DE1278590B - Vakuumschalter - Google Patents

Description

BUNDESREPUBLIK DEUTSCHLAND

DEUTSCHES

PATENTAMT

AUSLEGESCHRIFT

Int. CL:

HOIh

Deutsche Kl.: 21c-35/09

Nummer: 1278 590

Aktenzeichen: P 12 78 590.9-34 (J 30207)

Anmeldetag: 1. März 1966

Auslegetag: 26. September 1968

Die Erfindung betrifft einen Vakuumschalter mit einem zylindrischen Gehäuse und mit während des Schaltvorganges die Schaltleistung kurzzeitig übernehmenden Hilfskontakten, bei dem ein Kontakt fest angebracht ist, während der andere, durch einen metallischen Balg hermetisch abgedichtet, axial in Richtung des festen Kontaktes auf diesen zu bzw. von diesem weg bewegt wird, wobei an beiden Kontaktbolzenteilen schraubenfederartige Leiter befestigt sind und die Hilfskontakte mit ihren Berührungsflächen in geöffnetem Zustand des Schalters einen kleineren Abstand voneinander aufweisen als die Hauptkontakte.

Vakuumschalter herkömmlicher Art haben den Nachteil, daß sich bei ihrer Betätigung Lichtbögen *5 bilden, die das Kontaktmaterial so stark erhitzen, daß es teilweise verdampft und sich am Schaltergehäuse niederschlägt. Die Folge davon sind Kriechströme, die dann zusätzlich den Schalter erwärmen und die nach einiger Zeit zur Zerstörung des Schalters führen, ao Verschiedene Konstruktionen, wie z. B. die in den deutschen Auslegeschriften 1196 751 oder 1185 689 angegebenen, befassen sich damit, den Schalterkontakten bestimmte Formen zu geben, um den Lichtbogen zum Abreißen zu bringen oder den Weg, den der Kriechstrom zwischen den Kontakten durchlaufen muß, künstlich zu verlängern. Diese Schalter haben aber die Eigenschaft, daß das Kontaktmaterial zu sehr erhitzt wird, da der Lichtbogen zu lange an einer Stelle verharrt, und daß deshalb zu viel Metalldampf entsteht, der sich im Schalter an unerwünschten Stellen niederschlägt.

Weiterhin ist aus der deutschen Auslegeschrift 1088 580 ein Leistungsschalter bekannt, der Abbrennkontaktstücke enthält, die Hauptkontaktstücke umschließen. Der äußere Ring des Abbrennkontaktstückes wird durch einen spiralförmig ausgebildeten, federnden Bandleiter geführt; die entsprechenden Ringe der beiden Kontakte, die sich beim Schließen des Schalters zuerst berühren, beim Öffnen des Schalters zuletzt trennen, können auf Grund ihrer Spiralfederaufhängung praktisch nur so geführt werden, daß ihre Längsachsen leicht gegeneinander geneigt sind. Selbst nach genauester Justierarbeit bei der Herstellung des Schalters werden die beiden gedachten Achsen der Abbrennkontakte im Betrieb nie genau fluchten. Das bedeutet aber, daß beim Schließen des Schalters eine bestimmte Stelle jedes der beiden Ringe zuerst in Eingriff gebracht wird. Beim öffnen des Schalters trennen sich die Ringe an dieser Stelle zuletzt. Während des Betriebes wird sich die Justierung der Abbrennringe nicht ändern, wes-Vakuumschalter

Anmelder:

Jennings Radio Manufacturing Corporation,

San Jose, Calif. (V. St. A.)

Vertreter:

Dipl.-Ing. H. Ciaessen, Patentanwalt,

7000 Stuttgart-Zuffenhausen, Rotebühlstr. 70

Als Erfinder benannt:

Hugh Courtney Ross, Saratoga, Calif. (V. St. A.)

halb gerade die Stellen der ersten und letzten Berührung der hauptsächlichen Erosion ausgesetzt sind. Auch die ringförmig um die Kontakte angeordneten Leitbleche 20 können diesen Vorgang grundsätzlich nicht verhindern. Durch die erwähnte Funkenerosion tritt zwar im Laufe der Zeit eine gewisse Nivellierung der Berührungsflächen beider Kontaktteile auf, jedoch kann es nicht als Vorteil einer mechanischen Konstruktion angesehen werden, zwei in Eingriff zu bringende Flächen mittels an und für sich unerwünschter Funkenerosion aufeinander abzugleichen, zumal solche Vorgänge recht unkontrolliert ablaufen.

In der deutschen Patentschrift 614402 wird eine Kontaktanordnung beschrieben, bei der mittels zweier Hebelarme die beweglichen Kontakte mit den Festkontakten in Eingriff gebracht werden. Auch dieser Schalter weist keine Einrichtung zur dauerhaften Unterdrückung von Lichtbögen auf.

Der in der deutschen Patentschrift 646 031 angegebene Löschkammerschalter verwendet zwar zwei verschiedene elektromagnetische Kraftfelder zur lokalen Beeinflussung der einmal entstandenen Lichtbögen, weist jedoch ebenfalls keine Einrichtungen auf, die Lichtbogenbildung von vornherein wirksam zu unterdrücken.

Ebenso wie dem zuletzt behandelten Löschkammerschalter fehlt auch der in der deutschen Patentschrift 553 639 beschriebenen Kontaktanordnung eine Einrichtung zur Verminderung der Lichtbogenbildung bei gleichzeitiger Erhöhung der Prellsicherheit des Schalters.

In der deutschen Patentschrift 398 478 wird ein Schalter für große Momentanstromstärken beschrie-

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ben, dessen schraubenfederartige Leiter ständig im gung der Kontakte zeigt der Schalter im Betrieb hohe

Stromkreis bleiben. Das bringt den Nachteil mit sich, Prellsicherheit. Die einwandfreie Auflage der Kon-

daß dieser Schalter bei Verwendung in Wechsel- takte bei geschlossenem Schalter wird auch ohne zu-

spannungsnetzen eine große Impedanz darstellt. Daß sätzliche Justierarbeit beim Zusammenbau des diese unerwünschte Impedanz eine schädliche Ver- 5 Schalters durch die Federaufhängung gewährleistet,

lustleistung (Wärme) zur Folge hat, braucht nicht Da die stromführenden Leiter bereits schraubenfeder-

weiter erläutert zu werden. artig ausgebildet sind und ein Magnetfeld erzeugen,

Die deutsche Patentschrift 312134 gibt einen das zur Beeinflussung eventuell entstandener Licht-Schalter für hochgespannten Wechselstrom an, bei bögen führt, sind zusätzliche Einrichtungen zur madem, ähnlich wie bei dem in der deutschen Patent- io gnetischen Beeinflussung der Lichtbögen nicht notschrift 398478 behandelten Schalter, an schrauben- wendig.

federartigen Leitern befestigte Ringkontakte den Die Erfindung wird an Hand von Zeichnungen

Kontakt schließen. Die Anordnung nach der F i g. 2 erläutert. In den Zeichnungen zeigt

(deutsche Patentschrift 312134) zeigt zwar grund- F i g. 1 einen Längsschnitt durch den Schalter,

sätzlich auch parallele Strompfade, diese sind aber 15 Fig. 2 einen die Kontakte des Schalters während

keineswegs so angeordnet, daß die Ringkontakte die des Schließens bzw. Öffnens zeigenden Ausschnitt,

beim Öffnen an den VorkontaktenF₁ und F bzw. Fig. 3 einen die geschlossenen Kontakte des

F₂ und F entstandenen Lichtbögen übernehmen und Schalters zeigenden Ausschnitt,

löschen könnten. Die getrennt an Vorkontakten und Der Schalter umfaßt ein evakuiertes Gehäuse mit

Ringkontakten entstehenden Lichtbögen finden also 20 einem vorzugsweise aus Keramik bestehenden, dielek-

insgesamt nur eine größere Angriffsfläche vor, was irischen Mantel, der an beiden Enden hermetisch

ihr Verlöschen jedoch keinesfalls beschleunigen kann. verschlossen ist durch die metallischen Endplatten 3

Vielmehr sollen die Vorkontakte nur zur Entlastung und 4, die die Kontaktanordnungen tragen,

der schraubenförmigen Leiter dienen. Jede Endplatte ist mittels flexiblem, metallischem

Die in der deutschen Patentschrift 561915 und der 25 Dichtungsring an den Enden des dielektrischen Man-

deutschen Patentschrift 607 651 beschriebenen Va- tels mit diesem verbunden. Die Endplatten 3 und 4

kuumschalter schließlich enthalten zwar Vorkontakte werden vorzugsweise aus reinem Kupfer hergestellt,

und Hauptkontakte, die bei Schalterbetätigung nach- das dielektrische Teil des Gehäuses besteht aus Kera-

einander mit einem gegenüberstehenden Festkontakt mikmaterial. Da die Temperaturkoeffizienten der bei-

in Eingriff gebracht werden können. Sowohl die 30 den Materialien sehr verschieden sind, was sich auf

asymmetrische Form als auch die asymmetrische An- die Ausdehnung beider Materialien auswirkt, muß

Ordnung der Kontakte selbst erfordert jedoch genaue ein Kompensationsfaktor gefunden werden; er be-

Justierarbeiten während der Herstellung des Schalters steht in diesem Fall darin, daß die ganze Anordnung

und begünstigt wegen der kantigen Bauform die sehr stabil gebaut wird. Die bestehende Konstruktion

Lichtbogenausbildung selbst bei geöffnetem Schalter. 35 reicht für diesen Zweck aus.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, einen Mit der Endplatte 3 ist ein zentral gelagertes, axial Vakuumschalter zu schaffen, der den Forderungen ausgerichtetes Stehbolzenteil 6 mit einem aus dem nach besserer Unterdrückung des Lichtbogens sowie Gehäuse herausragenden Teil 7 befestigt, das so ausgrößerer Prellsicherheit während des Schaltens und gebildet ist, daß der Schalter elektrisch angeschlossen damit verbundener höherer Lebensdauer gerecht 40 werden kann. Das innere, freie Ende des Kontaktwird. Erfindungsgemäß wird dies dadurch erreicht, bolzens geht in das Kontaktteil 8 über, das verjüngt daß die beiden Hilfskontakte ringförmig ausgebildet ausgebildet ist, und auf das ein Scheibenkontakt 9 sind und über die schraubenfederartigen Leiter mit- hart aufgelötet ist. Das Kontaktbolzenteil wird vortels dielektrischer Teile am Kontaktteil gleitend an- zugsweise aus Kupfer gedreht, während der Scheibengebracht sind. 45 kontakt aus schwer schmelzbarem Material, wie z. B.

Nach einer Ausbildung der Erfindung liegen im Wolfram, hergestellt wird. Der Durchmesser des geschlossenen Zustand des Schalters die Berührungs- Scheibenkontaktes ist etwas größer als der des Konflächen der Hilfskontakte und der scheibenförmigen taktteiles 8 des Kontaktbolzenteiles 6, um eine Strom-Hauptkontakte in einer Ebene. schleife während des Stromflusses zu erzwingen.

Nach einer weiteren Ausbildung weisen die schrau- 5° Auf der Endplatte 4 ist ein zweites Kontaktbolzenbenfederartigen Leiter gleichen Wickelsinn auf und teil 12 verschiebbar gelagert, das ein aus dem Gesind auf einem Kontaktbolzenteil befestigt. häuse herausführendes Teil 13 und ein inneres Kon-Gemäß einer Weiterbildung weisen die Haupt- taktteil 14 trägt, das einen kleineren Durchmesser als kontaktteile einen kleineren Durchmesser auf als die das Kontaktbolzenteil 12 und den Scheibenkontakt Scheibenkontakte. 55 15 aufweist, der hart auf dem Kontaktteil 14 aufge-

Eine weitere Ausbildung sieht vor, daß die schrau- lötet ist. Die bewegliche Verbindung zwischen dem

benfederartigen Leiter auf die ringförmigen Hilfs- Kontaktbolzenteil 12 und der Endplatte 4 ist herme-

kontakte einen solchen Druck ausüben, daß beim tisch mittels dehnbaren, metallischen Balges 16 ab-

Öffnen des Schalters sich zunächst die scheibenförmi- gedichtet. Diese Verbindungen werden dadurch her-

gen Hauptkontakte und dann die Hilfskontakte von- 60 gestellt, daß der Abschluß 17 des Balges hart ange-

einander entfernen. lötet und das offene Ende 18 an der Endplatte 4

Der Schalter nach der Erfindung weist gegenüber angeschweißt wird.

bekannten Schaltern den Vorteil auf, daß er auf Die axiale Bewegung des Kontaktbolzenteiles 12

Grund seiner symmetrischen Bauweise für sehr hohe gegenüber dem Kontaktbolzenteil 6 hat zur Folge,

Stromstärken verwendbar ist, ohne die Ausbildung 65 daß die Scheibenkontakte 9 und 15 in Verbindung

von hohen Feldstärken an hervorstehenden Kanten gebracht werden bzw. daß diese Verbindung getrennt

und Ecken zuzulassen, die zu vermehrter Lichtbogen- wird. Bei so konstruierten Starkstromschaltern bildet

bildung führen würde. Wegen der federnden Anbrin- sich beim Trennen der Kontakte zwischen den Schei-

Claims (1)

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   benkontakten 9 und 15 ein Lichtbogen aus, der die bogenbildung zur Folge, da sie zunächst nur einen

   Kontaktoberflächen zerstört und bewirkt, daß sich Teil der Last führen.

   das verdampfende Metall überall, einschließlich der Beim Öffnen des Schalters wird der Strom über dielektrischen Wandung zwischen den Endplatten 3 die Scheibenkontakte 9 und 15 unterbrochen und auf und 4, ablagert. Um die Ansammlung von solchem 5 den Parallelpfad verlagert, der durch die schraubenverdampften Material auf dem dielektrischen Mantel federartigen Leiter 26 und 27 sowie über die ringzu verhindern, sind Schutzvorrichtungen entwickelt förmigen Hilfskontakte 21 und 22 gebildet wird. Diese worden, die bewirken, daß das verdampfte Kontakt- Verlagerung der Last auf die Hilfskontakte verhinmaterial aufgefangen wird und sich niederschlägt. dert die Ausbildung eines Lichtbogens zwischen den

   Die Herauslösung und Ablagerung solchen Kon- io Scheibenkontakten 9 und 15 und hat eine unerwartet taktmaterials kann bis zu einem harmlosen Rest ver- hohe Lebensdauer des Schalters zur Folge. Mit fortmindert werden; dies geschieht mittels Hilfskontak- schreitendem Öffnungsvorgang entfernen sich die ten, die den hohen Augenblickswert des Stromes ringförmigen Hilfskontakte 21 und 22 voneinander, übernehmen, wenn die Scheibenkontakte 9 und 15 und es bildet sich zwischen ihnen ein Lichtbogen; getrennt werden. Die Hilfskontakteinrichtung umfaßt 15 durch die neuartige Befestigung dieser Kontakte wird ein Paar ringförmiger Hilfskontakte 21 und 22, die der Lichtbogen in einem ringförmigen Pfad herumjeweils den Kontakten 9 und 15 zugeordnet sind gewirbelt, wodurch die Verdampfung des Kontakt-(F i g. 1). Die sich gegenüberliegenden Hilfskontakt- materials auf ein Minimum reduziert wird, was nicht platten sind jeweils mit ringförmigen Berührungs- der Fall wäre, wenn der Lichtbogen an einem Punkt flächen 23 und 24 ausgerüstet. 20 stillstehen würde. Das Herumwirbeln des Lichtbogens

   Um die ringförmigen Hilfskontakte 21 und 22 an wird erreicht durch die Wechselwirkung des durch den zugehörigen Hauptkontakten 9 und 15 so anzu- die schraubenfederartigen Leiter erzeugten Magnetordnen, daß sich ein paralleler Strompfad durch die feldes mit dem Magnetfeld, das um den Lichtbogen Kontaktvorrichtung ergibt, sind diese ringförmigen herum entsteht.

   Hilfskontakte 21 bzw. 22 konzentrisch um die züge- 25 Die eine wichtige Aufgabe der schraubenfederartihörigen Hauptkontakte 9 bzw. 15 durch massive Lei- gen Leiter 26 und 27 sowie der ringförmigen Hilfster, die schraubenförmig um die zugehörigen Kon- kontakte 21 und 22 besteht darin, daß sie beim Öfftaktbolzenteile 6 bzw. 12 gewunden sind, federnd nen und Schließen des Schalters die Hauptlast überabgestützt. Das dem Scheibenkontakt 9 abgewandte nehmen, während die Scheibenkontakte 9 und 15 mit Ende der Schraubenfeder ist elektrisch leitend auf 30 den Kontaktteilen 8 und 14 nur dann die Hauptlast dem Kontaktbolzenteil 6 befestigt. Das andere Ende tragen, wenn der Schalter geschlossen ist.
   der Schraubenfeder ist fest auf einen ringförmigen Eine wichtige Funktion der Hilfskontakteinrich-Einsatz 28 aufgeschweißt, der seinerseits an dem rung besteht im Herumwirbeln des Lichtbogens über Kontakt 21 hart angelötet ist. Der Einsatz 28 ist mit eine relativ große Oberfläche, um das Verdampfen einem Flanschteil 29 versehen, über dem sich ein 35 von Kontaktmaterial auf ein Minimum zurückzufühdielektrisches Teil 31 mit einem Flansch 32 befindet, ren. Die schraubenfederartigen Leiter 26 und 27 weidas dielektrische Teil liegt also zwischen dem sen den gleichen Wickelsinn auf, so daß beide in be-Flanschteil 29 und dem Kontaktteil 8. Das dielek- kannter Weise ein gleichgerichtetes magnetisches Feld trische Teil weist gegenüber dem Kontaktteil 8 Spiel erzeugen und sich die beiden Magnetfelder gegenauf und ist auf dem Flanschteil 29 des Einsatzes 28 40 seitig unterstützen. Werden die schraubenfederartigen z. B. durch einen Sprengring (nicht dargestellt) oder Leiter mit gleichem Wickelsinn (F i g. 1) hergestellt, durch Hartlöten befestigt. Der ringförmige Kon- so wird der Querschnitt des Lichtbogenpfades vertakt 22 ist ähnlich auf dem Kontaktbolzenteil 12 un- größert und damit der Lichtbogendurchmesser grötergebracht wie der Kontakt 21 auf dem Kontaktbol- ßer, weshalb mehr Strom fließen kann. Versuche zenteil 6. 45 haben ergeben, daß sich der Lichtbogen mit Hilfe der

   Wenn bei dem geöffneten Schalter (F i g. 1) das im gleichen Wickelsinn hergestellten, schraubenfeder-Kontaktbolzenteil 12 in den Schalter hineingedrückt artigen Leiter nicht auf einem festen, kreisförmigen wird, so bewegt sich der Kontakt 22 auf den Kon- Pfad halten kann, sondern daß er über die Obertakt 21 zu. Die Teile sind so proportioniert, daß bei fläche der ringförmigen Kontakte wandert. Dadurch der genannten Bewegung die Berührungsflächen 23 50 werden Erhitzung der Kontakte und Verdampfung und 24 der ringförmigen Kontakte eher zusammen- von Kontaktmaterial auf ein Minimum zurückgeführt, treffen als die Scheibenkontakte 9 und 15. Daher

   wird der Schalter zunächst durch die beiden ringför- Patentansprüche:
   migen Hilfskontakte 21 und 22 geschlossen (F i g. 2).

   Wird das Kontaktbolzenteil weiter in den Schalter 55 1. Vakuumschalter mit einem zylindrischen Gehineingedrückt, so werden die schraubenfederartigen häuse und mit während des Schaltvorganges die Leiter 26 und 27 zusammengedrückt, wodurch sich Schaltleistung kurzzeitig übernehmenden Hilfsder Anpreßdruck der Hilfskontakte 21 und 22 erhöht, kontakten, bei dem ein Kontakt fest angebracht gleichzeitig werden die Scheibenkontakte 9 und 15 in ist, während der andere, durch einen metallischen Eingriff gebracht (Fig. 3). Es entsteht also ein paral- 60 Balg hermetisch abgedichtet, axial in Richtung leler Strompfad, über den wegen der größeren Ober- des festen Kontaktes auf diesen zu bzw. von diesem flächen der Scheibenkontakte 9 und 15 der Haupt- weg bewegt wird, wobei an beiden Kontaktbolanteil des Stromes fließt. Die axial federnde Befesti- zenteilen schraubenfederartige Leiter befestigt gung der zuerst geschlossenen Hilfskontakte 21 und 22 sind und die Hilfskontakte mit ihren Berührungsverhindert das Prellen dieser Kontakte weitgehend 65 flächen in geöffnetem Zustand des Schalters einen und schließt dadurch Lichtbogenbildung und Ver- kleineren Abstand voneinander aufweisen als die sprühung von Kontaktmetall aus. Gleichzeitig hat das Hauptkontakte, dadurch gekennzeich-Prellen der Scheibenkontakte 9 und 15 keine Licht- net, daß die beiden Hilfskontakte (21 bzw. 22)

   ringförmig ausgebildet sind und über die schraubenfederartigen Leiter (26 bzw. 27) mittels dielektrischer Teile (31) am Kontaktteil (8 bzw. 14) gleitend angebracht sind.

   2. Vakuumschalter nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß im geschlossenen Zustand des Schalters die Berührungsflächen (23 bzw. 24) der Hilfskontakte und der scheibenförmigen Hauptkontakte (9 bzw. 15) in einer Ebene liegen.

   3. Vakuumschalter nach Anspruch 1 und 2, dadurch gekennzeichnet, daß die schraubenfederartigen Leiter (26, 27) gleichen Wickelsinn aufweisen und leitend auf dem zugehörigen Kontaktbolzenteil (6 bzw. 12) befestigt sind.

   4. Vakuumschalter nach Anspruch 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Hauptkontaktteile

   (8, 14) einen kleineren Durchmesser aufweisen als die Scheibenkontakte (9,15).

   5. Vakuumschalter nach Anspruch 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß die schraubenfederartigen Leiter (26, 27) auf die ringförmigen Hilfskontakte (21, 22) einen solchen Druck ausüben, daß beim Öffnen des Schalters sich zunächst die scheibenförmigen Hauptkontakte (9, 15) und dann die Hilfskontakte (21, 22) voneinander entfernen.

   In Betracht gezogene Druckschriften:
   Deutsche Patentschriften Nr. 312134, 398 478,

   639, 561915, 607 651, 614402, 646 031;

   deutsche Auslegeschriften Nr. 1088 580,1185 689,

   1196751.

   Hierzu 1 Blatt Zeichnungen

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