DE10221363C1 - Topfförmiger Schaltkontakt mit Metalldampfabschirmung - Google Patents

Abstract

Um bei einem Schaltkontakt (1) für einen Vakuumschalter zum Schalten eines Stromes, insbesondere im Bereich der Mittelspannung, mit einem Kontaktträger (2), der einen hohlzylindrischen Spulenkörper (5) sowie eine Bodenwandung (4) aufweist, und mit einer Kontaktscheibe (3), die an der von der Bodenwandung (4) abgewandten Seite des Spulenkörpers (5) angeordnet ist, wobei der Kontaktträger (2) und die Kontaktscheibe (3) Schlitze (6, 9) aufweisen, durch die bei einem Stromfluss über den Schaltkontakt (1) ein Magnetfeld erzeugbar ist, das Auftreten von unerwünschten Kurzschlussströmen in den Schlitzen des Kontaktträgers zu verhindern, wird vorgeschlagen, dass im Inneren (10) des hohlzylindrischen Spulenkörpers (5) eine Metalldampfabschirmung (13) angeordnet ist, die eine gegenüber dem Material des Schaltkontaktes (1) verringerte elektrische Leitfähigkeit sowie verringerte magnetische Suszeptilität aufweist und die die Schlitze (6, 9) des Kontaktträgers (2) gegen durch die Schlitze der Kontaktscheibe eintretenden Metalldampf abschottet.

Description

Die Erfindung betrifft einen Schaltkontakt für einen Vakuum­ schalter zum Schalten eines Stromes, insbesondere im Bereich der Mittelspannung, mit einem Kontaktträger, der einen hohl­ zylindrischen Spulenkörper sowie eine Bodenwandung aufweist, und mit einer Kontaktscheibe, die an der von der Bodenwandung abgewandten Seite des Spulenkörpers angeordnet ist, wobei der Kontaktträger und die Kontaktscheibe Schlitze aufweisen, durch die bei einem Stromfluss über den Schaltkontakt ein Magnetfeld erzeugbar ist.

Ein solcher Schaltkontakt ist aus der DE 34 15 743 A1 bereits bekannt. Der dort offenbarte Kontaktträger ist topfförmig ausgestaltet und weist einen hohlzylindrischen Spulenkörper sowie eine sich an diesen anschließende Bodenwandung auf. In dem Spulenkörper sind gleichsinnig zu dessen Längsachse ge­ neigte Schlitze vorgesehen, durch die spiralförmig verlau­ fende Leiterbahnen begrenzt sind. Die Bodenwandung weist in Verlängerung der Schlitze im Spulenkörper ebenfalls Boden­ schlitze auf, die gekrümmt verlaufen und den Windungssinn der Schlitze des Spulenabschnitts fortsetzen. An der von der Bo­ denwandung abgewandten Seite des Spulenkörpers ist eine plan ausgestaltete Kontaktscheibe vorgesehen, die ebenfalls Schlitze aufweist, die den Verlauf der Schlitze des Spulen­ körpers verlängern.

In einer Vakuumschaltröhre sind zwei solcher Schaltkontakte einander gegenüberliegend angeordnet, wobei einer der Schalt­ kontakte beweglich gelagert und über eine Antriebsbewegung in eine Kontaktstellung überführbar ist, in der die Schaltstücke mit ihren Kontaktscheiben aneinander anliegen. Zur Stromun­ terbrechung werden die Schaltkontakte in eine Unterbrecher­ stellung auseinanderbewegt, wobei insbesondere im Bereich der Mittelspannungstechnik ein Lichtbogen gezogen wird, der durch Materialverdampfung die Kontaktscheiben beansprucht.

Durch die spiralförmigen Leiterbahnen des Schaltkontaktes wird ein zur Vermeidung der Selbstkontraktion des Lichtbogens vorteilhaftes Magnetfeld erzeugt, so dass aufgrund der Schlitze bei gleicher Dimensionierung der Vakuumschaltröhre höhere Kurzschlussströme geschaltet werden können.

Vorbekannte Schaltkontakte weisen jedoch den Nachteil auf, dass der durch den Lichtbogen erzeugte Metalldampf der Schaltkontakte durch die Schlitze der Kontaktscheiben in das Innere des hohlzylindrischen Spulenkörpers eindringen, von dort aus in die Schlitze des Kontaktträgers gelangt und zwi­ schen den spiralförmige Leiterbahnen Kurzschlussströme verur­ sacht. Solche Kurzschlussströme verringern jedoch, dass durch den Stromfluss über die spiralförmigen Leiterbahnen erzeugte magnetische Feld und begrenzen daher den maximalen Kurz­ schlussstrom, der von Vakuumschaltröhren mit solchen Schalt­ kontakten geschaltet werden kann.

Aufgabe der Erfindung ist es daher, ausgehend von einem Schaltkontakt der eingangs genannten Art das Auftreten von unerwünschten Kurzschlussströmen in den Schlitzen des Kon­ taktträgers zu verhindern.

Die Erfindung löst diese Aufgabe dadurch, dass im Inneren des hohlzylindrischen Spulenkörpers eine Metalldampfabschirmung angeordnet ist, die eine gegenüber dem Material des Schalt­ kontaktes verringerte elektrische Leitfähigkeit sowie verrin­ gerte magnetische Suszeptibilität aufweist und die die Schlitze des Kontaktträgers gegen durch die Schlitze der Kontakt­ scheibe eintretenden Metalldampf abschottet.

Der erfindungsgemäße Schaltkontakt weist eine Metalldampfab­ schirmung auf, die aus einem Material besteht, das eine im Vergleich zum Material des Kontaktträgers oder der Kontakt­ scheibe schlechtere Leitfähigkeit und Magnetisierbarkeit auf­ weist. Auf diese Weise werden die elektrischen und elektrody­ namischen Eigenschaften des Kontaktträgers und der Kontakt­ scheibe im Wesentlichen nicht beeinflusst, so dass erfin­ dungsgemäß die Metalldampfabschirmung in bereits optimierte und vorbekannte Schaltkontakte eingefügt werden kann.

Erfindungsgemäß ist ferner eine wirksame Barriere bereitge­ stellt, die beim Auftreten eines Lichtbogens an der vom Spu­ lenkörper abgewandten Seite der Kontaktscheibe das Eintreten von Metalldampf in die Schlitze des Kontaktträgers verhin­ dert. Kurzschlussströme, die das aufgrund der spiralförmigen Stromführung erzeugte Magnetfeld schwächen, sind erfindungs­ gemäß verhindert, so dass höhere Kurzschlussströme bei gleichbleibender Dimensionierung und gleichbleibendem Mate­ rial geschaltet werden können.

Gemäß einer zweckmäßigen Weiterentwicklung der Erfindung ist die Metalldampfabschirmung im Querschnitt U-förmig ausgestal­ tet, wobei sie an der Bodenwandung sowie an einer Seitenwan­ dung des Spulenkörpers von innen anliegt. Die Metalldampfab­ schirmung gemäß dieser Weiterentwicklung ist somit kappen- oder topfförmig ausgestaltet. Aufgrund dieser Ausgestaltung ist zwar der Eintritt von Metalldampf durch die Schlitze der Kontaktscheibe in das Innere des Spulenkörpers ermöglicht. Ein weiteres Vordringen des Metalldampfes in die Schlitze der Bodenwandung oder die Schlitze des Spulenkörpers ist jedoch verhindert.

Gemäß einer diesbezüglichen Weiterentwicklung ist die Metall­ dampfabschirmung an der Bodenwandung sowie mit ihrer ringför­ migen Stirnseite an der Kontaktscheibe angelötet. Durch das Verlöten wird gemäß dieser vorteilhaften Weiterentwicklung eine zusätzliche mechanische Stabilisierung des Schaltkontak­ tes bereitgestellt.

Abweichend hierzu ist die Metalldampfabschirmung ringförmig ausgestaltet und weist eine mittlere Ringöffnung auf, wobei ein umlaufender Ringabschnitt im Querschnitt U-förmig ausge­ staltet ist. In einer Gesamtquerschnittsansicht weist die Me­ talldampfabschirmung somit zwei U-Profile auf, die durch die mittlere Ringöffnung voneinander beabstandet sind. Die die Ringöffnung begrenzende umlaufende Innenwandung stellt eine zusätzliche mechanische Stabilisierung des Schaltkontaktes bereit.

Abweichend hierzu ist die erfindungsgemäße Metalldampfab­ schirmung scheibenförmig ausgestaltet und liegt an der Kon­ taktscheibe flächig an. Auf diese Weise verhindert die Me­ talldampfabschirmung den Eintritt von Metalldampf in das In­ nere des hohlzylindrischen Spulenkörpers und stellt eine frühzeitige Abschirmung der Schlitze der Kontaktträger be­ reit.

Gemäß einer zweckmäßigen Weiterentwicklung weist die Metall­ dampfabschirmung Schlitze auf, die nicht mit den Schlitzen der Kontaktscheibe oder des Kontaktträgers überlappen. Die in die Metalldampfabschirmung eingebrachten Schlitze verlaufen vorwiegend in radialer Richtung und sind dazu vorgesehen, Wirbelstromverluste zu begrenzen.

Vorteilhafterweise ist die Metalldampfabschirmung aus Chrom- Nickel-Stahl hergestellt. Neben Chrom-Nickel-Stahl können je­ doch auch zweckmäßige Sintermaterialien, Keramiken oder der­ gleichen eingesetzt werden.

Weitere zweckmäßige Ausgestaltungen und Vorteile der Erfin­ dung sind Gegenstand der nachfolgenden Beschreibung von Aus­ führungsbeispielen der Erfindung unter Bezug auf die Figuren der Zeichnung, wobei sich entsprechende Bauteile mit gleichen Bezugszeichen versehen sind und

Fig. 1 eine Querschnittsansicht eines ersten Ausführungs­ beispiels des erfindungsgemäßen Schaltkontaktes,

Fig. 2 ein weiteres Ausführungsbeispiel des Schaltkontak­ tes gemäß Fig. 1 und

Fig. 3 ein weiteres Ausführungsbeispiel des Schaltkontak­ tes gemäß Fig. 1 zeigen.

Fig. 1 zeigt eine quer geschnittene Ansicht eines ersten Ausführungsbeispiels des erfindungsgemäßen Schaltkontaktes 1, der einen Kontaktträger 2 sowie eine Kontaktscheibe 3 auf­ weist. Der Kontaktträger 2 ist topfförmig ausgestaltet und weist eine Bodenwandung 4 auf, an die sich ein hohlzylindri­ scher Spulenkörper 5 anschließt. In dem gezeigten Ausfüh­ rungsbeispiel sind Spulenkörper 5 und Bodenwandung 4 ein­ stückig ausgebildet. Der Spulenkörper 5 weist in seiner Längsrichtung gleichsinnig geneigte Seitenschlitze 6 auf, durch die spiralförmig verlaufende Leiterbahnen begrenzt sind.

In zentraler Stellung der Bodenwandung 4 ist ferner ein An­ schlussbereich 7 vorgesehen, der zweckmäßige Ausnehmungen 8 aufweist, die zur mechanischen festen Anbindung eines nicht gezeigten Kontaktbolzens vorgesehen sind. Beidseitig des An­ schlussbereichs 7 sind Bodenschlitze 9 erkennbar, die den Verlauf der Seitenschlitze 6 verlängern und beispielsweise erlauben einen vom Anschlussbereich 7 über den Spulenkörper 5 fließenden Strom eine azimultane Komponente aufzuprägen, so dass ein starkes Magnetfeld erzeugt wird.

Die Kontaktscheibe 3 ist mit dem ringförmigen Stirnende des Spulenkörpers 5 fest verbunden, so dass ein Hohlraum 10 aus­ gebildet ist. In der Kontaktscheibe 3 sind figürlich nicht dargestellte Schlitze vorgesehen, die den Hohlraum 10 auch hier nach außen hin öffnen. Zur mechanischen Stabilisierung des Schaltkontaktes 1 ist zwischen dem Anschlussbereich 7 der Bodenwandung 4 und der Kontaktscheibe 3 ein Innenrohr 11 vor­ gesehen, das durch eine zentrale Öffnung 12 einer Metall­ dampfabschirmung 13 hindurchgreift.

Bei einer Anwendung in einer Vakuumschaltröhre liegt der Schaltkontakt 1 einem entsprechend aufgebauten Schaltkontakt gegenüber, wobei die jeweiligen Kontaktscheiben 3 einander zugewandt und parallel zueinander ausgerichtet sind. Während einer der Schaltkontakte 1 ortsfest mit dem Gehäuse der Vaku­ umschaltröhre verbunden ist, ist der andere Schaltkontakt zwischen einer Kontaktstellung und einer Unterbrecherstellung längsbeweglich gelagert. Beim Überführen von der Kontaktstel­ lung, in der die Schaltkontakte 1 mit der von dem Hohlraum 10 abgewandten Seite der Kontaktscheibe 3 aneinander anliegen, in die Unterbrecherstellung wird ein Lichtbogen gezogen. Durch die Bodenschlitze 9, die Seitenschlitze 6 sowie die nicht gezeigten Schlitze der Kontaktscheibe 3 wird im Zusam­ menspiel mit dem anderen Schaltkontakt ein Magnetfeld er­ zeugt, das eine Selbstkontraktion des gezogenen Lichtbogens und somit seiner Einschnürung auf eine kleinere Fläche mit erhöhter Erwärmung der Kontaktoberflächen entgegenwirkt.

Der durch die hohen Temperaturen des Lichtbogens erzeugte Me­ talldampf kann durch die nicht gezeigten Schlitze der Kon­ taktscheibe 3 in den Hohlraum 10 eindringen. Aufgrund der Me­ talldampfabschirmung 13 ist ein weiteres Vordringen des Me­ talldampfes in die Seitenschlitze 6 oder Bodenschlitze 9 ver­ hindert, so dass Kurzschlussströme zwischen den durch die Schlitze 6 und 9 voneinander getrennten Leiterbahnen vermie­ den sind.

In dem gezeigten Ausführungsbeispiel sind die Bodenwandung 4 und der Spulenkörper 5 einstückig und aus Kupfer hergestellt. Die ebenfalls aus Kupfer bestehende Kontaktscheibe 3 ist durch eine zweckmäßige Lötverbindung mit dem Spulenkörper 5 verbunden.

Fig. 2 zeigt ein weiteres Ausführungsbeispiel des erfin­ dungsgemäßen Schaltkontaktes 1 in einer Querschnittsansicht. Der hier dargestellte Schaltkontakt 1 entspricht im Wesentli­ chen dem in Fig. 1 dargestellten Schaltkontakt, so dass zur Vermeidung von Wiederholungen auf die dortigen Ausführungen verwiesen wird. Im Gegensatz zu dem in Fig. 1 gezeigten Aus­ führungsbeispiel ist die Metalldampfabschirmung 13 jedoch ringförmig ausgestaltet und weist einen umlaufenden Ringab­ schnitt 14 auf, der im Querschnitt U-förmig ausgebildet ist.

Dabei durchgreift das Innenrohr 11 wiederum die zentrale Öff­ nung 12 der Metallabschirmung 13, so dass der U-förmige Ring­ abschnitt umlaufend sowohl an der Innenwandung des Spulenkör­ pers 5, an der Bodenwandung 4 als auch an der äußeren Wandung des Innenrohrs 11 anliegt. Im Gesamtquerschnitt sind daher zwei U-Profile erkennbar, wodurch eine zusätzliche mechani­ sche Stabilisierung des Schaltkontaktes 1 bereitgestellt ist.

Fig. 3 zeigt ein weiteres Ausführungsbeispiel des erfin­ dungsgemäßen Schaltkontaktes 1 in einer Querschnittsansicht. Bei dem hier dargestellten Ausführungsbeispiel der Erfindung besteht die Metalldampfabschirmung 13 aus einem Kappenab­ schnitt 15 sowie aus einem von innen an der Kontaktscheibe 3 anliegenden Scheibenabschnitt 16, der den Eintritt von Me­ talldampf in den Hohlraum 10 durch die nicht dargestellten Schlitze der Kontaktscheibe 3 verhindert. Sowohl der Kappen­ abschnitt 15 als auch der Scheibenabschnitt 16 weisen Schlitze 17 auf, die in der gewählten Querschnittsansicht je­ doch nur im Kappenabschnitt 15 figürlich dargestellt sind. Die Schlitze 17 überlappen weder mit den Bodenschlitzen 9 der Kontaktscheibe 3 noch mit den Seitenschlitzen 6 des Spulen­ körpers 5, noch mit den figürlich nicht dargestellten Schlit­ zen der Kontaktscheibe 3.

Gemäß einem nicht dargestellten Ausführungsbeispiel besteht die Metalldampfabschirmung 13 lediglich aus einem scheiben­ förmig von innen an der Kontaktscheibe 3 anliegenden Schei­ benabschnitt 16.

Claims (7)

1. Schaltkontakt (1) für einen Vakuumschalter zum Schalten eines Stromes, insbesondere im Bereich der Mittelspan­ nung, mit einem Kontaktträger (2), der einen hohlzylind­ rischen Spulenkörper (5) sowie eine Bodenwandung (4) auf­ weist, und mit einer Kontaktscheibe (3), die an der von der Bodenwandung (4) abgewandten Seite des Spulenkörpers (5) angeordnet ist, wobei der Kontaktträger (2) und die Kontaktscheibe (3) Schlitze (6, 9) aufweisen, durch die bei einem Stromfluss über den Schaltkontakt (1) ein Mag­ netfeld erzeugbar ist, dadurch gekennzeichnet, dass im Inneren (10) des hohlzylindrischen Spulenkörpers (5) eine Metalldampfabschirmung (13) angeordnet ist, die eine gegenüber dem Material des Schaltkontaktes (1) verringerte elektrische Leitfähigkeit sowie verringerte magnetische Suszeptibilität aufweist und die die Schlitze (6, 9) des Kontaktträgers (2) gegen durch die Schlitze der Kontakt­ scheibe eintretenden Metalldampf abschottet.

2. Schaltkontakt nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Metalldampfabschirmung (13) im Querschnitt U-förmig ausgestaltet ist und an der Bodenwandung (4) sowie an der Seitenwandung des Spulenkörpers (5) von innen anliegt.

3. Schaltkontakt nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Metalldampfabschirmung (13) an der Bodenwandung (4) sowie stirnseitig mit ihrem ringförmigen freien Ende an der Kontaktscheibe (3) angelötet ist.

4. Schaltkontakt nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Metalldampfabschirmung (13) ringförmig ausgestaltet ist und eine Ringöffnung (12) aufweist, wobei ein umlau­ fender Ringabschnitt (15) im Querschnitt U-förmig ausge­ staltet ist.

5. Schaltkontakt nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Metalldampfabschirmung (13) scheibenförmig ausgestal­ tet ist und an der Kontaktscheibe (3) anliegt.

6. Schaltkontakt nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Metalldampfabschirmung (13) Schlitze (17) aufweist, die mit den Schlitzen des Kontaktträgers (6, 9) oder mit den Schlitzen der Kontaktscheibe (3) nicht überlappen.

7. Schaltkontakt nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Metalldampfabschirmung (13) aus Chrom-Nickel-Stahl be­ steht.