DE2004660C3

DE2004660C3 - Vacuum switch

Info

Publication number: DE2004660C3
Application number: DE2004660A
Authority: DE
Inventors: Philip Media Pa. Barkan (V.St.A.)
Original assignee: General Electric Co
Current assignee: General Electric Co
Priority date: 1969-02-03
Filing date: 1970-02-03
Publication date: 1980-10-02
Also published as: DE2004660B2; FR2033911A5; JPS4915748B1; GB1264603A; US3582587A; DE2004660A1

Description

Die Erfindung oezieht sich auf einen Vakuumschalter gemäß dem Oberbegriff i'es Pal /itanspruches 1. Ein derartiger Vakuumschalter ^:st in der US-PS 33 66 900 beschrieben.The invention oezieht to a vacuum switch according to the preamble i'es Pal / itanspruches 1. Such a vacuum ^switch: st in the US-PS 33 66 900..

Wenn ein Vakuumschalter häufig Schaltfunktionen ausüben muß, wie beispielsweise in Motorsteuerschaltern, so muß er eine außerordentlich lange Lebensdauer aufweisen, z.B. einige 100 000 oder sogar Millionen Schaltfolgen. Ein wichtiger Faktor der Lebensdauer eines Vakuumschalters ist die Lebensdauer seines dichtenden Faltenbalges. Der Faltenbalg besteht aus einem flexiblen Metallteil, das eine vakuumfeste Abdichtung zwischen dem beweglichen Kontaktstab und der evakuierten Hülle des Vakuumschalters bildet. Jedesmal, wenn der Schalter geöffnet oder geschlossen wird, wird dieser Balg gebogen und kann nach vielen derartigen Schaltfolgen aufgrund von Ermüdungserscheinungen einen Riß bekommen, drr eine Leckage in der evakuierten Hülle zur Folge hat.If a vacuum switch has to perform switching functions frequently, such as in motor control switches, so it must have an extraordinarily long life, e.g. a few hundred thousand or even millions Switching sequences. An important factor in the life of a vacuum switch is the life of its sealing bellows. The bellows consists of a flexible metal part that is vacuum-tight Sealing between the movable contact rod and the evacuated shell of the vacuum switch forms. Every time the switch is opened or closed, this bellows is bent and can do many things Such switching sequences get a crack due to fatigue, drr a leak in the evacuated envelope.

Wenn der Hub des Vakuumschalters kurz gehalten werden kann, läßt sich eine viel höhere Zahl von Schaltfolgen erreichen, bevor irgendwelche Ermüdungserscheinungen einen Riß in dem Faltenbalg entstehen lassen. Der Verkürzung des Hubes sind jedoch durch das Kurzschlußstromunterbrechungsvermögen des Schalters Grenzen gesetzt. In der überwiegenden Zahl der Schaltfolgen werden durch den Schalter nur relativ niedrige Ströme unterbrochen, und nur gelegentlich muß der Schalter einen Kurzschlußstrom unterbrechen, der eine weitaus größere Stärke hat. Diese letzteren Unterbrechungen erfordern einen beträchtlich längeren Hub als die geringen Ströme, die üblicherweise unterbrochen werden, und der Schalter könnte derartig höhe Ströme nicht unterbreche^ wenn sein Hub auf einen kurzen Hub begrenzt wird, der für die Verlängerung der Lebensdauer des Fälteribälges ideal wäre.If the stroke of the vacuum switch can be kept short, a much higher number of Achieve switching sequences before any signs of fatigue cause a crack in the bellows let arise. The shortening of the stroke, however, is due to the short-circuit current interruption capacity the switch's limits. In the vast majority of the switching sequences, the Switch only interrupts relatively low currents, and only occasionally does the switch have a short-circuit current interrupt, which has a far greater strength. These latter interruptions require one considerably longer stroke than the low currents that usually be interrupted, and the switch could not interrupt such high currents ^ if its stroke is limited to a short stroke in order to extend the service life of the Fältibälges would be ideal.

Die der Erfindung zugrundeliegende Aufgabe bestehtThe object on which the invention is based exists

darin, die Lebensdauer eines Faltenbalges in einem Vakuumschalter zu verlängern, ohne daß die Fähigkeit des Schalters, gelegentlich auftretende Kurzscblußströme zu unterbrechen, verlorengehtis to extend the life of a bellows in a vacuum interrupter without sacrificing the ability of the switch, occasional short-circuit currents to interrupt is lost

Diese Aufgabe wird durch die im Patentanspruch 1 gekennzeichneten Merkmale gelöstThis object is achieved by the features characterized in claim 1

Ein vorteilhaftes Ausführungsbeispiel der Erfindung ergibt sich aus dem Unteranspnich.An advantageous embodiment of the invention results from the sub-statement.

ίο Die mit der Erfindung erzielbaren Vorteile bestehen insbesondere darin, daß der Schalthub des das bewegbare Kontaktstück tragenden Betä'.igungsstabes normalerweise auf eine kurze Länge begrenzt ist, die nur eine geringe Beanspruchung in dem Faltenbalgίο The advantages that can be achieved with the invention exist in particular that the switching stroke of the actuating rod carrying the movable contact piece is usually limited to a short length with little stress in the bellows

■5 hervorruft Die nur gelegentlich auftretenden Kurzschlußströme werden besonders abgetastet und bewirken dann eine gesonderte Verlängerung des Schaithubes. Auf diese Weise kann der Vakuumschalter gemäß der Erfindung viele 100 000 Schaltvorgänge ohne übermäßige Materialermüdung ausführen.■ 5 causes The short-circuit currents that occur only occasionally are specially scanned and then cause a separate extension of the shift stroke. In this way, the vacuum interrupter according to the invention can perform many 100,000 switching operations without run excessive fatigue.

Anhand der Zeichnung wird eine beispielhafte Ausführungsform der Erfindung erläutertAn exemplary embodiment of the invention is explained with the aid of the drawing

F i g. 1 zeigt eine teilweise geschnittene Seitenansicht eines Vakuumschalters der beispielhaften Ausführungsform der Erfindung.F i g. 1 shows a partially sectioned side view of a vacuum interrupter of the exemplary embodiment the invention.

F i g. 2 zeigt eine Schnittansicht entlang der Linie 2-2 in Fig. 1.F i g. FIG. 2 is a sectional view taken along line 2-2 in FIG. 1.

In Fig. 1 ist ein Vakuumschalter 10 mit einem hoch evakuierten Gehäuse 11 gezeigt, das einen zylindrischen Isoliermantel 12 mit oberen und unteren Endkappen 13 und 14 aufweist, die mit dem Mantel 12 durch geeignete vakuumfeste Dichtungen verbunden sind. Innerhalb des Mantels 12 befinden sich zwei trennbare Kontaktstücke 16 und 17, die in Fig. 1 in ihrer geschlossenen Stellung gezeigt sind. Das obere Kontaktstück 16 ist feststehend und an einem feststehenden leitenden Stab 16a befestigt, welcher mit der oberen Endkappe 13 verbunden ist. Das untere Kontaktstück 17 ist beweglich und an einer leitenden Schaltsiange 17a befestigt, die frei durch die untere Endkappe 14 hindurchführi. Ein flexibler metallischer Faltenbalg 18 ist an seinen gegenüberliegenden Enden mit dem Stab 17a und der Endkappe i4 dicht verbunden. Dieser flexible Faltenbalg erlaubt eine vertikale Bewegung der Stange 17a ohne Beeinträchtigung des Vakuums innerhalb des Gehäuses 11. Der Vakuumschalter isi auf einem feststehenden leitenden Ständer 20 mit Hilfe eines Haltebügels 22 angebracht, der an dem Ständer 20 und der unteren Endkappe 14 befestigt ist. Der Bügel 22 tragt ein Lager 24, das die bewegliche Schallstange 17a umgibt und diese für die Öffnungs- und Schließbewegungen führt.In Fig. 1, a vacuum switch 10 is shown with a highly evacuated housing 11 which has a cylindrical Has insulating jacket 12 with upper and lower end caps 13 and 14, which are connected to the jacket 12 by suitable vacuum tight seals are connected. Within the jacket 12 there are two separable contact pieces 16 and 17 shown in FIG. 1 in their closed position. The upper contact piece 16 is stationary and attached to a fixed conductive rod 16a connected to the top end cap 13. That lower contact piece 17 is movable and attached to a conductive Schaltsiange 17a, which is freely through the lower end cap 14 through. A flexible one metallic bellows 18 is at its opposite ends with rod 17a and end cap i4 tightly connected. This flexible bellows allows vertical movement of the rod 17a without impairment the vacuum inside the housing 11. The vacuum switch is on a fixed conductive Stand 20 attached by means of a bracket 22 attached to stand 20 and lower end cap 14 is attached. The bracket 22 carries a bearing 24 which surrounds the movable sound rod 17a and this for the Leads to opening and closing movements.

Zur Übertragung der Öffnungs- und Schließbewegung auf die bewegliche Schaltstange 17a ist ein leitender Querhebel 26 auf einem stationären Bügel 22 bei 28 schwenkbar befestigt. Der Querhebel 26 ist an seinem freien Ende mit der beweglichen Schaltstange 17a verbunden, und wenn er im Gegen-Uhrzeigersinn aus seiner Stellung nach F ι g. 1 herausgeschwenkt wird, bewegt er die Schaltstange nach unten Uiid trennt dieTo transmit the opening and closing movement to the movable switch rod 17a is a conductive cross lever 26 pivotally mounted on stationary bracket 22 at 28. The cross lever 26 is on its free end is connected to the movable switch rod 17a, and when it is counterclockwise from its position according to FIG. 1 is swiveled out, it moves the shift rod downwards Uiid separates the

oo Kontaktstücke 16 und 17.oo contact pieces 16 and 17.

Zur Übertragung der öffnungs* und Schließbewegung auf den Querhebel 26 ist ein Betätigungshebel 30 vorgesehen, der zur Durchführung einer Schwenkbewegung auf einer stationären Drehachse 28 gelagert istFor transmitting the opening and closing movements on the transverse lever 26, an actuating lever 30 is provided, which is used to carry out a pivoting movement is mounted on a stationary axis of rotation 28

Eine Druckfeder 32, die sich zwischen dem Hebel 30 und dem Querhebel 26 befindet, spannt diese Teile gegeneinander Vor. Die Druckfeder 32 umgibt einen Zugstab 34, der bei 35 auf dem Querhebel 26A compression spring 32, which is located between the lever 30 and the transverse lever 26, tensions these parts against each other. The compression spring 32 surrounds a pull rod 34 which, at 35, is on the transverse lever 26

schwenkbar befestigt ist und sich frei durch eine öffnung im Betätigungshebel 30 erstreckt. Der Zugstab 34 besitzt an seinem unteren Ende einen Anschlag 36, der bei einer Schalteröffnung mit der unteren Seite des Hebels 30 in Eingriff kommt, wie es im folgenden noch beschrieben wird.is pivotally attached and extends freely through an opening in the actuating lever 30. The pull rod 34 has at its lower end a stop 36 which, when the switch is opened, with the lower side of the Lever 30 comes into engagement, as will be described below.

Der Betätigungshebel 30 wird durch eine Torsionsöffnungsfeder 39 in die Öffnungsrichtung im Gegen-Uhrzeigersinn vorgespannt. Normalerweise ist der Betätigungshebel 30 daran gehindert, sich aus seiner Stellung nach F i g. 1 herauszubewegen, und zwar durch einen Schließstab 40, der sich frei durch eine öffnung in dem Betätigungshebel 30 erstreckt und der einen Anschlag 42 besitzt, gegen den der Hebel 30 normalerweise anschlägt. Aus noch zu erläuternden Gründen ist die Verbindung 41 zwischen dem Betätigungshebel 30 und dem Schließstab 40 mit einem toten SpH versehen. Der Schließstab 40 ist in seiner gezeigten Stellung durch eine geeignete Auslöseklinke verriegelt. Wenn der Schließstab 40 für die Abwärtsbewegung freigegeben wird, drücken die Öffnungsfeder 39 und die Druckfeder 32 den Betätigungsstab 30 in die Öffnungsrichtung im Gegen-Uhrzeigersinn. Nachdem dieser eine kurze Strecke im Gegen-Uhrzeigersinn zurückgelegt hat, prallt der Betätigungshebel 30 gegen den Anschlag 36 auf den Zugstab 34, und der sich ergebende Aufprall zusammen mit der Kraft von der Öffnungsfeder 39 treifen den Zugstab sehr schnell in Richtung des Pfeiles 44 nach unten (Fig. 1). Diese nach unten gerichtete Bewegung des Zugstabes erzeugt eine Bewegung des Querhebels 26 im Gegen-Uhrzeigersinn, wodurch die Schaltstange 17a nach unten bewegt wird und die Kontaktstücke getrennt werden.The operating lever 30 is operated by a torsion opening spring 39 biased counterclockwise in the opening direction. Usually that is Operating lever 30 prevented from moving out of its position according to FIG. 1 to move out by a locking rod 40, which can freely pass through an opening in the actuating lever 30 and which has a stop 42 against which the lever 30 usually strikes. For reasons to be explained, the connection 41 between the Actuating lever 30 and the locking rod 40 are provided with a dead SpH. The lock rod 40 is in his locked position shown by a suitable release pawl. When the lock rod 40 for the downward movement is released, the opening spring 39 and the compression spring 32 press the actuating rod 30 into the Counter-clockwise opening direction. After this a short distance counter-clockwise has covered, the operating lever 30 bounces against the stop 36 on the pull rod 34, and the resulting impact together with the force from the opening spring 39 grip the pull rod very quickly Direction of arrow 44 downwards (Fig. 1). This downward movement of the tension rod creates a Movement of the cross lever 26 in the counterclockwise direction, whereby the switch rod 17a is moved downwards and the contact pieces are separated.

Ein Schließen wird nach dem oben beschriebenen Öffnungsvorgang durchgeführt, indem der Schließstab 40 aufwärts bewegt wird, wodurch der Anschlag 42 gegen den Hebel 30 stößt und diesen Hebel 30 im Uhrzeigersinn in Richtung der in Fig. 1 gezeigten Position bewegt.Closing is carried out after the opening process described above by the closing rod 40 is moved upwards, whereby the stop 42 abuts against the lever 30 and this lever 30 in the Moved clockwise towards the position shown in FIG.

Eine derartige Bewegung im Uhrzeigersinn wird auf den Querhebel 26 durch die Druckfeder 32 übertragen, die daher den Querhebel 26 im Uhrzeigersinn in Richtung der in Fig. 1 angegebenen Stellung bewegt. Diese Bewegung des Querhebels 26 im Uhrzeigersinn setzt sich fort, bis die Kontaktstücke miteinander in Eingriff stehen. Die Bewegung des Betätigungshebels 30 im Uhrzeigersinn setzt sich eine kurze zusätzliche Strecke fort, nachdem die Kontaktstücke in Eingriff sind, wodurch die Druckfeder 32 teilweise zusammengedrückt wird. Dieser zusätzliche Weg, der die Feder 32 zusammendrückt, wird als »Kontaktschleifen« bezeichnet. Am Ende eines Schließhubes rastet die Verriegelung wieder ein und hält den Schließstab 40 in seiner erhöhten Stellung nach F i g. 1 fest.Such a clockwise movement is transmitted to the transverse lever 26 by the compression spring 32, which therefore moves the transverse lever 26 clockwise in the direction of the position indicated in FIG. This clockwise movement of the cross lever 26 continues until the contact pieces engage with each other Engagement stand. The clockwise movement of the operating lever 30 continues a short additional Continue after the contacts are engaged, thereby partially compressing the compression spring 32 will. This additional path that compresses spring 32 is referred to as "contact loops". At the end of a closing stroke, the lock engages again and holds the locking rod 40 in its elevated position according to FIG. 1 fixed.

Zur Stromführung zwischen dem leitenden Ständer 20 und der leitenden Schaltstange 17a ist ein kurzes Stück einer leitenden Litze 50 vorgesehen, die an beiden Enden Eisenbänder aufweist, von denen das eine Ende mit dem Ständer 20 und das andere mit der Schaltstange 17a über den Querhebel 26 verbunden ist. Die Litze kann als eine L-förmige Stromführung durch den Schaller gedacht werden, wenn dieser sich in der dargestellten geschlossenen Position befindet, dem sich ein Strompfad anschließt, der durch die gestrichelten Pfeile 54 angezeigt ist. Dieser Pfad erstreckt sich von dem Ständer 20 durch die Teile 50, 26,17a, 17, 16 und 16a zum oberen Anschluß 55 des Schalters.To conduct current between the conductive stator 20 and the conductive switching rod 17a is a short one Piece of a conductive strand 50 is provided, which has iron strips at both ends, one end of which is connected to the stand 20 and the other to the switching rod 17a via the cross lever 26. The strand can be thought of as an L-shaped current flow through the Schaller when it is in the is closed position shown, which is followed by a current path that is indicated by the dashed Arrows 54 is indicated. This path extends from the stand 20 through the parts 50, 26,17a, 17, 16 and 16a to the upper terminal 55 of the switch.

Zur Steuerung der Länge des Öffnungshubes des Vakuumschalters sind zwei Anschläge 60 und 62 vorgesehen. Der erste Anschlag 60 ist ein beweglicher Anschlag, der normalerweise bei der Steuerung der Hublänge vorherrschend ist. Dieser Anschlag 60 kann unwirksam gemacht werden, wie sogleich beschrieben wird, um dem zweiten Anschlag 62 die Steuerung zu überlassen. Der zweite Anschlag 62 ist ein fester Anschlag, der durch nicht näher dargestellte Mittel an dem stationären Bügel 22 stabil befestigt ist.Two stops 60 and 62 are used to control the length of the opening stroke of the vacuum switch intended. The first stop 60 is a movable stop that is normally used in the control of the Stroke length is predominant. This stop 60 can be made ineffective, as described immediately is to let the second stop 62 control. The second stop 62 is a solid one Stop which is stably attached to the stationary bracket 22 by means not shown in detail.

Der erste Anschlag 60 ist ein Hebel aus magnetisierbarem Material, der auf einer mit dem Bügel 22 befestigten Drehachse 65 schwenkbar gelagert ist. Der Hebel 60 wird normalerweise in der in F i g. 1 gezeigten Position durch eine Rückholfeder 68 gehalten, die den Hebel 60 im Gegen-Uhrzeigersinn in seine wirksame, dargestellte Stellung vorspannt. Wenn der Anschlaghebel 60 sich in seiner in F i g. 1 gez^jten, wirksamen Stellung befindet, erfaßt er das äußere Endteil des Querhebels 26, wenn der Querhebel in die gestrichelt gezeichnete Position 70 während eines öffnunj?svorganges gelangt, wodurch der Öffnungshub auf eine relativ kleine Länge begrenzt wird.The first stop 60 is a lever made of magnetizable Material that is pivotably mounted on a pivot axis 65 fastened to the bracket 22. Of the Lever 60 is normally used in the manner shown in FIG. 1 held by a return spring 68, the position shown Lever 60 is biased counterclockwise into its effective, illustrated position. When the stop lever 60 in its in F i g. 1 shown, effective position, it encompasses the outer end part of the Cross lever 26 when the cross lever is in the position 70 shown in dashed lines during an opening process arrives, whereby the opening stroke is limited to a relatively small length.

Wenn der Strom durch den Schalter einen bestimmten Wert überschreitet, wird der Anschlag 60 schnell aus seiner wirksamen Stellung gemäß Fig. 1 zurückgezogen und kann somit den Öffnungshub nicht mehr begrenzen. Hierdurch erhält der Vakuumschalter einen längeren Hub, da der Querhebel 26 während seines Öffnungsweges nunmehr in der Lage ist, sich über die gestrichelt gezeichnete Position 70 hinaus in eine Position eines größeren Kortaktstabes zu bewegen, wo er gegen den zweiten Anschlag 62 schlägt.If the current through the switch exceeds a certain value, the stop 60 is quickly turned off its effective position as shown in FIG. 1 withdrawn and can therefore no longer limit the opening stroke. This gives the vacuum switch a longer stroke, since the cross lever 26 is now able to move over the to move dashed line position 70 out into a position of a larger cortactic rod, where he strikes against the second stop 62.

Um den Anschlaghebel 60 bei einem hohen, durch den Schalter fließenden Strom zurückzuziehen, ist eine Auslösevorrichtung in Form eines U-förmigen Magnetkerns 72 vorgesehen, der die Litze 50 teilweise umgibt und der an dem Ständer 20 befestigt ist. Wenn der Strom durcn die Litze 50 einen bestimmten Wert überschreitet, entsteht zwischen dem Magnetkern 72 und dem Anschlaghebel 60 eine Anziehungskraft, die groß genug ist, den Anschlaghebel im Uhrzeigersinn um die Drehachse 65 herum an die Stirnflächen 75 des Magnetkernes zu ziehen. Die Größe des Stromes, bei der diese Bewegung des Anschlsghebels 60 stattfindet, wird durch die Größe der Rückholfeder 68 bestimmt. In einer Ausführungsform der Erfindung besitzt die Rückholfeder eine derartige Größe, daß diese Bewegung nur auftritt, wenn ein Strom in der Größenordnung eines Kurzschlußstromes durch die Litze 50 fließt.To retract the stop lever 60 with a high current flowing through the switch, one is Trip device provided in the form of a U-shaped magnetic core 72 which partially surrounds the strand 50 and which is attached to the stand 20. If the current through the strand 50 exceeds a certain value, An attractive force is created between the magnetic core 72 and the stop lever 60 which is large enough is, the stop lever clockwise around the axis of rotation 65 around to the end faces 75 of the To pull the magnetic core. The magnitude of the current at which this movement of the stop lever 60 takes place, is determined by the size of the return spring 68. In one embodiment of the invention, the Return spring of such a size that this movement only occurs when a current of the order of magnitude a short-circuit current flows through the braid 50.

Ind. in der erste Anschlag 60 bei einem Kurzschlußstrom unwirksam gemacht wird, steuert der zweite Anschlag 62 die noi wendige, vergrößerte Hubhöhe, die für die Unterbrechung von Kurzschlußströmen erforderlich ist. Wenn der Schaller nach einer Kurzschlußstromunterbrechune geschlossen wird, bringt die Rückholfeder 68 den Anschlag 60 sehr schnell in seine wii ksame Position nach F i g. 1 zurück, so daß der kurze Hub für die normalen Unterbrechungsvorgänge wieder zur Verfügung steht.Ind. In the first stop 60 in the event of a short-circuit current is made ineffective, the second stop 62 controls the noi agile, increased lifting height, the is necessary for the interruption of short-circuit currents. If the Schaller after a short circuit interruption is closed, the return spring 68 brings the stop 60 into its very quickly effective position according to FIG. 1 back, so that the short stroke for the normal interrupt processes again is available.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen1 sheet of drawings

Claims

Patent claims:

1. Vacuum switch with a highly evacuated housing in which a couple relative to each other movable contact pieces are arranged, with a switching rod, which is from the outside in the housing leads into and is connected to the movable contact piece for the execution of switching strokes in Depending on the current to be switched, and with a flexible metal bellows, the one forms a vacuum-tight seal between the switching rod and the housing, characterized in that that the switching rod (17a; for switching short-circuit currents executes a longer opening stroke than a smaller one for the switch Currents.

Z Vacuum switch according to claim I _1, characterized in that a first, movable stop (60) for a "shorter opening stroke and a second, fixed stop (62) for a longer opening stroke are arranged in the movement path of the switching rod (Ha), and that one The triggering device (72) influenced by the current to be switched is provided which, when the current flows above a certain value, moves the first stop (60) out of the path of movement of the switching rod.