DE1640256B2 - Vakuumschalter - Google Patents
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Description
Die Erfindung bezieht sich auf einen Vakuumschalter mit relativ zueinander bewegbaren Kontakistucken.
welche eine im wesentlichen scheibenförmige Form aufweisen, eine kreisringförmige konzentrisch angeordnete
Kontaktfläche besitzen und außerhalb der Koniaktfläehe zur Erzeugung einer Lichtbogenrotaüon
mit mehreren spiralförmig verlaufenden Schulzen versehen sind.
Ein derartiger Vakuumschalter ist bereits aus der US-PS 31 58 719 und aus der US-PS 31 82 15b bekannt.
Wenn bei der Unterbrechung eines Stromkreises mil Hilfe eines solchen Vakuumschalter·» an der kreisringförmigen
Koniaktfläche ein Lichtbogen entsteht, dann wird dieser unter dem Einfluß von Magnetkräften radial
nach außen getrieben. Mit Hilfe der spiralförmigen Schlitze in den Kontakistucken wird eine Rotation de··
Lichtbogens erreicht. Es hat sich gezeigt, daß bei einem solchen Vakuumschalter ein Haften des Lichtbogens am
inneren Ende eines Schlitzes auftreten kann. Dieses Mafien führt zu einer übergroßen Erwärmung des
Kontaktmaterials, so daß ein starker Abbrand des Materials an dieser Stelle auftritt. Die maximal mögliche
Stärke des Stroms, der mit Hilfe eines der bekannten Schalter unterbrochen werden kann, wird dadurch
begrenzt. Der auftretende Abbrand des Kontaktmaterials setzt auch die Lebensdauer der bekannten
Vakuumschalter herab.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, einen Vakuumschalter der eingangs angegebenen Art derart
auszugestalten, (laß zur Erhöhung seiner Lebensdauer und seiner Abschaltleistung die l.ichtbogenhafuing an
den .Schlitzinnenenden verhindert wird.
Erfindiingsgemäß wird dies dadurch erreicht, daß die
Koniaktfläche jedes Kontaktstückes von einem knopfförmigen Kontaktteil gebildet ist, welches zentral am
Kontaktstück befestigt ist und die Schlitze im Berei h
ihrer inneren Enden überdeckt.
Ein beim Unterbrechen eines Stromkreises mit Hilfe des eiTindungsgcmäßen Schalters entstehender I.ichthoi'iMi
s»elit nach seinem Entstehen an der kreisförmigen
Kontaktfläche unmittelbar auf einen Bereich des Kontaktstücks über, an dem die Enden der Schlitze von
dem nach außen wandernden Lichtbogen nicht erreicht werden können. Die Enden der Schlitze liegen vielmehr
zur Mitte des Kontaktstücks hin unter dem knopfförmigen Kontaktteil, an dem der Lichtbogen entsteht. Ein
Haften des Lichtbogens an den Innenenden der Schlitze kann daher nicht mehr auftreten, so daß auch eine
übermäßige Erwärmung und ein daraus resultierender starker Abbrand des Kontaktmaterials an den Innenenden
der Schlitze nicht mehr auftreten können. Auf diese Weise können eine höhere Abschalileistung und eine
längere Lebensdauer des Vakuumschalter er/ielt
werden.
Vorzugsweise erstrecken sich die Schlitze in dem außerhalb des knopfförmigen Teils liegenden Bereich
der Kontaktslücke durch die gesamte Dicke und bis /um äußeren Rand derselben. Das knopfförmige Kontaktteil
ist vorteilhafterweise aus einer gegen Verschweißen widerstandsfähigen Legierung hergestellt.
Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung ist in der Zeichnung dargestellt. Darin zeigt
Fig. 1 eine Seitenschniitansichi eines Vakuumschalters
nach der Erfindung.
Fig..? eine Draufsicht längs der Linie 2-2 von Fi g. ]
und
rig. 3 eine der Schnittansieln von Fig. I ähnliche
Schnittansicht einer weiteren Ausführungsform des Vakuumschalters nach der Erfindung.
In F i g. 1 ist ein elektrischer Vakuumschalter dargestellt, der mit einer auf einen Druck von 10 -4 Torr
oder niedriger evakuierten abgedichteten I Imhüllung 10
versehen ist. Diese Umhüllung besteht aus einem rohrförmigen Gehäuse 11 aus Isoliermaterial und aus
zwei Endkappen 12 und 13. die mit Hilfe von VakuumdichUmgen 14 mil den Enden des Gehäuses Il
verbunden sind.
In der Umhüllung 10 sind zwei relativ bewegliche Kontaktstücke 17 und 18 angebracht, die in Fig. 1 mil
ausgezogenen Linien in ihrer getrennten Lage dargestellt sind. Das obere Kontaktstück 17 ist ein ortsfester
Kontaktkörper, der an einer Leiterstange 17,/ befestigt ist. die an ihrem oberen Ende mit der oberen Endkappe
12 verbunden ist. Das untere Kontaktstück 18 ist ein beweglicher Kontaktkörper, der an einer leitenden
Betätigungsstange 18;) befestigt ist, die vertikal beweglich angebracht ist. Eine Bewegung des Kontaktstücks
18 nach oben aus seiner mit ausgezogenen Linien dargestellten Lage in seine mit gestrichelten Linien
dargestellte Lage bringt die Kontaktstücke in Berührung miteinander, so daß der Schalter geschlossen wird.
Eine nach unten erfolgende Bewegung trennt die Kontaktstücke, so daß der Schalter geöffnet wird.
Die Betätigungsstange 18;) ragt frei durch eine Öffnung in der unteren Endkappe 13. Die Dichtung um
die Betätigungsstange 18<) wird von einem biegsamen Metallbalg 20 gebildet, der eine Vertikalbcwegung der
Betätigungsstange ohne eine schädigende Beeinflussung des Unterdrucks in der Umhüllung 10 erlaubt. Wie aus
Fig. 1 hervorgeht, ist der Mctallbalg mit seinen Enden
dicht mit der Betätigungsstange 18;f bzw. mit der
unteren Endkappe 13 verbunden.
lcdes der dargestellten Kontaktslücke 17 und 18 ist
scheibenförmig ausgeführt, und es besitzt eine gegen das andere Kontaktstück gerichtete Hauptl'lächc. |cdes
Kontaktstück besitzt ein in der Mitte angebrachtes knopfförmiges Kontaktteil 25, das durch Hartlöten am
Rest des Kontaktstücks befestigt ist. Diese Kontaktteile
besitzen eine in der Mitte angebrachte Ausnehmung 27, so daß die Berührung zwischen den Kontaktteilen an
einer ringförmigen Kontaktfläche 30 erfolgt, wenn die
Kontaktstücke ihre in Fig. 1 gestrichelt dargestellte Berührungslage einnehmen. Dies, ringförmigen Kontaktflächen
30 besitzen einen solchen Durchmesser, daß der durch den geschlossenen Kontakt fließende Strom
einen radial nach außen gebogenen, schleifenformigen
Weg L folgt, der in F i g. 1 mit einer strichpunktierten Linie dargestellt ist. Die magnetische Wirkung des längs
dieses schleifenformigen Weges L fließenden Stroms versucht in bekannter Weise, die Schleife zu verlängern.
Als Folge davon treibt die magnetische Wirkung des längs der Schleife fließenden Stroms einen Lichtbogen
radial nach außen, der beim Trennen der Koir.uktsuickc
"!wischen den Kontaktflächen 30entsteht.
Wenn sich die Enden des Lichtbogens gegen den Außenumfang der Koniükisiückc 17 und 18 bewegen,
unterliegt der Lichtbogen einer in Umfangsrichtung wirkenden magnetischen Kraft, die ihn um die
Mittelachse der Kontaktstücke in Drehung versetzt. Diese in Umfangsrichuing wirkende magnetische Kraft
wird von mehreren Schlii/en 32 erzeugt, die in jedem
tier Kontaktstücke so angebracht sind, daß diese in mehrere Finger 33 aufgeteilt werden, die von zwei
angrenzenden Schlitzen begrenzt werden. Die Schlitze verlaufen vom Außenumfang der Kontaktstücke längs
Bahnen radial nach innen, die sich sowohl in Umfangsrichlung als auch radial /u den Kontaklsuicken
erstrecken, wie in F i g. 2 dargestellt ist. Die Schlitze 32
zwingen den zu oder von einem Lichtbogen fließenden Snom, auf dem geschlitzten Abschnitt des Kontakistücks
zu fließen, damit er einer Hahn folgt, die in der Nähe des Lichtbogens eine in Umfangsrichuing zu den
Koniaktstückcn verlaufende Komponente besitzt. Diese
in Umfangsrichtung verlaufende Komponente des längs des Wegs /. fließenden Stroms bewirkt, daß eine
reine, in Umfangsrichtung wirkende Kraft entsteht, die
den Lichtbogen um die Mittelachse der Konuikistücke
in Drehung zu versetzen versucht.
Diese in Umfangsrichtung wirkende Kraftkomponenic
ist stark genug, jedes Ende des Lichtbogens über die
Schlitze 32 zu treiben, so daß eine kontinuierliche Drohbewegung des Lichtbogens auf der Kontakti'läehe
entsteht. Diese kontinuierliche Drehbewegung des Lichtbogens erlaubt eine Unterbrechung größerer
Ströme, da dadurch offensichtlich die vom Lichtbogen verursachte Kontaktabnützung verringert wird, so daß
auch die Menge der erzeugten Metalldämpfe verringert wird. Dadurch können die Metalldämpfe vollständiger
kondensieren wenn kein Strom fließt.
Die beim Unterbrechen großer Ströme beobachtete Neigung des Lichtbogens, am inneren Ende der Schlitze
/11 verweilen oder zu haften, konnte dadurch wesentlich
verringert werden, daß die Schlitze 32 radial nach innen unter den Außenrand des knopfförmigen Kontaktteil
25 verlängert wurden. Dies ist in Fig. 2 am besten zu
erkennen, wo dargestellt ist. daß sich das knopfförmige Kontaktteil 25 überdeckend über das innere Ende jedes
Schlitzes 32 erstreckt. Der am weitesten innen liegende ^0
Punkt jedes Schlitzes 32 ist mil 32./ bezeichnet. Wenn
sich ein Endpunkt eines auf der Haupt fläche des
Komak tstückcs auftretenden Lichtbogenendpimktes
der Uberschneidungsstelle eines Schlitzes 32 mit dem
Außenumfang des Kontaktteils 25 nähert, tritt eine nicht völlig erklärbare magnetische Abstoßw irkimg auf. die
Jem Lichtbogen eine kontinuierliche Bewegung aufzwingt, so daß er nicht an dieser bestimmten Stelle
verweilen kann. Es sind zahlreiche gemäß dem in F i g. 2 dargestellten Aufbau hergestellte Kontaktstücke nach
wiederholten Abschaltvorgangen großer Ströme untersucht worden. Diese Untersuchungen haben einen weit
geringeren Abbrand an dieser bestimmten Stelle ergeben, als er bei ahnlichen Kontakistücken typisch ist.
deren Schlitze am Außenumfang der Kontaktteile enden. Dies ist der Fall gewesen, obwohl mit den gemäß
Fig. 2 aufgebauten Kontaktstücken größere Ströme. z.B. 25 000 Ampere, als bei den Kontaktstücken
abgeschaltet worden sind, deren Schlitze am Außenumfang ihrer Kontaktteile enden.
Die Größe der Lichtbogenrotationskraft. die an einem Lichtbogen entwickelt w ird, der sich in der Nähe
des Außenumfangs eines Konuiktstücks 17 oder 18 befindet, ändert sich direkt mit der wirksamen Länge
der Finger 33. Der Durchmesser des Komaktstücks
kann zur Vergrößerung der wirksamen Länge der Finger vergrößert werden, aber gewöhnlich sind es
andere Konstruktionsüberlegungcn, die den maximal möglichen Durchmesser der Kontaktslücke begrenzen.
An dem Kontaktstück werden dadurch Finger mit einer vergrößerten Länge geschaffen, daß die Schlitze über
den Anßenumfang des Kontakm.ii>
25 hinaus nach innen verlängert werden.
Vor dem Entwurf gemäß F i g. 2 wurde die Verwendung eines Kontaktteil 25 mit kleincrem Durchmesser
an den Kontaktstücken zur Erzeugung längerer Finger in Erwägung gezogen. Es hat sich jedoch herausgestellt,
daß inlolge des kleineren Durchmessers die Geschwindigkeit beträchtlich herabgesetzt wird, mit der der
Lichtbogen nach seiner Auslösung radial nach außen getrieben wird. Mittels einer über den Außenumfang des
Kontaktteil 25 hinaus erfolgenden radialen Verlängerung der Schlitze nach innen kann ein Kontaktteil mit
dem großen Durchmesser verwendet werden, der zur Erzielung der gewünschten großen Geschwindigkeit
der radial nach außen gerichteten Lichtbogenbewegung erforderlich ist, ohne daß die Länge der Finger
verringert wird. Damit die radial nach außen gerichtete Krümmung des Stromwegs /. verstärkt wird, wird eine
Büchse aus einem Metall mil großem Widerstand, etwa aus rostfreiem Stahl, um jede der Kontaktstangen 17.7
und 18,7 dort angebracht, wo diese mit dem Kontaktstückaufbau verbunden sind. Das Vorhandensein dieser
Büchse zwingt den größten Teil des Stroms, im Mittelbereich des Komaktstücks einzudringen, so daß
der Strom radial nach außen fließen muß. damit er die Kontaktfläche.30 erreicht.
Ein weiterer Vorteil des gemäß F i g. 2 aufgebauten Kontaktstücks ist die zusätzliche mechanische Festigkeit,
die den relativ langen und schlanken Fingern 33 von dem zentralen Kontaktteil 25 verliehen wird. Da
das Kontaktteil 25 mit allen Fingern und mit dem Mittelbereich des scheibenförmigen Komaktstücks
hartverlötet ist, widersteht es jeder Neigung der Finger, sich aufgrund von mechanischen Kräften zu verbiegen,
die bei einem Abschaltvorgang auftreten.
Vorzugsweise besteht das Kontaktteil 25 aus einem Material wie etwa aus Kupfer-Wismut- oder Kupfer-Blei-Legierungen,
das sehr widerstandsfähig gegen ein Versehweißen der Kontaktstelle ist. wie in der
US-Patentschrift 32 4b 979 ausgeführt ist. Der Rest des
Kontaktstücks besteht vorzugsweise aus einem anderen, leicht zu bearbeitenden Material wie etwa reinem
Kupfer. Obwohl das Kontaktteil 25 vorzugsweise aus einem vom restlichen Kontaktstück verschiedenen
Material hergestellt ist. ist es in gewissen Anwendungs-
fällen auch befriedigend, für das ganze Kontaktstück das
gleiche Material zu verwenden, so daß das Kontaktteil an das restliche Kontaktstück angeformt ist.
Die Schütze 32 erstrecken sich vorzugsweise in dem außerhalb des Kontaktteils 25 liegenden Bereich durch
die gesamte Dicke ihrer zugehörigen Kontaktstücke, und sie erstrecken sich auch bis zum äußersten Rand der
Kontaktstücke, so daß die Finger fast vollständig voneinander getrennt sind. Durch diesen gelrennten
Aufbau ergibt sich eine stärkere Lichtbogenrotationskraft, da der zu einem Lichtbogcnendpunkt fließende
Strom auf einen Weg beschränkt ist. der zur Urzeugung der Lichlbogenrotation besonders geformt ist.
Zur Abscheidung der von den Lichtbogen erzeugten Metalldämpfe sind geeignete dampfabscheidende Schirme
50, 54, 56 und 58 vorgesehen. Der Hauptschirm 50 besteht aus einem Rohrteil, das die Lichtbogenstrecke
52 umgibt und zwischen dem isolierenden Gehäuse 11 und der Lichtbogenstrecke angebracht ist. Dieser
Hauptschirm liegt vorzugsweise auf einem Potential, das zwischen den Potentialen der Elektroden bei
geöffnetem Schalter liegt. Rohrförmige, mit den Endkappen 12 bzw. 13 verbundene Hilfsschirme 54
umgeben die beiden Enden des Hauptschirms 50. Zusätzlich rohrförmige Hilfsschirme 56. die ebenfalls
mit den Endkappen verbunden sind, sind vom Hauptschirm 50 umgeben. Ein geeigneter napfförmiger
Schirm 50a ist um den Mctallbalg 20 angebracht, damit
dieser vor den vom Lichtbogen erzeugten Produkten geschützt wird.
In der Ausführungslorm von I'ig. .3 kann in jedes
Kontaktteil 25 direkt hinter der ringförmigen Kontiikifläche
30 zur weiteren Ausprägung der radial nach außen erfolgenden Krümmung des Siromwegs /. ein
ringförmiger Einsät/. 70 aus einem Material mit hohem
Widerstand wie etwa aus rostfreiem Stahl eingefügi werden. Der Einsatz gleicht dem Einsatz, tier in der
US-Patentschrift 3158 714 beschrieben ist. Zwischen
dem Außenumfang des Kontaktteil 25 und dem
ίο Hauptkörper des Kontaktstück* ist ein kleiner Zwischenraum
72 freigelassen, damit der Strom nicht wesentlich durch die Außcnumfangsl'läche in das
Kontaktteil eindringen kann, sondern gezwungen im. durch den Mittelbereich des Kontaktteils einzudringen.
Der ringförmige Einsatz 70 setzt dem hint's einer
vertikalen Bahn hindurchfließenden Strom einen hohen Widerstand entgegen, so daß der in das Kontaktteil
eindringende Strom zusätzlich veranlaßt wird, durch den Mittelbereich einzudringen. In der abgeänderten
Ausführungsform von F i g. 3 erstrecken sich die spiralförmigen Schlitze 32 über den ringförmigen
Einsatz 70 hinaus radial nach innen. Aul diese Weise
überbrücken der Einsatz 70 und der Körper des Kontaktteils 25 die Innenendeii der Schütze 32. Die
2j Außenumfangsfläche des aus rostfreiem Stahl bestehenden
Einsatzes 70 ist vorzugsweise ein wenig radial gegen die Außenumfangsfläche des Kontaktteils 25
nach innen versetzt, damit die Möglichkeit verringert wird, daß ein Lichtbogenendpunki am Einsatz 70 haftet.
Hierzu 1 Blatt Zeichnungen
Claims (3)
1. Vakuumschalter mit relativ zueinander bewegbaren Kontaktstücken, welche eine im wesentlichen
scheibenförmige Form aufweisen, eine kreisringförniige
konzentrisch angeordnete Kontaktfläche besitzen und außerhalb der Kontaktfläche zur Erzeugung
einer Lichlbogenrotation mit mehreren spiralförmig verlaufenden Schlitzen versehen sind, dadurch
gekennzeichnet, daß die Kontaktfläche
(30) jedes Kontaktstückes (17, 18) von einem knopffönnigcn Kontaktteil (25) gebildet ist, welches
zentral am Kontaktstück befestigt ist und die Schlitze (32) im Bereich ihrer inneren Enden (32;i)
überdeckt.
2. Vakuumschalter mich Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß sich die Schlitze (32) in dem
außerhalb des knopfförmigen Teils (25) liegenden Bereich der Koniaktstücke durch die gesamte Dicke
und bis zum äußeren Rand derselben erstrecken.
3. Vakuumschalter nach Anspruch I oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß das knopfförmige
Kontaktteil (25) aus einer gegen Verschweißen widerstandsfähigen Legierung hergestellt ist.
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Legal Events
Date | Code | Title | Description |
---|---|---|---|
C3 | Grant after two publication steps (3rd publication) | ||
E77 | Valid patent as to the heymanns-index 1977 |