EP1763887B1 - Vacuum switch chamber with a protective sleeve that is applied by heat shrinking - Google Patents

Vacuum switch chamber with a protective sleeve that is applied by heat shrinking Download PDF

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EP1763887B1 EP05763004.8A EP05763004A EP1763887B1 EP 1763887 B1 EP1763887 B1 EP 1763887B1 EP 05763004 A EP05763004 A EP 05763004A EP 1763887 B1 EP1763887 B1 EP 1763887B1
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Description

Die Erfindung betrifft eine Vakuumschaltkammer sowie ein Verfahren zur Herstellung derselben gemäß Oberbegriff der Patentansprüche 1 und 3.The invention relates to a vacuum switching chamber and a method for producing the same according to the preamble of claims 1 and 3.

Im Feld der Erfindung sind sogenannte Gießharzpolteile mit einer Vakuumschaltkammer, wobei die Polteile in der Nieder -, Mittel - und Hochspannungstechnik eingesetzt werden. Die Vakuumschaltkammer besteht aus einem metallischen Korpus der im Innenraum evakuiert ist und in dem sich die Schaltkontakte befinden. Vakuumschaltkammern dieser Art werden zumeist in Epoxydharz beziehungsweise Gießharz eingebracht, beziehungsweise von demselben ummantelt. Hierbei ist zu beachten, dass die Ausdehnungskoeffizienten und übrigen Temperaturparameter von Gießharz andere sind, als die des verwendeten Metalls der Vakuumschaltkammern. Im Betrieb, aber auch schon in der Fertigung können deshalb beim Einguss solcher Vakuumschaltkammern durch unterschiedliche Wärmeausdehnungskoeffizienten mechanische Verspannungen entstehen die keinen schlüssigen Kontakt zwischen Metalloberfläche der Vakuumschaltkammer und dem Einguss gewährleisten. Um dies zu vermeiden sind im Stand der Technik Polsterbeschichtungen der Vakuumschaltkammern bekannt, die aus einem elastischen Material bestehen und die Vakuumschaltkammer schlüssig umgeben. Dabei wird die Vakuumschaltkammer mit der sie bereits umgebenden Beschichtung oder Ummantelung aus elastischem Material sodann mit Epoxydharz vergossen. Aus der EP 0 866 481 A1 ist die grundsätzliche Verwendung einer Polsterschicht zwischen Vakuumkammer und Epoxyeinguss vorgesehen. Demgegenüber bleibt aber zu berücksichtigen, dass die dort erwähnten Materialien Kaltschrumpfmaterialien sind. Aus der EP 0187 960 A1 ist ebenfalls ein solcher Ring bekannt. Es sind zwar keine Hilfsmittel zum Aufbringen desselben angegeben, aber es wird beim nachfolgenden heissen Vergussprozess keine Maßnahmen getroffen, dass der Ring auch bei hoher Temperatur schlüssig auf der Vakuumkammer verbleibt.In the field of the invention are so-called Gießharzpolteile with a vacuum interrupter chamber, wherein the pole pieces are used in the low, medium and high voltage engineering. The vacuum switching chamber consists of a metallic body which is evacuated in the interior and in which the switching contacts are located. Vacuum switch chambers of this type are usually introduced into epoxy resin or casting resin, or sheathed by the same. It should be noted that the coefficients of expansion and other temperature parameters of casting resin are different than those of the metal used in the vacuum interrupters. In operation, but also in the production of mechanical stress can therefore arise when pouring such vacuum interrupters by different thermal expansion coefficients that ensure no conclusive contact between the metal surface of the vacuum interrupter and the sprue. In order to avoid this, in the prior art padding coatings of the vacuum interrupters are known, which consist of an elastic material and surround the vacuum interrupter interlocking. In this case, the vacuum interrupter chamber is then encapsulated with the already surrounding coating or sheathing made of elastic material with epoxy resin. From the EP 0 866 481 A1 is the basic use of a cushion layer between the vacuum chamber and Epoxyinguss provided. On the other hand, it should be remembered that the materials mentioned there are cold shrink materials. From the EP 0187 960 A1 is also known such a ring. Although no tools for applying the same are given, but no measures are taken in the subsequent hot casting process that the ring remains conclusive on the vacuum chamber even at high temperature.

Wichtig ist hierbei dass das aufgebrachte elastische Material schlüssig, das heißt ohne Luftblasen auf der Vakuumschaltkammer aufliegt, bevor diese eingegossen wird. Weitere Anforderungen sind hierbei auch, dass während des Vergusses das Schichtsystem stabil bleibt.It is important in this case that the applied elastic material rests conclusively, that is without air bubbles on the vacuum interrupter chamber before it is poured. Other requirements here are that the coating system remains stable during potting.

Zur Bewerkstelligung dieser Anforderungen ist es im Stand der Technik bekannt Schläuche aus elastischem Material zu verwenden, die mit mechanischen Hilfsmitteln expandiert werden, soweit, dass man sie über der Vakuumschaltkammer platzieren kann. Nach Entfernen der mechanischen Expansionsmittel legt sich der Schlauch dann an die Oberfläche der Vakuumschaltkammer an. Dabei kommt es in der Regel zu einem schlüssigen Anlegen des Materials an die Oberfläche der Vakuumschaltkammer, wobei in den meisten Fällen das elastische Material auch nach Anlage an die Oberfläche der Vakuumschaltkammer noch expandiert bleibt.To meet these requirements, it is known in the art to use flexible material hoses which are expanded by mechanical means to the extent that they can be placed over the vacuum interrupter chamber. After removal of the mechanical expansion means, the hose then attaches to the surface of the vacuum interrupter chamber. In this case, it usually comes to a coherent application of the material to the surface of the vacuum interrupter chamber, wherein in most cases, the elastic material is still expanded even after contact with the surface of the vacuum interrupter chamber.

Das heißt wäre die Schaltkammer nicht dort platziert und hätte man die mechanischen Expansionsmittel entfernt, dann wäre der Durchmesser des so relaxierten elastischen Schlauches kleiner als der Außendurchmesser der Vakuumkammer. Aufgrund dieser bekannten und im Stand der Technik bereits vorteilhaft eingesetzten Parameter kommt es zu der oben beschriebenen schlüssigen Anlage an der Oberfläche.That is, the switching chamber would not be placed there and if the mechanical expansion means had been removed, then the diameter of the thus relaxed elastic tube would be smaller than the outer diameter of the vacuum chamber. Because of these known and already advantageously used in the prior art parameters, it comes to the above-described conclusive attachment to the surface.

Bei einer Vakuumschaltkammer der beschriebenen gattungsgemäßen Art sowie insbesondere bei der Herstellung einer solch beschriebenen Vakuumschaltkammer für den späteren Einguss sind die an sich in der Wirkung vorteilhaft eingesetzten bekannten Parameter und Verfahrensmaßgaben zweckmäßig, aber das Herstellverfahren für eine solche Vakuumschaltkammer zur Vorbereitung in den späteren Einguss ist aufwändig.In a vacuum interrupter chamber of the generic type described and in particular in the production of such a described vacuum interrupter for the subsequent sprue are used in the effect advantageously known parameters and Verfahrensmaßgaben appropriate, but the manufacturing process for such a vacuum interrupter for preparation in the subsequent sprue is complex ,

Es ist aber gewünscht, die Anordnung eines entsprechenden Schlauches weiterhin beizubehalten, der die Schaltkammer zum einen vor Beschädigungen schützt und zum anderen eine Verlängerung der Isolationsstrecke bewirkt und außerdem die unterschiedlichen genannten Materialausdehnungskoeffizienten ausgleicht. Die Aufbringung eines solchen Schlauches oder Schutzmantels der beschriebenen Art geschieht also im Stand der Technik bei Umgebungstemperatur. Dabei ist jedoch zu beachten, das die Vakuumkammer zusammen mit dem so aufgebrachten Schlauch auf eine Temperatur vorgewärmt wird, bevor sie mit Gießharz umgossen wird. Durch die Verwendung eines solchen kalt aufgebrachten elastischen Materials wird jedoch durch die Temperierung während des weiteren Fertigungsprozesses die zulässige Materialtemperatur des elastischen Materials überschritten, wodurch eine vorzeitige Alterung initiiert wird. Dabei wird durch diese Art der Anwendung vermehrt eine Beschädigung des Schlauches vor und während des Vergusses verursacht. Dies beeinträchtigt die mechanische Stabilität des Vergusses, sowie die elektrischen Parameter.However, it is desired to continue to maintain the arrangement of a corresponding hose, which protects the switching chamber on the one hand from damage and on the other causes an extension of the insulation gap and also compensates for the different mentioned coefficients of material expansion. The application of such a hose or protective jacket of the type described thus takes place in the prior art at ambient temperature. It should be noted, however, that the vacuum chamber together with the tube so applied a temperature is preheated before it is cast around with cast resin. By using such a cold applied elastic material but the permissible material temperature of the elastic material is exceeded by the temperature during the further manufacturing process, whereby premature aging is initiated. This type of application increasingly causes damage to the hose before and during the encapsulation. This affects the mechanical stability of the encapsulation, as well as the electrical parameters.

Der Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde eine Vakuumschaltkammer dieser Art sowie eine Verfahren zur Herstellung derselben respektive dem nachfolgenden Verguss dahingehend zu verbessern, das die oben beschriebenen Vorteile genutzt aber die dargestellten Nachteile vermieden werden.The invention is therefore based on the object to improve a vacuum interrupter chamber of this type and a method for producing the same respectively the subsequent potting to the effect that the advantages described above used but the disadvantages are avoided.

Die gestellte Aufgabe wird bei einer Vakuumschaltkammer der gattungsgemäßen Art erfindungsgemäß durch die kennzeichnenden Merkmale des Patentanspruches 1 gelöst.The stated object is achieved according to the invention in a vacuum interrupter chamber of the generic type by the characterizing features of claim 1.

Eine weitere vorteilhafte Ausgestaltung ist Anspruch 2 angegeben.A further advantageous embodiment is specified in claim 2.

Im Hinblick auf ein Verfahren zur Herstellung einer solchen Vakuumschaltkammer respektive dem nachfolgenden Einguss ist die gestellte Aufgabe erfindungsgemäß durch die kennzeichnenden Merkmale des Patentanspruches 3 gelöst.With regard to a method for producing such a vacuum interrupter chamber respectively the subsequent sprue, the object is achieved by the characterizing features of claim 3.

Weitere vorteilhafte Ausgestaltungen des erfindungsgemäßen Verfahrens sind in den übrigen abhängigen Ansprüchen angegeben.Further advantageous embodiments of the method according to the invention are specified in the remaining dependent claims.

Kern der einrichtungsgemäßen Erfindung betreffend die Vakuumschaltkammer ist es, dass auch weiterhin zur Vorbereitung auf den späteren Verguss die Vakuumschaltkammer mit einem aus einem elastischen, beziehungsweise elastomeren oder plastomeren Material bestehenden Schutzhülle an der Außenoberfläche versehen ist, die ohne weitere mechanische Hilfsmittel durch Warmschrumpfung auf die Oberfläche der Vakuumschaltkammer aufgebracht ist. Damit wird der Vorteil einer Dämpfungsschicht für den späteren Verguss der Vakuumschaltkammer erreicht, das heißt auch dieser Überzug gewährt eine Ausgleichung der unterschiedlichen Temperaturausdehnungskoeffizienten und genügt auch den elektrischen beziehungsweise isolatorischen Anforderungen.The core of the device according to the invention relating to the vacuum interrupter chamber is that the vacuum interrupter chamber is further provided with a protective sheath made of an elastic or elastomeric or plastic material on the outer surface in preparation for the subsequent encapsulation, which is heat shrinkable on the surface without further mechanical aids the vacuum interrupter chamber is applied. Thus, the advantage of a damping layer for the subsequent potting the vacuum interrupter chamber is achieved, that is, this coating granted a Adjustment of the different coefficients of thermal expansion and also meets the electrical or isolatorischen requirements.

Dabei wird gegebenenfalls vor dem Überschieben dieses Mantels oder dieser Hülle über die Vakuumschaltkammer, die Hülle zuvor gegebenenfalls auch über mechanische Mittel expandiert. Beim Überziehen über die Vakuumkammer sind diese jedoch nicht mehr nötig, weil das Warmschrumpfmaterial im kalten Zustand zunächst in dieser Überdehnung verharrt. Wichtig ist jedoch hierbei, das nicht wie im Stand der Technik die Hülle dann sofort relaxiert, sondern zunächst in einem überdehnten Zustand verharrt, solange, bis die Warmschrumpfung ein schlüssiges und festes Anlegen des Schlauches an die Oberfläche der Vakuumschaltkammer erzeugt.In this case, if necessary, before the sliding over of this jacket or shell on the vacuum interrupter chamber, the shell previously possibly also expanded by mechanical means. When coating over the vacuum chamber, however, these are no longer necessary because the heat shrink material initially remains in this overstretching in the cold state. However, it is important here that not as in the prior art, the sheath then immediately relaxes, but initially remains in an overstretched state, until the heat shrinkage produces a conclusive and firm application of the hose to the surface of the vacuum interrupter chamber.

In weiterer vorteilhafter Ausgestaltung ist angegeben, dass die Dimensionierung des Schlauches respektive seiner Enddimensionierung nach erfolgter Warmschrumpfung so ausgelegt ist, das er sich um die zylindrischen Außenflächen schlüssig anlegt, und außerdem an den Enden ebenfalls um die Kanten herum an die Oberfläche der Vakuumschaltkammer zumindest noch teilweise anlegt.In a further advantageous embodiment, it is stated that the dimensioning of the tube respectively its final dimensioning after heat shrinkage is designed so that it rests tightly around the cylindrical outer surfaces, and also at the ends also around the edges to the surface of the vacuum interrupter chamber at least partially invests.

Im Bezug auf ein Verfahren zur Herstellung derselben wird ein aus Warmschrumpfschlauch bestehender Schlauch, welcher in seinem Zustand einen größeren Umfang aufweist, als der der Schaltkammer über dieselbe gezogen und dort positioniert, und nachfolgend mit einem Warmschrumpfprozess auf die Oberfläche der Vakuumschaltkammer aufgeschrumpft. Es sind also zum Aufbringen des Schlauches auf die Vakuumschaltkammer keine weiteren mechanischen Mittel mehr notwendig, wie dies im Stand der Technik üblich ist. Darüber hinausgehend lässt sich der Schlauch somit leicht über die Vakuumschaltkammer ziehen und sodann mittels einem einfachen Verfahrensschritt schnell und sehr effizient in ebenso dichte und schlüssige Anlage an die Oberfläche der Vakuumschaltkammer bringen.With respect to a method of manufacturing the same, a tube made of heat-shrinkable tubing which has a larger circumference in its state than that of the switching chamber is pulled over and positioned thereacross, and subsequently shrunk onto the surface of the vacuum interrupter chamber by a heat-shrinking process. Thus, it is no longer necessary to apply the hose to the vacuum interrupter chamber any further mechanical means, as is customary in the prior art. In addition, the hose can thus easily pull on the vacuum interrupter chamber and then bring by a simple process step quickly and very efficiently in equally dense and consistent system to the surface of the vacuum interrupter chamber.

Hiernach erfolgt dann der Verguss in Epoxydharz. Von besonderem Vorteil ist hierbei, das es sich bei dem Warmschrumpfmaterial gegenüber den bisher verwendeten Materialien im Stand der Technik die aus Gummi oder Silikongummi oder dergleichen bestanden um ein in seiner Konsistenz temperaturstabiles Material handelt. Der nachfolgende Epoxydharzverguss geschieht ebenfalls bei einer Temperatur von mindestens 130 Grad. Im Gegensatz zu Materialien aus dem Stand der Technik bleibt jedoch der erfindungsgemäße Warmschrumpfschlauch materialtechnisch und in seiner Konsistenz stabil und der Einguss verursacht als solcher keine Alterung des Materials.Thereafter, then the casting in epoxy resin. Of particular advantage in this case is that it is the heat shrink material compared to the previously used in the prior art materials which consist of rubber or silicone rubber or the like is a temperature-stable material in its consistency. The subsequent Epoxydharzverguss also happens at a temperature of at least 130 degrees. Unlike prior art materials However, the heat shrink tube according to the invention materially and in its consistency stable and the sprue caused as such no aging of the material.

Die Erfindung ist in der Zeichnung lediglich nur noch notwendigerweise schematisch dargestellt und nachfolgend näher beschrieben.The invention is shown only schematically in the drawing and described in more detail below.

Fig. 1: Zur Beschrumpfung einer Vakuumkammer 1 mit einem Warmschrumpfschlauch 2 wird die Kammer mit dem expandierten Schlauch in der beschriebenen Weise überzogen. Die Expandierung des Schlauches kann jedoch vorher erfolgen und somit sind beim Überziehen des Warmschrumpfschlauches auf die Vakuumkammer keine ansonsten notwendigen mechanischen Mittel mehr notwendig. Fig. 1 To shrink a vacuum chamber 1 with a heat shrink tube 2, the chamber is coated with the expanded tube in the manner described. However, the expansion of the tube can be done beforehand and thus no otherwise necessary mechanical means are more necessary when coating the heat shrink tube on the vacuum chamber.

Hieran schließt sich eine Temperaturbehandlung mit 130 Grad Celsius an, so dass der Schlauch auf die Vakuumschaltkammer aufschrumpft. In seiner Eigenschaft nimmt der Schlauch die Außenkontur der Kammer an und plättet so die Oberfläche. Es entsteht eine dielektrisch dichte Fuge mit einer Verlängerung der Isolationsstrecke. Dies hilft, die Bauform von Vakuumschaltkammern zu optimieren und die Herstellkosten zu minimieren. Geeignete Materialkennwerte des Schlauches vermeiden unzulässige Temperaturbeanspruchung vor und während des Vergusses.This is followed by a temperature treatment at 130 degrees Celsius, so that the tube shrinks on the vacuum interrupter chamber. In its capacity, the tube takes on the outer contour of the chamber and thus flattens the surface. The result is a dielectrically sealed joint with an extension of the insulation gap. This helps to optimize the design of vacuum interrupters and to minimize manufacturing costs. Suitable material characteristics of the hose avoid unacceptable temperature stress before and during encapsulation.

Die Form des expandierten Schlauches begünstigt die Automatisierung des Fertigungsprozesses sehr viel stärker als dies bei bekannten Verfahren möglich war.The shape of the expanded tube favors the automation of the manufacturing process much more than was possible with known methods.

Figur 2 zeigt, wie sich nach der Wärmebehandlung der Schrumpfschlauch um die Vakuumschaltkammer anlegt.
Die so erstellte und von dem aufgeschrumpften Warmschrumpfschlauch fest eingehüllte Vakuumschaltkammer wird nun so von einem Epoxidharzverguss umgeben, bzw in einen solchen eingebettet, der hier nicht weiter dargestellt ist. Der Verguss liegt dabei direkt an der Aussenhaut des Warmschrumpfschlauches an. FIG. 2 shows how after the heat treatment, the shrink tubing applies to the vacuum interrupter chamber.
The thus created and firmly wrapped by the shrunk-on heat shrink tube vacuum interrupter is now surrounded by an Epoxidharzverguss, or embedded in such, which is not shown here. The casting is applied directly to the outer skin of the heat shrink tubing.

Claims (5)

  1. Vacuum switch chamber with integrally cast pole piece, for use in low-voltage, medium-voltage and high-voltage applications, wherein,
    in preparation for the later casting process, the vacuum switch chamber (1) is provided on the outer surface with a protective sheath (2) composed of an elastic or elastomer or plaster material, characterized in that the protective sheath (2) is applied to the surface of the vacuum switch chamber, without further expanding mechanical aids, by heat shrinkage alone, which protective sheath remains stable and does not undergo ageing during the subsequent casting-in process at at least 130°C.
  2. Vacuum switch chamber according to Claim 1,
    characterized
    in that the dimensioning of the tube or the final dimensioning thereof after heat shrinkage has taken place is configured such that it comes to lie around the cylindrical outer surfaces with intimate contact, and also at the ends likewise comes to lie at least partially against the surface of the vacuum switching chamber around the edges.
  3. Method for producing a vacuum switch with integrally cast pole piece,
    characterized
    in that a tube which is composed of heat shrinkage material and which, in its state before it is pulled onto the vacuum switch chamber, has a circumference larger than that of the switch chamber, is pulled over said switch chamber and positioned there and is subsequently shrink-fitted onto the surface of the vacuum switch chamber by a heat shrinkage process, in which method the tube remains stable and does not undergo ageing during the subsequent casting-in process at at least 130°C.
  4. Method according to Claim 3,
    characterized
    in that the pulling-on and shrink-fitting of the tube is followed by the casting in epoxy resin.
  5. Method according to Claim 3,
    characterized
    in that the heat shrinkage material of the tube is a material which is stable in its consistency at different temperatures.
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