DE1765263C3 - Elektrischer Vakuumschalter - Google Patents

Description

Die F.rfindun·.' beirifft einen elektrischen Vakuumschalter, dessen Kontaktslücke eine kreisringförinige Kontaktfläche aufweisen und /n. Erzielung einer hohen Lichtbogenfußpunktgcschwindigkcii umfänglich durch Schlitzung quer zur Krcisri.gachse in ein/.elne Strompfade unterteilt sind.

Schalter der eingangs genannten Art sind mit Konlaktstückcn aus im Zonenschmelzvcrfahrcn veredelten Werkstoffen ausgerüstet. Die Verwendung solcher Werkstoffe ist erforderlich, um beim Abschaltvorgang zu verhindern, daß zusätzlich zu dem vom Lichtbogen verdampften MeIaM auch noch Gase aus dem Kontaktstück werkstoff freigesetzt werden. Durch das Freiwerden von Gasen würde nämlich das hohe Vakuum im Inneren des Schalters beeinträchtigt werden. Fine Beeinträchtigung des Vakuums wiederum würde das Wiederzünden des Lichlbogens begünstigen.

Um die Melallvcrdanipfung durch den Lichtbogen so klein wie möglich m halten, sind die Kontaktstück«: der bekannten Schulter der eingangs genannten Art umfänglich in einzelne Strompfade unterteilt, vorzugsweise mit schräg /ur Kreisringachse verlaufenden Schlitzen versehen, weil auf diese Weise der abzuschaltende Strom selbst in der Lage ist. hohe Fußpunklgcschwindigkcilcn des Lichlbogens n\ gewährleisten. Hohe FuIlpunktgeschwindigkcilcn sind gleichbedeutend mil geringer Verweilzeit des Endpunktes an ein und der gleichen Slelle der Kontaklfläche und damit die Voraussetzung für geringstniögliche Erwärmung bzw. Melaillver· dämpfung.

Beim Abschalten hoher Ströme Irin auch eine siaike dvnamischc Belastung der Kontaktslücke ein. Infolge der gegebenen Fesiigkeilseigenschaflen von Werkstoffen, die im Zonenschmelz.verfahren veredelt wurden. Irin durch das Schulzen der Koniaktstücke häufig eine derartig grolle Schwächling der Festigkeit ein, dull be sondere Maßnahmen ergriffen werden müssen, um die Festigkeit zu steigern. So ist es beispielsweise bekannt-

. Siüi/kiirper hoher festigkeit in hinn \mi Einbauten innerhalb der Konniktsiiuke anzuordnen oiler aber als aullere Stützringe /u verwenden Es wurde auch schon vorgeschlagen, eine lestigkeiissteit-e rung dadnn-h zu erreichen, dall die Schlitze nur durch einen TtHI des Kontaktstüekquerschniltes geführt werden (DE-AS 11 96 751).

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, einen Schalter der eingangs genannten Art so aus.· ibiJden. dall er linier möglichst sparsamer Verwendung des hochwertigen und teuren Kontaktstück-Werkstoffes hergestellt werden kann und dennoch zuverlässig und funktionssicher arbeitet.

Zur Lösung der vorgenannten Aufgabe kennzeichnet sich eier einleitend bezeichnete Schalter erfindungsgemäll dadurch, daß die aus einem Werkstoff hoher Leitfähigkeit besiehenden Kontaktslücke jeweils \on einem ringtopflörntigen Hüllkörper aus hoch entgastem, elektrisch leitendem Werkstoff umgeben sind, der wenigstens die Kontaktseite sowie die daran angrenzenden seitlichen I lachen des Kontaktdruckes bedeckt.

Hei dem neuen Vakuumschalter lallt sich der Kein des |cweiligen Kontaktstückes durch Wahl geeigneter Werkstoffe und geeigneter Abmessungen, beispielswei se aus Kupfer in einfacher Weise geschlitzt, wie zur Erzeugung der hohen Lichtbogenfullptinklgcschwindigkeil erforderlich, und zugleich mechanisch stabil, ausbilden. Da der Kern durch den neuen zweiteiligen Aufbau eines jeden Kontaktstückes mit den Fußpunkten des Ausschaltlichtbogens niemals in Berührung kommt, besteht auch nicht die Notw endigkeil, hoch veredelte Werkstolfe zu seiner Herstellung /n verwenden. Das bedeutet, dall der Kern beliebig groß und widerstandsfähig ausgebildet werden kann, ohne dall nachteilig hohe Matcrialkosten entstehen.

Aus der FR-PS 14 J7 162 ist es bekannt, die Kontaktstücke eines Vakuumschalters uns einem lopfförmigen Hüllkörper aus hoehschmelzendem. elektrisch leitendem Werkstoff, wie Wolfram οιί-,τ Molybdän, und einem in diesem Hüllkörper aufgenommenen Kern aus Werkstoff hoher Leitfähigkeit, wie Kupfer, aufzubauen. Hingegen stellt der Anmeldungsgegenstand auf einen Schalter mit kreisringförmigen Kontaktstücken ab. die zum Zwecke einer hohen Umlaufgeschwindigkeit der Lichibogeiifußpimktc schräg zur Kreisringachsc geschlitzt sind. Dieser andersartige Aufbau mit entsprechenden Wirkungen für die Lichlbogenführung gibt Probleme auf, die beim bekannten Schaller fehlen, weshalb eine weitergc-hende vergleichende Ueirachiung nicht sinnvoll erscheint.

Bei dem neuen Schalter wird ausschließlich der HuII-kcirper aus dem teuren, hochwertigen, im Zonenschmelzverfahren veredelten Werkstoff gefertigt. Auf mechanische Festigkeit des llüllkörpers braucht kein Wert gelegt zu werden, weil sich eine völlige Abstützung auf dem Kern ergibt. Der Hüllkörper kann außerdem im Vergleich zu den bisher üblichen Kontuklslükken relativ dünn ausgebildet werden, so dall sich eine bisher unerreichte sparsame Verwendung des hochwertigen Werkstoffes ergibt.

Der neue Schaller ist aber auch hinsichtlich seiner Sch.illeigenschaflen den bisher bekannten Sih.iltcrn ubei legen. Bisher nnißlen nämlich besondere Mallnah inen ergriffen werden, um dem FuUpiinkl des längs der Konl.iklfläche wundernden Lichlbogens das Überspringen des Schlitzes im Kontaktstück /u ermöglichen. Bei allen diesen Maßnahmen konnte niemals mil Sicherheil ausgeschlossen werden, daß der Lichtbogen

bej schwachen \bsch.iliMmmen vur dem ,Schlitz
blieb. Außerdem Mellie sieh im Bereich des .S
der Kontaktstucke bekannter Schäker ein relativ starker AbbruiiU ein. Starker Abbrand bedeutet aber erhöhte Metailverdampfung sinvie auch erhöhten Verschleiß der Kontaktstücke.

Diese Nachteile werden erfindungsgemäll vennieden; denn trot/ der gescblit/ten Ausbildung des im Vergleich /um ringtupfartifecn HOllkörper mit einem sehr gri)Den Querschnitt versehenen Kernes befindet sich in der eigentlichen Kontaktflächen, d. h- jener Kreisringfläche, längs welcher sich der Liehibogenfußpunkt bewegt, keinerlei Schiit/ oder Unterbrechung. Die kreisringföriiiige Kontaktflache bzw. auch die sich an diese Räche anschließenden Seitenflächen des Hüllkörpers ermöglichen ein widerstandsloses rasches Wandern des l.iehtbogenfußpunktes. Auf diese Weise wird unabhängig davon, wie die Schlitze im Kern zur Erzielung besonders hoher Lichibogenfußpunktgeschwindigkeilcn ausgebildet werden, jegliches zeitlich begrenzte Verweilen des Iichtbogenfullpunkies, jegliche Beeinträchtigung seiner Be» egungsgcsch« iüdigkcit mit Sicherheit vermieden. Die Vermeidung aller, die Bewegung des I.ichtbogenfiißpnnktes hindernder oder hemmender Einflüsse bedeutet eine Senkung der Metallverdampfung und damit eine wesentliche Steigerung der Abschaltsicherheit sowie auch erhebliche Verlängerung der Lebensdauer.

Es reicht im allgemeinen aus. wenn der Hüllkörper die kreisringförmige, jeweils dem Gegenkont;>.kt zugekehrte sowie die sich unmittelbar anschließenden seitlichen Flächen des Kernes bedeckt, weil d>;r l.iehtbogenfußpunkt bei großen Stromstärken nur sehr selten aus diesen Flächen auswandert.

Bei einer weiteren möglichen Ausgestaltung des neuen Schalters wird jedoch auch noch den relativ seltenen Fällen Rechnung getragen, bei denen der Ftißpunkt auf die dem Cicgcnkontaktstiick abgekehrte Fläche des Kernes auswandert, indem der Hiillkorper zusätzlich diese Fläche des Kernes bedeckt. Diese Maßnahme läßt sich ohne wesentliche Kostensteigerung durchführen, weil auch dann, wenn der Hiillkorper den Kern völlig umgibt, der Bedarf an hoch entgastem, teurem Werkstoff sehr klein im Vergleich zum bisher bei bekannten Schaltern üblichen Bedarf ist. Andererseils wird durch diese Maßnahme aber eine absolute Sicherheit des Schalters erreicht; denn aucn dann, wenn einer der sehr seltenen Fälle eintritt und der l.ichlbogenfußpunkt auf die dem Gegenkoiitaktstück abgekehrte Oberfläche auswandert, kann das hohe Vakuum weder durch übermäßige Metalivcrdampfung noch durch das Freiwerden von Oasen beeinträchtigt werden.

Zweckmäßig ist auch, wenn der Hiillkorper den Kern im Bereich seiner äußeren llmfangsfläche unter Belassung eines Isolicri'bsiandes abdeckt und vorzugsweise mit einem schur/enförmigen Abschnitt übergreift.

Ein Ausführiingsbcispiel des neuen Schalters ist in ilen Zeichnungen dargestellt.

F i g. I zeigt einen Sihniit durch einen elektrischen Vakuumschalter;

F ig, 2 zeigt ein Konl.iktstüik sk-s in F ig, I dargestellten Schalters in teils geschnittener, perspektivischer Darstellung im vergrößerten Maßstab;

F i g. J und > /eigen Schniti.inskhtcn des Konlaktslücks gemäß f ι g. 2 hei längs der linie III III in Fig.2 verlaufender Sihnittebcnc und /wci möglichen unterschiedlichen Ausgestaltungen;

F i g. 5 und 6 stellen i'cilschnittc einer abgewandelten Form der Koniaklstiicke dar-

Der in Fig, 1 gezeigte Vakuumschalter weist ein Gehäuse | _mf_{t t}|_;li J₁₁P_{1n /Wi!}j elektrisch leitende lud platten 2, 1 luftdicht verschlossen ist. An der endplatte

> 2 iu ein Kontaktstück 4 befestigt, während die Endplatte J ein Durchgangsloch 5 aufweist, um die Bewegungen des zugehörigen GegenkoniaMstückes 6 zu et möglichen. Die beiden Kontaktstücke 4 und 6, die in f' i g. I in Abschalt- oder Offenstellung gezeigt sind, berühren

ίο sich bei geschlossenem Schalter längs einer kreisringförmigen Kontaklfläche 8 (s. F i g. 2).

In dieser Beriihrungslage und aus dieser Berührungslage wird das Kontaktstück 6 durch Bewegung in Richtung der Pfeile 7 in F i g. I überführt.

is Das Gehäuse I und die Endplatten 2, i umschließen gemeinsam mit einer balgenartigen Dichtungseinrichtung 9 einen Schalterinnenraum 10, der bis zu einem Vakuum von etwa 10 ^h bis IO ⁸ mm Hg-Säule evakuiert ist. Ein solches Vakuum bildet einen ausge/eichne-

2u ten Isolator.

Beim Abschalten des Stroniei. d.h. dann, wenn die Kontaktbacke 4 und 6 mit ihren 'kreisringförmigen Kontaktflächen 8 sich voneinander abheben, /ündet ein Lichtbogen, der den Spalt /wischen den beiden Kon taktstücken 4 und 6 überbrückt. Schräg zur -\ch,e der kreisring.förmigen Kontaktstücke 4 und 6 \ ei laufende Schlitze ti dienen da/u, den lichtbogen in Bewegung zu halten. Durch die gezeigten Schlitze Il wird der lichtbogen beschleunigt, so daß sein Fußpunkt in Kreisringrichiung über die KonukkiU'che 8 wandert. Diese Wanderbeweguiig, deren Geschwindigkeit möglichst hoch sein soll, ist wichtig, weil sie die örtliche Überhitzung eines bestimmten Bereiches des jeweiligen Kontaktstückes 4 oder 6 im Bereiche des Fußpunk·

.15 tes des Lichtbogens verhindert. Eine örtliche starke Erhitzung wiederum würde /u einer starken Verdampfung des Kontaktstück-Werkstoffes führen. Abgesehen von dem damit verbundenen Verschleiß der Kontaktstücke ist diese Verdampfung auch noch deshalb linerwünscht, weil im Spalt /wischen den Kontaktslücken 4 und 6 befindlicher Metalidampf das Kückzündcn des Lichtbogens nach dem Verlöschen begünstigt.

Beim Abschalten treten vornehmlich bei hohen .Stromstärken auch dynamische Belastungen der Kon takislücke 4 und 6 auf. Der erforderliche Kontaktdruck, mit welchem die Kontaktstücke 4 und 6 im eingeschalteten Zustande aufeinanderliegen müssen, führt ebenfalls zu einer hohen mechanischen Belastung der Kontaktstücke. Es ist daher erforderlich, die Koniaklslücke 4 und 6 entsprechend groß /ti bemessen. Der zur Herstellung der Kontaktstücke 4 und 6 verwendete Werkstoff ist hingegen relativ leuer, weil er durch Spe/ialbehandlungen, wie beispielsweise ein Zonenschnicl/verfahren, hoch entgast sein muß, um nicht bei Eihii/ung durch den Fußpunkt des Lichtbogens Gas in den Innenraum IO des Schalters abzugeben.

Bei dem in den Figuren gezeigten Ausfüllt iingsbcispiel eines elektrischen Hochvakiiumsihalters ist bei der Ausbildung der Kontaktstücke 4.6 eine I tiiiklioiisteilung vorgenon.men worden. Das Koniaktstüik 4 oder 6 ist zweiteilig ausgebildet und weist einen im wesentlichen kreisriugförmigen Kern 12 und einen diesen Kern in sich aufnehmenden ringiopfförnügen Hüllkörper 11 auf. Der Hüllkörper IJ ist so angeordnet, daß er

'•5 die dem Gcgcnkontaklstück jeweils /ugckehrle Krcisringfläche sowie die seitlich angrenzenden Seitenflächen 14 b/w. 15 des Kernes 12 bedeckt und damit zugleich auch Träger der Kontaktfläche 8 wird. Die

I ip 2 /ι IjM deutln h. thill die Slüike oder tier Quer in lip. i wiedergepehenen U Qiicischnill aufweist. I.;

sehnill des Weil«stoffes b/vv. tier Waridiinp ties Müll isl sehr seilen, dall dei l'iiltpiinkl eines l.iihlbopen·

körpers 13 st Iu klein im Vergleich zum Querschnitt des auch noch auf die dem Gcpcnkoniaktstück abpekehrtc

Rinpkernes I2pcuiih.lt isl Der lliillkoipci 13 besteht Oberfläche Ifi des Konlaklstückcs 4 oder 6 wanden, ii

aus dem in der pi schildcilcn Weise behandelten hoch <, den meisten füllen verbleibt ei auf det kontaklllache f

cnlpaMcn und It im π Werkstoff, wählend für den Kern b/w. den seitlich anpien/entlen Si in nflaehin 14. I¹J

12 eine denn tipi Spe/ialbt hanilliinp nicht erforderlich Wenn sich tlet liil.lpiiiikl ledipln Ii auf diesen I laclici

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Dii in I ι ι ? pt /ι I)Me Au(IiMi ι im s kimlaktsliukes 13 gestülpt, jedoch auch in diesen cnireshil; Ί sein kann

4111IeIfIiIiInI)-Ii(IiIeS₁Ii(IVtIH spaisamcm Veibiaiich 20 In I ί ρ ^r> ist veianscliaiiliclil. wie dei lliillkoipei 1:

leint π Inn Ii inipaMm WttlMolfi's nahe/u bclicbip den kein 12 mit einet Scliiu/i IK iibcrpieifen kann

j-KiHi Koni.il isdn Iqiicisi liniiti' sowie Kontaktstück- (iemiiUf i p. d <let kt dei lliillkoipei Π den kein 12 in

(ι M ii· keil· ν t 1 Ii /w ι tu ii In η Im al Ιρι meinen isl es aus llereieh seiner iiiiHet en I ImIa npsf lache um er Helassunj:

UU hi nil V(HM(IiI imptopffdimipe I liillkötpet I 3 den des Isolieiabslandes 17 ab

Hierzu 2 Hlatt Zeiehnunpen

Claims (2)

1. |. Elektrischer Vakuumschalter, dessen Kontaktstücke eine kreisringfönnige Koniakifläche aufweisen und zur Erzielung einer hohen Lichtbogenfiillpunkigeschwindigkeit umfänglich durch Schlit/ung quer /ur Kreisringachse in einzelne Strompfade unterteilt sind, dadurch gekennzeichnet, dal? die aus einem Werkstoff hoher Leitfähigkeit bestehenden Kontaktslücke (4,6) jeweils von einem ringtopfformigen Hüllkörper (H) aus hoch entgastem, elektrisch leitendem Werkstoff umgeben sind, der wenigstens die Kontaktseite sowie die daran angrenzenden seitlichen Flächen (14. 15) des Kontaktstückes bedeckt.
2. 2. Schalter nach .Anspruch I. dadurch gekennzeichnet, daß der Hüllkörper (H) zusätzlich die dem Gegenkontakistück (6, 4) jeweils abgekehrte Oberlläche (16) J-s Kontakislückes bedeckt.

   }. Schalter nach Anspruch I. dadurch gekennzeichnet, daß der Hüllkörper (H) das Konl.ikisiück (4.6) im Bereich seiner äußeren I liiifangsfläcne im ler Belassung eines Isolierahsl.indes (17) abdeckt und vorzugsweise mn einem schürzenförmigen Ab schnitt (18) übergreift.