Kompakte Vakuumschaltröhre

Die Erfindung bezieht sich auf eine kompakte Vakuumschaltröhre . Vakuumschaltröhren kommen in Nieder, Mittel- und Hochspannungsschaltanlagen zur Anwendung .

Eine Vakuumschaltröhre benötigt zum Führen von Strömen den sogenannten Strompfad, der den Strom zu dem Kontaktsystem im Vakuum führt . Dieser Strompfad ist üblicherweise in zwei Bereiche geteilt , in einen feststehenden Teil - Festkontakts- trompfad, also einen Festkontakt und einen beweglichen Teil - Bewegtkontaktstrompf ad, also einen Bewegkontakt - . Die Strompfadbauteile bestehen üblicherweise aus demselben Material , zum Beispiel Kupfer . Abgewichen wird von der einheitlichen Materialwahl insbesondere für die sogenannten Kontaktscheiben, die eine ausreichende Resistenz gegenüber Lichtbogenereignissen aufweisen müssen . Bei Vakuumschaltröhren, kurz Röhren, die Nennströme führen können, wird üblicherweise ein Kupferwerkstof f , insbesondere Sauerstof f freies Kupfer, gewählt . Bei Röhren, in denen der Strom nur zum Abschalten in die Röhre kommutiert , kann auch beispielsweise Edelstahl in beiden Strompfadbauteilen zum Einsatz kommen .

Bei in Bezug auf den Materialeinsatz optimierten Röhren, die keinen Nennstrom führen, die aber zumindest in der Prüfsituation sehr häufig einen Strom unterbrechen, ist die thermische Belastung durch den hohen Lichtbogenenergieeintrag relativ hoch . In dieser Anwendung kann der Einsatz eines Strompfades aus Edelstahl aus mechanischer Sicht vom Vorteil sein .

Da aber bei häufigen Schaltsituationen thermische Grenzen schneller erreicht werden, wird in der Regel bevorzugt eine ausreichend massive Auslegung in Kupfer bevorzugt .

Alternativ sind im Stand der Technik auch verstei fte Kontaktstäbe bekannt , wie beispielsweise aus der DE 102016213294 Al , wobei die Kontaktstäbe als elektrischen Leiter die gleichen Werkstof fe , Materialien, aufweisen, aber der oder die Kon- taktstäbe mit einem weiteren Material verstei ft sind . Eine solche Kombination ist aber aufwendig zu produzieren und teuer .

Aufgabe der Erfindung ist es nun, die Nachteile aus dem Stand der Technik zu überwinden und eine kompakte Vakuumschaltröhre mit reduziertem Materialeinsatz bereitzustellen .

Gelöst wird die Aufgabe durch den unabhängigen Anspruch 1 und die von diesem abhängigen Ansprüche .

Ein erstes Aus führungsbeispiel bezieht sich auf eine kompakte Vakuumschaltröhre mit einem I solatorelement , einem Bewegkontaktanschluss , einen Festkontaktanschluss , einem Bewegkontakt und einem Festkontakt , wobei der Bewegkontakt einen Bewegkontaktstab und ein Bewegkontaktkontaktelement aufweist und wobei der Festkontakt einen Festkontaktstab und ein Festkontaktkontaktelement aufweist , wobei der Bewegkontakt mit einem ersten Material gebildet wird und der Festkontakt mit einem zweiten Material gebildet wird, wobei das erste Material im Vergleich zum zweiten Material mechanisch fester ausgebildet ist .

Unter einem mechanisch fester ausgebildeten Material ist hier ein Material zu verstehen, das gegenüber mechanischen Beanspruchungen resistenter ausgebildet ist , beispielsweise steifer und/oder härter, also insbesondere resistenter gegen Verformungen ist . Durch die Kombination eines guten elektrischen Leiters und guten Wärmeleiters als erstes Material auf der Festkontaktseite und eines mechanisch festeren Materials auf der Bewegkontakt Seite kann der Durchmesser der Vakuumschaltröhre reduziert werden, ohne die Schaltleistung negativ zu beeinflussen . Auch kann der Antrieb für den Bewegkontakt kleiner, also weniger leistungs fähig, ausgelegt werden, da die Masse des Bewegkontaktes reduziert wird, oder alternativ mit der gleichen Energie schneller geschaltet werden . Insbesondere wird bevorzugt , dass es sich um eine kompakte Vakuumschaltröhre für Nieder- , Mittel- und/oder Hochspannungsschalter handelt . Auch wird bevorzugt , dass es sich um kompakte Vakuumschaltröhre für Nieder- , Mittel- und/oder Hochspannungsstufenschalter handelt . Dabei werden die Anwendungen für Mittel- und Hochspannung besonderes bevorzugt .

Auch wird bevorzugt , dass die Vakuumschaltröhre geeignet ist in einem Gasraum mit einem Gasdruck von mehr als Ibar betrieben zu werden . Insbesondere wird bevorzugt , dass das Gas im Gasraum aus Luftbestandteilen, insbesondere Stickstof f und/oder Kohlendioxid, gebildet wird oder ein Keton oder ein Fluornitril , Schwefelhexafluorid, ein Olefin, Polyflour Olefin oder ein Hydrofluorolef in enthält .

Weiter wird bevorzugt , dass die Vakuumschaltröhre ausgestaltet ist , in einer Schaltanlage als Nebenstrompfad zu fungieren, also ausgestaltet ist , um Ausschaltströme zu schalten .

Bevorzugt wird, dass der Bewegkontaktstab mit einem ersten Material gebildet wird und der Festkontaktstab mit einem zweiten Material gebildet wird und das Bewegkontaktkontakte- lement und das Festkontaktkontaktelement aus einem dritten Material gebildet sind, wobei das erste Material im Vergleich zum zweiten Material mechanisch fester ausgebildet ist und das dritte Material ein in Bezug auf Eigenschaften unter Lichtbogenbedingungen optimiertes Material ist .

Auch wird bevorzugt , dass das zweite Material Kupfer oder eine Kupferlegierung ist .

Weiter wird bevorzugt , dass das erste Material eine Chrom- Nickel-Legierung oder Stahllegierung, insbesondere Edelstahllegierung, ist . Bevorzugt wird auch, dass das dritte Material eine Kupferlegierung ist , die mit Wol fram und/oder Chrom und/oder Kohlenstof f gebildet wird .

Auch wird bevorzugt , dass der Bewegkontaktstab einen Durchmesser aufweist und der Bewegkontaktstab in einem ersten Bewegkontaktstabbereich eine Einschnürung aufweist , wobei die Einschnürung eine Verringerung des Durchmessers bewirkt .

Weiter wird bevorzugt , dass die Einschnürung eine Verringerung des Durchmessers des Bewegkontaktstab um 5% bis 25% aufweist .

Bevorzugt wird auch, dass die Einschnürung eine Verringerung des Durchmessers des Bewegkontaktstab um 10% bis 20% aufweist .

Auch wird bevorzugt , dass der erste Bewegkontaktstabbereich mit der Einschnürung derart in der kompakten Vakuumschaltröhre angeordnet ist , dass der erste Bewegkontaktstabbereich innerhalb des I solatorelementes angeordnet ist . Innerhalb des I solatorelementes heißt , dass das I solatorelement den ersten Bewegkontaktbereich umgibt , insbesondere ringförmig umgibt .

Weiter wird bevorzugt , dass zwischen dem I solatorelement und dem ersten Bewegkontaktstabbereich ein, zwei oder mehr Schirmelemente angeordnet sind . Die Schirmelemente dienen dabei einerseits als Bedampfungsschutz für den I solator und andererseits zum Feldsteuerung .

Ein weiteres Aus führungsbeispiel bezieht sich auf eine Schaltanlage mit einer kompakten Vakuumschaltröhre nach einer oder mehreren der vorstehenden Aus führungen zum ersten Ausführungsbeispiel . Bevorzugt wird, dass die kompakte Vakuumschaltröhre in einem Nebenstrom angeordnet ist und zu einem Abschalten von Nennströmen ausgestaltet ist .

Auch wird bevorzugt , dass ein oder mehr kompakte Vakuumschaltröhren in einem Stufenschalter angeordnet sind, Insbesondere in einem Stufenschalter für Trans formatoren angeordnet sind .

Im Folgenden wird die Erfindung anhand von Figuren beispielhaft erläutert .

Figur 1 : Schematische Schnittdarstellung einer Vakuumschaltröhre aus dem Stand der Technik;

Figur 2 : Schematische Schnittdarstellung einer erfindungsgemäßen Vakuumschaltröhre .

Die Figur 1 zeigt eine schematische Schnittdarstellung einer Vakuumschaltröhre 2 aus dem Stand der Technik . Die Vakuumschaltröhre 2 verfügt über einen I solator 10 , an dem, über einen Balg 25 und einem Bewegkontaktanschluss 20 , ein Bewegkontakt 40 angeordnet ist . Auf der anderen Seite des I solators 10 ist über einen Festkontaktanschluss 30 der Festkontakt 50 angeordnet . Der Bewegkontakt besteht aus einem Bewegkontaktstab 410 und einem Bewegkontaktkontaktelement 420 . Der Festkontakt besteht aus einem Festontaktstab 510 und einem Festkontaktkontaktelement 520 .

Die Figur 2 zeigt eine schematische Schnittdarstellung einer erfindungsgemäßen kompakten Vakuumschaltröhre 1 . Die kompakte Vakuumschaltröhre 1 verfügt über einen I solator 10 , an dem, über einen Balg 25 und einem Bewegkontaktanschluss 20 , ein Bewegkontakt 40 angeordnet ist . Auf der anderen Seite des I solators 10 ist über einen Festkontaktanschluss 30 der Festkontakt 50 angeordnet . Der Bewegkontakt besteht aus einem Bewegkontaktstab 410 und einem Bewegkontaktkontaktelement 420 . Der Festkontakt besteht aus einem Festontaktstab 510 und einem Festkontaktkontaktelement 520 . Der Bewegkontaktstab 410 besteht in der hier gezeigten bevorzugten Aus führung aus einem ersten Material , das mechanisch fester ist als das zweite Material des Festkontaktes 50 .

In der hier gezeigten Aus führung sind zwischen dem I solator 10 und dem Festkontaktanschluss 30 und zwischen dem I solator 10 und dem Bewegkontaktanschluss 20 j eweils ein metallenes Verbindungsstück angeordnet , die in der Form und Länge variieren können .

Weiter weist die hier gezeigte bevorzugte Aus führung zusätzlich eine Einschnürung des Bewegkontaktstabes 410 in einem ersten Bewegkontaktstabbereich 415 auf , in dem der Durchmesser 412 des bevorzugt zylindrischen Bewegkontaktstabes 410 reduziert ist , insbesondere um 5% bis 25% , besonders bevorzugt 10% bis 20% , reduziert ist .

Durch diese Einschnürung ist es möglich den Durchmesser des I solators 10 weiter zu reduzieren, insbesondere weiter zu reduzieren als es durch die Wahl des ersten Materials , als mechanisch fester als das zweite Material , allein möglich ist . Weiter ist trotz des reduzierten Durchmessers des I solators die Anordnung von Schirmen 412 zwischen dem I solator 10 und dem Bewegkontaktstab 410 möglich .

Bezugszeichenliste

1 kompakte Vakuumschal tröhre ; 2 Vakuumschal tröhre ;

10 Isolator;

12 Schirmelemente;

20 Bewegkontaktanschluss;

25 Balg des Bewegkontaktanschluss 20; 30 Festkontaktanschluss;

40 Bewegkontakt;

50 Festkontakt;

410 Bewegkontaktstab;

412 Durchmesser des Bewegkontaktstabes 410; 415 erster Bewegkontaktstabbereich;

420 Bewegkontaktkontaktelement ;

510 Festkontaktstab;

520 Festkontaktkontaktelement .