EP0563830B1 - Vakuumschaltrohr für Nieder- und Mittelspannungsschalter, insbesondere für Vakuumschütze - Google Patents

Vakuumschaltrohr für Nieder- und Mittelspannungsschalter, insbesondere für Vakuumschütze Download PDF

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EP0563830B1
EP0563830B1 EP93105068A EP93105068A EP0563830B1 EP 0563830 B1 EP0563830 B1 EP 0563830B1 EP 93105068 A EP93105068 A EP 93105068A EP 93105068 A EP93105068 A EP 93105068A EP 0563830 B1 EP0563830 B1 EP 0563830B1
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EP
European Patent Office
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insulator
vacuum
switching tube
metallisation
tube according
Prior art date
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EP93105068A
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EP0563830A1 (de
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Werner Dr. Hartmann
Horst Dr. Kippenberg
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Siemens AG
Original Assignee
Siemens AG
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Publication date
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    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01H—ELECTRIC SWITCHES; RELAYS; SELECTORS; EMERGENCY PROTECTIVE DEVICES
    • H01H33/00—High-tension or heavy-current switches with arc-extinguishing or arc-preventing means
    • H01H33/60—Switches wherein the means for extinguishing or preventing the arc do not include separate means for obtaining or increasing flow of arc-extinguishing fluid
    • H01H33/66—Vacuum switches
    • H01H33/662—Housings or protective screens
    • H01H33/66207—Specific housing details, e.g. sealing, soldering or brazing
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    • H01H2033/66223—Details relating to the sealing of vacuum switch housings
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    • H01H33/66—Vacuum switches
    • H01H33/662—Housings or protective screens
    • H01H33/66261—Specific screen details, e.g. mounting, materials, multiple screens or specific electrical field considerations

Definitions

  • the invention relates to a vacuum interrupter for low and medium voltage switches, in particular for vacuum contactors, with a switching chamber and a first contact piece fixed therein as well as a current guide bolt movable via a bellows with a second contact piece and a ring-shaped insulator, the insulator having a metallization with vacuum technology the bellows and / or a flange is connected, see DE-17 3709585.
  • Vacuum switches are known from the prior art in a wide variety of designs. The purpose of such switches is to enable the current to flow by closing the open switch, to carry the current when the switch is closed and to interrupt the current flow by opening the switch. In the closed state, the two contact pieces touch mechanically on the contact surfaces and thus enable an electrically conductive connection. In the open state, however, the two contact pieces are mechanically separated, so that the insulating medium vacuum between the contact pieces does not allow current to flow.
  • the latter insulator is ring-shaped due to the usually hollow cylindrical structure of vacuum interrupters and must have a sufficiently high insulation capacity both inside the tube and outside by the end of the service life of the switch.
  • An essential requirement when realizing a vacuum interrupter is to offer the metal vapor sufficient areas for cooling and condensation, but to prevent condensation on the vacuum side of the insulator in those areas that are necessary to maintain the dielectric strength.
  • the area required for the dielectric strength of the insulator in the vacuum is often protected from vaporization by one or more metallic shields.
  • the middle part of the ring-shaped insulator is protected by a special hollow cylindrical vapor shield attached to the inside of the switch.
  • EP-B-0 149 061 discloses a vacuum switch for the low-voltage range for use as a low-voltage contactor, in which the insulator on the vacuum side opposite the contact pieces has a concentric hollow cylinder trained shield is covered, the axial length of which is at least 1.5 times the length of the annular insulator, the annular insulator made of ceramic being connected on one side to a bellows surrounding the movable current-carrying pin and extending the vacuum switching tube, and the outer circumference of the shielding cylinder being one radial distance from the inner circumference of the annular insulator and from the inner circumference of the bellows, which is between 0.5 and 3 mm.
  • a vacuum housing for circuit breakers which should do without steam screens.
  • the movable power supply bolt is surrounded by a ceramic body, which narrows the passage cross-section between the switching chamber, in which the arc occurs when the interrupter is opened, and a bellows, which is referred to as a corrugated tube and lies behind the ceramic body, as a result of which Bellows should be shielded against the resulting arc. No statements have been made about the insulation strength of this arrangement.
  • the object of the invention is to provide vacuum interrupters for applications in the low and medium voltage range which do not necessarily need steam shields to maintain the insulating capacity when the switching path is open, and which in particular have no steps or undercuts on the inside of the insulator which are complex to manufacture.
  • the annular insulator on the vacuum side has at least one end face which is at least partially free of metallization and which faces away from the metal vapor formed during switching and is thus protected from vapor deposition, the end face free of metallization of the insulator has a radial expansion sufficient for the insulation function in the vacuum, and that a gap of predetermined length and height is formed from the front surface of the insulator free of metallization and an adjacent metallic flange.
  • the radial expansion on the vacuum side of the end face free of metallization is preferably at least 0.5 mm.
  • the metallization of the insulator necessary for the vacuum connection of the flange and the insulator is therefore outside the gap.
  • the height of the gap is smaller than the radial extent or at most equal to the radial extent of the end face of the insulator. This ensures that the formation of the gap has smaller dimensions than the mean free path of the metal vapor particles in a vacuum.
  • the metallic flanges and / or the bellows with the annular insulator on the outside thereof are connected.
  • the end faces of the insulator can be chamfered on at least one side. Instead of chamfering on both sides, the free end face of the insulator can have a curved contour without edges.
  • the base flange can be designed to receive the current-carrying bolt in the switching tube.
  • the fact is used that clearly shorter distances are sufficient for insulating sections in vacuum than in air and, for example, 1 mm can suffice. This means that of the total insulator length of the switching tube, which results from the requirements under atmospheric conditions, only a relatively small part inside the vacuum switching tube is required to maintain the insulating ability.
  • the switching tubes shown in the individual figures are particularly intended for contactor applications, i.e. the switches should have a service life of at least 106 circuits.
  • FIG. 1 to 3 consists of a switching tube in its construction from a base flange 2 on one side of an adjoining annular insulator 3, which is axially extended by a bellows 6, and a metal cap 10 for forming the actual switching chamber as a conclusion at the other Page.
  • the switching tube formed in this way there are two contact pieces 7 and 8, one of which is firmly connected to the switching chamber and is connected to a first external power supply 9 and of which the other contact piece is attached to a power supply pin 1 with external power supply 5.
  • the two contact pieces 7 and 8 can be moved relative to one another in the axial direction via the bellows 6 in order to be able to carry out the switching movements necessary for opening or closing the switch.
  • the flange 2 carrying the contact lead is connected to the annular insulator 3 on its end face by means of a metallization 14 by vacuum technology.
  • a metallization 14 by vacuum technology.
  • the metallization 14 is different from the usual practice to a narrow outer ring surface and leaves a non-metallized end face 13 of the insulator 3 free on the vacuum side.
  • the flange 2 is designed as a formed or turned part so that it has a cutting edge 11 on its circumference. This ensures good dimensional stability, so that there is a defined support on the metallization ring 14 on the end face of the insulator.
  • a distance h is predetermined between the end face 13 free of metallization and the flange 2, which corresponds approximately to the height of the cutting edge.
  • the annular insulator 3 usually has a wall thickness which is in the range of a few mm, e.g. 5 mm. Due to the indicated soldering of the flange 2 near the outer edge of the insulator 3, the end face 13 free of metallization can be kept free as a defined area with the radial length s, which can only be used for insulation purposes. Its extent is at least 0.5 mm and can be up to a few mm. In practice, an insulation length of around 1 mm has proven to be sufficient for low-voltage applications ( ⁇ 1000 V).
  • the height h is lower than the radial length s.
  • a gap height of h 0.5 mm can usually be achieved.
  • the gap height h is in any case smaller than the free path length of metal vapor particles present in the area of the switching tube facing away from the contact pieces 7 and 8, which is generally of the order of centimeters.
  • the area of the insulator 3 which is protected from vapor deposition can be enlarged by chamfering the insulator 3 in the area of the edges, which increases the dielectric strength in this area and enables use in the medium-voltage area (> 1000 V).
  • the flange 2 is connected to the ring-shaped insulator 3 by means of a soldering 31 with a metallization ring 14, which surrounds the circumference of the insulator 3 from the outside.
  • a soldering 31 with a metallization ring 14, which surrounds the circumference of the insulator 3 from the outside.
  • the insulating area on the front face 13 of the insulator 3, which area is free from metallization, is maximized in its radial extent.
  • the outer edge of the insulator 3 is chamfered in the end region with a bevel 32.
  • the electric field strength in particular is reduced both perpendicular to the surface of the insulator 3 and its proportion parallel to the insulator surface.
  • the flange 2 is shaped such that it projects beyond the inner edge of the annular insulator 3 into the interior of the switching tube, a distance d being maintained between the insulator 3 and the flange surface, in particular in the vertical region, in such a way that it is preserved the dielectric strength is sufficient even when the inner jacket surface of the insulator 3 is vaporized.
  • the end face 13 of the insulator 3, which is free of metallization, is additionally protected in this embodiment by the flange 2, which plunges into the interior of the tube, from the metal vapor generated during the switching process.
  • the edges of the insulator 3 are expediently chamfered on both sides with bevels 32 and 33. Particularly advantageous results are achieved if the free end face has a curved contour without edges.
  • the same effect can be achieved if the power supply bolt 1 is correspondingly thickened in the region of the insulator end face to be protected.
  • the bellows 6 is arranged near the actual switching chamber.
  • the bellows 6 is arranged at the opposite end of the switching tube, which is followed by the annular insulator 3 on the switching chamber side.
  • the bellows 6 is closed on the upper side by an end flange 4 with contact feed 5 and is connected to the insulator 3 via a flange 20 to form the gap 15.
  • the bellows 6 is shielded, in particular for protection against metal drops, by a flange widening 23 projecting into the switching tube.
  • the flange widening 23 thereby realizes a shield for the bellows 6 on one side, while the actual flange 20 on the other side defines the gap 15 with the metallization-free end face 13 of the insulator 3.
  • the radial length s the gap 15 ensures a sufficient insulation length.
  • the flange 20 can also be connected to the insulator on the circumference 31 in accordance with FIG.
  • a steam reflector can be attached to the contact piece 7 or to the power supply bolt 1.

Landscapes

  • High-Tension Arc-Extinguishing Switches Without Spraying Means (AREA)

Description

  • Die Erfindung bezieht sich auf ein Vakuumschaltrohr für Nieder- und Mittelspannungsschalter, insbesondere für Vakuumschütze, mit einer Schaltkammer und einem darin fest angeordneten ersten Kontaktstück sowie einem über einen Federbalg beweglichen Stromführungsbolzen mit zweitem Kontaktstück und einem ringförmigen Isolator, wobei der Isolator über eine Metallisierung vakuumtechnisch mit dem Federbalg und/oder einem Flansch verbunden ist, siehe DE-17 3709585.
  • Vakuumschalter sind vom Stand der Technik in unterschiedlichsten Ausführungen bekannt. Zweck derartiger Schalter ist es, den Stromfluß durch Schließen des geöffneten Schalters zu ermöglichen, den Strom im geschlossenen Zustand des Schalters zu tragen und den Stromfluß durch Öffnen des Schalters zu unterbrechen. Im geschlossenen Zustand berühren sich die beiden Kontaktstücke an den Kontaktoberflächen mechanisch und ermöglichen somit eine elektrisch leitende Verbindung. Im offenen Zustand werden dagegen die beiden Kontaktstücke mechanisch getrennt, so daß das Isoliermedium Vakuum zwischen den Kontaktstücken keinen Stromfluß zuläßt.
  • Beim mechanischen Öffnen des Schalters unter Last, d.h. bei Stromfluß, entsteht aufgrund lokaler Überhitzung an der Kontaktstelle ein Metalldampflichtbogen, der eine leitende Verbindung zwischen den Kontakten herstellt. Der Schalter öffnet elektrisch erst in der Nähe des Stromnulldurchgangs am Ende einer Stromhalbwelle, wenn der Metalldampf während des Nulldurchganges schnell genug abkühlt und an den kühlen Bereichen des Schalters kondensiert, so daß beim Wiederkehren des Stroms kein ausreichend leitfähiges Medium (Plasma) mehr zur Verfügung steht. Die wiederkehrende Spannung liegt bei erfolgreichem Öffnen des Schalters an den beiden Kontaktstücken und somit auch am Isolator an.
  • Letzterer Isolator ist aufgrund des üblicherweise hohlzylindrischen Aufbaus von Vakuumschaltröhren ringförmig und muß bis zum Ende der Lebensdauer des Schalters eine ausreichend hohe Isolationsfähigkeit sowohl im Innenbereich der Röhre als auch im Außenbereich aufweisen. Eine wesentliche Anforderung bei der Realisierung eines Vakuumschaltrohres besteht darin, dem Metalldampf zwar ausreichende Flächen zur Kühlung und Kondensation anzubieten, aber eine Kondensation auf der Vakuumseite des Isolators in solchen Bereichen, die zur Aufrechterhaltung der Spannungsfestigkeit notwendig sind, zu verhindern.
  • Bei Vakuumschaltern des Standes der Technik wird häufig der für die Spannungsfestigkeit des Isolators im Vakuum notwendige Bereich desselben durch einen oder mehrere metallische Schirme vor Bedampfung geschützt. Beispielsweise wird beim Vakuumschalter gemäß der DE-B-38 40 192 der mittlere Teil des ringförmigen Isolators durch einen speziellen, im Innenbereich des Schalters angebrachten hohlzylindrischen Dampfschirm geschützt. Daneben ist aus der EP-B-0 149 061 ein Vakuumschalter für den Niederspannungsbereich zur Verwendung als Niederspannungsschütz bekannt, bei dem der Isolator vakuumseitig gegenüber den Kontaktstücken von einer als konzentrischer Hohlzylinder ausgebildeten Abschirmung abgedeckt ist, deren axiale Länge wenigstens das 1,5fache der Länge des ringförmigen Isolators beträgt, wobei der ringförmige Isolator aus Keramik an einer Seite mit einem den beweglichen Stromführungsbolzen umgebenden, das Vakuumschaltrohr verlängernden Federbalg verbunden ist und wobei der äußere Umfang des Abschirmzylinders einen radialen Abstand vom inneren Umfang des ringförmigen Isolators und vom inneren Umfang des Federbalges aufweist, der zwischen 0,5 und 3 mm beträgt.
  • Aufbau und Fertigung solcher hohlzylindrischer Dampfschirme beinhalten einen erhöhten Aufwand. Es wurde bereits vorgeschlagen, zur Vermeidung von separaten Dampfschirmen die Wandstärke des Isolators zu erhöhen und ihn auf der den Schaltkontakten abgewandten Seite mit Hinterschneidungen oder Stufen zu versehen, so daß ein Teil des Isolators selbst die Funktion des Dampfschirmes übernimmt. Eine solche Lösung bedingt allerdings erhöhten Materialeinsatz und Herstellungsaufwand für den Isolator, woraus sich entsprechende Mehrkosten ergeben.
  • Speziell aus der DE-A-37 09 585 ist ein Vakuumgehäuse für Schaltkreisunterbrecher bekannt, welches ohne Dampfschirme auskommen soll. Dafür ist vorgesehen, daß der bewegliche Stromzuführungsbolzen von einem Keramikkörper umgeben ist, der eine Verengung des Durchgangs-Querschnitts zwischen der Schaltkammer, in welcher der Lichtbogen beim Öffnen des Unterbrechers entsteht, und einem als Wellrohr bezeichneten, hinter dem Keramikkörper liegenden Federbalg bewirkt, wodurch der Faltenbalg gegen den entstehenden Lichtbogen abgeschirmt werden soll. Über die Isolationsfestigkeit dieser Anordnung sind keine Aussagen gemacht.
  • Weiterhin ist aus der EP-A-0 200 465 eine Vakuumschaltröhre mit hohlzylindrischem Isolatorkörper und metallischen Endflanschen bekannt, bei denen durch besondere vakuumseitige Ausgestaltung des Isolatorkörpers, beispielsweise kragen- oder lippenförmige Ausformungen, der Isolatorkörper selbst als Abschirmung für einen bestimmten Teilbereich dient, wodurch eine Isolierstrecke gewährleistet sein soll. Ähnliche Ausformungen von Isolatorkörpern sind in der DE-U-19 48 065 und der FR-A-13 87 810 angegeben. Durch derartige Ausformungen sollen zwar die metallischen Abschirmungen in der Vakuumschaltröhre zumindest teilweise überflüssig werden. In jedem Fall ist aber ein erhöhter fertigungstechnischer Aufwand verbunden, wobei das angestrebte Ergebnis bei der gegegebenen Dimensionierung nicht zweifelsfrei erreicht wird.
  • Aufgabe der Erfindung ist es demgegenüber, Vakuumschaltrohre für Anwendungen im Nieder- und Mittelspannungsbereich zu schaffen, die für den Erhalt der Isolierfähigkeit bei geöffneter Schaltstrecke nicht zwingend Dampfschirme benötigen und die insbesondere keine fertigungstechnisch aufwendigen Stufen bzw. Hinterschneidungen auf der Innenseite des Isolators haben.
  • Die Aufgabe ist erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß bei einem Vakuumschaltrohr der eingangs genannten Art der ringförmige Isolator vakuumseitig wenigstens eine zumindest teilweise von Metallisierung freie Stirnfläche aufweist, die dem beim Schalten entstehenden Metalldampf abgewandt und dadurch vor einer Bedampfung geschützt ist, wobei die von Metallisierung freie Stirnfläche des Isolators vakuumseitig eine für die Isolationsfunktion im Vakuum ausreichende radiale Ausdehnung hat, und daß von der von Metallisierung freien Stirnfläche des Isolators und einem benachbarten metallischen Flansch ein Spalt vorgegebener Länge und Höhe gebildet wird.
  • Vorzugsweise beträgt die vakuumseitige, radiale Ausdehnung der von Metallisierung freien Stirnfläche mindestens 0,5 mm. Vorteilhafterweise liegt also die für die vakuumtechnische Verbindung von Flansch und Isolator notwendige Metallisierung des Isolators außerhalb des Spaltes. Die Höhe des Spaltes ist dabei kleiner als die radiale Ausdehnung bzw. höchstens gleich der radialen Ausdehnung der Stirnfläche des Isolators. Damit ist sichergestellt, daß die Ausbildung des Spaltes geringere Dimensionen hat als die mittlere freie Weglänge der Metalldampfteilchen im Vakuum.
  • Zur Gewährleistung obiger Maßnahmen kann es auch vorteilhaft sein, daß die metallischen Flansche und/oder der Faltenbalg mit dem ringförmigen Isolator an dessen Außenseite verbunden sind. Weiterhin können die Stirnflächen des Isolators mindestens zu einer Seite angefast sein. Statt beidseitiger Anfasungen kann die freie Stirnfläche des Isolators eine gewölbte Kontur ohne Kanten haben. Für den Fall, daß der ringförmige Isolator mit dem Grundflansch der Schaltkammer verbunden ist, kann der Grundflansch zur Aufnahme des Stromführungsbolzens in das Schaltrohr eingezogen ausgebildet sein.
  • Bei der Erfindung kann also auf die bisher üblichen hohlzylindrischen Dampfschirme zum Schutze des Isolators verzichtet werden. Dies wird dadurch ermöglicht, daß im Bereich der Stirnseite des zylindrischen Isolators in jedem Fall ein hinreichender Bereich vor Bedampfung geschützt ist und die Isolationsfunktion gewährleistet. Es kann vorteilhaft sein, daß der Federbalg an seinem den Kontaktstücken zugewandten Ende von einem Dampfreflektor abgeschirmt ist.
  • Bei der Erfindung wird die Tatsache genutzt, daß für Isolierstrecken im Vakuum deutlich kürzere Abstände ausreichen als an Luft und beispielsweise 1 mm genügen können. Dies bedeutet, daß von der Gesamtisolatorlänge der Schaltröhre, die sich aus den Anforderungen unter Atmosphärenbedingungen ergeben, nur ein relativ kleiner Teil im Inneren der Vakuumschaltröhre zur Aufrechterhaltung der Isolierfähigkeit benötigt wird.
  • Weitere Einzelheiten und Vorteile der Erfindung ergeben sich aus der nachfolgenden Figurenbeschreibung von Ausführungsbeispielen. Es zeigen jeweils in Schnittdarstellung
    • Figur 1
    eine Schaltröhre, bei welcher der Isolator an der der Schaltkammer abgewandten Seite liegt,
    Figur 2 und Figur 3
    zwei Varianten von Figur 1 und
    Figur 4
    eine Schaltröhre, bei welcher der Federbalg an der der Schaltkammer abgewandten Seite liegt.
  • Gleiche Teile sind mit gleichen Bezugszeichen versehen. Die Figuren werden teilweise gemeinsam beschrieben:
  • Die in den einzelnen Figuren dargestellten Schaltröhren sind insbesondere für Schützanwendungen vorgesehen, d.h. die Schalter sollen speziell eine Lebensdauer von wenigstens 10⁶ Schaltungen haben. In den FIG. 1 bis 3 besteht ein Schaltrohr in seinem konstruktiven Aufbau aus einem Grundflansch 2 auf der einen Seite aus einem sich daran anschließenden ringförmigen Isolator 3, der durch einen Federbalg 6 axial verlängert wird, und einer Metallkappe 10 zur Ausformung der eigentlichen Schaltkammer als Abschluß an der anderen Seite. Im so gebildeten Schaltrohr befinden sich zwei Kontaktstücke 7 und 8, von denen eines mit der Schaltkammer fest verbunden ist und an einer ersten externen Stromzuführung 9 angeschlossen ist und von denen das andere Kontaktstück an einem Stromzuführungsbolzen 1 mit externer Stromzuführung 5 angebracht ist. Über den Federbalg 6 sind die beiden Kontaktstücke 7 und 8 in Achsrichtung relativ gegeneinander beweglich, um die für das Öffnen bzw. Schließen des Schalters notwendigen Schaltbewegungen ausführen zu können.
  • In Figur 1 ist der die Kontaktzuführung tragende Flansch 2 mit dem ringförmigen Isolator 3 auf seiner Stirnseite über eine Metallisierung 14 vakuumtechnisch verbunden. Eine solche Verbindung wird gemäß dem Stand der Technik meist durch Hartlöten hergestellt, wozu die Isolatorstirnfläche metallisiert werden muß. Im vorliegenden Fall beschränkt sich die Metallisierung 14 abweichend von der bisher üblichen Praxis auf eine schmale außenliegende Ringfläche und läßt vakuumseitig eine nichtmetallisierte Stirnfläche 13 des Isolators 3 frei.
  • Der Flansch 2 ist als Umform- oder Drehteil so ausgebildet, daß er auf seinem Umfang eine Schneidkante 11 hat. Damit ist eine gute Maßhaltigkeit gewährleistet, so daß eine definierte Auflage auf dem Metallisierungsring 14 an der Stirnseite des Isolators gegeben ist. Bei Verlötung der Schneidkante 11 mit dem Isolator 3 wird ein Abstand h zwischen der von Metallisierung freien Stirnfläche 13 und Flansch 2 vorgegeben, der etwa der Höhe der Schneidkante entspricht.
  • Mit der von Metallisierung freien Stirnfläche 13 des ringförmigen Isolators 3 liegt somit ein radialer Bereich vor, welcher durch den Isolator 3 selbst vor einer Bedampfung geschützt ist und der bei geeigneter Dimensionierung eine Isolation der im geöffneten Zustand des Schalters anliegenden Spannung garantiert. Üblicherweise hat der ringförmige Isolator 3 eine solche Wandstärke, die im Bereich von einigen mm, z.B. 5 mm, liegt. Durch die angegebene Verlötung des Flansches 2 nahe der Außenkante des Isolators 3 kann die von Metallisierung freie Stirnfläche 13 als definierter Bereich mit der radialen Länge s freigehalten werden, der ausschließlich für Isolationszwecke nutzbar ist. Seine Ausdehnung liegt dabei bei mindestens 0,5 mm und kann bis zu einigen mm betragen. Eine Isolationslänge von etwa 1 mm hat sich in der Praxis als hinreichend für Niederspannungsanwendungen (< 1000 V) erwiesen.
  • Zwischen dem Flansch 2 und der von Metallisierung freien Stirnfläche 13 des ringförmigen Isolators 3 ergibt sich bei obiger Anordnung ein Spalt 15, dessen Höhe h niedriger als die radiale Länge s ist. Üblicherweise kann eine Spalthöhe von h = 0,5 mm erreicht werden. Die Spalthöhe h ist in jedem Fall kleiner als die in dem den Kontaktstücken 7 und 8 abgewandten Bereich des Schaltrohres vorhandene freie Weglänge von Metalldampfteilchen, die im allgemeinen in der Größenordnung von Zentimetern liegt. Der vor Bedampfung geschützte Bereich des Isolators 3 kann dadurch vergrößert werden, daß der Isolator 3 im Bereich der Kanten angefast wird, wodurch die Spannungsfestigkeit in diesem Bereich erhöht wird und eine Anwendung auch im Mittelspannungsbereich (> 1000 V) ermöglicht wird.
  • Im Beispiel gemäß Figur 2 ist der Flansch 2 mit dem ringförmigen Isolator 3 durch eine den Umfang des Isolators 3 von außen umfassende Verlötung 31 mit Metallisierring 14 verbunden. Damit wird der isolierende und vor Bedampfung geschützte Bereich auf der von einer Metallisierung freien Stirnfläche 13 des Isolators 3 in seiner radialen Ausdehnung maximiert. Weiterhin ist die Außenkante des Isolators 3 im Stirnbereich mit einer Schräge 32 angefast. Neben der Vergrößerung des isolierenden und vor Bedampfung geschützten Bereiches wird damit insbesondere die elektrische Feldstärke sowohl senkrecht zur Oberfläche des Isolators 3 als auch deren Anteil parallel zur Isolatoroberfläche erniedrigt.
  • In Figur 3 ist der Flansch 2 derart geformt, daß er über die Innenkante des ringförmigen Isolators 3 in das Schaltrohr-Innere hineinragt, wobei zwischen Isolator 3 und Flanschoberfläche insbesondere im vertikalen Bereich ein Abstand d derart eingehalten wird, daß er zur Erhaltung der Spannungsfestigkeit auch bei bedampfter innerer Mantelfläche des Isolators 3 ausreicht. Die von Metallisierung freie Stirnfläche 13 des Isolators 3 wird also bei dieser Ausführungsform zusätzlich durch den in das Röhreninnere hineintauchenden Flansch 2 vor dem beim Schaltvorgang entstehenden Metalldampf geschützt. Die Kanten des Isolators 3 sind in diesem Beispiel zweckmäßigerweise beidseitig mit Schrägen 32 und 33 angefast. Besonders vorteilhafte Ergebnisse werden erreicht, wenn die freie Stirnfläche eine gewölbte Kontur ohne Kanten hat.
  • Statt des Einziehens des Flansches 2 in das Schaltrohr kann der gleiche Effekt dann erreicht werden, wenn der Stromzuführungsbolzen 1 im Bereich der zu schützenden Isolatorstirnseite entsprechend verdickt ist.
  • In den Figuren 1 bis 3 ist der Federbalg 6 jeweils nahe der eigentlichen Schaltkammer angeordnet. In Figur 4 ist dagegen der Federbalg 6 am gegenüberliegenden Ende des Schaltrohres angeordnet, woran sich der ringförmige Isolator 3 schaltkammerseitig anschließt. Der Federbalg 6 wird an der oberen Seite durch einen Endflansch 4 mit Kontaktzuführung 5 abgeschlossen und ist mit dem Isolator 3 über ein Flansch 20 zur Bildung des Spaltes 15 verbunden.
  • In diesem Fall wird der Federbalg 6 insbesondere zum Schutz vor Metalltropfen durch eine in das Schaltrohr hineinragende Flanschverbreiterung 23 abgeschirmt. Die Flanschverbreiterung 23 realisiert dadurch einen Schirm für den Federbalg 6 auf der einen Seite, während der eigentliche Flansch 20 zur anderen Seite mit der metallisierungsfreien Stirnfläche 13 des Isolators 3 den Spalt 15 definiert. Dabei wird wiederum durch die radiale Länge s des Spaltes 15 eine hinreichende Isolationslänge gewährleistet. Der Flansch 20 kann auch entsprechend Figur 2 am Umfang 31 mit dem Isolator verbunden sein.
  • Auch beim Ausführungsbeispiel gemäß Figur 1 kann es zweckmäßig sein, speziell den Federbalg 6 durch einen Dampfreflektor abzuschirmen. Ein solcher Dampfreflektor kann am Kontaktstück 7 bzw. am Stromzuführungsbolzen 1 angebracht sein.

Claims (9)

  1. Vakuumschaltrohr für Nieder- und Mittelspannungsschalter, insbesondere für Vakuumschütze, mit einer Schaltkammer und einem darin fest angeordneten ersten Kontaktstück (8) sowie einem über einen Federbalg (6) beweglichen Stromführungsbolzen (1) mit zweitem Kontaktstück (7) und mit einem ringförmigen Isolator (3), der über eine Metallisierung (14) vakuumtechnisch mit dem Federbalg (6) und/oder einem metallischen Flansch (2, 20) verbunden ist, dadurch gekennzeichnet, daß der ringförmige Isolator (3) vakuumseitig wenigstens eine zumindest teilweise von Metallisierung freie Stirnfläche (13) aufweist, die dem beim Schalten entstehenden Metalldampf abgewandt und dadurch vor einer Bedampfung geschützt ist, wobei die von Metallisierung freie Stirnfläche (13) des Isolators (3) eine für die Isolationsfunktion im Vakuum ausreichende radiale Ausdehnung (s) hat, und daß von der von Metallisierung freien Stirnfläche (13) des Isolators (3) und einem benachbarten metallischen Flansch (2, 10) ein Spalt (15) vorgegebener Länge (s) und Höhe (h) gebildet ist.
  2. Vakuumschaltrohr nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die vakuumseitige, radiale Ausdehnung (s) der von Metallisierung freien Stirnfläche (13) des Isolators (3) mindestens 0,5 mm beträgt.
  3. Vakuumschaltrohr nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die für die vakuumtechnische Verbindung von Flansch (2, 20) und Isolator (3) verwendete Metallisierung (14) des Isolators (3) außerhalb des Spaltes (15) liegt.
  4. Vakuumschaltrohr nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Höhe (h) des Spaltes (15) kleiner als die radiale Länge oder höchstens gleich der radialen Länge der von Metallisierung freien Stirnfläche (13) des Isolators (3) ist.
  5. Vakuumschaltrohr nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß der Flansch (2) und/oder der Federbalg (6) mit dem ringförmigen Isolator (3) an dessen Außenseite verbunden ist.
  6. Vakuumschaltrohr nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die von Metallisierung freie Stirnfläche (13) des ringförmigen Isolators (3) mindestens zu einer Seite angefast ist.
  7. Vakuumschaltrohr nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß die von Metallisierung freie Stirnfläche (13) eine gewölbte Kontur ohne Kanten hat.
  8. Vakuumschaltrohr nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der ringförmige Isolator (3) mit dem Grundflansch (2) verbunden ist und daß der Grundflansch (2) zur Aufnahme des Stromführungsbolzens (1) nach innen eingezogen ist.
  9. Vakuumschaltrohr nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß der Federbalg (6) an seinem den Kontaktstücken (7, 8) zugewandten Ende von einem Dampfreflektor abgeschirmt ist.
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