WO2009138397A1

WO2009138397A1 - Schaltkammer

Info

Publication number: WO2009138397A1
Application number: PCT/EP2009/055705
Authority: WO
Inventors: Ulf SCHÜMANN; Roman Renz; Holger Schumann; Andreas Stelzer
Original assignee: Siemens Aktiengesellschaft
Priority date: 2008-05-16
Filing date: 2009-05-12
Publication date: 2009-11-19
Also published as: EP2274759A1; DE102008024419B3

Abstract

Die Erfindung betrifft eine Schaltkammer, insbesondere eine Vakuumschaltkammer, mit einem evakuierten Gehäuse, welches eine erste Wandung (6) und eine der ersten Wandung gegenüberliegende zweite Wandung (10) aufweist, einem ersten Kontaktstück (8), das die erste Wandung (6) durchgreift und starr mit dieser (6) verbunden ist, und einem zweiten Kontaktstück (12), das die zweite Wandung (10) durchgreift. Das zweite Kontaktstück (12) ist starr mit der zweiten Wandung (10) derart verbunden, dass im ausgeschalteten Zustand der Schaltkammer im Gehäuseinneren ein vorgewählter Abstand zwischen dem ersten Kontaktstück (8) und dem zweiten Kontaktstück (12) vorliegt. Zumindest ein Teil (6, 10) des Gehäuses ist plastisch verformbar, wodurch ein elektrischer Kontakt zwischen dem ersten Kontaktstück (8) und dem zweiten Kontaktstück (12) im Gehäuseinneren herstellbar ist.

Description

Beschreibung

Schaltkammer

Die Erfindung betrifft eine Schaltkammer, insbesondere eine Vakuumschaltkammer, mit einem evakuierten Gehäuse, welches eine erste Wandung und eine der ersten Wandung gegenüberlie^¬ gende zweite Wandung aufweist, einem ersten Kontaktstück, das die erste Wandung durchgreift und starr mit dieser verbunden ist, und einem zweiten Kontaktstück, das die zweite Wandung durchgreift .

Derartige Schaltkammern werden beispielsweise in Form von Vakuumschaltröhren in Leistungsschaltern eingesetzt, mit denen große elektrische Ströme geschaltet werden können.

Eine Schaltkammer der eingangs genannten Art ist aus der deutschen Offenlegungsschrift DE 26 33 543 Al bekannt. Bei dieser bekannten Vakuumschaltkammer ist das zweite Kontakt- stück, das die zweite Wandung durchgreift, derart schiebebe^¬ weglich gelagert, dass es ins Innere der Vakuumschaltkammer hineingeschoben bzw. in Richtung des Vakuumschaltkammeraußen- raums aus der Vakuumschaltkammer herausgezogen werden kann. Die Dichtheit des evakuierten Gehäuses wird mittels eines elastischen Metallbalges hergestellt, dessen eines Ende an der zweiten Wandung und dessen anderes Ende an dem zweiten Kontaktstück befestigt ist.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Schaltkammer anzugeben, die einfach und kostengünstig hergestellt werden kann .

Diese Aufgabe wird bei einer Schaltkammer der eingangs ge^¬ nannten Art dadurch gelöst, dass das zweite Kontaktstück starr mit der zweiten Wandung verbunden ist derart, dass im ausgeschalteten Zustand der Schaltkammer im Gehäuseinneren ein vorgewählter Abstand zwischen dem ersten Kontaktstück und dem zweiten Kontaktstück vorliegt, und zumindest ein Teil des Gehäuses (d.h. ein Gehäuseteil) plastisch verformbar ist, wo^¬ durch ein elektrischer Kontakt zwischen dem ersten Kontaktstück und dem zweiten Kontaktstück im Gehäuseinneren herstellbar ist.

Hierbei ist insbesondere vorteilhaft, dass das zweite Kon^¬ taktstück starr - insbesondere balglos und lagerlos, d. h. ohne einen elastischen Metallbalg und ohne ein Schiebelager - mit der zweiten Wandung verbunden ist, so dass im ausgeschalteten Zustand der Schaltkammer ein vorbestimmter Abstand zwi- sehen dem ersten Kontaktstück und dem zweiten Kontaktstück im Inneren der Schaltkammer vorliegt. Da für das zweite Kontakt^¬ stück der Schaltkammer weder ein Metallbalg noch ein Lager benötigt wird, kann die Schaltkammer sehr einfach und damit auch kostengünstig hergestellt werden. Weiterhin ist wesent- lieh, dass zumindest ein Teil des Gehäuses plastisch verform^¬ bar ist; durch plastische Verformung des Gehäuses lässt sich ein elektrischer Kontakt zwischen dem ersten Kontaktstück und dem zweiten Kontaktstück im Gehäuseinneren herstellen. Ein plastisch verformbares Gehäuse lässt sich sehr einfach und kostengünstig realisieren. Beispielsweise können ein oder mehrere Teile des Gehäuses aus bezüglich der Kontaktstücke vergleichsweise dünnem, plastisch verformbarem Metallblech bestehen. Weiterhin ist vorteilhaft, dass im ausgeschalteten Zustand der Schaltkammer (d. h. bei unverformtem Gehäuse) ein vorgewählter Abstand (Mindestabstand, Isolationsabstand) zwi^¬ schen dem ersten Kontaktstück und dem zweiten Kontaktstück vorliegt. Dadurch wird erreicht, dass (beispielsweise beim Transport oder bei der Montage der Schaltkammer) die Kontaktstücke nicht versehentlich aufeinanderstoßen oder aufein- anderschlagen können. Dadurch wird eine unbeabsichtigte Beschädigung der Kontaktstücke zuverlässig verhindert. Insbe^¬ sondere werden Beschädigungen in Form von Unebenheiten (z. B. Kratzern oder Dellen) der Kontaktstückoberfläche vermieden, dadurch werden vergleichsweise ebene Kontaktstückoberflächen ermöglicht, die aufgrund fehlender Feldstärkeüberhöhungen ein sehr gutes Isolationsverhalten (dielektrisches Verhalten) aufweisen .

Die Schaltkammer kann so ausgestaltet sein, dass das Teil des Gehäuses plastisch verformbar ist derart, dass sich bei Auf^¬ bringen einer Verformkraft auf das Teil des Gehäuses und/oder auf eines der Kontaktstücke die Kontaktstücke unter Verringe^¬ rung ihres gegenseitigen Abstands aufeinander zubewegen, bis sie einander berühren. Mittels Aufbringen dieser Verformkraft lässt sich die Schaltkammer einschalten, d. h. ein elektrischer Kontakt zwischen dem ersten Kontaktstück und dem zweiten Kontaktstück herstellen.

Die Schaltkammer kann so ausgestaltet sein, dass das Gehäuse ein hohlzylinderförmiges Isolierteil aufweist, an dessen eine Stirnfläche die erste Wandung angrenzt und an dessen andere Stirnfläche die zweite Wandung angrenzt. Dabei kann das hohl^¬ zylinderförmige Isolierteil aus Keramik bestehen und die erste Wandung und/oder die zweite Wandung aus Metall beste^¬ hen .

Dabei können vorteilhafterweise als solches bekannte hohlzy- lindrische Isolierteile von Schaltkammern verwendet werden, so dass eine kostenintensive Neuentwicklung dieser Teile un^¬ nötig ist.

Die Schaltkammer kann so ausgestaltet sein, dass die erste Wandung und/oder die zweite Wandung plastisch verformbar sind. Weiterhin kann das erste Kontaktstück in die erste Wandung eingeschweißt, eingelötet oder eingepresst sein und das zweite Kontaktstück in die zweite Wandung eingeschweißt, ein^¬ gelötet oder eingepresst sein. Mittels Schweißen, Löten oder Einpressen lässt sich sehr einfach eine vakuumdichte oder gasdichte Verbindung zwischen dem Kontaktstück und der jeweiligen Wandung herstellen.

Die Schaltkammer kann so aufgebaut sein, dass das erste Kon- taktstück und/oder das zweite Kontaktstück im Inneren der Schaltkammer im Wesentlichen die Form eines Zylinders mit planen Stirnflächen aufweist. Ein derart aufgebautes Kontakt^¬ stück lässt sich vorteilhafterweise besonders einfach und da^¬ her mit geringen Kosten herstellen.

Die Schaltkammer kann so realisiert sein, dass im ausgeschal^¬ teten Zustand der Schaltkammer die Stirnflächen einander beabstandet gegenüberstehen und im eingeschalteten Zustand der Schaltkammer die Stirnflächen sich berühren.

Die Schaltkammer kann zum lediglich einmaligen Einschalten geeignet sein. In diesem Falle wird vorteilhafterweise ledig^¬ lich eine Vorrichtung zum Aufbringen der Verformkraft auf Teile des Gehäuses der Schaltkammer benötigt, jedoch keine Vorrichtung zum Aufbringen einer Rückverformkraft , d. h. einer Kraft, die die Verformungen wieder rückgängig machen soll .

Vorteilhaft kann die Schaltkammer auch so ausgestaltet sein, dass das erste Kontaktstück und das zweite Kontaktstück Verbindungsmittel aufweisen, die sich beim Herstellen des elektrischen Kontakts zwischen dem ersten Kontaktstück und dem zweiten Kontaktstück unlösbar miteinander verbinden. Dadurch wird vorteilhafterweise ein besonders sicherer bzw. dauerhafter Kontakt zwischen dem ersten Kontaktstück und dem zweiten Kontaktstück hergestellt.

Die Schaltkammer kann so ausgestaltet sein, dass die Verbin- dungsmittel an einem der Kontaktstücke einen Zapfen und an dem anderen der Kontaktstücke eine Ausnehmung aufweisen. Durch Zusammenwirken des Zapfens mit der Ausnehmung lässt sich auf einfache Weise eine unlösbare und dauerhafte Ver^¬ bindung des ersten Kontaktstücks mit dem zweiten Kontakt- stück realisieren. Darüber hinaus lassen sich ein solcher Zapfen und eine solche Ausnehmung fertigungstechnisch einfach und damit kostengünstig herstellen.

Die Schaltkammer kann auch so ausgestaltet sein, dass beim Herstellen des elektrischen Kontakts zwischen dem ersten Kontaktstück und dem zweiten Kontaktstück der Zapfen nach Eintreten in die Ausnehmung plastisch verformbar ist. Durch die plastische Verformbarkeit des Zapfens wird auf eine be^¬ sonders einfache Weise sichergestellt, dass sich der Zapfens des einen Kontaktstücks und die Ausnehmung des anderen Kon^¬ taktstücks dauerhaft und unlösbar miteinander verbinden.

Die Schaltkammer kann dabei so ausgestaltet sein, dass das Volumen des Zapfens im verformten Zustand mindestens dem Volumen der Ausnehmung entspricht. Dadurch wird sichergestellt, dass der Zapfen in verformtem Zustand an der gesamten Innenfläche der Ausnehmung anliegt und dadurch an der gesamten Innenfläche der Ausnehmung eine sichere elektrische Verbindung zwischen dem ersten Kontaktstück und dem zweiten Kontaktstück hergestellt wird.

Die Schaltkammer kann so aufgebaut sein, dass die Ausnehmung eine Hinterschneidung aufweist. Dadurch wird eine besonders sichere und feste Verbindung zwischen dem ersten Kontakt- stück und dem zweiten Kontaktstück hergestellt; es besteht nämlich im eingeschalteten Zustand der Schaltkammer sowohl ein Formschluss als auch ein Kraftschluss zwischen dem ver^¬ formten Zapfen und der Ausnehmung.

Die Schaltkammer kann auch so ausgestaltet sein, dass das erste Kontaktstück und das zweite Kontaktstück im Bereich der Verbindungsmittel aus Kupfer bestehen. Dadurch wird zum einen erreicht, dass eine derartige Schaltkammer besonders kostengünstig produziert werden kann. Kupfer ist nämlich er^¬ heblich billiger als die für Vakuumschaltkammern üblicherweise verwendeten hochfesten Kontaktmaterialien. Zum anderen lässt sich mittels dieser aus Kupfer bestehenden Verbindungsmittel besonders einfach eine dauerhafte und unlösbare Verbindung zwischen dem ersten Kontaktstück und dem zweiten Kontaktstück herstellen, weil das Kupfer während der Herstellung der z.B. Vakuumschaltkammer (insbesondere beim Verlöten der Vakuumschaltkammer unter hohen Temperaturen) weichgeglüht wird und daher beim Schließen des elektrischen Kontakts leicht plastisch verformbar ist.

Die Schaltkammer kann so ausgestaltet sein, dass die Schalt^¬ kammer in Wirkverbindung steht mit einer Einschalteinheit, die zum Aufbringen einer Verformkraft auf das (plastisch verformbare) Teil bzw. die plastisch verformbaren Teile des Gehäuses und/oder auf eines der Kontaktstücke ausgebildet ist. Mittels dieser Einschalteinheit wird beim Einschalten der Schaltkammer die Verformkraft auf das plastisch verformbare Teil oder die plastisch verformbaren Teile des Gehäuses und/oder auf eines der Kontaktstücke (welches mit den plas^¬ tisch verformbaren Teilen des Gehäuses starr verbunden ist) aufgebracht . Die Schaltkammer kann auch so ausgestaltet sein, dass die Schaltkammer in Wirkverbindung steht mit einer Druckerzeugungseinheit, die zum Aufbringen einer Druckkraft auf das erste Kontaktstück und/oder das zweite Kontaktstück nach Herstellen des elektrischen Kontakts zwischen dem ersten Kontaktstück und dem zweiten Kontaktstück ausgebildet ist. Durch diese Druckerzeugungseinheit wird vorteilhafterweise erreicht, dass auch nach dem Einschalten eine besonders si^¬ chere Verbindung zwischen dem ersten Kontaktstück und dem zweiten Kontaktstück bestehen bleibt.

Schließlich kann die Schaltkammer auch so ausgestaltet sein, dass die Einschalteinheit der Druckerzeugungseinheit ent^¬ spricht. Mit anderen Worten kann vorteilhafterweise eine Einheit genutzt werden, welche beim Einschalten der Schalt^¬ kammer als Einschalteinheit und nach dem Einschalten der Schaltkammer als Druckerzeugungseinheit arbeitet.

Im Folgenden wird die Erfindung anhand von Ausführungsbei- spielen näher erläutert. Dazu ist in

Figur 1 ein erstes Ausführungsbeispiel einer Anordnung mit einer Vakuumschaltkammer, in

Figur 2 ein zweites Ausführungsbeispiel einer Anordnung mit einer Vakuumschaltkammer, in

Figur 3 ein Ausführungsbeispiel zweier Kontaktstücke im ausgeschalteten Zustand der Vakuumschaltkammer und in

Figur 4 ein Ausführungsbeispiel dieser Kontaktstücke im eingeschalteten Zustand der Vakuumschaltkammer dargestellt . In Figur 1 ist in einer Schnittdarstellung im linken Teil eine Schaltkammer in Form einer Vakuumschaltkammer 1 und im rechten Teil eine mit dieser Vakuumschaltkammer in Wirkver- bindung stehende Einschalt- und Druckerzeugungseinheit 2 dargestellt. Die Vakuumschaltkammer 1 (hier in Form einer Vakkumschaltröhre) weist ein Vakuumschaltkammergehäuse auf, welches ein hohlzylinderförmiges Isolierteil 4 aufweist. Dieses Isolierteil kann beispielsweise ein aus Keramik be- stehender Hohlzylinder sein. An die eine Stirnfläche des Isolierteils 4 grenzt eine erste Wandung 6 an, welche im Ausführungsbeispiel eine aus Metallblech (z. B. Edelstahl^¬ blech) bestehende Kappe 6 ist. Diese erste Wandung 6 wird von einem ersten Kontaktstück 8 durchgriffen. Im eingebauten Zustand der Vakuumschaltkammer ist das erste Kontaktstück 8 mechanisch feststehend ausgebildet, wie durch ein schraf^¬ fiertes feststehendes Begrenzungsteil 9 im linken Teil der Figur 1 angedeutet wird. Über dieses schraffierte festste^¬ hende Begrenzungsteil erfolgt im Ausführungsbeispiel die Stromzuführung zu dem ersten Kontaktstück 8. Das erste Kontaktstück 8 ist starr mit der ersten Wandung 6 verbunden, es ist z.B. in die erste Wandung 6 eingeschweißt, eingelötet oder eingepresst. Auf diese Weise wird eine vakuumdichte Verbindung zwischen dem ersten Kontaktstück 8 und der ersten Wandung 6 hergestellt. Die erste Wandung 6 ist - beispiels^¬ weise mittels eines Lötverfahrens - in an sich bekannter Weise mit dem hohlzylinderförmigen Isolierteil 4 vakuumdicht verbunden .

Die zweite Stirnfläche des hohlzylinderförmigen Isolierteils 4 grenzt an eine zweite Wandung 10, welche im Ausführungs^¬ beispiel ebenfalls als eine aus dünnem Metallblech beste^¬ hende Kappe ausgestaltet ist. Diese zweite Wandung 10 wird von einem zweiten Kontaktstück 12 durchgriffen. Das zweite Kontaktstück 12 ist starr mit der zweiten Wandung verbunden, es ist in die zweite Wandung beispielsweise eingeschweißt, eingelötet oder eingepresst. Das zweite Kontaktstück 12 ist mit einem Stromzuführungselement 13 verbunden, welches die Stromzuführung zu dem zweiten Kontaktstück 12 realisiert.

Die zweite Wandung 10 ist der ersten Wandung 6 gegenüberlie^¬ gend angeordnet. Beide Wandungen 6 und 10 sind im Wesentli^¬ chen identisch aufgebaut. Das aus Isolierteil 4, erster Wan- düng 6 und zweiter Wandung 10 bestehende Gehäuse der Vakuumschaltkammer 1 ist evakuiert, im Inneren dieses Gehäuses be^¬ findet sich ein Vakuum. (In anderen Ausführungsbeispielen der erfindungsgemäßen Schaltkammer kann sich im Inneren des Gehäuses anstelle des Vakuums auch ein isolierendes Gas be- finden, z.B. Schwefelhexafluorid SF6 oder unter Druck ste^¬ hender Stickstoff; es handelt sich dann bei der Schaltkammer um eine gasisolierte Schaltkammer.) Das erste Kontaktstück 8 ist starr mit der ersten Wandung 6 verbunden und das zweite Kontaktstück 12 ist starr mit der zweiten Wandung 10 verbun- den dergestalt, dass im dargestellten ausgeschalteten Zustand der Vakuumschaltkammer im Gehäuseinneren ein vorgewählter Abstand als Isolationsabstand zwischen dem ersten Kontaktstück 8 und dem zweiten Kontaktstück 12 vorliegt. Dieser vorgewählte, im ausgeschalteten Zustand der Vakuum- schaltkammer unveränderliche Abstand wird bei der Herstel^¬ lung der Vakuumschaltkammer festgelegt; der Abstand beträgt im Ausführungsbeispiel 8 mm bei einer Schaltkammer mit einer Dauer-Spannungsfestigkeit von 10 kV Wechselspannung effek^¬ tiv. Im Allgemeinen kann der Abstand zwischen dem ersten Kontaktstück 8 und dem zweiten Kontaktstück 12 zwischen 2 mm bis 8 mm betragen, was zu Vakuumschaltkammern mit einer Dauer-Spannungsfestigkeit zwischen 3 und 10 kV Wechselspan^¬ nung effektiv führt. Vakuumschaltkammern mit einer Dauer- Spannungsfestigkeit zwischen 10 und 40 kV Wechselspannung effektiv lassen sich im Allgemeinen vorteilhafterweise realisieren, wenn der Abstand zwischen dem ersten Kontaktstück 8 und dem zweiten Kontaktstück 12 zwischen 8 mm und 30 mm gewählt wird.

Teile des Gehäuses der Vakuumschaltkammer sind plastisch verformbar, im Ausführungsbeispiel ist die erste Wandung 6 und die zweite Wandung 10 plastisch verformbar. Wenn eine bezüglich der zylinderförmigen Kontaktstücke axial gerich- tete Kraft F₂ auf das zweite Kontaktstück 12 einwirkt, so wird diese Kraft F₂ über das zweite Kontaktstück 12 auf die zweite Wandung 10 der Vakuumschaltkammer übertragen. Diese Kraft F₂ verformt die zweite Wandung 10 plastisch, wodurch das zweite Kontaktstück 12 ins Innere der Vakuumschaltkammer 1 gedrückt wird. Dadurch verringert sich der in der Figur 1 dargestellte Isolationsabstand zwischen dem ersten Kontakt^¬ stück 8 und dem zweiten Kontaktstück 12. Das zweite Kontaktstück 12 wird unter plastischer Verformung des Schaltkammer- Gehäuses (hier: unter plastischer Verformung der zweiten Wandung 10) so weit in den Innenraum des Gehäuses hineinge^¬ schoben, bis es das erste Kontaktstück 8 berührt. Dadurch entsteht ein elektrischer Kontakt zwischen dem ersten Kontaktstück 8 und dem zweiten Kontaktstück 12; die Vakuumschaltkammer befindet sich dann im eingeschalteten Zustand.

Optional ist in diesem Ausführungsbeispiel auch die erste Wandung 6 plastisch verformbar ausgestaltet. In diesem Fall bewegt sich unter der Wirkung der Kraft F₂ bzw. einer an dem linksseitig dargestellten Begrenzungsteil 9 entstehenden Ge- genkraft auch das erste Kontaktstück 8 beim Einschaltvorgang unter Verformung der ersten Wandung 6 ins Innere der Vakuumschaltkammer hinein. Sowohl das erste Kontaktstück 8 als auch das zweite Kontakt^¬ stück 12 weisen im Ausführungsbeispiel im Wesentlichen die Form eines Zylinders (Bolzenform) auf, welcher ebene, plane Stirnflächen hat. Im ausgeschalteten Zustand der Vakuum- schaltkammer steht die freie Stirnfläche des ersten Kontakt^¬ stückes 8 der freien Stirnfläche des zweiten Kontaktstücks 12 beabstandet und parallel gegenüber. Beim Einschaltvorgang wird dieser Abstand immer geringer, bis sich im eingeschalteten Zustand der Vakuumschaltkammer die Stirnflächen der beiden Kontaktstücke berühren.

Im rechten Teil der Figur 1 ist eine Einheit 2 dargestellt, welche sowohl als eine Einschalteinheit als auch als eine Druckerzeugungseinheit arbeitet. Diese Einschalt- und Druckerzeugungseinheit 2 weist einen ersten Hebel 14 auf, dessen eines Ende drehbeweglich mit einem Ende eines zweiten Hebels 16 verbunden ist. Mittels eines gestrichelt darge^¬ stellten Verbindungsbügels 18 wird sichergestellt, dass die drehbeweglich verbundenen Enden der Hebel in Kontakt blei- ben. Ein Unterstützungsteil 19 sorgt dafür, dass der erste Hebel 14 und der zweite Hebel 16 im ausgeschalteten Zustand der Vakuumschaltkammer die dargestellte abgewinkelte Stel^¬ lung zueinander einnehmen und insbesondere daran gehindert werden, sich entlang der Achse der Vakuumschaltkammer 1 (die der Achse der Kontaktstücke 8, 12 entspricht) auszurichten. Im Ausführungsbeispiel ist das Unterstützungsteil 19 als eine gläserne Ampulle (Glaszylinder) ausgestaltet; es kann aber auch anders ausgestaltet sein, z.B. auch als metallener Anschlag, der beim Einschalten entfernt wird. Das freie Ende des ersten Hebels 14 wirkt auf das außerhalb der Vakuum^¬ schaltkammer 1 befindliche Ende des zweiten Kontaktstückes 12 ein, während das freie Ende des zweiten Hebels 16 mit einem Ende eines vorgespannten Federelements 20 verbunden ist. Das andere Ende des Federelements 20 ist gegen eine feste Begrenzung 22 (z. B. eine Wand) abgestützt. Das Feder^¬ element 20 ist optional, alternativ kann das freie Ende des zweiten Hebels 16 auch direkt gegen die Wand 22 abgestützt sein .

Zum Einschalten der Vakuumschaltkammer wird eine senkrecht zur Achse der Vakuumschaltkammer wirkende Kraft F₁ auf das Mittelstück des ersten Hebels 14 aufgebracht. Diese Kraft Fi kann auf beliebige Art und Weise erzeugt werden, beispiels- weise mittels eines elektromagnetischen Antriebs oder eines

Explosionsantriebs. Aufgrund der Kraft Fi zerbricht die Glas^¬ ampulle 19 und die Kraft Fi drückt daraufhin sowohl den ers^¬ ten Hebel 14 als auch den zweiten Hebel 16 in eine ge^¬ streckte Lage entlang der Achse des ersten Kontaktstücks 8 und des zweiten Kontaktstücks 12. Dadurch verlängert sich die in Richtung der Achse der Vakuumschaltkammer wirksame Länge der Kombination aus erstem Hebel 14 und zweitem Hebel 16, wodurch das freie (linke) Ende des ersten Hebels 14 auf das zweite Kontaktstück 12 einwirkt und die Kraft F₂ auf die- ses zweite Kontaktstück 12 überträgt. Daraufhin wird - wie oben beschrieben - die zweite Wandung 10 und ggf. auch die erste Wandung 6 der Vakuumschaltkammer 1 plastisch deformiert, woraufhin sich die beiden Kontaktstücke 8 und 12 auf^¬ einander zu bewegen und schließlich mit ihren ebenen Stirn- flächen berühren. Bis zu diesem Zeitpunkt hat die Einheit 2 als Einschalteinheit gearbeitet, d. h. sie hat eine Verform- kraft F₂ auf die plastisch verformbaren Teile 10 und 6 des Gehäuses der Vakuumschaltkammer 1 aufgebracht. Sobald der Kontakt zwischen dem ersten Kontaktstück 8 und dem zweiten Kontaktstück 12 geschlossen ist, bringt die Einheit 2 auf^¬ grund der gespannten Feder 20 weiterhin eine Druckkraft auf das zweite Kontaktstück 12 auf, die Kraft der gespannten Feder 20 drückt weiterhin die dann in einer Flucht ausgerichteten ersten Hebel 14 und zweiten Hebel 16 gegen das zweite Kontaktstück 12. Die Einheit 2 arbeitet jetzt als Drucker^¬ zeugungseinheit. Die erzeugte Druckkraft sorgt dafür, dass dauerhaft ein elektrischer Kontakt zwischen dem ersten Kontaktstück 8 und dem zweiten Kontaktstück 12 bestehen bleibt. Die Vakuumschaltkammer wird also zuverlässig im eingeschal^¬ teten Zustand gehalten. Im Ausführungsbeispiel wird also so^¬ wohl die Verformkraft als auch die Druckkraft von ein und derselben Einheit 2 erzeugt; die Einheit 2 arbeitet also so^¬ wohl als Einschalteinheit als auch als Druckerzeugungsein- heit.

In Figur 2 ist ein weiteres Ausführungsbeispiel dargestellt, welches bis auf die Ausgestaltung des ersten Kontaktstückes 8 und des zweiten Kontaktstückes 12 der in Figur 1 darge- stellten Anordnung entspricht. Im Unterschied zu dem in Figur 1 dargestellten Ausführungsbeispiel sind jedoch die im Inneren der Vakuumschaltkammer 1 angeordnete Stirnfläche des ersten Kontaktstückes 8 und die Stirnfläche des zweiten Kon^¬ taktstückes 12 nicht eben ausgestaltet. Vielmehr ist in der freien Stirnfläche des ersten Kontaktstückes 8 eine Ausneh^¬ mung 30 angeordnet und die freie Stirnfläche des zweiten Kontaktstückes 12 trägt einen Zapfen 32. Sowohl die Ausnehmung 30 als auch der Zapfen 32 sind Verbindungsmittel, die sich beim Herstellen des elektrischen Kontakts zwischen dem ersten Kontaktstück 8 und dem zweiten Kontaktstück 12 unlösbar miteinander verbinden. (Unter einer unlösbaren Verbindung wird hier eine Verbindung verstanden, welche nicht zerstörungsfrei wieder gelöst werden kann.) Diese Verbindung erfolgt dadurch, dass beim Aufeinanderzubewegen des ersten Kontaktstückes auf das zweite Kontaktstück, d. h. beim Her^¬ stellen des elektrischen Kontakts zwischen dem ersten Kontaktstück und dem zweiten Kontaktstück der Zapfen 32 in die Ausnehmung 30 eintritt und in der Ausnehmung plastisch verformt wird, wie in den Figuren 3 und 4 dargestellt ist. Da- mit sind das erste Kontaktstück 8 und das zweite Kontakt^¬ stück 12 unlösbar miteinander verbunden.

In Figur 3 sind ausschnitthaft die sich im Inneren der aus- geschalteten Vakuumschaltkammer 1 gegenüberstehenden Enden des ersten Kontaktstücks 8 und des zweiten Kontaktstücks 12 dargestellt. In dem ersten Kontaktstück 8 befindet sich die Ausnehmung 30. Das zweite Kontaktstück 12 weist den Zapfen 32 auf.

Dabei ist sowohl der Zapfen 32 als auch die Ausnehmung 30 bezüglich der Rotationsachse der Vakuumschaltröhre rota^¬ tionssymmetrisch ausgestaltet; die Ausnehmung ist kegelförmig gestaltet. Der Durchmesser des zylindrischen Teils des Zapfens 32 entspricht in etwa dem kleinsten Durchmesser der Ausnehmung, die im Ausführungsbeispiel eine Hinterschneidung 34 aufweist. Im gezeigten Beispiel weist die Ausnehmung einen schwalbenschwanzförmigen Querschnitt auf. Eine Fase 36 ermöglicht ein problemloses Eintreten des Zapfens 32 in die Ausnehmung 30.

Beim Schließen des elektrischen Kontaktes, d. h. beim axialen Zubewegen des zweiten Kontaktstücks 12 auf das erste Kontakt^¬ stück 8, fährt der Zapfen 32 in die Ausnehmung 30 ein. Eine Stirnfläche 38 des Zapfens 32 erreicht einen Boden 40 der

Ausnehmung 30. Aufgrund der kinetischen Energie des zweiten Kontaktstücks 12 wird nach der Berührung zwischen Stirnfläche 38 und Boden 40 der Zapfen weiter in die Ausnehmung eingeschoben und dabei plastisch verformt. Dabei passt sich das Material des Zapfens der Form der Ausnehmung 30 an und füllt diese vollständig aus.

In Figur 4 ist der nach dem Schließen des Kontaktstückpaares entstehende Formschluss zwischen dem deformierten, verformten Zapfen 32 und der nun durch den verformten Zapfen 32 ausgefüllten Ausnehmung dargestellt. Es ist deutlich zu erkennen, dass das Volumen des Zapfens 32 im verformten Zustand dem Vo^¬ lumen der nunmehr gefüllten Ausnehmung 30 entspricht. (In einem anderen Ausführungsbeispiel könnte das Volumen des Zap^¬ fens im verformten Zustand auch größer sein als das Volumen der Ausnehmung; überschüssige Teile des verformten Zapfens würden dann an der Kontaktstelle zwischen zweitem Kontaktstück 12 und ersten Kontaktstück 8 seitlich austreten.) Durch die Hinterschneidung 34 der Ausnehmung wird erreicht, dass im geschlossenen Zustand des Kontaktes sowohl ein Formschluss als auch ein Kraftschluss zwischen dem deformierten Zapfen 32 des zweiten Kontaktstücks 12 und dem ersten Kontaktstück 8 auftritt. Dadurch wird eine besonders sichere und zuverläs- sige elektrische Verbindung zwischen dem zweiten Kontaktstück 12 und dem ersten Kontaktstück 8 erreicht.

Im Ausführungsbeispiel bestehen das erste Kontaktstück 8 und das zweite Kontaktstücks 12 vollständig aus Kupfer. Dies ist besonders deshalb vorteilhaft, weil die bei Vakuumschaltkam^¬ mern üblicherweise im Kontaktbereich eingesetzten teuren hochfesten Kontaktmaterialien bei der erfindungsgemäßen Vakuumschaltkammer nicht benötigt werden. Der Einsatz von Kupfer ist darüber hinaus bei der beschriebenen Vakuumschalt- kammer deshalb vorteilhaft, weil beim Herstellungsprozess der Vakuumschaltkammer (insbesondere bei dem Verlöten der Keramikröhre 4 mit den Metallkappen 6 und 10 und ggf. dem ersten Kontaktstück 8 und dem zweiten Kontaktstücks 12 bei hohen Temperaturen unter Vakuum, beispielsweise bei ca. 800° C) das Kupfer-Material des ersten Kontaktstücks 8 und des zweiten Kontaktstücks 12 weichgeglüht wird. Daher ist insbe^¬ sondere der Zapfen 32 nach dieser Wärmebehandlung leicht plastisch verformbar, so dass beim Eintreten des Zapfens in die Ausnehmung schon bei relativ geringen Kräften eine plas- tische Verformung des Zapfens und daraufhin ein Formschluss und ein Kraftschluss zwischen dem ersten Kontaktstücks 8 und des zweiten Kontaktstücks 12 auftritt. Außerdem werden bei dieser bei der Herstellung der Vakuumschaltkammer auftreten- den Wärmebehandlung Oberflächenverunreinigungen des Kupfers des ersten Kontaktstücks 8 und des zweiten Kontaktstücks 12 beseitigt, so dass bei der plastischen Verformung des Zap^¬ fens ein Kaltverschweißen des ersten Kontaktstücks 8 mit dem zweiten Kontaktstück 12 erfolgt.

Insbesondere die in der Figur 2 in Verbindung mit den Figuren 3 und 4 dargestellte Vakuumschaltkammer ist zum ledig^¬ lich einmaligen Einschalten geeignet, was für viele Anwendungszwecke völlig ausreichend ist. Eine mehrfache Verwen- düng ist im Allgemeinen (z.B. bei der in Figur 1 dargestellten Vakuumschaltröhre) jedoch möglich, sofern die Schaltkammer beim plastischen Verformen ihre Gasdichtheit bzw. Vakuumdichtheit behält, und die Schaltkammer ihre Funktionstüch^¬ tigkeit auch nach einem Auseinanderziehen der Kontakte bei- behält.

Es wurde eine Schaltkammer beschrieben, die ohne Lager für bewegliche Teile und ohne einen Balg aufgebaut ist und daher sehr einfach und kostengünstig hergestellt werden kann. SoI- che Schaltkammern, z.B. Vakuumschaltkammern, können mit Vorteil eingesetzt werden, um im Störungsfall Schäden von Schaltgeräten der Energieübertragung und Energieverteilung abzuwenden. Wenn bei einem solchen Störungsfall aufgrund eines Kurzschlusses ein Störlichtbogen in dem Schaltgerät entsteht, so kann der Strom dieses Störlichtbogens beim Ein^¬ schalten der beschriebenen Schaltkammer (welcher einen Nebenpfad zu dem Störlichtbogen bildet) in diese Schaltkammer kommutieren; dies führt zu einem Verlöschen des Störlichtbogens. Nach dem Störungsfall wird die plastisch verformte Schaltkammer durch eine neue, unverformte, sich im ausge^¬ schalteten Zustand befindende Schaltkammer ersetzt. Insbe^¬ sondere die in Figur 2 in Verbindung mit den Figuren 3 und 4 dargestellte Schaltkammer ist lediglich zum einmaligen Ein- schalten vorgesehen, was oftmals - z.B. für den vorstehend beschriebenen Einsatzzweck - völlig ausreichend ist.

Besonders vorteilhaft ist beim Ausführungsbeispiel der Schaltkammer nach der Figur 1 die aufgrund der planen Stirn- flächen des ersten Kontaktstücks 8 und des zweiten Kontakt^¬ stücks 12 hohe dielektrische Festigkeit im ausgeschalteten Zustand. Dadurch kann der im ausgeschalteten Zustand vorliegende Abstand zwischen dem ersten Kontaktstück 8 und dem zweiten Kontaktstück 12 klein dimensioniert werden, wodurch eine kompakt aufgebaute Schaltkammer mit relativ geringen Außenabmessungen realisiert werden kann.

Claims

Patentansprüche

1. Schaltkammer, insbesondere Vakuumschaltkammer, mit

- einem evakuierten Gehäuse, welches eine erste Wandung (6) und eine der ersten Wandung gegenüberliegende zweite Wandung (10) aufweist,

- einem ersten Kontaktstück (8), das die erste Wandung (6) durchgreift und starr mit dieser (6) verbunden ist, und

- einem zweiten Kontaktstück (12), das die zweite Wandung (10) durchgreift, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t, dass

- das zweite Kontaktstück (12) starr mit der zweiten Wandung (10) verbunden ist derart, dass im ausgeschalteten Zustand der Schaltkammer im Gehäuseinneren ein vorgewählter Abstand zwischen dem ersten Kontaktstück (8) und dem zweiten Kontaktstück (12) vorliegt, und

- zumindest ein Teil (6, 10) des Gehäuses plastisch verform^¬ bar ist, wodurch ein elektrischer Kontakt zwischen dem ersten Kontaktstück (8) und dem zweiten Kontaktstück (12) im Gehäu- seinneren herstellbar ist.

2. Schaltkammer 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

- das Teil (6, 10) des Gehäuses plastisch verformbar ist der- art, dass sich bei Aufbringen einer Verformkraft (F₂) auf das

Teil (6, 10) des Gehäuses und/oder auf eines der Kontaktstü^¬ cke (8, 12) die Kontaktstücke unter Verringerung ihres gegen^¬ seitigen Abstands aufeinander zubewegen, bis sie einander berühren .

3. Schaltkammer 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

- das Gehäuse ein hohlzylinderförmiges Isolierteil (4) auf^¬ weist, an dessen eine Stirnfläche die erste Wandung (8) an- grenzt und an dessen andere Stirnfläche die zweite Wandung (10) angrenzt.

4. Schaltkammer nach Anspruch 3, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t, dass

- das hohlzylinderförmige Isolierteil (4) aus Keramik besteht und die erste Wandung (6) und/oder die zweite Wandung (10) aus Metall besteht.

5. Schaltkammer nach einem der vorhergehenden Ansprüche, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t, dass

- die erste Wandung (6) und/oder die zweite Wandung (10) plastisch verformbar ist.

6. Schaltkammer nach einem der vorhergehenden Ansprüche, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t, dass

- das erste Kontaktstück (8) in die erste Wandung (6) einge^¬ schweißt, eingelötet oder eingepresst ist.

7. Schaltkammer nach einem der vorhergehenden Ansprüche, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t, dass

- das zweite Kontaktstück (12) in die zweite Wandung (10) eingeschweißt, eingelötet oder eingepresst ist.

8. Schaltkammer nach einem der vorhergehenden Ansprüche, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t, dass das erste Kontaktstück (8) und/oder das zweite Kontaktstück (12) im Inneren der Schaltkammer im Wesentlichen die Form eines Zylinders mit planen Stirnflächen aufweist.

9. Schaltkammer nach Anspruch 8, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t, dass im ausgeschalteten Zustand der Schaltkammer (1) die Stirnflächen einander beabstandet gegenüberstehen und im eingeschal- teten Zustand der Schaltkammer die Stirnflächen sich berühren .

10. Schaltkammer nach einem der vorhergehenden Ansprüche, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t, dass die Schaltkammer zum lediglich einmaligen Einschalten geeignet ist.

11. Schaltkammer nach einem der vorhergehenden Ansprüche, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t, dass das erste Kontaktstück (8) und das zweite Kontaktstück (12) Verbindungsmittel (30, 32) aufweisen, die sich beim Herstel^¬ len des elektrischen Kontakts zwischen dem ersten Kontaktstück (8) und dem zweiten Kontaktstück (12) unlösbar mitein- ander verbinden.

12. Schaltkammer nach Anspruch 11, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t, dass die Verbindungsmittel an einem der Kontaktstücke einen Zap- fen (32) und an dem anderen der Kontaktstücke eine Ausnehmung (30) aufweisen.

13. Schaltkammer nach Anspruch 12, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t, dass beim Herstellen des elektrischen Kontakts zwischen dem ersten Kontaktstück (8) und dem zweiten Kontaktstück (12) der Zapfen (32) nach Eintreten in die Ausnehmung (30) plastisch verformbar ist.

14. Schaltkammer nach Anspruch 12 oder 13, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t, dass das Volumen des Zapfens (32) im verformten Zustand mindes^¬ tens dem Volumen der Ausnehmung (30) entspricht.

15. Schaltkammer nach einem der Ansprüche 12 bis 14, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t, dass die Ausnehmung (30) eine Hinterschneidung (34) aufweist.

16. Schaltkammer nach einem der Ansprüche 11 bis 15, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t, dass das erste Kontaktstück (8) und das zweite Kontaktstück (12) im Bereich der Verbindungsmittel (30, 32) aus Kupfer beste^¬ hen .

17. Schaltkammer nach einem der vorhergehenden Ansprüche, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t, dass die Schaltkammer in Wirkverbindung steht mit einer Einschalteinheit (2), die zum Aufbringen einer Verformkraft auf das Teil (6, 10) des Gehäuses und/oder auf eines der Kontakt^¬ stücke (8, 12) ausgebildet ist.

18. Schaltkammer nach einem der vorhergehenden Ansprüche, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t, dass die Schaltkammer in Wirkverbindung steht mit einer Druckerzeugungseinheit (2), die zum Aufbringen einer Druckkraft auf das erste Kontaktstück (8) und/oder das zweite Kontaktstück (12) nach Herstellen des elektrischen Kontakts zwischen dem ersten Kontaktstück (8) und dem zweiten Kontaktstück (12) ausgebildet ist.

19. Schaltkammer nach einem der vorhergehenden Ansprüche, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t, dass die Einschalteinheit (2) der Druckerzeugungseinheit (2) ent- spricht.