DE102014205395A1 - Axialmagnetfeld-Kontaktanordnung - Google Patents

Axialmagnetfeld-Kontaktanordnung Download PDF

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Abstract

Axialmagnetfeld-Kontaktanordnung (AMFK) mit einem Fest- Schaltkontakt und einem in Axialrichtung (A) beweglichen Schaltkontakt (1A, 1B), die jeweils von einer aus einem weichmagnetischen Material bestehenden Scheibeneinlage (2A, 2B) umgeben sind, welche die Magnetfeldstärke eines Axialmagnetfeldes zwischen den beiden Schaltkontakten (1A, 1B) verstärkt.

Description

  • Die Erfindung betrifft eine Axialmagnetfeld-Kontaktanordnung, welche in einem Vakuum-Leistungsschalter einsetzbar ist, und insbesondere eine weichmagnetische Scheibeneinlage für eine derartige Axialmagnetfeld-Kontaktanordnung.
  • Im Bereich der Energietechnik werden zum Schließen und Trennen elektrischer Verbindungen Schalter eingesetzt, bei denen zwei Kontakte in einem evakuierten, vakuumdichten Gehäuse untergebracht sind. Mindestens einer der beiden Kontakte ist dabei beweglich in Bezug auf den anderen Kontakt ausgebildet. Die Kontaktanordnung muss dabei in der Lage sein, einen in einem Stromnetz bzw. Verbraucher im Fehlerfall auftretenden Kurzschlussstrom zu unterbrechen. In diesem Fall verursacht ein bei der Kontaktöffnung zwischen den beiden Kontakten entstehender Lichtbogen eine lokale Erhitzung der Kontaktoberflächen, die mit einer Freisetzung von Metalldampf verbunden sein kann.
  • Ein Vakuumschalter ist ein Leistungsschalter, bei dem sich die Kontakte zur Reduzierung des unerwünschten Schaltlichtbogens in einem Vakuum bzw. einem Unterdruckraum befinden. Vakuumschalter werden bevorzugt bei Mittelspannungsschaltanlagen mit Spannungen bis zu ca. 40 KV eingesetzt. Die im Vakuum befindlichen Schaltkontakte werden elektromagnetisch oder über ein mechanisches Gestänge angetrieben.
  • Da im Kontaktbereich kein Gas vorhanden ist, welches bei einem Schaltvorgang ionisiert werden kann, kommt es bei der Kontaktöffnung zu einem vergleichsweise kleinen Metalldampflichtbogen, welcher aus verdampftem Oberflächenmaterial der Schaltkontakte gespeist wird.
  • Da sich der Lichtbogen durch das Eigenmagnetfeld bis auf einen Minimaldurchmesser einschnürt, bei dem sich der Magnetfelddruck und der hydrodynamische Gasdruck die Waage halten, wird die Schaltleistung bei einfachen Plattenkontakten im Wesentlichen durch das Verhalten des Kontaktmaterials der Schaltkontakte begrenzt und kann nicht beliebig durch Vergrößerung des Kontaktdurchmessers erhöht werden.
  • Zur Erhöhung der Schaltleistung kann den Kontakten im Schaltfall ein axiales Magnetfeld überlagert werden. Dieses axiale Magnetfeld behindert eine Kontraktion des Lichtbogens aufgrund des Eigenmagnetfeldes und führt zu dessen Auffächerung. Durch die Auffächerung wird die lokale thermische Belastung der Kontaktoberfläche vermindert, sodass die Metalldampferzeugung reduziert wird und die Obergrenze für den zu unterbrechenden Kurzschlussstrom erhöht werden kann.
  • Bei einer herkömmlichen Axialmagnetfeld-Kontaktanordnung wird das axiale Magnetfeld allein durch die Geometrie der Schaltkontakte geformt, sodass die erreichbare Schaltleistung der Axialmagnetfeld-Kontaktanordnung begrenzt ist.
  • Es ist daher eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung, eine Axialmagnetfeld-Kontaktanordnung zu schaffen, bei der die mögliche Schaltleistung gesteigert wird.
  • Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß durch eine Axialmagnetfeld-Kontaktanordnung mit den in Patentanspruch 1 angegebenen Merkmalen gelöst.
  • Die Erfindung schafft demnach eine Axialmagnetfeld-Kontaktanordnung mit einem Fest-Schaltkontakt und einem in Axialrichtung beweglichen Schaltkontakt, die jeweils von einer aus einem weichmagnetischen Material bestehenden Scheibeneinlage umgeben sind, welche die Magnetfeldstärke eines Axialmagnetfeldes zwischen den beiden Schaltkontakten verstärkt.
  • Bei einer möglichen Ausführungsform der erfindungsgemäßen Axialmagnetfeld-Kontaktanordnung weisen die beiden Schaltkontakte jeweils einen topfförmigen Kontaktträger auf, der von einer zugehörigen weichmagnetischen Scheibeneinlage umfasst ist.
  • Bei einer weiteren möglichen Ausführungsform der erfindungsgemäßen Axialmagnetfeld-Kontaktanordnung sind die beiden aus weichmagnetischem Material bestehenden Scheibeneinlagen von einem Strompfad isoliert.
  • Bei einer weiteren möglichen Ausführungsform der erfindungsgemäßen Axialmagnetfeld-Kontaktanordnung sind die beiden aus einem weichmagnetischen Material bestehenden Scheibeneinlagen jeweils zylinderförmig ausgebildet und weisen jeweils zwei zueinander beabstandete in Axialrichtung parallel verlaufende Umfangsränder auf, die einen in Axialrichtung ausgebildeten zylindermantelförmigen Rand des jeweiligen topfförmigen Kontaktträgers beidseitig umfassen.
  • Bei einer weiteren möglichen Ausführungsform der erfindungsgemäßen Axialmagnetfeld-Kontaktanordnung ist der zylindermantelförmige Rand des topfförmigen Kontaktträgers durch im Wesentlichen quer zu der Axialrichtung verlaufende Schlitze segmentiert.
  • Bei einer weiteren möglichen Ausführungsform der erfindungsgemäßen Axialmagnetfeld-Kontaktanordnung sind die im Wesentlichen quer zu der Axialrichtung verlaufenden Schlitze stufenförmig ausgebildete Schlitze des topfförmigen Kontaktträgers, die in Axialrichtung verlaufende kurze Schlitzabschnitte und quer zu der Axialrichtung verlaufende lange Schlitzabschnitte aufweisen.
  • Bei einer weiteren möglichen Ausführungsform der erfindungsgemäßen Axialmagnetfeld-Kontaktanordnung ist zur lokalen Begrenzung einer Axialkomponente eines durch die Kontaktanordnung hindurchfließenden Stromes die Länge der in Axialrichtung verlaufenden Schlitzabschnitte geringer als die Länge der quer zu der Axialrichtung verlaufenden Schlitzabschnitte.
  • Bei einer weiteren möglichen Ausführungsform der erfindungsgemäßen Axialmagnetfeld-Kontaktanordnung sind die beiden topfförmigen Kontaktträger jeweils mit einem Stromzuführungsbolzen der Axialmagnetfeld-Kontaktanordnung verbunden.
  • Bei einer weiteren möglichen Ausführungsform der erfindungsgemäßen Axialmagnetfeld-Kontaktanordnung entspricht der Abstand der beiden in Axialrichtung parallel zueinander verlaufenden Umfangsränder der Scheibeneinlage der Dicke des zylindermantelförmigen Randes des zugehörigen topfförmigen Kontaktträgers und einer Isolierung zwischen der Scheibeneinlage und dem Kontaktträger.
  • Bei einer weiteren möglichen Ausführungsform der erfindungsgemäßen Axialmagnetfeld-Kontaktanordnung sind eine Bodenfläche des topfförmigen Kontaktträgers und die Scheibeneinlage zur Reduzierung von Wirbelströmen geschlitzt ausgebildet.
  • Bei einer weiteren möglichen Ausführungsform der erfindungsgemäßen Axialmagnetfeld-Kontaktanordnung sind die beiden in Axialrichtung parallel zueinander verlaufenden Umfangsränder der Scheibeneinlage über einen Umfangssteg miteinander verbunden, in dem sich mehrere in Umfangsrichtung verlaufende längliche Stromflussöffnungen befinden.
  • Bei einer weiteren möglichen Ausführungsform der erfindungsgemäßen Axialmagnetfeld-Kontaktanordnung verstärken die beiden aus einem weichmagnetischen Material bestehenden Scheibeneinlagen die Magnetfeldstärke des Axialmagnetfeldes derart, dass bei einem Öffnen der Kontaktanordnung ein dabei entstehender Lichtbogen stabilisiert und radial aufgefächert wird, um eine Kontraktion des Lichtbogens zu verhindern.
  • Bei einer weiteren möglichen Ausführungsform der erfindungsgemäßen Axialmagnetfeld-Kontaktanordnung ist die Axialmagnetfeld-Kontaktanordnung in einer Vakuumkammer vorgesehen.
  • Bei einer weiteren möglichen Ausführungsform der erfindungsgemäßen Axialmagnetfeld-Kontaktanordnung fließt in einem geschlossenen Schaltzustand der Axialmagnetfeld-Kontaktanordnung ein elektrischer Strom von einem ersten Stromführungsbolzen zu dem topfförmigen Kontaktträger eines ersten Schaltkontaktes und wird durch die geschlitzte Bodenfläche des topfförmigen Kontaktträgers radial aufgefächert, wobei der aufgefächerte elektrische Strom durch die Stromflussöffnungen einer ersten weichmagnetischen Scheibeneinlage durch den zylinderförmigen Rand des topfförmigen Kontaktträgers zu einer Kontaktfläche des ersten Schaltkontaktes fließt, welche eine Kontaktfläche eines zweiten Schaltkontaktes berührt, wobei der elektrische Strom von der Kontaktfläche des zweiten Schaltkontaktes durch den zylindermantelförmigen Rand des topfförmigen Kontaktträgers des zweiten Schaltkontaktes hindurch durch die Stromflussöffnungen einer zweiten weichmagnetischen Scheibeneinlage zu der geschlitzten Bodenfläche des topfförmigen Kontaktträgers des zweiten Schaltkontaktes fließt und dort radial gebündelt zu einem zweiten Stromführungsbolzen der Axialmagnetfeld-Kontaktanordnung geleitet wird.
  • Die Erfindung schafft ferner einen Vakuum-Leistungsschalter mit den in Patentanspruch 15 angegebenen Merkmalen.
  • Die Erfindung schafft demnach einen Vakuum-Leistungsschalter mit einer Axialmagnetfeld-Kontaktanordnung, die einen Fest-Schaltkontakt und einen in Axialrichtung beweglichen Schaltkontakt aufweist, die jeweils von einer aus einem weichmagnetischen Material bestehenden Scheibeneinlage umgeben sind, welche die Magnetfeldstärke eines Axialmagnetfeldes zwischen den beiden Schaltkontakten verstärkt.
  • Die Erfindung schafft ferner eine weichmagnetische Scheibeneinlage für eine Axialmagnetfeld-Kontaktanordnung mit den in Patentanspruch 16 angegebenen Merkmalen.
  • Die Erfindung schafft demnach eine weichmagnetische Scheibeneinlage für eine Axialmagnetfeld-Kontaktanordnung, wobei die weichmagnetische Scheibeneinlage zylinderförmig ausgebildet ist und zwei zueinander beabstandete in Axialrichtung parallel zueinander verlaufende Umfangsränder aufweist, die über einen Umfangssteg miteinander verbunden sind, in dem sich mehrere in Umfangsrichtung verlaufende Stromflussöffnungen befinden.
  • Im Weiteren werden mögliche Ausführungsformen der erfindungsgemäßen Axialmagnetfeld-Kontaktanordnung, des erfindungsgemäßen Vakuum-Leistungsschalters und der erfindungsgemäßen weichmagnetischen Scheibeneinlage für eine Axialmagnetfeld-Kontaktanordnung unter Bezugnahme auf die beigefügten Figuren näher erläutert.
  • Es zeigen:
  • 1 eine perspektivische teilweise geschnittene Ansicht einer Axialmagnetfeld-Kontaktanordnung gemäß der Erfindung;
  • 2 eine Schnittansicht einer Ausführungsform der erfindungsgemäßen Axialmagnetfeld-Kontaktanordnung;
  • 3 eine Ansicht auf eine Kontaktgeometrie ohne Scheibeneinlagen;
  • 4 eine Darstellung einer möglichen Ausführungsform einer weichmagnetischen Scheibeneinlage gemäß der Erfindung;
  • 5 eine Ansicht auf eine Axialmagnetfeld-Kontaktanordnung ohne weichmagnetische Scheibeneinlagen;
  • 6 eine Ansicht auf eine Axialmagnetfeld-Kontaktanordnung mit weichmagnetischen Scheibeneinlagen.
  • 1 zeigt eine perspektivische teilweise geschnittene Ansicht zur Darstellung einer möglichen Ausführungsform einer erfindungsgemäßen Axialmagnetfeld-Kontaktanordnung AMFK. Die Axialmagnetfeld-Kontaktanordnung AMFK besitzt zwei einander gegenüberliegende Schaltkontakte 1A, 1B, wobei mindestens einer der beiden Schaltkontakte 1A, 1B ein beweglicher Schaltkontakt ist, der in Axialrichtung, d.h. entlang der Axialachse A, beweglich angeordnet ist. Die beiden Schaltkontakte 1A, 1B, sind jeweils von einer Scheibeneinlage 2A, 2B umgeben. Diese Scheibeneinlagen 2A, 2B bestehen vorzugsweise aus einem weichmagnetischen Material und verstärken die Magnetfeldstärke eines Axialmagnetfeldes zwischen den beiden Schaltkontakten 1A, 1B. Das Axialmagnetfeld bildet eine Feldkomponente des Magnetfeldes in Richtung der Axialachse A. Die beiden Schaltkontakte 1A, 1B besitzen jeweils einen topfförmigen Kontaktträger 3A, 3B, der von einer zugehörigen weichmagnetischen Scheibeneinlage 2A, 2B umfasst wird, wie in den 1, 2 dargestellt.
  • 4 zeigt eine perspektivische Ansicht einer weichmagnetischen Scheibeneinlage 2A, 2B, wie sie bei der erfindungsgemäßen Axialmagnetfeld-Kontaktanordnung AMFK gemäß 1, 2 eingesetzt werden kann. Wie man aus 4 erkennen kann, sind die beiden aus einem weichmagnetischen Material bestehenden Scheibeneinlagen 2A, 2B jeweils zylinderförmig ausgebildet und weisen jeweils zwei zueinander beabstandete in Axialrichtung zueinander parallel verlaufende Umfangsränder 4, 5 auf. Der Umfangsrand 4 bildet den inneren Umfangsrand und der Umfangsrand 5 bildet den äußeren Umfangsrand der jeweiligen weichmagnetischen Scheibeneinlage 2. Die beiden Umfangsränder 4, 5 umfassen einen in Axialrichtung ausgebildeten zylindermantelförmigen Rand des jeweiligen topfförmigen Kontaktträgers 3A, 3B, wie in den 1, 2 dargestellt. Die beiden parallel in Axialrichtung zueinander verlaufenden Umfangsränder 4, 5 sind über einen Umfangssteg 6 miteinander verbunden, in dem sich mehrere in Umfangsrichtung verlaufende Stromflussöffnungen 10-c befinden, wie in 4 dargestellt. Die beiden topfförmigen Kontaktträger 3A, 3B, die in 3 ohne die umgebenden Scheibeneinlagen 2A, 2B dargestellt sind, sind jeweils mit einem Stromzuführungsbolzen 7A, 7B verbunden. Der Abstand der beiden in Axialrichtung parallel zueinander verlaufenden Umfangsränder 4, 5 der Scheibeneinlagen 2 entspricht vorzugsweise der Dicke des zylindermantelförmigen Mantels des zugehörigen topfförmigen Kontaktträgers und einer Isolierung zwischen der Scheibeneinlage 2A, 2B und dem Kontaktträger 3A, 3B. Der obere Kontaktträger 3A des Schaltkontaktes 1A trägt eine erste Kontaktfläche 9A. Der andere Kontaktträger 3B des zweiten Schaltkontaktes 1B trägt eine zweite Kontaktfläche 9B. In einem geschlossenen Schaltzustand der Axialmagnetfeld-Kontaktanordnung AMFK berühren sich die beiden Kontaktflächen 9A, 9B der beiden Schaltkontakte 1A, 1B. In einem geöffneten Schaltzustand der Axialmagnetfeld-Kontaktanordnung AMFK sind die beiden Kontaktflächen 9A, 9B der beiden Schaltkontakte 1A, 1B voneinander getrennt, sodass ein Spalt zwischen den beiden Schaltkontaktflächen 9A, 9B entsteht, der einen Abstand S aufweist, wie in den 1, 2 dargestellt. Die beiden topfförmigen Kontaktträger 3A, 3B besitzen jeweils eine Bodenfläche bzw. eine Kappe 8A, 8B, die vorzugsweise zur Reduzierung von Wirbelströmen geschlitzt ausgebildet sind, wie beispielsweise in 1 erkennbar. Die beiden topfförmigen Kontaktträger 3A, 3B sind vorzugsweise derart ausgestaltet, dass sie ein geringes Eigengewicht besitzen und somit beim Schaltvorgang eine geringe Trägheit aufweisen. Vorzugsweise sind die topfförmigen Kontaktträger 3A, 3B zylinderförmig und besitzen eine Mantelfläche, wobei ihr Innenraum hohl ist.
  • Die beiden aus einem weichmagnetischen Material bestehenden Scheibeneinlagen 2A, 2B verstärken beim Schalten die Magnetfeldstärke des Axialmagnetfeldes derart, dass bei einem Öffnen der Kontaktanordnung ein dabei entstehender Lichtbogen L stabilisiert und radial aufgefächert wird, um eine Kontraktion des Lichtbogens L zu verhindern. In 1 ist schematisch ein Lichtbogen L angedeutet, der zwischen den Schaltkontaktflächen 9A, 9B der beiden Schaltkontakte 1A, 1B beim Öffnen der Axialmagnetfeld-Kontaktanordnung AMFK entsteht. Dieser Lichtbogen L wird diffus gehalten, d.h. es wird verhindert, dass sich der Lichtbogen L selbst kontrahiert. Hierdurch wird der Abbrand der Schaltkontaktflächen 9A, 9B reduziert, sodass weniger Metalldampf entsteht. Das verstärkte Axialmagnetfeld stabilisiert auf diese Weise den Lichtbogen L. Die in den 1, 2 dargestellte Axialmagnetfeld-Kontaktanordnung AMFK ist vorzugsweise in einer Vakuum- bzw. Unterdruckkammer vorgesehen mit einem Druck von beispielsweise weniger als 10–7 bar.
  • 3 zeigt die erfindungsgemäße Axialmagnetfeld-Kontaktanordnung AMFK ohne die beiden Scheibeneinlagen 2A, 2B, d.h. man erkennt direkt die topfförmigen Kontaktträger 3A, 3B, welche die Schaltkontaktflächen 9A, 9B tragen. Wie man erkennen kann, weisen die beiden topfförmigen Kontaktträger 3A, 3B jeweils einen zylindermantelförmigen Rand bzw. Mantel auf. Dieser zylinderförmige Mantel der topfförmigen Kontaktträger 3A, 3B ist vorzugsweise jeweils durch im Wesentlichen quer zu der Axialrichtung A verlaufende Schlitze segmentiert. Die im Wesentlichen quer zu der Axialrichtung A verlaufenden Schlitze sind bei der dargestellten Ausführungsform stufenförmig ausgebildete Schlitze. Diese stufenförmig ausgebildeten Schlitze weisen in Axialrichtung A verlaufende relativ kurze Schlitzabschnitte und quer zu der Axialrichtung verlaufende relativ lange Schlitzabschnitte auf. Zur lokalen Begrenzung einer Axialkomponente eines durch die Kontaktanordnung hindurchfließenden Stromes I ist die Länge der in Axialrichtung A verlaufenden Schlitzabschnitte geringer als die Länge der quer zu der Axialrichtung in 3 horizontal verlaufenden Schlitzabschnitte. Durch die Schlitze bilden die topfförmigen Kontaktträger 3A, 3B einen stromführenden Spulenkörper, der bei hindurchfließenden Strom I ein Magnetfeld M hervorruft. Durch die Formgebung der Schlitze, welche den Körper segmentieren, ist die Axialkomponente des Stromes I lokal begrenzt, sodass ein annähernd ideales axiales Magnetfeld M generiert wird. Dieses Magnetfeld M verhindert eine Sättigung der magnetisierbaren Scheibeneinlagen 2A, 2B, welche die Kontaktträger 3A, 3B umfassen, durch eine nicht gewünschte Feldkomponente des Magnetfeldes M. Die Kontaktträger 3A, 3B weisen somit vorzugsweise eine besondere Kontaktgeometrie auf, um einerseits Wirbelströme zu minimieren und andererseits ein nahezu ideales Axialmagnetfeld zu generieren. Die weichmagnetischen Scheibeneinlagen 2A, 2B sind dabei vorzugsweise derart geformt, dass sie das zu verstärkende Magnetfeld möglichst lange führen. Ferner sorgt die optimierte Kontaktgeometrie dafür, dass die weichmagnetischen magnetisierbaren Scheibeneinlagen 2A, 2B nicht durch andere Magnetfeldkomponenten, welche von der axialen Magnetfeldkomponente abweichen, gesättigt werden. Die beiden Bodenflächen der topfförmigen Kontaktflächen 3A, 3B und die Scheibeneinlagen 2A, 2B sind vorzugsweise zur Reduzierung von Wirbelströmen geschlitzt ausgebildet.
  • 4 zeigt eine perspektivische Ansicht auf eine weichmagnetische Scheibeneinlage 2, die bei der erfindungsgemäßen Axialmagnetfeld-Kontaktanordnung AMFK verwendet werden kann. Die Scheibeneinlage 2 ist zylinderförmig ausgebildet und weist zwei zueinander beabstandete in Axialrichtung A parallel zueinander verlaufende Umfangsränder 4, 5 auf, die über einen Umfangssteg 6 miteinander verbunden sind. In dem Umfangssteg 6 befinden sich mehrere in Umfangsrichtung verlaufende längliche Stromflussöffnungen 10-1 bis 10-6. In dem in 4 dargestellten Ausführungsbeispiel besitzt somit die verwendete weichmagnetische Scheibeneinlage 2 sechs Stromflussöffnungen 10-i. Die Anzahl der Stromflussöffnungen 10-i kann je nach Anwendungsfall variieren. Bei einer möglichen Ausführungsform weist die weichmagnetische Scheibeneinlage 2 einen Durchmesser im Bereich von 60 bis 180 mm auf. Bei einer möglichen Ausführungsform ist die aus weichmagnetischem Material bestehende Scheibeneinlage 2 von einer elektrisch isolierenden Schicht umgeben, um sie von dem Strompfad, welcher durch die Stromflussöffnungen 10-i führt, zu isolieren. Die Scheibeneinlage 2 besteht vorzugsweise aus einem weichmagnetischen ferromagnetischen Material, beispielsweise Eisen oder einem ähnlichen ferromagnetischen Material. Die in 4 dargestellte weichmagnetische Scheibeneinlage 2 ist als Bügel ausgeführt, damit sie das durch den elektrischen Strom I erzeugte Axialmagnetfeld möglichst lange führen kann und es somit zu einer maximalen Verstärkung des Axialmagnetfeldes kommt. Je kleiner die zu überbrückenden Luftspalte in dem magnetischen Kreis sind, desto besser ist die Verstärkung durch die weichmagnetische Scheibeneinlage 2.
  • 5 zeigt eine schräge Draufsicht auf eine Axialmagnetfeld-Kontaktanordnung AMFK gemäß der Erfindung ohne weichmagnetische Scheibeneinlagen 2. Demgegenüber zeigt 6 eine schräge Draufsicht auf die erfindungsgemäße Axialmagnetfeld-Kontaktanordnung AMFK mit weichmagnetischen Scheibeneinlagen 2A, 2B. Die erfindungsgemäße Axialmagnetfeld-Kontaktanordnung AMFK kann in einem Vakuum-Leistungsschalter eingesetzt werden.
  • In einem geschlossenen Schaltzustand der Axialmagnetfeld-Kontaktanordnung AMFK fließt ein elektrischer Strom I von einem ersten Stromführungsbolzen 7A zu dem damit verbundenen topfförmigen Kontaktträger 3A eines ersten Schaltkontaktes 1A und wird dabei durch die geschlitzte Bodenfläche 8A des topfförmigen Kontaktträgers 3A radial aufgefächert. Der radial aufgefächerte elektrische Strom fließt anschließend durch die verschiedenen Stromflussöffnungen 10-i der ersten weichmagnetischen Scheibeneinlage 2A hindurch und von dort durch den zylinderförmigen Rand des topfförmigen Kontaktträgers 3A zu der Kontaktfläche 9A des ersten Schaltkontaktes 1A. In dem geschlossenen Schaltzustand der Axialmagnetfeld-Kontaktanordnung AMFK berührt die erste Schaltkontaktfläche 9A die Schaltkontaktfläche 9B des zweiten Schaltkontaktes 1B. Somit fließt der Strom I von der Kontaktfläche 9A über die Kontaktfläche 9B des zweiten Schaltkontaktes 1B durch den zylindermantelförmigen Rand des topfförmigen Kontaktträgers 3B des zweiten Schaltkontaktes 1B hindurch durch die Stromflussöffnungen 10-i der zweiten weichmagnetischen Scheibeneinlage 2B und von dort zu der geschlitzten Bodenfläche 8B des topfförmigen zweiten Kontaktträgers 3B des zweiten Schaltkontaktes 1B. Hier wird der Strom wieder radial gebündelt und zu dem zweiten Stromführungsbolzen 7B der Axialmagnetfeld-Kontaktanordnung AMFK geleitet. Die erfindungsgemäße Axialmagnetfeld-Kontaktanordnung AMFK führt zu einer Steigerung bzw. Verstärkung des Axialmagnetfeldes, insbesondere bei Vakuumschaltern, durch die Verwendung von weichmagnetischen Scheibeneinlagen 2 in einer besonderen Form sowie durch eine besondere Geometrie der Kontaktträgeranordnung.

Claims (16)

  1. Axialmagnetfeld-Kontaktanordnung (AMFK) mit einem Fest-Schaltkontakt und einem in Axialrichtung (A) beweglichen Schaltkontakt (1A, 1B), die jeweils von einer aus einem weichmagnetischen Material bestehenden Scheibeneinlage (2A, 2B) umgeben sind, welche die Magnetfeldstärke eines Axialmagnetfeldes zwischen den beiden Schaltkontakten (1A, 1B) verstärkt.
  2. Axialmagnetfeld-Kontaktanordnung nach Anspruch 1, wobei die beiden Schaltkontakte (1A, 1B) jeweils einen topfförmigen Kontaktträger (3A, 3B) aufweisen, der von einer zugehörigen weichmagnetischen Scheibeneinlage (2A, 2B) umfasst ist.
  3. Axialmagnetfeld-Kontaktanordnung nach Anspruch 1 oder 2, wobei die beiden aus weichmagnetischem Material bestehenden Scheibeneinlagen (2A, 2B) von einem Strompfad isoliert sind.
  4. Axialmagnetfeld-Kontaktanordnung nach einem der vorangehenden Ansprüche 1 bis 3, wobei die beiden aus einem weichmagnetischen Material bestehenden Scheibeneinlagen (2A, 2B) jeweils zylinderförmig ausgebildet sind und jeweils zwei zueinander beabstandete in Axialrichtung (A) parallel verlaufende Umfangsränder (4A, 4B, 5A, 5B) aufweisen, die einen in Axialrichtung (A) ausgebildeten zylindermantelförmigen Rand des jeweiligen topfförmigen Kontaktträgers (3A, 3B) beidseitig umfassen.
  5. Axialmagnetfeld-Kontaktanordnung nach Anspruch 4, wobei der zylindermantelförmige Rand des topfförmigen Kontaktträgers (3A, 3B) durch im Wesentlichen quer zur Axialrichtung (A) verlaufende Schlitze segmentiert ist.
  6. Axialmagnetfeld-Kontaktanordnung nach Anspruch 5, wobei die im Wesentlichen quer zur Axialrichtung (A) verlaufenden Schlitze stufenförmig ausgebildete Schlitze des topfförmigen Kontaktträgers (3A, 3B) sind, die in Axialrichtung (A) verlaufende kurze Schlitzabschnitte und quer zu der Axialrichtung (A) verlaufende lange Schlitzabschnitte aufweisen.
  7. Axialmagnetfeld-Kontaktanordnung nach Anspruch 6, wobei zur lokalen Begrenzung einer Axialkomponente eines durch die Kontaktanordnung hindurchfließenden Stromes die Länge der in Axialrichtung (A) verlaufenden Schlitzabschnitte geringer ist als die Länge der quer zu der Axialrichtung (A) verlaufenden Schlitzabschnitte.
  8. Axialmagnetfeld-Kontaktanordnung nach einem der vorangehenden Ansprüche 4 bis 7, wobei die beiden topfförmigen Kontaktträger (3A, 3B) jeweils mit einem Stromzuführungsbolzen (7A, 7B) der Axialmagnetfeld-Kontaktanordnung (AMFK) verbunden sind.
  9. Axialmagnetfeld-Kontaktanordnung nach einem der vorangehenden Ansprüche 4 bis 8, wobei der Abstand der beiden in Axialrichtung parallel zueinander verlaufenden Umfangsränder (4, 5) der Scheibeneinlage (2) der Dicke des zylindermantelförmigen Randes des zugehörigen topfförmigen Kontaktträgers und einer Isolierung zwischen der Scheibeneinlage (2) und dem Kontaktträger entspricht.
  10. Axialmagnetfeld-Kontaktanordnung nach einem der vorangehenden Ansprüche 4 bis 9, wobei eine Bodenfläche des topfförmigen Kontaktträgers (3) und die Scheibeneinlage (2) zur Reduzierung von Wirbelströmen geschlitzt ausgebildet sind.
  11. Axialmagnetfeld-Kontaktanordnung nach einem der vorangehenden Ansprüche 4 bis 10, wobei die beiden in Axialrichtung parallel zueinander verlaufenden Umfangsränder (4, 5) der Scheibeneinlage (2) über einen Umfangssteg (6) miteinander verbunden sind, in dem sich mehrere in Umfangsrichtung verlaufende längliche Stromflussöffnungen (10) befinden.
  12. Axialmagnetfeld-Kontaktanordnung nach einem der vorangehenden Ansprüche 1 bis 11, wobei die beiden aus einem weichmagnetischen Material bestehenden Scheibeneinlagen (2A, 2B) die Magnetfeldstärke des Axialmagnetfeldes derart verstärken, dass bei einem Öffnen der Kontaktanordnung ein dabei entstehender Lichtbogen (L) stabilisiert und radial aufgefächert wird, um eine Kontraktion des Lichtbogens (L) zu verhindern.
  13. Axialmagnetfeld-Kontaktanordnung nach einem der vorangehenden Ansprüche 1 bis 12, wobei die Axialmagnetfeld-Kontaktanordnung (AMFK) in einer Vakuumkammer vorgesehen ist.
  14. Axialmagnetfeld-Kontaktanordnung nach einem der vorangehenden Ansprüche 4 bis 13, wobei in einem geschlossenen Schaltzustand der Axialmagnetfeld-Kontaktanordnung (AMFK) elektrischer Strom von einem ersten Stromführungsbolzen (7A) zu dem topfförmigen Kontaktträger (3A) eines ersten Schaltkontaktes (1A) fließt und durch die geschlitzte Bodenfläche des topfförmigen Kontaktträgers (3A) radial aufgefächert wird, wobei der aufgefächerte elektrische Strom durch die Stromflussöffnungen einer ersten weichmagnetischen Scheibeneinlage (2A) durch den zylinderförmigen Rand des topfförmigen Kontaktträgers (3A) zu einer Kontaktfläche (9A) des ersten Schaltkontaktes (1A) fließt, welche eine Kontaktfläche (9B) des zweiten Schaltkontaktes (1B) berührt, wobei der elektrische Strom von der Kontaktfläche (9B) des zweiten Schaltkontaktes (1B) durch den zylindermantelförmigen Rand des topfförmigen Kontaktträgers (3B) des zweiten Schaltkontaktes (1B) hindurch durch die Stromflussöffnungen einer zweiten weichmagnetischen Scheibeneinlage (2B) zu der geschlitzten Bodenfläche des topfförmigen Kontaktträgers (3B) des zweiten Schaltkontaktes (1B) fließt und dort radial gebündelt zu einem zweiten Stromführungsbolzen (7B) der Axialmagnetfeld-Kontaktanordnung geleitet wird.
  15. Vakuum-Leistungsschalter mit mindestens einer Axialmagnetfeld-Kontaktanordnung nach einem der vorangehenden Ansprüche 1 bis 14.
  16. Weichmagnetische Scheibeneinlage (2) für eine Axialmagnetfeld-Kontaktanordnung (AMFK) nach einem der vorangehenden Ansprüche 1 bis 14, wobei die weichmagnetische Scheibeneinlage (2) zylinderförmig ausgebildet ist und zwei zueinander beabstandete in Axialrichtung parallel zueinander verlaufende Umfangsränder (4, 5) aufweist, die über einen Umfangssteg (6) miteinander verbunden sind, in dem sich mehrere in Umfangsrichtung verlaufende Stromflussöffnungen (10) befinden.
DE102014205395.1A 2014-03-24 2014-03-24 Axialmagnetfeld-Kontaktanordnung Withdrawn DE102014205395A1 (de)

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