DE19738195C2 - Scheibenförmiges Vakuumkontaktstück - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft ein scheibenförmiges Vakuumkontaktstück mit wenigstens drei Schlitzen, die sich von innen nach außen erstrecken.

Aus der DE 41 19 191 ist ein Kontaktstück bekannt geworden, das eine Scheibenform besitzt, an deren Umfangsrand auf der Kontaktfläche ein umlaufender Wulst vorgese­ hen ist, der einerseits zur Stromführung und andererseits auch zur Lichtbogenführung dient. Innerhalb des Wulstes befinden sich J-förmige Schlitze mit einem im zentralen Bereich beginnenden bogenförmigen sowie einem daran sich anschließenden geraden Abschnitt, wobei das äußere Ende am Innenradius des Wulstes endet. Diese Ausge­ staltung ist ausschließlich bei Kontaktstücken vorgesehen, bei denen der Wulst und der übrige Kontaktstückbereich einstückig miteinander verbunden sind. Eine nach außen durchlaufende und in die Peripherie einmündende Schlitzform würde die in der DE 41 19 191 dargestellten Vorteile wieder zunichte machen; der Abstand des außen lie­ genden Schlitzendes von der Umfangsperipherie des Kontaktstückes wird durch die radiale Breite des Wulstes definiert und kann zwischen 3 mm und 16 mm liegen.

Aus der EP 0 262 906 A2 ist ein Kontaktstück bekannt geworden, das axial durchgehende und zusätzliche Schlitze enthält, welch letztere das Kontaktstück axial nicht durchgreifen. Über den Abstand der durchgehenden Schlitze von der Peripherie ist nichts ausgesagt.

Aufgabe der Erfindung ist es, ein Kontaktstück für eine Vakuumkammer der eingangs genannten Art zu schaffen, mit dem eine verbesserte Lichtbogenführung ermöglicht wird.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß die Schlitze mit seinem äu­ ßeren Ende in einem Abstand der Peripherie endet und daß zwischen dem äußeren Schlitzende und der Peripherie dadurch ein Steg gebildet ist, dessen radiale Dicke zwischen ca. 0,5 mm bis 3 mm beträgt.

Wenn ein Kontaktstück mit drei Schlitzen versehen sein soll, dann können diese drei Schlitze bogenförmig sein, wobei auch hier der Radius jedes Schlitzes zwischen 55% und 95% des Außenumfanges des Kontaktstückes beträgt.

Diese Schlitze können auch geradlinig sein oder aus zwei geradlinigen oder bogen­ förmigen Schlitzabschnitten gebildet sein.

Vorteilhaft beträgt die Schlitzbreite abhängig vom Durchmesser des Kontaktstückes und von dem zu führenden Strom zwischen 1 mm bis 8 mm.

Dabei ist die Verwendung von drei Schlitzen, die darüber hinaus sich auch aus zwei geradlinigen Schlitzabschnitten zusammensetzen, an sich aus der SU 1 174 993 be­ kannt geworden. Rein lineare Schlitze zeigt das DE 83 30 350 bzw. die US 4 210 790.

Anhand der Zeichnung, in der ein Kontaktstück mit bekannter Schlitzform und Kontakt­ stücke mit unterschiedlichen erfindungsgemäßen Schlitzformen dargestellt sind, sollen die Erfindung sowie weitere vorteilhafte Ausgestaltungen und Verbesserungen der Er­ findung und weitere Vorteile näher erläutert und beschrieben werden.

Es zeigen:

Fig. 1 ein an sich bekanntes Kontaktstück mit vier in die Peripherie einmün­ denden Schlitzen,

Fig. 2 ein erfindungsgemäßes Kontaktstück und

Fig. 3 bis 8 erfindungsgemäße Kontaktstücke mit unterschiedlichen Schlitzformen.

Es sei nun Bezug genommen auf die Fig. 1.

Dort ist ein Vakuumschaltkammerkontaktstück (im folgenden kurz Kontaktstück) 10 dargestellt, das vier Schlitze 11, 12, 13 und 14 aufweist, die alle in die Peripherie ein­ münden, so daß die Schlitze 11 bis 14 radial nach außen offenen Schlitze sind.

Wenn nun im Falle einer Schalthandlung ein sog. kontrahierter Lichtbogen auf der Kontaktstückoberfläche brennt, dann bewegt sich dieser kontrahierte Lichtbogen so wie durch die kleinen Kreise angedeutet; der Lichtbogenfußpunkt 15 bewegt sich entlang des zwischen den beiden Schlitzen 11 und 12 gebildeten Spiralarmes 16 zur Stelle 17, zur Stelle 18, 19, überspringt dann den Schlitz 12 bis hinter den Schlitz 12 zu der Stelle 20. Dabei befindet sich der Lichtbogenfußpunkt 15 noch im Bereich der Mitte; der Lichtbogenfußpunkt 17 liegt etwa in Verlängerung des Schlitzes 12 entgegen der offe­ nen Seite; der Fußpunkt 18 befindet sich auf dem Spiralarm 16 etwa im Bereich des freien Endes des Schlitzes 11; der Lichtbogenfußpunkt 19 befindet sich in der Nähe des Endes des Spiralarmes 16 und der Fußpunkt 20 jenseits des Schlitzes 12, vom Ende des Spiralarmes 16 aus gesehen, wobei er den Schlitz 12 überspringen muß.

Den Lichtbogenfußpunkten sind magnetische Kräfte 21, 22, 23, 24 und 25 zugeordnet, die aus rechnerischen Untersuchungen ermittelt worden sind. Danach wirkt auf den Lichtbogenfußpunkt 15 eine in der Hauptsache radiale Kraft 21, auf den Fußpunkt 17 eine Kraft, die schon eine größere tangentiale Komponente besitzt; die Kraft 23 ist im wesentlichen tangential, ebenso wie die Kraft 24, wogegen die tangentiale Kompo­ nente der Kraft 25 an dem Lichtbogenfußpunkt 20 sehr klein ist. Ausgehend vom Licht­ bogenfußpunkt 15 bzw. von der Stelle, die der Lichtbogenfußpunkt dort einnimmt, be­ wegt sich der Lichtbogenfußpunkt beschleunigt, wobei im Bereich des freien Endes des Spiralarmes 16 die Kraft auf den Lichtbogenfußpunkt maximal wird. Durch den Schlitz 12 wird der Lichtbogen stark abgebremst, und bewegt sich hinter dem Schlitz 12 wegen der kleinen Tangentialkomponente der Kraft 25 nur langsam in tangentialer Richtung. Die starke radiale Komponente der Kraft 25 bewirkt, wie Untersuchungen ergeben ha­ ben, eine starke Erosion in einer die Kontaktstelle, die aus dem Kontaktstück 10 und einem weiteren Kontaktstück gebildet wird, umgebenden Abschirmung 26, wobei der erodierte Bereich radial gegenüber dem freien Ende des Schlitzes 12 liegt und die Bezugsziffer 27 trägt; entsprechende erodierte Bereiche finden sich auch radial ge­ genüber den Schlitzenden der Schlitze 13, 14 und 11.

Der Lichtbogenfußpunkt also wird auf der Wanderung entlang des Spiralarmes 16 be­ schleunigt und beim bzw. durch das Überspringen des Schlitzes 12 stark abgebremst; wenn der Lichtbogen umläuft, geschieht dies immer an den Schlitzsprungstellen. Die Bewegung des Lichtbogens ist somit keine kontinuierliche, sondern eine Art pumpende Bewegung mit Beschleunigungen und Abbremsungen, letztere jeweils an den Schlit­ zen.

Es wird nun Bezug genommen auf die Fig. 2. Dort ist ein Kontaktstück 30 dargestellt, welches vier Schlitze 31, 32, 33 und 34 aufweist, deren äußere Enden jeweils in einem Abstand d von der Umfangsperipherie 35 enden. Dadurch wird jeweils ein Steg 36 gebildet (alle Stege sind gleich ausgebildet und besitzen deshalb alle die Bezugsziffer 36). Dieser Steg kann je nach Durchmesser eine etwa radiale Dicke von zwischen 0,5 mm bis 3 mm liegen, wobei die Breitenangabe 0,5 mm im wesentlichen durch die Fertigung der Schlitze 31 bis 34 bedingt ist; eine Stegbreite weniger als 0,5 mm ist - lediglich - schwierig zu fertigen, aber prinzipiell durchaus möglich. Daß der Steg belas­ sen wird, hat neben mechanischen Gründen elektrische Gründe, wie im folgenden er­ läutert wird.

Auf der Kontaktoberfläche des Kontaktstückes 30 sind Kreise 37, 38, 39, 40 und 41 aufgezeichnet, die einzelnen Lichtbogenfußpunkte zu unterschiedlichen Zeiten darstel­ len, wobei sie den Lichtbogenfußpunkten 15 bis 20 der Fig. 1 entsprechen und dem­ gemäß auch jeweils an der gleichen Stelle liegen.

Auf den Lichtbogenfußpunkt 37 wirkt eine Kraft 42, die, ähnlich wie die Kraft 21, im we­ sentlichen radial ist. Auf den Lichtbogenfußpunkt 38 wirkt eine Kraft 43, die eine deut­ lich größere tangentiale Komponente aufweist; auf den Lichtbogenfußpunkt 39 wirkt eine Kraft 44, die praktisch tangential verläuft, auf den Lichtbogenfußpunkt 40 wirkt eine rein tangentiale Kraft 45, auf den Lichtbogenfußpunkt 41 wirkt eine ebenfalls im wesentlichen tangentiale Kraft 46.

Während die Kräfte 21 bis 25 auch in ihrer Größe und bezüglich ihrer tangentiale Komponente stark variieren, verändern sich die tangentialen Komponenten insbeson­ dere dann, wenn der Lichtbogenfußpunkt sich dem Ende des zwischen den beiden Schlitzen 32 und 31 gebildeten Spiralarmes 47 nähert, nur noch geringfügig, und wenn der Lichtbogen dann entlang der Umfangsperipherie 35 umläuft, dann erhält man keine wesentlichen Abbremsungen bei dem Übergang von einer Seite eines Schlitzes zur anderen Seite, was ja bei der Anordnung nach Fig. 1 der Fall war. Warum dies der Fall ist, sei anhand der Lichtbogenfußpunkte 42 bzw. 20 erläutert. Der Stromfluß I₁ des Kontaktstückes gemäß der Fig. 1 fließt zunächst ausschließlich über den Spiralarm 16, und wenn der Lichtbogen aus seiner Stellung am Ende des Spiralarmes 16 über den Schlitz hinweg in die Stellung gelangt, die mit der Bezugsziffer 20 dargestellt ist, muß der Strom seine Richtung vollständig ändern und in den Spiralarm 16a, der zwischen den Schlitzen 12 und 13 gebildet ist, kommutieren, wo er als I₂ bezeichnet ist. Das glei­ che gilt natürlich auch dann, wenn der Lichtbogenfußpunkt auf den Spiralarm 16b zwi­ schen den Schlitzen 13 und 14 bzw. den Spiralarm 16c zwischen den Schlitzen 14 und 11 kommutieren muß.

Dies ist bei der Ausführung nach Fig. 2 anders. Dort fließt der Strom nicht nur aus­ schließlich durch den Spiralarm 47 gemäß Stromlinie I₃, um beispielsweise zu dem Lichtbogenfußpunkt 40 zu gelangen, vielmehr fließt auch ein wenn auch kleiner Teil­ strom I₄ durch den Steg 36 gemäß Pfeilrichtung P₁,.

Zu dem Lichtbogenfußpunkt 41 fließen ebenfalls nicht nur der Stromanteil I₄, sondern auch ein Stromanteil I₃, so wie durch den Pfeil P₂ angedeutet.

Zur Kraft 24 (Fig. 1) trägt lediglich der Strom I₁ und zur Kraft 25 der Strom I₂ bei, woge­ gen auf die Kraft 45 ein großer Stromanteil I₃ und wegen der schmalen Breite des Ste­ ges 36 ein kleiner Stromanteil I₄ einwirken, und auf die Kraft 46 wirkt ein großer Strom­ anteil I₄ und kleiner Stromanteil I₃. Dadurch wird die tangentiale Komponente der Kräfte 45 und 46 annähernd gleich, was auch bei den Schlitzen 33, 34 und 31 der Fall ist, so daß die tangentiale Kraft auf den Lichtbogenfußpunkt oder den Lichtbogen trotz der Schlitze 31 bis 34 kaum variiert. Auch muß der Strom nicht abrupt von einem Arm zum anderen kommutieren, sondern kann seine Größe ziemlich kontinuierlich ändern: wenn der Fußpunkt zum Steg 36 kommt, wird der Stromfluß I₃ zunächst geringfügig kleiner, und beim Durchlaufen des Steges 36 wächst der Stromfluß I₄; an der Stelle 41 wirkt auf den Fußpunkt sowohl der dann große Stromanteil I₄ als auch der dann geringe Anteil I₃ die hier beide in gleiche Richtung fließen, was die Tangentialkraft 46 vergrößert, im Vergleich zur Tangentialkraftkomponente der Kraft 25 (Fig. 1). Die Bewegungsge­ schwindigkeit wird dadurch im wesentlichen konstant, was einen ganz erheblichen Bei­ trag zu der Lebensdauer eines Kontaktstückes liefert.

Zwar ist aus der DE 41 19 191 bekannt geworden, die Schlitze in einem Abstand zur Peripherie enden zu lassen; die radiale Stegbreite ist jedoch ausschließlich durch die radiale Breite des Wulstes definiert; gegenüber in der DE 41 19 191 ebenfalls darge­ stellten zweistückigen Kontaktstücken, bei denen die Schlitze in die Peripherie unter­ halb des Wulstes einmünden, die Schlitze also offen sind, hat die Lage des Schlitzen­ des bei dem einstückigen Kontaktstück, bei dem die Schlitze am Innenumfang des Wulstes enden, elektrisch keinen Einfluß, da durch den Wulst selbst eine geeignete Lichtbogenführung gewährleistet ist. Daß die Schlitze radial am Innenumfang des Wulstes enden, hat lediglich fertigungstechnische Gründe; um die Wulstoberfläche sprungstellenfrei, also schlitzfrei zu halten, müßte jeder Schlitz, wenn er denn zum Umfang des Kontaktstückes geführt würde, in einem zweistufigen Arbeitsgang gefertigt werden: zunächst würde der durchgehende Schlitzteil bis zum Wulst gefräst und sodann der unterhalb des Wulstes liegende. Derartige Fertigungen würden nicht vor­ genommen.

Die Fig. 3 zeigt eine Kontaktscheibe 62 mit drei Schlitzen 63, 64 und 65, die bogen­ förmig ausgebildet sind, durch die drei Spiralarme 66, 67 und 68 gebildet sind. Auch hier enden die Schlitze außen in einem Abstand d, wodurch ein Steg 69 gebildet wird, der ähnlich wie der Steg 61a, 53 bzw. 36 wirkt und zu bemessen ist.

Die Fig. 4 zeigt eine Kontaktscheibe 70 mit geradlinigen Schlitzen 71, von denen ledig­ lich ein Schlitz dargestellt ist. Es können drei oder mehr geradlinige Schlitze vorgese­ hen werden, die alle in einem Abstand d unter Bildung eines Steges 72 in der Nähe der Peripherie enden. Die Lage jedes Schlitzes auf der Scheibe wäre zu optimieren.

Bei dem Kontaktstück 73 der Fig. 5 ist jeder Schlitz 74 durch zwei geradlinige Schlitz­ abschnitte 75 und 76 gebildet, so daß sich eine Art Bogenform bildet. Auch hier können drei oder mehr Schlitze vorgesehen sein.

Die Fig. 6 zeigt ein Kontaktstück 80, dessen Schlitze 81 aus zwei bogenförmigen Schlitzabschnitten 82 bzw. 83 gebildet sind, die eine der Bogenform weiter angenäherte Form aufweisen. Zwischen dem radial äußeren Ende des Bogenabschnittes 83 und der Peripherie ist ein Steg 84 gebildet, der den vorerwähnten Stegen 36. . . entspricht. Die Ausführung gemäß Fig. 6 besitzt einen Knick 85 zwischen den beiden Abschnitten 82 und 83; bei der Ausführung gemäß Fig. 7 besitzt das Kontaktstück 90 einen bogenförmigen Verbindungsabschnitt 91 zwischen den beiden bogenförmigen Ab­ schnitten 92 und 93; zwischen dem äußeren Ende des Bogenabschnittes 93 und dem Umfang des Kontaktstückes 90 ist ein Steg 94 gebildet. Die bogenförmigen Abschnitte 82, 83; 92, 94 können auch durch elliptische oder spiralförmige Bogenabschnitte gebil­ det sein.

Bei der Ausführung gemäß Fig. 8 besitzt das Kontaktstück 100 Schlitze 101, die einen bogenförmigen Abschnitt 102 und einen daran nach außen anschließenden geradlini­ gen Abschnitt 103 aufweisen; der Übergang zwischen den Abschnitten 102 und 103 ist in der Fig. 10 knickartig dargestellt. Selbstverständlich kann dieser Übergang auch bo­ genförmig sein. Der Steg 104 befindet sich dabei zwischen dem geradlinigen Abschnitt 103 und dem Umfang des Kontaktstückes 100.

In den Fig. 3 bis 8 ist lediglich jeweils ein Schlitz dargestellt; dies erfolgte aus Verein­ fachungsgründen. Normalerweise enthalten die Kontaktstücke 70 bis 100 drei Schlitze oder mehr.

Gleichgültig wie die Schlitzform ist, die in den Fig. 3 bis 8 dargestellt ist, bei allen diesen Schlitzformen ist gefordert, daß die radial äußeren Enden zwischen sich und dem Außenumfang einen Steg belassen, so daß dort eine positive Beeinflussung eines Lichtbogenfußpunktes gegeben ist, weil der Lichtbogenfußpunkt vor dem jeweiligen Schlitz und hinter dem jeweiligen Schlitz durch zwei Stromanteile beeinflußt bzw. durch deren Kräfte angetrieben wird, so daß ein am Außenumfang umlaufender Lichtbogen eine gute gleichmäßige Bewegungsgeschwindigkeit besitzt.

Die Schlitze in den einzelnen Figur sind mit eckigen inneren und äußeren Enden darge­ stellt. Selbstverständlich sind die Schlitzenden sowohl radial innen als auch radial au­ ßen abgerundet, um dort keine allzu hohen Feldlinienkonzentrationen zu erhalten. Au­ ßerdem sind die Abrundungen auch werkzeugbedingt.

Claims (6)

1. Scheibenförmiges Vakuumkontaktstück (10, 30, 62, 70, 73, 80, 90, 100), mit wenigstens drei Schlitzen (11 bis 14; 31 bis 34; 63 bis 65; 71; 74; 81; 91; 101), die sich von Innen nach Außen erstrecken, dadurch gekennzeichnet, dass die Schlitze an ihren äußeren Enden in einem Abstand von der Peripherie enden, und dass zwischen dem äußeren Schlitzende und der Peripherie ein Steg (d) gebildet ist, dessen radiale Breite zwischen ca. 0,5 mm bis 3 mm beträgt.

2. Vakuumkontaktstück nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Schlitze (11 bis 14; 63 bis 65; 81; 91) bogenförmig sind.

3. Vakuumkontaktstück nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass der Radius jedes Schlitzes (11 bis 14; 63 bis 65) zwischen 55% und 95% des Außenumfanges des Kontaktstückes beträgt.

4. Vakuumkontaktstück nach Anspruch 1, mit zwei Schlitzen, dadurch gekenn­ zeichnet, dass die Schlitze (71) geradlinig sind.

5. Vakuumkontaktstück nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass die Schlitze (74, 81, 91, 102) aus zwei geradlinigen oder bogenförmigen Schlitzabschnitten gebildet ist.

6. Vakuumkontaktstück nach einem der vorigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Schlitzbreite abhängig vom Durchmesser und von dem zu führenden Kurzschlussstrom zwischen 1 mm bis 8 mm beträgt.