DE1911072C3 - Vakuumschalter - Google Patents

Description

Die Erfindung bezieht sich auf scheibenförmige Kontaktstücke für Vakuumschalter, zwischen denen ein Lichtbogen ziehbar ist und die jeweils in ihrer Oberfläche ein kontaktbildendes Kopfstück aufweisen, das konzentrisch zum Kontaktstück angeordnet ist und dessen Durchmesser größer als der halbe Durchmesseides Kontaktstückes ist das auf dem Umfang mit im Abstand angeordneten Schlitzen versehen ist die sich vom Außenumfang des Kopfstückes zum Außenumfang des Kontaktstückes erstrecken und zwischen sich die Lichtbogenfußpunkte führende Finger bilden.

An den Kontaktstücken eines bekannten Vakuumschalters (US-PS 31 82 156) verlaufen die Schlitze, die einem zwischen den Kontaktstücken gezogenen Lichtbogen eine Drehbewegung um deren Mittelachse erteilen sollen, spiralförmig radial nach außen. Weiterhin sind die Schlitze relativ schmal im Vergleich zur Breite der Finger. Infolgedessen können die Lichtbogenfiißpunkte von ihrer gewünschten Wandening in Umfangsrichtung abweichen, und die Schlitze werden leicht durch geschmolzenes Material überbrückt und unwirksam gemacht. Dadurch wird das Stromunterbrechungsvermögen stark eingeschränkt Außerdem sind die Schlitze wegen ihrer Spiralform schwierig herzustellen.

Es ist auch schon bekannt (US-PS 33 45 484), zur Verkleinerung der Wirbelströme im radialen Innenbereich der Kontaktstucke radial nach innen führende Schlitze vorzusehen.

Die der Erfindung zugrunde liegende Aufgabe

besteht darin, einen Vakuumschalter mit einfach zu fertigen Kontaktstücken zu schaffen, der ein größeres Stromunterbrechungsvermögen besitzt

Diese Aufgabe wird bei einem Vakuumschalter der eingangs genannten Art erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß die Finger jeweils einen zum Kopfstück im wesentlichen tangentialen ersten Abschnitt und einen im wesentlichen in Umfangsrichtung des Kontaktstükkes verlaufenden zweiten Abschnitt aufweisen, der mit

ίο dem Außenumfang des Kopfstückes und dem tat-gentialen Abschnitt des benachbarten Fingers einen im wesentlichen geradlinig verlaufenden Schlitz bildet, dessen mittlere Breite wenigstens gleich der halben Durchmesserbreite des in Umfangsrichtung verlaufen-

ΐΐ den Fingerabschnittes ist

Gemäß einem bevorzugten Ausführungsbeispiel der Erfindung weisen die Schlitze an ihren inneren Enden jeweils einen Abschnitt auf, der sich senkrecht zum tangentialen Schlitz radial nach innen unter das

Kopfstück erstreckt

Vorteilhafterweise sind die Finger an ihren äußeren Enden über der gesamten Breite abgerundet

Bei gemäß der Erfindung ausgestalteten Kontaktstükken wird der Stromfluß im Finger zuverlässig auf eine in

Umfangsrichtung verlaufende Bahn eingeengt und die auf den Lichtbogen einwirkende Magnetkraft dreht den Lichtbogen in gewünschter Weise um den Kontaktumfang. Das Stromunterbrechungsvermögen wird um etwa ein Drittel erhöht und die vergrößerte Breite der Schlitze verhindert eine Brückendbildung durch geschmolzenes und verspritztes Material.

Ein weiterer Vorteil besteht darin, daß die im wesentlichen geradlinig verlaufenden Schlitze auf einfache Weise gefräst werden können.

Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung wird anhand der Zeichnungen erläutert Es zeigt

F i g. 1 eine im Schnitt dargestellte Seitenansicht eines Vakuumschalters,

Fig.2 einen Querschnitt entlang der Linie 2-2 in

Fig. 1.

F i g. 3 ist eine perspektivische Ansicht des in F i g. 2 gezeigten Kontaktstückes, wobei zur Klarheit ein Teil entfernt ist.
F i g. 1 zeigt einen Vakuumschalter mit einer abgeschlossenen Umhüllung 10, die auf einen Druck von \0~* Torr oder weniger evakuiert ist Diese Umhüllung enthält ein zylinderförmiges Gehäuse 11 aus Isoliermaterial und ein Paar Endkappen 12 und 13, die über geeignete vakuumdichte Abdichtungen 14 mit den gegenüberliegenden Enden des Gehäuses 11 in Verbindung stehen.

In der Umhüllung 10 ist ein Paar relativ bewegbarer Kontaktstücke 17 und 18 angeordnet Diese sind in F i g. 1 durch die ausgezogenen Linien in ihrer offenen Schaltstellung gezeigt Das obere Kontaktstück 17 ist feststehend und auf geeignete Weise an einer leitenden Stange 17a befestigt die wiederum an seinem oberen Ende mit der oberen Endkappe 12 vereinigt ist Das untere Kontaktstück 18 ist bewegbar und mit einer leitenden Stange 18a verbunden, die auf zweckmäßige Weise für eine vertikale Bewegung angebracht ist Eine Abwärtsbewegung des Kontaktstückes 18 von der in ausgezogenen Linien dargestellten Lage zu seiner in gestrichelten Linien dargestellten Lage führt zu einem

6^r> Eingriff der Kontaktstücke, wodurch der Schalter geschlossen wird. Eine Rückbewegung nach unten dagegen trennt die Kontaktstücke und öffnet den Schalter.

Die Stange 18a ragt frei durch eine Öffnung in der unteren Endkappe 13, und eine flexible metallische Ausdehnungsmanschette 20 sorgt für eine Abdichtung um die Stange 18a herum. Damit ist eine vertikale Bewegung der Stange erlaubt, ohne daß das Vakuum innerhalb der Umhüllung 10 beeinträchtigt wird.

Um die Stangen 17a bzw. 18a herum ist an deren Verbindung mit ihren Kontaktstücken eine Hülse 40 aus einem Metall mit hohem Widerstand, wie z.B. rostfreiem Stahl, vorgesehen. Diese Hülse zwingt den größten Teil des Stromes auf einen radial nach außen gerichteten Pfad in die Kontaktstücke hinein.

Jedes Kontaktstück 17 und 18 weist eine im wesentlichen kreisförmige Scheibenform auf und besitzt eine Hauptfläche, die dem anderen Kontaktstück zugewendet ist In der Mitte von jedem Kontaktstück ist ein kontaktbildendes Kopfstück 25 angeordnet, das auf geeignete Weise an dem übrigen Kontaktkörper angelötet ist Jedes kontaktbildende Kopfstück ist mit einer in der Mitte angeordneten Aussparung 27 versehen, so daß ein Kontakt zwischen den Kopfstükken auf einem ringförmigen Kontaktbereich 30 auftritt wenn sich die Kontaktstücke in ihrer durch gestrichelte linien dargestellten Lage gemäß F i g. 1 befinden. Das Kopfstück 25 besteht bevorzugt aus einem Material mit hoher Beständigkeit gegen Punktschweißung, wie z. B. den Kupfer-Bismut- oder Kupfer-Blei-Legierungen. Das übrige Kontaktstück wird vorzugsweise aus einem unterschiedlichen Metall hergestellt, das leicht zu bearbeiten ist, wie z. B. reines Kupfer. Für bestimmte Anwendungsfälle kann es ausreichend sein, das gesamte Kontaktstück einteilig aus dem gleichen Material herzustellen.

Der Durchmesser der ringförmigen Kontaktbereiche 30 ist so ausgewählt, daß der durch die geschlossenen Kontaktstücke fließende Strom einem sich radial nach außen wölbenden bauchigen Pfad L folgt, wie es durch die gestrichtelte Linie in F i g. 1 angedeutet ist Die magnetische Wirkung des durch diesen bauchförmigen Pfad L fließenden Stromes versucht in bekannter Weise den Bauch tu verlängern. Wenn die Kontaktstücke getrennt sind, so daß zwischen den Bereichen 30 ein Lichtbogen ausgebildet ist so treibt folglich die Magnetwirkung des durch den Bauch fließenden Stromes den Lichtbogen in radialer Richtung nach außen. Um die Auswölbung in dem bauchförmigen Pfad in ausreichendem Maße zu betonen, um so die gewünschte hohe, radial nach außen wirkende Kraft zu erzeugen, wird der Außendurchmesser des kontaktbildendcn Kopfstückes 25 größer als der halbe Durchmesser des scheibenförmigen Kontaktstückes gemacht

Wenn sich die Fußpunkte des Lichtbogens in Richtung ai<f den Außenumfang der scheibenförmigen Kontaktstücke 17 und 18 verschieben, wird der Lichtbogen einer auf dem Umfang wirkenden Magnetkraft unterworfen, die den Lichtbogen um die Mittelachse der Kontaktstücke dreht Diese auf dem Umfang wirkende Magnetkraft wird durch eine Vielzahl von Schlitzen 32 erzeugt die in jedem der KontaktstUkke vorgesehen sind und diese in eine Vielzahl von Fingern 33 unterteilt Jeder Schlitz 32 verläuft von einem Ausgangspunkt am Außenumfang seines Kontaktstückes 17 oder 18 praktisch als Tangente zu dem Außenumfang des Kopfstückes 25, berührt den Außenumfang des Kopfstückes an einem Punkt 34 und setzt sich in tangentialer Richtung zu dem Kopfstücksumfang auf einer wesentlichen Strecke über den Punkt 34 hinaus fort An seinem innersten Ende weist jeder Schlitz einen nach innen ragenden Teil 35 auf, der im wesentlichen senkrecht zu dem tangentialen Teil des Schlitzes verläuft Dieser nach innen ragende Teil 35 erstreckt sich von dem Außenumfang des Kopfstückes bis zu einem Punkt 36, der im Abstand radial innen von dem Außenumfang des Kopfstückes angeordnet ist Wie aus F i g. 2 ersichtlich ist, verläuft das Kopfstück über dem nach innen führenden Schlitzteil 35 oder überbrückt diesen. Der Schlitzteil 35 dient dazu, einen Stillstand des

ίο Lichtbogens in der Nähe des Innenendes eines Schlitzes zu verhindern.

Aufgrund dieser Schlitzausbildung verläuft ein erster Abschnitt 33' von jedem Finger 33 im wesentlichen tangential zum Kopfstück 25 und ein zweiter Abschnitt 33" erstreckt sich im wesentlichen in Umfangsrichtung.

Die Schlitze 32 zwingen den Strom, der in oder aus einem Bogenfußpunkt auf einem Finger 33 fließt einem Pfad durch den Finger zu folgen, der auf dem Umfang der Kontaktscheibe in der Nähe des Lichtbogens verläuft Wenn sich z. B. der Lichtbogen-Fußpunkt in Fig.2 an einer Stelle 40 befindet, verläuft der tatsächliche Pfad des durch den FAiger 33 zu dem Lichtbogen fließenden Stromes auf dem Umfang der Scheibe, wie es bei 41 angedeutet ist Diese Umfangskomponente des Strompfades bewirkt daß der durch den Bauch L fließende Strom eine resultierende, auf dem Unitang wirkende Kraftkomponente entwickelt die den Lichtbogen um die Mittelachse der Kontaktscheibe dreht

jo Diese im Umfangsrichtung wirkende Kraftkomponente ist groß genug, um jeden Fußpunkt des Lichtbogens an dem freien Ende der Finger 33 über die Schlitze 32 hinweg zu einem benachbarten Finger zu treiben, so daß eine kontinuierliche Drehbewegung des Lichtbogens auf der Kontaktoberfläche erzeugt wird. Es wurde jetzt allgemein gefunden, daß eine derartige kontinuierliche Drehbewegung des Lichtbogens die Unterbrechung höherer Ströme ermöglicht Dies ist offensichtlich deshalb der Fall, weil die Drehbewegung die Menge der durch den Lichtbogen erzeugten

Metalldämpfe vermindert und somit eine vollständigere Kondensation des Metalldampfes erlaubt ist, wenn der Strom null ist Gegenüber den bisher verwendeten Schlitzausbildun-

gen ist es mit den scheibenförmigen Kontaktstücken gemäß dem beschriebenen Ausführungsbeispie! der Erfindung möglich, bei gleichem Kontaktdurchmesser wesentlich höhere Ströme zu unterbrechen. Beispielsweise konnte mit Kontaktstücken mit einem Durchmesser von 35 mm unter entsprechenden Spannungsbedingungen ein Strom mit einem Effektivwert von 10 000 A unterbrochen werden. Im Vergleich hierzu konnte mit bekannten Kontaktstücken des gleichen Durchmessers nur ein Strom mit einem Effektivwert von 7500 A unterbrochen werden.

Wesentlich ist weiterhin die relativ große Breite der Schlitze 32 im Vergleich zur Breite der Fmger 33. Diesbezüglich wird die Durchschnittsbreite w der Schlitze mindestens gleich der halben mittleren Breite y der Finger 33 gemacht. Diese Angaben beziehen sich nur auf die Fingerabschnitte 33', die parallel zu dem Umfang der Kontaktseheibe verlaufen. Dies wird aus Fig.2 ersichtlich, wo diese Breiten in dem Kontaktstück 17 so gezeigt sind, wie sie von dem anderen

b5 Kontaktstück gesehen würden. Diese vergrößerte Schlitzbreite trägt z>· einer Anzahl wichtiger Vorteile bei. Vor allen Dingen führt dies zu einer verringerten Breite der Finger, wodurch der Strompfad durch die

Finger hindurch in eine Richtung eingeschlossen wird, die in der Nähe des Bogenfußpunktes dem Umfangskreis besser angenähert ist. Durch diese Konzentration des Strompfades ist die Magnetwirkung auf den Lichtbogen wirkungsvoller in Umfangsrichtung gerichtel und somit dreht sie den Lichtbogen effektvoller auf dem Scheibenumfang herum. Weiterhin verringert die vergrößerte Schlitzbreite die Möglichkeit, daß geschmolzenes Metall, das infolge der Lichtbogen mit hohen Stromdichten entstanden ist, die Schlitze ausfüllt und somit ihre Wirksamkeit durch die Bildung von Metallbrücken über die Schlitze verringert. Derartige Metallbrücken sind unerwünscht, da sie Strompfade über die Schlitze bilden, die eine Beschränkung des Stromes auf den gewünschten, auf dem Umfang r> verlaufenden Pfad beeinträchtigen.

Der Fußpunkt eines gezündeten Lichtbogens springt häufig bei seiner Wanderung von dem kontaktbildenden

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Schlitz 32. Dies bringt den Lichtbogenfußpunkt auf einem Finger 33 sofort in eine Lage, wo eine starke in Umfangsrichtung wirkende Kraft auf den Lichtbogen ausgeübt wird, so daß die Drehung des Lichtbogens an einem außergewöhnlich frühen Punkt nach seiner Zündung beginnt. Die Lage des Schlitzes in unmittelbarer Nähe des Umfangs des kontaktbildenden Kopfstükkes und der tangentiale Verlauf zu dem Kopfstück tragen dazu bei, d3ß der Lichtbogenfußpunkt diesem kurzen Pfad auf dem Fingerabschnitt 33' folgt. Die Schlitze 32 erstrecken sich vorzugsweise in dem Bereich jo außerhalb des Kopfstückes 25 durch die gesamte Dicke ihrer zugehörigen Scheiben hindurch und bis zum äußersten Umfang der Scheiben. Dadurch werden die Finger nahezu vollständig voneinander getrennt. Diese Trennung führt zu einer stärkeren, den Bogen drehenden Kraft, die deshalb zur Verfügung steht, weil der zu einem Bogenfußpunkt fließende Strom auf einen Pfad eingeengt ist, der zur Erzeugung einer Bogendrehung besonders geformt ist.

Das Ende eines jeden Fingers ist vorzugsweise abgerundet oder auf seiner gesamten Breite bogenförmig, wie es bei 45 angedeutet ist. Bekannte Kontaktstükke 'viesen an ihren Fingern scharfe Spitzen auf, an denen die Lichtbogenfußpunkte offenbar leicht hängenbleiben und vor einem Sprung über di*n Schlitz ?2 Verzögerungen auftraten. Durch Beseitigung dieser scharfen Spitzen ist die Tendenz des Lichtbogens, an dem Ende eines Fingers zu verweilen, vermindert, und der Lichtbogen wandert freier über den Schlitz 32.

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35 im wesentlichen geradlinig ausgebildet. Diese geradlinige Ausbildung gestattet es, daß die Schlitze auf einfache Weise durch ein Fräsverfahren geformt werden. Ein rotierendes Fräswerkzeug, das um eine Achse senkrecht zur Kontaktscheibe 17 angetrieben wird und dessen Durchmesser gleich der Schlitzbreite ist, wird einfach von dem Außenumfang der Scheibe zu einer Lage in der Nähe des inneren Endes des Schlitzes entlang einer geraden Linie geführt Danach wird die Vorschubrichtung um etwa 90° verändert, um den kurzen nach innen ragenden Teil 35 des Schlitzes zu bilden.

Hierzu 2 Blatt Zeichnungen

Claims (3)

Patentansprüche:

1. Scheibenförmige Kontaktstflcke für Vakuumschalter, zwischen denen ein Lichtbogen ziehbar ist und die jeweils in ihrer Oberfläche ein kontaktbildendes Kopfstück aufweisen, das konzentrisch zum Kontaktstück angeordnet ist und dessen Durchmesser größer als der halbe Durchmesser des Kontakt-Stückes ist, das auf dem Umfang mit im Abstand angeordneten Schlitzen versehen ist, die sich vom Außenumfang des Kopfstückes zum Außenumfang des KontaktstOckes erstrecken und zwischen sich die Lichtbogenfußpunkte führende Finger bilden, dadurch gekennzeichnet, daß die Finger (33) jeweils einen zum Kopfstück (25) im wesentlichen tangentialen ersten Abschnitt (33') und einen im wesentlichen in Umfangsrichtung des Kontaktstükkes (17, 18) verlaufenden zweiten Abschnitt (33") aufweisen, der mit dem Außenumfang des Kopfstükkes (25) und dem tangentialen Abschnitt (33') des benachbartes Fingers (33) einen im wesentlichen geradlinig verlaufenden Schlitz (32) bildet, dessen mittlere Breite wenigstens gleich der halben Durchschnittsbreite des in Umfangsrichtung verlaufenden Fingerabschnittes (33') ist

2. Vakuumschalter nach Anspruch I, dadurch gekennzeichnet, daß die SckJitze (32) an ihren inneren Enden jeweils einen Abschnitt (35) aufweisen, der sich senkrecht zum tangentialen Schlitz (32) radial nach innen unter das Kopfstück (25) erstreckt

3. Vakuumschalter nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Finger (33) an ihren Außenenden (45) über tier gesfc -lten Breite abgerundet sind.