DE102004031887B3

DE102004031887B3 - Schaltkontakt für Vakuumschaltröhren

Info

Publication number: DE102004031887B3
Application number: DE102004031887A
Authority: DE
Inventors: Wilfried Haas; Werner Dr. Hartmann; Michael Dr. Römheld
Original assignee: Siemens AG
Current assignee: Siemens AG
Priority date: 2004-06-30
Filing date: 2004-06-30
Publication date: 2006-04-13
Anticipated expiration: 2024-07-01
Also published as: RU2329579C1; CN1969353A; US20080023445A1; EP1763888A2; WO2006003114A3; JP2008504659A; WO2006003114A2; CN1969353B

Abstract

Bei einem Schaltkontakt für Vakuumschaltröhren mit radialem oder axialem Magnetfeld, mit einem Schaltkontaktträger und einer Kontaktplatte, bei der der Schaltkontaktträger eine Spule zur Erzeugung eines Magnetfeldes enthält, welche durch Schlitzung der Wandung eines topfartigen Kontaktträgers gebildet wird, ist der äußere Durchmesser (D¶S¶) der geschlitzten Topfwand (23) kleiner als der Durchmesser (D¶K¶) der darauf befindlichen Kontaktplatte (25). Ferner ist ein ringförmiger Stützkörper (20) vorhanden, der zwischen Kontaktplatte (25) und Basis (22a) des Kontaktträgers (22) eingefügt ist und den Kontaktträger (22) mindestens im geschlitzten Bereich umschließt. Zwischen dem Außenstützkörper (20) und der geschlitzten Topfwand (23) ist ein "Vakuum"-Spalt (30) angeordnet.

Description

Die Erfindung bezieht sich auf einen Schaltkontakt für Vakuumschaltröhren gemäß dem Oberbegriff des Patentanspruches 1.

Vom Stand der Technik sind Schaltkontakte für Vakuumschaltröhren bekannt, die aus einem Schaltkontaktträger und einer Kontaktplatte bestehen, wobei der Schaltkontaktträger ein Spulensegment zur Erzeugung eines Magnetfeldes erhält, welches durch Schlitzung der seitlichen Umrandung des topfartigen Kontaktträgers gebildet wird. Insbesondere in der EP 0 104 384 B1 und der EP 0 155 376 B1 werden derartige Kontaktanordnungen beschrieben. Je nach Orientierung der beiden Schaltkontakte zueinander wird entweder ein radiales oder ein axiales Magnetfeld erzeugt, wobei in der Praxis für Hochspannungen insbesondere solche Anordnungen mit axialem Magnetfeld Bedeutung haben. Für das axiale Magnetfeld sind die Schlitzungen des Kontaktträgers in den beiden Kontakten gleichsinnig orientiert.

Speziell AMF(Axial Magnetic Field)-Kontakte im Mittel- und Hochspannungsbereich weisen bei herkömmlichen Kontaktformen nach Ausschaltvorgängen von Kurzschlussströmen ausgeprägte Ausweitungen der geschlitzten Spulensegmente in radialer Richtung auf, wodurch an den Rändern dieser Spulensegmente erhöhte elektrische Felder auftreten, was die dielektrischen Eigenschaften der Schaltröhre dementsprechend deutlich verschlechtert.

Um die Stabilität der Kontaktanordnung auch bei hohen Strömen und Spannungen zu gewährleisten, sind beim Stand der Technik auch bereits Stützkörper aus hochwarmfesten Stählen vorhanden. Diese Stützkörper sind aber durchweg im Inneren des Kontakttopfes angeordnet.

Aufgabe der Erfindung ist es, durch konstruktive Verbesserungen die Leistungsfähigkeit der Kontakte zu erhöhen.

Die Aufgabe ist erfindungsgemäß durch die Merkmale des Patentanspruches 1 gelöst. Weiterbildungen sind in den Unteransprüchen angegeben.

Beim erfindungsgemäßen Schaltkontakt ist der äußere Durchmesser der geschlitzten Topfwand kleiner als der Durchmesser der darauf befindlichen Kontaktplatte. Zudem ist außen ein ringförmiger Stützkörper, d.h. ein Außenstützkörper, vorhanden, der zwischen Kontaktplatte und der Basis des Kontaktträgers, d.h. dem Topfboden, eingefügt ist und den Kontaktträger zumindest im geschlitzten Bereich umschließt.

Mit der Erfindung ist ein verbesserter Schaltkontakt geschaffen, der insbesondere in Vakuumschaltröhren mit axialem Magnetfeld Eingang findet. Vom Stand der Technik ist keine geeignete Lösung des Problems bekannt. Wird nämlich der Spulenkörper durch ein außen umlaufendes Stahlband mit nur mäßiger Leitfähigkeit eingefasst, so ergibt sich bei den bisherigen Herstellverfahren eine Verschlechterung des Schaltvermögens um typischerweise etwa 30 %, was zu einer erheblichen Vergrößerung und damit Verteuerung der Vakuumschaltröhre führt. Die Ursache für diese Verschlechterung des Schaltvermögens liegt in dem durch das Stahlband hervorgerufenen partiellen Kurzschluss zwischen zwei durch einen Schlitz getrennten Spulensegmenten, wobei der Kurzschluss durch den beim Lötvorgang durch einfließendes gut leitfähiges Lot entstehenden elektrisch innigen Kontakt zwischen Stahlband und Spulensegmenten bzw. zwischen zwei benachbarten Spulensegmenten hervorgerufen wird.

Ein erfindungsgemäßer AMF-Kontakt mit Außenstützkörper wird dergestalt hergestellt, dass bei der Fertigung zwischen Außenstützkörper und Spulenkörper ein Abstand von typisch einem Millimeter eingehalten wird, und der Außenstützkörper nur in seinem oberen und unteren Randbereichen mit dem Kontaktsystem verlötet wird. Bei dieser Spaltbreite wird ein direktes Überbrücken des Spaltes durch einfließendes Lot vermieden. Weitet sich der Spulenkörper im Schaltbetrieb durch Kurzschlussausschaltungen dennoch auf, so bildet sich zwischen zwei Spulenelementen allenfalls eine elektrische Verbindung mit nur geringer Stromtragfähigkeit und vergleichsweise hohem Widerstand, so dass der Kontakt nur eine geringe Abnahme des Schaltvermögens aufgrund des elektrischen Nebenschlusses durch den Außenstützkörper selbst erfährt.

Es lassen sich herkömmliche Kontaktbauweisen und -größen verwenden, wobei zur Steigerung des Schaltvermögens aufgrund der vorliegenden Erfindung sogar größere Schlitzwinkel des Spulenkörpers möglich sind, da der Außenstützkörper stabilisierend auf das gesamte Kontaktsystem wirkt. Dadurch sind bei gleicher Baugröße größere Ausschaltvermögen als nach dem Stand der Technik zu erreichen.

Weitere Einzelheiten und Vorteile der Erfindung ergeben sich aus der nachfolgenden Figurenbeschreibung sowie von Ausführungsbeispielen anhand der Zeichnung in Verbindung mit den Patentansprüchen. Es zeigen
1 in perspektivischer Darstellung ein AMF-Kontaktpaar nach dem Stand der Technik und
2 einen Schnitt durch einen erfindungsgemäßen Kontakt mit Außenstützkörper.
In der 1 ist eine Kontaktpaar-Anordnung 1 nach dem Stand der Technik dargestellt, die aus zwei identischen Kontakten 10, 10' besteht. Die Kontakte 10, 10' weisen jeweils einen Kontaktbolzen 11, 11' einen Kontaktträger 12, 12' und eine Kontaktscheibe 15, 15' auf.
In 1 ist der Kontaktträger 12, 12' topfartig ausgebildet und hat an seinem ringförmigen Teil, welcher als Topfwand 13, 13' bezeichnet wird, gerade oder gebogene, azimutal geneigte Schlitze 14, 14'. Die Schlitze 14, 14' verlaufen auf dem Umfang der Topfwand 13, 13' von der Basis, d.h. dem Topfboden, bis zum freien Ende der Topfwand 13, 13'. Am freien Ende der Topfwand 13, 13' münden sie in Schlitze 16, 16' einer auf dem Kontaktträger 12, 12' aufliegenden Kontaktplatte 15, 15'. Die Schlitze 16, 16' sind häufig radial gerichtet, können aber auch einen von Null verschiedenen Winkel mit dem Radius einschließen.
Eine derartige Anordnung ist vom Stand der Technik bekannt, wozu auf den eingangs zitierten Stand der Technik verwiesen wird. Durch die azimutalen Schlitze 14, 14' im Kontaktträger 12, 12' werden Spulensegmente gebildet, in denen der zu schaltende Strom fließt. Durch den zu schaltenden Strom wird ein Magnetfeld erzeugt, das bei der in 1 gezeigten Orientierung der Schlitze 14, 14' in gleicher Richtung axial zur Kontaktanordnung ausgerichtet ist und beim Öffnen der Kontakte 10, 10' einen diffusen Lichtbogen bewirkt, der in der Figur mit LB angedeutet ist.
Wenn die Schlitze 14, 14' – abweichend von 1 – in beiden Kontakten 10, 10' gegeneinander in unterschiedlicher Richtung verlaufen, ergibt sich ein radiales Magnetfeld zwischen den Kontakten 10, 10', womit ein in diesem Fall kontrahierter Lichtbogen auf der Kontaktplatte 15, 15' nach außen getrieben wird. Dazu sind die Schlitze in der Kontaktplatte gegebenenfalls spiralförmig auszubilden.
Bei der in 1 gezeigten Anordnung liegen die geschlitzten Spulensegmente im Außenbereich frei und können sich nach Schalthandlungen aufweiten. Dadurch entsteht an den Schlitzkanten ein erhöhtes äußeres elektrisches Feld, das insbesondere bei der Anwendung der Schaltkontaktanordnung im Hochspannungsbereich zu einem Schaltversagen führen kann.
In der 2 ist ein Schaltkontakt nach 1 erfindungs gemäß modifiziert. Gleichermaßen sind ein Schaltbolzen 21, ein Kontaktträger 22 mit einem ringförmigen Teil 23 als Topfwand und azimutalen Schlitzen 24 sowie eine Kontaktplatte 25 mit Schlitzen 26 vorhanden. Die Topfwand 23 mit den Spulensegmenten ist aber in 2 nach innen versetzt ausgebildet. Somit wird von der Topfwand 23 mit Durchmesser D_S zusammen mit der Basis 22a des Kontaktträgers 22 und der Kontaktplatte 25 mit jeweiligen Durchmessern D_K eine Aussparung gebildet. In der Aussparung ist ein ringartig umlaufender Außenstützkörper 20 eingebracht, der zumindest den Spulenteil der Topfwand 23 umschließt.
Der Außenstützkörper 20 besteht aus Stahl oder dergleichen Material mit geringer elektrischer Leitfähigkeit. Der Außenstützkörper 20 muss in die Ausnehmung eingelötet werden. Dabei kann Lot in die Schlitzungen 24 eindringen und somit einen Kurzschluss oder Teilkurzschluss bewirken, was zur Verringerung des Magnetfeldes und damit zur Verschlechterung der Schalteigenschaften des Kontaktes führt.
Gemäß 2 ist vorgesehen, den Außenstützkörper 20 so dünn auszubilden und in die Aussparung einzufügen, dass zwischen der Wandung des Kontaktträgers 22 mit den Spulensegmenten und dem Stützkörper 20 ein umlaufender Hohlraum 30 verbleibt, der bei der bestimmungsgemäßen Anwendung des Kontaktanordnung bei einer Vakuumschaltröhre einen "Vakuumspalt" realisiert.
Durch den Vakuumspalt 30 zwischen Außenstützkörper 20 und Spulensegment wird vermieden, dass beim Lötvorgang in die Azimutalschlitze 24 bzw. zwischen benachbarten Schlitzen 24 und dem Außenstützkörper 20 Lot eindringen kann. Es wird somit eine mechanisch feste Verbindung zwischen dem Außenstützkörper 20 und den andern Kontakteilen erreicht, ohne dass es in den Spulensegmenten oder zwischen Spulensegmenten und Außenstützkörper zu gut leitenden Kurzschlüssen oder Teilkurzschlüssen kommen kann.

Claims

Schaltkontakt für Vakuumschaltröhren mit radialem oder axialem Magnetfeld, mit einem Kontaktträger und einer Kontaktplatte, bei der der Kontaktträger eine Spule zur Erzeugung eines Magnetfeldes enthält, welche durch azimutale Schlitzung der Wandung eines topfartigen Kontaktträgers gebildet wird, dadurch gekennzeichnet, dass der äußere Durchmesser (D_S) der geschlitzten Topfwand (23) kleiner ist als der Durchmesser (D_K) der darauf befindlichen Kontaktplatte (25), und dass ein ringförmiger Stützkörper (20) vorhanden ist, der zwischen Kontaktplatte (25) und Basis des Kontaktträgers (22) eingefügt ist und den Kontaktträger (22) zumindest im geschlitzten Bereich umschließt.
Schaltkontakt nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass zwischen der Innenwandung des Stützkörpers (20) und der geschlitzten Topfwand (23) ein freier Spalt (30) vorhanden ist.
Schaltkontakt nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, der Spalt (30) kleiner 3 mm, insbesondere in der Größenordnung von 1 mm, ist.
Schaltkontakt nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Stützkörper (20) eine deutlich niedrigere elektrische Leitfähigkeit besitzt als der Kontaktträger (22) mit Spulenkörper.
Schaltkontakt nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Stützkörper (20) aus einem eisenbasierten Werkstoff gefertigt ist.
Schaltkontakt nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Außenstützkörper (20) nur in seinem oberen und unteren Randbereich mit dem Kontaktträger (22) bzw. der Kontaktplatte (25) verlötet ist.
Schaltkontakt nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der ringförmige Stützkörper (20) denselben Außendurchmesser (D_K) aufweist wie die Kontaktplatte (25).