DE1765051C3 - Elektrische Kontaktanordnung zur raschen Lichtbogenableitung auf fest vorgegebener Bahn - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft eine 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.

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 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 Lichtbogenfußpunkte auf den Kontaktstücken möglichst kurz gehalten werden.

Bei Niederspannungsschaltgeräten werden die beim öffnen der Schaltstücke entstehenden Lichtbogen zu ihrer Löschung meist mit Hilfe von eigenerregten Magnetfeldern zu Schleifen aufgeweitet und auf 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 L.ichtbogenbrenndauer, 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 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 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-

17

anordnung der eingangs genannten Art erfindungsgemäB dadurch gelöst, daß weder das erste Material magnetisch, noch das zweite Material metallisch zu sein braucht, daß aber das erste Material auf der gesamten Länge der Laufbahn des Lichtbogens von dazu parallelen Zonen des zweiten Materials begrenzt sein muß und daß außerdem das Verhältnis der Siedepunkte, von erstem und zweitem Material, gemessen in Celsiusgraden, größer als 1,25 sein muß. Vorteilhafterweise ist das Siedepunktverhältnis größer als 2,0. Die gerichtete Wanderung 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 Sublimations- bzw. Zersetzungstemperatur für das 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 Emissionsbedingungen günstiger sind als auf dem niedrigersiedenden Material. Infolge der hohen Fußpunkttemperaturen verdampft der im der Umgebung der Fußpunkte sich befindende niedrigersiedende Werkstoff, wobei die Dämpfe eine kühlende Wirkung auf den höhersiedenden Werkstoff ausüben und die Lichtbogenfußpunkte einhüllen. Man erhält so bei den erfmdungsgemäßen 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 dei höhersiedenden Materials und damit auch zu keiner Verspritzung dieses Werkstoffs im schmelzflüssigen 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. 6;;

Erfindungsgemäß können beispielsweise die in Tabelle 1 angeführten Werkstoff kombinationen Anwendune finden:

051	4	Quotient
Tabelle I		1,83
Werkstoff kombination	Siedepunkte	1,96
Wolfram —Eisen	5500/ca. 3000	2,04
Wolfram —Nicke!	5500/2800	2,12
Wolfram —Zinn	5500/2690	2,24
Wolfram —Kupfer	5500/2595	2,52
Wolfram— Aluminium	5500/2447	3,14
Wolfram-Silber	5500/2180	6.06
Wolfram-Blei	5500/1751	1,60
Wolfram —Zink	5500/907	1.72
Molybdän —Eisen	4800/ca. 3000	1,78
Molybdän —Ni	4800/2800	1,85
Molybdän —Sn	4800/2690	1,96
Molybdän —Cu	4800/2595	2,20
Molybdän-Al	4800/2447	2,74
Molybdän —Ag	4800/2180	5,30
Molybdän-Pb	4800/1751	1.37
Molybdän —Zn	4800/907	1,48
Graphit—Ni	3830/2800	1,76
Graphit —Cu	3830/2595	1,38
Graphit —Ag	3830/2180	1,71
Eisen —Ag	ca. 3000/2180	1,29
Eisen—Pb	3000/1751	1,60
Nickel —Ag	2800/2180	1,48
Nickel-Pb	2800/1751	3,40
Kupfer-Pb	2595/1751	1,40
Kupfer-Cd	2595/765	2,70
Aluminium—Pb	2447/1751	1,25
Aluminium —Zn	2447/907	2,40
Silber-Pb	2180/1751	2,86
Silber-Zn	2180/907
Silber-Cd	2180/765

(Die hier angegebenen Siedepunkte sind entnommen aus D'Ans-Lax »Taschenbuch für Chemiker und Physiker«, 3. Auflage 1967, Springer-Verlag, der Siedepunkt des Graphits aus Römpp »Chemielexikon«, Stichwort »Graphit«, 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 Lichtbögenfußpunkte 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 Werkstoffs. Besonders geeignet für die erfiridungsgemäßen Kontaktanordnungen sind daher die in Tabelle 2 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

Werkstoffkombination

W-Al
W-Ag
W-Pb
W-Zn

Mo-Cu

Mo-Al

Mo-Ag

Mo-Pb

Mo-Zn

Graphit —Ni
Graphit—Cu
Graphit —Ag

Cu-Cd

Ag-Zn
Ag-Cd

Schmclzpunkl/Siedepunkl

3390/2447 3390/2180 3390/1751 3390/907

2620/2595 2620/2447 2620/2180 2620/1751 2620/907

3800/2800 3800/2595 3800/2180

1083/765

961/907 961/765

(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, sondern 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 den Erfindungsgegenstand näher erläutern:

A b b. 1 zeigt schematisch die Schaltgliederanordnung in einem Niederspannungsschaltgerät zum Schalten von Strömen bis 100 A mit einer erfindungsgemäßen Ausbildung der Abbrandhörner (11 und 12), während

Abb.2 einen Querschnitt gemäß der Linie H-II in A b b. 1 wiedergibt. Das Schaltgerät besteht aus einem feststehenden (13) und einem beweglichen (14) Schaltglied, auf denen die Kontaktstücke (15 und 16) befestigt 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 Lichtbögen (18) auf kürzestem Wege und möglichst rasch in die Löschkammer abzuleiten, besteht die Lichtbogenlauffläche (19) der Abbrandhörner (11 und 12) aus einem höhersiedenden Material und wird beiderseits flankiert von Zonen aus einem niedrigersiedenden Werkstoff (20 und 21);

Abb.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 (4)

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 ι ο teilweise beidseitig von Zonen eines zweiten Materials mit niedrigerem Siedepunkt begrenzt wird, dadurch gekennzeichnet, daß weder das erste Material magnetisch, noch das 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 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Verhältnis der Siedepunkte größer als 2,0 ist.

3. Anordnung nach den Ansprüchen I. 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, wobei die beiden äußeren Zonen aus dem niedrigersiedenden Material bestehen müssen (A b b. 3).

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

40