Beschreibung

Vakuumisoliertes Schaltgerät

Die Erfindung betrifft ein vakuumisoliertes Schaltgerät mit einem geerdeten Vakuumgefäß und einem Kontaktsystem aus einem Festkontakt und einem Bewegkontakt, welche jeweils durch vakuumdichte, zum Gehäuse isolierende Durchführungen mit elektrischen Anschlussleitungen verbunden sind, wobei der Beweg- kontakt mittels eines isolierenden übertragungselementes und vakuumdicht mit einer Antriebsvorrichtung gekoppelt ist.

Ein derartiges Schaltgerät ist aus der EP 09 44 105 Bl bekannt. Das dort offenbarte Schaltgerät umfasst ein geerdetes Vakuumgefäß, in welchem ein Festkontakt über eine vakuumdichte, zum Gehäuse isolierende Durchführung mit einer elektrischen Anschlussleitung verbunden ist, und ein Bewegkontakt mittels eines isolierenden übertragungselementes mit einer Antriebsvorrichtung verbunden ist sowie über einen flexiblen Leiter über eine weitere, zum Gehäuse isolierende Vakuumdurchführung mit einer weiteren Anschlussleitung verbunden ist. Der Festkontakt und der Bewegkontakt bilden ein Kontaktsystem des Schaltgerätes zum Ausbilden bzw. Unterbrechen einer leitenden Verbindung zwischen den Anschlussleitungen. Um eine Schaltfunktion sowie eine ausreichende Durchschlagsfestigkeit des Schaltgerätes zu gewährleisten, wird ein Druck innerhalb des Vakuumgefäßes von < 10 ^~4 hPa benötigt. Ferner sind bei einer derartigen Anordnung Maßnahmen erforderlich, um das geerdete Vakuumgefäß gegenüber dem bei einem Schalt- Vorgang auftretenden Lichtbogen abzuschirmen.

Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, ein vakuumisoliertes Schaltgerät der eingangs erwähnten Art derart weiterzubilden, dass die Anforderungen an das Vakuum bei ausreichen-

der Durchschlagsfestigkeit und hoher Schaltfunktionalität reduziert sind.

Erfindungsgemäß gelöst wird diese Aufgabe dadurch, dass ein weiteres Vakuumgefäß in dem geerdeten Vakuumgefäß angeordnet ist und in dem weiteren Vakuumgefäß der Festkontakt und der Bewegkontakt angeordnet und mittels weiterer vakuumdichter Durchführungen aus dem weiteren Vakuumgefäß herausgeführt sind.

Mit einem solchen Schaltgerät ist es in vorteilhafter Weise möglich, in dem weiteren Vakuumgefäß ein hohes Schaltvermögen zu erreichen, weil eine Wechselwirkung eines während eines Schaltvorganges zwischen dem Bewegkontakt und dem Festkontakt auftretenden Lichtbogens mit dem geerdeten Vakuumgefäß sowie mit anderen im Schaltgerät angeordneten Elementen, wie beispielsweise den Anschlussleitungen, unterbunden wird. Des Weiteren wird ein gutes Vakuum nur in einem kleinen Volumen des weiteren Vakuumgefäßes benötigt, wobei in dem geerdeten Vakuumgefäß ein Vakuum geringerer Güte ausreicht.

In einer bevorzugten Ausführungsform beträgt der Druck im geerdeten Vakuumgefäß weniger als 10 ^~2 hPa und im weiteren Vakuumgefäß weniger als ICT ⁴ hPa. Ein Druck von < 10 ^~4 hPa in dem zweiten Vakuumgefäß gewährleistet in vorteilhafter Weise ein ausreichendes Schaltvermögen des Schaltgerätes, wobei ein Druck von < ICT ² hPa im ersten Vakuumgefäß ausreicht, um die dielektrische Isolierung des Schaltgerätes zu gewährleisten.

In weiterer bevorzugter Ausgestaltung der Erfindung ist an dem geerdeten Vakuumgefäß eine Vakuumüberwachungseinrichtung mit einer Pumpenvorrichtung vorgesehen. Eine solche Vakuumüberwachungseinrichtung mit einer Pumpenvorrichtung ermöglicht in vorteilhafter Weise die überwachung bzw. Aufrechter-

haltung des zur dielektrischen Isolierung nötigen Drucks in dem geerdeten Vakuumgefäß.

In einer besonders bevorzugten Ausführungsform umfasst die Pumpenvorrichtung eine Ionen-Getterpumpe . Eine solche Ionen- Getterpumpe bietet eine einfache und kostengünstige Möglichkeit zur Aufrechterhaltung des Druckes in dem ersten Vakuumgefäß .

In einer bevorzugten Ausführungsform ist die Kopplung des Bewegkontaktes mit der Antriebsvorrichtung durch eine mittels eines Faltenbalges am geerdeten Vakuumgefäß abgedichteten verschiebbare Antriebsstange und eine leitende Verbindung zwischen dem Bewegkontakt und einer der Anschlussleitungen mittels eines flexiblen Stromleiters gebildet.

Mit einer solchen Anordnung ist es in einfacher Weise möglich, eine Bewegung von einer Antriebsvorrichtung auf den Bewegkontakt zum Schließen der Verbindung zwischen Festkontakt und Bewegkontakt zu übertragen und eine elektrische Verbindung durch ein Schließen des Kontaktsystems aus Festkontakt und Bewegkontakt auszubilden. Weitere Schaltfunktionen des Schaltgerätes wie beispielsweise eine Trennfunktion bzw. eine Erdungsfunktion können bei einem derartigen Schaltgerät ent- weder außerhalb des geerdeten Vakuumgefäßes mittels geeigneter Anordnungen realisiert sein oder aber in dem weiteren Vakuumgefäß, wenn beispielsweise in vorteilhafter Weise eine Vakuumschaltröhre wie in der PCT/DE2005/001613 beschrieben, als weiteres Vakuumgefäß verwendet wird.

In einer anderen bevorzugten Ausführungsform ist die Kopplung des Bewegkontaktes mit der Antriebsvorrichtung durch ein mittels eines Faltenbalges am geerdeten Vakuumgehäuse abgedichtetes verschwenkbares übertragungselement und eine leitende

Verbindung zwischen dem Bewegkontakt und einer der Anschlussleitungen mittels eines flexiblen Stromleiters gebildet.

Mit einer solchen Anordnung ist es ebenfalls in vorteilhaft- erweise möglich, eine Bewegung einer Antriebsvorrichtung auf den Bewegkontakt zum Schließen des Kontaktsystems aus Festkontakt und Bewegkontakt zu übertragen.

In einer zweckmäßigen Ausgestaltung ist das übertragungsele- ment unter Entkopplung des flexiblen Stromleiters vom Bewegkontakt in eine Zwischenstellung verschwenkbar, welche eine Trennposition darstellt. Bei einer solchen Anordnung ist eine Trennstrecke in vorteilhafter Weise im geerdeten Vakuumgefäß ausgebildet.

In weiterer Fortbildung der Erfindung ist das übertragungselement in eine Endlage verschwenkbar, in welcher eine leitende Verbindung zum geerdeten Vakuumgefäß ausgebildet ist. Dadurch wird in einfacher Weise eine Erdung des Schaltgerätes möglich.

In weiterer Ausgestaltung der Erfindung sind die vakuumdichten Durchführungen aus einem Keramikmaterial gebildet, wobei Fügestellen zum geerdeten Vakuumgefäß metallisiert sind. Der- artige Durchführungen ermöglichen vorteilhafterweise eine I- solierung gegenüber den Anschlussleitungen und gleichzeitig die Ausbildung einer vakuumdichten Verbindung, beispielsweise durch eine Lötverbindung, mit dem geerdeten Vakuumgefäß.

In weiterer zweckmäßiger Ausgestaltung ist das isolierende übertragungselement aus einem Keramikmaterial gebildet. Ein Keramikmaterial bietet in vorteilhafterweise die isolierenden Eigenschaften für das übertragungselement.

In besonders bevorzugter Ausführungsform ist das Keramikmaterial Al ₂ O ₃ . Al ₂ O ₃ ist besonders vorteilhaft zur Ausbildung von vakuumdichten Durchführungen.

In weiterer zweckmäßiger Ausgestaltung der Erfindung ist die vakuumdichte Verbindung von Antriebsvorrichtung und übertragungselement durch einen Faltenbalg ausgebildet. Ein solcher Faltenbalg bietet eine einfache Möglichkeit, eine Verbindung zur übertragung einer Bewegung der Antriebsvorrichtung an das bewegliche Kontaktstück auszubilden.

Die Erfindung wird im Folgenden anhand der Zeichnung und eines Ausführungsbeispiels mit Bezug auf die beiliegenden Figuren näher erläutert.

Es zeigen:

Figur 1 ein erstes Ausführungsbeispiel eines erfindungsgemäßen vakuumisolierten Schaltgerätes;

Figur 2 ein zweites Ausführungsbeispiel eines erfindungsgemäßen vakuumisolierten Schaltgerätes;

Figur 3 ein weiteres Ausführungsbeispiel eines erfindungs- gemäßen vakuumisolierten Schaltgerätes; und

Figur 4 ein weiteres Ausführungsbeispiel eines erfindungsgemäßen vakuumisolierten Schaltgerätes.

Figur 1 zeigt ein vakuumisoliertes Schaltgerät 1 mit einem geerdeten Vakuumgefäß 2, an welchem Anschlussleitungen 3 und 4 angeordnet sind. Die Anschlussleitungen 3 bzw. 4 sind mittels vakuumdichter Durchführungen 5 bzw. 6 am geerdeten Vaku-

umgefäß 2 vakuumdicht abgedichtet. In dem geerdeten Vakuumgefäß 2 ist ein weiteres Vakuumgefäß 7 angeordnet, in welchem ein Festkontakt 8 sowie ein beweglicher Kontakt 9 angeordnet sind. Der Festkontakt 8 ist mittels einer weiteren vakuum- dichten Durchführung 10 mit der Anschlussleitung 3 leitend verbunden, und der Bewegkontakt 9 mittels einer ebenfalls vakuumdichten Durchführung 11 in Form eines Faltenbalgs 11 über einen flexiblen Leiter 12 mit der Anschlussleitung 4 verbunden. über eine Antriebsstange 13, welche mit einer nicht dar- gestellten Antriebsvorrichtung gekoppelt ist und an dem ersten Vakuumgefäß 2 mittels eines Faltenbalges 14 vakuumdicht abgedichtet ist, wird über das isolierende übertragungselement 15 eine Antriebsbewegung auf den Bewegkontakt 9 übertragen, so dass der Bewegkontakt 9 zwischen einer Kontaktstel- lung, in der Festkontakt 8 und Bewegkontakt 9 in Verbindung stehen, und einer offenen Stellung, in der Festkontakt 8 und Bewegkontakt 9 voneinander getrennt sind, bewegbar ist. An dem geerdeten Vakuumgefäß 2 ist eine Vakuumsüberwachungseinrichtung 16 zur überwachung bzw. Aufrechterhaltung des Drucks in dem geerdeten Vakuumgefäß 2 angeordnet. Wird von der Vakuumsüberwachungseinrichtung 16 ein Druckanstieg im geerdeten Vakuumgefäß festgestellt, welcher beispielsweise aus einem Ausgasen des flexiblen Leiters 12 oder der Wände des geerdeten Vakuumgefäßes 2 resultieren kann, so wird durch eine der Vakuumüberwachungseinrichtung 16 zugeordnete Ionengetterpumpe als Pumpenvorrichtung der notwendige Druck für die dielektrische Isolierung wiederhergestellt.

Bei dem vakuumisolierten Schaltgerät 1 wird eine elektrisch leitende Verbindung zwischen den Anschlussleitungen 3 und 4 ausgebildet, in dem über die nicht dargestellte Antriebsvorrichtung die Antriebsstange 13 den über das übertragungselement 15 mit dieser fest verbundenen Bewegkontakt 9 zu einer Bewegung in Richtung des Festkontakts 8 veranlasst. Ist die

Kontaktstellung erreicht, in der sich Festkontakt 8 und Bewegkontakt 9 in Verbindung miteinander befinden, so findet ein Stromfluss über die Anschlussleitung 3, den Festkontakt 8, den Bewegkontakt 9, den flexiblen Stromleiter 12 zur An- Schlussleitung 4 statt. Zum Unterbrechen der elektrischen

Verbindung zwischen den Anschlussleitungen 3 und 4 wird über die Antriebsvorrichtung die bewegliche Antriebsstange 13 zu einer Bewegung veranlasst, bei der der Bewegkontakt 9 vom Festkontakt 8 getrennt wird. Bei dieser Trennung von Beweg- kontakt 9 und Festkontakt 8 wird ein Lichtbogen in dem weiteren Vakuumgefäß 7 gezündet, welcher bei einem folgenden Stromnulldurchgang gelöscht wird. Das Löschen dieses Lichtbogens wird durch das im weiteren Vakuumgefäß 7 ausgebildete Vakuum gewährleistet, so dass das vakuumisolierte Schaltgerät über ein ausreichendes Schaltvermögen verfügt. Durch die hermetische Abtrennung des weiteren Vakuumgefäßes 7 wird dabei gleichzeitig verhindert, dass Ionen aus dem Lichtbogen in den Bereich des geerdeten Vakuumgefäßes 2 gelangen können. Der Druck im geerdeten Vakuumgefäß 2 liegt in einem Bereich von ≤ 10 ^~2 hPa und somit bei entsprechenden Gehäuseabmessungen in einem Bereich unterhalb des so genannten Paschen-Minimums, welches bei etwa 1 Pa*m liegt, und gewährleistet eine ausreichende dielektrische Isolierung im geerdeten Vakuumgefäß 2, wobei der Druck im weiteren Vakuumgefäß 7 in einem Bereich von < 10 ^"4 hPa liegt.

Bei der Anordnung der Figur 1 können die für ein Schaltgerät weiteren notwendigen Funktionen wie Trennen bzw. Erden des Schaltgerätes entweder außerhalb des geerdeten Vakuumgefäßes 2 durch geeignete mechanische Anordnungen vorgesehen sein, oder aber in dem weiteren Vakuumgefäß 7 realisiert sein, wobei das weitere Vakuumgefäß 7 als Mehrstellungsvakuumschalt- röhre, wie beispielsweise in der PCT/DE2005/001613 beschrie-

ben, die hiermit Teil der vorliegenden Offenbarung ist, ausgebildet ist.

Figur 2 zeigt eine weitere Ausführungsform eines vakuumiso- lierten Schaltgerätes 1' mit einem geerdeten Vakuumgefäß 2, an welchem Anschlussleitungen 3 und 4' über vakuumdichte Durchführungen 5 bzw. 6' angeordnet sind. Das weitere Vakuumgefäß 7 mit dem Festkontakt 8 und dem Bewegkontakt 9, welche jeweils über weitere Durchführungen 10 bzw. 11 mit der An- Schlussleitung 3 bzw. über den flexiblen Stromleiter 12' mit der Anschlussleitung 4 verbunden sind, ist in dem geerdeten Vakuumgefäß 2 angeordnet. Um eine Bewegung des Bewegkontaktes 9 in dieser Ausführungsform durchzuführen, ist der Bewegkontakt 9 mit einem isolierenden übertragungselement 15' in Form einer übertragungsstange 15' gekoppelt, welches über einen vakuumdichten Faltenbalg 14' aus dem geerdeten Vakuumgefäß 2 herausgeführt und mit einer drehbar gelagerten Antriebsstange 13' verbunden ist. über eine nicht dargestellte Antriebsvorrichtung wird eine Drehung der Antriebsstange 13' ausgelöst, welche zu einer Schwenkbewegung des übertragungselementes 15' in Richtung des Pfeiles B führt. An dem geerdeten Vakuumgefäß 2 ist die Vakuumüberwachungseinrichtung 16 angeordnet.

Bei diesem Ausführungsbeispiel wird ein Schließen bzw. öffnen des Kontaktsystems aus Festkontakt 8 und Bewegkontakt 9 durch ein Schwenken des übertragungselementes 15' ausgeführt, wobei bei geschlossenem Kontaktsystem eine Verbindung zwischen den Anschlussleitungen 3 und 4' über das Kontaktsystem aus Festkontakt 8 und Bewegkontakt 9 sowie den flexiblen Stromleiter 12' ausgebildet wird. Das weitere Vakuumgefäß 7 dient dazu, den beim Trennvorgang von Festkontakt 8 und Bewegkontakt 9 auftretenden Lichtbogen gegenüber dem geerdeten Vakuumgefäß 2 und den darin angeordneten Bauelementen abzuschirmen.

Figur 3 zeigt eine weitere Ausgestaltung des vakuumisolierten Schaltgerätes aus Figur 2, wobei ein weiteres Kontaktsystem als TrennungskontaktSystem des Schaltgerätes l ^r ausgebildet ist. Bei dieser Anordnung wird nach einem öffnen des Kontakt- System aus Festkontakt 8 und Bewegkontakt 9 durch die Bewegung des übertragungselementes 15' ein Trennvorgang ausgelöst, in dem der flexible Stromleiter 12' von dem Bewegkontakt 9 entkoppelt wird, so dass eine mit X bezeichnete Trennstrecke zwischen dem Bewegkontakt 9 und dem flexiblen Strom- leiter 12' ausgebildet ist.

Figur 4 zeigt eine Ausführungsform des vakuumisolierten Schaltgerätes 1' , bei der zusätzlich eine Erdungsfunktion in dem geerdeten Vakuumgefäß 2 vorgesehen ist. Bei dieser Aus- führungsform wird das übertragungselement 15' nach öffnen des Kontaktsystems aus Festkontakt 8 und Bewegkontakt 9 derart bewegt, dass der flexible Stromleiter 12' eine leitende Verbindung 17 mit dem geerdeten Vakuumgefäß 2 ausbildet. In dieser Position ist eine Erdung des Schaltgerätes ausgebildet.

Bezugs zeichenlisten

_C T _l

1, 1' Vakuumxsolxertes Schaltgerät

2 Erstes Vakuumgefäß

3 Anschlussleitung

4, 4' Anschlussleitung

5 Vakuumdurchführung

6, Vakuumdurchführung

7 Zweites Vakuumgefäß

8 Festkontakt

9 Bewegkontakt

10, 11 Vakuumdurchführungen

12, 12' Flexibler Stromleiter

13, 13' Bewegliche Antriebsstange

14, 14' Faltenbalg

15 Isolierendes übertragungselement

15' übertragungsstange

16 Vakuumüberwachungseinrichtung

17 Erdung