EP1155429A1 - Vakuumschaltkammer mit ringförmigem isolator - Google Patents

Vakuumschaltkammer mit ringförmigem isolator

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EP1155429A1
EP1155429A1 EP00912399A EP00912399A EP1155429A1 EP 1155429 A1 EP1155429 A1 EP 1155429A1 EP 00912399 A EP00912399 A EP 00912399A EP 00912399 A EP00912399 A EP 00912399A EP 1155429 A1 EP1155429 A1 EP 1155429A1
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EP
European Patent Office
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contact piece
membrane
power connection
movable contact
switching
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EP00912399A
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EP1155429B1 (de
Inventor
Harald Kurzmann
Kathrina Marek
Klaus Oberndörfer
Roman Renz
Johannes-Gerhard Banghard
Klemens Fieberg
Michael Hahn
Werner Hartmann
Detlev Schmidt
Jörg KUSSEROW
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Siemens AG
Original Assignee
Siemens AG
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Publication date
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    • H—ELECTRICITY
    • 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
    • H—ELECTRICITY
    • 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
    • H01H33/6606—Terminal arrangements
    • H01H2033/6613—Cooling arrangements directly associated with the terminal arrangements
    • H—ELECTRICITY
    • 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
    • H01H33/66238—Specific bellows details

Definitions

  • the invention is in the field of electrical components and can be used in the structural design of vacuum interrupters, the housings of which have two cap-like metal parts and an annular insulator and are provided for switching purposes in the lower alternating voltage range (up to 1000 V).
  • the two cap-like metal parts made of copper are each at the end of the tubular wall area by means of a plumb line with the annular insulator connected vacuum-tight.
  • a bellows is soldered with its one end in the immediate vicinity of the movable contact piece to its contact bolt and is surrounded concentrically by the annular insulator ;
  • a cap-shaped protective shield on the bottom of the movable contact piece protects the bellows against electrical loads.
  • This switching tube does not have any special shielding to protect the inner insulating section formed by the annular insulator, since a relatively broad end face of the annular insulator faces away from the contact area.
  • the power connections of this known vacuum interrupter chamber are designed as bolts which are passed axially through the respective cap-like metal part.
  • the two contact pieces are otherwise as Pot contacts executed; but other well-known ones also come
  • Another known contact form is provided, for example, by so-called spiral petal contacts with, in particular, flat, plate-like contact electrodes which are provided with slots running inwards from the outer circumference. These slots can each consist of a rectilinear section and a hole breaking through the contact surface (EP 0 532 513 B1).
  • Vacuum interrupters are already known as switching elements for low-voltage contactors, in which the bellows forms part of the outer surface of the housing and in this case is soldered in a vacuum-tight manner on the one hand to the power connection of the movable contact bolt and on the other hand to the end with a short tubular insulator (DE 37 09 585 C2).
  • the bellows can be connected to the insulator as well as to the power connection of the movable contact bolt by cutting edge soldering (DE 195 10 850 Cl).
  • vacuum switches which have to switch a current of approximately 4,000 A at a switching voltage of approximately 4 volts and in which cylindrical contacts are embedded in planar conductive end plates in order to provide an electrical one
  • Each contact is soldered in a vacuum-tight manner via a corrugated, disc-shaped membrane to an insulating ring arranged concentrically to the switching path.
  • an axial ring flange designed as a cutting edge soldering connection between the membranes and the insulating ring, there is a holder for a short pipe section -shielded shielding included (US
  • the ⁇ tromanschluß of the fixed contact piece is formed as a plate, that the two contact pieces surrounding metal member is tubular and the end side connected to the plate and in that the resilient me ⁇ -metallic barrier wall of a concentric corrugations Provided, disc-shaped membrane, which is soldered on the one hand to the power connection designed as a bolt of the movable contact piece and on the other hand via an axially extending ring flange to the annular insulator.
  • the number and size must be suitably dimensioned Depth of corrugations for the membrane.
  • the membrane has a number Z of full corrugations with a wall thickness between 0.1 and 0.2 mm and a corrugation depth of approximately half the switching stroke, which is greater than 1 + integer of the third root from the outside Diaphragm diameter D A minus power connection bolt diameter D B multiplied by the wall thickness s of the membrane, but at least 3, whereby the individual dimensions m mm are to be used.
  • the above-mentioned boundary condition is as a mathematically formulated relationship: Z> 1 + integer ( ⁇ [ ⁇ O R - D B ) * s]), at least 3.
  • the corrugation can be selected such that the radius of curvature corresponds approximately to the switching stroke and the individual shaft antinode corresponds to an arc with a circumferential angle of approximately 90 °.
  • the corrugation can also be sinusoidal with straight flanks.
  • constructive measures can be used, as are already proposed in the older German patent application 198 02 893.8.
  • the flat design of the new vacuum holding chambers can be even more pronounced if the contact pieces are designed as spiral contacts, in particular as flat spiral contacts.
  • the use of spiral contacts also leads to better arcing, which results in better switching capacity.
  • a disc-shaped vapor barrier between the movable contact piece and the associated power connection bolt which, for example, consists of a chromium-nickel steel and which, in the case of vacuum interrupters with low switching capacity, may be used to mechanically reinforce the thickness of the latter reduced movable spiral contact can be used.
  • the new design of the vacuum interrupter also enables a direct connection of the fixed contact piece to the associated plate-like power connection, which ensures optimal heat dissipation when using a connecting pin with a large diameter for the movable contact piece.
  • the overall compact design eliminates the need for a special guide for the connecting bolt for the movable contact piece, as has hitherto been customary for vacuum interrupters for circuit breakers using a plastic bushing. This enables a higher thermal load on the vacuum interrupter.
  • the new construction of the vacuum holding chamber also makes it possible to construct all individual parts - except for the ring-shaped insulator - so that they can be soldered to one another in a single operation (seal soldering) without the use of expensive and complex soldering molds. For this purpose, it is advisable to connect the fixed contact piece to the plate-like power connection via a short centering stub, while the movable contact piece is connected to the corrugated membrane in a centered manner via the contact pin.
  • the shape of the tubular part surrounding the two contact pieces - particularly in their design as flat spiral contacts - depends on the switching capacity provided in each case. With a small switching capacity of about 40 to 60 kA, this part can be designed as a cylinder. With greater switching capacity, i.e. for larger contact diameters, it is advisable to provide the tubular part with a conical taper at the end facing the annular insulator; this enables the use of an insulator and a corrugated membrane with a significantly smaller diameter than that of the spiral contacts.
  • tubular part which is preferably made of copper
  • the insulating ring arranged between the corrugated membrane and the tubular part of the housing can be designed in a known manner by appropriate design of its cross-sectional contour so that the arrangement of a shield to protect against the deposition of metal vapor particles. If, on the other hand, the insulating ring only fulfills the insulating function, the tubular metal part can have an approach which acts as a steam shield, as is already proposed per se in the earlier German patent application 198 26 766.5.
  • the transition from the area belonging to the housing to the area serving as a steam screen is designed in a wave-like manner, so that the metal part only touches the end face of the insulating ring in a linear manner and thus enables a kind of cutting edge soldering in this area.
  • FIG. 1 shows the switching chamber in cross section
  • Figure 2 shows the plate-like power connection in plan view.
  • the housing consists of an upper metal plate 1 made of copper functioning as a power connection, a hollow cylindrical wall part 3 made of copper butt-soldered to it, an annular insulator 4, a corrugated membrane 5 arranged coaxially to the annular insulator 4 and a cylindrical power connection bolt 2.
  • the ring-shaped insulator is of the same type as the insulator according to DE 44 22 316 AI, ie approximately square in cross-section and with a bevel and an undercut.
  • a fixed flat spiral contact 6 and a movable, flat spiral contact 7 are arranged within the housing.
  • the spiral contact 6 is connected to the plate 1 via a short centering connection 61, which engages in a centering hole in the spiral contact.
  • the spiral contact 7 is seated on a centering extension 21 of the current supply which causes a narrowing of the current flow. guide pin 2. This is soldered to the corrugated membrane 5 at its other end in the area of a centering projection 22. The membrane 5 is in turn soldered to the insulator 4 via the axially extending ring flange 51. This ring flange can be formed in one piece with the membrane.
  • a vapor barrier 9 is arranged in the form of a flat disc made of a mechanically strong material such as chrome-nickel steel. This vapor barrier 9 serves to shade the annular insulator 4 from metal particles of the spiral contacts 6 and 7 released during the switching process.
  • the construction of the vacuum interrupter is chosen so that all individual parts can be soldered together in a single soldering process.
  • the degassing gaps required for this can be provided in the joining area between the annular insulator 4 and the hollow cylindrical wall part 3 using means known from the prior art.
  • a tubular part 3 is provided as the wall part, the ends of which are soldered on the one hand to the metal plate 1 and on the other hand to the one end face of the annular insulator 4; in the right part of the illustration, the wall part 31 is formed in one piece with a shield 32 and is designed to be slightly wave-like in the transition area from the wall part to the shield.
  • an insulating ring 41 is used in the right part of the illustration, which has a simple, rectangular cross section.
  • a cutting edge soldering is provided on the circumference of the power connection bolt 2
  • the corrugated membrane 52 is soldered to the power connection bolt 2 in the region of a centering shoulder.
  • an annular flange 51 welded to the membrane is provided in the left-hand illustration, while in the right-hand illustration the annular flange is formed in one piece with the membrane.
  • FIG. 2 shows a plan view of the plate 1 of the vacuum holding chambers according to FIG. 1, which acts as a power connection.
  • a rectangular or square shape of the flat plate 1 leaves enough space for bores 11, which are used to fasten the power connection to a corresponding part of an associated switching device.
  • the membrane shown in FIG. 1 can have the following dimensions, for example:

Abstract

Die neue Vakuumschaltkammer ist für Leistungsschalter im Niederspannungsbereich vorgesehen und zeichnet sich durch eine kompakte Bauform mit kleiner Bauhöhe und durch hohes Schaltvermögen aus. Ihr Gehäuse besteht aus einem plattenartigen Stromanschluss (21), einem zylindrischen Wandteil (3), welches flache Spiralkontakte (6, 7) umgibt, einem ringförmigen Isolator (4) und einer Membranscheibe (5) mit zentrisch angeordnetem Stromzuführungsbolzen (2).

Description

Beschreibung
Vakuumschaltkammer mit ringförmigem Isolator
Die Erfindung liegt auf dem Gebiet der elektrischen Bauelemente und ist bei der konstruktiven Ausgestaltung von Vakuumschaltkam-mern anzuwenden, deren Gehäuse zwei kappenartige Me- tallteile und einen ringförmigen Isolator aufweist und für Schaltzwecke im unteren echselspannungsbereich (bis zu 1000 V) vorgesehen sind.
Bei einer bekannten Vakuumsehaltkämmer dieser Art sind die beiden kappenartigen, aus Kupfer bestehenden Metallteile, von denen das eine den eigentlichen Schaltraum für das festste- hende und das axial bewegbare Kontaktstuck bildet, am Ende des rohrformigen Wandbereiches jeweils mittels einer Schnei- denlotung mit dem ringförmigen Isolator vakuumdicht verbunden. Um mit dieser bekannten Vakuumschaltkammer bei möglichst kleinen axialen und radialen -Abmessungen Kurzschlußstrome im Bereich von 50 bis 100 kA sicher schalten zu können, ist ein Faltenbalg mit seinem einen Ende m unmittelbarer Nahe zum bewegbaren Kontaktstuck an dessen Kontaktbolzen angelotet und wird vom ringförmigen Isolator konzentrisch umgeben; ein kap- penformiger Schutzschild am Boden des bewegbaren Kontaktstu- ckes schützt dabei den Faltenbalg gegen elektrische Belastungen. - Diese Schaltrohre weist keine besondere -Abschirmung zum Schutz der vom ringförmigen Isolator gebildeten inneren Isolierstrecke auf, da eine relativ breit ausgebildete Stirnflache des ringförmigen Isolators dem Kontaktbereich abge- wandt ist. - Die Stromanschlusse dieser bekannten Vakuumschaltkammer sind - wie üblich - als Bolzen ausgeführt, die durch das jeweilige kappenartige Metallteil axial hmdurchge- fuhrt sind. - Die beiden Kontaktstucke sind im übrigen als Topfkontakte ausgeführt; doch kommen auch andere bekannte
Kontaktformen in Betracht (DE 44 22 316 AI) . - Eine andere bekannte Kontaktform bieten beispielsweise sogenannte Spiralkontakte (engl.: spiral petal contacts) mit insbesondere fla- chen, plattenartigen Kontaktelektroden, die mit vom äußerem Umfang nach innen verlaufenden Schlitzen versehen sind. Diese Schlitze können jeweils aus einem geradlinigen Abschnitt und einer die Kontaktfläche durchbrechenden Bohrung bestehen (EP 0 532 513 Bl) .
Als Schaltelemente für Niederspannungsschütze sind bereits Vakuumschaltröhren bekannt, bei denen der Faltenbalg einen Teil der äußeren Oberfläche des Gehäuses bildet und hierbei einerseits mit dem Stromanschluß des bewegbaren Kontaktbol- zens und andererseit stirnseitig mit einem kurzen rohrförmi- gen Isolator vakuumdicht verlötet ist (DE 37 09 585 C2) . Der Faltenbalg kann dabei sowohl mit dem Isolator als auch mit dem Stromanschluß des bewegbaren Kontaktbolzens durch eine Schneidenlötung verbunden sein (DE 195 10 850 Cl) .
Für den Nebenschlußbetrieb von Gleichstromelektrolysezellen sind weiterhin Vakuumschalter bekannt, die bei einer Schaltspannung von etwa 4 Volt einen Strom von etwa 4 000 A zu schalten haben und bei denen zylindrische Kontakte in planare leitende Endplatten eingelassen sind, um eine elektrische
Verbindung des Schalters mit elektrischen Anschlußschienen zu ermöglichen. Dabei ist jeder Kontakt über eine gewellte, scheibenförmige Membran mit einem konzentrisch zur Schaltstrecke angeordneten Isolierring vakuumdicht verlötet. In die mittels eines axialen Ringflansches als Schneidenlötung ausgeführte Lötverbindung zwischen den Membranen und dem Isolierring ist in dem einen Fall eine Halterung für eine als kurzes Rohrstück ausgebildete -Abschirmung einbezogen (US
4 , 21 6 , 360 A, DE 29 44 286 A) .
Für Vakuumschalter, die als Vakuumschütze für Niederspannung Verwendung finden, ist es weiterhin bekannt, als federndes, eine Bewegung des beweglichen Kontaktstückes zulassendes Verschlußteil der Schaltkammer anstelle eines Faltenbalges auch eine Membran zu verwenden, die mit zwei tiefen, konzentrisch angeordneten Wellungen versehen ist. Im mittleren, e- ben ausgebildeten Bereich der Membran sind die beiden Teile des quergeteilten Stromanschlußbolzens des bewegbaren Kontaktes mit diesem Bereich der Membran verlötet (DE 27 05 092 AI) .
Ausgehend von einer Vakuumsehaltkämmer mit den Merkmalen des Oberbegriffes des Patentanspruches 1 (DE 44 22 316 AI) liegt der Erfindung die Aufgabe zugrunde, die Bauform der bekannten Vakuumsehaltkämmer weiter zu verkleinern und dabei gleichzei¬ tig das Schaltvermögen zu erhöhen.
Zur Lösung dieser Aufgabe ist gemäß der Erfindung vorgesehen, daß der Ξtromanschluß des feststehendes Kontaktstückes als Platte ausgebildet ist, daß das die beiden Kontaktstücke umgebendem Metallteil rohrförmig ausgebildet und stirnseitig mit der Platte verbunden ist und daß die federelastische me¬ tallische Sperrwand aus einer mit konzentrischen Wellungen versehenen, scheibenförmigen Membran besteht, die einerseits mit dem als Bolzen ausgebildeten Stromanschluß des bewegbaren Kontaktstückes und andererseits über einen axial verlaufenden Ringflansch mit dem ringförmigen Isolator verlötet ist.
Eine derartige Ausgestaltung der Vakuumschaltkammer führt zu einer flachen Bauform mit im Vergleich zu herkömmlichen Vaku- umschaltrohren deutlich verringerter Bauhohe. Hierzu tragt zum einen die Ausgestaltung des einen Stromanschlusses als
Platte anstelle eines bisher üblichen zylindrischen Bolzens bei, wobei diese Platte zugleich einen stirnseitigen Deckel der an sich zylindrischen Schaltka mer bildet. Zum anderen tragt hierzu die Verwendung einer gewellten Membran anstelle eines sonst üblichen Faltenbalges bei.
Um bezüglich der unublichen Verwendung einer Membran für eine Vakuumschaltkammer, die m einem Niederspannungs-Wechsel- stromversorgungsnetz eingesetzt wird, die erforderliche Schalthauflgkeit (mindestens 10.000) bei einem Schalthub von etwa 3 bis 5 mm zu gewährleisten, bedarf es einer geeigneten Dimensionierung der Anzahl und der Tiefe der Wellungen für die Membran. Hierzu ist als weitere Ausgestaltung der Erfindung vorgesehen, daß die Membran bei einer Wanddicke zwischen 0,1 und 0,2 mm und einer Wellungstiefe von etwa dem halben Schalthub eine Anzahl Z von Vollwellungen aufweist, die großer als 1 + Ganzzahl der dritten Wurzel aus äußerem Membran- durchmesser DA minus Stromanschlußbolzendurchmesser DB multipliziert mit der Wanddicke s der Membran, mindestens aber 3 ist, wobei die einzelnen Maße m mm einzusetzen sind. Die vorstehend erwähnte Randbedingung lautet als mathematisch formulierte Beziehung: Z > 1 + Ganzzahl ( ~ [ {OR - DB) * s]) , mindestens 3.
Bei einer derartigen Ausgestaltung der Membran kann die Wellung so gewählt werden, daß der Krümmungsradius etwa dem Schalthub und der einzelne Wellenbauch einem Kreisbogen mit einem Umfangswmkel von etwa 90 ° entspricht. Die Wellung kann aber auch sinusartig mit geradlinigen Flanken ausgestaltet sein. Zur weiteren Ausgestaltung der neuen Schaltkammer können konstruktive Maßnahmen herangezogen werden, wie sie bereits in der älteren deutschen Patentanmeldung 198 02 893.8 vorgeschlagen sind. Danach kann die flache Bauform der neuen Vaku- umsehaltkämmer noch stärker ausgeprägt sein, wenn man die Kontaktstücke als Spiralkontakte, insbesondere als flache Spiralkontakte, ausbildet. Die Verwendung von Spiralkontakten führt außerdem zu einer besseren Lichtbogenführung, woraus ein besseres Schaltvermögen resultiert. So können bei Verwen- düng von flachen Spiralkontakten mit einem Durchmesser von etwa 90 mm Kurzschlußströme bis zu etwa 130 kA geschaltet werden. - Unabhängig vom Durchmesser der Spiralkontakte empfiehlt es sich, zwischen dem bewegbaren Kontaktstück und dem zugehörigen Stromanschlußbolzen eine scheibenförmige Dampf- sperre anzuordnen, die beispielsweise aus einem Chrom-Nickel- Stahl besteht und die bei Vakuumschaltkammern mit kleinem Schaltvermögen gegebenenfalls zur mechanischen Verstärkung des in seiner Dicke reduzierten bewegbaren Spiralkontaktes herangezogen werden kann.
Die neuartige Ausgestaltung der Vakuumschaltkammer ermöglicht auch eine unmittelbare Anbindung des feststehenden Kontaktstückes an den zugehörigen plattenartigen Stromanschluß, wodurch bei Verwendung eines -Anschlußbolzens mit großem Durch- messer für das bewegbare Kontaktstück eine optimale Wärmeableitung gewährleistet ist. Die insgesamt kompakte Bauform erübrigt eine spezielle Führung des Anschlußbolzens für das bewegbare Kontaktstück, wie es bisher bei Vakuumschaltröhren für Leistungsschalter unter Verwendung einer Kunststoffbuchse üblich ist. Dadurch ist eine höhere thermische Belastung der Vakuumschaltkammer möglich. Der neuartige Aufbau der Vakuumsehaltkämmer ermöglicht es weiterhin, alle Einzelteile - ausgenommen den ringförmigen Isolator - selbstzentrierend zu konstruieren, so daß alle Einzelteile in einem einzigen Arbeitsgang (Verschlußlötung) ohne Verwendung teurer und aufwendiger Lötformen miteinander verlötet werden können. Hierzu empfiehlt es sich, das feststehende Kontaktstück über einen kurzen Zentrierstutzen mit dem plattenartigen Stromanschluß zu verbinden, während das bewegbare Kontaktstück über den Kontaktbolzen mit der gewell- ten Membran zentriert verbunden ist.
Die Form des die beiden Kontaktstücke - insbesondere in ihrer Ausbildung als flache Spiralkontakte - umgebenden rohrförmigen Teiles hängt von dem jeweils vorgesehenen Schaltvermögen ab. Bei kleinem Schaltvermögen von etwa 40 bis 60 kA kann dieses Teil als Ho lzylinder ausgebildet sein. Bei größerem Schaltvermögen, d.h. bei größeren Kontaktdurchmessern, empfiehlt es sich, das rohrförmige Teil an dem dem ringförmigen Isolator zugewandten Ende mit einer kegeligen Verjüngung zu versehen; dies ermöglicht die Verwendung eines Isolators und einer gewellten Membran mit deutlich geringerem Durchmesser als dem der Spiralkontakte. - Unabhängig von der Formgebung des vorzugsweise aus Kupfer bestehenden rohrförmigen Teiles empfiehlt es sich, dieses auf der Innenwand im Bereich der Schaltstrecke mit einer lichtbogenfesten Auskleidung zu versehen, beispielsweise durch Verwendung von Blechteilen aus einem Chrom-Kupfer-Verbundwerkstoff oder durch eine galvanische Beschichtung mit Chrom.
Der zwischen der gewellten Membran und dem rohrförmigen Teil des Gehäuses angeordnete Isolierring kann in bekannter Weise durch entsprechende Gestaltung seiner Querschnittskontur so ausgebildet sein, daß sich die Anordnung einer Abschirmung zum Schutz gegen die Ablagerung von Metalldampfpartikeln erübrigt. Wenn der Isolierring dagegen nur die Isolierfunktion erfüllt, kann das rohrförmige Metallteil einen als Dampfschirm wirkenden Ansatz aufweisen, wie es an sich in der äl- teren deutschen Patentanmeldung 198 26 766.5 bereits vorgeschlagen ist. Bei dieser Doppelfunktion des Metallteiles ist der Übergang von dem zum Gehäuse gehörenden Bereich zu dem als Dampfschirm dienenden Bereich wellenartig gestaltet, so daß das Metallteil die Stirnfläche des Isolierringes nur li- nienförmig berührt und damit in diesem Bereich eine Art Schneidenlötung ermöglicht.
Zwei Ausführungsbeispiele der neuen Schaltkammer sind in den Figuren 1 und 2 dargestellt. Dabei zeigt Figur 1 die Schaltkammer im Querschnitt und
Figur 2 den plattenartigen Stromanschluß in Draufsicht.
Bei der dargestellten Vakuumschaltkammer besteht das Gehäuse aus einer als Stromanschluß fungierenden oberen metallenen Platte 1 aus Kupfer, einem daran stumpf angelöteten hohlzy- lindrischen Wandteil 3 aus Kupfer, einem ringförmigen Isolator 4, einer koaxial zum ringförmigen Isolator 4 angeordneten gewellten Membran 5 und einem zylindrischen Stromanschlußbolzen 2. Dabei ist der ringförmige Isolator gleichartig wie der Isolator gemäß DE 44 22 316 AI, d.h. annähernd quadratisch im Querschnitt sowie mit einer Abschrägung und einer Hinter- schneidung, ausgebildet. Innerhalb des Gehäuses sind ein feststehender flacher Spiralkontakt 6 und ein bewegbarer, flacher Spiralkontakt 7 angeordnet. Der Spiralkontakt 6 ist über einen kurzen Zentrierstutzen 61, der in eine Zentrierbohrung im Spiralkontakt eingreift, mit der Platte 1 verbunden. Der Spiralkontakt 7 sitzt auf einem zentrierenden, eine Verengung des Stromflusses bewirkenden Ansatz 21 des Stromzu- führungsbolzens 2 auf. Dieser ist an seinem anderen Ende im Bereich eines Zentrieransatzes 22 mit der gewellten Membran 5 verlötet. Die Membran 5 ist ihrerseits über den axial verlaufenden Ringflansch 51 mit dem Isolator 4 verlötet. Dieser Ringflansch kann einstückig mit der Membran ausgebildet sein. - Zwischen dem bewegbaren Spiralkontakt 7 und dem Stromzuführungsbolzen 2 ist noch eine Dampfsperre 9 in Form einer flachen Scheibe aus einem mechanisch festen Material wie beispielsweise Chrom-Nickel-Stahl angeordnet. Diese Dampfsperre 9 dient der -Abschattung des ringförmigen Isolators 4 gegenüber beim Schaltvorgang freigesetzten Metallpartikeln der Spiralkontakte 6 und 7.
Der Aufbau der Vakuumschaltkammer ist so gewählt, daß alle Einzelteile im Rahmen eines einzigen Lötvorganges miteinander verlötet werden können. Die hierzu erforderlichen Entgasungsspalte können mit aus dem Stand der Technik bekannten Mitteln im Fügebereich zwischen dem ringförmigen Isolator 4 und dem hohlzylindrischen Wandteil 3 vorgesehen werden.
Bei der Darstellung gemäß Figur 1 sind für das zwischen dem plattenartigen Stromanschluß 1 und dem ringförmigen Isolator 4 angeordnete rohrförmige Metallteil zwei verschiedene Ausführungsformen dargestellt. Im linken Teil der Darstellung ist als Wandteil ein rohrförmiges Teil 3 vorgesehen, das mit seinen Enden einerseits mit der metallenen Platte 1 und andererseits mit der einen Stirnfläche des ringförmigen Isolators 4 verlötet ist; im rechten Teil der Darstellung ist das Wandteil 31 einstückig mit einer Abschirmung 32 ausgebildet und im Übergangsbereich vom Wandteil auf die Abschirmung leicht wellenartig gestaltet. Zusätzlich ist im rechten Teil der Darstellung ein Isolierring 41 verwendet, der einen einfachen, rechteckförmigen Querschnitt aufweist. - Weiterhin zeigt Figur 1 zwei verschiedene Ausführungsformen für die
Verbindung der gewellten Membran 5 mit dem Stromanschlußbolzen 2. In der linken Darstellung ist eine Schneidenlötung am Umfang des Stromanschlußbolzens 2 vorgesehen, während in der rechtsseitigen Darstellung die gewellte Membran 52 im Bereich einer Zentrierschulter mit dem Stromanschlußbolzen 2 verlötet ist. Weiterhin ist in der linken Darstellung ein mit der Membran verschweißter Ringflansch 51 vorgesehen, während in der rechtsseitigen Darstellung der Ringflansch einstückig mit der Membran ausgeformt ist.
Figur 2 zeigt eine Draufsicht auf die als Stromanschluß fungierende Platte 1 der Vakuumsehaltkämmer gemäß Figur 1. Durch eine rechteckförmige bzw. quadratische Formgebung der ebenen Platte 1 bleibt genügend Raum für Bohrungen 11, die zur Befestigung des Stromanschlusses an einem entsprechenden Teil eines zugehörigen Schaltgerätes dienen.
Die in Figur 1 gezeigte Membran kann beispielsweise folgende Abmessungen aufweisen:
Außendurchmesser DA: 77 mm
Innendurchmesser
(Durchmesser des
Stromanschlußbolzens) DB: 25 mm Wanddicke s: 0,2 mm
Wellungstiefe (Abstand zwischen Wellenberg und
Wellental) : t: 2 mm
-Anzahl Z der Wellungen : >3

Claims

Patentansprüche
1. Vakuumschaltkammer zum Schalten von Kurzschlußströmen im Niederspannungsbereich, bestehend aus einem feststehenden und einem dazu axial bewegbaren Kontaktstück mit jeweils einem zugeordneten Stromanschluß und aus einem die Kontakte einschließenden Gehäuse, wobei der Stromanschluß des bewegbaren Kontaktstückes als zy- lindrischer Bolzen ausgebildet ist und wobei das Gehäuse starre Metallteile, einen ringförmigen Isolator und eine federelastische, gasdichte metallische Sperrwand aufweist und diese Gehäuseteile in bestimmter Zuordnung miteinander und mit den Stromanschlüssen der Kontaktstücke gasdicht verbunden sind und eines der starren Metallteile sowohl das festehende als auch das bewegbare Kontaktstück umgibt d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t , daß der Stromanschluß des feststehenden Kontaktstückes (6) als Platte (1) ausgebildet ist, daß das die beiden Kontaktstücke (6,7) umgebende Metallteil (3) rohrförmig ausgebildet und stirnseitig mit der Platte (1) verbunden ist und daß die federelastisehe, metallische Sperrwand aus einer mit konzentrischen Wellungen versehenen, scheibenförmigen Membran (5) besteht, die einerseits mit dem als Bolzen (2) ausgebildeten Stromanschluß des bewegbaren Kontaktstückes (7) und andererseits über einen axial verlaufenden Ringflansch (51) mit dem ringförmigen Isolator (4) verlötet ist.
2. Vakuumschaltkammer nach Anspruch 1, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t , daß die Membran (5) bei einem Schalthub von 3 bis 5 mm eine Wanddicke s zwischen 0,1 und 0,2 mm, eine Wellungstiefe t von etwa dem halben Schalthub und eine Anzahl Z von Vollwellungen aufweist, die der Bedin- gung
Z > 1 + Ganzzahl - DB) * s]), mindestens 3, genügt, mit
DA - Außendurchmesser der Membran [ mm ] DB = Durchmesser des Stromanschlußbolzens des bewegbaren Kontaktstückes [ mm ] und s = Dicke der Membran [ mm ].
3. Vakuums ehalt kämme r nach Anspruch 1 oder 2, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t , daß die Kontaktstücke als flache Spiralkontakte (6,7) ausgebildet sind.
EP00912399A 1999-02-26 2000-02-25 Vakuumschaltkammer mit ringförmigem isolator Expired - Lifetime EP1155429B1 (de)

Applications Claiming Priority (3)

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DE19910148 1999-02-26
DE19910148A DE19910148C2 (de) 1999-02-26 1999-02-26 Vakuumschaltkammer mit ringförmigem Isolator
PCT/DE2000/000576 WO2000052719A1 (de) 1999-02-26 2000-02-25 Vakuumschaltkammer mit ringförmigem isolator

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