DE1963625A1 - Vacuum switch - Google Patents
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Description
WEST INGHOIIS EWEST INGHOIIS E
ELECTRIC CORPORATION Erlangen, den ] β. DtZ. PJu'JELECTRIC CORPORATION Erlangen, the] β. DtZ. PJu'J
Pittsburgh, Pa., USA Werner-von-Siemens-Str. 50Pittsburgh, Pa., USA Werner-von-Siemens-Str. 50
U.Z.: VPA 69/8234 C/NitU.Z .: VPA 69/8234 C / Nit
Die Priorität der entsprechenden Patentanmeldung in den USA, Serial-No. 789 981, vom 9· 1. 1969 wird in Anspruch genommen.The priority of the corresponding patent application in the USA, Serial-No. 789 981, dated January 9, 1969 is used.
Bei Vakuumschaltern wird bei jedem Auaschaltvorgang - wie auch bei anderen elektrischen Schaltern - ein Aussehaltlicht-bogen gezogen. Dieser brennt für kurze Zeit zwischen den sich trennenden Kontaktstücken. Dabei wird eine mehr oder weniger große Menge von dem Elektrodenmaterial der Kontaktstücke verdampft, das den in der Kammer' des Vakuumschalters herrschenden Unterdruck vermindert. Außerdem hat dieser Metalldampf die Eigenschaft, sich an der inneren Oberfläche des aus Isolierstoff bestehenden Gehäuses des Vakuumschalters niederzuschlagen, so daß nach einer Anzahl von Schalthandlungen hier eine mehr oder weniger leitende Schicht entsteht, die nach einiger Zeit zu einem Überschlag im Innern des Schalters führt.In the case of vacuum switches, each switch-off process - how also with other electrical switches - an appearance arc drawn. This burns between them for a short time separating contact pieces. One becomes more or less a large amount of the electrode material of the contact pieces evaporates, the one prevailing in the chamber of the vacuum switch Reduced pressure. Also, this metal vapor has the Property of depositing on the inner surface of the insulating housing of the vacuum switch, so that after a number of switching operations a more or less conductive layer arises here, which after some time leads to flashover inside the switch.
Bei bekannten Vakuumschaltern (USA-Patentschrift 3 048 681 und 3 048 682) hat man daher in der Mitte des aus Isolierstoff bestehenden und zylinderförmig ausgebildeten Gehäuses eines Vakuumschalters einen Kondensationsschild aus Metall befestigt, der so lang ist wie das Gehäuse selbst und gegenüber den Stirnseiten des zylindrischen Gehäuses - die aus leitendem Material bestehen und fest mit je einem der beiden" Kontaktstücke verbunden sind - einen zur Spannungaisolation ausreichenden Abstand besitzt. Um diesen Isolationsabstand herzustellen, müssen dabei die stirnseitigen Enden des Schaltergehäuses U-förmig ausgebildet sein und vergrößern so mit Rücksicht auf den innen angebrachten Kondensationssehild die notwendige Lange des Schalters. Im übrigen muß mit Rücksicht auf das gerade im Bereich der Kontaktstüeke notwendige hohe Vakuum ein möglichst großer AbstandIn known vacuum switches (USA patent specification 3,048,681 and 3 048 682) one therefore has a cylinder-shaped housing made of insulating material A metal condensation shield is attached to the vacuum switch, which is as long as the housing itself and opposite the end faces of the cylindrical housing - which are made of conductive material and firmly connected to one of the two "contact pieces" - have a sufficient distance for voltage isolation. In order to establish this isolation distance, you have to do this the front ends of the switch housing are U-shaped be and enlarge so with regard to the inside Condensation shield the necessary length of the switch. In addition, with consideration for the area of the contact pieces necessary high vacuum as large a distance as possible
-2- BAD ORIGINAL-2- ORIGINAL BATHROOM
- 2 - YPA 69/8234,- 2 - YPA 69/8234,
zwischen dem Kondensätionsschild für den Metalldampf und den die Kontaktstücke des Schalters bildenden Elektroden, eingehaLten werden, da nur so der zwischen den Kontaktstücken an den Lichtbögenfußpunkten entstehende Metalldampf schnell in die Umgebung gelangen kann, ohne daß zu große Druckunterschiede innerhalb des Vakuumschalters auftreten. Außerdem besteht bei zu kleinem Abstand zwischen Kondensationsschild und Kontaktstück die Gefahr eines Überschlages von einem Kontaktstück zum Kondensationsschild, der leicht Zerstörungen des Kondensationsschildes zur Folge hat, wenn die Materialstärke gerade ausreichend für die Erzeugung des Kondensationseffektea gewählt wird.between the condensation shield for the metal vapor and the the electrodes forming the contact pieces of the switch are adhered to because the only way between the contact pieces on the The metal vapor that arises quickly penetrates the base of the arcing Environment can reach without excessive pressure differences occurring within the vacuum switch. In addition, there is The distance between the condensation shield and the contact piece is too small the risk of a rollover from a contact piece to the condensation shield, which can easily destroy the condensation shield if the material thickness is just right chosen sufficiently for the generation of the condensation effect a will.
Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, einen Vakuumschalter mit wirksamen Kondensationsschild zu schaffen und gleichzeitig sicherzustellen, daß der Metalldampf schnell aus dem Raum zwischen den Kontaktstücken abgeführt und kondensiert wird, ohne daß innerhalb des Vakuumschalters größere Druckunterschiede entstehen können. The object of the present invention is to provide a vacuum switch with effective condensation shield while ensuring that the metal vapor is quickly out of the room is discharged and condensed between the contact pieces, without major pressure differences occurring within the vacuum switch.
Die Erfindung betrifft damit einen Vakuumschalter mit einem zylindrischem G-ehäuse aus Isolierstoff und zwei in der Zylinderachse hintereinander liegenden Kontaktstücken, von denen mindestens eines in Richtung der Zylinderachse beweglich gelagert ist und mit einem ebenfalls zylindrisch ausgebildeten Kondensationsschild, der die Kontaktstücke konzentrisch, umgibt und zwischen den Kontaktstücken und dem G-ehäuse angeordnet und an ihm befestigt ist. Das Neue besteht dabei darin, daß die Länge des Kondensationsschilds kleiner ist als der bei geöffnetem Schalter dreifache Abstand der Kontaktstücke voneinander. . *The invention thus relates to a vacuum switch with a cylindrical G-housing made of insulating material and two in the cylinder axis contact pieces lying one behind the other, of which at least one is mounted movably in the direction of the cylinder axis is and with a likewise cylindrical condensation shield, which concentrically surrounds the contact pieces and arranged between the contact pieces and the housing and attached to it. The new thing is that the The length of the condensation shield is less than three times the distance between the contact pieces when the switch is open. . *
In den Pig. 1 - 10 sind verschiedene Ausführungsbeispiele eines Vakuumschalters mit unterschiedlicher Ausbildung der Kondensationsschilder dargestellt.In the pig. 1-10 are different embodiments a vacuum switch with different designs of the condensation shields shown.
In Pig. 11 ist ein Vakuumschalter in der bekannten Ausführungsform nach der USA-Patentschrift 3 048 681 enthalten.In Pig. 11 is a vacuum switch in the known embodiment according to U.S. Patent 3,048,681.
9OS83T/0999 ' 9OS83T / 0999 '
-3--3-
- 3 - VPA 69/8234- 3 - VPA 69/8234
Der Druckgasschalter nach Fig. 1 "besteht aus einem zylindrischen Gehäuse 10, mit einer inneren Oberfläche 11a und einem Haltering 11b, der konzentrisch zum zylindrischen Gehäuse 10 einen Kondensationsschild 25 trägt. Der Kondensationsschild ist relativ zur Länge des Gehäuses 10 kurz gehalten und besitzt eine axiale Länge, die nicht viel größer ist, als der Abstand der in Zylindermitte in Achsrichtung hintereinander angeordneten Kontaktstücke 17 und 18, die auf Wellenstücken 17a und 18a befestigt sind. Der Kondensationsschild besteht aus gut entgastem Metall und ist genügend dick ausgebildet, so daß an ihm ein Maximum an Metalldampf kondensieren kann, das bei Auftreten eines Ausschaltlichtbogens gebildet wird. Das Material des Kondensationsschilds 25 ist so ausgewählt, daß es leicht mit dem Elektrodenmaterial der Kontaktstücke verschweißen kann. Der Kondensat!onsschild 25 ist nur durch den Haltering 11b gehalten und dadurch von beiden Kontaktstücken 17 und 18 isoliert, so daß sich sein Potential zwischen den Potentialen der Kontaktstücke 17 und 18 bewegt. Das Kontaktstück 18 ist an seinem Wellenstück 18a beweglich gelagert und gegen die rechte Ctirnseitc 13 des Gehäuses 1.0 mit Hilfe eines Faltenbalgs 20 abgedichtet. Das Wellenstück 17a, das das Kontaktstück 17 trägt, ist mit der links dargestellten Ctirnseite 12 des Gehäuses 10 fest verbunden. Dichtungen 14 zwischen den Stirnseiten 12 und 13 und dem zylindrischen Gehäuse 10 ermöglichen, daß das Innere des Gehäuses 10 unter Vakuum gehalten wird.The gas pressure switch according to Fig. 1 "consists of a cylindrical Housing 10, with an inner surface 11a and a retaining ring 11b, which is concentric with the cylindrical housing 10 Condensation shield 25 carries. The condensation shield is kept short relative to the length of the housing 10 and has an axial length which is not much greater than the distance the one arranged one behind the other in the center of the cylinder in the axial direction Contact pieces 17 and 18 which are attached to shaft pieces 17a and 18a. The condensation shield consists of well degassed metal and is made sufficiently thick so that a maximum of metal vapor can condense on it, which at Occurrence of a breaking arc is formed. That The material of the condensation shield 25 is selected so that it easily welds to the electrode material of the contact pieces can. The condensation shield 25 is only through the Retaining ring 11b held and thereby by both contact pieces 17 and 18 isolated so that its potential between the potentials of the contact pieces 17 and 18 moves. The contact piece 18 is movably mounted on its shaft piece 18a and against the right Ctirnseitc 13 of the housing 1.0 with the help a bellows 20 sealed. The shaft piece 17a, which carries the contact piece 17, is with the Ctirnseite shown on the left 12 of the housing 10 firmly connected. Seals 14 between the end faces 12 and 13 and the cylindrical housing 10 allow the interior of the housing 10 to be kept under vacuum will.
Der Erfindung liegt u.a. die Erkenntnis zugrunde, daß sich der größte Teil des y.etalldampfes unmittelbar neben den Kontaktstücken 17 und 18 im mittleren Teil eines Kondensationsschildes ansetzt. Aus diesem Grunde reicht die relativ geringe Längsabmessung des Kondensationsschilds 2? aus,.-um den größten Teil des entstehenden Metalldampfes unmittelbar nach seiner Entstehung zu kondensieren. Eventuell noch nach außen gelangende Dampfmoleküle setzen sich höchstens seitlich am Gehäuse 10 ab. sosich The invention is based, inter alia, on the knowledge that the Most of the metal vapor immediately next to the contact pieces 17 and 18 attaches in the middle part of a condensation shield. For this reason, the relatively small longitudinal dimension is sufficient of the condensation shield 2? from, .- to most of the resulting metal vapor immediately after its formation to condense. Any vapor molecules that may still reach the outside are deposited at most on the side of the housing 10. so yourself
daß in der Ii'itte des Gehäuses 10 zwischen den Stirnseiten '2 und T* eine " ^rie befindet, die von Metalldampf frei ist und die Isolation sieherstellt. Beispielsweise reicht bei einem Abstand der "^rvtaktstücke 17 und 18 von einem halben Zg-II beithat in the middle of the housing 10 between the end faces' 2 and T * is a "^ rie which is free of metal vapor and which Isolation it creates. For example, enough for one Distance of the "^ rvtaktstücke 17 and 18 of half a Zg-II at
0 0 983 1 /09990 0 983 1/0999
_4__ 4 _
VPA-69/8234VPA-69/8234
geöffnetem Vakuumschalter eine Länge von eineinhalb Zoll für den Kondensationsring vollkommen aus, um den größten Teil des "bei'einem Ausschaltlichtbogen entstehenden Metalldampfes durch Kondensation aufzunehmen. Um die Lage des beweglichen Kontaktstücks 18 bei geschlossenem Schalter in Fig. 1 zu kennzeichnen, ist dieses Kontaktstück 18 in der geschlossenen Stellung nocheinmal gestrichelt dargestellt und mit 9 bezeichnet.open vacuum switch a length of one and a half inches for completely removes the condensation ring in order to pass through most of the metal vapor that occurs during a switch-off arc To absorb condensation. In order to identify the position of the movable contact piece 18 when the switch is closed in FIG. 1, this contact piece 18 is in the closed position again shown in dashed lines and denoted by 9.
Ohne die durch den kurzen Kondensationsschild 25 erzielten Vorteile aufzugeben, lassen sich zusätzlich zur weiteren Abschirmung der inneren Oberfläche 11a des Gehäuses 10 von sich niederschlagendem Metalldampf weitere Kondensationsschilder anbringen, die entweder ebenfalls am Haltering 11b befestigt sein können - wie der Kondensationsschild 30 in Fig. 2 - oder sich auf den Wellenstücken 17a und 18a befinden, wie dies bei den Kondensationsschildern 31 und 32 in Fig. 2 der Fall ist.Without the ones achieved by the short condensation shield 25 Abandoning advantages can be added to further shielding the inner surface 11a of the housing 10 from itself Attach additional condensation shields to the metal vapor that is deposited, either of which is also attached to the retaining ring 11b can be - like the condensation shield 30 in Fig. 2 - or are on the shaft pieces 17a and 18a, as is the case with the condensation shields 31 and 32 in FIG.
Wie aus Fig. 3 hervorgeht, ist es zur Verbesserung der Abschirmung außerdem möglich, die an beiden leiten vorhandenen Enden des Kondensationsschilds 25 nach innen abzubiegen und also dort den Lurchmesser des Kondensat ions Schilds zu verkleinern, wie dies die Enden 25b und 25c des Kondensationsschilds in Fig. 3 zeigen.As can be seen from Fig. 3, it is to improve the shielding also possible to bend the ends of the condensation shield 25 present on both lines inward and thus to reduce the diameter of the condensation shield there, as shown by the ends 25b and 25c of the condensation shield in FIG.
In Fig. 4 sind auf den Wellenstücken 17a und 18a in Richtung zum Kondensationsschild 25 gewölbte zusätzliche Kondensationsschilder 40 und 41 vorgesehen. In Fig. 4 are on the shaft pieces 17a and 18a in the direction Additional condensation shields 40 and 41 arched for condensation shield 25 are provided.
Fig. 5 zeigt eine Ausbildung des Vakuumschalters, die zusätzlich an den Stirnseiten 12 und 13 des Gehäuses 10 befestigte Kondensationsschilder 33 und 34 enthält. Diese sind ebenfalls zylinderförmig ausgebildet und besitzen an ihren freien Enden in der Nähe.des Kondensationsschilcfc 25 einen sich vergrößernden Durchmesser, wodurch wiederum ein höherer Prozentsatz des entstehenden Metalldampfes kondensiert werden kann, bevor er die in Fig. 5 nicht dargestellte Gehäusewand des Gehäuses 10 erreichtFig. 5 shows an embodiment of the vacuum switch, which in addition condensation shields attached to the end faces 12 and 13 of the housing 10 33 and 34 contains. These are also cylindrical and have at their free ends in the The proximity of the condensation shield 25 has an increasing diameter, which in turn allows a higher percentage of the metal vapor formed to be condensed before it reaches the In Fig. 5 not shown housing wall of the housing 10 reached
Ein weiteres Beispiel für die Ausbildung des Kondensationsschilds ist in Fig. 6 dargestellt. Hier ist ein Kondensations— Another example of the design of the condensation shield is shown in FIG. 6. Here is a condensation—
009831/0999009831/0999
- f. - VPA. 69/8234- f. - VPA. 69/8234
schild 48 vorgesehen, der eine solche Materialstärke "besitzt, daß er vorübergehend auch als Lichtbogenfußpunkt dienen kann, ohne daß eine den Kondensationsschild zerstörende Überhitzung am Lichtbogenfußpunkt auftritt. Hierdurch wird einerseits die Kondensation des Metalldampfes durch die kühler bleibende Oberfläche des Kondensationsschilds 48 beschleunigt und andererseits kann der Abstand zwischen den Kontaktstücken 17 und 18 und dem Kondensationsschild 48 ohne Rücksicht auf einen. eventuellen Zwischenüberschlag zum Kondensationsschild so gering gemacht werden, wie es der zur Isolation des geöffneten Schalter notwendige Isolationsabstand zuläßt. Dies ist bei herkömmlichen Kondensationsschildern mit relativ dünner, nur für die Kondensationsfähigkeit des Metalldampfes ausgelegter Wandstärke nicht der Fall, da trotz des auch in Fig. 6 größeren Weges für den Lichtbogen über den Kondensationsschild gerade bei hohen Stromstärken und bedingt durch magnetische Kräfte durch den fließenden Strom ein Zwischenüberschlag zum Kondensationsschild stattfinden kann.shield 48 is provided, which has such a material thickness " that it can temporarily also serve as an arc base point, without overheating occurring at the base of the arc, which would destroy the condensation shield. This is on the one hand the Condensation of the metal vapor through the cooler ones Surface of the condensation shield 48 is accelerated and, on the other hand, the distance between the contact pieces 17 and 18 and the condensation shield 48 without regard to one. possible intermediate flashover to the condensation shield see above can be made small, as is the case for the isolation of the opened Switch allows the necessary isolation distance. This is with conventional condensation shields with relatively thinner, only designed for the condensation ability of metal vapor Wall thickness is not the case, since it is larger in spite of the larger one in FIG Path for the arc over the condensation shield, especially with high currents and due to magnetic forces The flowing current creates an intermediate flashover to the condensation shield can take place.
Me Verkürzung und gleichzeitige Verstärkung des Kondensationsschild 48 gegenüber der genannten bekannten Anordnung ergibt also bei gleichem Materialaufwand einen wesentlichen Vorteil gegenüber der in Fig. 11 dargestellten herkömmlichen Anordnung für einen Kondensationsschild.Me shortening and simultaneous reinforcement of the condensation shield 48 compared to the known arrangement mentioned thus, with the same expenditure of material, a significant advantage over the conventional arrangement shown in FIG. 11 for a condensation shield.
Fig. 7 zeigt eine Ausführungsform ähnlich der Anordnung nach Fig. 5 mit zu einem Radius aufgebogenen Enden der an den Stirnseiten 12 und 13 befestigten Kondensationsschilder 33a und 34a.Fig. 7 shows an embodiment similar to the arrangement according to Fig. 5 with bent up to a radius ends of the End faces 12 and 13 attached condensation shields 33a and 34a.
Fig. .8 zeigt die Anordnung mit in Richtung zum Kondensationsschild 48 gewölbten Kondensationsschildern 40 und 41, die wiederum auf den Wellenstücken für die Kontaktstücke 17 und 18 befestigt sind.Fig. 8 shows the arrangement with in the direction of the condensation shield 48 curved condensation shields 40 and 41, which in turn are on the shaft pieces for the contact pieces 17 and 18 are attached.
In Fig. 9 ist die Kombination eines verstärkten und aus deiE gleichen Material wie die Kontaktstücke bestehenden Kondensationsschilds 48 mit zu den Stirnseiten des Vakuumschalters abgebogenen Kondensationsschildern 31 und 32 dargestellt,In Fig. 9 is the combination of a reinforced and deiE same material as the contact pieces of the existing condensation shield 48 shown with condensation shields 31 and 32 bent towards the end faces of the vacuum switch,
9841/08*99841/08 * 9
VPA 69/8234VPA 69/8234
während in Fig. 10 zusätzlich zu dem aus verstärktem Elektrodenmaterial bestehenden, lichtbogenfesten Kondensationssehild 50 ein langgestreckter, zylindrischer und konzentrisch zu den Kontaktstucken sowie zum nicht dargestellten Gehäuse 10 angeordneter Kondensationssehild dient. 'while in Fig. 10 in addition to that of reinforced electrode material existing, arc-proof condensation shield 50 an elongated, cylindrical and concentric to the contact pieces and to the housing 10 (not shown) arranged condensation shield is used. '
11 Figuren11 figures
7 Patentansprüche7 claims
BAD ORtGiNAL 009631/0999BAD LOCAL 009631/0999
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