Title:
Anordnung mit Vakuumschalter in einem Isolatorkörper und Herstellungsverfahren der Anordnung
Kind Code:
A1


Abstract:

Die Erfindung betrifft eine Anordnung (4) zum Schalten von Spannungen und deren Herstellung. Die Anordnung (4) umfasst wenigstens einen Vakuumschalter (3), mit wenigstens zwei elektrischen Kontaktstücken (10, 11) und einem vakuumdichten Gehäuse (13). Das vakuumdichte Gehäuse (13) ist in einem Isolatorkörper (1) angeordnet. embedded image




Inventors:
Cernat, Radu-Marian (10585, Berlin, DE)
Chyla, Thomas (14089, Berlin, DE)
Giere, Stefan (14059, Berlin, DE)
Hartig, Prosper (12555, Berlin, DE)
Marth, Andreas (13403, Berlin, DE)
Orth, Caroline (10589, Berlin, DE)
Röhling, Christoph (10557, Berlin, DE)
Teichmann, Jörg (14624, Dallgow-Döberitz, DE)
Wethekam, Stephan (10627, Berlin, DE)
Application Number:
DE102016225919A
Publication Date:
06/21/2018
Filing Date:
12/21/2016
Assignee:
Siemens Aktiengesellschaft, 80333 (DE)
International Classes:



Foreign References:
GB1191664A1970-05-13
WO2000041199A12000-07-13
WO2017036796A12017-03-09
CN2456298Y2001-10-24
EP02255621987-06-16
Claims:
Anordnung (4) zum Schalten von Spannungen, wobei wenigstens ein Vakuumschalter (3) umfasst ist, mit wenigstens zwei elektrischen Kontaktstücken (10, 11) und einem vakuumdichten Gehäuse (13), dadurch gekennzeichnet, dass das vakuumdichte Gehäuse (13) in einem Isolatorkörper (1) angeordnet ist.

Anordnung (4) nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das vakuumdichte Gehäuse (13) ein elektrisch isolierendes Teil (2) umfasst, welches mit dem Isolatorkörper (1) eine Verbundfläche (5) ausbildet, insbesondere eine Verbundfläche (5) mit direktem mechanischem Kontakt des Isolatorkörpers (1) mit dem isolierenden Teil (2) ohne Zwischenräume zwischen Isolatorkörper (1) und isolierendem Teil (2).

Anordnung (4) nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass das elektrisch isolierende Teil (2) zylinderförmig ist und einen maximalen Außendurchmesser dA aufweist, und der Isolatorkörper (1) hohlzylinderförmig ist und einen minimalen Innendurchmesser dI aufweist, wobei insbesondere der maximale Außendurchmesser dA größer oder gleich dem minimalen Innendurchmesser dI ist.

Anordnung (4) nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass das zylinderförmige, elektrisch isolierende Teil (2), insbesondere vollständig, formschlüssig auf seiner äußeren Mantelfläche vom hohlzylinderförmigen Isolatorkörper (1) bedeckt ist.

Anordnung (4) nach einem der Ansprüche 2 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass das zylinderförmige, elektrisch isolierende Teil (2) aus Glas- und/oder Keramik, insbesondere Aluminiumoxidkeramik, besteht, und/oder dass das zylinderförmige, elektrisch isolierende Teil (2) Glas- und/oder Keramik, insbesondere Aluminiumoxidkeramik, umfasst.

Anordnung (4) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Vakuumschalter (3) als Vakuumröhre ausgebildet ist, insbesondere mit einem zylinderförmigen, isolierenden Teil (2), welches auf der Zylindergrund- und Deckfläche jeweils ein Abschlusselement (6, 7) umfasst, durch welches mittig jeweils ein Kontaktbolzen (8, 9) zu den elektrischen Kontaktstücken (10, 11) geführt ist, wobei wenigstens ein Kontaktbolzen (9), insbesondere über einen Faltenbalg (12), beweglich durch das jeweilige Abschlusselement (6, 7) gelagert ist, und/oder wobei die Zylindergrund- und Deckfläche in Verbindung mit den Kontaktbolzen (8, 9) und dem wenigstens einen Faltenbalg (12) sowie mit dem zylinderförmigen, isolierenden Teil (2) das vakuumdichte Gehäuse (13) ausbilden und/oder vom vakuumdichten Gehäuse (13) umfasst werden, insbesondere mit Vakuum im vakuumdichten Gehäuse (13).

Anordnung (4) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Isolatorkörper (1) aus Keramik besteht und/oder Keramik umfasst, und/oder dass der Isolatorkörper (1) aus einem Composite-Material besteht und/oder ein Composite-Material umfasst.

Anordnung (4) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Isolatorkörper (1) aus Silikon besteht und/oder Silikon umfasst, insbesondere witterungsbeständiges Silikon.

Anordnung (4) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Isolatorkörper (1) im Wesentlichen zylinderförmig und/oder im Wesentlichen ein Hohlzylinder ist, mit einem Innen- und Außenmantel, insbesondere mit glatter Form des Innenmantels und/oder gerippter Form des Außenmantels.

Anordnung (4) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Anordnung (4) zum Schalten von Mittel- und/oder Hochspannungen ausgebildet ist.

Verfahren zur Herstellung einer Anordnung (4), insbesondere nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass in einem Isolatorkörper (1) ein elektrisch isolierendes, vakuumdichtes Teil (2) eines Gehäuses (13) eines Vakuumschalters eingebracht wird und/oder dass das elektrisch isolierende, vakuumdichte Teil (2) eines Gehäuses (13) eines Vakuumschalters gemeinsam mit einem Isolatorkörper (1) ausgebildet wird.

Verfahren nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, dass der Isolatorkörper (1) aus Keramik und/oder einem Composite-Material hergestellt wird, und/oder dass das elektrisch isolierende, vakuumdichte Teil (2) des Gehäuses (13) des Vakuumschalters aus Glas und/oder einer vakuumdichten Aluminiumoxidkeramik hergestellt wird.

Verfahren nach einem der Ansprüche 11 oder 12, dadurch gekennzeichnet, dass in einem weiteren Herstellungsschritt, insbesondere nach Einfügen und/oder Ausbilden des elektrisch isolierenden, vakuumdichten Teils (2) des Gehäuses (13) des Vakuumschalters, Elemente des Vakuumschalters, insbesondere einer Vakuumröhre, insbesondere eine Grund- und Deckfläche jeweils als Abschlusselement (6, 7) des Vakuumschalters, und/oder Kontaktbolzen (8, 9), und/oder Kontaktstücke (10, 11), und/oder wenigstens ein Faltenbalg (12), in dem Isolatorkörper (1), insbesondere in dem elektrisch isolierenden, vakuumdichten Teil (2) des Gehäuses (13) des Vakuumschalters, angeordnet werden.

Verfahren nach einem der Ansprüche 11 bis 13, dadurch gekennzeichnet, dass ein Vakuumlötprozess des Vakuumschalters (3), insbesondere der Vakuumröhre, gemeinsam mit dem Isolatorkörper (1) erfolgt.

Verfahren nach einem der Ansprüche 11 bis 14, dadurch gekennzeichnet, dass ein Erstellen eines Vakuums in dem Vakuumschalter (3), insbesondere der Vakuumröhre, in dem Isolatorkörper (1) angeordnet, erfolgt.

Description:

Die Erfindung betrifft eine Anordnung zum Schalten von Spannungen und deren Herstellung. Die Anordnung umfasst wenigstens einen Vakuumschalter, mit wenigstens zwei elektrischen Kontaktstücken und einem vakuumdichten Gehäuse.

Anordnungen zum Schalten von Spannungen, welche Vakuumschalter umfassen, sind aus dem Stand der Technik für Mittel- und Hochspannungen bekannt, vgl. insbesondere EP 0 225 562 A1. Vakuumschalter in Form von Vakuumröhren umfassen wenigstens zwei Kontaktstücke eines Schaltkontakts, wobei wenigstens ein Kontaktstück zum elektrischen Schalten beweglich gelagert ist. Die Kontaktstücke sind z. B. an Kontaktbolzen befestigt und in einem vakuumdichten Gehäuse im Vakuum angeordnet. Das Gehäuse umfasst z. B. ein hohlzylinderförmiges, elektrisch isolierendes Teil, welches ausgebildet ist ein Vakuum im Gehäuse zu erhalten. Als Grund- und Deckfläche des hohlzylinderförmigen Gehäuses sind insbesondere zum vakuumdichten Verschließen des Gehäuses plattenförmige Abschlusselemente auf der Grund- und Deckfläche angeordnet. Feste Kontaktbolzen sind als Stromführung direkt vakuumdicht mit dem jeweiligen Abschlusselement verbunden und/oder durch das Abschlusselement hindurchgeführt. Bewegliche Kontaktbolzen sind über wenigstens einen Faltenbalg mit dem jeweiligen Abschlusselement vakuumdicht verbunden und durch das Abschlusselement sowie den Faltenbalg vakuumdicht in das Gehäuse nach innen geführt.

Das elektrisch isolierende Teil ist z. B. aus Glas oder Aluminiumoxidkeramik. In geschlossenen Räumen sind die Materialien des elektrisch isolierenden Teils stabil. Im Außenbereich können Witterungseinflüsse das elektrisch isolierende Teil schädigen.

Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, eine Anordnung zum Schalten von Spannungen mit einem Vakuumschalter anzugeben, welche für Außenbereiche geeignet ist. Insbesondere ist es Aufgabe den Vakuumschalter vor Witterungseinflüssen zu schützen und eine langzeitstabile, insbesondere witterungsfeste Anordnung zum Schalten von Spannungen anzugeben.

Die angegebene Aufgabe wird erfindungsgemäß durch eine Anordnung zum Schalten von Spannungen mit den Merkmalen gemäß Patentanspruch 1 und/oder durch ein Verfahren zur Herstellung einer Anordnung, insbesondere der zuvor beschriebenen Anordnung, gemäß Patentanspruch 11 gelöst. Vorteilhafte Ausgestaltungen der erfindungsgemäßen Anordnung zum Schalten von Spannungen und/oder des Verfahrens zur Herstellung der Anordnung, insbesondere der zuvor beschriebenen Anordnung, sind in den Unteransprüchen angegeben. Dabei sind Gegenstände der Hauptansprüche untereinander und mit Merkmalen von Unteransprüchen sowie Merkmale der Unteransprüche untereinander kombinierbar.

Eine erfindungsgemäße Anordnung zum Schalten von Spannungen umfasst wenigstens einen Vakuumschalter, mit wenigstens zwei elektrischen Kontaktstücken und einem vakuumdichten Gehäuse. Das vakuumdichte Gehäuse ist in einem Isolatorkörper angeordnet.

Der Isolatorkörper ist stabil gegenüber Wettereinflüssen, wie z. B. Feuchtigkeit, Eis und/oder Temperaturschwankungen. Die Anordnung mit dem vakuumdichten Gehäuses in dem Isolatorkörper, schützt das Gehäuse vor Umwelteinflüssen, wie z. B. Verwitterung. Dadurch ist die Anordnung, insbesondere der Vakuumschalter, langlebig und haltbar, ohne insbesondere durch Verwitterung geschädigt zu werden. Die Ausfallwahrscheinlichkeit, welche ohne den Isolatorkörper mit der Zeit schnell ansteigt, wird durch die erfindungsgemäße Anordnung reduziert und die Zuverlässigkeit der Anordnung zum Schalten, insbesondere des Vakuumschalters, stark erhöht.

Das vakuumdichte Gehäuse kann ein elektrisch isolierendes Teil umfassen, welches mit dem Isolatorkörper eine Verbundfläche ausbildet, insbesondere eine Verbundfläche mit direktem mechanischem Kontakt des Isolatorkörpers mit dem isolierenden Teil, ohne Zwischenräume zwischen Isolatorkörper und isolierendem Teil. Dadurch ist das elektrisch isolierende Teil im Isolatorkörper mechanisch stabil angeordnet, und die Ausbildung von Spalten oder Zwischenräumen zwischen dem elektrisch isolierenden Teil und dem Isolatorkörper wird verhindert. Ein Ausfüllen von Spalten oder Zwischenräumen mit Feststoffen, wie z. B. Isolierschäumen, oder mit Gasen, ist nicht notwendig. Die Anordnung ist kompakt, erspart Bauraum und Material, verglichen mit einer Verwendung von Isolatorkörpern, welche zwischen dem elektrisch isolierenden Teil und dem Isolatorkörper Spalten oder Zwischenräumen aufweisen.

Das elektrisch isolierende Teil kann zylinderförmig sein und einen maximalen Außendurchmesser dA aufweisen. Der Isolatorkörper kann hohlzylinderförmig sein und einen minimalen Innendurchmesser dI aufweisen. Dabei kann insbesondere der maximale Außendurchmesser dA größer oder gleich dem minimalen Innendurchmesser dI sein. Ein derartiger Aufbau der erfindungsgemäßen Anordnung weist die zuvor beschriebenen Vorteile auf. Eine Wandung des elektrisch isolierenden Teils kann in eine Wandung des Isolatorkörpers hineinragen, wodurch eine sehr stabile mechanische Halterung des Vakuumschalters bzw. des elektrisch isolierenden Teils des Gehäuses des Vakuumschalters im Isolatorkörper erreicht wird.

Das zylinderförmige elektrisch isolierende Teil kann, insbesondere vollständig, formschlüssig auf seiner äußeren Mantelfläche vom hohlzylinderförmigen Isolatorkörper bedeckt sein. Dadurch ergibt sich eine Anordnung ohne oder im Wesentlichen ohne Spalte oder Zwischenräume zwischen dem elektrisch isolierenden Teil und dem Isolatorkörper. Ein Ausfüllen von Spalten oder Zwischenräumen mit Feststoffen, wie z. B. Isolierschäumen, oder mit Gasen ist, wie zuvor beschrieben, nicht notwendig. Die Anordnung ist sehr kompakt, erspart Bauraum und Material sowie Kosten verglichen mit einer Verwendung von Isolatorkörpern, welche zwischen dem elektrisch isolierenden Teil und dem Isolatorkörper Spalten oder Zwischenräumen aufweisen.

Das zylinderförmige, elektrisch isolierende Teil kann aus Glas- und/oder Keramik, insbesondere Aluminiumoxidkeramik, bestehen und/oder Glas- und/oder Keramik, insbesondere Aluminiumoxidkeramik, umfassen. Diese Materialien können unbeständig gegenüber Witterungseinflüssen, wie z. B. Wasser, Eis, Temperaturschwankungen und/oder Sonneneinstrahlung sein. Die Anordnung des elektrisch isolierenden Teils im Isolatorkörper schützt das elektrisch isolierende Teil vor den Witterungseinflüssen und ergibt die zuvor beschriebenen Vorteile, insbesondere Langlebigkeit der Anordnung und hohe Zuverlässigkeit beim Schalten, über lange Zeiträume hinweg.

Der Vakuumschalter kann als Vakuumröhre ausgebildet sein, insbesondere mit einem zylinderförmigen, isolierenden Teil, welches auf der Zylindergrund- und Deckfläche jeweils ein Abschlusselement umfasst, durch welches mittig jeweils ein Kontaktbolzen zu den elektrischen Kontaktstücken geführt ist, wobei wenigstens ein Kontaktbolzen, insbesondere über einen Faltenbalg, beweglich durch das jeweilige Abschlusselement gelagert ist, und/oder wobei die Zylindergrund- und Deckfläche in Verbindung mit den Kontaktbolzen und dem wenigstens einen Faltenbalg sowie mit dem zylinderförmigen, isolierenden Teil das vakuumdichte Gehäuse ausbilden, und/oder vom vakuumdichten Gehäuse umfasst werden, insbesondere mit Vakuum im vakuumdichten Gehäuse. Vakuumröhren der zuvor beschriebenen Art sind kostengünstig und einfach, in hohen Stückzahlen herstellbar, und weisen eine hohe Langlebigkeit auf, insbesondere des Vakuums in der Vakuumröhre.

Der Isolatorkörper kann aus Keramik bestehen und/oder Keramik umfassen. Der Isolatorkörper kann alternativ oder zusätzlich aus einem Composite-Material bestehen und/oder ein Composite-Material umfassen. Insbesondere witterungsbeständige, kostengünstige Keramiken und/oder Composite-Materialien können verwendet werden, mit den zuvor beschriebenen Vorteilen. Die Materialien müssen nicht die Qualität aufweisen bezüglich Gasdichte bzw. Vakuumdichtigkeit, wie die Materialien des zylinderförmigen, elektrisch isolierenden Teils.

Der Isolatorkörper kann aus Silikon bestehen und/oder Silikon umfassen, insbesondere witterungsbeständiges Silikon.

Der Isolatorkörper kann im Wesentlichen zylinderförmig und/oder im Wesentlichen ein Hohlzylinder sein, mit einem Innen- und Außenmantel, insbesondere mit glatter Form des Innenmantels und/oder gerippter Form des Außenmantels. Durch die gerippte Form des Außenmantels kann eine erhöhte Festigkeit gegenüber Spannungsüberschlägen über die äußere Oberfläche erreicht werden, insbesondere bei feuchter Oberfläche. Eine glatte Form des Innenmantels ermöglicht eine einfache Anordnung des elektrisch isolierenden Teils im Isolatorkörper und ermöglicht eine materialsparende Bauform.

Die Anordnung kann zum Schalten von Mittel- und/oder Hochspannungen ausgebildet sein. Dabei kann ein elektrischer Anschluss im unteren Bereich des Vakuumschalters und/oder im unteren Bereich des Isolatorkörpers angeordnet sein, und ein zweiter elektrischer Anschluss kann im oberen Bereich des Vakuumschalters und/oder im oberen Bereich des Isolatorkörpers angeordnet sein. Der Vakuumschalter kann den Strompfad zwischen den zwei Anschlüssen elektrisch an und/oder aus schalten, und über eine insbesondere gerippter Form des Außenmantels des Isolatorkörpers ist eine gute elektrische Isolation im Außenbereich der Anordnung zwischen den zwei Anschlüssen gegeben.

Ein erfindungsgemäßes Verfahren zur Herstellung einer Anordnung, insbesondere der zuvor beschriebenen Anordnung, umfasst den Schritt, dass in einem Isolatorkörper ein elektrisch isolierendes, vakuumdichtes Teil eines Gehäuses eines Vakuumschalters eingebracht wird, und/oder dass das elektrisch isolierende, vakuumdichte Teil eines Gehäuses eines Vakuumschalters gemeinsam mit einem Isolatorkörper ausgebildet wird.

Der Isolatorkörper kann aus Keramik und/oder einem Composite-Material hergestellt werden. Das elektrisch isolierende, vakuumdichte Teil eines Gehäuses eines Vakuumschalters kann aus Glas und/oder einer vakuumdichten Aluminiumoxidkeramik hergestellt werden. Herstellungsschritte, wie z. B. Temperaturschritte, insbesondere das Brennen von Keramik, können für das elektrisch isolierende, vakuumdichte Teil und den Isolatorkörper gleichzeitig erfolgen, oder der Isolatorkörper, insbesondere aus Keramik, kann vollständig ausgebildet werden, und darauffolgend kann die Anordnung fertiggestellt werden, mit dem Teil des Gehäuses des Vakuumschalters im Isolatorkörper angeordnet.

In einem weiteren Herstellungsschritt, insbesondere nach Einfügen und/oder Ausbilden des elektrisch isolierenden, vakuumdichten Teils des Gehäuses des Vakuumschalters, können Elemente des Vakuumschalters, insbesondere einer Vakuumröhre, insbesondere eine Grund- und Deckfläche jeweils als Abschlusselement des Vakuumschalters, und/oder Kontaktbolzen, und/oder Kontaktstücke, und/oder wenigstens ein Faltenbalg, in dem Isolatorkörper, insbesondere in dem elektrisch isolierenden, vakuumdichten Teil des Gehäuses des Vakuumschalters, angeordnet werden.

Ein Vakuumlötprozess des Vakuumschalters, insbesondere der Vakuumröhre, kann gemeinsam mit dem Isolatorkörper erfolgen.

Ein Erstellen eines Vakuums in dem Vakuumschalter, insbesondere der Vakuumröhre, kann erfolgen mit dem Vakuumschalter in dem Isolatorkörper angeordnet.

Ein Anordnen im, oder ein gemeinsames Ausbilden des elektrisch isolierenden, vakuumdichten Teils des Gehäuses des Vakuumschalters mit dem Isolatorkörper, vor dem Zusammenbau bzw. weiteren Einbau der Elemente, d. h. der Teile des Vakuumschalters, insbesondere der Vakuumröhre, sowie dem Verlöten der Teile des Vakuumschalters sowie der Herstellung des Vakuums im Vakuumschalter, ermöglicht eine einfache, kostengünstige Herstellung der erfindungsgemäßen Anordnung mit minimaler Anzahl an Fertigungsschritten.

Die Vorteile des erfindungsgemäßen Verfahrens zur Herstellung der Anordnung, insbesondere der zuvor beschriebenen Anordnung, nach Anspruch 11 sind analog den zuvor beschriebenen Vorteilen der erfindungsgemäßen Anordnung zum Schalten von Spannungen nach Anspruch 1 und umgekehrt.

Im Folgenden wird ein Ausführungsbeispiel der Erfindung schematisch in den 1 und 2 dargestellt und nachfolgend näher beschrieben.

Dabei zeigen die

  • 1 schematisch in Schnittansicht ein elektrisch isolierendes, vakuumdichtes Teil 2 eines Gehäuses 13 eines Vakuumschalters 3, welches erfindungsgemäß in einem wetterfesten Isolatorkörper 1 angeordnet ist, und
  • 2 schematisch in Schnittansicht eine erfindungsgemäße Anordnung 4, mit dem Teil 2 im Isolatorkörper 1 angeordnet, wie in 1 gezeigt ist.

In 1 ist schematisch in Schnittansicht ein elektrisch isolierendes, vakuumdichtes Teil 2 eines Gehäuses 13 eines Vakuumschalters 3 gezeigt. Das vakuumdichte Teil 2 ist erfindungsgemäß in einem wetterfesten Isolatorkörper 1 angeordnet. Bezogen auf das elektrisch isolierende, vakuumdichte Teil 2 ist vakuumdicht in dem Sinne beschrieben, dass ein Gas, insbesondere Luft, nicht durch das Material bzw. eine Wandung des Teils 2 diffundieren kann bzw. diffundiert.

Der Isolatorkörper 1 ist hohlzylinderförmig ausgebildet. Die innere Wandung des Isolatorkörpers 1 ist glatt ausgeführt, die äußere Wandung des Isolatorkörpers 1 ist gerippt ausgebildet. Eine jeweilige Rippe ist als Erhöhung entlang einer Umfangslinie des zylinderförmigen Isolatorkörpers 1 ausgebildet. Größere und kleinere Rippen können alternierend abwechselnd entlang der Längsrichtung bzw. der Höhe des zylinderförmigen Isolatorkörpers 1 angeordnet sein. Rippen auf der äußeren Oberfläche des Isolatorkörpers 1 führen zu einer Verlängerung des Weges von möglichen Kriechströmen entlang der Längsrichtung, und somit zu einer Erhöhung der elektrischen Überschlagsfestigkeit in Längsrichtung.

Der Isolatorkörper 1 ist aus einem witterungsbeständigen, kostengünstigen Material, insbesondere einer porösen Keramik, z. B. einer glasierten porösen Keramik. Die Keramik des Isolatorkörpers 1 kann gasdurchlässig, insbesondere teilweise gasdurchlässig, und kostengünstig sein.

Direkt in der inneren Oberfläche des zylinderförmigen Isolatorkörpers 1 ist ein elektrisch isolierendes, vakuumdichtes Teil 2 eines Gehäuses 13 eines Vakuumschalters 3 angeordnet. Das Teil 2 kann aus Glas oder einer Keramik, insbesondere einer Aluminiumoxidkeramik, bestehen. Die Keramik des Teils 2 kann derart sein, dass diese gasdicht, aber nicht witterungsbeständig ist. Die Keramik des Teils 2 kann höherwertig bzw. kostenintensiver als die Keramik des Isolatorkörpers 1 sein. Das elektrisch isolierende, vakuumdichte Teil 2 ist hohlzylinderförmig ausgebildet, und entlang der äußeren Zylinderfläche in direktem mechanischem Kontakt mit dem Isolatorkörper 1. Zwischen Teil 2 und Isolatorkörper 1 ist kein Spalt, Hohlraum, und/oder Zwischenraum. Das Teil 2 ist formschlüssig im Isolatorkörper 1 angeordnet.

In 2 ist schematisch in Schnittansicht eine erfindungsgemäße Anordnung 4 zum Schalten von Spannungen, insbesondere Mittel- und/oder Hochspannungen, insbesondere von bis zu etlichen Zehntausend Volt, gezeigt. Die Anordnung 4 umfasst den Isolatorkörper 1 der 1 mit dem Teil 2 im Isolatorkörper 1 angeordnet, und einen Vakuumschalter 3 als Vakuumröhre ausgebildet, mit dem Teil 2 als vakuumdichtes, elektrisch isolierendes Element des Gehäuses 13 des Vakuumschalters 3.

Der Vakuumschalter 3 der Anordnung 4 umfasst wenigstens zwei Kontaktstücke 10, 11 eines Schaltkontakts, wobei wenigstens ein Kontaktstück 11 zum elektrischen Schalten beweglich gelagert ist. Die Kontaktstücke 10, 11 sind an Enden von Kontaktbolzen 8, 9 ausgebildet bzw. angeordnet, und liegen einander gegenüber. Beim elektrischen Einschalten des Vakuumschalters 3 wird der Kontaktbolzen 9 in der 2 nach oben bewegt, angetrieben durch einen Antrieb. Der Antrieb ist der Einfachheit halber in den Figuren nicht dargestellt. Das Kontaktstück 11 am Kontaktbolzen 9 wird mit dem Kontaktbolzen 9 nach oben bewegt, bis ein elektrischer und mechanischer Kontakt zwischen dem beweglichen Kontaktstück 11 und dem festen Kontaktstück 10 besteht. Der Strompfad über den Vakuumschalter 3, insbesondere über den Kontaktbolzen 8, das Kontaktstück 10, das Kontaktstücke 11 und den Kontaktbolzen 9, ist geschlossen. Der Vakuumschalter 3 ist eingeschaltet.

Beim elektrischen Ausschalten des Vakuumschalters 3 wird der Kontaktbolzen 9 in der 2 nach unten bewegt, angetrieben durch den Antrieb. Das Kontaktstück 11 am Kontaktbolzen 9 wird mit dem Kontaktbolzen 9 nach unten bewegt, bis der mechanische und elektrische Kontakt zwischen dem beweglichen Kontaktstück 11 und dem festen Kontaktstück 10 geöffnet ist. Zwischen den Kontaktstücken 10 und 11 besteht ein Spalt. Der Strompfad über den Vakuumschalter 3, insbesondere über den Kontaktbolzen 8, das Kontaktstück 10, das Kontaktstücke 11 und den Kontaktbolzen 9, ist geöffnet. Der Vakuumschalter 3 ist ausgeschaltet. In 2 ist der Vakuumschalter 3 im ausgeschalteten Zustand dargestellt.

Die Kontaktstücke 10, 11 sind in einem vakuumdichten Gehäuse im Vakuum angeordnet. Das Gehäuse umfasst das hohlzylinderförmige, elektrisch isolierendes Teil 2, welches ausgebildet ist ein Vakuum im Gehäuse zu erhalten. Als Grund- und Deckfläche des hohlzylinderförmigen Gehäuses sind, insbesondere zum vakuumdichten Verschließen des Gehäuses, plattenförmige bzw. tellerförmige Abschlusselemente auf der Grund- und Deckfläche angeordnet. Der räumlich feste Kontaktbolzen 8 ist als Stromführung direkt vakuumdicht mit dem Abschlusselement 7 verbunden und durch das Abschlusselement 7 hindurchgeführt, vom Inneren des Gehäuses 13 nach außen bzw. umgekehrt. Der bewegliche Kontaktbolzen 9 ist über einen Falkenbalg 12 mit dem Abschlusselement 6 vakuumdicht verbunden und durch das Abschlusselement 6 und den Falkenbalg 12 gelagert als Stromführung von außen in das Gehäuse 13 nach innen geführt bzw. umgekehrt.

Somit ist die Vakuumröhre 3 mechanisch fest in dem Isolatorkörper 1 angeordnet, mit einem direkten mechanischen Kontakt zwischen dem Teil 2 der Vakuumröhre 3 und dem Isolatorkörper 1, ohne Zwischenräume zwischen dem Teil 2 und dem Isolatorkörper 1. Der Isolatorkörper 1 lagert mechanisch stabil die Vakuumröhre 3, insbesondere beim Schalten. Das Teil 2 des vakuumdichten Gehäuses 13 der Vakuumröhre 3 ist gasdicht und aus einer höherwertigen Keramik oder aus Glas, welche nicht witterungsbeständig sind. Der Isolatorkörper 1 ist aus einer kostengünstigeren Keramik oder einem Composite-Material, welches nicht gasdicht aber witterungsbeständig ist. Der Hybridkörper, gebildet aus dem zylinderförmigen Isolatorkörper 1 und dem zylinderförmigen Teil 2, ist nach außen hin witterungsbeständig und durch das Teil 2 gasdicht.

Der hohlzylinderförmige Isolatorkörper 1 kann mit einem einheitlichen Innendurchmesser dI oder mit einem minimalen Innendurchmesser dI ausgebildet sein. Der Innendurchmesser dI liegt z. B. im Bereich von Zentimetern bis zu Dezimetern. Das elektrisch isolierende, vakuumdichte Teil 2 des Gehäuses 13 des Vakuumschalters 3 kann mit einem einheitlichen Außendurchmesser dA oder mit einem maximalen Außendurchmesser dA ausgebildet sein. Der Außendurchmesser dA liegt z. B. im Bereich von Zentimetern bis zu Dezimetern. Das Teil 2 kann in dem Isolatorkörper 1 formschlüssig mit gleichen, einheitlichen Durchmessern dI und dA angeordnet sein. Alternativ, wie in 2 dargestellt ist, können die Durchmesser dI und dA im Bereich des mechanischen Kontakts zwischen Teil 2 und dem Isolatorkörper 1 gleich sein, und in anderen Bereichen des Isolatorkörpers 1 kann dI kleiner sein, und somit der minimale Durchmesser dI kleiner sein als der Durchmesser dA des Teils 2, welcher in diesem Ausführungsbeispiel dem maximalen Durchmesser dA des Teils 2 entspricht.

Die zuvor beschriebenen Ausführungsbeispiele können untereinander kombiniert werden und/oder können mit dem Stand der Technik kombiniert werden. So kann statt eines einfach unterbrechenden Vakuumschalters 3 ein doppelt oder vielfach unterbrechender Vakuumschalter 3 verwendet werden. Es können, statt wie in 2 mit einem Vakuumschalter 3 dargestellt ist, mehr als ein Vakuumschalter 3 in dem Isolatorkörper 1 angeordnet sein, z. B. übereinander und/oder in Reihe geschaltet. Der Vakuumschalter 3, insbesondere die Vakuumröhre, kann statt zylinderförmig, fassförmig mit einer entlang der Längsachse gebogenen Mantelfläche ausgebildet sein. Statt einem bewegten und einem festen Kontakt, können zwei bewegte Kontakte verwendet werden. Alternativ zu einem Faltenbalg kann eine Abdichtung zwischen bewegtem Kontaktbolzen und dem Abschlusselement über Dichtungen und/oder mehrere Faltenbalge erfolgen.

Bezugszeichenliste

1
Isolatorkörper
2
elektrisch isolierendes, vakuumdichtes Teil eines Gehäuses eines Vakuumschalters
3
Vakuumschalter, insbesondere Vakuumröhre
4
Anordnung zum Schalten von Spannungen
5
Verbundfläche zwischen dem elektrisch isolierenden, vakuumdichten Teil und dem Isolatorkörper
6
Abschlusselement der Zylindergrundfläche
7
Abschlusselement der Zylinderdeckfläche
8
fester Kontaktbolzen
9
beweglicher Kontaktbolzen
10
festes Kontaktstück
11
bewegliches Kontaktstück
12
Faltenbalg
13
vakuumdichtes Gehäuse des Vakuumschalters
dA
maximaler Außendurchmesser des zylinderförmigen, elektrisch isolierenden Teils
dI
minimaler Innendurchmesser des hohlzylinderförmigen Isolatorkörpers

ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG

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Zitierte Patentliteratur

  • EP 0225562 A1 [0002]