DE1765051A1 - Elektrische Kontaktanordnung zur raschen Lichtbogenableitung auf fest vorgegebener Bahn - Google Patents

Description

• Elektrische Kontaktanordnung zur raschen Lichtbogenableitung auf fest vorgegebener Bahn. Die Erfindung betrifft eine elektrische Kontaktanordnung, bei der ohne aufwendige Zusatzeinrichtungen der bei der Kontakttrennung entstehende Lichtbogen auf einer fest vorgeschriebenen Bahn rasch von seinem Entstehungsort weggeleitet wird. Bei elektrischen Kontaktvorrichtungen, die den Strom bei höheren Spannungen und Stromstärken schalten, entsteht beim Öffnen der Kontaktstücke ein Lichtbogen, dessen Fusspunkte normalerweise ganz unregelmässig über die Kontaktoberflächen wandern. Die dadurch bedingte thermische Aufheizung der Kontaktstücke über grössere Bereiche der Kontaktoberflächen führt zu einem Verdampfen und Verspritzen des Kontaktmaterials im schmelzflüssigen Zustand und ist so für den sogenannten Abbrand der Kontaktstücke verantwortlich. Um einen geringen Abbrand zu erreichen, muss die Verweilzeit der Lichbogenfusspunkte auf den Kontaktstücken möglichst kurz gehalten werden. Bei rtiederspannungsschaltgeräten werden die beim Öffnen der Schaltstücke entstehenden Lichtbögen zu ihrer Löschung meist mit Hilfe von eigenerregten Magnetfeldern zu Schleifen aufgeweitet und iiuf dem kürzesten Weg von den Kontakts dicken iri sogenarinte Löschkammern abgeleitet, so lie gelöscht werden, Bei den aogenannten Magne tfeld-Mi tteluparinungsschaltgeräteri arbeitet man vielfach noch mit zusätzlichen magnetischen Fremdfeldern, um eine raschere Ableitung des Lichtbogens zu erreichen. Die Magnetfelder können auch dazu dienen, die Lichtbogenfüsspunkte von den Kontaktstücken auf hornförmige Abbrandstücke, die sogenannten Abbrandhörner, abzulenken, so dass die Kontaktstöcke nicht während der gesamten Lichtbogenbrenndauer, sondern, nur während der Verweilzeit der Lichtbogenfusspunkte auf den Kontaktstücken beansprucht werden. Um auch bei der Verwendung von Abbrandhörnern die Lichtbögen schnell zu grossen Schleifen aufwehen zu können, müssen die Lichtbogenfusspunkte mit möglichst hoher Geschwindigkeit und auf dem kürzesten Weg bis an das Ende der Abbrandhörner gelenkt werden. Da bei der Ableitung des Lichtbogens über ein Kontaktstück oder eine Lichtbogenlaufschiene die Lichtbogenfusspunkte auch senkrecht zur Ablenkungsrichtung noch eine gewisse Beweglichkeit besitzen, war es bei den bisher bekannten Schaltgeräten nicht immer zu vermeiden, dass der Lichtbogen auf angrenzende Metall- oder Nichtmetallteile, wie zum Beispiel Kontaktträgerstäbe oder Isolationsteile, überging und diese zerstörte oder beschädigte. Die Erfindung hat daher die Aufgabe, die Fusspunkte eines zwischen zwei Kontaktstücken, Laufschienen oder sonstigen Schalterbauteilen brennenden Lichtbogens ohne aufwendige Zusatzeinrichtungen auf einer genau vorgeschriebenen Bahn zu halten und wandern zu lassen, ohne dass sie auf angrenzende Kontakt- und-Schalterteile übergehen und diese beschädigen oder zerstören können. Diese Aufgabe lässt sich erfindungsgemäss dadurch lösen, dass man eine.elektrische Kontaktanordnung mit Zonen aus unterschiedlichen Werkstoffen verwendet, bei der die fest vorgegebene Laufbahn des Lichtboguns aus einem elektrisch leitfähigen Material mit hohem Siedepunkt besteht und parallel zur gewünschten Laufrichtung des Lichtbogens beiderseitig von Zonen eines Werkstoffs mit niedrigerem Siedepunkt begrenzt wird, wobei das Verhältnis der Siedepunkte, .gemessen in Celsiusgraden, grösser als 1,25, vorzugsweise grösser als 2,0 sein muss. Die gerichtete Wanderung des Lichtbogens auf seiner vorgeschriebenen Bahn ist dabei um so exakter, je grösser das Verl11i.ltnis der Siedepunkte ist. Bei Haterialien, die unterhalb des Siedepunktes sublimieren oder sich zersetzen, ist die Subliniations- b-.w. Zersetzungstemperatur für das Verhältnis und damit für die gerichtete W3nderizrigausschlaggebend, bei Legierungen und Verbundwerkstoffen der Siede- bzw. Subliniationspunkt der am niedrigsten siedenden Legierungs- bzw. Verbundwerkstoffkomponenten. Die Erfindung beruht auf der durch neuere Untersuchungen gewonnenen Erkenntnis, dass die Liclitbögeti ihre Fusspunkte vorzugsweise auf deal höhersiedenden Werkstoff ausbilden, da dort die Emissi.onsbedingungen gfnstiger sind als auf dei.i niedrigersiedenden Material. Infolge der hohen Fusspunkttemperaturen verdampft der in der Umgebun#; der Fusspunkte sich befindende niedrigersiedende '@lerk,^toff, wobei die Dämpfe eine kiililende t!irkunf; auf den höhersiedenden "erkstoff ausüben und die hichtbogenfusapunkte einhüllen. Ilan erhält so bei den erfindun;sgemli sKontaktanordnungen parallel zur gewünschten Li chtbogenlaufri chtung zwei Wände aus nichtionisiertem Dampf, die den Lichtbogen an einer Wanderung senkrecht zur gewünschten Laufrichtung hindern. Die erfindungsgemässe Anordnung hat weiterhin den Vorteil, dai;-:3 der Abbrand in vielen Fällen auch auf den hi.clitboi;enlr:ufscliic2iie11 und Abbrandhörnern gegenüber den bisher benutzten Kontaktanordnungen verringert wird. Die Lichtbogenfusspunkte laufen vorzugsweise auf dein Material mit dem höheren Siedepunkt, das durch das Verdampfen des niedrigersiedenden jlerlsstoffs infolge der Abgabe der Verdampfungswärme gekühlt wird. Es kommt daher kaum noch zu einer Aufschmelzung des höhersiedenden Moterials und damit zu keiner Verspritzung dieses Werkstoffs im schmelzflüssigen Zustand, was weittjus am meisten zum Abbrandvc:i#liir-i 1,ei den Kontaktanordnungen beiträgt. Vorzugsweise ist bei der erfindungsgemässen Kontaktanordnung die vorgegebene Taufbahn des Lichtbogens, die aus einem elektrisch leitfähigen Material mit hohem Siedepunkt besteht, beiderseitig von mehreren Zonen begrenzt, die parallel zur vorgegebenen Laufrichtung des Lichtbogens liegen und abwechselnd aus einem Werkstoff mit niedrigerem und höherem Siedepunkt bestehen. Diese vorzugsweise Anordnung hat den Vorteil, dass auch Lichtbogenfueg. punkte, die gelegentlich eine Zone aus niedrigersiedendem Werkstoff überspringen, festgehalten und abgeleitet werden, ohne Beschädigungen und Zerstörungen an Isolierstücken und sonstigen Schalterteilen verursachen zu können. Für die einzelnen Zonen der Schalterbauteile können natürlich auch mehrere höher- und niedriger;3i edende Werkstoffe verwendet werden. Erf in@iurlg sgemäss können beispielsweise die in Tabelle 1 angeführten Werkr3toffkombi nationen Allwendung finden s

  Tabelle 1

  Werkstoffkombination Siedepunkte Quotient

  Wolfram - Eisen 5500 /ca. 3000 1,83

  " - Nickel " / 2800 1,96

  " - Zinn " / 2690 2,04

  " - Kupfer " 2595 2,12

  " - Aluminium " / 2447 2,24

  - Silber " / 2180 2,52

  " - Blei " / 1751 3,14

  " -:-Zink " . / 907 6,06

  Molybdän - Eisen 4800 /ca. 3000 1,60

  " - tti " / 2800 1972

  " - Sn " / 2690 1,78

  " - Cu " / 2595 1985

  @@ - A1 2447 1996

  " - A9 " / 2180 2,20

  " - Pb " / 1751 2,74

  " - Zn " / 907 5,30

  Graphit - TTi 3830 / . 2800 1937

  " - Cu " / 2595 1,48

  " - Ag " / 2180 1,76

  Eisen - Ag ca. 3000 / 2180 1,38

  " - Pb " / 1751 1971

  Nickel - Ag 2800 / 2180 1,29

  " - Pb " / 1751 1,60

  Kupfer - Pb 2595 / 1751 1,48

  " - Cd " / 765 3,40

  Aluminium- Pb 2447 / 1751 1,40

  11 - Zn it / 907 2970

  Silber - Pb 2180 / 1751 1,25

  " - Zn " / 907 2,40

  " - Cd " / 765 2,86

  (Die liier angegebenen Siedepunkte sind entnommen aus D'Ans-Lax "Taschenbuch für Chemiker und Physiker", 3. Auflage 1967, Springer-Verlag, der Siedepunkt des Graphits aus, Römpp "Chf!rtii9-lexLkon", Stichwort " Graphit", 6. Auflage 1966, Franckh'sche Verlagshandlung.) lieben den reinen Metallen können natürlich auch Legierungen, wie beispielsweise Messing, Bronze oder Kupfer-Nickellegierungen und heterogene Werkstoffe, wie beispielsweise Silberkadmiumoxid oder Silber-Nickel oder auch anorganische Verbindungen, wie beispielsweise Metalloxide oder -fluoride als höher- oder niedrigersiedende Komponenten Verwendung finden. Auch hochmolekulare organische Stoffe sind als niedrigersiedende Komponenten geeignet. Die Lichtbogenfusspunkte werden besonders gut auf einer fest vorgegebenen Bahn festgehalten, wenn man Werkstoffkombinationen verwendet, bei denen auch der Schmelzpunkt der höhersiedenden Komponente höher liegt als der Siedepunkt des niedrigersiedenden Uerkstoffs. Besonders geeignet für die erfindungsgemässen Kontaktanordnungen sind daher die in Tabelle 2 angeführten Kombinationen:

  Tabelle 2

  Werkstoffkombination Schmelzpunkt/Siedepunkt

  W - Eisen 3390 / 0a.'3000

  " - Ni " / 2800

  " - Sn " / 2690

  " - Cu " / 2595

  " - A1 " % 2447

  " - Ag 2180

  " - Pb " / 1751 .

  " - Zn 907'

  MO - Cu 2620 / 2595

  " - Al " / 2447

  - Ag " / 2180

  " - Pb " / 1751

  - Zri / 907

  Graphit - Ni 3800 / 2800

  " - Cu " / 2595

  n - Ag " % 2180

  Cu - Cd 1083 / 765

  Ag - Zn 961e / 907

  " - Cd " / 765

  (Die hier angegebenen Schmelzpunkte sind entnoi:imen aus D' Ans-Lax "Taschenbuch für Chemiker und Physiker", 3. Auflage 1967, Springer-Verlag.) Die lluswahl der zu kombinierenden Werkstoffe kann natürlich nicht nur nach den unterschiedlichen Siedepunkten getroffen werden, sondern es spielen für deren Verwendung auch noch andere Eigenschaften eine Rolle, wie z.B. die elektrische und thermische Zeitfähigkeit.
• Die folgenden Beispiele und Abbildungen sollen den Erfindungsgegen-stand näher erläutern! Abb. 1 zeigt schematisch die Schaltgliederanordnung in einem Niederspannungsschaltgerät zum Schalten von Strömen bis 100 A mit einer erfindungsgemässen Ausbildung der Abbrandhörner (11 und 7.2), während Abb. 2 einen Querschnitt t;cinäes der Linie 11 - 11 in Abb. 1 wiedergibt. Das @cli@ll i:@;cr@it bestellt aus einem feststehenden (13) und ei nei:; lic@wel;l i c:hen (34) Scili@il.tUl.i.ed, auf

  denen die (15 iuid 1.E) befestigt. sind. Die

  Schaltl;lieder (111 und 1_4) 1 i@ii°c'n j2@ den Ahl:riitidliörnerti

  (11 und 12) aus, zwi srlieii denct: si i:h die Löschbleche (17)

  der Läschlu31ilIile1' die läi.clitb@5@;en (1) auf

  kürzestem Wege und inök;1.i ch:--t roch in die Lö schkainmer

  abzuleiten, bestellt die lii.cl:tliol;c:nl.aizffl.äclle (19) der

  Abbrandhörner (1.1 und 12) aiv: eiileni höhersiedenden Material

  und wird beiderseita fl@iiiki cr,t voii Zonen aus einem nie-

  drigersiedenden `,lc:i#1::3taff (2G und 21).

  Abb. 3 zeigt eitre: andere: hui-filhruiil3.:fc@rm der erfiiidungsgem,isuen

  Abbrandhörner im mz, i",--c:lini i t. IM er wird die Li chtbogen- '

  lauffläche der abwechselnd flankiert

  von niehi#ceren Zonen aus eiiic;ir li'c3liersi edenden (23) und

  einem niedrigorsi eclrn@len (:=r; ; Mai erial.

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  fusspunkte geradlinig abzuleiten, sondern durch entsprechende spiralförmige oder sonstige bogenförmige Anordnung der Zonen kann man die Lichtbogenfusspunkte auch auf eine Spiralbahn oder sonstige gebogene Bahn zwingen.

Claims (5)

1. P a t e n t ans p r u c h e 1. Elektrische Kontaktanordnung mit Zonen aus unterschiedlichen Werkstoffen zur raschen Lichtbogenableitung auf einer fest vorgegebenen Bahn, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t, dass die vorgegebene Laufbahn des Lichtbogens aus einem elektrisch leitfähigen Material mit hohem Siedepunkt besteht und parallel zur gewünschten Laufrichtung des Lichtbogens beiderseitig von Zonen eines Materials mit niedrigerem Siedepunkt begrenzt wird, wobei das Verhältnis der Siedepunkte, gemessen in Celsusgraden, grösser als 1,25 sein muss.
2. 2. Anordnung nach Anspruch 1, d a d u r c h g e k e n n -z e i c h n e t , dass das Verhältnis der Siedepunkte grösser als 2,0 ist.
3. 3. Anordnung nach Anspruch 1 und 2, d a d u r c h g e k e n n -z e i c h n e t , dass die vorgegebene Laufbahn des Lichtbogens aus einem elektrisch leitfähigen Material mit hohem Siedepunkt, beiderseitig von mehreren Zonen begrenzt wird, die parallel zur vorgegebenen Laufrichtung des Lichtbogens liegen und abwechselnd aus einem Werkstoff mit niedrigerem und höherem Siedepunkt bestehen.
4. 4. Anordnung nach Anspruch '1 bis 3, d a d u r c h g e k e n n -z e i c h n e t , dass der Schmelzpunkt des höhersiedenden Werkstoffs höher-liegt als der Siedepunkt des niedrigersiedenden Werkstoffs.
5. 5. Anordnung nach Anspruch 1;4,d a d u r c h g e k e n n -z e i c h n e t , dass die Lichtbogenlaufschienen der Schaltgeräte parallel zur gewünschten Laufrichtung des Lichtbogens abwechselnd aus mehreren Zonen je eines höher- und niedrigersiedenden Werkstoffs aufgebaut sind, wobei die beiden äusseren Zonen aus dem niedrigersiedenden Material bestehen müssen. 6. Anordnung nach Anspruch 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass die Abbrandhörner der Schaltgeräte parallel zur gewünschten Laufrichtung des Lichtbogens abwechselnd aus mehreren Zonen je eines höher- und niedrigersiedenden Verkstoffs aufgebaut sind, wobei die beiden äusseren@Zonen ans dem niedrigersiedenden Material bestehen müssen.