DE2015528A1

DE2015528A1 - Vakuumschalter

Info

Publication number: DE2015528A1
Application number: DE19702015528
Authority: DE
Inventors: Hans 1000 Berlin Bettge
Original assignee: Siemens AG
Current assignee: Siemens AG
Priority date: 1970-04-01
Filing date: 1970-04-01
Publication date: 1971-10-21
Also published as: US3823287A; DE2015528B2; DE2015528C3

Description

SIEMEITS AKTlEFGESELLSCHAPT . - München 2,- *»■ 1* APR. 197Q

Berlin und München Wittelsbacherpl.

VPA

TO/1064

Vakuumschalter

Die Erfindung betrifft einen Vakuumschalter mit zwei Schaltkontakten, die einander mit ebenen Kontaktflächen zugewandt sind, welche mindestens einen ringförmigen Steg aufweisen, der in Segmente durch Schlitze unterteilt ist, die den die Schaltkontakte durchfließenden Strom auf einen Weg zwingen, der eine in Umfangsrichtung des ringförmigen Steges verlaufende Komponente hat.

Derartige Vakuumschalter sind bereits bekannt, und zwar insbesondere aus der deutschen Patentschrift 1 196 751· Die Schlitze, welche die ringförmigen Stege der Kontaktstücke in Segmente unterteilen, sind dabei gegenüber den Stegachsen geneigt. Vorzugsweisesollen diese Schlitze in den beiden Kontaktstücken entgegengesetzte Richtung zueinander haben. Zweekvdieser Anordnung ist es, einen gegenüber der Achse der 'Schaltkontakte winklig geneigten Strompfau zu erzielen, d.q;r ein Magnetfeld erzeugt, unter dessen Einfluß ein zwischen den Kontaktoberflächen entstehender Lichtbogen über die Kontaktoberfläche bewegt werden soll» Auf diese Weise soll ein Wiederzünden des Lichtbogens und eine Beschädigung der Kontaktoberflächen verhindert werden. Bei der geschilderten bekannten Kontaktanordnung hat jedoch der Strom in den Schaltkontakten aufgrund der schrägen Schlitze noch eine merkliche axiale Komponente> die den erwünschten Effekt beeinträchtigt.

Um bei einem Vakuumschalter mit Kontaktstücken, von denen mindestens eines einen rohrförmigen Teil enthält,

VPA 9/Ί7Ο/ΟΌ14 Wh/fiA §g *-*/ λ ·* ft 1 BAD ORIGfNAt

17.3*1970 - nfOM/viw»

den das rohrförmige Teil durchfließenden Strom auf einen Weg mit einer Komponente in Ur.ifangsrichtung des rohrförmigen Teils zu zwingen, ist es weiterhin aus der deutschen Patentschrift 1 236 053 bekannt, den rohrförmigen Teil mit einem Schlitz zu versehen, der zwischen in Umfangsrichtung des rohrförmigen Teils gegeneinander versetzten Punkten der Endflächen verläuft. Um bei dieser bekannten Anordnung eine relativ große axiale Stromkomponente im rohrförmigen Kontaktteil zu vermeiden, ist auf der kontaktgebenden Fläche der Kontaktstücke eine Erhebung vorgesehen, die bewirkt, daß alle Lichtbogen an einer bestimmten Stelle entstehen. Abgesehen davon, daß auch dann der die Kontaktstücke durchfließende Strom noch eine deutliche Komponente in Richtung des rohrförmigen Teils auf v/eist, verschlechtern die genannten Erhebungen im Vergleich zu ebenen Kontaktflächen die elektrischen Eigenschaften des Vakuumschalters.

Die Aufgabe der Erfindung besteht darin, einen Vakuumschalter zu schaffen, dessen Schaltkontakte bei einer ebenen kontaktgebenden Fläche so ausgebildet sind, daß der die Schaltkontakte durchfließende Strom möglichst nahe der kontaktgebenden Fläche einem praktisch ausschließlich tangential zur Achse der Schaltkontakte gerichteten Weg folgt. Zur Lösung dieser Aufgabe wird bei einem Vakuumschalter der eingangs erwähnten Art nach der Erfindung vorgeschlagen, daß die den ringförmigen Steg der Schaltkontakte in Segmente unterteilenden Schlitze ausgehend von senkrechten Einschnitten in der Kontaktfläche im wesentlichen parallel zu dieser verlaufen.

Ein erfindungögemäßer Vakuumachalter weist den wesentlichen Fortschritt auf, daß der die Kontakte durchfließende Strom sehr nahe unter der Kontaktfläche nahezu frei von axialen Komponenten ist. Dieser in _%

VPA 9/170/0014 109843/0701

»^^: >^:i ' BADORlGfNAU ^

_ -7

Umfangsrichtung der Schaltkontakte ausgeprägte Strom erzeugt ein "Magnetfeld., der einen zwischen den Kontaktflächen entstehenden Lichtbogen in starkem Maß über die Kontaktfläche treibt, die von den ringförmigen Stegen der Schaltkontakte gebildet istI Um dabei dem Lichtbogen ein Überlaufen eier senkrechten Einschnitte in der Kontalctfläche zu erleichtern, sind die senkrechten Einschnitte mit besonderem Vorteil so angeordnet, daß sie auf einer Kreissehne zu den ringförmigen Stegen liegen.

Um in jedem Kontaktstück eines Kontaktpaares die erwünschte Stromschleife mit stark ausgeprägter tangentialer Ausrichtung zu erzielen, sind die Kontaktstücke vorteilhaft spiegelbildlich hergestellt und um die Hälfte einer Segmentlänge der ringförmigen Stege gegeneinander verdreht im Vakuumschalter angeordnet. Zur Erhöhung der mechanischen Festigkeit der Schaltkontakte können die Schlitze in axialer Richtung der Kontaktstücke durch Stützen aus einem Werkstoff niedriger Leitfähigkeit überbrückt sein, wie an sich, aus der bereits genannten deutschen Patentschrift 1 256 053 bekannt ist.

Anhand eines in den Figuren der Zeichnungen dargestellten bevorzugten Ausführungsbeispiels soll die Erfindung nachstehend mit weiteren Merkmalen näher erläutert v/erden.

Dabei zeigt:

Figur 1 einen Längsschnitt eines vereinfacht dargestellten Vakuumschalters,

Figur 2 ein Kontaktpaar eines erfindungsgemäßen Vakuumschalters gemäß Figur 1,

Figur 5 einen Schaltkontakt der Figur 2 von oben, Figur 4 einen Ausschnitt IV der Figur 3 ·

In Figur-1 ist mit 1 ein zylindrischer Isolierkörper, beispielsweise aus Glas oder Keramik bezeichnet, der zusammen mit zvoi metallischen Endplatten 2 und 3 ein

VPA 9/170/0014 109843/0701 . ■ _₄_. ■ BADORIÖfNAL

vakuumdichtes, auf Hochvakuum gebrachtes Gehäuse bildet. In diesem Gehäuse sind einander paarweise gegenüberstehend zwei Schaltkontakte 4 und 5 angeordnet, von denen eines an einem feststehenden Leiter 6 und das zweite an einem beweglichen Leiter befestigt ist. Ein Metallbelag 8 dichtet den Vakuumschalter dort ab, wo der Leiter 6 beweglich durch das vakuumdichte Gehäuse des Vakuumschalters hindurchgeführt ist.

Die Kontaktstücke 4 und 5 sind in ihrer erfindungsgemäßen Ausbildung deutlicher in den Figuren 2 bis 4 dargestellt, die das Kontaktpaar des Vakuumschalters der Figur 1 gegenüber dieser vergrößert in etwa natürlichem Maßstab zeigen. Man erkennt, .daß die beiden Schaltkontakte 4 und 5 jeweils topfförmig sind, wobei ihr Boden 9 die dem Gegenkontakt abgewandte Seite der Schaltkontakte darstellt. Die Seitenwand der topfförmigen Schaltkontakte bilden jeweils einen ringförmigen Steg 10, der eine ebene Oberfläche hat. Diese ebenen Oberflächen sind die Kontaktflächen der Schaltkontakte 4 und 5, mit denen diese einander zugekehrt sind.

Der ringförmige Steg 10 der Schaltkontakte 4 und 5 ist jeweils in drei Segmente durch Schlitze 11 unterteilt, die· von senkrechten Einschnitten 12 in der Kontaktfläche ausgehend sich erfindungsgemäß parallel zur Oberfläche des Steges ilüf-erstrecken. Wie aus Pigur 2 näher ersichtlich, werden zweckmäßig die Schlitze 11 in den einander zugekehrten Schaltkontakten 4 unri 5 gegensinnig zueinander hergestellt und die Schaltkontakte 4 und 5 um die Hälfte der Segmentlänge der ringförmigen Stege 10 gegeneinander verdreht in einem erfindungsgemäßen Vakuumschalter eingebaut. Diese Anordnung bewirkt, daß der die Schaltstücke 4 und durchfließende Strom im Bereich der Kontaktflächen

9/170/0014 109843/0701

BAD ORIGINAL

auf einen V/eg gezwungen wird, der praktisch ausschließlich in Umfangsrichtung der ringförmigen Stege 10, nämlich in den oberhalb der Schlitze 11 liegenden Segmenten der Stege 10 verläuft. Dadurch entstehen im Zusammen-". hang mit der Verdrehung um die Hälfte der Segmentlänge Stromschleifen, die parallel zur Kontaktfläche ausgerichtet sind. Diese Stroms.chleifen erzeugen ein starkes Magnetfeld, das nahezu ausschließlich senkrecht zur Stromrichtung eines Lichtbogens gerichtet ist, der zwischen den Schaltkontakten und 5 beim Trennen der Kontakte entsteht. Aufgrund dieses Magnetfeldes wird der Lichtbogen mit außerordentlich hoher Geschwindigkeit über die Oberfläche der ringförmigen Stege 10 in.einer Kreisbahn bewegt. Um das Überlaufen des Lichtbogens von einem Segment des ringförmigen Steges -10 zum nächsten Segment wesentlich zu erleichtern, liegen in Weiterbildung der Erfindung die Einschnitte 12 auf einer Kreissehne zu den ringförmigen Stegen 10.

Die dargestellte und beschriebene Kontaktanordnung ist zweckmäßig so bemessen, daß die Summe der Querschnittsfläche der Stromzuführungen zu den Segmenten des ringförmigen Stegs 10, also der Querschnittsflächen der Brücken zwischen einem Schlitz 11 und einem Einschnitt 12 eines benachbarten Schlitzes gleich dem Querschnitt des stabförmigen Leiters 6 bzv/. ist. Zur mechanischen Unterstützung sind die einzelnen Segmente vorteilhaft in Achsrichtung der Schaltstücke 4 und 5 durch Stützen aus einem Werkstoff niedriger Leitfähigkeit beabstandet. Solche Stützen können beispielsweise Schrauben aus einer Metalllegierung geringer elektrischer Leitfähigkeit sein, die im Bereich des freistehenden Endes der Segmente des Steges 10 durch den Boden 9 eines Schaltstückes hindurch eingeschraubt sind. Eine entsprechende Stütze 13 in Form eir.er Schraube ist in Figur 4 dargestellt. Falls die Schaltstücke 4 und 5 vorwiegend au3 Kupfer bestehen,

YPA 9/170/Q01.4 .

kann die Schraube 13 aus einer Sisen-Nickcl-Kobalt-Legierung bestehen, ohne den Stromverlauf in den Schaltkontakten zu stören.

Die Erfindung beschränkt sich nicht auf das dargestellte Ausführungsbeispiel. Insbesondere braucht die Zahl der Segmente nicht drei zu betragen. Zur Unterstützung der einzelnen Segmente können anstelle von Schrauben auch Keramikscheiben eingeschoben v/erden.

Ein erfindungsgemäßer Vakuumschalter zeichnet sich dadurch aus, daß man mit ihm hohe Ströme, beispielsweise Ströme über 4 kA sicher und zuverlässig abschalten kann. Da, wie eingehend dargelegt, der Abschaltlichtbogen außerordentlich schnell über die Kontaktfläche zwangsweise bewegt wird, werden die Schaltkontakte nur sehr spärlich abgearbeitet, so daß ein erfindungsgemäßer Vakuumschalter auch hohe Lebensdauer besitzt.

θ Patentansürüche
4 Figuren

VPA 9/170/0014

BAD ORIQfNAL 109843/0701

Claims

Patentansprüche

.)Vakuumschalter mit zwei Schaltkontakten, die einander mit ebenen Kontaktflächen zugewandt sind, welche mindestens einen ringförmigen Steg aufweisen, der in Segmente durch Schlitze unterteilt ist, die den die Schaltkontakte durchfließenden Strom auf. einen Weg zwingen, der eine in Umfangsriehtung des ringförmigen Steges verlaufende Komponente hat, dadurch g e k e χι η ζ e i c h η e t , daß die den ringförmigen Steg (10) der Schaltkontakte (4, 5) in Segmente unterteilenden Schlitze (11) ausgehend von senkrechten Einschnitten (12) in der Kontaktfläche im wesentlichen parallel zu dieser verlaufen.
2. Vakuumschalter nach Anspruch 1,dadurch gekenn ζ e i c h η e t , daß die senkrechten Einschnitte (12) auf einer Kreissehne zu den ringförmigen Stegen (10) liegen.
3. Vakuumschalter nach Anspruch 1 oder 2, mit paarweise einander zugeordneten S-jhaltkontakten, von denen jedes auf seiner Kontaktfläche mindestens einen ringförmigen Steg aufweist, dadurch g e k e η η s e ic ii η et , daß die Schlitze (11) in den "beiden einander zugeordneten Sehaltkontakten (4, 5) gegensinnig zueinander hergestellt sind.
4. Vakuumschalter nach Anspruch 3,dadurch gekennzeichnet , daß die Schaltkontakte

. (4j 5) um die Hälfte einer Segmentlänge der ringförmigen Stege (10) gegeneinander verdreht angeordnet sind.
5. Vakuumschalter nach einem der Ansprüche 1 bis 4, d a d u r c h gekennzeichnet , daß die ringförmigen Stege (10) in drei' Segmente unterteilt

^sind· 109 843/0701

VPA 9/170/0014 , - 8 -
6.Vakuumschalter nach einem der Ansprüche 1 bis 5, α a el u i· c h ₍ ^:: e k e η η κ e i c h net , daß ■3i<j '-ichlit^e (11) in axialer Richtung der Schaltkontakte (4, 5) durch Stützen (13) überbrückt aind, tile hu.; ο ine im I.Iaterial bestehen, das eine im Vergleich ::vm Kant;:.]:tv/erk.:toi'f geringere elektrische Leitfähigkeit

109843/0701