DE1765051B2

DE1765051B2 - Elektrische kontaktanordnung zur raschen lichtbogenableitung auf fest vorgegebener bahn

Info

Publication number: DE1765051B2
Application number: DE19681765051
Authority: DE
Inventors: Adil Prof. Dr. 3300 Braunschweig; Schmid Heinz Dr.; Schröder Karl-Heinz Dipl.-Ing. Dr. 6454 Großauheim Erk
Original assignee: Deutsche Gold und Silber Scheideanstalt
Current assignee: Evonik Operations GmbH
Priority date: 1968-03-26
Filing date: 1968-03-26
Publication date: 1977-01-27
Also published as: DE1765051A1

Description

Die Erfindung betrifft eine elektrische Kontaktanordnung mit Zonen aus unterschiedlichen Werkstoffen zur faschen Lichtbogenableitung auf einer fest vorgegebenen Bahn, wobei die vorgegebene Laufbahn des Lichtbogens aus einem ersten elektrisch leitfähigen Material mit hohem Siedepunkt besteht und parallel zur gewünschten Laufrichtung des Lichtbogens zumindest teilweise beidseitig von Zonen eines zweiten Materials mit niedrigerem Siedepunkt begren.it wird.

Eine derartige elektrische Kontaktanordnung ist aus der DT-PS 10 00 486 bekannt.

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 übci größere Bereiche der Kontaktoberflächen führt ?n einem Verdampfen und Verspritzen des Kontaktma'erials im schmcUflüssigen Zustand und ist so für den sogenannten Abbrand der Kontaktstücke verantwortlich. Um einen geringen Abbrand zu erreichen, muß die Verweilzeit der Lichtbogenfußpunkte auf den Kontaktstücken möglichst kurzgehalten werden.

Bei Niederspannungsschaligeräten werden die beim öffnen der Schaltstücke entstehenden Lichtbögen zu ihrer Löschung meist mit Hilfe von eigenerregten Magnetfeldern zu Schleifen aufgeweitet und guf dem kürzesten Weg von den Kontaktstücken in sogenannte Löschkammern abgeleitet, wo sie gelöscht werden. Bei den sogenannten Magnetfeld-Mittelspannungsschaltgeräten arbeitet man vielfach noch mit zusätzlichen magnetischen Fremdfeldern, um eine raschere Ableitung des Lichtbogens zu erreichen.

Die Magnetfelder können auch dazu dienen, die Lichtbogenfußpunkte von den Kontaktstücken auf hornförmige Abbrandstücke, die sogenannten Abbrandhörner, abzulenken, so daß die Kontaktstücke 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 Lichtbogen schnell zu großen Schleifen aufweiten 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 Licntbogenfußpunkte 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 z. B. Kontaktträgerstäbe oder Isolationsteile, überging und diese zerstörte oder beschädigte.

So ist es aus der DT-PS 10 00 486 bekannt, hornförmige Schaltkontakte aus elektrisch gut leitendem Material zu verwenden, wie z. B. Kupfer, in das zur Ableitung der Lichtbogenfußpunkte eine relativ breite streifenförmige Einlagerung aus magnetischem Material eingebettet ist, insbesondere aus Eisen. Auch auf diesen Einlagerungen können die Lichtbogenfußpunkte noch sehr unregelmäßig wandern und zu hohen Materialverlusten führen.

Weiterhin ist es aus der DT-PS 9 71 964 bekannt, bei Hochspannungsleistungsschaltern mit Schaltstift und Ringkontakt in den aus Kupfer bestehenden Schaltstift einzeln homogene Stücke aus einem niedrigerschmelzenden Werkstoff einzusetzen. Auf diesen Schaltstiften vermögen die Lichtbogenfußpunkte jedoch ebenfalls unregelmäßig zu wandern und bewirken einen relativ hohen Abbrandverlust.

Ebenso ist es aus der DT-PS 7 58 108 bekannt, das Verkleben und Verschweißen von Kontaktstücken zu erschweren, indem beide Kontaktstücke aus nebeneinander angeordneten abwechselnd einander folgenden Streifen aus gut leitenden und aus das Schweißen verhindernden Stoffen besteht. Mit solchen Kontaktstücken können die Lichtbogenfußpunkte ebenfalls nicht auf eindeutig vorgegebener Bahn und auf kürzestem Weg abgeleitet werden, so daß auch hier ein relativ hoher Abbrandverlust entsteht.

Die Erfindung hat daher die Aufgabe, die bekannten Kontaktanordnungen dahingehend zu verbessern, daß man die Fußpunkte eines zwischen zwei Kontaktstükken, Laufschienen oder sonstigen Schalterbauteilen brennenden Lichtbogens ohne aufwendige Zusatzeinrichtungen auf einer genau vorgeschriebenenen Bahn gehalten und wandern läßt, ohne daß sie auf angrenzende Kontakt- und Schalterteile übergehen und diese beschädigen oder zerstören können.

Diese Aufgabe wird bei einer elektrischen Kontakt-

tnordnung der eingangs genannten Art erfindungsgerniiß dadurch gelöst, daß weder das erste Material !magnetisch, noch das zweite Matrial metallisch zu sein !braucht, daß aber das erste Material auf der gesamten ^?Länge der Laufbahn des Lichtbogens von dazu parallelen Zonen des zweiten Material begrenzt sein muß und daß außerdem das Verhältnis der Siedepunkte, ίνοη erbtem und zweitem Material, gemessen in Celsiusgraden, größer als 1,25 sein muß. Vorteilhafterweise ist das Siedepunktverhältnis größer als 2,0. Die gerichtete Wunderung des Lichtbogens auf seiner vorgeschriebenen Bahn ist dabei um so exakter, je größer das Verhältnis der Siedepunkte ist.

Bei Materialien, die unterhalb des Siedepunktes sublimieren oder sich zersetzen, ist die Sublimationsbzw. Zersetzungstemperatur für dar Verhältnis und damit für die gerichtete Wanderung ausschlaggebend, bei Legierungen und Verbundwerkstoffen der Siedebzw. Sublimationspunkt der am niedrigsten siedenden Legierungs- bzw. Verbundwerkstoffkomponenten.

Die Erfindung beruht auf der durch neuere Untersuchungen gewonnenen Erkenntnis, daß die Lichtbogen ihre Fußpunkte vorzugsweise auf dem höhersiedenden Werkstoff ausbilden, da dort die Emissionsbedingunger günstiger sind als auf dem niedrigersiedenden Material. Infolge der hohen Fußpunkttemperaturen verdampft der in der Umgebung der Fußpunkte sich beendende niedrigersiedende Werkstoff, wobei die Dämpfe eine kühlende Wirkung auf den höhersiedenden Werkstoff ausüben und die Lichtbogenfußpunkte einhüllen. Man erhält so bei den erfindungsgemäßen Kontaktanordnungen parallel zur gewünschten Lichtbogenlaufrichtung zwei Wände aus nichtionisiertem Dampf, die den Lichtbogen an einer Wanderung senkrecht zur gewünschten Laufrichtung hindern.

Die erfindungsgemäße Anordnung hat weiterhin den Vorteil, daß der Abbrand in vielen Fällen auch auf den Lichtbogenlaufschienen und Abbrandhörnern gegenüber den bisher benutzten Kontaktanordnungen verringert wird. Die Lichtbogenfußpunkte laufen vorzugsweise auf dem Material mit dem höheren Siedepunkt, das durch das Verdampfen des niedrigersiedenden Werkstoffs infolge der Abgabe der Verdampfungswärme gekühlt wird. Es kommt daher kaum noch zu einer Aufschmelzung des höhersiedenden Materials und damit auch zu keiner Verspritzung dieses Werkstoffs im schmelzfluss igen Zustand mehr, was bisher weitaus am meisten zum Abbrandverlust bei den Kontaktanordnungen beigetragen hat.

Besonders vorteilhaft ist bei der erfindungsgemäßen Kontaktanordnung die vorgegebene Laufbahn 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 Anordnung hat den Vorteil, daß auch Lichtbogenfußpunkte, die gelegentlich eine Zone aus niedrigersiedendem Werkstoff überspringen, festgehalten und abgeleitet werden, ohne Beschädigungen und Zerstörungen an Isolierstükken und sonstigen Schalterteilen verursachen zu können. Für die einzelnen Zonen der Schalterbauteile können natürlich auch mehrere höher- und niedrigersiedende Werkstoffe verwendet werden.

Erfindungsgemäß können beispielsweise die in Tabelle 1 angeführten Werkstoffkombinationen Anwendung finden:

Tabelle 1

Werkstoffkombination

Siedepunkte

Quotient

Wolfram—Eisen
Wolfram—Nickel
Wolfram —Zinn
Wolfram—Kupfer
Wolfram—Aluminium

ίο Wolfram—Silber
Wolfram—Blei
Wolfram—Zink

Molybdän—Eisen

Molybdän—Ni
Molybdän-Sn

Molybdän—Cu

Molybdän—Al

Molybdän —Ag

Molybdän-Pb
Molybdän-Zn

Graphit—Ni
Graphit—Cu
Graphit—Ag

²5 Eisen —Ag Eisen-Pb Nickel —Ag
Nickel-Pb

30 Kupfer—Pb Kupfer-Cd Aluminium —Pb
Aluminium —Zn

35 Silber-Pb Silber-Zn Silber-Cd 5500/ca. 3000

5500/2800

5500/2690

5500/2595

5500/2447

5500/2180

5500/1751

5500/907

4800/ca. 3000

4800/2800

4800/2690

4800/2595

4800/2447

4800/2180

4800/1751

4800/907

3830/2800 3830/2595 3830/2180

ca. 3000/2180 3000/1751

2800/2180 2800/1751

2595/1751 2595/765

2447/1751 2447/907

2180/1751

2180/907

2180/765

1,83 1,96 2,04 2.12 2,24 2,52 3,14 6,06

1,60 1,72 1,78 1,85 1,96 2,20 2,74 5,30

1,37 1.48 1,76

1.38 1.71

1,29 1,60

1,48 3,40

1,40 2.70

1.25 2.40 2.86

(Die hier angegebenen Siedepunkte sind entnommen aus D'AnsLax »Taschenbuch für Chemiker und Physiker«. 3. Auflage 1967. Springer-Verlag, der Siedepunkt des Graphits aus "* Rönipp »Chemielexikon«, Stichwort »Graphite. 6. Auflage 1966. Franckh'sche Verlagshandlung.)

Neben den reinen Metallen können natürlich auch Legierungen, wie beispielsweise Messing, Bronze oder

Kupfer-Nickellegierungen und heterogene Werkstoffe, wie beispielsweise Silberkadmiumoxid oder Silber-Nikkei 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 ftian Werkstoffkombinationeii verwendet, bei denen auch der Schmelzpunkt der höhersiedenden Komponente höher liegt als der Siedepunkt des niedrigersiedenden Werkstoffs. Besonders geeignet für die erfindungsgemäßen Kontaktanordnungen sind daher die in Tabelle angeführten Kombinationen:

Tabelle 2

Werkstoffkombination

Schmelzpunkt/Siedepunkt

W —Eisen
W-Ni
W-Sn
W-Cu

3390/ca. 3000 3390/2800 3390/2690 3390/2595

Fortsetzung	Schmelzpunkt/Siedepunkt
Werkstoifkombination	3390/2447 3390/2180 3390/1751 3390/907
W-Al W-Ag W-Pb W-Zn	2620/2595 2620/2447 2620/2180 2620/1751 2620/907
Mo-Cu Mo-Al Mo-Ag Mo-Pb Mo-Zn	3800/2800 3800/2595 3800/2180
Graphit —Ni Graphit—Cu Graphit —Ag	1083/765
Cu-Cd	961/907 961/765
Ag-Zn Ag-Cd

(Die hier angegebenen Schmelzpunkte sind entnommen aus D'Ans-Lax »Taschenbuch für Chemiker und Physiker«, 3. Auflage 1967. Springer-Verlag.)

Die Auswahl der zu kombinierenden Werkstoffe kann natürlich nicht nur nach den unterschiedlichen Siedepunkten getroffen werden, siondern es spielen für deren Verwendung auch noch andere Eigenschaften eine Rolle, wie z. B. die elektrische und thermische Leitfähigkeit.

Die folgenden Beispiele und Abbildungen sollen der Erfindungsgegenstand näher erläutern:

Abb.l zeigt schematisch die Schaltgliederanordnung in einem Niederspannungsschaltgerät zum Schalten von Strömen bis 100 A mit einer erfindungsgemäßer Ausbildung der Abbrandhörner (11 und 12), während

Abb.2 einen Querschnitt gemäß der Linie H-II ir Abb.l wiedergibt. Das Schaltgerät besteht aus einem feststehenden (13) und einem beweglichen (14) Schaltglied, auf denen die Kontaktstücke (15 und 16) befestig! sind. Die Schaltglieder (13 und 14) laufen in den Abbrandhörnern (11 und 12) aus, zwischen denen sich die Löschbleche (17) der Löschkammer befinden. Um die Lichtbogen (18) auf kürzestem Wege und möglichsi rasch in die Löschkammer abzuleiten, besteht die Lichtbogenlauffläche (19) der Abbrandhörner (It und 12) aus einem höhersiedenden Material und wird beiderseits flankiert von Zonen aus einem niedrigersiedenden Werkstoff (20 und 21);

A b b. 3 zeigt eine andere Ausführungsform der erfindungsgemäßen Abbrandhörner im Querschnitt Hier wird die Lichtbogenlauffläche der Abbrandhörner (22) abwechselnd flankiert von mehreren Zonen aus einem höhersiedenden (23) und einem niedrigersiedenden (24} Material.

Die erfindungsgemäße Anordnung von Zonen aus höher- und niedrigersiedenden Materialien ist nicht nur dafür geeignet, die Lichtbogenfußpunkte 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.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen

Claims

Patentansprüche:

1. Elektrische Kontaktanordnung mit Zonen aus unterschiedlichen Werkstoffen zur raschen Lichtbogenableitung auf einer fest vorgegebenen Bahn, wobei die vorgegebene Laufbahn des Lichtbogens aus einem ersten elektrisch leitfähigen Material mit hohem Siedepunkt besteht und parallel zur gewünschten Laufrichtung des Lichtbogens zumindest teilweise beidseitig von Zonen eines zweiten Materials mit niedrigerem Siedepunkt begrenzt wird, dadurch gekennzeichnet, daß weder das erste Material magnetisch, noch des zweite Material metallisch zu sein braucht, daß aber das ,erste Material auf der gesamten Länge der Laufbahn (19) des Lichtbogens von dazu parallelen Zonen (20, 21) des zweiten Materials begrenzt sein muß und daß außerdem das Verhältnis der Siedepunkte von erstem und zweiten Material, gemessen in Celsiusgraden, größer als 1,25 sein muß.

2. Anordnung nach Anspruch I₁ dadurch gekennzeichnet, daß das Verhältnis der Siedepunkte größer als 2,0 ist.

3. Anordnung nach den Ansprüchen 1 und 2, dadurch gekennzeichnet, daß die vorgegebene Laufbahn des Lichtbogens aus dem elektrisch leitfähigen Material mit hohem Siedepunkt beiderseitig von mehreren Zonen (23, 24) begrenzt wird, die parallel zur vorgegebenen Laufrichtung des Lichtbogens liegen und abwechselnd aus einem Werkstoff mit niedrigerem (Zonen 24) und höherem (Zonen 23) Siedepunkt bestehen, ,vobei die beiden äußeren Zonen aus dem niedrigersiedenden Material bestehen müssen (A b b. i\

4. Anordnung nach den Ansprüchen 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß der Schmelzpunkt des höhersiedenden Werkstoffs höher liegt als der Siedepunkt des niedrigersiedenden Werkstoffs.

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