EP4165669B1

EP4165669B1 - Vakuumschaltröhre und stufenschalter

Info

Publication number: EP4165669B1
Application number: EP21735183.2A
Authority: EP
Inventors: Klaus HÖPFL; Silke Wrede; Markus ZINTL; Anniyappan Palani
Original assignee: Maschinenfabrik Reinhausen GmbH; Maschinenfabrik Reinhausen Gebrueder Scheubeck GmbH and Co KG
Current assignee: Maschinenfabrik Reinhausen GmbH; Scheubeck GmbH and Co
Priority date: 2020-07-06
Filing date: 2021-06-15
Publication date: 2026-03-04
Anticipated expiration: 2041-06-15
Also published as: BR112022023553A2; JP7813249B2; DE102020117769A1; CN115836368A; KR20230034218A; EP4165669A1; US12237135B2; WO2022008175A1; US20240029967A1; JP2023532632A

Description

Die Erfindung betrifft eine Vakuumschaltröhre für einen Stufenschalter zum Umschalten zwischen verschiedenen Anzapfungen eines Transformators sowie einen Stufenschalter mit einer solchen Vakuumschaltröhre.
Die Verwendung von Vakuumschaltröhren als Schaltelemente in Stufenschaltern, insbesondere Laststufenschaltern, zur unterbrechungslosen Umschaltung unter Last zwischen Wicklungsanzapfungen eines Stufentransformators ist aus dem Stand der Technik seit Jahrzehnten bekannt, beispielsweise aus der Druckschrift WO9630922A1 .
Grundsätzlich existieren Vakuumschaltröhren in dem Bereich der Hochspannungstechnik in vielfältigen Bauformen und Anwendungsgebieten, beispielsweise in Leistungsschaltern. Es ist von Leistungsschaltern bekannt, dass abhängig von der Stromhöhe eine Fremdbeeinflussung der Vakuumschaltröhre durch ein Magnetfeld auftreten kann. In der DE19518533A1 wird eine Abschirmung vorgeschlagen, durch welche die Vakuumschaltröhre vor dieser Einwirkung durch fremde Magnetfelder geschützt wird. Das Dokument DE 33 29 212 zeigt eine Vakuumschaltröhre gemäß dem Oberbegriff des Anspruchs 1.
Ein solches Magnetfeld kann durch einen Transformator erzeugt werden, abhängig von dessen Ausführung und Design, und folglich auch Einfluss auf die Vakuumschaltröhren eines Stufenschalters haben. Diese Fremdbeeinflussung kann die Lebensdauer der Vakuumschaltröhren negativ beeinflussen, da es zu einem unsymmetrischen Abbrand der Kontakte und einer unsymmetrischen Bedampfung der Isolierstrecken in der Vakuumschalröhre kommen kann.
Es ist daher eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung ein verbessertes Konzept für eine Vakuumschaltröhre anzugeben, durch welches die Vakuumschaltröhre von dem störenden Einfluss eines umgebenden Fremdmagnetfeldes abgeschirmt und ein sicherer Betrieb des Stufenschalters gewährleistet wird.
Diese Aufgabe wird durch den jeweiligen Gegenstand der unabhängigen Ansprüche gelöst. Weitere Ausführungsformen sind Gegenstand der abhängigen Ansprüche.
Das verbesserte Konzept beruht auf der Idee, die Vakuumschaltröhre mit einer metallischen Abschirmung vor äußeren Magnetfeldern auszustatten.
Gemäß dem verbesserten Konzept wird eine Vakuumschaltröhre für einen Stufenschalter angegeben, welche eine metallische Abschirmung vor äußeren Magnetfeldern und eine Halterung umfasst.
Die metallische Abschirmung ist hohlzylinderförmig ausgebildet und wenigstens um einen Teil einer zylindrischen Mantelfläche der Vakuumschaltröhre herum angeordnet. Bevorzugt ist die hohlzylinderförmige Abschirmung wenigstens halb so hoch wie die zylindrische Mantelfläche der Vakuumschaltröhre und in axialer Richtung der Vakuumschaltröhre mittig an dieser angeordnet. Die Abschirmung kann einteilig oder mehrteilig ausgebildet sein und besteht beispielsweise aus Weicheisen.
Die Halterung ist außerhalb der metallischen Abschirmung und der Vakuumschaltröhre angeordnet und umgibt die metallische Abschirmung und die Vakuumschaltröhre wenigstens zum Teil koaxial. Bevorzugt wird die Vakuumschaltröhre von der Halterung um mindestens 240 Grad koaxial umgeben.
Weiterhin weist die Halterung mehrere Halteelemente auf, welche die metallische Abschirmung in Abhängigkeit von der Vakuumschaltröhre in Position halten.
Gemäß wenigstens einer Ausführungsform umfassen die Halteelemente wenigstens zwei, radial nach innen ragende Vorsprünge, die einen Anschlag für ein erstes Ende und ein zweites Ende der metallischen Abschirmung bilden.
Dadurch wird die metallische Abschirmung in axialer Richtung der Vakuumschaltröhre an dieser positioniert, bevorzugt mittig.
Gemäß wenigstens einer weiteren Ausführungsform umfasst wenigstens einer der Vorsprünge einen Abstandhalter, der zwischen der metallischen Abschirmung und der Vakuumschaltröhre angeordnet ist.
Der Abstandhalter ist als keilförmige Erhöhung ausgebildet, die in radialer Richtung innenliegend auf dem wenigstens einen Vorsprung angeordnet ist und sich in axialer Richtung der Vakuumschaltröhre erstreckt. Im montierten Zustand der Halterung ist der Abstandhalter zwischen der Abschirmung und der Vakuumschaltröhre angeordnet und verhindert ein direktes Aufliegen der Abschirmung auf der zylindrischen Mantelfläche der Vakuumschaltröhre.
Gemäß wenigstens einer Ausführungsform umfassen die Halteelemente weiterhin wenigstens einen radial nach innen ragenden Zapfen, der formschlüssig, d. h. passgenau in eine Öffnung in der metallischen Abschirmung hineinragt.
Dadurch wird die Abschirmung in Position gehalten und einem Verdrehen der Abschirmung gegenüber der Vakuumschaltröhre entgegengewirkt.
Gemäß wenigstens einer Ausführungsform umfasst die Halterung an einem ersten Ende und an einem zweiten Ende jeweils wenigstens einen nach innen gerichteten Absatz, der formschlüssig an der Vakuumschaltröhre anliegt.
Der Absatz kann radial umlaufend an den Enden der Halterung ausgebildet sein und/oder radial segmentiert, d. h. aus einzelnen Absätzen bestehend, die voneinander beabstandet und radial an den Enden der Halterung angeordnet sind, ausgebildet sein.
Gemäß wenigstens einer Ausführungsform umfasst die Halterung an dem ersten Ende und an dem zweiten Ende jeweils mehrere radial nach innen verlaufende Streben, die formschlüssig an der Vakuumschaltröhre anliegen. Mittels der Streben wird die Halterung in axialer Richtung der Vakuumschaltröhre fixiert.
Gemäß wenigstens einer weiteren Ausführungsform besteht die Halterung aus wenigstens zwei Segmenten, die identisch zueinander ausgebildet sind und jeweils mehrere Querverstrebungen und Längsverstrebungen aufweisen. Die Segmente sind bevorzugt um 180 Grad horizontal und vertikal verdreht zueinander angeordnet.
Gemäß wenigstens einer weiteren Ausführungsform umfasst die Vakuumschaltröhre einen Befestigungsring, der mit der Halterung lösbar mechanisch verbunden ist, derart, dass der Befestigungsring in die Halterung einsteckbar und in dieser durch Verdrehen arretierbar ist.
Der Befestigungsring stützt sich stirnseitig an der Vakuumschaltröhre ab und fixiert durch den Arretiermechanismus die Halterung in axialer Richtung der Vakuumschaltröhre.
Gemäß dem verbesserten Konzept wird außerdem ein Stufenschalter, insbesondere ein Laststufenschalter angegeben, der wenigstens eine Vakuumschaltröhre gemäß dem verbesserten Konzept umfasst.
Gemäß wenigstens einer Ausführungsform des Stufenschalters beinhaltet der Stufenschalter einen Lastumschalter, welcher die Vakuumschaltröhre umfasst, oder einen Lastwähler, welcher die Vakuumschaltröhre umfasst.
Im Folgenden wird die Erfindung anhand beispielhafter Ausführungsformen unter Bezug auf die Zeichnungen im Detail erklärt. Komponenten, die identisch oder funktionell identisch sind oder einen identischen Effekt haben, können mit identischen Bezugszeichen versehen sein. Identische Komponenten oder Komponenten mit identischer Funktion sind unter Umständen nur bezüglich der Figur erklärt, in der sie zuerst erscheinen. Die Erklärung wird nicht notwendigerweise in den darauffolgenden Figuren wiederholt.
Es zeigen

Figur 1: eine perspektivische Darstellung einer beispielhaften Ausführungsform einer Vakuumschaltröhre gemäß dem verbesserten Konzept;
Figur 2: eine Längsschnittdarstellung der Vakuumschaltröhre aus Figur 1;
Figur 3: eine perspektivische Ansicht einer beispielhaften Ausführungsform eines Segmentes einer Halterung für eine Vakuumschaltröhre gemäß dem verbesserten Konzept;
Figur 4: eine perspektivische Detailansicht einer weiteren beispielhaften Ausführungsform einer Vakuumschaltröhre gemäß dem verbesserten Konzept.

Figuren 1 und 2 zeigen eine perspektivische und eine Längsschnittdarstellung einer beispielhaften Ausführungsform einer Vakuumschaltröhre gemäß dem verbesserten Konzept.
Die Vakuumschaltröhre 1 weist ein Gehäuse mit einer Schaltkammer 8, die beispielsweise aus Keramik besteht, und zwei jeweils stirnseitig angeordneten Wandungen 9, die beispielsweise aus Metall bestehen, auf. Die Schaltkammer 8 ist hohlzylinderförmig ausgebildet und hat eine zylindrische Mantelfläche. Die Wandungen 9 grenzen stirnseitig an die Schaltkammer 8 an und schließen diese luftdicht ab.
Die Vakuumschaltröhre 1 weist einen festen Kontakt 11 und einen axial zur Vakuumschaltröhre beweglichen Kontakt 12 auf. Die Kontakte 11, 12 sind in der Schaltkammer 8 angeordnet. Durch Betätigung des beweglichen Kontakts 12 kann die Vakuumschaltröhre 1 geöffnet und geschlossen werden.
Eine hohlzylinderförmige, metallische Abschirmung 2 ist um einen Teil der Vakuumschaltröhre 1, genauer, um einen Teil der zylindrischen Mantelfläche der Schaltkammer 8 herum entlang einer Achse A mittig in Bezug auf die Höhe der Schaltkammer 8 angeordnet.
Eine Halterung 4 umgibt die Vakuumschaltröhre 1 und die Abschirmung 2 von außen koaxial um ca. 240 Grad. Die restliche Teil der Vakuumschaltröhre 1 und der Abschirmung 2 werden nicht von der Halterung 4 tangiert.
Am ersten Ende 41 und einem zweiten Ende 42 der Halterung 4 sind jeweils mehrere radial nach innen verlaufende Streben 44 angeordnet, die im montierten Zustand der Halterung 4 formschlüssig an der Vakuumschaltröhre 1 beziehungsweise den stirnseitigen Wandungen 9 anliegen und die Halterung 4 dadurch bezüglich der Achse A fixieren.
Die Halterung 4 besteht aus zwei Segmenten, die identisch zueinander ausgebildet sind und mehrere Querverstrebungen 13 und Längsverstrebungen 14 aufweisen. Die beiden Segmente sind um 180 Grad horizontal und vertikal verdreht zueinander angeordnet.
Figur 3 zeigt eine perspektivische Darstellung eines solchen Segmentes der Halterung 4 im Detail.
Die Halterung 4 bzw. die Segmente weisen Haltelemente auf, mit welchen sie an der Vakuumschaltröhre 1 beziehungsweise der Schaltkammer 8 und den Wandungen 9 sowie an der Abschirmung 2 anliegen.
An den radial angeordneten Längsverstrebungen 14 sind mehrere, radial nach innen ragende Vorsprünge 5 auf Höhe eines ersten Endes 21 und eines zweiten Endes 22 der Abschirmung 2 angeordnet. Diese bilden einen oberen und einen unteren Anschlag für die Abschirmung 2 und fixieren sie bezüglich der Achse A.
Die benachbarten Vorsprünge 5, die auf Höhe des zweiten Endes 22 der Abschirmung 2 an den Längsverstrebungen 14 angeordnet sind, sind teilweise miteinander verbunden, derart, dass zusätzliche Teilverstrebungen 15 gebildet werden. Auf den Vorsprüngen 5, die über Teilverstrebungen 15 miteinander verbunden sind, sind Abstandhalter 16 vorgesehen. Diese sind als keilförmige Erhöhungen ausgebildet, die sich in axialer Richtung der Vakuumschaltröhre 1 erstrecken, in Richtung des ersten Endes 41 der Halterung 4 spitz zulaufen und in radialer Richtung innenliegend auf den Teilverstrebungen 15 der Vorsprünge 5 angeordnet sind. Im montierten Zustand der Halterung 4 sind die keilförmigen Erhöhungen zwischen der Abschirmung 2 und der Vakuumschaltröhre 1, genauer der Schaltkammer 8 angeordnet, derart, dass die Abschirmung 2 nicht direkt auf der zylindrischen Mantelfläche der Abschirmung 2 aufliegt.
Ein weiteres Halteelement stellt ein radial nach innen ragender Zapfen 6 dar, der auf einer der Längsverstrebungen 14 der Halterung 4 mittig angeordnet ist. Dieser Zapfen 6 wirkt formschlüssig mit einer Öffnung 23 in der Abschirmung 2 zusammen. Dadurch wird eine Verdrehung der Abschirmung 2 in Abhängigkeit von der Vakuumschaltröhre 1 verhindert.
Die Segmente der Halterung 4 weisen jeweils an dem ersten Ende 41 und dem zweiten Ende 42 einen innenliegenden Bund 43 mit einem Absatz 7 auf, der radial und nach innen gerichtet angeordnet ist. An den Absätzen 7 liegt die Vakuumschaltröhre 1 beziehungsweise liegen die stirnseitigen Wandungen 9 der Vakuumschaltröhre 1 an.
Zur Stabilisation der Halterung 4 an der Vakuumschaltröhre 1 ist weiterhin auf Höhe des Bundes 43 an dem ersten Ende 41 und dem zweiten Ende 42 jeweils ein Kabelbinder 17 angeordnet (vgl. Figur 1).
Figur 4 zeigt eine perspektivische Detailansicht einer weiteren beispielhaften Ausführungsform einer Vakuumschaltröhre gemäß dem verbesserten Konzept.
Am ersten Ende 41 der Halterung 4 ist ein Befestigungsring 3 angeordnet, der sich auf der stirnseitigen Wandung 9 an dem ersten Ende 41 abstützt. Der Befestigungsring 3 ist mit der Halterung 4 gemäß dem Prinzip eines Bajonettverschlusses lösbar mechanisch verbunden, derart, dass der Befestigungsring 3 in den Bund 43 am ersten Ende 41 der Halterung 4 einsteckbar und in diesem durch Verdrehen arretierbar ist. Auf diese Weise wird die Halterung 4 bezüglich der Achse A fixiert.
Es wird angenommen, dass die vorliegende Offenbarung und viele ihrer begleitenden Vorteile durch die vorstehende Beschreibung verstanden werden. Ferner ist es offensichtlich, dass verschiedene Änderungen an der Form, Konstruktion und Anordnung der Komponenten vorgenommen werden können, ohne vom offenbarten Gegenstand abzuweichen oder ohne auf alle materiellen Vorteile zu verzichten. Die beschriebenen Ausführungsformen sind lediglich erläuternd und solche Änderungen werden durch die nachstehenden Ansprüche mit umfasst. Es versteht sich, dass die Erfindung nur durch die nachstehenden Ansprüche definiert ist.

BEZUGSZEICHEN

1: Vakuumschaltröhre
2: Abschirmung
3: Befestigungsring
4: Halterung
5: Vorsprung
6: Zapfen
7: Absatz
8: Schaltkammer
9: stirnseitige Wandung
11: Festkontakt
12: beweglicher Kontakt
13: Querverstrebung
14: Längsverstrebung
15: Teilverstrebung
16: Abstandhalter
17: Kabelbinder
21, 22: erstes Ende und zweites Ende von 2
23: Öffnung von 2
41, 42: erstes Ende und zweites Ende von 4
43: Bund von 4
44: Streben von 4

Claims

Vakuumschaltröhre (1) für einen Stufenschalter, die Vakuumschaltröhre (1) umfassend
eine metallische Abschirmung (2) vor äußeren Magnetfeldern, die hohlzylinderförmig ausgebildet und wenigstens um einen Teil einer zylindrischen Mantelfläche der Vakuumschaltröhre (1) herum angeordnet ist,

eine Halterung (4), die außerhalb der metallischen Abschirmung (2) und der Vakuumschaltröhre (1) angeordnet ist und diese wenigstens zum Teil koaxial umgibt,
wobei

die Halterung (4) mehrere Halteelemente (5, 6) aufweist, dadurch gekennzeichnet, dass

die Halteelemente wenigstens zwei, radial nach innen ragende Vorsprünge (5) umfassen, die einen Anschlag für ein erstes Ende (21) und ein zweites Ende (22) der metallischen Abschirmung (2) bilden.
Vakuumschaltröhre gemäß Anspruch 1, wobei
wenigstens einer der Vorsprünge (5) einen Abstandhalter (16) aufweist, der zwischen der metallischen Abschirmung (2) und der Vakuumschaltröhre (1) angeordnet ist.
Vakuumschaltröhre gemäß einem der vorherigen Ansprüche, wobei
die Halteelemente wenigstens einen radial nach innen ragenden Zapfen (6) umfassen, der formschlüssig in eine Öffnung (23) in der metallischen Abschirmung (2) hineinragt.
Vakuumschaltröhre gemäß einem der vorherigen Ansprüche, wobei
die Halterung (4) an einem ersten Ende (41) und an einem zweiten Ende (42) jeweils wenigstens einen radial umlaufenden und/oder radial segmentierten und nach innen gerichteten Absatz (7) umfasst, der formschlüssig an der Vakuumschaltröhre (1) anliegt.
Vakuumschaltröhre gemäß dem vorherigen Anspruch, wobei
die Halterung (4) an dem ersten Ende (41) und an dem zweiten Ende (42) jeweils mehrere radial nach innen verlaufende Streben (44) umfasst, die formschlüssig an der Vakuumschaltröhre (1) anliegen.
Vakuumschaltröhre gemäß einem der vorherigen Ansprüche, wobei
die Halterung (4) mehrere Querverstrebungen (13) und Längsverstrebungen (14) aufweist.
Vakuumschaltröhre gemäß einem der vorherigen Ansprüche, die Vakuumschaltröhre (1) weiterhin umfassend
einen Befestigungsring (3), der mit der Halterung (4) lösbar mechanisch verbunden ist, derart, dass der Befestigungsring (3) in die Halterung (4) einsteckbar und in dieser durch Verdrehen arretierbar ist.
Stufenschalter umfassend eine Vakuumschaltröhre (1) gemäß einem der Ansprüche 1 bis 7.
Stufenschalter nach Anspruch 8, wobei der Stufenschalter einen Lastumschalter oder einen Lastwähler aufweist, welcher die Vakuumschaltröhre (1) umfasst.