DE1920463B2 - Vakuumschalter - Google Patents
VakuumschalterInfo
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- H01—ELECTRIC ELEMENTS
- H01H—ELECTRIC SWITCHES; RELAYS; SELECTORS; EMERGENCY PROTECTIVE DEVICES
- H01H33/00—High-tension or heavy-current switches with arc-extinguishing or arc-preventing means
- H01H33/60—Switches wherein the means for extinguishing or preventing the arc do not include separate means for obtaining or increasing flow of arc-extinguishing fluid
- H01H33/66—Vacuum switches
- H01H33/664—Contacts; Arc-extinguishing means, e.g. arcing rings
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- High-Tension Arc-Extinguishing Switches Without Spraying Means (AREA)
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- Waveguide Switches, Polarizers, And Phase Shifters (AREA)
- Contacts (AREA)
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Description
Die Erfindung betrifft einen Vakuumschalter, in einem länglichen hermetisch verschlossenen Gehäuse
mit drei Kontakten, von denen zwei feste Kontakte an einem Eindbereich des Gehäuses und mit ihren
Kontaktflächen parallel dazu sich mit Abstand gegenüberstehen und der von außen betätigbare bewegliche
dritte Kontakt zwischen ihnen angeordnet und als mit dem einen, dem anderen oder keinem von beiden zur
Anlage bringbarer Umschaltkontakt am Endbereich eines Schaltstabes angebracht ist, der sich annähernd in
der Längsachse des Gehäuses erstreckt und um eine auf der Längsachse liegenden zum Umschaltkontakt beabstandeten
Drehpunkt um kleine Winkel annähernd symmetrisch zur Längsachse schwenkbar ist.
"> Miniaturisierende Vakuumrelais mit einem Umschalter mit neutraler Mittellage, die durch eine elektromagnetische
Vorrichtung außerhalb des geschlossenen Schaltruumes betätigt werden, sind bekannt. Dabei sind
die festen Kontakte als flache Teile ausgebildet.
in Dadurch wirkt das beim Betätigen der Kontakte immer
anfallende Metallpulver Lebensdauer begrenzend. Die elektrischen Eigenschaften des Schalters sind auch nicht
immer gleichmäßig, weil die Wege des beweglichen Kontaktes sich bei Veränderungen verkürzen oder
Ii verlängern. Außerdem wird dann eine unterschiedliche
As:sprechleistung zum Schalten des Vakuumrelais benötigt.
Bei anderen Vakuumrelais sind die festen Kontakte rund ausgebildet. Aber auch dadurch werden die
21) aufgezeigten Probleme nicht gelöst.
Aus der DE-PS 6 92 427 wiederum ist ein Vakuumschalter mit flachen Elektroden bekannt, der als
Kippschalter ausgebildet ist, wobei der als Kontaktpendel
dargestellte Schalter in einer Vakuumröhre so gelagert ist, daß das Pendelgelenk unten liegt und das
Kontaktpendel in Mittellage im labilen Gleichgewicht ist.
Aus der FR-PS 13 3,r 323 sind neue Kontakte bekannt,
die die Vorteile von trockenen (Metall) wie nassen
)<) (Quecksilber) Kontakten vereinigen sollen.
Weder mit diesen Kontakten noch mit dem aus der zuvor genannten DE-PS 6 92 427 beschriebenen Vakuumschalter
lassen sich die eingangs beschriebenen Nachteile, die durch das anfallende Metallpulver
r> entstehen, vermeiden.
Der im Anspruch 1 angegebenen Erfindung liegt damit die Aufgabe zugrunde, einen Vakuumschalter so
auszubilden, daß beim Schalten entstehendes Metallpulver von den festen Kontakten aufgenommen werden
4» kann.
Die Lösung dieser Aufgabe erfolgt bei einem Vakuumschalter der eingangs genannten Art erfindungsgemäß
durch die Maßnahmen nach dem kennzeichnenden Teil des Patentanspruchs 1.
■»■> Vorteilhafte Ausbildungen der Erfindung sind in den
Unteransprüchen gekennzeichnet.
Durch den erfindungsgemiißen Vakuumschalter werden gleichmäßige .Schallcharakteristiken und gleichbleibende
Ansprechleistungen erreicht. Weitere Vorteile
v> sind aus der Beschreibung ersichtlich.
Die Erfindung wird anhand eines in einer Zeichnung dargestellten Ausführungsbeispiels erläutert. Es zeigt
Pig. I eine Vorderansicht eines Vakuumschalters nach der Erfindung, teilweise geschnitten gezeichnet
"'") und
Fig. 2 eine Draufsicht auf die Stirnseite des Vakuumschalter nach Fig. I ohne Deckel.
Das in F i g. 1 dargestellte Relais ist mit 10 bezeichnet und enthält einen Vakuumschalter 12 mit einem
ι■■· Umschalter mit neutraler Mittcllage und eine Vorrichtung
14 zur Anreizung des Schalters. Die Vorrichtung 14 trägt einen Flansch 15. Der Vakuumschalter 12 wird in
seinem Äußeren aus zwei länglichen röhrenförmigen isolierenden Teilen 16 und 18 von Hülsen gebildet, die
■ vorzugsweise aus Keramik bestehen. Ein drittes keramisches röhrenförmiges Teil 20 stellt die Verbindung
zwischen dem Schalter und der Vorrichtung 14 her.
Die röhrenförmigen Teile 16 und 18 werden von einem unteren bzw. einem oberen Endverschluß 22 bzw.
24 abgeschlossen. Der Endverschluß 22 trägt eine kreisartige metallische AnschluDelektrode 26, die an
ihrem äußeren peripheren Rand mit einer oberen metallisierten Kante des keramischen Teiles 16 hart
verlötet ist. Die Anschlußelektrode 26 weist eine radial abstehende Lötfahne 28 auf, an die eine elektrische
Stromquelle durch einen Leiter angeschlossen werden kann. Der Endvenchluß 22 besteht weiterhin aus einem
kuppeiförmigen Verschluß 30, der hermetisch auf die Anschlußeleklrode 26 gelötet ist.
Eine zweite kreisartige- Anschlußelektrode 32 ist zwischen die keramischen Teile 16 und 18 eingeschoben
und an ihrem Rande mit den metallisierten Enden der röhrenförmigen Teile hart verlötet. Die Anschlußelektrode
32 trägt ebenfalls eine radial abstehende Lötfahne 34.
Der untere Endverschluß 24 enthält eine relativ dünne metallische Membran 36, die hermetisch mit der
oberen metallisierten Kante des keramischen Teiles 20 verlötet ist. Eine dritte Anschlüßclcktrodc 38 in Form
eines steifen metallischen Ringes liegt koaxial ;.iit der
keramischen Hülse zwischen der Membran 36 und dem unteren metallisierten Ende des keramischen Teiles 18
und ist mit beiden hermetisch verbunden. Diese Anschlußelektrode 38 trägt eine Lötfahne 39, die den
Anschluß für einen Schaltstab 40 bildet.
Die Membran 36 ist beweglich genug, um eine Bewegung quer zum Angelpunkt des sich längs
erstreckenden Schal tstabes 40 zu erlauben. Der Schaltstab 40 ist mit einem unteren keramischen
Kontaktende 42 versehen, das in die Vorrichtung 14 reicht, während das obere Ende des keramischen
Kontaktendes sich in die Membrane 36 erstreckt und mit ihr hermetisch verlötet ist.
Das oberste Ende des Schaltslabes 40 erstreckt sich durch eine Öffnung 44 in der Anschlußelektrode 32 und
endet in einem Paar Kontaktnieten 46 und 48, die als beweglicher Kontakt des Schallers dienen und gegen
feste Kontakte ^O und 52 arbeiten, wenn der Schaltstab
40 in Richtung der Pfeile in Fig. I durch einen nicht
gezeigten elektromagnetischen Antrieb in der Vorrichtung 14 bewegt wird.
Die Anschlußclektrodcn 26, 32 und 38 bestehen vorzugsweise aus Kupfer, um einen guten Stromdurchgang
zu erweichen, während der Schaltsiab 40 vorzugsweise aus Molybdän mit einem dünnen Kupferfilm
besteht. Die Kontaktnieten 46 und 48 sind aus Wolfram gearbeitet und auf den Schaltstab 40 gelötet.
Ein Schaltstab aus Molybdän ergibt die benötigte Steifigkeit und vermeidet die Probleme, die auftreten,
wenn ein sch.nicgsamcr Stab, wie einer aus Kupfer,
benutzt wird und der Kupferfilm ergibt die nötige elektrische Leitfähigkeit.
Die festen Kontakte 50 und 52 sind an den Anschlußelekiroden 26 und 32 befestigt und erstrecken
sich axial umeinander, so daß sich ihre Kontaktflächen überlappen. Wie ans der F i g. 2 ersichtlich isi, haben die
Kontakte 50 und 52 einen U-förmigen Querschnitt. Jeder Kontakt besteht aus einer senkrechten flachen
Wand 54, die parallel zur Wand des anderen Kontaktes verläuft und in parallelen seitlichen Flanschen 56 und 58
endet, die mit den Flanschen des anderen Kontaktes überlappen. Die Öffnung44 in der Anschlußelektrode 32
hat im allgemeinen eine rechteckige Form mit einer Mittenversetzung aus der Längsachse der röhrenförmigen
keramischen Hülse des Schalters. Eine gleichgeformte Öffnung 60 ist in der Anschlußeleklrode 26
angebracht, die aus der Mitte der Hülse in entgegengesetzter Richtung der Öffnung 44 versetzt ist. Die
Ausbildungen der festen Kontakte 50 und 52 erganzen sich mit den Öffnungen 60 und 44, bzw. sind so geformt,
daß die äußeren Enden in engern Eingriff mit den entsprechenden Öffnungen stehen und an den entsprechenden
Anschlußelektroden durch Löten oder Schweißen befestigt sind. Weil die Öffnungen 44 und 60 und
deswegen auch die Kontakte 50 und 52 aus der Mittelachse der Schalterhülse in entgegengesetzter
Richtung versetzt sind, die seitlichen Mansche 56 der beiden Kontakte sind außerhalb der Flansche 58, wie c5
am besten aus F i g. 2 ersichtlich ist, erstrecken sich diese seitlichen Flansche in ausreichendem Abstand, so daß
eine Überlappung entsteht. Dadurch wird ein Schirm um die Kontaktnieten 46 und 48 gebildet und beim
Schalten entstehendes Metallpulver aufgenommen.
Es ist ersichtlich, daß die flachen parallelen Wände 54 der festen Kontakte 50 und 52 gleiche räumliche
Kontaktoberflächen bilden, so daß bei einer Abweichung aus der Normalbewegung des Schaltstabes 40,
der Abstand des Stabes von den Kontaktoberflächen nicht sehr veränderlich ist. Dies sichert, daß die
elektrischen Eigenschaften des Schalters gleich bleiben, auch wenn die Bewegung des Schaltstabes 40 sich
ändert. Ebenso ist die geforderte Bewegung des Schaltslabes, um mit den Wänden 54 der zwei festen
Kontakte Berührung zu haben, immer gleich, wodurch eine f 3leichmäßigkeit in den elektrischen Werten an den
Anschliißclektroden erreicht wird.
Die Anschlußeleklrode 38. die zwischen der Membran
.'3 und dem unteren Ende des röhrenförmigen Teiles 18 angebracht ist, hat einen kleineren inneren
Durchmesser als die keramische röhrenförmige Hülse. Die Öffnung in diesem Ring ist vorzugsweise durch
einen Stanz- oder Drückvorgang entstanden, der es erlaubt, die Toleranzen klein zu halten. Wenn dieser
Ring hermetisch an die angrenzende Membran 36 angeschweißt ist, wird die ungeschützte oder wirksame
Zone der Membran mehr durch die Ausmaße der Öffnung des Ringes der Anschlußelektrode 38 als durch
den inneren Durchmesser des keramischen Teiles 18 begrenzt, der je nach Fertigungsmethode schwanken
kann. D?hi:r muß die ungeschützte oder wirksame Zone
der Membran 36 bei Vakuumschaltern in einer Serienfertigung mit besonders kleinen Toleranzen
erstellt werden, damit die Schallcharakleristik durch den bewegten Schaltstab gleichbleibend sein wird.
Hierzu 1 Blatt Zeichnungen
Claims (4)
1. Vakuumschalter in einem länglichen hermetisch verschlossenen Gehäuse mit drei Kontakten, von
denen zwei feste Kontakte an einem Endbereich des Gehäuses mit ihren Anschlüssen senkrecht zur
Längsachse des Gehäuses und mit ihren Kontaktflächen parallel dazu sich mit Abstand gegenüberstehen
und der von außen betätigbare bewegliche dritte Koniakt zwischen ihnen angeordnet und als mit dem
einen, dem anderen oder keinem von beiden zur Anlage bringbarer Umschaltkontakt am Endbereich
eines Schaltstabes angebracht ist, der sich annähernd in der Längsachse des Gehäuses erstreckt und um
einen auf der Längsachse liegenden zum Umschaltkontakt beabstandeten Drehpunkt um kleine Winkel
annähernd symmetrisch zur Längsachse schwenkbar ist, dadurch gekennzeichnet, daß an den
beiden sich annähernd parallel zur Längsachse erstreckenden Kanten jeder Kontaktfläche der
festen Kontslte (50, 52) Flansche (56, 58) vorgesehen
sind, die annähernd senkrecht auf der jeweiligen Kontaktfläche stehen und in Richtung der Längsachse
sich über die ganze Länge der Kanten und senkrecht dazu sich über die Längsachse hinaus
erstrecken und zusammen mit der Kontaktfläche in einem senkrecht zur Längsachse verlaufenden
Querschnitt eine U-förmige Form aufweisen und jeweils ein Flansch (58) des einen Kontaktes (50) in
das Innere des U-förmigen Querschnitts des jeweils anderen Kontaktes (52) hineinragen und die festen
Kontakte (50,52) so einen den Umschaltkontakt (46, 48) auf vier Seiten umschließenden Raum bilden.
2. Vakuumschalter nach Anspruch I, dadurch gekennzeichnet, daß d&s Gehäuse aus einem
Oberteil (16), einem Zwischentei (18) und einem Bodenteil (20) besteht und der Schaltstab (40) sich
axial von einer an dem Gehäuse angebrachten Betätigungsvorrichtung (14) durch eine Membran
(38) in den hermetisch geschlossenen Teil des Vakuumschalters und zwischen die Kontakte (50,52)
hinein erstreckt.
3. Vakuumschalter nach dem Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß zwischen dem Boden des
Zwischenteils (18) und der Membran (36) eine dritte Elektrode (38) eingeschoben ist, die senkrecht zur
Längsachse des Gehäuses liegt und eine zentrale Öffnung aufweist, durch die der Schaltstab (40)
hindurchführt, und deren Durchmesser etwas kleiner ist als der Innendurchmesser des Gehäuses.
4. Vakuumschalter nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß der
Schaltstab (40) aus mit einer dünnen Kupferschicht überzogenen Molybdän besteht.
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