DE19707794A1 - Kontaktanordnung für eine Vakuumschaltkammer - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft eine Kontaktanordnung für eine Vakummschaltkammer nach dem Oberbegriff des Anspruches 1.

Eine derartige Kontaktanordnung kann fest oder beweglich innerhalb einer Vakuum­ schaltkammer angeordnet sein. Dabei ist das Kontaktstück an einem Kontaktstengel angebracht, und dem Kontaktstück ist eine Spule zugeordnet, die ein axiales Magnet­ feld erzeugt, so daß ein Lichtbogen, der zwischen zwei beim Öffnen der geschlossenen Kontaktanordnungen entsteht, als diffuser Lichtbogen brennt. Eine Kontaktanordnung dieser Art ist in der DE 195 34 398.0 vorgeschlagen worden. Die Spule, die dem Kon­ taktstück zugeordnet ist, ist massiv und wird dauernd vom Strom durchflossen.

Aufgabe der Erfindung ist es eine Kontaktanordnung der eingangsgenannten Art zu schaffen, mit der die Nennstromtragfähigkeit der Vakuumkammer erhöht ist.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß durch die kennzeichnenden Merkmale des An­ spruches 1 gelöst.

Danach ist das Kontaktstück mit dem Kontaktstengel mittels der als Feder ausgebilde­ ten Spule verbunden, wobei ein Ende der Feder am Kontaktstück und das andere Ende am Stengel befestigt ist.

Das Kontaktstück ist demgemäß nicht am Stengel unmittelbar direkt befestigt, sondern unter Zwischenfügung der als Feder ausgebildeten Spule, so daß dann, wenn keine Kontaktkraft auf das Kontaktstück wirkt, das Kontaktstück vom Stengel getrennt ist, je­ doch dann, wenn die Kammer eingeschaltet ist, das Kontaktstück direkt auf dem Sten­ gel aufsitzt. Damit ist die als Stromschleife ausgebildete Spule während des Dauerbe­ triebes, also während des eingeschalteten Zustandes, kurz geschlossen, und erst beim Ausschalten fließt der Schaltstrom durch die Stromschleife. Dadurch ist der Widerstand der Kontaktanordnung im Dauerbetrieb klein und die Verlustleistung gering.

Der Vakuumspalt zwischen dem Kontaktstück und dem Kontaktstengel darf sehr klein sein, weil die Stromschleife als Federkörper aus vorzugsweise Kupfer und Federstahl die Spannung am Spalt stark begrenzt. Wegen der sehr kleinen Verlustleistung am Spalt ist ein Verschweißen der Spaltflächen leicht vermeidbar.

Die Spule kann dabei kreisringförmig sein und zur Erhöhung der Federkraft beim Aus­ schalten mit wenigstens einer zusätzlichen Feder, die zwischen dem Kontaktstengel und dem Kontaktstück untergebracht ist, versehen sein, wodurch ein sicheres Trennen der Stirnflächen des Kontaktstückes und der Stirnfläche des Kontaktstengels gewähr­ leistet ist.

Diese zusätzliche Feder, von denen vorteilhaft zwei symmetrisch zur Mittelachse an­ geordnet sind, sind ringartig geschlossen und können gemäß einer vorteilhaften Aus­ gestaltung der Erfindung von einem quer zur Mittelachse des Kontaktstengels einge­ brachten Bolzen durchdrungen sein, der bei evtl. verschweißten Kontaktstückoberflä­ chen der beiden sich gegenüberliegenden Kontaktstückanordnungen beim Ausschalten über die Federn als Mitnehmer wirkt und die verschweißten Kontaktstückoberflächen aufbricht, ohne den Spulenkörper oder die Spule mechanisch zu belasten; dabei sind die zusätzlichen Federn mit dem Kontaktstück fest verbunden, vorzugsweise verlötet. Wenn die Kontaktstücke einer Vakuumkammer verschweißen, wird das Kontaktstück vom gegenüberliegenden Kontaktstück mittels der zusätzlichen Federn praktisch ab­ gerissen, wenn eine Ausschalthandlung erfolgt, ohne daß die Spulen selbst belastet sind.

Die Spule kann außerdem auch kreisförmig sein und zur Erhöhung der Eigenfederung in ein U-förmig ausgebildetes Edelstahlelement formschlüssig eingebettet sein.

Die Vorteile der Erfindung bestehen darin, daß die einzelnen Teile einfach herstellbar sind, daß darüberhinaus die dem Gegenkontaktstück zugewandte Oberfläche beider Kontaktstücke glatt ist, wodurch die Spannungsfestigkeit erhöht ist (glatt bedeutet hier schlitzfrei). Darüberhinaus kann der Kontaktstückdurchmesser klein ausgebildet sein; wegen des Kurzschließens der Spule ist die Verlustleistung gering und die Spule be­ wirkt darüberhinaus auch starke axiale Magnetfelder.

Weitere vorteilhafte Ausgestaltungen und Verbesserungen der Erfindung sind den weiteren Unteransprüchen zu entnehmen.

Anhand der Zeichnung, in der einige Ausführungsbeispiele der Erfindung dargestellt sind, sollen die Erfindung, weitere vorteilhafte Ausgestaltungen und Verbesserungen sowie weitere Vorteile näher erläutert und beschrieben werden.

Es zeigen:

Fig. 1 eine schematische Schnittansicht durch eine Kontaktanordnung gemäß der Erfindung,

Fig. 2 eine Aufsicht auf die Spule der Kontaktanordnung gemäß Fig. 1,

Fig. 3 eine weitere Ausführungsform der Spule,

Fig. 4 eine weitere Ausführungsform der Erfindung, und

Fig. 5 eine Schnittansicht gemäß Schnittlinie A-A der Fig. 4.

Die Kontaktanordnung 10 der Fig. 1 ist in einer Vakuumschaltkammer untergebracht und kann entweder fest oder beweglich eingebaut sein. Wenn die Kontaktanordnung 10 beweglich ist, dann ist sie mit einem Faltenbalg verbunden, mittels dem sie in die Vakuumkammer vakuumdicht eingeführt ist und der die Beweglichkeit der Kon­ taktanordnung 10 bewirkt. Eine derartige Anordnung ist an sich bekannt.

Die Kontaktanordnung 10 umfaßt ein Kontaktstück 11, das mit einem Kontaktstengel 12 indirekt verbunden ist. Die der gegenüberliegenden Kontaktanordnung (nicht gezeigt) zugewandte Oberfläche 13 ist mit einem abreißfestem Material, vorzugsweise mit einer Chrom-Kupfer-Sinterlegierung beschichtet; es besteht die Möglichkeit, daß das ge­ samte Kontaktstück 11 aus Chrom-Kupfer-Sintermaterial hergestellt ist. Das Kontakt­ stück 11 besitzt einen zylindrischen Fortsatz 14, dessen Außendurchmesser dem Au­ ßendurchmesser des Kontaktstengels 12 entspricht. An der Außenfläche 15 des Vor­ sprunges 14 ist ein Ende 17 einer als Feder ausgebildeten Spule 16 befestigt, deren anderes Ende 18 an der Außenfläche 19 des Kontaktstengels 12 im Bereich dessen kontaktstückseitigen Stirnendes angeschlossen ist. Der etwa z-förmige Abkröpfungsbe­ reich 20 dient zur Anpassung an den Kontaktstengel 12.

Die Fig. 2 zeigte eine Aufsicht auf die Spule 16. Sie besitzt einen kreisringförmigen Ab­ schnitt 21, an dessen Innenseite sich gegenüberliegende und miteinander fluchtende Stege 17 und 18 angeformt sind, deren Innenflächen 22 und 23 an den Außenflächen 15 bzw. 19 befestigt sind.

Im nicht eingeschalteten Zustand befindet sich zwischen der freien Stirnfläche 24 des Kontaktstückes 14 und der freien Stirnfläche 25 des Kontaktstengels 12 ein Spalt 26, der im eingeschalteten Zustand, wenn also auf den Kontaktstengel eine Kraft F wirkt, geschlossen ist. Im eingeschalteten Zustand fließt der Strom direkt vom Kontaktstück 11 zum Kontaktstengel 12.

Wenn eine Ausschaltung erfolgt, trennen sich die Stirnflächen 24 und 25 unter Bildung des Spaltes 26 voneinander, wobei die Spule 16 die Trennung des Kontaktstückes 11 vom Kontaktstück 12 bewirkt. In diesem Fall fließt ein Strom vom Kontaktstück 11 über den Vorsprung 14 zu dem Steg 17, im Kreisring gemäß Pfeilrichtung I1 und I2 hin zum anderen Steg 18 und von dort in den Kontaktstengel 12. Der Strom I teilt sich dabei in die zwei Teilströme I1 und I2 auf, die im wesentlichen gleich sind und die beide das zweipolige Magnetfeld B erzeugen.

Die Fig. 3 zeigt eine andere Ausführung: Danach besitzt ein Kreisring 30 einen Schlitz 31, an den dem Schlitz 31 benachbarten Enden sind Stege 31, 33 angeformt, die radial nach innen vorspringen. Der Steg 32 ist mit seinem Ende 34 an dem Vorsprung 14 und der Steg 33 mit seinem Ende 35 am Kontaktstengel 13 befestigt. Damit fließt der Strom aus dem Kontaktstück 11 über den Steg 32 in den Kreisring und den über den Steg 33 in den Kontaktstengel 12. Diese Anordnung ist ebenfalls federnd und so vorgespannt, daß im nicht eingeschalteten Zustand zwischen dem Kontaktstück 11 und dem Kon­ taktstengel 12 ein Spalt bleibt.

Die Spule 16 oder 30 kann aus Kupfer oder einer Werkstoffkombination als Federpaket hergestellt sein. Zur Erhöhung der Trennsicherheit können zusätzliche Federn vorge­ sehen sein, die zwischen Kontaktstengel und Kontaktplatte eingesetzt sind.

Nachzutragen ist noch, daß es sich als vorteilhaft erweist, wenn die Stirnflächen 24 und 25 ballig, vorzugsweise kugelförmig ausgebildet sind.

In der Zeichnung Fig. 1 ist dargestellt, daß der Spalt 26 zwischen den beiden Stirnflä­ chen 24 und 25 senkrecht zur Mittelachse M-M der Kontaktanordnung 10 verläuft. In der deutschen Patentanmeldung 1 95 34 398.0 ist eine im Prinzip ähnliche Konstruktion dargestellt, wobei die Spule nicht federnd ausgebildet ist. In gleicher Weise wie dort könnte der Schlitz bei der erfindungsgemäßen Ausgestaltung auch unter einem spitzen Winkel zur Mittelachse M-M verlaufen. Die Notwendigkeit einer senkrecht ausgerichte­ ten Spaltanordnung ist nicht gegeben.

Bei der Ausführungsform gemäß der Fig. 4 ist durch den Kontaktstengel 12 unterhalb der Oberfläche 25 eine Bohrung 30 senkrecht zur Mittelachse M-M hindurchgeführt, durch die ein Bolzen 41 hindurchgeführt ist; der Bolzen 41 durchgreift den Kontakt­ stengel 12 senkrecht zur Mittellinie M-M. Dem Bolzen 41 sind im Bereich von dessen freien Enden zwei V-förmige Federn 40 zugeordnet, deren Enden 43, 44 sich überlap­ pend ausgebildet sind, so daß ein geschlossenes Dreieck entsteht. Mit der Überlap­ pungsfläche 43a werden beide Federn 40 an der Rückseite des Kontaktstückes 11 befestigt, vorzugsweise festgelötet. Der Abstand der Außenfläche der Überlappung 43 bis zur Spitze, mit D bezeichnet, ist so bemessen, daß dann, wenn eine Kontaktkraft P auf die Kontaktfläche 13 aufgebracht wird, die Spitze der Feder gegen die Stufung 45 zum Anliegen kommt, wodurch die Federn 40 zusammengedrückt werden und eine Trennkraft zur Trennung der Flächen 24, 25 ausüben, wenn sich die Kontaktanordnun­ gen in Ausschaltstellung bewegen.

Darüber hinaus ist die kreisförmige Spule 16 zur Versteifung von einer U-förmigen Fe­ der 42 am Umfang umfaßt, wobei die U-förmige Feder einen Schlitz aufweist, der dem Schlitz 31 entspricht.

Bei der Ausführung gemäß Fig. 4, die der Anordnung nach Fig. 2 entspricht, umfassen die beiden Federn 40 den Bolzen 41, so daß beim Verschweißen der sich gegenüber­ liegenden Kontaktflächen 13 zweier Kontaktanordnungen über den Bolzen 41 und die Federn 40 das Kontaktstück 11 mitgenommen wird, so daß eine Verformung der Spule und insbesondere der Arme 17 und 18 verhindert und vermieden ist.

Nachzutragen ist noch, daß dann, wenn eine Spule 16 gemäß Fig. 2 verwendet wird, der U-förmige, ringförmige Federstahl 42 keinen Schlitz benötigt.

Claims (9)

1. Kontaktanordnung für eine Vakummschaltkammer, mit einem Kontaktstück und einem dieses tragenden Kontaktstengel, und mit einer dem Kontaktstück zugeord­ neten Spule zur Erzeugung eines axialen Magnetfeldes, dadurch gekennzeichnet daß das Kontaktstück (11) mit dem Kontaktstengel (12) mittels der als Feder ausgebildeten Spule (16; 30) verbunden ist, wobei ein Ende der Feder am Kontaktstück (11) und das andere Ende am Kontaktstengel (12) befestigt ist, und daß die Spule so vorgeformt ist, daß sich das Kontaktstück in geöffnetem Zustand, nach Trennung der Kontaktstücke zweier sich gegenüberstehender Kontaktanordnungen einer Vakuumschaltkammer sich vom Kontaktstengel (12) abhebt und der Spalt (26) gebildet ist.

2. Kontaktanordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Spule (16) kreisringförmig ist, wobei der Außendurchmesser des Kreisrings dem Außen­ durchmesser des Kontaktstückes (11) entspricht, daß an zwei sich gegenüberliegen­ den Stellen an der Innenseite des Kreisringes je ein Steg (17,18) angeformt ist, die aufeinander zu vorspringen und von denen der eine Steg am Kontaktstück (11) und der andere Steg (18) am Kontaktstengel (12) befestigt ist.

3. Kontaktanordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Spule (30) kreisringförmig ist und einen Schlitz (31) aufweist, und daß an dem Kreisring beid­ seitig des Schlitzes je ein Steg (32, 33) radial nach innen vorspringend angeformt ist, von denen der eine Steg (32) am Kontaktstück (11) und der andere Steg (33) am Kon­ taktstengel (12) angeschlossen ist.

4. Kontaktanordnung nach einem der vorherigen Ansprüche, dadurch gekenn­ zeichnet, daß die Spule (16, 30) kreisringförmig ist und zur Erhöhung der Federkraft beim Ausschalten mit wenigstens einer zusätzlichen Feder (40) zwischen dem Kon­ taktstengel (12) und dem Kontaktstück (11) beaufschlagt ist, die ein sicheres Trennen der Stirnfläche (24) des Kontaktstückes (11) von der Stirnfläche (25) des Kontaktsten­ gels (12) gewährleistet.

5. Kontaktanordnung nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß zwei zu­ sätzliche Federn beidseitig zu dem Kontaktstengel (12) angeordnet sind.

6. Kontaktanordnung nach Anspruch 4 und 5, dadurch gekennzeichnet, daß die zusätzlichen Federn ringartig geschlossene Federn sind und von einem senkrecht zur Mittelachse (M-M) des Kontaktstengels (12) eingebrachten Bolzen (41) durchdrungen und die zusätzlichen Federn an der Rückseite des Kontaktstückes (11) befestigt sind, so daß bei Verschweißen der sich gegenüberliegenden Kontaktstückflächen zweier Kontaktanordnungen die Verschweißung von den Bolzen (41) über die zusätzlichen Federn aufgebrochen wird, ohne den Spulenkörper oder die Spule (16, 30) mechanisch zu belasten.

7. Kontaktanordnung nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß die zu­ sätzlichen Federn (40) einen V-förmigen Abschnitt aufweisen, dessen Schenkelenden sich überlappend geformt sind.

8. Kontaktanordnung nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß die Schenkelenden der zusätzlichen Federn (40) an der Rückseite des Kontaktstückes (11) festgelötet sind.

9. Kontaktanordnung nach einem der vorherigen Ansprüche, dadurch gekenn­ zeichnet, daß die Spule (16, 30) kreisringförmig ist und zur Erhöhung der Eigenfede­ rung in ein U-förmig ausgebildetes, die Spule (16, 30) am Außenumfang umfassendes Federstahlprofil (42) formschlüssig eingebettet ist.