DE2526225A1

DE2526225A1 - ARC ELECTRODE, IN PARTICULAR FOR A CONTACT ARRANGEMENT IN A VACUUM SWITCH

Info

Publication number: DE2526225A1
Application number: DE19752526225
Authority: DE
Inventors: Joachim Dr Amsler
Original assignee: Sprecher und Schuh AG
Current assignee: Rockwell Automation Switzerland GmbH
Priority date: 1974-07-15
Filing date: 1975-06-12
Publication date: 1976-01-29
Also published as: JPS5131869A; ATA395175A; AT336128B; GB1473979A; CH559419A5

Description

f > Λ*'ί ··'f> Λ * 'ί ··'

SPRECHER & SCHUH AG, AarauSPRECHER & SCHUH AG, Aarau

Lichtbogenelektrode, insbesondere für eine Kontaktanordnung
in einem Vakuumschalter.Arc electrode, especially for a contact arrangement
in a vacuum switch.

Zusatz zu Patent „. (Patentanmeldung P 22 04 113.0)Addendum to patent “. (Patent application P 22 04 113.0)

Das Hauptpatent betrifft eine Lichtbogenelektrode, insbesondere für eine Kontaktanordnung in einem Vakuumschalter, für die Aufnahme von Lichtbogenfusspunkten mit mehreren Blechen, wobei die Schmalfläche der Bleche in der Stirnfläche der Elektrode liegen, wobei zwischen den einzelnen Blechen Spalte freigelassen sind,
deren Breite mindestens der Dicke eines Bleches gleich ist.The main patent relates to an arc electrode, in particular for a contact arrangement in a vacuum switch, for accommodating arc root points with several sheets, the narrow surface of the sheets being in the end face of the electrode, with gaps being left between the individual sheets,
whose width is at least equal to the thickness of a sheet metal.

Die im Hauptpatent beschriebene Lichtbogenelektrode kann in einem das Gehäuse eines Vakuumschalters bildenden evakuierten Gehäuse angeordnet sein. Das Vakuum muss im Gehäuse eines Vakuumschalters unter allen Umständen aufrechterhalten v/erden,
weil sonst die Unterbrechung von Strömen nicht mehr erfolgen
kann. Um die das Vakuum in einem Gehäuse verschlechternden
Gasmoleküle einzufangen und zu binden sind in bekannten Vakuurnbehältern Gettermaterialien, wie Zirkon-Aluminium oder Zirkon-Titan untergebracht. Diese Gettermaterialien können aber nur
dann Gasmoleküle aufnehmen, wenn sie auf etwa 400 C erwärmt werden. Um die gewünschte Erwärmung des Gettermaterials zu erreichen, ist es aus der DT-OS 2.350.489 bekannt, eine Gettervorrich-The arc electrode described in the main patent can be arranged in an evacuated housing forming the housing of a vacuum switch. The vacuum must be maintained in the housing of a vacuum switch under all circumstances,
because otherwise the interruption of flows will no longer take place
can. To worsen the vacuum in a housing
To capture and bind gas molecules are housed in known vacuum containers getter materials such as zirconium-aluminum or zirconium-titanium. These getter materials can only
then absorb gas molecules when they are heated to around 400 C. In order to achieve the desired heating of the getter material, it is known from DT-OS 2.350.489, a getter device

^{p 391} 509885/0327 ^{p 391} 509885/0327

tung rait dem Gettermaterial zu versehen, das durch einen, elektrischen Strom erhitzt wird, welcher durch Transf orinatorwirkung durch den den Schalter durchfliessenden Strom erzeugt wird. Die Gettervorrichtung enthält einen den Träger- oder Leiterstab des unbeweglichen Kontaktstückes umgebenden, ringförmigen Eisenkern, um den mehrere Metallbleche angeordnet sind, die als Sekundärwicklung und ausserdem als Sekundärbelastung eines Transformators wirken, dessen Primärwicklung durch den Leiterstab des Kontaltstücks gebildet wird. Das Gettermaterial ist als Schicht auf die Metallbleche aufgebracht. Bei dieser Anordnung bildet die Gettervorrichtung ein zusätzliches Element in einem Vakuumschalter, was mit wirtschaftlichen Nachteilen verknüpft ist. Ausserdem muss die Gettervorrichtung an einer vom elektrischen Feld praktisch abgeschirmten Stelle, relativ weit von der Austrittsstelle der Gasmoleküle aus den Kontaktstücken im Vakuumschal tergehäuse untergebracht v/erden. Die Gasmolekülen sollten gerade an den elektrisch hoch beanspruchten Stellen, an der Oberfläche und zwischen den Kontaktstücken schnell beseitigt werden.tion rait to provide the getter material, which is supplied by an electrical Electricity is heated, which by transformer effect is generated by the current flowing through the switch. the Getter device contains an annular iron core surrounding the carrier or conductor bar of the immovable contact piece, around which several metal sheets are arranged, which act as a secondary winding and also act as a secondary load on a transformer, the primary winding of which goes through the conductor bar of the contact piece is formed. The getter material is applied as a layer to the metal sheets. With this arrangement forms the getter device is an additional element in a vacuum switch, which is associated with economic disadvantages. In addition, the getter device must be at a point practically shielded from the electrical field, relatively far from the exit point the gas molecules from the contact pieces are housed in the vacuum switch housing. The gas molecules should quickly eliminated especially at the electrically highly stressed points, on the surface and between the contact pieces will.

Aufgabe der Erfindung ist es in einem Vakuumschaltergehäuse ein Gettermaterial so anzuordnen, dass die Gasmoleküle zwischen ihren Austrittsstellen und dem Gettermaterial nur einen kurzen Weg zurücklegen müssen und ohne dass für die Erwärmung des Gettermaterials eine besondere Heizvorrichtung erforderlich wäre.The object of the invention is to arrange a getter material in a vacuum switch housing in such a way that the gas molecules between their Exit points and the getter material only have to cover a short distance and without the need for heating the getter material a special heating device would be required.

Die gestellte Aufgabe wird dadurch gelöst, dass die Bleche der Lichtbogenelektrode mit einer aus einem Gettermaterial bestehenden Schicht überzogen sind.The object set is achieved in that the sheets of the arc electrode with a one made of a getter material Layer are coated.

Bei dieser Anordnung werden die Bleche der Lichtbogenelektrode und somit auch das Gettermaterial durch den zu unterbrechenden Lichtbogen erwärmt.With this arrangement, the sheets of the arc electrode and thus also the getter material are interrupted by the Arc heated.

509885/0327509885/0327

Im folgenden wird die Erfindung anhand der beigelegten Zeichnungen beispielsweise näher beschrieben. Es zeigen:In the following the invention with reference to the accompanying drawings for example described in more detail. Show it:

Fig. 1 einen Vakuumschalter im Schnitt,1 shows a vacuum switch in section,

Fig. 2 einen Querschnitt über die Mitte des Vakuumschalters in Fig. 1FIG. 2 shows a cross section through the center of the vacuum switch in FIG. 1

Fig. 3 eine Elektrode aus parallelen Blechen, Fig. 4 eine Elektrode aus koaxialen Zylindern, Fig. 5 eine Elektrode mit gebogenen Blechen,3 shows an electrode made of parallel metal sheets, FIG. 4 shows an electrode made of coaxial cylinders, 5 shows an electrode with bent metal sheets,

Fig. 6 eine Elektrode mit einem zylindrischen rohrförmigen Kontaktstück teilweise im Schnitt,6 shows an electrode with a cylindrical tubular contact piece, partially in section,

Fig. 7 deren eine Hälfte in der Draufsicht, Fig. 8 einen Vakuumschalter im Schnitt undFIG. 7 shows one half in plan view, FIG. 8 shows a vacuum switch in section, and FIG

Fig. 9 eine Lichtbogenelektrode aus dem in Fig. 8 dargestellten Vakuumschalter in der Draufsicht.9 shows an arc electrode from the vacuum interrupter shown in FIG. 8 in a top view.

Nach Fig. 1 besteht das vakuumdichte Gehäuse des Schalters aus einem zylindrischen Teil 1 aus elektrisch isolierendem Material, einem Metalldeckel 2 mit dem darin festsitzenden Schaltstück 3 und mit dem darauf befestigten rohrförmigen Elektrodenträger 4 und einem zweiten Metalldeckel 5 der das mittels eines Balges daran befestigte bewegliche Schaltstück 7 und den Elektrodenträger 8 trägt. Das bewegliche Schaltstück 7 ist in seiner Einschaltstellung gezeichnet und kann mittels einer nicht dargestellten Betätigungseinrichtung in der Pfeilrichtung hin und her bewegt werden. Die Elektrodenträger 4 und 8 tragen dieAccording to Fig. 1, the vacuum-tight housing of the switch consists of a cylindrical part 1 made of electrically insulating material, a metal cover 2 with the contact piece 3 firmly seated therein and with the tubular electrode carrier 4 fastened thereon and a second metal cover 5, the movable contact piece 7 fastened thereon by means of a bellows, and the electrode carrier 8 carries. The movable contact piece 7 is shown in its switched-on position and can by means of a not shown Actuating device can be moved back and forth in the direction of the arrow. The electrode carriers 4 and 8 carry the

5098»5/03275098 »5/0327

radial angeordneten Bleche 9 und 10 der Lichtbogenelektrode (siehe auch Fig. 2) . Die Innenfläche des zylindrischen Teiles 1 ist gegen die Kondensation auftretender Metalldämpfe durch einen röhrenförmigen Metallschild 11 geschützt, der nur in der Mitte des Teiles 1 befestigt und so von den beiden Metalldeckeln 2 und 5 vollständig isoliert ist. Die Schaltstükke 3 und 7 haben eine stumpfe Kontaktauflagefläche 12. Beim Abschalten eines Stromes trennen sich die Schaltstücke 3 und 7 und der Lichtbogen wird zunächst zwischen ihnen brennen. Die Fusspunkte des Lichtbogens wandern dann auf die Bleche 9 und über, wobei die Stromzuführung durch die beiden Elektrodenträger 4 und 8 erfolgt. Der zwischen den aus mit Zwischenräumen angeordneten Blechen bestehenden Elektroden brennende Lichtbogen kann praktisch keinen Achsialdruck aufbauen, weil die axial beschleunigten ionisierten Gase in den Spalten zwischen den Blechen in einen elektrisch unbeanspruchten Raum gelangen. Die in den Spalten zwischen den Blechen 9 und 10 durchströmenden heissen Gase werden gekühlt und kondensiert.radially arranged sheets 9 and 10 of the arc electrode (see also Fig. 2). The inner surface of the cylindrical part 1 is protected against condensation of occurring metal vapors by a tubular metal shield 11, which is only used in attached to the middle of part 1 and so completely isolated from the two metal covers 2 and 5. The switching pieces 3 and 7 have a blunt contact surface 12. When When a current is switched off, the contact pieces 3 and 7 separate and the arc will initially burn between them. the The base points of the arc then migrate to the metal sheets 9 and over, the current supply being through the two electrode carriers 4 and 8 takes place. The arc burning between the electrodes, which are made up of interposed metal sheets can practically not build up any axial pressure because the axially accelerated ionized gases in the gaps between the sheets get into an electrically unstressed room. In the The hot gases flowing through the gaps between the sheets 9 and 10 are cooled and condensed.

Zwischen den erfindungsgemäss ausgebildeten Elektroden brennt der Lichtbogen bis zu sehr grossen, weit über 5 bis 10 kA liegenden Abschaltströmen diffus. Die zwischen den Blechen 9 und 10 ausgelassenen Spalte und die sehr schmalen der gegenüberliegenden Elektroden zugekehrten Flächen der Bleche 9 und 10 verhindern die Ausbildung von Säulenlichtbögen und verlängern somit die Lebensdauer des Vakuumschalters.Burns between the electrodes designed according to the invention the arc diffuse up to very large cut-off currents well in excess of 5 to 10 kA. The between the sheets 9 and 10 prevent omitted gaps and the very narrow surfaces of the sheets 9 and 10 facing the opposing electrodes the formation of pillar arcs and thus extend the service life of the vacuum switch.

Bei der Unterbrechung eines Lichtbogens werden die Bleche 9₇ erwärmt. Die Bleche sind mit einem Gettermaterial überzogen, das auch erwärmt wird. Die durch die Erwärmung aktivierte Getterschicht nimmt die bei einer Stromunterbrechung aus den Metallteilen heraustretenden Gasmoleküle auf.When an arc is interrupted, the sheets 9 _{7 are} heated. The sheets are coated with a getter material, which is also heated. The getter layer activated by the heating absorbs the gas molecules emerging from the metal parts in the event of a power interruption.

Die einander gegenüberliegenden Elektroden können auch aus pa-The opposing electrodes can also be made of pa-

509885/0327509885/0327

fallel angeordneten mit einer Getterschicht versehenen Blechen 13 aufgebaut sein, wie in Fig. 3 dargestellt ist. Die Bleche 13 sind in Fig. 3 in die Schlitze des Elektrodenträgers 14 eingesteckt und eingeschweisst oder eingenietet.parallel arranged sheets provided with a getter layer 13, as shown in FIG. 3. The metal sheets 13 are inserted into the slots of the electrode carrier 14 in FIG. 3 and welded or riveted.

Die Elektroden in Fig. 4 sind aus konzentrierten mit einer Getterschicht überzogenen Zylindern 15 zusammengestellt, welche in den Elektrodenträgern 16 befestigt sind.The electrodes in Fig. 4 are made of concentrated ones with a gettering layer Coated cylinders 15 assembled, which are fastened in the electrode carriers 16.

Nach Fig. 5 sind die zu der den beiden einander gegenüberliegenden Elektroden gemeinsamen Achse 17 parallelen und gebogenen Bleche 18 und 19 in den Elektrodenträger 4 eingesetzt. Diese Anordnung bewirkt auch eine tangentiale Beschleunigung des zwischen den Elektroden brennenden Lichtbogens. Die Bleche 18 und 19 sind ebenfalls mit einem Gettermaterial beschichtet.According to Fig. 5 are those opposite to the two opposite each other Electrodes common axis 17 parallel and curved metal sheets 18 and 19 used in the electrode carrier 4. This arrangement also causes a tangential acceleration of the arc burning between the electrodes. The sheets 18 and 19 are also coated with a getter material.

Die in Fig. 6 dargestellte Lichtbogenelektrode ist für einen Vakuumschalter vorgesehen und besteht aus dem zylindrischen, rohrförmigen Kontaktstück 20 und aus den in die Schlitze 21 des Kontaktstückes 20 eingesetzten als Lichtbogenelektrode ausgebildeten und mit einem Gettermaterial beschichteten Blechen 22. Die Bleche 22 sind in die Schlitze 21 eingelegt und die durch die Bleche 27 nicht ausgefüllten, unmittelbar unterhalb der Kontaktfläche 23 liegenden Teile der Schlitze 21 verstemmt. Diese Befestigungsart der Bleche ermöglicht eine wirtschaftlich vorteilhafte Herstellung der Lichtbogenelektrode. Die Bleche 23 sind mit dem Kontaktstück 20 starr, elektrisch leitend verbunden. Die Kontaktfläche 23 steht gegenüber den Schmalflächen der Bleche 22 vor. Um gute Löscheigenschaften zu erhalten, müssen die Bleche 27 ins Innere des rohrförmigen Kontaktstückes 20 hineinragen. In Fig. 6 ist nur eine der zwei in einem Vakuumschalter einander gegenüber angeordneten und zueinander relativ bewegbaren Lichtbogenelektroden dargestellt.The arc electrode shown in Fig. 6 is for a vacuum switch provided and consists of the cylindrical, tubular contact piece 20 and of the slots 21 of the contact piece 20 used, designed as an arc electrode and coated with a getter material sheets 22. The sheets 22 are inserted into the slots 21 and those not filled by the metal sheets 27, directly below the contact surface 23 lying parts of the slots 21 caulked. This type of fastening of the sheets enables an economically advantageous production the arc electrode. The metal sheets 23 are rigidly and electrically conductively connected to the contact piece 20. The contact area 23 protrudes from the narrow surfaces of the metal sheets 22. In order to obtain good extinguishing properties, the sheets 27 must be ins Inside of the tubular contact piece 20 protrude. In Fig. 6, only one of the two in a vacuum interrupter is opposite each other arranged and relatively movable arc electrodes shown.

509885/0327509885/0327

Das Kontaktstück 20 besteht aus Kupfer, kann aber in geringen Mengen Wismut, Beryllium, Blei oder Zinn enthalten. Diese Zusatzmaterialien verhindern das Verschweissen der aufeinanderliegenden Kontaktflächen 23 bei der Führung hoher Ströme und setzen die Abreissstromstärke beim Schalten kleiner Ströme herab. Die Bleche 22 bestehen aus Eisen, können aber auch aus Nickel, Chrom, Chrom-Nickel, Molybdän, Tantal, Titan oder Wolfram hergestellt sein. Die Bleche können vor dem Einbau in einen Vakuumschalter sehr gut entgast und mit einem Gettermaterial beschichtet werden. Das Gettermaterial kann aus Zirkon-Aluminium oder aus Zirkon-Titan bestehen.The contact piece 20 is made of copper, but can be small Contains amounts of bismuth, beryllium, lead or tin. These additional materials prevent the one on top of the other from welding Contact surfaces 23 when carrying high currents and reduce the chopping current strength when switching small currents. the Sheets 22 are made of iron, but can also be made of nickel, chromium, chromium-nickel, molybdenum, tantalum, titanium or tungsten be. Before being installed in a vacuum switch, the metal sheets can be degassed very well and coated with a getter material. The getter material can be made of zirconium or aluminum Zirconium-titanium.

In Fig. 8 ist ein Vakuumschalter mit einem aus den beiden Metalldeckeln 24, aus dem Metallbalg 25, aus dem Isolierzylinder 26 und aus dem Metallschild 27 bestehenden Gehäuse und mit den beiden im Inneren des Gehäuses angeordneten Lichtbogenelektroden dargestellt. Die eine Lichtbogenelektrode ist mit dem unteren Metalldeckel 24 starr verbunden. Die andere Lichtbogenelektrode ist über den Metallbalg 25 von aussen bewegbar.In Fig. 8 is a vacuum switch with one of the two metal covers 24, from the metal bellows 25, from the insulating cylinder 26 and from the metal shield 27 existing housing and with the two Arc electrodes arranged inside the housing are shown. The one arc electrode is with the lower metal cover 24 rigidly connected. The other arc electrode can be moved from the outside via the metal bellows 25.

Die Lichtbogenelektroden bestehen aus den beiden hochkantgestellten U-Profilen 28 und aus den dazwischen parallel angeordneten Blechen 29. In Fig. 9 ist die untere Lichtbogenelektrode in der Draufsicht dargestellt. Die Bleche 29 v/eisen an den Nachbarblechen aufliegende Eindrücke 30 auf, um den-Abstand zwischen den Blechen 29 bei den Kräften der parallelen Strombahnen in den Blechen 29 zu sichern. Die Bleche 29 sind in die in den U-Profilen 28 angebrachten Schlitze eingesetzt und die Schlitze verstemmt. Beim geschlossenen Schalter liegen die Kontaktflächen 31 der U-Profile 28 aufeinander. Die Kontaktflächen 31 stehen gegenüber den Schmalflächen der Bleche 29 vor. Nach der Trennung der U-Profile 28 entsteht am Trennungsort ein Lichtbogen, v/elcher auf die Bleche 29 kommutiert. Der Lichtbogen brennt erfahrungsgemäss im ganzen Raum zwischen den Stirnflächen der Bleche 29 der beiden Lichtbogenelektroden, wo er dann gelöscht wird. Die OberflächeThe arc electrodes consist of the two upright U-profiles 28 and from the sheets 29 arranged in parallel therebetween. In FIG. 9, the lower arc electrode is in the Top view shown. The sheets 29 v / iron on impressions 30 resting on the neighboring sheets in order to reduce the distance between the To secure sheets 29 with the forces of the parallel current paths in the sheets 29. The sheets 29 are in the U-profiles 28 attached slots and caulked the slots. When the switch is closed, the contact surfaces 31 of the U-profiles are located 28 on top of each other. The contact surfaces 31 protrude from the narrow surfaces of the metal sheets 29. After separating the U-profiles 28 an arc arises at the point of separation, which commutates onto the metal sheets 29. Experience has shown that the arc burns in entire space between the end faces of the sheets 29 of the two arc electrodes, where it is then extinguished. The surface

509885/0327509885/0327

_ "7 —_ "7 -

der Bleche 29 erreicht durch die Lichtbogeneinwirkung die erforderliche Temperatur von ca. 4 00 C und bindet die freien Gasmoleküle.of the metal sheets 29 achieved the required through the action of the arc Temperature of approx. 4 00 C and binds the free gas molecules.

Die beschriebenen Anordnungen ermöglichen das Einbringen eines Gettermaterials in einen Vakuumschalter, und zwar in die Nähe der Trennstelle ohne dass eine besondere Heizvorrichtung zur Erwärmung des Gettermaterials erforderlich wäre.The arrangements described enable a getter material to be introduced into a vacuum switch, to be precise in the vicinity the separation point without the need for a special heating device to heat the getter material.

509885/0327509885/0327

Claims

- 8 claim:

Arc electrode, in particular for a contact arrangement in a vacuum switch, for receiving arc base points with several sheets, the narrow surface of the sheets being in the end face of the electrode, with between the individual sheet gaps are left free, their width

is at least equal to the thickness of a sheet, according to the patent

(Patent application P 22 04 113), characterized in that the sheets (9, 10, 13, 15, 18, 19, 22, 29) of the arc electrode are covered with a layer consisting of a getter material.

509885/0327

LeerseiteBlank page