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Dokumentenidentifikation DE102006041149B4 04.09.2008
Titel Vakuumschaltkammer für Mittelspannungsschaltanlagen
Anmelder ABB Technology AG, Zürich, CH
Erfinder Gentsch, Dietmar, Dr.-Ing., 40878 Ratingen, DE
Vertreter Schmidt, K., Dipl.-Phys., Pat.-Anw., 47447 Moers
DE-Anmeldedatum 01.09.2006
DE-Aktenzeichen 102006041149
Offenlegungstag 13.03.2008
Veröffentlichungstag der Patenterteilung 04.09.2008
Veröffentlichungstag im Patentblatt 04.09.2008
IPC-Hauptklasse H01H 33/662(2006.01)A, F, I, 20060901, B, H, DE

Beschreibung[de]

Die Erfindung betrifft eine Vakuumschaltkammer für Mittelspannungsschaltanlagen mit einem oder mehreren Keramikzylinderrohrabschnitten, die sowohl auf der Festkontaktseite als auch auf der Schaltkontaktseite mit metallischen Deckel verschlossen sind, gemäß Oberbegriff des Patentanspruches 1.

Bekannte Vakuumschaltkammern werden in einem zunehmenden Maße mit Gießharz in einer Form nach dem Druckgelierverfahren umgossen. In diesem Prozess entstehen Drücke von bis zu 10 bar, die von einer Standard VK ohne eine Änderung in der Konstruktion gehalten werden können. So lassen sich die bekannten Polteile aus Gießharz, Silikon- oder Polyurethan-ummantelungen herstellen.

Der Einsatz von – druckfest ausgeführten – Vakuumschaltkammern ist in der Patentliteratur für einen Druck von bis zu 20 bar bekannt, insbesondere für den Einsatz dieser Vakuumschaltkammern unter einem Isoliergas (Luft oder SF6). Dazu werden von außen auf den Keramikisolator einer Vakuumschaltkammer wanddickenverstärkte Deckel aufgelötet, jedoch mit einer Ausschärfung d. h. Reduzierung der Wanddicke des Deckelkragens im Übergangsbereiches der Keramik-Metallverbindung zur Reduzierung der Schrumpfspannung, die nach dem Löten auftritt. Des Weiteren kann/wird ein mehrlagiger Metallbalg eingesetzt, so dass die gesamte Vakuumschaltkammer unter dem o. g. Druck betrieben werden kann.

Aus der GB 1 423 407 ist eine Vakuumschaltkammer mit den Merkmalen des Oberbegriffes des Anspruches 1 bekannt. Dabei ist innerhalb der Vakuumkammer auch ein Schirm angeordnet. Dieser ist aber über eine Einformung in der Keramik etwa mittig befestigt. Dies hat den Nachteil dass die Keramik an dieser Stelle eine Schwachstelle aufweist die bei einem anschließenden Verguss zu einem Brechen der Keramik an dieser Stelle führen kann.

Ein Beispiel hierfür ist aus der DE 10007907 bekannt. Dabei wird eine Vakuumschaltkammer ausgerüstet mit druckverstärkten Deckeln und mit einem mehrlagigen Metallbalg für den Einsatz der Vakuumschaltkammer bei Umgebungsdrücken von bis zu 20 bar eingesetzt.

Eine weitere Möglichkeit ist die Verwendung von keramischen Isolatoren, die bis an die Zuleitungen einer Vakuumschaltkammer heranreichen. Damit kann ebenfalls eine Erhöhung der Druckfestigkeit erreicht werden. Dies ist aus der EP0660354 B1 bekannt.

Werden Polteile nach einem der heutigen Verfahren hergestellt, so kann beim Verguss z. B. mit einem Gießharz eine Standard Vakuumschaltkammer eingesetzt werden. Wird als Vergussverfahren z. B. ein Kunststoff Spritzgussverfahren zur Herstellung von Polteilen im Minutentakt gewählt, so entstehen beim Spritzgießen deutlich höhere Drücke. Sie liegen beim Spritzgießen von Thermoplasten bei Werten von größer 50 bar und können bis über 800 bar reichen. Jedoch muss die Vakuumschaltkammer beim Spritzgießen nur in Teilbereichen den hohen Drücken widerstehen können, dazu gehört der festkontaktseitig angeordnete Deckel, der Keramikisolator (dieser ist in der Regel ausreichend druckfest) und ggf. ein Teilbereich des schaltkontaktseitigen Deckels. Der Metallbalg muss nicht druckfest ausgeführt werden. Werden Drücke im oben genannten Bereich appliziert, so muss im Bereich der Keramik-Metallverbindung, in der die Wandstärke in jedem Fall im Bereich zwischen 0,4 und 2 mm liegt, verstärkt werden. Anderenfalls würde die Vakuumschaltkammer in diesem Bereich dem hohen Einspritzdruck nicht standhalten können.

Der Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, eine Vakuumschaltkammer in Bezug auf Aussendruckfestigkeit weiter zu verbessern.

Die gestellte Aufgabe wird bei einer Vakuumschaltkammer der gattungsgemäßen Art erfindungsgemäß durch die kennzeichnenden Merkmale des Patentanspruches gelöst.

Weitere vorteilhafte Ausgestaltungen sind in den abhängigen Ansprüchen angegeben.

Der Kern der Erfindung liegt darin, dass mindestens einer der Deckel innen und/oder außen mit einer die resultierende Wandstärke erhöhenden Einlage versehen ist, die zumindest teilformschlüssig im Deckel einliegt oder außen ein Ring oder Kappen aufliegen. Durch diese Einlage oder Außenauflage lässt sich eine Druckfestigkeit von mehreren 100 bar erreichen. Dabei ist die Einlage oder Außenauflage so bemessen und eingelegt oder aufgelegt ist, dass sie zum Auflagerand der Keramik einen kleinen Spalt belässt, derart, dass dazwischen eine Kragenanformung eines Mittelschirmes im inneren Kontaktbereich bei der Montage aufgenommen werden kann.

Alternativ dazu ist ausgestaltet, dass die Einlagen oder Auflagen bis an die innere Stirnfäche der Deckel heranreichen. Dort stützen sie sich ab und führen durch die Auflage auf dem Rand des Keramikkörpers nicht zu einer Aussteifung des Deckels, sondern hier werden die aussen anliegenden Druckkräfte auf die Keramik umgeleitet bzw. auf dieser abgestützt.

Dasselbe gilt natürlich auch für die zuerst genannte Ausführungsfrom, bei welcher in dem Spalt lediglich der Kragen des Mittelschirmes dazwischen gelegt ist. Auch hierdruch wird die beschriebene Kraftumleitung nicht negativ beeinflusst.

Damit besteht nunmehr die Möglichkeit, dass die Vakuumschaltkammer auch in Längsrichtung Kräfte übertragen kann.

In weiterer Ausgestaltung ist angegeben, dass die Einlage samt Deckel in Summe etwa der Wandstärke der Keramik entspricht. Damit werden feldstörende hervorstehende Kanten vermieden.

In weiterer Ausgestaltung ist angegeben, dass die Einlagen so ausgebildet sind, dass dieselben lediglich im Bereich der Keramik-Metallverbindung auf wanddickenreduzierte Bereiche beschränkt bleiben.

Vorteilhaft ist eine Bauform, bei welcher beide Deckelseiten der Vakuumschaltkammer nach einem oder mehreren der Ansprüche mit jeweils einer Einlage versehen ist.

Alternativ dazu besteht eine vorteilhafte Bauform darin, dass nur eine Deckelseite mit einer Einlage versehen ist, während die andere Seite mit einer den Deckel ersetzenden, napfartigen Ausformung des Keramikkörpers versehen ist.

Insgesamt ergibt sich bei dieser Erfindung eine geeignete konstruktive Verstärkung der Vakuumschaltkammer, um die eingangs beschriebenen Nachteile und technischen Probleme zu überwinden.

Ein weiterer Vorteil ist, dass die Verstärkungen im Innenbereich eingelegt werden und zwar so, dass es zu einer Krafteinleitung in den Keramikkörper kommt. Ein Auflegen einer Verstärkung von Außen führt nicht zu der entsprechenden Verstärkung und Krafteinleitung.

Ausserdem ist durch die Verwendung der erfindungsgemäßen Einlagen eine montagemäßige Modularität gegeben. D. h. die Einlagen können bei der Montage eingelegt werden, wenn sie benötigt werden, und sie können weggelassen werden, wenn diese nicht benötigt werden. D. h. die Vakuumkammerteile können uniform verwendet werden und um diese Funktion bzw. Eigenschaft erweitert werden oder auch nicht. Es bedarf keiner Änderung der Grundelemente der Vakuumkammer.

Damit ergibt sich nun, dass unter Verwendung von druckfesten Komponenten sich die Außendruckfestigkeit deutlich steigern lässt, so dass die VK in einem Gasraum unter hohem Druck (z. B. im SF6 Isoliergas) eingesetzt werden kann. Des Weiteren besteht die Möglichkeit die Vakuumschaltkammern nach einem bekannten Spritzgussverfahren unter einem hohen Druck mit einem Kunststoff zu umspritzen (Polteil- oder Polteilblockherstellung (3-phasig)) und damit die äußere dielektrische Festigkeit der Einheit zu erhöhen.

Erfindungsgemäß wird in diesem Bereich eine Druckverstärkung erreicht, indem in den Deckel zumindest in diesem Bereich eine wandstarke Einlage eingesetzt wird. Diese Einlage kann auf diesen Bereich beschränkt bleiben oder reicht zur Verstärkung des gesamten Deckels bis an die innere Oberfläche heran, füllt diesen also teilweise oder auch insgesamt zur Verstärkung aus.

Wird die Vakuumschaltkammer von außen mit einem hohen Druck beaufschlagt, so legt sich besonders der dünnwandig ausgeführte Deckelbereich an die Einlage an und stellt damit zuverlässig die Druckfestigkeit der gesamten Vakuumschaltkammer her.

Die Erfindung ist in der Zeichnung dargestellt und nachfolgend näher erläutert.

Es zeigt

1: Vakuumschaltkammer mit Keramikzylinderrohrabschnitten und metallischen Deckeln.

2: Vakuumschaltkammer mit einer Verstärkung innerhalb der Kammerdeckel.

3: Vakuumschaltkammer mit keramischem Endbereich.

4: Vakuumschaltkammer mit Keramikzylinderrohrabschnitten, stirnseitig mit metallischen Deckeln verlöten.

1 zeigt eine Vakuumschaltkammer, ausgerüstet mit Keramikzylinderrohrabschnitten, die stirnseitig mit metallischen Deckeln verlöten sind, zur Herstellung einer Vakuumschaltkammer. In die metallischen Deckel werden wandstarke Einlagen eingesteckt zur Verstärkung gegen einen Außendruck. Wird eine Einlage nach 1 gewählt, so bestehend diese aus einer Einlage innerhalb des Deckels auf der Festkontakt- als auch auf der Schaltkontaktseite. Neben der Druckverstärkung der Deckel kann auch eine axiale Versteifung der Vakuumschaltkammer erreicht werden. Damit kann die beim Spritzguss auftretende Druckkraft (auf der Festkontaktseite) in Längsrichtung über die Keramikisolatoren hinweg auf die Schaltkontaktseite und deren Druckverstärkungseinlage übertragen werden. Diese Kraft wird dann vom Kernwerkzeug der Spritzgussform aufgefangen.

2 zeigt eine Vakuumschaltkammer mit einer Verstärkung innerhalb der Kammerdeckel, die bis an die Stirnflächen der Keramikisolatoren heranreicht und eine axiale Kraft direkt auf die Keramik überträgt.

Nach 2 kann die Einlage innerhalb des oder auch der beiden Vakuumschaltkammer-Deckel direkt auf der Keramik-Stirnfläche mit einem geringen Spalt nach der Herstellung angeordnet sein oder auch oberhalb eines Bauteiles nach 1.

3 zeigt eine druckfeste Vakuumschaltkammer durch den Einsatz eines Keramikisolators, der Isolator reicht bis an die Zuleitungen der VK heran, eine napfförmig gestaltete Keramik. Dies ist eine weitere Möglichkeit zur Herstellung einer druckfesten Vakuumschaltkammer ist der Einsatz einer Keramik, die bis an die Zuleitungen der Vakuumschaltkammer heranreichen (siehe EP 0660354 B1), z. B. eine napfförmig gestaltete Keramik nach 3. D. h. dass dabei zumindest an einer Seite ein metallischer Deckel überflüssig wird, indem die Kammerkeramik zumindest auf der Festkontaktseite ein distales Ende in Form eines Napfes aufweist. D. h. ein Deckel liegt auf dieser Seite gar nicht mehr vor, sondern die Keramik ist dort entsprechend ausgeformt. Auch dadurch lässt sich die geforderte Druckfestigkeit unmittelbar erreichen. Die andere Seite hingegen enthält dann den mit der erfindungsgemäßen Einlage verstärkten Deckel.

4 zeigt Vakuumschaltkammer (VK) ausgerüstet mit Keramikzylinderrohrabschnitten, die stirnseitig mit metallischen Deckeln verlöten sind, zur Herstellung einer VK. In die metallischen Deckel werden wandstarke Einlagen eingesteckt zur Verstärkung gegen einen Außendruck. Eine weitere Möglichkeit ist der Einsatz eines Verstärkungsringes (in einem Abschnitt), schaltkontaktseitig.

Des Weiteren wird zur Steigerung der Druckfestigkeit eine Kombination nach 4 verwendet. Z. B. wird auf der Festkontaktseite eine Vakuumschaltkammer nach 1 oder 2 und auf der Schaltkontaktseite eine druckfeste Einlage innerhalb eines metallischen Deckels in einem Abschnitt eingesetzt.


Anspruch[de]
Vakuumschaltkammer für eine Mittelspannungssschaltanlage mit einem oder mehreren Keramikzylinderrohrabschnitten, die sowohl auf der Festkontaktseite als auch auf der Schaltkontaktseite mit metallischen Deckel verschlossen sind, wobei mindestens einer der Deckel innen und/oder außen angeordnet mit einer die resultierende Wandstärke erhöhenden Einlage oder Auflage versehen ist, die zumindest teilformschlüssig im Deckel einliegt oder außen aufliegt, dadurch gekennzeichnet, dass die Einlage so bemessen und eingelegt ist, dass sie zum Auflagerand der Keramik einen kleinen Spalt belässt, derart, dass dazwischen eine Kragenanformung eines Mittelschirmes im inneren Kontaktbereich bei der Montage aufgenommen werden kann. Vakuumschaltkammer nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Einlagen oder der Deckel außen aufgebracht ist bis an die innere Stirnfäche der Deckel heranreichen bzw heranreicht, derart dass die Vakuumschaltkammer auch in Längsrichtung Kräfte übertragen kann. Vakuumschaltkammer nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Einlage oder Auflage samt Deckel in Summe etwa der Wandstärke der Keramik entspricht. Vakuumschaltkammer nach einem der vorherigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Einlagen oder ein Außenring so ausgebildet sind, dass dieselben lediglich im Bereich der Keramik-Metallverbindung auf wanddickenreduzierte Bereiche beschränkt bleiben. Vakuumschaltkammer nach einem der vorherigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass beide Deckelseiten der Vakuumschaltkammer nach einem oder mehreren der Ansprüche mit jeweils einer Einlage, ein außen angeordneter Deckel oder einem Außenring versehen ist. Vakuumschaltkammer nach einem der vorherigen Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass nur eine Deckelseite mit einer Einlage, einem Deckel oder Ring versehen ist, während die andere Seite mit einer den Deckel ersetzenden, napfartigen Ausformung des Keramikkörpers versehen ist. Vakuumschaltkammer nach Anspruch 1, bei der zur Druckfestigkeitssteigerung zumindest auf einer Seite ein napfförmig ausgestalteter Keramikisolator eingesetzt wird. Dieser reicht ganz oder zumindest nah an die beiden Zuleitungen der VK heran. Vakuumschaltkammer nach Anspruch 7, bei dem nur auf einer Seite eine napfförmige Keramik eingesetzt wird auf der anderen Seite ein Deckel die VK schließt. Zum Erreichen einer hohen Druckfestigkeit wird nach Anspruch 1 eine verstärkende Einlage verwendet.






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