Kontaktaufbau für Vakuumschalter Die vorliegende Erfindung betrifft einen Kon taktaufbau für Vakuumschalter und ermöglicht ein Unterbrechen grosser Ströme.
Bei solchen Schaltern fliesst der Strom normaler weise durch ein Paar Kontakte, die in einer Kammer mit Gas sehr geringen Druckes untergebracht sind. Jeder Kontakt weist eine ringförmige Rippe auf, welche mindestens ein Teil seiner Kontaktfläche bil det. Zur Stromunterbrechung werden die beiden Kon takte auseinander bewegt, wobei zwischen den Kon taktflächen ein Lichtbogen entsteht und der Strom weiter fliesst, bis der Lichtbogen gelöscht ist.
Wenn ein Magnetfeld vorgesehen ist, dessen Kraftlinien in Querrichtung zu dem Lichtbogen ver laufen und zu dem Stromfluss in Lichtbogen senk recht stehen, dann bewegt sich der Lichtbogen in ei ner dritten Richtung. Die sowohl zur Richtung der Kraftlinien wie zur Richtung des Stromflusses im Lichtbogen senkrecht steht.
Wenn die Enden des Lichtbogens sich frei über die Oberflächen der Schaltkontakte bewegen kön nen, bewirkt das Magnetfeld, dass sich der ganze Lichtbogen verschiebt. Diese Bewegung des Lichtbo gens verhütet die lokale Überhitzung der Kontakte und damit die Erzeugung hohen Dampfdruckes, der ein Wiederzünden des Lichtbogens begünstigt.
Es ist das Ziel der vorliegenden Erfindung einen Kontaktaufbau für Vakuumschalter zu schaffen, bei dem die Kontakte so ausgebildet sind, dass sie sel ber das oben angegebene Magnetfeld bilden.
Erfindungsgemäss weist die ringförmige Rippe eine Anzahl radial gerichteter, zur Rippenachse ge neigter Schlitze auf, die in ihrem Verlauf die Rippe in ihrer Höhe und Breite durchqueren und die Rippe in Sektoren aufteilen.
Wenn die beiden Kontakte sich berühren, kann ein Strom durch den Kontaktaufbau fliessen. Wenn die Kontakte getrennt werden, wird zwischen dem freien Ende der Rippe auf der einen Kontakt-Ober- fläche und einem mit diesem Ende zusammenwirken den Punkt auf der Oberfläche des anderen Kontak tes ein Lichtbogen gezogen. Der Lichtbogen bildet sich dabei axial zu den Kontakten aus und die Strom bahn verläuft in der Rippe in Abschnitten zwischen zwei Schlitzen, die um einen Winkel gegenüber der Kontaktachse geneigt sind.
Der durch die zur Kontaktachse geneigte Strom bahn fliessende elektrische Strom erzeugt um Lichtbogen herum ein Magnetfeld, das senkrecht zur Richtung des Stromflusses im Lichtbogen verläuft. Wegen des stückweise schrägen Verlaufs der Strom bahn in den Abschnitten zwischen Schlitzen der Rip pe des einen Kontaktes bildet sich das Magnetfeld an einer Seite des Lichtbogens gedrängter, also stär ker aus als auf der gegenüberliegenden Seite, wo durch von dem Magnetfeld auf den Lichtbogen ein Blasdruck nach der anderen Seite ausgeübt wird.
Der Lichtbogen hat infolgedessen bei dem erfin- dungsgemässen Kontaktaufbau das Bestreben senk recht zur Stromrichtung sich in Richtung des Blas- druckes des Magnetfeldes fortzubewegen. Da die En den des Lichtbogens frei sind, bewegt sich der Licht bogen mit hoher Geschwindigkeit in einer Bahn um das freie Ende der Rippe. Die Bewegung des Licht bogens hat das Bestreben, die Wiederzündung des Lichtbogens zu verhüten.
Vorzugsweise weist jeder der Kontakte eines Schalters eine ringförmige Rippe auf, die eine Anzahl geneigter Schlitze enthalten und die Rippen an beiden Kontakte erstrecken sich koaxial derart, dass sich deren Ränder decken. Wenn beide Kontakte des Schalters ringförmige Rippen mit geneigten Schlitzen aufweisen, ist es wichtig, dass die Schlitze in einander entgegengesetzten Richtungen geneigt sind. Bei einer solchen Anordnung ist die Bewegungsgeschwindigkeit des Lichtbogens grösser.
Jeder der Kontakte kann mit zwei oder mehr ge schlitzten koaxialen Rippen versehen sein, wobei die Schlitze in einen Kontakt in Gegenrichtung zur Nei gung der Schlitze im andern Kontakt geneigt sind.
Die Schlitze erstrecken sich zumindest angenä hert radial durch jede ringförmige Rippe, müssen aber nicht durch die volle radiale Breite jeder Rip pe reichen. Die Schlitze können bis zum freien En de jeder Rippe gehen und durch den Fuss der Rip pe bis in den Körper des zugehörigen Kontaktes reichen. Die Schlitze können sich auch zur Mitte des Kontaktkörpers hin erstrecken. Jeder Schlitz kann am Umfang zumindest angenähert halbwegs um die zugehörige Rippe verlaufen.
Die Schlitze können mit einem Material hohen elektrischen Widerstandes gefüllt sein. Ausführungsbeispiele des Erfindungsgegenstan- des sind in der beiliegenden Zeichnung veranschau licht.
Es zeigen: Fig. 1 einen Seitenriss eines Vakuumschalters mit einem erfindungsgemässen Kontaktaufbau, bei dem ein Kontakt in einer Ebene durch die Schalter achse im Schnitt gezeigt ist, Fig. 2 einen Grundriss einer der Kontakte nach Fig. 1, Fig. 3 einen offenen Kontaktaufbau mit Angabe des Stromfades und der Richtung des durch den Strom des Lichtbogens erzeugten Magnetfeldes,
Fig. 4 teilweise im Schnitt einen Seitenriss einer anderen Ausführungsform des Kontaktaufbaues, Fig. 5 teilweise im Schnitt einen Seitenriss einer weiteren Ausführungsform des Kontaktaufbaues, Fig. 6 einen Grundriss eines der beiden Kontakte nach Fig. 5,
Fig. 7 teilweise im Schnitt einen Seitenriss eines vierten Ausführungsbeispiels des Kontaktaufbaues, Fig. 8 einen Grundriss einer der beiden Kontakte nach Fig. 7, Fig. 9 teilweise im Schnitt einen Seitenriss eines fünften Ausführungsbeispiels des Kontaktaufbaues und Fig. 10 einen Grundriss einer der beiden Kon takte nach Fig. 9.
Der Vakuumschalter nach Fig. 1 weist eine Kam mer auf, die einen Körper 1 aus elektrisch isolie rendem Material und zwei Endplatten 2 und 3 aus elektrisch leitendem Material umfasst. Eine Öffnung 4 ist in der Endplatte 2 vorgesehen und ein beweg licher Leiter 5 erstreckt sich durch diese Öffnung 4. Ein Balg 6 ist zwischen dem Leiter 5 und der Endplatte 2 angeordnet, damit er die Öffnung 4 schliesst, aber die Bewegung des Leiters 5 gegenüber der Endplatte 2 gestattet.
Ein örtlich fester Leiter 7 erstreckt sich durch die andere Endplatte 3. Die beieinander liegenden Enden der Leiter 5 und 7 sind mit Kontakten 8 und 9 einander entsprechender Form versehen.
Ein Gas mit dem sehr geringen Druck in der Grössenordnung von 10-s mm Quecksilber oder weniger ist in der Kammer des Schalters enthalten und ein durch die Leiter 5 und 7 fliessender Strom wird unterbrochen, indem der Leiter 7 so bewegt wird dass die Kontakte 8 und 9 getrennt werden.
Zwischen den einander zugekehrten Oberflächen der Kontakte entstehen ein oder mehrere Licht bögen. Die Kontakte besitzen eine solche Formge bung, dass der Stromfluss ein Magnetfeld erzeugt, das das Bestreben hat, der oder die Lichtbögen über die Oberflächen der Kontakte wandern zu lassen.
Nach einer ersten Ausführungsform sind die ein ander berührenden Oberflächen der Kontakte 8, 9 mit ringförmigen Rippen 11 bzw. 12 versehen. Die oberen Enden der Rippen sind so ausgebildet, dass sie sich koaxial erstrecken und bei geschlossenem Schalter gegenseitig aneinander anliegen. Jede Rip pe besitzt eine Anzahl Schlitze 15, 16, die sich vom freien Ende der Rippe bis zur Wurzel oder zum Fuss der Rippe erstrecken.
Die Schlitze, die beispielsweise durch Fäsern her gestellt werden können, erstrecken sich in radialer Richtung und sind gegenüber der Mittelachse der Rippen um einen Winkel geneigt. Die Schlitze einer bestimmten Rippe sind alle in der gleichen Weise ge neigt. Doch sind die Schlitze zweier zusammenwirken der Rippen nach entgegengesetzten Richtungen ge neigt, z. B. sind in Fig. 1 und 3 die Sehlitze 15 zur Kontaktachse in umgekehrter Richtung ge neigt als die Schlitze 16.
Es ist dabei zu beachten, dass in Fig. 1 nur der Kontakt 8, in Fig. 3 sowohl der Kontakt 8 wie der Kontakt 9 im Schnitt gezeigt sind. Fig. 2 zeigt einen Grundriss des Kontaktes 8 und veranschaulicht, wie die Schlitze in radialer Rich tung quer durch die ganze Rippe reichen und in Rich tung längs des Umfangs der ringförmigen Rippe in Abstand voneinander angeordnet sind.
Fig. 3 veranschaulicht schematisch den Strom- fluss durch die Kontakte 5 und 7 und den Lichtbo gen, wenn die Kontakte 5, 7 auseinanderbewegt sind und ein Lichtbogen besteht. Der Strom fliesst durch die einander benachbarten Rippen 13, 14, wobei der Lichtbogen beim Auseinanderbewegen der Kontakte zwischen zwei nahe beieinanderliegenden Abschnitten der Rippen beginnt.
Der Durchflusspfad des den Lichtbogen speisen den Stomes führt in beiden Kontakten je durch einen zwischen zwei Schlitzen liegenden zahnartigen Kör perteil einer Rippe und ist, wie Fig. 3 durch die gestri chelte, den Strompfad darstellende Pfeillinie zeigt, in diesen Körperteilen schräg zur Kontaktachse ge richtet.
Der elektrische Strom induziert ein Magnetfeld, das sich um den Strompfad, wie er beispielsweise in Fig. 3 gezeigt wird, ausbildet. In Fig. 3 ist im Luft spalt des offenen Schalters der Verlauf des Magnet- feldes durch Symbole angedeutet. Darnach verlaufen die Kraftlinien des Magnetfeldes für den in dem Kontaktaufbau von unten nach oben fliessenden Strom so, dass sie im Punkt bei A aus der Papier ebene austreten und im Kreuz bei B in die Papier ebene hineintreten.
Infolge der in den Abschnitten zwischen den Schlitzen der Rippen schräg verlaufenden Strombahn, ist das Magnetfeld bei A dichter als bei B. Das dich tere Feld bei A hat das Bestreben, den Lichtbogen in Richtung nach B, also in Richtung des Pfeiles C zu bewegen, die senkrecht auf der Stromrichtung des Lichtbogens steht. Die Richtung C fällt mit der Tangente an dem Kreis zusammen, der durch den Ansatzpunkt des Lichtbogens am freien Ende der Rippen 13, 14 und um die Rippen verläuft oder ist zu dieser Tangente parallel. Dadurch hat der Lichtbogen das Bestreben sich längs eines sol chen Kreises zu bewegen und über ein Paar Schlitze in die nächsten Abschnitte der Rippen überzusprin gen.
Da in den nächsten zahnartigen Abschnitten der den Lichtbogen speisende Strom wiederum schräg zur Kontaktachse verläuft, besitzt das sich ergeben de Magnetfeld wiederum das Bestreben, den Licht bogen in der gleichen Richtung weiterzuschieben oder weiterzublasen. Der Lichtbogen läuft infolge dessen längs den Rippen um die Kontakte, wodurch eine Schädigung der Kontaktoberfläche, z. B. durch Verbrennen oder Verdampfen, vermieden und auch die Rückzündung des Lichtbogens erschwert bzw. verhindert wird.
Wenn der zu unterbrechende Strom ein Wechsel strom ist, wechselt auch das Magnetfeld seine Kraftli- nienrichtung, wobei aber seine Blasrichtung, in der es den Lichtbogen fortzubewegen sucht, die gleiche bleibt.
Aus der obigen Darstellung ergibt sich, dass durch das Vorsehen der Schlitze 15, 16 in den Rippen der Kontakte der den Lichtbogen speisende Strom einen Strompfad erhält, um den sich ein Magnetfeld bildet, das den Lichtbogen rasch längs den Kontaktrippen forttreibt.
Nach einer anderen Ausführungsform können die Schlitze so vorgesehen sein, dass sie sich nur in einer der ringförmigen Rippen befinden.
Bei den nachfolgend aufgeführten Figuren sind gleiche Teile mit gleichen Bezugszeichen versehen. Fig. 4 veranschaulicht eine Ausführungsform, bei der die Schlitze 15, 16 nicht bis zum freien Ende der Rippen geführt sind. Die Wirkungsweise der Kontakte ist aber die gleiche wie oben beschrieben. Die Festigkeit der Kontakte der Fig. 4 ist jedoch grösser.
Fig. 5 und 6 veranschaulichen eine Ausführungs form, bei der auf der Kontaktfläche eines jeden Kon taktes zwei ringförmige Rippen 11, 17 bzw. 12, 18 angeordnet sind. Die Rippen sind koaxial und so an geordnet, dass sie beim Schliessen des Schalters sich paarweise gegeneinander anlegen. Jede der Rippen be sitzt eine Anzahl Schlitze 15, 16 19, 21, die sich zumindest angenähert radial durch die betreffende ringförmige Rippe erstreckt. Die Schlitze 15 und 19 in den Rippen des einen Kontakts sind alle in der gleichen Richtung geneigt; die Richtung ihrer Nei gung, ist der Neigung der Schlitze 16 und 21 in den Rippen des andern Kontaktes entgegengesetzt.
Die Schlitze können sich zum freien Ende der Rip pen erstrecken, wie das in Fig. 2, 3, 5 und 6 ge zeigt ist, oder sie können schon vorher endigen, wie das in Fig. 4 veranschaulicht ist. Die Schlitze kön nen sich auch radial durch den Hauptkörper jedes Kontaktes erstrecken.
Die Arbeits- oder Wirkungsweise der Ausfüh rungsform nach Fig. 5 und 6 ist die gleiche, wie oben beschrieben. Ein Lichtbogen bildet sich zwischen den freien Enden der Rippen 11, 12 oder 17, 18 und der Strompfad in den zahnartigen Rippenabschnitten ist so, dass sich die oben beschriebene Blaswirkung in Umlaufrichtung der Rippen ergibt.
Statt mit zwei Rippen kann jede Kontaktfläche auch mit mehr als zwei ringförmigen Rippen verse hen sein.
Jeder Schlitz kann zur Mittellinie der zugehö rigen Rippe einen steilen Winkel (Winkel von mehr als 45 ) einschliessen, so dass er sich zumindest über die Hälfte des Umfanges der zugehörigen Rip pe erstreckt, wie beispielsweise der Schlitz 22 in Fig 7. Die Wirkungsweise solcher Kontaktpaare (Fig. 7 und 8) entspricht der oben beschriebenen. Die Schlitze erstrecken sich innerhalb des flachen Kon taktkörpers 23 eines jeden Kontaktes bis zum zuge hörigen Anschlussleiter.
Wie Fig. 8 zeigt, erstreckt sich ein Schlitz 22a durch die Rippe 11 an der ge zeigten Stelle und durch den Flachteil 23 in der ge genüberliegenden anderen Hälfte des Kontaktes.
Fig. 9 und 10 veranschaulichen ein Ausführungs beispiel, das gegenüber den bisher beschriebenen Ausführungsbeispielen Rippen 11, 12 grösserer Hö he besitzt und bei dem Kerne 24, 25 aus einem Ma terial mit hoher magnetischer Permeabilität koaxial innerhalb der Rippen 11, 12 angeordnet sind. Die Wirkung dieser Kerne, die beispielsweise aus Weich eisen bestehen können, ist die Erhöhung der Inten sität des um die Strompfade erzeugten Magnetfel des und damit die Erhöhung der Wandergeschwin digkeit des Lichtbogens.
Die Form und Grösse eines jeden Schlitzes ist nicht kritisch. Die Breite eines jeden Schlitzes ist so gewählt, dass der Lichtbogen leicht über das Ende der offenen Schlitze springen kann. Jeder Schlitz er streckt sich zumindest angenähert radial durch die zu gehörige Rippe. Die ganze Seite eines jeden Schlit zes kann radial verlaufen, sodass jeder Schlitz nach Art eines Gewindeganges verläuft. Doch kann auch die ganze Seite eines jeden Schlitzes eben verlaufen, sodass nur ein Teil der Seite des Schlitzes genau radial durch die Rippe verläuft.
Wie oben gezeigt wurde, umfasst in dem erfin- dungsgemässen Kontaktaufbau für Vakuumschalter der Durchflusspad des Stromes für den Lichtbogen, der zwischen den sich voneinander trennenden und entfernenden Kontakten entsteht, einen Abschnitt der zur Achse der Kontakte geneigt ist.
Dadurch entsteht um den Strompfad ein magnetisches Feld, das die Tendenz besitzt, den Lichtbogen über die Kontaktoberflächen wandern zu lassen und dadurch das Rückzünden des Lichtbogens und das Beschädi gen der Kontaktflächen zu vermindern oder zu ver hindern. Wenn sich eine der geneigten Schlitze nicht über die ganze Rippe erstreckt, dann enthält der Strom auch eine Komponente axialer Richtung.
Die se Komponente wird klein gehalten, indem sicherge stellt wird, dass der Schlitz höchstens um einen klei nen Abstand vor dem freien Ende der Rippe auf hört.