KR20080047359A - 저전압, 중간 전압 및 고전압 스위칭 설비를 위한 회로차단부를 제조하기 위한 방법 및 그에 상응하는 회로차단부 - Google Patents
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Abstract
본 발명은 청구항 1 및 11의 전제부에 따른 저전압, 중간 전압 및 고전압 스위칭 설비를 위한 회로 차단부 또는 플라스틱 소자를 제조하기 위한 방법 및 그에 상응하는 회로 차단부에 관한 것이다. 재료 특성의 변동율이 더 높은 더욱 간단한 제조 과정을 성취하기 위하여, 본 발명에 따르면, 진공 스위칭 챔버가 압출 성형 코팅됨으로써, 외부 절연 슬리브는 플라스틱 사출 성형 방법으로 제조된다.
Description
본 발명은 청구항 1 및 11의 전제부에 따른 저전압, 중간 전압 및 고전압 스위치 및 설비를 위한 회로 차단부를 제조하기 위한 방법 및 회로 차단부에 관한 것이다.
서문에 언급된 유형의 회로 차단부 또는 플라스틱 소자는 진공 스위칭 챔버를 포함하고, 상기 진공 스위칭 챔버는 절연 재료 내부에 매립되거나 또는 상기 절연 재료가 둘레에 주입된다. 상기 진공 스위칭 챔버(VK) 자체는 실질적으로 세라믹 재료(절연체)로 이루어지며, 상기 세라믹 재료(절연체)는 일반적으로 원통형으로 형성되었고, 대부분의 경우에 단부가 금속 덮개로 폐쇄되어 있다. 가동적인 측면(들)에서 덮개 상에는 벨로우즈가 배치되어 있으며, 상기 벨로우즈는 하나 또는 두 개의 컨택 부재를 진공 스위칭 챔버 안에 있는 전류 공급 라인 위로 이동시킬 수 있다. 상기 전류 공급 라인이 구동 로드 위로 가이드 됨으로써, 상기 컨택 부재는 상기 진공 스위칭 챔버(VK)가 진공인 상태에서 개방 또는 폐쇄될 수 있다. 언급된 바와 같이, 스위치-온 및 스위치-오프의 경우에 생성되는 아크(arc)의 가급적 신속한 소거가 보증될 수 있도록 하기 위하여, 진공 스위칭 챔버 내부는 진공 분위기가 주도한다.
상기 진공 스위칭 챔버들 둘레에는 통상적으로 열경화성 에폭시 수지 혼합물(주변 압력 또는 그 아래의 압력에서)이 주입되며, 상기 에폭시 수지 혼합물은 진공 스위칭 챔버의 유전성 외부 강도를 높이는 데 기여하고, 기계적인 기능들을 담당한다. 또한 고무 탄성적인 재료로 이루어진 진공 스위칭 챔버도 마찬가지로 유전성 외부 강도를 상승시키기 위하여 둘레가 코팅될 수 있다.
하지만 진공 스위칭 챔버의 세라믹 절연체 그리고 둘레에 주입된 에폭시수지는 확연하게 상이한 열 팽창 계수를 가지며, 이와 같은 내용의 결과로, 상기 진공 스위칭 챔버가 직접 에폭시 수지 내부에 주입되는 경우에, 에폭시 수지 슬리브는 상응하는 열적 교번 응력에서는 균열에 민감한 상태를 유지하게 된다. 그밖에, 제조 프로세스도 캐스팅 수지 주입 재료에 적응되었다. 예를 들어 진공 캐스팅 방법 또는 압력 상승 방법으로 제조되는 각 소자의 제조 시간(순환 시간)은 상응하게 상기 소자를 경화하는 데까지 걸리는 시간 및 상기 소자를 인출할 때까지 걸리는 시간을 포함한다.
균열 형성 가능성을 피하기 위하여, 상기와 같은 진공 스위칭 챔버 표면과 에폭시 수지 슬리브 간의 상이한 열 팽창 계수들을 보상하기 위하여 전술한 댐핑 층 또는 보상 층을 제공하는 것은 선행 기술에 공지되어 있거나 또는 선행 기술에서 제시되었다. 이 목적을 위해서는 대부분 고무 또는 경질 고무 재료와 같은 탄 성 중합체가 사용되며, 상기 탄성 중합체는 슬리브로서 형성되었거나, 또는 사전에 주조되었으며, 진공 스위칭 챔버가 상응하는 캐스팅 몰드 내부에 제공되어 에폭시 수지(대부분 충전재)로 둘레에 주입되기 전에 상기 진공 스위칭 챔버 위로 보내진다. 이 경우 상기 보상 층은 상응하는 화합물 내부에 함께 주입된다.
상기와 같은 바람직한 제조 방법은, 캐스팅 후에 또는 온도 교번 응력에서 에폭시 수지 피복이 파열될 수 있는 가능성을 방지해준다.
그러나 에폭시 수지 피복 자체의 제조는 극도로 복잡하다.
본 발명의 과제는, 제조 방법 자체가 더욱 간단하고, 상기 방법으로 제조된 회로 차단부가 모든 기술적인 요구 조건에 상응할 수 있으며, 상응하는 회로 차단부가 이용될 수 있을 정도로, 진공 스위칭 챔버 차단부를 제조하기 위한 방법을 개선하는 것이다.
상기 과제는 본 발명에 따른 동류의 방법에서, 청구항 1의 특징들에 의해서 해결된다.
추가의 바람직한 실시예들은 종속 청구항 2 내지 10에 기재되어 있다.
회로 차단부와 관련하여 제기된 과제는 본 발명에 따라, 청구항 11의 특징들에 의해서 해결된다.
추가의 바람직한 실시예들은 나머지 종속 청구항들에 기재되어 있다.
방법과 관련된 본 발명의 핵심은, 진공 스위칭 챔버를 압출 성형 코팅함으로써, 플라스틱 사출 성형 방법으로 외부 절연 슬리브를 제조하는 것이다. 이 경우에 특이한 점은 사출 성형 기술을 적용한다는 것이다. 상기 사출 성형 기술은 에폭시 수지 캐스팅-기술에 의해서 상당히 제한된다. 플라스틱 사출 성형의 경우에는 통상적으로 80 바아 이상 크기의 압력이 사용된다. 공정 온도는 약 160 ℃이다. 상기와 같은 조건하에서, 특히 상기와 같은 압력하에서는 지금껏 진공 스위칭 챔버를 압출 성형 코팅하는 경우가 회피 되었었는데, 그 이유는 한편으로는 실질적으로 세라믹 재료로 이루어진 진공 스위칭 챔버가 상기와 같은 압력을 견딜 수 없기 때문이고, 다른 한편으로는 적어도 진공 스위칭 챔버가 나중에는 충분한 진공 분위기를 더 이상 가질 수 없게 되기 때문이다. 하지만 특히 실제의 시험 결과가 보여주는 제 1의 특이한 점은, 상기 방법이 기술적인 예상들과 상치될 수 있다는 것이다.
따라서, 다양한 제조 기술적인 가능성들이 열려져 있다. 다른 무엇보다도, 플라스틱에 의해서 일반적으로 달성될 수 있는 절연적인 특성 및 유전적인 특성은 최상이다. 하지만 상기와 같은 방식으로 가공될 수 있고 사용될 수 있는 플라스틱의 열 팽창 특성은 아주 특히 바람직하다. 따라서, 플라스틱 사출 성형 방식으로 제조되는 진공 스위칭 챔버의 외피는 모든 요구 조건들을 누진적으로(cumulatively) 충족하며, 더 나아가서 이때부터 조절 가능한 재료 파라미터들은 극도로 가변적이고, 기술적인 요구 조건들에 적응할 수 있다.
본 발명에 따른 상기 기술의 사용에 의해서는, 변동의 경우에도 몇 가지 재료들을 사용할 수 있는 가능성이 열리게 된다.
이제는 공지된 다수의 열가소성 물질이 사용될 수 있다. 상기와 같은 맥락에서 볼 때 이와 같은 가능성은 에폭시 수지 캐스팅과 상당히 상이한데, 그 이유는 상기 재료가 특수한 열경화성 물질이기 때문이다.
열가소성 물질에는 근래의 대부분의 플라스틱 사출 성형 가능한 플라스틱이 포함된다. 열가소성 물질까지도 포함할 수 있는 본 발명에 따른 포함 가능성으로 인하여, 진공 스위칭 챔버용의 절연 슬리브는 가능한 모든 조건들에 대하여 기술적으로 개별적으로 적응될 수 있다. 이와 같은 결과는 에폭시 수지에 의해서는 불가능하거나, 또는 단지 제한적으로만 가능하다.
또한, 전술한 방법에 의해서는 열경화성 물질도 가공될 수 있다. 이 경우에는 본 발명에 따라 사출 성형 기술이 강조된다. 종래 유형의 에폭시 수지 캐스팅은 해당하지 않는다.
본 발명에 따른 방법에 의해서는, 전술한 목적을 위하여 고무 탄성적인 플라스틱들도 가공될 수 있다.
본 발명에 따른 방법에서는 또한 보상 층에 의해서 피복된 유닛 또는 소자의 플라스틱 재매립 공정도 제시될 수 있다.
추가의 바람직한 실시예에서는, 우수한 접착 특성에 도달하기 위하여 하나 또는 다수의 경계층 영역에 접착제가 사용된다. 상기 접착제에 의해서는 표면들 상호간에 영구적인 접착이 보증되며, 이와 같은 사실은 절연의 경우에는 유전적인 이유에서 특히 중요하다.
우수한 접착 결과는, 예를 들어 침지 방법, 사출 방법, 래커 코팅 방법 또는 플라즈마 방법에 의해 경계면이 도핑 될 수 있음으로써, 결국 경계면에서 상응하게 우수한 접착이 이루어짐으로써도 달성될 수 있다.
추가의 바람직한 실시예에서는, 회로 차단부의 절연 슬리브가 두 개 이상의 플라스틱 층으로 이루어지고, 상기 플라스틱 층들을 연속으로 제공하는 방식이 제안되었다. 상기 실시예에 의해서는, 적합한 방식으로 특이한 요구 조건들에 적응될 수 있는 결합 재료가 형성된다. 이와 같은 과정은 회로 차단부가 다수인 경우에는 본 발명에 따른 플라스틱 사출 성형 기술을 사용함으로써 특히 간단하게 이루어질 수 있다.
추가의 바람직한 실시예에서는, 제일 먼저 고무 탄성 층이 소자 또는 진공 챔버 상에 제공되고, 상기 층이 플라스틱으로 압출 성형 코팅된 다음에 플라스틱으로 이루어진 추가의 층들이 얻어지게 된다.
추가의 바람직한 실시예에서는, 절연 슬리브의 팽창 계수를 진공 스위칭 챔버의 재료에 맞추어 보상하기 위하여, 플라스틱이 사출 성형 공정에 주입되기 전에 세라믹 재료 또는 유리로 이루어진 입자, 볼, 중공 볼 또는 섬유와 같은 추가 재료들과 혼합된다. 상기 추가 재료들에 의해서는, 개별적인 재료 특성들이 매우 간단한 방식으로 형성될 수 있다.
제조 기술적으로 볼 때, 회로 차단부 둘레에 사출 성형 가능한 열경화성 플라스틱을 주입하는 것은 특히 진보적인 구상이다. 상응하는 플라스틱(충전제: 미립자 및/또는 섬유도 포함됨)이 선택되면, 상기 플라스틱은 사용된 금속 또는 세라믹 재료와 대등한 열 팽창 계수를 가질 수도 있다. 사출 성형 기술적으로 가공되는 플라스틱에는 부을 수 있는 재료들, 습식 압착 물질들 그리고 다른 물질들이 속한다.
본 발명에 따라 특히 놀라운 사실은, 실질적으로 세라믹 재료로 이루어진 진공 스위칭 챔버가 주로 플라스틱 사출 성형 조건들 하에서 피복될 수 있다는 것이다. 플라스틱 사출 성형 중에 나타나는 파라미터들은 진공 스위칭 챔버의 과도하게 더 높은 응력을 의미한다. 다시 말해, 이 경우에는 에폭시 수지 캐스팅의 경우와 완전히 다르게 100 바아 이상의 압력이 적용된 상태에서 작업이 이루어진다.
그러나 오랜 기간에 걸쳐 실시된 일련의 테스트에서는, 피복 과정이 없으면 진공 스위칭 챔버가 파괴될 수 있다는 놀라운 결과가 나타났다.
상기와 같은 물질들을 사용하는 경우에는, 에폭시 수지의 경우에서와 달리, 열 팽창 계수의 유사성 때문에 벽이 매우 얇은 보상 층이 또한 유전성으로 밀봉된 이음부(예컨대 접착제)를 보장하기 위하여 선택될 수 있다는 사실이 나타난다. 하지만, 가장 간단한 경우에는 보상 층이 선택되지 않는다.
온도 교번 응력은 더 이상 캐스팅 외피의 파열을 야기하지 않는다. 전술한 열경화성 사출 성형 재료들로 이루어진 캐스팅 물질들은 진공 스위칭 챔버에 직접 분사되거나 또는 벽이 매우 얇은, 주조될 유닛의 표면에 있는 보상 층 상에도 직접 분사될 수 있다.
공지된 사출 성형 방법과 더불어 프레스-, 사출 프레스- 또는 사출 성형 방법과 같은 특수한 사출 성형 방법들도 동일한 정도로 언급되어 있다. 가공할 재료들은 과립, 소형 바아, 페이스트 상태의 물질 또는 액체 상태의 물질로서도 존재할 수 있다. "단층"의 압출 성형 코팅 방식 이외에 "다층"의 압출 성형 코팅 방식 또는 둘레 주입 방식도 소자를 제조하기 위하여 실시될 수 있다. 플라스틱은 또한 예컨대 입자, 볼, 중공 볼 및/또는 섬유와 같은 충전제를 사용하는 경우에도 사용된 금속 또는 세라믹 재료와 대등한 열 팽창 계수를 가질 수 있다.
진공 스위칭 챔버 둘레에 고무 탄성 재료를 주입하는 경우에, 제조 공정은 상응하는 재료에 적응되어 있다. 예를 들어 핸드 캐스팅 방법, 진공 캐스팅 방법 또는 저압 방법으로 제조되는 개별 소자들의 제조 시간(순환 시간)은 상응하게 상기 소자를 경화하는 데까지 걸리는 시간 및 상기 소자를 인출할 때까지 걸리는 시간을 포함한다.
고무 탄성적인 재료를 사출 성형 방법에 직접 사용하는 경우도 바람직하다. 상응하는 재료(충전제: 입자, 볼, 중공 볼 및/또는 섬유도 포함됨)가 선택되면, 상기 재료들은 유닛의 유전적인 외부 강도의 상승 이외에 기계적인 기능들도 담당할 수 있다. 사출 성형 기술적으로 가공되는 재료들에는 예를 들어 실리콘 재료 및 다른 재료들이 속한다.
우수한 접착 특성들에 도달하기 위하여 전술한 접착제들이 사용될 수 있다.
상기와 같은 가능성에는 침지 방법에 의해 경계면을 도핑하는 방식이 포함되는데, 상기 방식에 의해서는 경계면에서 상응하게 우수한 접착 결과가 나타난다. 그럼으로써, 제조 과정은 훨씬 더 간단해진다. 이와 같은 결과는, 본 발명에 따라 제시된 제조 단계들을 선행 기술에 따른 제조 단계들과 비교할 때에 명확해진다.
본 발명에 따른 방법에서는, 상응하게 제조된 진공 스위칭 챔버가 사출 성형 몰드 내부에 삽입되고, 그 다음에 열경화성 또는 고무 탄성적인 플라스틱이 상응하는 유닛 상에 직접 제공된다. 상기 방법으로 제조되는 소자의 경화 시간은 에폭시 수지로 제조되는 소자의 반응 시간에 비해 더 짧다. 에폭시 수지의 경우에는 다수의 기본 성분들, 다시 말해 수지, 경화제, 충전제, 촉진제, 유연화제, 그리고 착색제가 첨가되며, 상기 성분들은 전체로서 비로소 캐스팅 수지가 되고, 가열된 형태로 상호 반응한다(적어도 일부분). 유기 또는 무기 상태일 수 있는 수지, 경화제, 충전제를 진공 및 상응하는 온도하에서, 촉진제 및 경우에 따라서는 첨가제를 반응성 혼합물에 첨가함으로써 혼합시킬 필요가 있다. 완전한 교차 결합을 위해서는, 소자가 수 시간 동안 소요될 수 있는 추후 경화 과정을 거쳐야만 한다.
상기 내용과 달리, 열경화성 사출 성형 기술 또는 고무 탄성적인 재료를 사용하는 방식에 의해서는 선행 기술에 따른 상기 방법 단계가 완전히 쓸모없게 되지만, 그럼에도 결과적으로 볼 때는 전술한 특성들을 가지며, 또한 에폭시 수지로 피복되고 보상 층을 구비한 차단부와 마찬가지로 온도 변동에 대하여 안정적인 차단부가 제공된다.
전체적으로 볼 때, 본 발명에 따른 방법의 장점들은, 낮은 벽 강도로 작업이 이루어질 수 있다는 것, 소자 성형시에 더 큰 자유도가 제공된다는 점, 그리고 벽 두께가 상응하게 작게 선택된 경우에는 더욱 적은 소자 중량에 도달할 수 있음으로써, 전체적으로 훨씬 더 적은 재료가 필요하게 된다는 것이다.
플라스틱 사출 성형 기술에서는, 소자 제조시에 요구되는 품질 안전 조치 분야에서의 측정 정확성 및 높은 수준의 표준이 에폭시 수지 사출 성형 기술에서보다 훨씬 더 높다. 제조시에는, 제조 용량을 높여주는(생산성) 짧은 순환 시간이 구현될 수 있다. 그럼으로써, 플라스틱 소자의 제조시에는 재료 비용도 더 낮아진다. 이와 같은 공정은 또한 제공될 수 있는 표준 성분들의 도움하에서 쉽게 자동화될 수 있다.
전술한 장점들은 본 발명에 따른 차단부에서 구체화된다.
본 발명은 도면에 도시되어 있고, 아래에서 상세하게 설명된다.
도 1은 진공 스위칭 챔버를 구비한 회로 차단부의 단면도이다.
도 2는 보상 층의 개략도이다.
도 3은 다수 개의 층으로 플라스틱 코팅된 상태를 도시한 개략도이다.
도 4는 변화 영역을 도시한 개략도다.
도 1은 진공 스위칭 챔버를 개략적으로 보여준다. 컨택 부재 및 구동 로드와 같은 구동 소자들은 도시되어 있지 않다. 진공 스위칭 챔버 및 연결 컨택은 사출 성형 몰드 내부에 삽입되어 고정된 후에 압출 성형 코팅된다. 이 경우 상기 진공 스위칭 챔버에는 경계면 도핑을 위하여 그리고 접착 결과를 개선하기 위하여 접착제, 중개 수단 또는 도펀트가 제공될 수 있으며, 상기 물질들은 침투 깊이를 능가하여 진공 스위칭 챔버 경계면까지 그리고 플라스틱 내부에 상응하는 기계적 및 접착 결합적인 연결을 만들어준다.
사출 성형 과정의 마지막에는 몰드가 개방되어 완성된 회로 차단부가 빼내진다.
그렇기 때문에, 도 1에는 진공 스위칭 챔버(1) 및 둘레 주입부(2)로 이루어진 차단부의 개략도가 도시되어 있다. 상기 둘레 주입부(2)는 횡단면 상으로 볼 때 열경화성의 또는 고무 탄성적인 플라스틱을 보여주며, 상기 플라스틱은 하나의 몰드 내에서 소자(1) 상에 분사된다.
도 2는 본 도면에 도시된 진공 스위칭 챔버(1) 상에 있는 보상 층을 보여주며, 상기 보상 층은 전술된 바와 같이 주조물이 부어질 소자 상에 제공된다. 상기 보상 층(3) 상에는 열경화성의 또는 고무 탄성적인 플라스틱이 분사된다.
도 3에는 진공 스위칭 챔버(1) 이외에 다수의 플라스틱 층으로 코팅된 차단부가 도시되어 있다. 상기 진공 스위칭 챔버는 보상 층(3)에 의해서 코팅될 수 있다. 하지만, 도 1에 따른 소자를 코팅하지 않을 가능성도 또한 존재한다. 다시 말하자면, 플라스틱 층들(2, 4 및 5)에 의하여 다층 구성이 형성된다.
도 4에 도시된 바와 같은 변화 영역도 존재할 수 있다.
Claims (15)
- 중간 전압 및 고전압 스위치를 위한 진공 스위칭 챔버 및 외부 절연 슬리브를 구비한 회로 차단부를 제조하기 위한 방법에 있어서,상기 외부 절연 슬리브는 진공 챔버가 압출 성형 코팅됨으로써 플라스틱 사출 성형 방법으로 제조되는 것을 특징으로 하는 회로 차단부를 제조하기 위한 방법.
- 제 1 항에 있어서,상기 절연 슬리브는 전술한 방법에 따라 열가소성 물질로부터 제조되는 것을 특징으로 하는 회로 차단부를 제조하기 위한 방법.
- 제 1 항에 있어서,상기 절연 슬리브는 전술한 방법에 따라 열경화성 물질로부터 제조되는 것을 특징으로 하는 회로 차단부를 제조하기 위한 방법.
- 제 1 항에 있어서,상기 절연 슬리브는 전술한 방법에 따라 고무 탄성적인 재료로부터 제조되는 것을 특징으로 하는 회로 차단부를 제조하기 위한 방법.
- 제 2 항 또는 제 3 항에 있어서,소자 또는 유닛에 플라스틱을 재매립하기 전에, 상기 소자 또는 유닛이 보상 층으로 피복되는 것을 특징으로 하는 회로 차단부를 제조하기 위한 방법.
- 제 2 항 또는 제 3 항 또는 제 4 항에 있어서,우수한 접착 특성에 도달하기 위하여, 접착제가 하나 또는 다수의 경계층 영역에 사용되는 것을 특징으로 하는 회로 차단부를 제조하기 위한 방법.
- 제 1 항 또는 제 2 항 또는 제 3 항에 있어서,예를 들어 침지 방법, 사출 방법, 래커 코팅 방법 또는 플라즈마 방법에 의해 경계면이 도핑 될 수 있음으로써, 결국 경계면에서 상응하게 우수한 접착이 이루어지는 것을 특징으로 하는 회로 차단부를 제조하기 위한 방법.
- 제 1 항 내지 제 7 항 중 어느 한 항에 있어서,상기 스위치 소자의 절연 슬리브는 차례로 제공되는 두 개 이상의 플라스틱 층으로 이루어지는 것을 특징으로 하는 회로 차단부를 제조하기 위한 방법.
- 제 1 항 내지 제 8 항 중 어느 한 항에 있어서,제일 먼저 고무 탄성 층이 소자 또는 진공 챔버 상에 제공되고, 상기 층이 플라스틱으로 압출 성형 코팅된 다음에 플라스틱으로 이루어진 추가의 층들이 얻어 지는 것을 특징으로 하는 회로 차단부를 제조하기 위한 방법.
- 제 9 항에 있어서,절연 슬리브의 팽창 계수를 진공 스위칭 챔버의 재료에 맞추어 보상하기 위하여, 플라스틱이 사출 성형 공정에 주입되기 전에 세라믹 재료 또는 유리로 이루어진 입자, 볼, 중공 볼 또는 섬유와 같은 추가 재료들과 혼합되는 것을 특징으로 하는 회로 차단부를 제조하기 위한 방법.
- 진공 스위칭 챔버 그리고 중간 전압 및 고전압 스위치를 위한 절연 슬리브를 구비한 회로 차단부에 있어서,상기 외부 절연 슬리브는 플라스틱 사출 성형 방법에 의해 진공 챔버 상에 제공되는 하나의 층으로 이루어지는 것을 특징으로 하는 회로 차단부.
- 제 11 항에 있어서,상기 절연 슬리브는 열가소성 물질로 이루어진 적어도 하나의 층으로 이루어지는 것을 특징으로 하는 회로 차단부.
- 제 11 항에 있어서,상기 절연 슬리브는 열경화성 물질로 이루어진 적어도 하나의 층으로 이루어지는 것을 특징으로 하는 회로 차단부.
- 제 11 항에 있어서,상기 절연 슬리브는 고무 탄성적인 재료로 이루어진 적어도 하나의 층으로 이루어지는 것을 특징으로 하는 회로 차단부.
- 제 11 항 내지 제 14 항 중 어느 한 항에 있어서,상기 차단부의 절연 슬리브는 위·아래로 겹쳐 있는 적어도 두 개의 플라스틱 층들로 이루어지는 것을 특징으로 하는 회로 차단부.
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