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Die
Erfindung betrifft eine Kontaktscheibe für eine Vakuumschaltröhre mit
ersten Schlitzen, die sich vom Umfang der Kontaktscheibe in die
Kontaktscheibe erstrecken und deren Erstreckungsrichtung von der
radialen Richtung verschieden ist.
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Eine
derartige Kontaktscheibe ist aus der deutschen Patentschrift
DE 102 53 866 84 bekannt. Derartige
Kontaktscheiben werden insbesondere bei Vakuumschaltröhren verwendet,
welche im Bereich der Kontakte axiale Magnetfelder (AMF) aufweisen. Solche
Kontakte werden auch als AMF-Kontakte (Axial-Magnetfeld-Kontakte)
bezeichnet. Beim Trennen von Strömen
entsteht im Inneren solcher Vakuumschaltröhren zwischen den Kontaktscheiben
ein Lichtbogen, welcher sich aufgrund des axialen Magnetfeldes von
der Mitte der Kontaktscheibe ausgehend in die Randbereiche nahe
des Umfangs der Kontaktscheibe ausbreiten soll. Dadurch soll erreicht werden,
dass der Lichtbogen nicht auf einer Stelle der Kontaktscheibe stehenbleibt,
sondern sich großflächig auf
der Fläche
der Kontaktscheibe bewegt und verteilt, damit durch den Lichtbogen
keine lokalen Schädigungen
der Kontaktscheibe entstehen.
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Es
hat sich jedoch herausgestellt, dass die in der Kontaktscheibe vorhandenen
ersten Schlitze, die sich vom Umfang der Kontaktscheibe in die Kontaktscheibe
erstrecken und deren Erstreckungsrichtung von der radialen Richtung
verschieden ist, die Ausbreitung des Lichtbogens von der Mitte der
Kontaktscheibe zu den Randbereichen der Kontaktscheibe behindern.
Dadurch wird nicht die gesamte zur Verfügung stehende Fläche der
Kontaktscheibe beim Trennen von Strömen für die Ausbreitung des Lichtbogens
ausgenutzt, so dass der maximal zulässige Kurzschlussstrom, der
mit einer derartigen Vakuumschaltröhre sicher getrennt werden
kann, begrenzt wird.
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Aus
der deutschen Patentschrift
DE
32 27 482 C2 ist eine Kontaktanordnung für Vakuumschalter
bekannt. Dabei sind Schaltstücke
mit einer Kontaktscheibe versehen, die Schlitze aufweist, die sich vom
Umfang der Kontaktscheibe in die Kontaktscheibe erstrecken und deren
Erstreckungsrichtung von der radialen Richtung verschieden ist.
Weiterhin weist die Kontaktscheibe radial verlaufende Schlitze auf.
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Aus
der deutschen Offenlegungsschrift
DE 32 31 593 A1 ist eine Kontaktanordnung
für einen
Vakuumschalter bekannt, welche koaxial zueinander angeordnete Kontakte
aufweist. Die Kontakte sind jeweils mit einer Kontaktscheibe versehen,
die radiale Schlitze aufweist.
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Der
Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Kontaktscheibe anzugeben,
mit der hohe Ströme
sicher getrennt werden können.
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Diese
Aufgabe wird gelöst
durch eine Kontaktscheibe für
eine Vakuumschaltröhre
mit ersten Schlitzen, die sich vom Umfang der Kontaktscheibe in
die Kontaktscheibe erstrecken und deren Erstreckungsrichtung von
der radialen Richtung verschieden ist, wobei die Kontaktscheibe
zweite Schlitze aufweist, die in radialer Richtung verlaufen und
die zweiten Schlitze sich vom Umfang der Kontaktscheibe in die Kontaktscheibe
erstrecken. Dabei ist besonders vorteilhaft, dass die in radialer
Richtung verlaufenden Schlitze die Ausbreitung des Lichtbogens von
der Mitte der Kontaktscheibe in die Randbereiche der Kontaktscheibe
weit weniger behindern als die ersten Schlitze. Dadurch wird eine
größere Fläche der
Kontaktscheibe beim Trennen von Strömen zum Verlöschen der Lichtbögen benutzt,
so dass mit derartigen Kontaktscheiben höhere maximale Ströme sicher
getrennt werden können.
Dabei ist insbesondere vorteilhaft, dass diese Kontaktscheibe sowohl
die ersten Schlitze, deren Erstreckungsrichtung von der radialen
Richtung verschieden ist, als auch die zweiten Schlitze, die in
radialer Richtung verlaufen, aufweist. Die zweiten Schlitze unterdrücken aufgrund
ihres Verlaufs in radialer Richtung effektiv das Auftreten von Wirbelströmen in der
Kontaktscheibe. Die ersten Schlitze prägen dem Strom innerhalb der
Kontaktscheibe eine tangentiale Komponente auf, durch die die Feldstärke des
axialen Magnetfeldes erhöht
wird. Dadurch erhält
man vorteilhafterweise eine Kontaktscheibe, bei der das Auftreten
von Wirbelströmen
effektiv unterdrückt
wird, eine ausreichend große
tangentiale Komponente des Stromes in der Kontaktscheibe erzeugt
wird und darüber
hinaus die Ausbreitung der Lichtbögen vom Zentrum der Kontaktscheibe
in die Randbereiche der Kontaktscheibe nur geringfügig behindert
wird.
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Die
Kontaktscheibe ist so ausgestaltet, dass die zweiten Schlitze sich
vom Umfang der Kontaktscheibe in die Kontaktscheibe erstrecken.
Dabei ist insbesondere vorteilhaft, dass sich auch die zweiten Schlitze
vom Umfang der Kontaktscheibe ausgehend sehr einfach in die Kontaktscheibe
einbringen lassen, beispielsweise durch Sägen oder Fräsen. Eine derartige Kontaktscheibe
lässt sich
vorteilhafterweise schnell und kostengünstig herstellen.
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Eine
solche Kontaktscheibe kann so ausgestaltet sein, dass die ersten
Schlitze und die zweiten Schlitze zueinander beabstandet sind. Auch
dadurch wird vorteilhafterweise erreicht, dass die ersten Schlitze
und die zweiten Schlitze problemlos in der Kontaktscheibe hergestellt
werden können,
da diese unabhängig
voneinander in die Kontaktscheibe eingebracht werden können und
beispielsweise beim Einbringen der zweiten Schlitze keine Rücksicht
auf die Genauigkeit der ggf. schon eingebrachten ersten Schlitze
genommen zu werden braucht.
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Die
Kontaktscheibe kann vorteilhafterweise so ausgestaltet sein, dass
die ersten Schlitze kürzer sind
als die zweiten Schlitze. Eine derartig kurze Ausgestaltung der
ersten Schlitze ist insbesondere deshalb vorteilhaft, weil durch
solche kurzen ersten Schlitze nur eine minimale Behinderung der
Ausbreitung des Lichtbogens vom Zentrum der Kontaktscheibe in die
Randbereiche der Kontaktscheibe erfolgt. Andererseits reichen vorteilhafterweise
auch solche kurzen ersten Schlitze aus, um dem in die Kontaktscheibe
einfließenden
Strom eine ausreichend große
tangentiale Komponente aufzuprägen. Die
gegenüber
den ersten Schlitzen längeren
zweiten Schlitze unterdrücken
vorteilhafterweise aufgrund ihrer Länge sehr effektiv Wirbelströme in der Kontaktscheibe
und behindern außerdem
aufgrund ihrer rein radialen Richtung die Ausbreitung der Lichtbögen vom
Zentrum in die Randbereiche nur minimal.
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Die
Kontaktscheibe kann so ausgestaltet sein, dass die ersten Schlitze
bezüglich
des Mittelpunktes der Kontaktscheibe in jeweils gleichen Winkelgraden
voneinander beabstandet sind. Weiterhin kann die Kontaktscheibe
auch so ausgestaltet sein, dass die zweiten Schlitze bezüglich des
Mittelpunktes der Kontaktscheibe in jeweils gleichen Winkelgraden
voneinander beabstandet sind. Eine derartige gleichmäßige Verteilung
sowohl der ersten Schlitze als auch der zweiten Schlitze in der
Kontaktscheibe ermöglicht
eine gleichmäßige Verteilung
bzw. Ausbreitung der Lichtbögen
vom Zentrum her zu den Randbereichen der Scheibe. Dadurch wird eine gleichmäßige Belastung
der Kontaktscheibe durch die Lichtbögen erreicht.
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Die
Kontaktscheibe kann so gestaltet sein, dass die ersten Schlitze
in einem ersten kreisringförmigen
Abschnitt der Kontaktscheibe angeordnet sind und die zweiten Schlitze
in einem zweiten kreisringförmigen
Abschnitt der Kontaktscheibe angeordnet sind. Dabei können der
erste kreisringförmige
Abschnitt und der zweite kreisringförmige Abschnitt überlappen.
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Bei
der Kontaktscheibe kann der erste kreisringförmige Abschnitt an den Umfang
der Kontaktscheibe angrenzen. Die ersten Schlitze dieses ersten kreisringförmigen Abschnitts
lassen sich vorteilhafterweise besonders einfach in der Kontaktscheibe herstellen,
da diese Schlitze vom Umfang der Kontaktscheibe her mit geringem
Aufwand in die Kontaktscheibe eingebracht werden können, beispielsweise durch
Sägen oder
Fräsen.
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Die
Kontaktscheibe kann so gestaltet sein, dass die ersten Schlitze
jeweils einen Winkelversatz zwischen 10 und 30 Grad zur radialen
Richtung aufweisen. Bei derart ausgestalteten Kontaktscheiben wird
erreicht, dass der Strom in der Kontaktscheibe eine Tangentialkomponente
aufweist, die die Ausbildung des Axialmagnetfeldes unterstützt.
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Im
Weiteren wird die Erfindung anhand von Ausführungsbeispielen näher erläutert. Dazu
ist in
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1 ein
erstes Ausführungsbeispiel
einer – in
wesentlichen Aspekten aus der Patentschrift
DE 32 27 482 C2 bereits
bekannten – Kontaktscheibe und
in
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2 ein
zweites Ausführungsbeispiel
einer Kontaktscheibe dargestellt.
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In 1 ist
eine Kontaktscheibe 1 für
eine Vakuumschaltröhre
dargestellt. Diese kreisförmige Kontaktscheibe 1 weist
erste Schlitze 3 auf, welche vom Umfang 5 der
Kontaktscheibe 1 ausgehend sich in die Kontaktscheibe (d.
h. in den Innenbereich der Kontaktscheibe) erstrecken. Die Erstreckungsrichtung 7 dieser
geradlinigen ersten Schlitze 3 weicht dabei von der radialen
Richtung 9 ab. Im Ausführungsbeispiel
weisen die ersten Schlitze am Umfang 5 der Kontaktscheibe
einen Winkelversatz α zur
radialen Richtung auf, wobei dieser Winkelversatz im Allgemeinen
zwischen 10° und
30° betragen
kann. Im Ausführungsbeispiel
beträgt
der Winkelversatz α ca. 15°. Die ersten
Schlitze 3 enden also am Umfang 5 der Kontaktscheibe 1 und
verlaufen in einem Winkel α gegenüber einer
(gedachten) Linie, welche vom Mittelpunkt 15 der Kontaktscheibe
zum Endpunkt der ersten Schlitze 3 auf dem Umfang 5 der
Scheibe verläuft.
Die ersten Schlitze 3 weisen gradlinig am Mittelpunkt 15 der
Kontaktscheibe 1 vorbei, sie erstrecken sich vom Umfang 5 der
Kontaktscheibe 1 in den Innenbereich der Kontaktscheibe
hinein. Weiterhin weist die Kontaktscheibe 1 zweite Schlitze 11 auf, welche
in radialer Richtung 13 verlaufen. Sowohl die ersten Schlitze 3 als
auch die zweiten Schlitzen 11 verlaufen jeweils gradlinig
(linear).
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Die
ersten Schlitze 3 und die zweiten Schlitze 11 sind
bezüglich
des Mittelpunktes 15 der kreisförmigen Kontaktscheibe 1 in
jeweils gleichen Winkelgraden voneinander beabstandet: Die Kontaktscheibe 1 weist
sechs erste Schlitze 3 und sechs zweite Schlitze 11 auf,
welche jeweils um 60° (Winkelgrad)
voneinander beabstandet sind. Die ersten Schlitze 3 sind
in einem ersten kreisringförmigen
Abschnitt 17 der Kontaktscheibe angeordnet. Dieser erste
kreisringförmige
Abschnitt 17 wird begrenzt durch den Umfang 5 der
Kontaktscheibe und durch eine Kreislinie 19, welche in
der 1 strichpunk tiert dargestellt ist. Die zweiten
Schlitze 11 sind in einem zweiten kreisringförmigen Abschnitt 21 der
Kontaktscheibe 1 angeordnet. Dieser zweite kreisringförmige Abschnitt 21 wird
begrenzt von der Kreislinie 19 und einer Kreislinie 23,
welche ebenfalls strichpunktiert dargestellt ist. Der äußere Durchmesser
des zweiten kreisringförmigen
Abschnitts 21 entspricht dabei dem inneren Durchmesser
des ersten kreisringförmigen Abschnitts 17.
Die äußere Begrenzung
des zweiten kreisringförmigen
Abschnitts 21 fällt
daher zusammen mit der inneren Begrenzung des ersten kreisringförmigen Abschnitts 17.
Diese beiden Begrenzungen (Begrenzungslinien) fallen zusammen mit der
Kreislinie 19.
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Das
vom Umfang 5 der Kontaktscheibe 1 wegweisende
Ende der ersten Schlitze 3 geht jeweils über in das
zum Umfang 5 der Kontaktscheibe 1 hinweisende
Ende der zweiten Schlitze 11. Die Übergangsstelle bzw. der Übergangsbereich
liegt dabei auf der Kreislinie 19. Der Übergang zwischen den ersten
Schlitzen 3 und den zweiten Schlitzen 11 kann dabei – wie in 1 dargestellt – abrupt
(diskontinuierlich) erfolgen; in einer anderen Ausführungsform kann
der Übergang
aber auch bogenförmig
(kontinuierlich) ausgestaltet sein. Solche Übergänge können beispielsweise mittels
Hochgeschwindigkeitsfräsen oder
Wasserstrahlschneiden hergestellt werden. Weiterhin ist in der 1 deutlich
zu erkennen, dass die ersten Schlitze 3 deutlich kürzer sind
als die zweiten Schlitze 11.
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Der
erste kreisringförmige
Abschnitt 17 der Scheibe entspricht dem Abschnitt der Kontaktscheibe,
an dem die Kontaktscheibe 1 in bekannter Weise auf einem
topfförmigen
Kontaktscheibenträger
(in der 1 nicht dargestellt) befestigt
ist. Diese Befestigung kann beispielsweise durch Löten erfolgen.
Der erste kreisringförmige
Abschnitt 17 ist also unmittelbar mit dem die Kontaktscheibe
tragenden Kontaktträ ger
(Kontaktscheibenträger)
verbunden. Die Dicke der Wandung des topfförmigen Kontaktscheibenträgers entspricht
dabei der Breite des ersten kreisringförmigen Abschnitts 17.
Die ersten Schlitze 3 erstrecken sich also in dem Bereich
der Kontaktscheibe 1, der auf der Wandung des topfförmigen Kontaktscheibenträgers befestigt
wird, d. h. der mit der Wandung des topfförmigen Kontaktscheibenträgers verbunden wird.
Dadurch wird vorteilhafterweise sichergestellt, dass in den über den
Kontaktscheibenträger
in die Kontaktscheibe 1 fließenden Strom durch die ersten Schlitze 3 eine
Tangentialkomponente aufgeprägt wird.
Durch diese Tangentialkomponente des Stroms wird die Stärke des
Axialmagnetfelds erhöht.
Weiterhin wird durch die ersten Schlitze 3 sichergestellt, dass
die in dem topfförmigen
Kontaktträger üblicherweise
vorhandenen spiralförmigen
Schlitze nicht durch die Kontaktscheibe 1 kurzgeschlossen
werden, vielmehr korrespondieren die Enden dieser spiralförmigen Schlitze
mit den ersten Schlitzen 3 der Kontaktscheibe 1,
d. h. die Enden der spiralförmigen Schlitze
des Kontaktscheibenträgers
fallen mit den ersten Schlitzen 3 zusammen.
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In 2 ist
ein zweites Ausführungsbeispiel einer
Kontaktscheibe 30 dargestellt. Auch diese Kontaktscheibe 30 weist
erste Schlitze 32 auf, die sich vom Umfang 35 der
Kontaktscheibe 30 in die Kontaktscheibe erstrecken und
deren Erstreckungsrichtung 37 von der radialen Richtung 39 verschieden
ist. Die Erstreckungsrichtung der ersten Schlitze 32 ist am
Umfang 35 der Kontaktscheibe um einen Winkel β zur radialen
Richtung versetzt, im Ausführungsbeispiel
beträgt
der Winkel β ca.
20°
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Weiterhin
weist die Kontaktscheibe 30 zweite Schlitze 41 auf,
welche in radialer Richtung 43 zum Mittelpunkt 44 der
kreisförmigen
Kontaktscheibe 30 hin verlaufen. Im Unterschied zum Ausführungsbeispiel
der 1 erstrecken sich die zweiten Schlitze 41 ebenfalls
vom Umfang 35 der Kontaktscheibe 30 in den Innenbereich
der Kontaktscheibe 30 hinein.
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Die
ersten Schlitze 32 sind in einem ersten kreisringförmigen Abschnitt 45 der
Kontaktscheibe 30 angeordnet. Dieser erste kreisringförmige Abschnitt 45 der
Kontaktscheibe 30 wird begrenzt durch den Umfang 35 und
eine Kreislinie 47, auf welcher die vom Umfang 35 wegweisenden
Enden der ersten Schlitze 32 liegen. Die zweiten Schlitze 41 sind
in einem zweiten kreisringförmigen
Abschnitt 49 der Kontaktscheibe 30 angeordnet.
Dieser zweite kreisringförmige
Abschnitt 49 wird begrenzt durch den Umfang 35 und
eine Kreislinie 51, auf welcher die vom Umfang 35 wegweisenden
Enden der zweiten Schlitze 41 liegen. Der zweite kreisringförmige Abschnitt 49 überdeckt
im Ausführungsbeispiel
auch die Fläche
des ersten kreisringförmigen
Abschnitts 45. Die Breite des ersten kreisringförmigen Abschnitts 45 entspricht – wie bei
dem Ausführungsbeispiel
der 1 – der
Dicke der Wandung eines nicht dargestellten topfförmigen Kontaktscheibenträgers.
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Die
ersten Schlitze 32 und die zweiten Schlitze 41 berühren sich
nicht, sie sind zueinander beabstandet angeordnet. Bei diesem Ausführungsbeispiel ist
besonders vorteilhaft, dass sowohl die ersten Schlitze 32 als
auch die zweiten Schlitze 41 vom Umfang der Kontaktscheibe
ausgehend in die Kontaktscheibe eingebracht werden können. Dadurch
ist eine besonders gute Zugänglichkeit
für das
dazu verwendete Werkzeug gegeben, beispielsweise können sowohl
die ersten Schlitze als auch die zweiten Schlitze einfach und kostengünstig mittels
einer Säge
in die Kontaktscheibe eingebracht werden.
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Es
wurde eine Kontaktscheibe für
eine Vakuumschaltröhre
beschrieben, welche sowohl erste Schlitze, deren Richtung von der
radialen Richtung abweicht, als auch zweite Schlitze, deren Richtung der
radialen Richtung entspricht, aufweist. Die ersten Schlitze und
die zweiten Schlitze können
jeweils voneinander beabstandet in der Kontaktscheibe eingebracht
sein. Durch die in radialer Richtung verlaufenden zweiten Schlitze
wird sehr effektiv die Ausbildung von Wirbelströmen in der Kontaktscheibe vermieden; zur
Unterdrückung
dieser Wirbelströme
ist nämlich der
radial verlaufende Anteil von Schlitzen ausschlaggebend. Durch die
ersten Schlitze wird erreicht, dass dem in die Scheibe fließenden Strom eine
tangentiale Komponente aufgeprägt
wird, wodurch die Feldstärke
des axialen Magnetfeldes erhöht
wird.
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Eine
vorgegebene Länge
der radialen Längserstreckung
der Schlitze lässt
sich bei einer Kombination von radial verlaufenden Schlitzen und nicht
radial verlaufenden Schlitzen durch eine insgesamt kürzere Gesamtlänge der
Schlitze erreichen, als dies bei ausschließlicher Verwendung von nicht radial
verlaufenden ersten Schlitzen der Kontaktscheibe möglich wäre. Durch
diese Verringerung der Gesamtlänge
der Schlitze lässt
sich eine derartige Kontaktscheibe einfach und kostengünstig herstellen.
Durch die radial verlaufenden zweiten Schlitze wird die Ausbreitung
der Lichtbögen
vom Zentrum der Scheibe in die Randbereiche der Scheibe deutlich
weniger stark behindert als durch erste Schlitze, die in nicht radialer
Richtung verlaufen. Dadurch wird insbesondere bei der Löschung von
Lichtbögen,
die beim Abschalten von Strömen
entstehen, eine große Fläche der
Kontaktscheibe ausgenutzt. Dies hat zur Folge, dass mit einer Kontaktscheibe
gleichen Durchmessers entweder höhere
Ströme
geschaltet werden können,
oder dass bei einem gleichgroßen zu
schaltenden Strom eine Kontaktscheibe geringeren Durchmessers ausreichend
ist. Da Kon taktscheibenmaterial üblicherweise
vergleichsweise teuer ist, ergibt sich dadurch eine erhebliche Kosteneinsparung
bei der Produktion von Kontaktscheiben bzw. Vakuumschaltröhren.