DE19957228A1

DE19957228A1 - Vacuum switching chamber contact arrangement has concentric arrangement of curved winding with connecting bridges and protruding parts connecting winding parts to contact plate

Info

Publication number: DE19957228A1
Application number: DE1999157228
Authority: DE
Inventors: Thomas Daube; Holger Weinert
Original assignee: Moeller GmbH
Current assignee: Eaton Industries GmbH
Priority date: 1999-11-27
Filing date: 1999-11-27
Publication date: 2001-05-31
Anticipated expiration: 2019-11-28
Also published as: WO2001041173A1; DE19957228B4

Abstract

The arrangement has fixed and movable contact parts (4,6) with contact bearers (16), axial current studs (8) and radial conducting bridges (22) passing into curved winding parts (24) with protruding parts (26) connected to a potentially slotted contact plate (18). Second curved winding parts (25) extend from the conducting bridges between the central part and the first winding parts with protruding parts (27) connected to the contact plate.

Description

Die Erfindung betrifft eine Kontaktanordnung für eine Vakuumschaltkammer nach dem Oberbegriff des Anspruches 1.The invention relates to a contact arrangement for a vacuum interrupter according to the preamble of claim 1.

Derartige Kontaktanordnungen umfassen ein bezüglich der Schaltkammer feststehendes Kontaktstück und ein bewegliches Kontaktstück, das unter Zwi schenfügung eines Faltenbalges aus der Schaltkammer herausgeführt wird und durch äußere Abtriebsmittel in und außer Verbindung mit dem feststehen den Kontaktstück bringbar ist. Jedes Kontaktstück umfasst im allgemeinen einen Kontaktträger aus gut leitendem Material, beispielsweise aus Kupfer, und eine dem anderen Kontaktstück zugewandte Kontaktscheibe aus ab brandfestem Material, beispielsweise aus einem Chrom-Kupfer-Sinterwerk stoff. Beim Trennen der Kontakte entsteht zwischen den beiden Kontaktschei ben ein Lichtbogen, der bei höheren Strömen, insbesondere bei Kurzschluss strömen in dem mit der Schaltkammer verbundenen äußeren Stromkreis, kon trahiert. Um die thermische Belastung der Kontaktscheiben auch bei großen Strömen niedrig zu halten, wird der Lichtbogen durch ein bezüglich der Kon taktanordnung axiales Magnetfeld diffus gehalten, wodurch die Bogenspan nung erheblich niedriger wird und Aufschmelz- sowie Abtragungsvorgänge an den Kontaktoberflächen im Vergleich zum kontrahierten Lichtbogen erheblich verringert werden, was zu einer wesentlichen Erhöhung des Unterbrechungs vermögens der Vakuumschaltkammer führt.Such contact arrangements include one with respect to the switching chamber fixed contact piece and a movable contact piece, which under Zwi a bellows is led out of the switching chamber and by external stripping means in and out of connection with the fixed the contact piece can be brought. Each contact piece generally includes a contact carrier made of a highly conductive material, for example made of copper, and a contact disk facing the other contact piece from fireproof material, for example from a chrome-copper sintering plant material. When the contacts are separated, there is a contact between the two contacts ben an arc that occurs at higher currents, especially in the event of a short circuit flow in the external circuit connected to the switching chamber, con trahed. The thermal load on the contact washers, even with large ones To keep currents low, the arc is controlled by a con clock arrangement axial magnetic field kept diffuse, causing the arches voltage becomes significantly lower and melting and erosion processes the contact surfaces compared to the contracted arc considerably be reduced, resulting in a substantial increase in the interruption capacity of the vacuum interrupter leads.

Aus der Druckschrift EP-A-0 597 434 ist eine derartige Kontaktanordnung be kannt, bei der jedes Kontaktstück einen Kontaktträger aufweist, der zur Erzeu gung eines axialen Magnetfeldes des über einen zylindrischen Strombolzen zugeführten Stromes spulenartig ausgebildet ist. Der Kontaktträger ist vom je weils anderen Kontaktstück abweisend zentral mit dem Strombolzen verbun den und enthält vier von seinem zentralen Teil ausgehende radiale Leiterste ge, die jeweils in ein kreisbogenförmiges Windungsstück übergehen, das in Umfangsrichtung verläuft und in einem hochstehenden Verbindungsstück en det, das leitend mit der kreisförmigen Kontaktscheibe verbunden ist. Zur Ver meidung von Wirbelstromverlusten können die Kontaktscheiben in geeigneter Weise geschlitzt sein. Es hat sich gezeigt, dass bei derartigen Kontaktanord nungen die Kontraktion des Lichtbogens zu höheren Strömen hin verschoben wird, wenn zwischen den Kontaktoberflächen Bereiche mit einem möglichst hohen Betrag der Induktion des axialen Magnetfeldes gebildet werden. Hierzu wird nach Druckschrift DE-A-195 34 398 eine Kontaktanordnung vorgeschla gen, bei der jeder Kontaktträger einen zylindrischen Strombolzen und einen am kontaktstückseitigen Ende angeordneten kreisringförmigen Abschnitt auf weist. Der Strombolzen ist mit dem kreisringförmigen Abschnitt mittels zweier miteinander fluchtenden radialen Leiterstege verbunden und im Bereich der Leiterstege mittels eines schräg verlaufenden Schlitzes geteilt, so dass der Strom über einen der Leiterstege dem kreisringförmigen Abschnitt und von diesem zu einem die Leiterstege in Einschaltrichtung hochstehenden Vor sprung, auf dem die Kontaktscheibe befestigt ist, fließt.Such a contact arrangement is known from the document EP-A-0 597 434 knows, in which each contact piece has a contact carrier, the Erzeu supply of an axial magnetic field via a cylindrical current bolt supplied current is coil-shaped. The contact carrier is different because the other contact piece is centrally connected to the power bolt and contains four radial ladder branches starting from its central part ge, each merging into an arcuate winding piece that in The circumferential direction runs and in an upstanding connector det, which is conductively connected to the circular contact disk. Ver Avoiding eddy current losses can make the contact disks more suitable To be slit. It has been shown that with such a contact arrangement the arc contraction shifted to higher currents becomes, if possible, areas with a between the contact surfaces high amount of induction of the axial magnetic field are formed. For this is proposed according to document DE-A-195 34 398 a contact arrangement conditions in which each contact carrier has a cylindrical current bolt and a arranged at the contact-side end of the annular section has. The current bolt is connected to the annular section by means of two aligned radial conductor webs connected and in the area of Ladder webs divided by means of an oblique slot, so that the Current over one of the conductor bars, the annular section and from this to a standing up the ladder webs in the switch-on direction jump on which the contact disk is attached flows.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein in radialer Richtung ansteigen des axiales Magnetfeld zu erzeugen.The invention has for its object to rise in the radial direction of the axial magnetic field.

Ausgehend von einer Kontaktanordnung der eingangs genannten Art wird die Aufgabe erfindungsgemäß durch die kennzeichnenden Merkmale des unab hängigen Anspruches gelöst, während den abhängigen Ansprüchen vorteil hafte Weiterbildungen der Erfindung zu entnehmen sind.Starting from a contact arrangement of the type mentioned, the Task according to the characteristic features of the independent dependent claim solved, while the dependent claims advantage adhesive developments of the invention can be found.

Durch die Leiterstege, die ersten und die zweiten Windungsstücke jedes ein zelnen Kontaktstückes werden Paare von Quasi-Stromschleifen gebildet, die im Bereich der gegenüberstehenden Windungsstücke gegensinnig vom Strom durchflossen werden. Das führt in radialer Richtung zu einem Anstieg des re sultierenden axialen Magnetfeldes, wodurch der Strombereich, in dem ein Lichtbogen noch diffus brennt, erheblich vergrößert worden ist. Through the conductor bars, the first and second turns each one individual contact piece, pairs of quasi current loops are formed in the area of the opposite turns in opposite directions from the current be flowed through. This leads to an increase in the radial direction resulting axial magnetic field, which makes the current range in which a Arc still burns diffusely, has been significantly enlarged.

Die konzentrische Anordnung der ersten und der zweiten Windungsstücke so wie die Überdeckung von Kontaktscheibe und Kontaktträger haben sich in ma gnetischer sowie in fertigungstechnischer Hinsicht als zweckmäßig erwiesen. Der mittige Verlauf der zweiten Windungsstücke führt zu einer günstigen Auf teilung des axialen Magnetfeldes. Dabei kann der Kontaktträger in zwei, drei oder mehr magnetisch gleiche Sektoren aufgeteilt werden.The concentric arrangement of the first and the second winding pieces so like the overlap of contact disk and contact carrier have in ma gnetischer proven in terms of manufacturing technology as appropriate. The central course of the second turns leads to a favorable up division of the axial magnetic field. The contact carrier can be in two or three or more magnetically identical sectors can be divided.

Weitere Einzelheiten und Vorteile der Erfindung ergeben sich aus dem folgen den, anhand von Figuren erläuterten Ausführungsbeispiel. Es zeigenFurther details and advantages of the invention result from the following the embodiment explained with reference to figures. Show it

Fig. 1 eine Schaltkammer im Längsschnitt mit einer erfindungsgemäßen Kontaktanordnung; Fig. 1 is a switching chamber in a longitudinal section with an inventive contact arrangement;

Fig. 2 die perspektivische Darstellung der Kontaktanordnung aus Fig. 1; FIG. 2 shows the perspective illustration of the contact arrangement from FIG. 1;

Fig. 3 die perspektivische, teilweise weggebrochene Darstellung des unte ren Kontaktstückes nach Fig. 2. Fig. 3 is a perspective, partially broken away representation of the unte ren contact piece in FIG. 2.

Die in Fig. 1 gezeigte Vakuumschaltkammer 1 umfasst eine geöffnet darge stellte Kontaktanordnung 2, bestehend aus einem feststehenden Kontaktstück 4 und einem beweglichen Kontaktstück 6, die jeweils über zylindrische Strom bolzen 8 mit einem äußeren Stromkreis verbindbar sind. Der in Fig. 1 nach oben weisende Strombolzen 8 des feststehenden Kontaktstückes 4 ist statio när hinsichtlich eines evakuierten Kammergehäuses 10 nach außen geführt, während der in Fig. 1 nach unten weisende Strombolzen 8 des beweglichen Kontaktstückes 6 unter Zwischenschaltung eines Faltenbalges 12 beweglich nach außen geführt ist. Um die Kontaktanordnung 2 ist eine vom Kammerge häuse 10 gehaltene, zylindrische metallische Abschirmung 14 angeordnet.The vacuum interrupter chamber 1 shown in Fig. 1 comprises an open Darge made contact assembly 2 consisting of a fixed contact piece 4 and a movable contact piece 6, the bolts each have cylindrical stream 8 can be connected to an external circuit. The upward-facing in Fig. 1 current bolt 8 of the fixed contact 4 is statio när out with respect to an evacuated chamber housing 10 to the outside, while the downward-facing in Fig. 1 current bolt 8 of the movable contact 6 6 with the interposition of a bellows 12 movable outwards is. Around the contact arrangement 2 , a cylindrical metallic shield 14 held by the chamber housing 10 is arranged.

Sowohl das feststehende Kontaktstück 4 als auch das bewegliche Kontakt stück 6 der in Fig. 2 näher gezeigten Kontaktanordnung 2 besteht aus einem mit dem Strombolzen 8 verbundenem Kontaktträger 16 und einer mit diesem elektrisch verbundenen Kontaktscheibe 18. Die Strombolzen 8 und die Kon taktträger 16 bestehen aus Kupfer, während die sich gegenüberstehenden Kontaktscheiben 18 aus einem Chrom-Kupfer-Sinterwerkstoff bestehen. Zwi schen Strombolzen 8 und Kontaktscheibe 18 ist sowohl in geometrischer als auch in elektrischer Hinsicht der Kontaktträger 16 angeordnet. Bei einer Schalthandlung wird durch Bewegung des beweglichen Kontaktstückes 6 in axialer Richtung die Kontaktscheibe 18 des beweglichen Kontaktstückes 6 mit derjenigen des feststehenden Kontaktstückes 4 in bzw. außer Verbindung ge bracht. Geometrisch sind die kreisförmigen Kontaktscheiben 18 und die Kon taktträger 16 so bemessen, dass sie sich gegenseitig überdecken.Both the fixed contact pieces 4 pieces and the moving contact 6 of the contact assembly 2 shown in more detail in Fig. 2 consists of a connected to the power pin 8 the contact carrier 16 and electrically connected with this contact plate 18. The current bolts 8 and the contact carrier 16 consist of copper, while the opposing contact disks 18 consist of a chrome-copper sintered material. Inter mediate power bolt 8 and contact plate 18 , the contact carrier 16 is arranged both in geometric and in electrical terms. During a switching operation, the contact plate 18 of the movable contact piece ge 6 with that of the stationary contact piece 4 in or out of communication introduced by movement of the movable contact piece 6 in the axial direction. Geometrically, the circular contact disks 18 and the con tact carrier 16 are dimensioned so that they overlap each other.

Aus Fig. 2 und im Näheren für den beweglichen Kontakt 6 aus Fig. 3 ist der detaillierte Aufbau des Kontaktträgers 16 zu erkennen. Der Kontaktträger 16 enthält einen zentralen Teil 20, der einstückig oder über eine geeignete Füge verbindung mit dem von der Kontaktscheibe 18 abweisenden Strombolzen 8 verbunden ist. Der zentrale Teil 20 ist weiterhin einstückig mit vier radial aus gerichteten Leiterstegen 22 verbunden, die jeweils untereinander einen rech ten Winkel bilden. Jeder Leitersteg 22 geht endseitig in ein kreisbogenförmiges erstes Windungsstück 24 über, das vom Leitersteg 22 in Umfangsrichtung ver laufend eine Viertelwindung beschreibt. Von den Leiterstegen 22 verlaufen be züglich der Darstellung in Fig. 2 die ersten Windungsstücke 24 des feststehen den Kontaktstückes 4 entgegen dem Uhrzeigersinn und die ersten Windungs stücke 24 des beweglichen Kontaktstückes 6 mit dem Uhrzeigersinn. Jedes erste Windungsstück 24 endet in einem in axialer Richtung hochstehenden er sten Verbindungsstück 26, das mit der Kontaktscheibe 18 in inniger elektri scher Verbindung steht. Annähernd in halber Länge geht von jedem Leitersteg 22 weiterhin ein kreisbogenförmiges zweites Windungsstück 25 aus, das ge genüber dem radial gegenüberstehenden ersten Windungsstück 24 unter Be lassung eines Zwischenraumes konzentrisch nach innen abgesetzt ist. Von den Leiterstegen 22 verlaufen bezüglich der Darstellung in Fig. 3 die zweiten Windungsstücke 25 des feststehenden Kontaktstückes 4 mit dem Uhrzeiger sinn und die zweiten Windungsstücke 25 des beweglichen Kontaktstückes 6 entgegen dem Uhrzeigersinn. Jedes zweite Windungsstück 25 endet in einem in axialer Richtung hochstehende zweiten Verbindungsstück 27, das gleichfalls mit der Kontaktscheibe 18 in inniger elektrischer Verbindung steht.The detailed structure of the contact carrier 16 can be seen from FIG. 2 and in more detail for the movable contact 6 from FIG. 3. The contact carrier 16 contains a central part 20 , which is connected in one piece or via a suitable joint connection to the current bolt 8 which repels the contact disk 18 . The central part 20 is also integrally connected to four radially directed conductor webs 22 , each forming a right angle with each other. Each conductor web 22 merges into a circular arc-shaped first winding piece 24 , which describes a quarter turn of the conductor web 22 in the circumferential direction. Extending from the conductor strips 22 of the fixed stand züglich be shown in FIG. 2, the first 24 Windungsstücke the contact piece 4 in the counterclockwise direction and the first Crinkle pieces 24 of the movable contact piece 6 clockwise. Each first Windungsstück 24 terminates in an axially he upstanding most fitting 26 which communicates with the contact plate 18 in intimate electrical shear connection. Approximately half the length of each conductor web 22 continues from a circular arc-shaped second turn piece 25 , which is ge compared to the radially opposite first turn piece 24 , leaving a space concentrically offset inward. Of the conductor strips 22 extend with respect to the illustration in FIG. 3, the second Windungsstücke 25 of the stationary contact piece 4 to the clockwise direction and the second Windungsstücke 25 of the movable contact piece 6 in the counterclockwise direction. Every second winding piece 25 ends in a second connecting piece 27 which stands up in the axial direction and which is likewise in intimate electrical connection with the contact disk 18 .

In der Kontaktanordnung 2 ergeben sich die in Fig. 2 und Fig. 3 durch Pfeile angedeuteten Verläufe der Teilströme i sowie das durch diese hervorgerufe nen und in Fig. 1 mit Strichpunkt-Linien angedeutete axiale Magnetfeld M. Die Teilströme i in den zum zentralen Teil 20 näher gelegenen Abschnitten jeweils zweier benachbarter Leiterstege 22 verlaufen bezüglich des zentralen Teils 20 gleich gerichtet, was im Gebiet zwischen dem zentralen Teil 20 und den zwei ten Windungsstücken 25 zu einer Abschwächung des axialen Magnetfeldes M führt. Dem gegenüber bewirken die in den radial gegenüberliegenden ersten und zweiten Windungsstücken 24 und 25 gegenläufigen Teilströme i einen Anstieg des axialen Magnetfeldes M im Gebiet zwischen den ersten und zwei ten Windungsstücken 24 und 25. Die nach außen hin zunehmende Stärke des axialen Magnetfeldes M hat zur Folge, dass der in Fig. 1 angedeutete Lichtbo gen B noch diffus brennt selbst bei Kurzschlussstromstärken, die bei Kontakt anordnungen nach dem Stand der Technik, d. h. ohne zweite Windungsstücke, in nachteiliger Weise bereits zu einer Kontraktion des Lichtbogens B führen. Die vorliegende Erfindung ist nicht auf die vorstehend beschriebene Ausfüh rungsform beschränkt, sondern umfasst auch alle im Sinne der Erfindung gleichwirkenden Ausführungsformen. So kann die Erfindung beispielsweise in der Weise ausgestaltet werden, dass die Kontaktscheiben 18 zur Vermeidung von Wirbelströmen in üblicher Weise mit vier radial verlaufenden Schlitzen versehen sind.In the contact arrangement 2 , the courses of the partial currents i indicated by arrows in FIG. 2 and FIG. 3 as well as the axial magnetic field M indicated by these and indicated by dash-dot lines in FIG. 1 result . The partial currents i in the central part 20 closer sections of each two adjacent conductor webs 22 run in the same direction with respect to the central part 20 , which leads to a weakening of the axial magnetic field M in the area between the central part 20 and the two th winding pieces 25 . In contrast, the partial currents i which run in opposite directions in the radially opposite first and second turns 24 and 25 cause an increase in the axial magnetic field M in the region between the first and second turns 24 and 25 . The outwardly increasing strength of the axial magnetic field M has the consequence that the Lichtbo gene B indicated in Fig. 1 still burns diffusely even at short-circuit currents, which are in contact arrangements according to the prior art, ie without second winding pieces, already disadvantageously lead to a contraction of the arc B. The present invention is not limited to the embodiment described above, but also includes all embodiments having the same effect in the sense of the invention. For example, the invention can be designed in such a way that the contact disks 18 are provided with four radially extending slots in the usual way to avoid eddy currents.

Claims

1. Contact arrangement for a vacuum interrupter, from a fixed and a movable contact piece ( 4 ; 6 ), each contact piece ( 4 ; 6 ) containing a contact carrier ( 16 ) from its central part ( 20 ) with one of each other contact piece ( 6 ; 4 ) point the axial current bolt ( 8 ) and on the other hand is connected to radial conductor webs ( 22 ), each of which merges into an arcuate first winding piece ( 24 ), which extends in the circumferential direction up to the adjacent most winding piece ( 24 ) runs and ends in an upstanding first connecting piece ( 26 ) which is conductively connected to an optionally slotted contact disk ( 18 ), characterized in that between the central part ( 20 ) and the first winding pieces ( 24 ) from the conductor webs ( 22 ) arcuate second turn pieces ( 25 ) go out, which run in opposite directions to the first turn pieces ( 24 ) up to close to the adjacent conductor web ( 22 ) and each end in an upright position the second connecting piece ( 25 ), which is also conductively connected to the contact disk ( 18 ).

2. Contact arrangement according to claim 1, characterized in that the second winding pieces ( 25 ) are arranged concentrically to the first winding pieces ( 24 ).

3. Contact arrangement according to one of the preceding claims, characterized in that the contact carrier ( 16 ) and contact disk ( 18 ) overlap substantially on the circumferential side.

4. Contact arrangement according to one of the preceding claims, characterized in that the second winding pieces ( 25 ) are arranged substantially centrally between the central part ( 20 ) and the first winding pieces ( 24 ).