurch die Wärmestrahlung des Lichtbogens in den Bogen reflektiert wird und so einen Beitrag zum Bogenerhalt leistet. Durch den aufgedampf­ ten Metallfilm wird diese Spiegeleigenschaft noch weiter ver­ stärkt.

Aufgabe der Erfindung ist es, einen Schirm zu schaffen, bei dem die Wärmerückstrahlung reduziert ist.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß gelöst durch die kennzeich­ nenden Merkmale des Anspruches 1.

Erfindungsgemäß also wird der Schirm aus metallischem Sinterma­ terial hergestellt, bei dem die Raumerfüllung im Bereich zwi­ schen 50% bis 95% liegt. Kupfer ist insoweit ein günstiges Ma­ terial, als es eine hohe Wärmekapazität und eine hohe Wärmeleit­ fähigkeit aufweist.

Aufgrund der porösen Oberfläche bildet der Metalldampf keinen dichten Film und auch keine spiegelnde Oberfläche, so daß die Wärmerückstrahlung im Vergleich zu einem nicht aus Sintermate­ rial hergestellten Schirm stark reduziert ist. Die Wärmekapazi­ tät des Sintermetalls ist gut nutzbar, weil in der kurzen Bogen­ phase die Wärmestrahlung in den zu den Kontaktstücken geöffneten Hohlräumen des Sinterkörpers absorbiert wird und der Metalldampf bis in die Tiefe kondensiert. Dadurch gelingt es, die Plasmabo­ genbrennzeit beim Trennen der Kontakte noch weiter zu reduzieren und zusätzlich die Bedampfungsmöglichkeit der Keramikoberfläche durch die Porosität des Sinterwerkstoffes zu senken. Die Redu­ zierung des Metalldampfes innerhalb der Vakuumschaltkammer er­ folgt durch die Kondensation des Dampfes auch innerhalb des Sinterwerkstoffes.

Zwar besteht die Möglichkeit, daß im Bogenbereich der Sinterkör­ per angeschmolzen wird, was abhängig ist vom Abstand des Schirms zu den Kontaktstücken. In diesem axial doch recht kleinen Be­ reich können die Poren geschlossen werden, so daß auch ein glat­ ter Bereich entstehen kann. Da im übrigen axialen Bereich, also im überwiegenden axialen Bereich des Schirms keine glatte Spie­ gelschicht gebildet wird, ist die Strahlungsabsorption insgesamt im wesentlichen eine Hohlraumabsorption; der Metalldampf wird im porösen Sinterkörper, kaum durch den Spiegelbereich beeinflußt, niedergeschlagen und kondensiert zum größten Teil innerhalb des Körpers.

Die besonderen Vorteile eines Schirmes aus metallischem Sinter­ material bestehen in folgendem: der metallische Sinterwerkstoff entzieht dem Plasma aufgrund seiner guten Wärmeleiteigenschaften fortlaufend Energie, mit der Folge sinkender Temperatur zwischen den Kontaktstücken. Da auch die Wandstärke eines Schirmes aus Sintermaterial größer ist als diejenige aus Stahlblech, nimmt wegen der hohen Wärmekapazität der Schirm Energie ohne Überhit­ zung auf. Die gespeicherte Wärme wird erst später bei niedriger Temperatur, also nach einer Ausschalthandlung, nach außen an die Umgebung abgegeben. Aufgrund der Porosität ist die Haftwahr­ scheinlichkeit für sich niederschlagenden Metalldampf in dem po­ rösen Körper erheblich gegenüber glatten Schirmen vergrößert. Es entsteht ein großflächiger Film, der aus dem Kontaktmaterial freiwerdendes Gas readsorbiert. Der Sinterkörper wirkt für die Strahlung, wie oben gesagt, wie ein Hohlraum-Absorber, so daß dem Lichtbogen schnell Wärme entzogen wird.

Ein weiterer Vorteil der Erfindung besteht darin, daß neben der Plasmabogenseite auch die Bedampfung der Isolatorteile, also der Keramik verringert wird. Die Vakuumschaltkammer kann unter Ver­ wendung des erfindungsgemäßen Schirmes bei gleicher Baugröße der Kammerkomponenten höhere Leistungen schalten und diese auch häu­ figer.

Weitere vorteilhafte Ausgestaltungen und Verbesserungen der Er­ findung sind den weiteren Unteransprüchen zu entnehmen.

Anhand der Zeichnung, in der ein Ausführungsbeispiel der Erfin­ dung dargestellt ist, sollen die Erfindung sowie weitere vor­ teilhafte Ausgestaltungen und Verbesserungen der Erfindung näher erläutert und beschrieben werden.

Es zeigen:

Fig. 1 eine Schnittansicht durch eine Vakuumschaltkammer, bei dem die Hohlkörper aus Keramik weggelassen sind, und

Fig. 2 eine vergrößerte Schnittansicht des Schirmes.

Die Vakuumschaltkammer, die in Fig. 1 ohne die Keramikisolierung dargestellt ist, besitzt ein festes Kontaktstück 10 und ein da­ mit zusammenwirkendes bewegliches Kontaktstück 11. Das feste Kontaktstück 10 ist am inneren Ende eines festen Kontaktstengels 12 und das bewegliche Kontaktstück an dem inneren Ende eines be­ weglichen Kontaktstengels 13 angebracht, welches in Pfeilrich­ tung P auf- und abbewegbar ist, wobei es an den nicht näher dar­ gestellten Hohlraum-Isolierkörpern aus Keramik mittels eines die axiale Bewegung gestattenden Faltenbalges festgehalten ist.

Die beiden Kontaktstücke 10 und 11 sind von einem lediglich schematisch dargestellten Schirm 14 umgeben, der wie in Fig. 2 dargestellt ist, ein Sinterkörper ist mit Metallkörnern 15 und dazwischen befindlichen Hohlkörpern 16, die über Kanäle 17 nach außen offen sind und so Poren bilden.

Im Falle einer Ausschalthandlung entsteht zwischen den beiden Kontaktstücken 10 und 11 ein Lichtbogen 18, der als Metalldampf­ plasma im Vakuum ausgebildet ist. Der aus dem Bereich zwischen den beiden Kontaktstücken 10 und 11 austretende Metalldampf, der durch die Pfeile 19, 20 und 21 dargestellt ist, wandert an die Innenfläche des Schirms 14 und kondensiert aufgrund der Poren 17 bis in die Tiefe des Sinterwerkstoffes des Schirmes. Wie man insbesondere an der Pfeilrichtung 21 erkennen kann, wandert der Metalldampf nicht nur radial nach außen, sondern besitzt auch axiale Komponenten, so daß ein größerer Bereich neben den Kon­ taktstücken 10, 11, in axialer Richtung gemessen, von dem Me­ talldampf belegt werden kann.

Die von dem Lichtbogen ausgehende Strahlungsenergie, die durch die Pfeile 22 und 23 dargestellt ist, da die radialen Strahlen von Bedeutung sind, werden aufgrund der Porosität schwach re­ flektiert und in den Hohlräumen des Werkstoffes wie in einem Hohlraum-Absorber absorbiert.

Als Material für den Schirm wird bevorzugt Metall verwendet, wo­ bei der Raumerfüllungsgrad im Bereich zwischen 50% bis 70% liegen kann.

Claims (4)

1. Abschirmung für eine Vakuumschaltkammer, welche Abschir­ mung innerhalb wenigstens eines Hohlkörpers aus Keramik die in­ nerhalb der Vakuumschaltkammer angeordneten Kontaktstücke kon­ zentrisch umgibt und sie in axialer Richtung beidseitig um ein bestimmtes Maß überragt, dadurch gekennzeichnet, daß die Ab­ schirmung aus Sintermaterial hergestellt ist.

2. Abschirmkörper nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Sintermaterial ein Metall oder eine Metallegierung ist.

3. Abschirmkörper nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß das Sintermaterial eine Kombination aus Metall und einer Me­ tallegierung ist.

4. Abschirmkörper nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß der Raumerfüllungsgrad im Bereich zwischen 50% und 95%, vorzugsweise zwischen 50% bis 75% liegt.