DE60124601T2 - Vakuumröhre für Leistungsschalter, mit schnappmontiertem Führungslager - Google Patents

Description

• Die Erfindung betrifft eine Vakuumröhre für Leistungsschalter mit einem endseitigen Metallflansch, der in dichter Weise von einer axial verschiebbaren Stange durchsetzt wird. Die Stange trägt an einem Ende einen in der Röhre beweglichen Kontakt und ist über ein Führungslager verschiebbar geführt, das am Metallflansch montiert ist. Eine derartige Vakuumröhre ist aus der FR-2683940 bekannt und insbesondere für einen Mittelspannungsschutzschalter bestimmt. Bei dieser Art von Vakuumröhre wird die abgedichtete Gleitbewegung der das Lager tragenden Stange durch den Flansch hindurch aufgrund eines dichten Metallbalgs erreicht, der innerhalb der Röhre angeordnet ist. Dieser Balg enthält an einem Ende einen mit der Stange verlöteten Bund, wobei das andere Ende mit dem Flansch verlötet ist. Es ist erforderlich, die Stange bei ihrer Verschiebung sehr genau zu führen und Drehsicherungsmittel für die Stange bezüglich des Flanschs vorzusehen, um nicht den Metallbalg zu beeinträchtigen. Insbesondere wenn ein in das am Ende der Stange befindliche Innengewinde eingesetztes Gewindeelement angezogen wird, ist es von Bedeutung, dass das ausgeübte Anziehmoment keine Drehung der Stange hervorruft.
• Bei bekannten Vakuumröhrenkonstruktionen für Mittelspannungsschutzschalter ist das Verschiebeführungslager für die Stange teilweise mit einer Buchse bzw. einem Durchtritt aus Kunststoffmaterial ausgeführt, der in einem mit dem Flansch der Vakuumröhre verlöteten Gegenstück festgelegt ist. Drehsicherungsmittel für die Stange sind im Bereich der Kontaktfläche zwischen Stange und Durchtritt vorgesehen, die beispielsweise aus einer Längsriffelung bestehen, die in der Bohrung des Durchtritts ausgeführt ist und mit einer an der Stange ausgebildeten Längsrippe ergänzt ist. Der Durchtritt ist am Gegenstück im allgemeinen mittels einer mit diesem Stück punktverschweißten bzw. verschraubten Gegenplatte oder auch durch Umbördelung des Gegenstücks befestigt. Diese Techniken sind alle mit einem Nachteil behaftet. Die Punktschweißung einer Gegenplatte macht ein Gegenstück erforderlich, das ausreichend dick ist, um nicht Gefahr zu laufen, die Hülle der Vakuumröhre beim Verschweißen zu durchbrechen. Ebenso erfordert das Verschrauben einer Gegenplatte, Sacklöcher mit Gewinde in das Gegenstück einzubringen, welches folglich eine hohe Materialdicke haben muss. Das Umbördeln des Gegenstücks erfordert seinerseits hohe mechanische Kräfte, welche zur Beeinträchtigung der Verlötung des Gegenstücks am Flansch der Vakuumröhre führen können.
• Bei einer weiteren aus der DE 24 40 827 bekannten Konstruktion wird die Stange durch einen rohrförmigen Durchtritt aus Kunststoffmaterial geführt, der am Flansch der Vakuumröhre durch Einschnappmittel befestigt ist, die insbesondere aus kreisrunden Rillen bestehen, die in dem Durchtritt ausgeführt sind, wobei kreisrunde Federlippen am Flansch befestigt und dazu vorgesehen sind, in die Rillen einzugreifen. Die Anordnung verschafft einen longitudinalen Halt des Durchtritts, um zu vermeiden, dass dieser sich während der Verschiebung der Stange bei einer Betätigung des Schutzschalters löst. Diese Konstruktion kann jedoch insbesondere in punkto Zuverlässigkeit Nachteile aufweisen. Selbst wenn die Einschnappmittel für einen gewissen longitudinalen Halt sorgen, scheinen diese nämlich nicht dafür geeignet zu sein, den hohen Auszugskräften standhalten zu können. Derartige Kräfte können jedoch im Betrieb in Extremfällen auftreten, bei denen eine Erwärmung der Vakuumröhre eine Ausdehnung der Strange hervorruft, so dass bei dem Kunststoffdurchtritt hohe Reibkräfte entstehen. Andererseits sind diese Einschnappmittel nicht dazu vorgesehen, einen drehfesten Halt des Durchtritts zu gewährleisten. Ferner ist nicht vorgesehen, dass die Stange drehgesichert im Durchtritt liegt.
• Die Erfindung zielt darauf ab, eine neuartige Ausbildung einer Vakuumröhre für Schutzschalter mit einem Führungslager vorzuschlagen, das einen Durchtritt aus Kunststoffmaterial enthält, der in einem Gegenstück über Einschnappmittel festgelegt ist, die nicht die oben genannten Nachteile aufweisen.
• Dazu ist Gegenstand der Erfindung eine Vakuumröhre für Leistungsschalter mit einem endseitigen Metallflansch, der in dichter Weise von einer axial verschiebbaren Stange durchsetzt wird, wobei der Flansch ein Schiebeführungslager für die Stange trägt, das aus einer am Flansch befestigten Metallkappe und aus einem rohrförmigen Durchtritt aus Isoliermaterial besteht, in welchem die Stange gleiten kann, wobei der Durchtritt Einschnappmittel enthält, um koaxial in die Kappe eingeführt und darin gehalten werden zu können, dadurch gekennzeichnet, dass die Einschnappmittel Federzungen enthalten, die am Außenumfang des Durchtritts angeordnet sind, um in Ausnehmungen bzw. Langlöcher einzugreifen, die am rohrförmigen Innenumfang der Kappe angeordnet sind, dass jede Federzunge sich an einem Rand eines Langlochs verkeilen kann, nachdem der Durchtritt in die Kappe eingeschnappt ist, so dass sie jeglicher Auszugskraft aus dem Durchtritt standhält, dass Mittel vorgesehen sind, um das Verdrehen der Stange in dem Durchtritt zu verhindern, und dass die Kappe an ihrem Innenumfang Erhebungen enthält, die dazu bestimmt sind, in Vertiefungen komplementärer Form einzugreifen, die am Außenumfang des Durchtritts ausgebildet sind, um jegliche Drehbewegung des Durchtritts nach dem Einschnappen zu verhindern.
• Mit dieser Befestigung durch Einschnappen wird die Gefahr einer Beeinträchtigung der Vakuumröhre einerseits beim Montieren des Stangenführungslagers und andererseits beim Anziehen eines Gewindeelements am außerhalb der Röhre befindlichen Ende der Stange vermieden. Ferner trägt diese Konstruktion dazu bei, die Zeit zum Montieren der Vakuumröhre und damit die Herstellungskosten eines Schutzschalters mit Vakuumröhre zu vermindern.
• Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform der erfindungsgemäßen Vakuumröhre ist die Metallkappe an den Flansch außerhalb der Röhre angefügt und weist Langlöcher auf, die für Lösemittel zugänglich sind, die dazu bestimmt sind, in die Langlöcher einzugreifen, um auf die Federzungen des rohrförmigen Durchtritts zu drücken, damit der Durchtritt zu dessen Wiederverwertung abgezogen werden kann.
• Bei einer weiteren bevorzugten Ausführungsform der erfindungsgemäßen Vakuumröhre weist der rohrförmige Durchtritt einen ersten rohrförmigen Abschnitt auf, der von einem zweiten rohrförmigen Abschnitt umgeben wird, der koaxial verläuft und eine geringere Länge hat, wobei diese beiden Abschnitte über einen koaxialen dritten rohrförmigen Abschnitt fest verbunden sind, der eine geringere Länge hat als der zweite rohrförmige Abschnitt, so dass ein Ringraum zwischen dem ersten und dem zweiten rohrförmigen Abschnitt gebildet wird.
• Weitere Merkmale und Vorteile der Erfindung ergeben sich noch beim Lesen der nachfolgenden Beschreibung eines Ausführungsbeispiels einer erfindungsgemäßen Vakuumröhre für Schutzschalter, die in den Zeichnungen dargestellt ist.
• 1 zeigt eine schematische Darstellung im Längsschnitt durch eine Vakuumröhre eines Mittelspannungsschutzschalters.
• 2 ist eine perspektivische Ansicht der Kappe des Lagers der erfindungsgemäßen Vakuumröhre.
• 3 ist eine perspektivische Ansicht einer bevorzugten Ausführung des Durchtritts des Lagers der erfindungsgemäßen Vakuumröhre.
• 4 ist eine schematische Darstellung im Längsschnitt und in Aufsicht des Lagers der Vakuumröhre, das aus in 2 und 3 dargestellten Elementen besteht, nachdem dieses Lager an die Röhre montiert wurde.
• 5 zeigt schematisch eine perspektivische Ansicht einer weiteren Ausführungsform des Durchtritts des Lagers der erfindungsgemäßen Vakuumröhre.
• In 1 enthält die Vakuumröhre 1 eines Schutzschalters eine rohrförmige Isolierhülle 2 beispielsweise aus Keramik, die sich in axialer Richtung A erstreckt, und zwei endseitige Metallplatten bzw. -flansche 3, 4. Die Hülle 2 ist im allgemeinen zylinderförmig, wobei zumindest der Flansch 4 eine Scheibe ist, die eine koaxial verlaufende kreisrunde Öffnung aufweist. An dem Flansch 3 ist eine nicht dargestellte feste Stange befestigt, die einen festen Kontakt trägt. Die Vakuumröhre 1 enthält einen beweglichen Kontakt 5', der von einer Metallstange 5 getragen wird, die in dichter Weise durch die Öffnung 11 des Flanschs 4 aufgrund eines Metallbalgs 7 gleitet, der innerhalb der Hülle 2 montiert ist. Die Stange 5 wird in axialer Richtung A über ein Lager 8 verschiebbar geführt, das aus einer rohrförmigen Metallkappe 9 und aus einem rohrförmigen Durchtritt 10 aus Isoliermaterial besteht, der dazu bestimmt ist, sich koaxial in die Kappe 9 einzufügen und darin einzuschnappen. In 1 sind die beiden Elemente 9 und 10 des Lagers nur im axialen Halbschnitt gezeigt. Die Kappe 9 sowie der Balg 7 sind durch Ofenlötung mit dem Flansch 4 koaxial zur Stange 5 verbunden. Dann wird der Durchtritt 10 auf die Stange 5 aufgesteckt und in die Kappe 9 eingerastet, indem er die Öffnung des Flanschs 4 durchtritt. Die Stange 5 kann dann innerhalb des Durchtritts 10 so gleiten, dass sie den beweglichen Kontakt 5' bei einer Betätigung des Schutzschalters axial verschiebt.
• 2 zeigt näher die rohrförmige Metallkappe 9. Diese ist beispielsweise aus einem tiefgezogenen Blech geringer Dicke ausgebildet und enthält ein Ende, das einen Innenbund 9A bildet. Die Außenfläche dieses Bundes 9A ist durch Ofenlötung mit dem Flansch 4 der Vakuumröhre verbunden. Die Kappe 9 weist an ihrem zylindrischen Innenumfang benachbart zu ihrem anderen Ende Ausnehmungen auf, hier in Form von radialen Langlöchern 9B, die vorzugsweise im gleichen Abstand verteilt sind, sowie Erhebungen 9C, die zwischen den Langlöchern 9B verteilt sind. Die Langlöcher 9B können ausgestanzt sein und die Erhebungen 9C können durch Eindrücken der Kappe nach innen ausgebildet sein. Die Langlöcher 9B können auch durch Rillen ersetzt werden.
• 3 zeigt näher den rohrförmigen Isolierdurchtritt 10. Dieser ist vorzugsweise aus Kunststoff gespritzt. Er enthält einen ersten zylinderrohrförmigen Abschnitt 10A, der im Außendurchmesser an den Innendurchmesser der Kappe 9 angepasst und dazu bestimmt ist, koaxial in das Innere der Metallkappe 9 einzugreifen, sowie einen zweiten zylinderrohrförmigen Abschnitt 10B, der koaxial zum Abschnitt 10A verläuft und einen kleineren Durchmesser und eine größere Länge hat. Diese beiden rohrförmigen Abschnitte sind über einen dritten rohrförmigen Abschnitt 10J in einem Bereich miteinander verbunden, der die Basis des Durchtritts bildet. Dieser rohrförmige Abschnitt 10J ist in Längsrichtung kürzer als der erste rohrförmige Abschnitt 10A, so dass zwischen dem ersten und dem zweiten Abschnitt ein Ringraum 10L gebildet wird. Der Abschnitt 10B ist dazu bestimmt, koaxial in die Öffnung 9D einzugreifen, die von dem Bund 9A der Kappe begrenzt wird, sowie in die Öffnung 11, die in dem Flansch 4 der Vakuumröhre ausgebildet ist. Die Schulter 10C zwischen den rohrförmigen Abschnitten 10A und 10B, die von dem Ende des zylinderförmigen Abschnitts 10A gebildet wird, ist dazu bestimmt, sich an die Innenfläche des Bundes 9A der Kappe 9 anzulegen, wenn der Durchtritt in die Kappe eingefügt ist.
• Der rohrförmige Abschnitt 10A weist an seinem zylindrischen Außenumfang Federzungen 10D auf, die vorzugsweise in gleichen Abständen verteilt sind. Jede Federzunge erstreckt sich axial fluchtend mit den Langlöchern 9B der Kappe und trägt an ihrem freien Ende eine Lippe, die radial vorsteht und dazu bestimmt ist, in ein Langloch 9B der Kappe einzuschnappen, wenn der Durchtritt 10 koaxial in die Kappe 9 eingefügt wird. Dieses Einschnappen der Zungen 10D in die Langlöcher 9B gewährleistet somit die Festlegung des Durchtritts 10 in axialer Richtung A in der Kappe 9. Das Einschnappen der Zungen 10D in die Langlöcher 9B kann ohne mechanischen Kraftaufwand an der Kappe 9 aufgrund einer Abschrägung der Lippe der Zungen erfolgen. Wenn die Lippe einer Zunge 10D in ein Langloch 9B eingefügt ist, verkeilt sich die Zunge an einem Rand des Langlochs, um einer Auszugskraft der Kappe 9 aus dem Durchtritt 10 standzuhalten. Das Verkeilen der Zungen ermöglicht es, hohen Auszugskräften standzuhalten, die in Extremfällen während des Betriebs des Schutzschalters mit einer erfindungsgemäßen Vakuumröhre auftreten können. Wie vorangehend erläutert wurde, ist das Wesentliche der Erfindung, dass der Durchtritt 10 gegenüber dem Flansch 4 und somit gegenüber der Kappe 9 drehgesichert ist. Die Zungen 10d gestatten nämlich nicht allein, einem hohen Moment standzuhalten, welches die Stange 5 auf den Durchtritt 10 ausüben könnte.
• Um eine wirkungsvolle Drehsicherung zu schaffen, enthält der rohrförmige Abschnitt 10A auch an seinem zylindrischen Außenumfang Vertiefungen 10E, die zwischen den Zungen 10D mit den Erhebungen 9C der Kappe fluchtend verteilt sind, so dass die Erhebungen 9C in die Vertiefungen 10E eingreifen, wenn der Durchtritt 10 in die Kappe 9 eingefügt wird. Die Erhebungen 9C und die Vertiefungen 10E sind so abgestimmt, dass sie jegliche mögliche Relativdrehung zur Achse A des Durchtritts 10 in der Kappe 9 verhindern, so dass der Metallbalg 7 nicht beeinträchtigt wird.
• Die rohrförmigen Abschnitte 10A und 10B des Durchtritts bilden vorzugsweise ein Formteil aus einem Stück und der rohrförmige Abschnitt 10B enthält eine Innenbohrung 10F, in welcher die Stange 5 gleitet. Die Bohrung 10F weist eine oder zwei Abflachungen 10G auf, die aus einer breiten Längsrille bestehen, mit einer weiteren tieferen Längsrille 10H, die als Lüftungskanal dient, wie dies bereits bekannt ist. Die Abflachung bzw. Abflachungen 10G dienen dazu, eine Drehung der Stange 5 in dem Durchtritt zu vermeiden.
• In 4 ist schematisch im Längsschnitt ein Flansch 4 dargestellt, an dem ein Lager für eine erfindungsgemäße Vakuumröhre 4 angeschweißt ist. Der Durchtritt 10 des Lagers ist in Teilaufsicht dargestellt. Der metallische Dichtungsbalg 7 weist ein Ende auf, das mit einem rohrförmigen Abschnitt endet, der die im Flansch 4 ausgebildete Öffnung 11 sowie die Öffnung der Lagerkappe 9 durchsetzt. Die Kappe 9 sowie der Balg 7 sind mit dem Flansch durch Ofenlötung verbunden, vorzugsweise in einem einzigen Arbeitsgang nach dem letzten Ofenlötvorgang der Vakuumröhre. Ferner wird während dieses einzigen Arbeitsvorgangs der Balg 7 vorteilhaft mit dem Innenrand der Öffnung der Kappe 9 verschweißt. Bei der dargestellten bevorzugten Ausführungsform ist das Ende des Balgs 7 in die Öffnung der Kappe 9 eingefügt, um über diesen Innenbund der Kappe hinaus vorzustehen. Dadurch ist es möglich, nach dem letzten Ofenlötvorgang mit bloßem Auge zu überprüfen, ob der Balg gut in die Öffnung 11 des Flanschs 4 eingefügt ist. Der Ringraum 10L des Durchtritts 10 ist dazu vorgesehen, dass das Ende des Balgs 7 in den Ringraum aufgenommen werden kann, ohne dabei an den Durchtritt 10 nach Einschnappen desselben zu drücken.
• In 5 ist schematisch und perspektivisch eine weitere Ausführungsform des Lagers der erfindungsgemäßen Vakuumröhre in Explosionsansicht mit demjenigen Ende der Röhre dargestellt, an welchem dieses Lager montiert werden soll. Es ist nur ein Teil der Stange 5 dargestellt, der von dem Balg 7 umgeben wird. Die Kappe 9 des Lagers ist identisch zu der in 2 dargestellten Kappe, während der rohrförmige Isolierdurchtritt 10 sich mit seiner Form geringfügig von der aus 3 unterscheidet. Der erste rohrförmige Abschnitt 10B des Durchtritts 10 ist hier an den zweiten rohrförmigen Abschnitt 10A angefügt, der koaxial verläuft und eine geringere Länge hat. Ebenso wie bei der vorangehenden Ausführung bilden die beiden Abschnitte 10A und 10B vorzugsweise ein Formteil aus einem Stück, jedoch weist hier der Durchtritt 10 eine massive Form auf. Die vereinfachte Form dieses Durchtritts ist dadurch möglich, dass bei dieser Ausführungsform der Vakuumröhre das Ende des Balgs 7 nicht die Öffnung 11 des Flanschs 4 durchsetzt, sondern es wird vor der Ofenlötung in eine kreisrunde Rille positioniert, die dazu im Bereich der Innenfläche des Flanschs ausgebildet ist. Somit ist es bei dieser Ausführung nicht erforderlich, dass der Durchtritt 10 einen Ringraum zwischen seinen beiden rohrförmigen Abschnitten aufweist. Der Durchmesser D' der Öffnung 9D des Bundes 9A der Kappe 9 kann somit gleich oder knapp größer als der Außendurchmesser D des rohrförmigen Abschnitts 10B des Durchtritts 10 sein.
• Das Lager in einer erfindungsgemäßen Vakuumröhre, das durch Einschnappen zweier komplementärer Stücke gebildet wird, trägt dazu bei, die Zeit zum Montieren der Vakuumröhre und somit eines Schutzschalters mit Vakuumröhre zu vermindern. Dieses Einschnappen ermöglicht auch, die großen mechanischen Spannungen auf die Röhre beim Montieren des Isolierdurchtritts des Lagers sowie beim Montieren der Vorrichtung der Stange zum Betätigen des beweglichen Kontakts der Röhre zu vermeiden.

Claims (6)

1. Vakuumröhre für Leistungsschalter, mit einem endseitigen Metallflansch (4), der in dichter Weise von einer axial verschiebbaren Stange (5) durchsetzt wird, wobei der Flansch (4) ein Schiebeführungslager für die Stange trägt, das aus einer am Flansch befestigten Metallkappe (9) und aus einem rohrförmigen Durchtritt (10) aus Isoliermaterial besteht, in welchem die Stange (5) gleiten kann, wobei der Durchtritt (10) Einschnappmittel enthält, um koaxial in die Kappe eingeführt und darin gehalten werden zu können, dadurch gekennzeichnet, dass die Einschnappmittel Federzungen (10D) enthalten, die am Außenumfang des Durchtritts (10) angeordnet sind, um in Ausnehmungen bzw. Langlöcher (9B) einzugreifen, die am rohrförmigen Innenumfang der Kappe (9) angeordnet sind, dass jede Federzunge sich an einem Rand eines Langlochs (9B) verkeilen kann, nachdem der Durchtritt (10) in die Kappe (9) eingeschnappt ist, so dass sie jeglicher Auszugskraft aus dem Durchtritt standhält, dass Mittel (10G) vorgesehen sind, um das Verdrehen der Stange (5) in dem Durchtritt zu verhindern, und dass die Kappe an ihrem Innenumfang Erhebungen (9C) enthält, die dazu bestimmt sind, in Vertiefungen (10E) komplementärer Form einzugreifen, die am Außenumfang des Durchtritts ausgebildet sind, um jegliche Drehbewegung des Durchtritts nach dem Einschnappen zu verhindern.
2. Vakuumröhre nach Anspruch 1, wobei die Kappe (9) an den Flansch (4) außerhalb der Röhre angefügt ist und Langlöcher (9B) aufweist, die für Lösemittel zugänglich sind, die dazu bestimmt sind, in die Langlöcher einzugreifen, um auf die Federzungen (10D) zu drücken, damit der rohrförmige Durchtritt (10) zu dessen Wiederverwertung abgezogen werden kann.
3. Vakuumröhre nach einem der Ansprüche 1 und 2, wobei der rohrförmige Isolierdurchtritt (10) einen ersten rohrförmigen Abschnitt (10A) aufweist, der einen zweiten rohrförmigen Abschnitt (10B) umgibt, der koaxial verläuft und eine größere Länge hat, wobei diese beiden Abschnitte über einen koaxialen dritten rohrförmigen Abschnitt (10J) fest verbunden sind, der eine geringere Länge hat als der erste rohrförmige Abschnitt (10A), so dass ein Ringraum (10L) zwischen dem ersten und dem zweiten rohrförmigen Abschnitt gebildet wird.
4. Vakuumröhre nach Anspruch 3, wobei ein Ende des Balgs (7) mit einem rohrförmigen Abschnitt endet, welcher die im Flansch (4) ausgeführte Öffnung (11) sowie die Öffnung (9D) der Kappe (9) durchsetzt, und wobei der Ringraum (10L) des Durchtritts (10) so vorgesehen ist, dass das Ende des Balgs (7) in dem Raum aufgenommen werden kann, ohne dabei an den Durchtritt (10) nach Einschnappen desselben zu drücken.
5. Vakuumröhre nach einem der Ansprüche 1 und 2, wobei der rohrförmige Isolierdurchtritt (10) einen ersten rohrförmigen Abschnitt (10B) aufweist, der an einen zweiten rohrförmigen Abschnitt (10A) angefügt ist, der koaxial verläuft, eine geringere Länge aufweist und diesen umgibt, so dass der Durchtritt (10) eine massiv ausgeführte Form hat.
6. Vakuumröhre nach einem der Ansprüche 1 bis 5, wobei der Durchtritt (10) aus Kunststoff gegossen ist und die Kappe (9) ein tiefgezogenes Blech ist.