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Dokumentenidentifikation DE102004060274B4 15.02.2007
Titel Verfahren zur Herstellung eines Schalters für die Mittel- und Hochspannungstechnik, sowie ein Schalter selbst
Anmelder ABB Patent GmbH, 68526 Ladenburg, DE
Erfinder Schmidt, Karl Michael, Dipl.-Phys., 47447 Moers, DE
DE-Anmeldedatum 15.12.2004
DE-Aktenzeichen 102004060274
Offenlegungstag 29.06.2006
Veröffentlichungstag der Patenterteilung 15.02.2007
Veröffentlichungstag im Patentblatt 15.02.2007
IPC-Hauptklasse H01H 33/662(2006.01)A, F, I, 20051017, B, H, DE

Beschreibung[de]

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Herstellung eines Schalters für die Mittel – oder Hochspannungstechnik, gemäß Oberbegriff des Patentanspruches 1, sowie ein Schalter gemäß Oberbegriff des Patentanspruches 4.

Schalter der bekannten gattungsgemäßen Art bestehen aus einer Vakuumkammer innerhalb der die Schaltkontakte angeordnet sind. Äußerlich sind diese Vakuumschaltkammern zur weiteren Isolation von einer Vergussmasse umhüllt. Diese Vergussmasse ist in den meisten Fällen Epoxydharz. Hierzu wird die Vakuumkammer in eine entsprechend der äußeren Endform gestaltete Gießform eingelegt, und sodann wird die Vergussmasse eingefüllt. Da die Vakuumschaltkammer außen im wesentlichen aus keramischem Werkstoff besteht, ergeben sich unterschiedliche Wärmeausdehnungskoeffizienten zwischen der Vakuumschaltkammer und der Vergussmasse. Damit aufgrund von temperaturbedingten Spannungen Rissbildungen vermieden werden können, werden in bekannten Schaltern Manschetten aus elastischem Material um die Vakuumschaltkammern herum gelegt, die von der Vergussmasse mit umgossen werden. Diese elastische Schicht gleicht die unterschiedlichen Wärmeausdehnungskoeffizienten aus.

Die Montage einer solchen Manschette ist bei bekannten Schaltern und Verfahren zur Herstellung derselben relativ aufwändig.

Aus der DE 697 30 510 T2 ist eine Vakuumschaltanordnung bekannt, bei der eine Vakuumschaltkammer verwendet wird, bei welcher zwischen Vakuumkammeroberfläche und einer von außen angegossenen Vergussmasse eine elastische Zwischenschicht angeordnet ist. Diese Zwischenschicht wird vor dem Verguss auf das zweifache gedehnt und über die Vakuumschaltkammer herübergezogen. Diese Zwischenschicht besteht dabei aus gedehntem Silikon. Dieses Verfahren ist relativ aufwendig und bedarf extrem fein abgestimmter mechanischer Parameter um ein schlüssiges Anliegen der Zwischenschicht an der Vakuumschaltkammer zu ermöglichen.

Der Erfindung liegt somit die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren der gattungsgemäßen Art dahingehend zu verbessern, dass die Einbringung einer elastischen Dämpfungsschicht deutlich vereinfacht wird.

Die gestellte Aufgabe wird einem Verfahren der gattungsgemäßen Art erfindungsgemäß durch die kennzeichnenden Merkmale des Patentanspruches 1 gelöst.

Weitere vorteilhafte Ausgestaltungen des erfindungsgemäßen Verfahrens sind in den abhängigen Ansprüchen 2 und 3 dargestellt.

Im Hinblick auf einen Vakuumschalter der gattungsgemäßen Art ist die gestellte Aufgabe erfindungsgemäß durch die kennzeichnenden Merkmale des Patentanspruches 4 gelöst.

Kern der verfahrensgemäßen Erfindung ist hierbei, dass die Vakuumschaltkammer vor Einbringen in die Gießform und Durchführen des Vergusses in eine Gummilösung getaucht und sodann in die Gießform eingelegt und eine heiße Vergussmasse angegossen wird.

Die Gummilösung besteht hierbei aus einer üblichen, für die Herstellung von Gummi basierten Naturkautschuklösung, in die bereits die ebenfalls für die Gummiherstellung vorgesehenen Komponenten Schwefel und Zinkoxyd in den bekannten Mengen eingebracht sind. Diese fertige Gummilösung wird als Tauchbad für die Vakuumkammer verwendet.

Nach dem Herausnehmen der benetzten Vakuumkammer wird abgewartet, bis die Oberfläche leicht angetrocknet ist. Die so präparierte Vakuumkammer wird sodann in die Vergussmassengießform eingelegt.

Anschließend wird die heiße Vergussmasse, beispielsweise Epoxydharz bei der bekannten Prozesstemperatur von ca. 170 Grad Celsius, in die vorgeheizte Gießform eingegossen. Diese umschließt somit in diesem heißen Zustand die mit der oberflächlichen Gummilösung versehene Vakuumschaltkammer. Das heiße Epoxydharz beziehungsweise die heiße Vergussmasse umschließt damit die Vakuumschaltkammer samt der mit Gummilösung versehenen Oberfläche quasi unter Luftabschluss hermetisch ab und heizt diese Zwischenschicht auf. Damit wird innerhalb des Vergussprozesses automatisch eine Vulkanisierung der durch Tauchung aufgebrachten Gummilösung erzielt, so dass der Epoxydharzverguss quasi zeitgleich mit der Vulkanisierung der Gummischicht erfolgt. Damit bildet sich zwischen Vakuumschaltkammeroberfläche und dem umgebenden Epoxydharzverguss ebenfalls eine elastische Gummischicht, die jedoch anders als im Stand der Technik nunmehr nicht mehr mit komplizierten mechanischen oder pneumatischen Hilfsmitteln auf die Vakuumschaltkammeroberfläche vorher aufgebracht werden muss. Dieser Herstellprozess ist einfach, erhält jedoch im Ergebnis ebenfalls eine elastische Dämpfungsschicht zum Ausgleich der unterschiedlichen thermischen Ausdehnungskoeffizienten zwischen Vakuumschaltkammer und Verguss.

In weiterer vorteilhafter Ausgestaltung des erfindungsgemäßen Verfahrens kann über einschraubbare metallische Bolzen, die in die Kontaktbereiche der Vakuumschaltkammer eingeschraubt werden und dort einen thermischen Übergang machen, Fremdwärme zugeführt werden, entweder durch Wärmeleitung, oder durch Einbringung von Mikrowellenenergie, so dass gegebenenfalls nahe der Vakuumschaltkammeroberfläche und damit im Bereich der zu vulkanisierenden Gummilösung auch gegebenenfalls kurzzeitig höhere Temperaturen einstellbar sind, falls die Epoxydharz – oder Vergussmassenprozesstemperatur für eine vollständige Vulkanisierung der Gummilösung nicht ausreichen würde.

Wichtig ist hierbei jedoch, dass beim üblichen Epoxydharzverguss ohnehin über längere Zeit eine hohe Temperatur gehalten wird. Dieser Prozess dient zur Ausheilung und Bildung der langen Molekülketten im Epoxydharz. Gleichzeitig kommt dieser lange thermische Prozess der vollständigen Vulkanisierung der Gummilösungsschicht zu gute.

Im Hinblick auf eine Vakuumschalter, der nach einer solchen Prozedur hergestellt ist, sind alle Vorteile für sowohl die thermische Dämpfungsschicht als auch die elektrischen Eigenschaften, die sich daraus ergeben, in einem kürzeren Verfahren darstellbar.

Die Erfindung ist in der Zeichnung dargestellt und nachfolgend näher beschrieben:

Es zeigen:

1 die chronologische Abfolge des erfindungsgemäßen Verfahrens und

2 ein erfindungsgemäßer Vakuumschalter mit Verguss im Längsschnitt.

1 zeigt in der linken Bilddarstellung eine Vakuumschaltkammer 1, die beidendig im Bereich der Einschraubkontaktiergewinde mit metallischen Bolzen 2 versehen wird. Sodann wird im nächsten Schritt die Vakuumschaltkammer in eine Gummilösung L, die aus Naturkautschuk besteht sowie in bekannter Weise die Komponenten Schwefel und Zirkonoxyd enthält, eingetaucht und wieder aus der Tauchgummilösung herausgezogen. Dabei lässt man gegebenenfalls überflüssige Gummilösung abtropfen und/oder man lässt diese kurz antrocknen, gegebenenfalls thermisch unterstützt, und/oder man taucht die Vakuumschaltkammer mehrere Male in die Gummilösung ein, um eine dickere Gummilösungsschicht auf der Oberfläche zu erreichen.

Sodann wird die so präparierte Vakuumschaltkammer in die gegebenenfalls vorgeheizte Gießform F eingelegt, dort ortsfest fixiert und sodann die Vergussmasse, beispielsweise Epoxydharz, eingebracht. Diese gießt sich nun schlüssig an die Oberfläche der Vakuumschaltkammer an und umschließt somit auch die Gummilösungsschicht hermetisch. Hierbei wird der Luftsauerstoff weitestgehend ausgeschlossen, und die heiße Vergussmasse überträgt ihre Prozesstemperatur auch auf die Gummilösung. Hierdurch erfolgt nun eine perfekte Vulkanisierung der mit Gummilösung versehenen Oberfläche der Vakuumschaltkammer in demselben Verfahrensschritt, in dem auch der Verguss selber erfolgt.

Das ganze kann noch thermisch unterstützt werden durch die Einbringung von thermischer Energie über die besagten Bolzen beziehungsweise über die Einbringung von Mikrowellenenergie, oder ein Beheizen der Gießform F, um unabhängig von der Prozesstemperatur der Vergussmasse eine optimale Vulkanisiertemperatur einzustellen.

2 zeigt einen fertigen Vakuumschalter 1 dieser Art im Längsschnitt, wobei die auf diese Weise mit im Verguss entstehende Gummidämpfungsschicht A zwischen Vakuumschaltkammeroberfläche und der angegossenen Vergussmasse 10 platziert ist und dort die mechanische Dämpfung der unterschiedlichen thermischen Ausdehnungskoeffizienten der verschiedenen Materialien gewährleistet. Im Unterschied zu den im Stand der Technik notwendigerweise zuvor auf die Vakuumschaltkammer aufzuziehenden beispielsweise Kaltschrumpfschläuche, entfällt dieser Verfahrensschritt vollständig und damit auch die relativ aufwändigen Maßnahmen zur Dehnung eines solchen Schlauches, um ihn über die Vakuumschaltkammeroberfläche zu bringen. Die Einbringung einer solchen elastischen Dämpfungsschicht gemäß der Erfindung erfolgt damit einfacher und sicherer.


Anspruch[de]
Verfahren zur Herstellung eines Schalters für die Mittel – oder Hochspannungstechnik, bei welchem zwischen der Oberfläche einer Vakuumschaltkammer und der Vergussmasse eine elastische Zwischenschicht angeordnet ist, dadurch gekennzeichnet, dass die Vakuumschaltkammer zunächst in eine Gummilösung getaucht und anschließend in eine Gießform eingelegt wird, und dass sodann die Vergussmasse unter entsprechender Prozesstemperatur angegossen bzw in die Gießform eingegossen/eingespritzt wird, derart, dass zeitgleich zum Verguss mit Vergussmasse die Gummilösung vulkanisiert wird. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass als Vergussmasse Epoxidharz gewählt wird, welche bei 170°C eingegossen/eingespritzt wird. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Gießform und/oder die Vakuumschaltkammer während des Prozesses zusätzlich geheizt wird, zur Unterstützung des bewirkten Vulkanisierungsprozesses der Gummilösung unter der heiß eingefüllten Vergussmasse. Schalter für die Mittel- und/oder Hochspannungstechnik, bei welchem zwischen der Oberfläche einer Vakuumschaltkammer und der Vergussmasse eine elastische Zwischenschicht angeordnet ist, dadurch gekennzeichnet, dass die Vakuumschaltkammer (1) mit einer durch Tauchung versehenen Gummilösungsschicht versehen ist, die in einem Schritt durch Angießen der heißen Vergussmasse (10) direkt auf der Oberfläche der Vakuumschaltkammer (1) vulkanisiert ist.






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