DE102010022267A1

DE102010022267A1 - Circular disk-shaped copper contact roll manufacturing method for vacuum switching pipe, involves producing outer rim of contact roll at junction of edge of slot by milling junction to curve-shaped part

Info

Publication number: DE102010022267A1
Application number: DE201010022267
Authority: DE
Inventors: Dr. Hartmann Werner; Andreas Lawall; Dr. Renz Roman; Bernd Trautmann; Dr. Wenzel Norbert
Original assignee: Siemens AG
Current assignee: Siemens AG
Priority date: 2010-05-31
Filing date: 2010-05-31
Publication date: 2011-12-01

Abstract

The method involves providing a slug for a contact roll (1) of a vacuum switching pipe. A slot (2) is milled in the contact roll to reduce eddy currents in the contact roll. An outer rim of the contact roll is produced at a junction of an edge of the slot by milling the junction to a curve-shaped part (5). Radius of the curve-shaped part is equal to width of the slot. An edge area (6) and an interior region (7) are defined for the contact roll, where thickness of the contact roll in the interior region is less than that of the contact roll in the edge area.

Description

Die Erfindung betrifft eine Kontaktscheibe für ein Vakuumschaltrohr, insbesondere eine Kontaktscheibe mit Schlitzen zur Verminderung von Wirbelströmen in der Kontaktscheibe.The invention relates to a contact disc for a vacuum switching tube, in particular a contact disc with slots for reducing eddy currents in the contact disc.

Kontakte von Vakuumschaltröhren müssen für unterschiedliche Bedingungen geeignet sein. Bei Offenstellung eines Schaltgerätes ohne Stromfluss können z. B. Blitzstoßspannungen auftreten. Der Eintrag sehr hoher Spannungen verursacht in einem Vakuumschaltrohr örtlich sehr hohe elektrische Feldstärken. Diese müssen durch konstruktive Maßnahmen soweit reduziert werden, dass keine Durchschläge erfolgen können. Dieselben Maßnahmen müssen ergriffen werden, damit am Ende eines Ausschaltvorgangs durch die wiederkehrende Netzspannung keine Rückzündungen auftreten.Contacts of vacuum interrupters must be suitable for different conditions. In the open position of a switching device without current flow z. B. lightning impulses occur. The entry of very high voltages locally causes very high electric field strengths in a vacuum switching tube. These must be reduced by constructive measures so far that no breakdowns can occur. The same measures must be taken so that at the end of a shutdown by the recurrent mains voltage no flashbacks occur.

Wahrend einer Ausschaltung treten für den Zeitraum mehrerer ms Lichtbögen auf. Bei sogenannten Axialmagnetfeld(AMF)-Kontakten wird mit Hilfe von Magnetfeldern der Energieumsatz im Lichtbogen verringert und die damit zusammenhängende Kontakterosion vermindert. Die Magnetfelder werden durch Leiterelemente erzeugt, die den Stromfluss in Kontaktnähe durch eine Art Spule zwingen. Zur Verhinderung nachteiliger Wirbelströme müssen massive Leiterteile entsprechend geschlitzt werden. Dies gilt im speziellen auch für die Kontaktstücke oder Kontaktscheiben in Vakuumschaltgeräten.During an elimination, arcs occur for the duration of several ms. In the case of so-called axial magnetic field (AMF) contacts, the energy conversion in the arc is reduced with the aid of magnetic fields and the associated contact erosion is reduced. The magnetic fields are generated by conductor elements that force the current flow in contact proximity through a kind of coil. To prevent adverse eddy currents massive ladder parts must be slotted accordingly. This is especially true for the contact pieces or contact discs in vacuum switching devices.

Die Kontaktscheibe ist i. A. ein massiver Leiter aus Kupfer, in dem durch Stromfluss mit Netzfrequenz kreisförmige Wirbelströme erzeugt werden. Diese vermindern das vom darunter liegenden Kontaktstück erzeugte Magnetfeld, das für einen diffus brennenden Lichtbogen benötigt wird. Zur Verminderung der Wirbelströme ist die Kontaktscheibe geschlitzt. Die Schlitze werden beispielsweise mittels Fräsung erzeugt. Die verbleibenden Kanten werden nach der Herstellung beispielsweise durch einen Gleitschleifvorgang entfernt. Trotzdem treten im Betrieb hohe Feldstärken auf, vor allem lokal überhöhte Felder.The contact disc is i. A. a solid copper conductor in which circular eddy currents are generated by current flow at mains frequency. These reduce the magnetic field generated by the underlying contact piece, which is needed for a diffuse burning arc. To reduce the eddy currents, the contact disc is slotted. The slots are produced for example by means of milling. The remaining edges are removed after manufacture, for example by a vibratory finishing process. Nevertheless, high field strengths occur during operation, especially locally over-elevated fields.

Es ist Aufgabe der vorliegenden Erfindung, ein Herstellverfahren für eine Kontaktscheibe für ein Vakuumschaltrohr anzugeben, mit dem das oben genannte Problem vermindert wird. Insbesondere lokale Feldüberhöhungen sollen bei Verwendung der Kontaktscheibe verringert werden.It is an object of the present invention to provide a manufacturing method for a contact disk for a vacuum interrupter, with which the above-mentioned problem is reduced. In particular, local field peaks are to be reduced when using the contact disc.

Diese Aufgabe wird durch ein Verfahren mit den Merkmalen von Anspruch 1 gelöst. Die abhängigen Ansprüche betreffen vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung.This object is achieved by a method having the features of claim 1. The dependent claims relate to advantageous embodiments of the invention.

Bei dem erfindungsgemäßen Verfahren zur Herstellung einer Kontaktscheibe für ein Vakuumschaltrohr wird eine Ausgangsform für die Kontaktscheibe bereitgestellt wird und mittels Fräsung wenigstens ein Schlitz zur Verminderung von Wirbelströmen in die Kontaktscheibe eingebracht. Weiterhin wird am Übergang des Randes des Schlitzes zum äußeren Rand der Kontaktscheibe mittels Fräsung eine erste Abrundung des Übergangs erzeugt. Die Ausgangsform der Kontaktscheibe ist beispielsweise eine kreisförmige Kontaktscheibe, beispielsweise im Wesentlichen aus Kupfer. Die erste Abrundung folgt dabei zweckmäßig einer gekrümmten Bahn, die im Wesentlichen in der Ebene der Kontaktscheibe liegt.In the method according to the invention for producing a contact disk for a vacuum switching pipe, an output form for the contact disk is provided and at least one slot is introduced into the contact disk by means of milling to reduce eddy currents. Furthermore, a first rounding of the transition is generated at the transition of the edge of the slot to the outer edge of the contact disc by means of milling. The starting shape of the contact disk is, for example, a circular contact disk, for example essentially made of copper. The first rounding expediently follows a curved path which lies substantially in the plane of the contact disk.

Durch das Verfahren wird eine Kontaktscheibe erzeugt, bei der durch die erste Abrundung im Bereich des Übergangs des Randes des Schlitzes zum äußeren Rand der Kontaktscheibe die auftretenden Radien von Ecken und Kanten deutlich erhöht sind. Hierdurch werden vorteilhaft die auftretenden elektrischen Feldstärken reduziert. Vor allem lokale Feldstärkeüberhöhungen werden vermieden. Die lokalen Feldstärkeüberhöhungen treten bei Kontaktscheiben aus dem Stand der Technik auf, bei denen die erste Abrundung nicht wie bei der Erfindung erzeugt wird, sondern die Kontaktscheibe nach dem Erzeugen der Schlitze beispielsweise durch einen Gleitschleifvorgang nachbehandelt wird.By the method, a contact disk is produced, in which the radii of corners and edges are significantly increased by the first rounding in the region of the transition of the edge of the slot to the outer edge of the contact disk. As a result, the occurring electric field strengths are advantageously reduced. Above all, local field strength peaks are avoided. The local field strength peaks occur in contact discs of the prior art, in which the first rounding is not produced as in the invention, but the contact disc after the production of the slots, for example, by a vibratory finishing process.

In einer vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung ist der Radius der ersten Abrundung wenigstens gleich der Breite des Schlitzes. Durch die Wahrung eines ausreichend großen Radius werden die auftretenden elektrischen Feldstärken auf einen ausreichend geringen Wert begrenzt.In an advantageous embodiment of the invention, the radius of the first rounding is at least equal to the width of the slot. By maintaining a sufficiently large radius, the occurring electric field strengths are limited to a sufficiently low value.

Gemäß einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung und Weiterbildung der Erfindung werden für die Kontaktscheibe ein Randbereich und ein Innenbereich festgelegt. Die Dicke der Kontaktscheibe im Innenbereich wird gegenüber der Dicke im Randbereich verringert. Bei einer kreisscheibenförmigen Kontaktscheibe sind der Innenbereich und der Randbereich insbesondere auch kreisförmig, wobei der Randbereich dann die Form eines Kreisrings hat. Bei einer kreisscheibenförmigen Kontaktscheibe kann die Festlegung beispielsweise darin bestehen, dass ein Radius festgelegt wird, der kleiner ist als der Radius der Kontaktscheibe. Der Innenbereich wird dann durch den Bereich der Kontaktscheibe gebildet, der innerhalb des festgelegten Radius liegt. Der Rest der Kontaktscheibe, d. h. der außerhalb des Radius liegende Teil, bildet den Randbereich. Bevorzugt beträgt dabei der festgelegte Radius wenigstens 50%, insbesondere wenigstens 80% und gemäß einer weiteren Ausgestaltung wenigstens 90% des Radius der Kontaktscheibe. Der im Gegensatz zu bekannten Kontaktscheiben dünnere Innenbereich der Kontaktscheibe hat den Vorteil, die Wirkung von Wirbelströmen im Inneren der Kontaktscheibe zu vermindern.According to a further advantageous embodiment and development of the invention, an edge region and an inner region are defined for the contact disk. The thickness of the contact disk in the inner region is reduced compared to the thickness in the edge region. In the case of a circular disk-shaped contact disk, the inner region and the edge region are in particular also circular, wherein the edge region then has the shape of a circular ring. In the case of a circular disk-shaped contact disk, the definition may be, for example, that a radius is set which is smaller than the radius of the contact disk. The interior area is then formed by the area of the contact disc that lies within the specified radius. The remainder of the contact disk, ie the part lying outside the radius, forms the edge area. Preferably, the specified radius is at least 50%, in particular at least 80%, and according to a further embodiment, at least 90% of the radius of the contact disk. The contrary to known contact discs thinner interior of the contact disc has the advantage of the effect of To reduce eddy currents inside the contact disc.

Vorteilhaft ist es, wenn am äußeren Rand der Kontaktscheibe eine zweite Abrundung des Rands erzeugt wird, deren Radius größer ist als die Dicke der Kontaktscheibe im Innenbereich. Die zweite Abrundung wird bevorzugt an den Rändern des Schlitzes fortgesetzt. Mit anderen Worten wird auch an den Rändern des Schlitzes die zweite Abrundung erzeugt. Die zweiten Abrundungen bilden dann eine durchgehende zweite Abrundung am Rand der Kontaktscheibe und den daran anschließenden Rändern des Schlitzes, da die zweiten Abrundungen im Bereich des Übergangs des Randes des Schlitzes zum äußeren Rand der Kontaktscheibe ineinander übergehen. Auch der Bereich der ersten Abrundung erfährt dann eine zweite Abrundung, wobei die Orientierungen der ersten und zweiten Abrundung zweckmäßig aufeinander senkrecht stehen.It is advantageous if at the outer edge of the contact disc, a second rounding of the edge is generated, whose radius is greater than the thickness of the contact disc in the inner region. The second rounding is preferably continued at the edges of the slot. In other words, the second rounding is also generated at the edges of the slot. The second rounding then form a continuous second rounding at the edge of the contact disk and the adjoining edges of the slot, since the second rounding in the transition region of the edge of the slot to the outer edge of the contact disk into each other. The area of the first rounding then undergoes a second rounding, the orientations of the first and second rounding expediently being perpendicular to one another.

In der Kontaktscheibe werden bevorzugt wenigstens vier Schlitze erzeugt, insbesondere wenigstens sechs Schlitze zur Verminderung von Wirbelströmen in der Kontaktscheibe. Die Schlitze können dabei geradlinig ausgestaltet werden oder in anderer Form, beispielsweise gebogen oder abgewinkelt. Weiterhin können die Schlitze in radialer Richtung angeordnet werden, d. h. ausgehend vom Mittelpunkt der Kontaktscheibe zum Rand hin. Sie können auch in spiralförmiger Weise abweichend von der radialen Richtung angeordnet werden. Auch eine Mischung der angegebenen Möglichkeiten ist möglich. Die Schlitze werden bevorzugt gleichmäßig über die Kontaktscheibe verteilt. Dabei ist es auch möglich, dass mehrere Reihen von Schlitzen erzeugt werden, von denen jeweils Teilgruppen gleichmäßig über die Kontaktscheibe verteilt sind.At least four slots are preferably produced in the contact disk, in particular at least six slots for reducing eddy currents in the contact disk. The slots can be configured in a straight line or in another form, for example, bent or angled. Furthermore, the slots can be arranged in the radial direction, d. H. starting from the center of the contact disc towards the edge. They can also be arranged in a spiral manner deviating from the radial direction. Also a mixture of the indicated possibilities is possible. The slots are preferably distributed uniformly over the contact disk. It is also possible that several rows of slots are generated, of which sub-groups are distributed uniformly over the contact disc.

Bevorzugte, jedoch keinesfalls einschränkende Ausführungsbeispiele für die Erfindung werden nunmehr anhand der Figuren der Zeichnung näher erläutert. Dabei sind die Merkmale schematisiert dargestellt. Dabei zeigenPreferred, but by no means limiting embodiments of the invention will now be described with reference to the figures of the drawing. The features are shown schematically. Show

1 eine Kontaktscheibe in Draufsicht und 1 a contact disk in plan view and

2 ein Schnittbild der Kontaktscheibe in Seitenansicht. 2 a sectional view of the contact disc in side view.

1 zeigt die Oberfläche einer Kontaktscheibe 1, die mit einer Ausführungsform des erfindungsgemäßen Verfahrens hergestellt ist, von der Seite eines Lichtbogens zu einer weiteren Kontaktscheibe aus gesehen. Es sind beispielhaft vier geradlinige Schlitze 2 eingezeichnet. Die geradlinigen Schlitze 2 sind abweichend von der exakt radialen Richtung ausgerichtet. Der Rand der Kontaktscheibe 1 weist eine zweite Abrundung 3 auf. Die Ränder der Schlitze 2 weisen ebenfalls zweite Abrundungen 4 auf. 1 shows the surface of a contact disk 1 , which is produced with an embodiment of the method according to the invention, seen from the side of an arc to another contact disc. By way of example, there are four straight-line slots 2 located. The straight-line slots 2 are aligned differently from the exact radial direction. The edge of the contact disc 1 has a second rounding 3 on. The edges of the slots 2 also have second rounding off 4 on.

Im Bereich des Übergangs zwischen den Schlitzen 2 und dem Rand der Kontaktscheibe 1 sind erste Abrundungen 5 per Fräsung erzeugt. Mit anderen Worten gehen die Enden der Schlitze 2 in geschwungener Form in den Rand der Kontaktscheibe 1 über. Dadurch gehen auch die zweiten Abrundungen 3, 4 im Bereich des Übergangs ineinander über. Die zweiten Abrundungen 3, 4 bilden dadurch eine durchgehende zweite Abrundung 3, 4, die die gesamte Kontaktscheibe 1 und die am Rand der Kontaktscheibe 1 endenden Schlitze 2 umläuft.In the area of the transition between the slots 2 and the edge of the contact disc 1 are first roundings 5 generated by milling. In other words, the ends of the slots go 2 in a curved shape in the edge of the contact disc 1 above. This will also go the second rounding off 3 . 4 in the area of transition into each other. The second rounding off 3 . 4 thereby form a continuous second rounding off 3 . 4 that the entire contact disk 1 and those on the edge of the contact disc 1 ending slots 2 circulates.

2 zeigt einen Schnitt durch die Kontaktscheibe 1, der in der Mitte eines Schlitzes 2 verläuft. Oberhalb der Kontaktscheibe 1 befindet sich während eines Ausschaltvorgangs der Lichtbogen zu einer weiteren Kontaktscheibe 1. In 2 wird ersichtlich, dass die Kontaktscheibe 1 einen Randbereich 6 aufweist und einen Innenbereich 7. Der Randbereich 6 ist kreisringförmig und der Innenbereich 7 ist kreisförmig. Die Dicke der Kontaktscheibe 1 ist im Innenbereich 7 geringer als im Randbereich 6. 2 shows a section through the contact disc 1 standing in the middle of a slot 2 runs. Above the contact disc 1 is located during a shutdown of the arc to another contact disc 1 , In 2 will be seen that the contact disc 1 a border area 6 has and an interior area 7 , The border area 6 is circular and the interior 7 is circular. The thickness of the contact disc 1 is inside 7 less than in the edge area 6 ,

Weiterhin ist bei der Kontaktscheibe 1 gemäß dem Beispiel der Radius der Abrundung 3 der Kontaktscheibe 1 größer gewählt als die Dicke der Kontaktscheibe 1 im Innenbereich 7. Hierdurch wird gleichzeitig eine Verminderung der Einflüsse von Wirbelströmen als auch eine Verringerung der elektrischern Feldstärken am Außenrand der Kontaktscheibe 1 erreicht.Furthermore, in the contact disc 1 according to the example the radius of the rounding off 3 the contact disc 1 greater than the thickness of the contact disc 1 indoor 7 , As a result, at the same time a reduction of the influence of eddy currents as well as a reduction of the electric field strengths at the outer edge of the contact disc 1 reached.

Die höchsten Feldstärken treten am äußeren Rand der verrundeten Stirnfläche der Kontaktscheibe 1 auf. Eine zusätzliche Überhöhung tritt dort auf, wo die Abrundung 4 der Schlitze 2 mit der äußeren Abrundung 3 am Umfang an einer Kante zusammen treffen. Mit dem gezeigten Herstellverfahren wird eine Kontaktscheibe 1 geschaffen, bei der jedoch die auftretenden Feldstärken deutlich reduziert werden. Die lokale Überhöhung entfallen oder werden vermindert.The highest field strengths occur at the outer edge of the rounded end face of the contact disc 1 on. An additional elevation occurs where the rounding off 4 the slots 2 with the outer rounding 3 along the perimeter at one edge. The manufacturing method shown becomes a contact disk 1 created in which, however, the field strengths are significantly reduced. The local exaggeration is eliminated or reduced.

Ein großer Radius der Abrundung 3 am Umfang der Kontaktscheibe 1 erfordert an dieser Stelle eine größere Dicke. Eine größere Dicke ist aber wegen der Wirbelströme nicht erwünscht. Beispielsweise durch Ausdrehen der Kontaktscheibe 1 im Innenbereich 7 kann die Dicke in weiten Grenzen und unabhängig vom Radius der Abrundung 3 verringert werden. Damit kann die Wirkung unerwünschter Wirbelströme im Innenbereich 7 der Kontaktscheibe 1 auf ein Mindestmaß reduziert werden. Zur Zentrierung der Kontaktscheibe 1 kann beispielsweise eine vorstehende Kante in einem Kontaktkörper verwendet werden, die von innen in den ausgedrehten Innenbereich 7 greift.A large radius of the rounding off 3 on the circumference of the contact disc 1 requires a larger thickness at this point. A larger thickness is not desirable because of the eddy currents. For example, by unscrewing the contact disc 1 indoor 7 The thickness can be within wide limits and regardless of the radius of the rounding 3 be reduced. Thus, the effect of unwanted eddy currents indoors 7 the contact disc 1 be reduced to a minimum. For centering the contact disc 1 For example, a protruding edge can be used in a contact body, which from the inside in the inner turned-out area 7 attacks.

Claims

Method for producing a contact disk ( 1 ) for a vacuum switching tube, in which an output form for the contact disc ( 1 ) is provided and by means of milling at least one slot ( 2 ) for reducing eddy currents in the contact disc ( 1 ) is introduced, characterized in that at the transition of the edge of the slot ( 2 ) to the outer edge of the contact disc ( 1 ) by milling a first rounding ( 5 ) of the transition is generated.

Method according to claim 1, wherein the radius of the first rounding ( 5 ) at least equal to the width of the slot ( 2 ).

Method according to claim 1 or 2, wherein for the contact disc ( 1 ) a border area ( 6 ) and an interior ( 7 ) and the thickness of the contact disc ( 1 ) indoor ( 7 ) compared to the thickness in the edge region ( 6 ) is reduced.

A method according to claim 3, wherein at the outer edge of the contact disc ( 1 ) a second rounding off ( 3 ) of the edge whose radius is greater than the thickness of the contact disk ( 1 ) indoor ( 7 ).

Method according to claim 4, wherein the second rounding ( 3 ) at the edges of the slot ( 2 ), so that a continuous rounding ( 3 . 4 ) at the edge of the contact disc ( 1 ) and the adjoining edges of the slot ( 2 ) is formed.

Method according to one of the preceding claims, wherein at least four slots ( 2 ), in particular at least six slots ( 2 ) for reducing eddy currents in the contact disc ( 1 ) be generated.

Method according to one of the preceding claims, in which at least one of the slots ( 2 ) is generated in a straight line.

Method according to one of Claims 1 to 6, in which at least one of the slots ( 2 ) is bent or angled produced.

Method according to one of the preceding claims, in which at least one of the slots ( 2 ) is generated in the radial direction.

Method according to one of claims 1 to 8, wherein at least one of the slots ( 2 ) is generated in a spiral manner deviating from the radial direction.