DE1261219B - Vakuumschalter - Google Patents

Description

fJUNDESREPUBLIK DEUTSCHLAND

DEUTSCHES

PATENTAMT

AUSLEGESCHRIFT

Int. Cl.:

HOIh

Deutsche Kl.: 21c-35/09

Nummer: 1 261219

Aktenzeichen: W 39919 VIII d/21 c

Anmeldetag: 16. September 1965

Auslegetag: 15. Februar 1968

Die Erfindung betrifft Vakuumschalter mit einem mindestens teilweise aus Isolierstoff bestehenden Gehäuse und einem darin angeordneten rohrförmigen Kondensationsschirm aus leitendem Material. Der Kondensationsschirm umgibt die beiden mit den Anschlußstellen des Schalters verbundenen Schaltstücke. Er hat den Zweck, die beim Trennen der Schaltstücke entstehenden Lichtbogenprodukte aufzufangen, damit sie sich nicht auf den Isolierstoffteilen des Gehäuses absetzen können.

Gemäß der Erfindung ist der Kondensationsschirm mit Schaltstücken versehen und in der Einschaltstellung mit den beiden Anschlußstellen verbunden, so daß er einen Teil des Stromkreises durch den Schalter bildet. Auf diese Weise wird der Kondensationsschirm zusätzlich zu seiner bekannten Aufgabe, Niederschläge auf den Isolierstoffteilen zu verhindern, zur Führung des Stromes durch den Schalter genutzt. Man kann hierdurch ohne großen Aufwand die Stromtragfähigkeit des Schalters verbessern und somit entweder die bisher für die Stromführung durch den Schalter verwendeten Teile kleiner bemessen oder einen höheren Nennstrom zulassen. Die Stromtragfähigkeit des Kondensationsschirmes ist vorteilhaft groß, weil er eine große Fläche zur Abstrahlung von Wärme aufweist.

Vorzugsweise ist der Kondensationsschirm Teil eines Strompfades, der parallel zu einem Strompfad mit zwei in bekannter Weise vom Kondensationsschirm umschlossenen Lichtbogenschaltstücken liegt. Der Strompfad über den Kondensationsschirm wird dann lichtbogenfrei geöffnet, bevor der Strom über den Schalter durch Trennen der Lichtbogenschaltstüoke endgültig unterbrochen wird.

Um auch bei einer zeitlich verzögerten Öffnung mit einem einfachen Antrieb für den Schalter auszukommen, kann das bewegliche Lichtbogenschaltstück über eine Feder mit einem Metallteil zusammenwirken, der in der Einschaltstellung mit dem Schaltstück des Kondensationsschirmes in Berührung steht. Man erhält dadurch eine Totgangverbindung. Beim ersten Teil der Ausschaltbewegung öffnet sich der über den Kondensationsschirm führende Strompfad. Bei der weiteren Bewegung werden die vom Kondensationsschirm umgebenen Lichtbogenschaltstücke getrennt, ohne daß ein besonderer Antrieb benötigt wird.

Im Gegensatz zu bekannten Vakuumschaltern, bei denen der Kondensationsschirm an Isolierstoffteilen des Gehäuses befestigt ist, kann er bei der Erfindung mit einer metallischen Endplatte fest verbunden werden, die einen Teil des Gehäuses bildet und mit einer Vakuumschalter

Anmelder:

Westinghouse Electric Corporation,

Pittsburgh, Pa. (V. St. A.)

Vertreter:

Dr. jur. G. Hoepffner Rechtsanwalt,

8520 Erlangen, Werner-von-Siemens-Str. 50

Als Erfinder benannt:

Russell E. Frink, Pittsburgh, Pa. (V. St. A.)

Beanspruchte Priorität:
V. St. v. Amerika vom 16. November 1964
(411 259)

Anschlußschiene versehen ist. Der Kondensationsschirm weist dann auch in der Ausschaltstellung ein durch die Anschlußschiene bestimmtes Potential auf.

Die Erfindung läßt sich aber auch bei solchen Schaltern anwenden, bei denen der Kondensationsschirm isoliert befestigt ist. Hier kann man z. B. den isoliert befestigten Kondensationsschirm als feststehendes Schaltstück benutzen, das an beiden Enden mit je einem beweglichen Schaltstück zusammenwirkt.

Ferner kann man den Kondensationsschirm auch selbst beweglich anordnen. Er bildet dann ein bewegliches Schaltstück, das mit einem feststehenden Schaltstück zusammenwirkt. Der Antrieb erfolgt wiederum zweckmäßigerweise durch eine Totgangverbindung mit dem Antriebsglied paralleler Lichtbogenkontakte.

Die Erfindung, wie sie in den vorstehenden Ausführungen angegeben ist, ist in den Zeichnungen veranschaulicht. In diesen ist

F i g. 1 ein vertikal verlaufender Querschnitt durch einen Vakuumschalter gemäß den Grundsätzen der Erfindung. Die Schaltstückanordnung ist in der Einschaltstellung dargestellt;

F i g. 2 ist ein vergrößerter Teilschnitt durch die Betätigungseinrichtung. Er verläuft im wesentlichen längs der Linie II-II der F i g. 1. Die Schaltstückanordnung ist wiederum in der Einschaltstellung dargestellt;

F i g. 3 zeigt eine abgewandelte Form der Erfindung, in der zwei bewegliche Hauptschaltstücke ver-

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Wie in F i g. 2 gezeichnet, ist der bewegliche Leitungsanschluß 22 im wesentlichen U-förmig ausgebildet. Er besitzt nach außen vorspringende Bolzen 30, die gelenkig mit aus Isolierstoff bestehenden Antriebsgliedern 31 verbunden sind. Deshalb gehören zu jeder Vakuumschaltereinheit 10 zwei zusammenwirkende Antriebsglieder 31, die vorzugsweise aus Isoliermaterial bestehen. Diese Antriebsglieder bewirken eine hin- und hergehende Ausschalt- undEinbeispielsweise Glas, und zwei Endplatten 12, 13, die io schaltbewegung des U-förmigen Leiters 22 und damit

wendet werden. Die Figur zeigt im wesentlichen einen Schnitt durch das Gerät. Die Schaltstückanordnung ist in der Einschaltstellung gezeichnet;

F i g. 4 ist ein Vertikalschnitt durch eine andere Ausführungsform der Erfindung. Die Schaltstücke sind in der Einschaltstellung gezeichnet.

Der Schalter nach F i g. 1 besitzt ein Gehäuse 10, das Hochvakuum .enthält. Das Gehäuse 10 umfaßt einen Zylinder ll aus geeignetem Isoliermaterial,

die Enden des Zylinders 11 verschließen. Zwischen den Endplatten 12, 13 und dem Glaszylinder 11 sind geeignete Dichtungen 12 a, 13 a vorgesehen, um vakuumdichte Verbindungen an diesen Punkten zu ergeben.

In Gehäuse 10 sind zwei trennbare Lichtbogenschaltstücke 15, 16 untergebracht, die elektrisch durch eine Hauptschaltstückeinrichtung 17 überbrückt sind. Die Hauptschaltstückeinrichtung umfaßt auch des Hauptschaltstückes 19.

Um einen Durchtritt von Gas längs des sich nach unten erstreckenden Flanschteiles 13 b der Endplatte 13 und des hin- und hergehend beweglichen Haupt-15 schaltstückes 19 zu verhindern, ist ein flexibler Metallbalg 35 vorhanden. Das in Fig. 1 obere Ende des Balges 35 ist mit Hilfe geeigneter, gasdichter Verbindungen an der Platte 13 angebracht. Das untere Ende des Balges 35 ist in angemessener Weise an der untemehrere am Umfang angeordnete bewegbare Kon- ao ren Außenfläche des Hauptschaltstückes 19 befestigt, taktfinger 18 und ein Hauptschaltstück 19. Durch das bewegliche Hauptschaltstück 19 verläuft

Wie in F i g. 1 gezeigt, wird der Satz der federnden Hauptkontaktfinger 18 von einem metallischen, zylindrischen Kondensationsschirm 20 getragen. Der Kondensationsschirm ist z. B. durch Hartlöten mit der oberen Endplatte 12 verbunden. Die Hauptkontaktfinger 18 sind durch Schlitzen eines metallischen Zylinders C hergestellt, und die dadurch erhaltenen Finger sind nach innen gebogen, wie F i g. 1 eine Längsbohrung 19 d, die die hin- und hergehende Bewegung eines beweglichen Lichtbogenschaltstückes 16 ermöglicht. Zwischen einem sich nach außen erstreckenden Flanschteil 16 a und einer oberen Ebene 19 e des Hauptschaltstückes 19 ist zur Verhinderung des Gasdurchtrittes ein zweiter flexibler Metallbalg 37 vorgesehen, der den Gasdurchtritt längs der Bohrung 19 d in das Innere 40 des evakuierten Gehäuses

zeigt. Der geschlitzte Zylinder, der als Kontaktring 30 10 sperrt. Eine Druckfeder 16 b ist zwischen dem

g g y

dient, ist in geeigneter Weise an der Innenseite des Kondensationsschirmes 20 befestigt.

Bekanntlich werden in einem Vakuumschalter durch Lichtbogenwirkung metallische Dämpfe erzeugt. Diese haben die Neigung, sich an Isolierstoffflächen des Schalters niederzuschlagen. Sie bilden dann metallische Überzüge, die die Isoliereigenschaften solcher Flächen beeinträchtigen. Zum Schutz dieser Isolierstoffflächeh gegen metallische Ablagerun-

Flansch 16 a und der Unterseite einer Bohrung 19/ des beweglichen Hauptschaltstückes 19 angeordnet, um das bewegliche Lichtbogenschaltstück nach oben gegen das feststehende Lichtbogenschaltstück 15 zu drücken.

Zwei Muttern 42, 44 halten ein flexibles Leiterband 46 am unteren, mit Gewinde versehenen Teil 16 c des beweglichen Lichtbogenschaltstückes 16 fest. Das andere Ende des flexiblen Bandes 46 ist mit einer

gen werden Kondensationsschirme verwendet. Solche 40 Schraube 48 am beweglichen Anschlußleiter 22 be-Schirme bestehen im allgemeinen aus einem im festigt, wie F i g. 1 zeigt. Mithin sind das bewegliche

die

wesentlichen rohrförmigen Metallschirm, der Lichtbogenstrecke zwischen den normalen Lichtbogenelektroden des Schalters umgibt. Der Schirm ist von einer oder beiden Endplatten des Gerätes elektrisch isoliert. Er liegt räumlich zwischen der Lichtbogenstrecke und der inneren Oberfläche des Isolierstoffgehäuses des Schalters. Der Schirm wirkt so, daß er Metalldämpfe auffängt und niederschlägt, die von der Lichtbogenstrecke in Richtung der Isolier stoff fläche wandern.

Wie in F i g. 1 datgestellt, besitzt die untere Endplatte 13 einen sieh nach unten erstreckenden zylindrischen Führungsflanschteil 13 b. Der Flansch führt die hin- und hergehende, vertikal verlaufende Ausschalt- und Einschaltbewegung des Hauptschaltstückes 19, das mit den feststehenden, federnden Kontaktfingern 18 in der Einschaltstellung des Gerätes, die in F i g. 1 dargestellt ist, zusammenwirkt.

Das Hauptschaltstück 19 besitzt einen Teil 19 α mit verringerten Abmessungen, so daß eine Schulter ,19 b gebildet wird. Die Schulter 19 & nimmt einen Anschlußleiter 22 auf, an dem ein aus Bändern bestehender Leiter 23 mit einem Niet 25 befestigt ist. Auf einen mit Gewinde versehenen Teil 19 c des Teiles 19 α ist eine Mutter 28 aufgeschraubt. Diese verbindet den Leiter 22 sicher mit dem beweglichen Hauptschaltstück 19,

Lichtbogenschaltstück 16 und das Hauptschaltstück 19 stets elektrisch miteinander verbunden.

Wie in F i g. 1 gezeichnet, ist an der oberen Endplatte^ mit Bolzen 50, 52 eine Anschlußschiene 54 befestigt, an der die LeItUQgL₁ in geeigneter Weise angebracht werden kann.

Wie vorher angedeutet, haben die Metalldämpfe, die in Vakuumschaltern bei Lichtbogeneinwirkung entstehen, die Neigung, auf Isolierstoffflächen des Schaltergehäuses zu kondensieren und dadurch metallische Überzüge zu bilden, die die Isolationseigenschaften solcher Flächen beeinträchtigen. Zum Schutz der Flächen gegen solche metallischen Ablagerungen hat sich ein Kondensationsschirm 20 besonders bewährt. Ein solcher Schirm 20 umfaßt im allgemeinen einen rohrförmigen Metallteil, der die Lichtbogenstrecke zwischen den normalen Elektroden des Schalters umschließt und elektrisch gegenüber beiden Elektroden und auch gegen Ende isoliert ist. Dieser elektrisch isolierte Schirm liegt räumlich zwischen der Lichtbogenstrecke und der Innenwand des gewöhnlichen Isolierstoffgehäuses 11 des Schalters. Er dient dazu, Metalldämpfe aufzufangen und zu kondensieren, die von der Lichtbogenstrecke in Richtung der Isolierstoffflächen wandern.

Bei der Erfindung stellt der Kondensationsschirm 20 einen Bauteil der Hauptschaltstückeinrichtung 17

dar, die die Lichtbogenschaltstückeinrichtung überbrückt. Er ermöglicht es, daß der Leistungsschalter ohne unzulässige Erwärmung höhere Dauerströme führt.

Der dargestellte Kondensationsschirm 20 stellt einen unmittelbaren Bestandteil des Strompfades in der Einschaltstellung des Schalters dar, wie F i g. 1 zeigt.

Beim Ausschalten werden die beiden Isolierstoffglieder 31 durch einen geeigneten Antrieb nach unten gezogen. Diese Wirkung veranlaßt, daß sich der U-förmige Leiter 22 ebenfalls nach unten bewegt. Dies führt zu einer nach unten gerichteten Ausschaltbewegung des Hauptschaltstückes 19, so daß sich dieses von den Hauptkontaktfingern 18 trennt. Der elektrische Stromkreis muß dann seinen Weg über die Lichtbogenschaltstücke 15, 16 nehmen, die wegen der Totgangverbindung später zu einer Zeit öffnen, wenn die isolierende Trennstrecke »d«. durch die Feder 16 b hergestellt ist. Mit anderen Worten trennt sich zunächst das bewegliche Schaltstück 19, und anschließend wird nach dem Anschlagen des unteren Endes 19 g am Mitnehmerbolzen 42 das bewegliche Lichtbogenschaltstück 16 gezwungen, sich mit dem beweglichen Hauptschaltstück 19 nach unten zu bewegen. Hierbei wird ein Lichtbogen zwischen den Lichtbogenschaltstücken 15, 16 gezogen, der in der üblichen Weise gelöscht wird. Es ist mithin festzustellen, daß sich die beweglichen Hauptschaltstücke 18, 19 vor der Trennung der Lichtbogenschaltstücke

15, 16 voneinander lösen, so daß an den Schaltstücken 18, 19 keine Lichtbogenerosion auftritt.

Beim Einschalten werden die Isolierstoffglieder 31 nach oben bewegt. Dadurch ergibt sich zunächst eine Berührung zwischen den Lichtbogenschaltstücken 15,

16. Die weitere nach oben gerichtete Bewegung, die durch die Isolierstoffglieder 31 hervorgerufen wird, ergibt schließlich eine Berührung zwischen den beweglichen Hauptschaltstücken 19 und den flexiblen Kontaktfingern 18, so daß die Lichtbogenschaltstücke 15, 16 überbrückt werden. Als Ergebnis erhält man in der Einschaltstellung des Schalters, wie F i g. 1 zeigt, einen elektrischen Parallelpfad der Hauptschaltstücke 18, 19 zu den Lichtbogenschaltstücken 15, 16. Dieser Pfad übernimmt wegen seines geringeren Widerstandes praktisch den gesamten Strom.

Aus der vorstehenden Beschreibung wird klar, daß der übliche metallische Kondensationsschirm 20 erfindungsgemäß eine wichtige zusätzliche Funktion erhält. Er wird nämlich als Teil der Hauptschaltstückanordnung 18,19 verwendet, die die Lichtbogenelektroden überbrückt. Dies ermöglicht eine Vergrößerung des Stromes ohne unzulässige Erwärmung. Auf Grund der Tatsache, daß der Kondensationsschirm 20 großflächig dem Glasgehäuse 11 gegenüberliegt, kann der Kondensationsschirm 20 durch das Glasgehäuse 11 leicht Wärme abgeben, die schnell abgestrahlt wird.

F i g. 3 zeigt eine geänderte Ausführungsform 60 des Schalters. Darin ist die Anordnung der bewegliehen Lichtbogen- und Hauptschaltstücke 16, 19 der F i g. 1 verdoppelt, so daß sich eine spiegelbildliche Anordnung zu der Mittellinie CL zwischen Ober- und Unterteil des Schalters ergibt. Deshalb werden vor der Herstellung der Lichtbogenstrecke zwei Haupttrennstrecken geschaffen, und die Abstützung des Kondensationsschirmes 20 a, der auf diese Weise elektrisch isoliert ist, verringert die Spannungsbeanspruchung zwischen sich und den beweglichen Hauptschaltstücken.

Bei der Ausschaltbewegung des Schalters 60 wird die bewegliche Schaltstückanordnung nach unten bewegt, während sich die zugehörige Schaltstückanordnung 19 A nach oben bewegt. Dadurch werden gleichzeitig zwei Trennstrecken erhalten. Anschließend werden die beiden beweglichen Lichtbogenschaltstücke 16, 16 A zur öffnung des Schalters in Bewegung gesetzt.

Beim Einschalten werden die gegenüberliegendlmgeordneten Haupt- und Lichtbogenschaltstücke 19, 16 gegeneinander bewegt, so daß der Schalter eingeschaltet wird, wie in F i g. 3 der Zeichnung dargestellt, ist.

F i g. 4 zeigt eine geänderte Ausführungsform 61. In dieser ist der Kondensationsschirm 20 b mit Hilfe von mehreren Druckfedern 62 federnd befestigt, die Federbolzen 63 umgeben. Die Bolzen 63 sind am Umfang ernes Tragringes 64 angeordnet. Dieser ist zwischen den beiden Isolierteilen 11a, lift des Schalters 61 abgedichtet. Beim Einschalten wird der bewegliche Kondensationsschirm 20 b durch das untere bewegliche Hauptschaltstück 19 nach oben bewegt, bis er mit dem oberen Satz der Hauptkontaktfinger 66 in Berührung gelangt.

Beim Ausschalten veranlaßt die nach unten gerichtete Ausschaltbewegung des unteren beweglichen Hauptschaltstückes 19 eine Bewegung des Kondensationsschirmes 20 b bis zur Trennung von den oberen Hauptkontaktfingern 66. Anschließend trennt sich der zweite Satz der Hauptkontaktfinger 18, 19, und schließlich öffnen die Lichtbogenschaltstücke 15, 16 in der gleichen Weise, wie an Hand der F i g. 1 der Zeichnung erläutert wurde.

Aus der vorstehenden Beschreibung wird ersichtlich, daß eine Kondensationsschirmanordnung geschaffen wurde, die als Hauptschaltstück dient. Dadurch wird die Strombelastbarkeit des Schalters ohne unzulässige Erwärmung vergrößert.

Claims (6)

Patentansprüche:

1. Vakuumschalter mit einem mindestens teilweise aus Isolierstoff bestehenden Gehäuse und einem darin angeordneten rohrförmigen Kondensationsschirm aus leitendem Material, der zwei trennbare, mit den beiden Anschlußstellen des Schalters verbundene Schaltstücke umgibt, dadurch gekennzeichnet, daß der Kondensationsschirm (20) mit Schaltstücken (18, 19) versehen und in der Einschaltstellung mit den beiden Anschlußstellen (Endplatten 12, 13) verbunden ist, so daß er einen Teil des Stromkreises durch den Schalter bildet.

2. Vakuumschalter nach Ansprach 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Kondensationsschirm (20) Teil eines Strompfades ist, der parallel zu einem Strompfad mit zwei in bekannter Weise vom Kondensationsschirm (20) umschlossenen Lichtbogenschaltstücken (15, 16) liegt. _t

3. Vakuumschalter nach Ansprach 2, dadurch gekennzeichnet, daß das bewegliche Lichtbogenschaltstück (16) über eine Feder (16 b) mit einem Metallteil (19) zusammenwirkt, der in der Einschaltstellung mit dem Schaltstück (18) des Kondensationsschirmes (20) in Berührung steht.

4. Vakuumschalter nach Anspruch 1, 2 oder 3, dadurch gekennzeichnet, daß der Kondensationsschirm (20) mit einer metallischen Endplatte (12) fest verbunden ist, die einen Teil des Gehäuses (10) bildet und mit einer Anschlußschiene (54) versehen ist.

5. Vakuumschalter nach Anspruch 1, 2 oder 3, dadurch gekennzeichnet, daß der isoliert befestigte Kondensationsschirm (20 o) als feststehendes Schaltstück wirkt, das an beiden Enden mit je

einem beweglichen Schaltstück (19, IiM) zusammenwirkt (F i g. 3).

6. Vakuumschalter nach Anspruch 1, 2 oder 3, dadurch gekennzeichnet, daß der Kondensationsschirm (20 b) beweglich angeordnet ist und mit einem feststehenden Schaltstück (Kontaktfinger 66) zusammenwirkt (F i g. 4).

In Betracht gezogene Druckschriften:
Britische Patentschrift Nr. 291 815.

Hierzu 2 Blatt Zeichnungen

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