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Vakuumschaltrohr.
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Die Erfindung betrifft ein Vakuumschaltrohr mit zwei aus elektrisch
leitfähigem Material bestehenden Schaltkontakten,- die einander mit ebenen Kontaktflächen
zugewandt sind, welche mindestens einen ringförmigen Steg aufweisen, der in Segmente--durch
Schlitze unterteilt ist, die zumindest teilweise durch den Steg verlaufen.
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Derartige Vakuumschaltrohre sind bereits bekannt (man vergl. die DT-PS
1 196 751). Die Schlitze, welche die ringförmigen Stege der Kontaktstücke in Segmente
unterteilen, sind dabei gegenüber den Stegachsen geneigt. Vorzugsweise sollen diese
Schlitze in den beiden Kontaktstücken entgegengesetzte Richtung zueinander haben.
Zweck dieser Anordnung ist es, einen gegenüber der Achse der Schaltkontakte winkelig
geneigten Strompfad zu erzielen, der ein Magnetfeld erzeugt, unter dessen Einfluß
ein zwischen den Kontaktflächen beim Schalten entstehender Lichtbogen auf einer
Kreisbahn entlang des Stegrandes mit hoher Geschwindigkeit bewegt werden soll. Mit
dieser Lichtbogenbewegung soll eine örtliche Überhitzung der Kontakte und die damit
verbundene Erzeugung eines hohen Dampfdruckes, die zu einer Wiederzündung des Lichtbogens
führt, verhindert werden. Bei dieser Kontaktformgebung hat jedoch der Strom in den
Schaltkontakten aufgrund der schrägen Schlitze noch eine merkliche axiale Komponente,
die den erwunschten Effekt beeinträchtigt.
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Hinzu kommt, daß die Herstellung solcher Kontakte sehr zeitraubend
und kostspielig ist, denn bei den geschlitzten Kontaktoberflächen wird das nur schwach
federnde Material vorgepreßt und die sich ergebende Kontaktoberfläche muß noch einmal
allseitig nachbearbeitet werden.
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Der Abschaltlichtbogen in Vakuumschaltröhren geht bekanntlich abhängig
vom Kontaktwerkstoff und der Kontakt form bei Strömen größer 10 kA von der diffusen
Entladungsform in einen kontrahierten Lichtbogen über. Durch den kontrahierten Lichtbogen
werden die Kontaktoberflächen thermisch ungleichmäßig belastet, so daß es- zu einer
starken, ungleichmäßigen Kontakterosion kommt.
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Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es daher, bei einem Vakuumschaltrohr
die Kontraktion des Lichtbogens und damit eine ungleichmäßige Schaltkontakterosion
zu verhindern. Zur Lösung dieser Aufgabe ist bei einem Vakuumschaltrohr der eingangs
erwähnten Art gemäß der Erfindung vorgesehen, daß dem elektrisch leitfähigem Material
der Schaltkontakte zumindest im Bereich der Segmente ein Material hinzugesetzt ist,
das die elektrische Leitfähigkeit reduziert.
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Die Schaltkontakte bestehen dabei vorzugsweise aus Kupfer, dem bis
zu ungefähr 5 Gew.% Phosphor, Eisen, Silicium, Arsen, Antimon, Zinn oder Nickel
oder Mischungen aus diesen ninzulegiert ist. Die ringförmigen Stege der beiden Schaltkontaktträger
sind zweckmäßig mit einem dünnen metallischen Kontaktring versehen.
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Bei einer besonders vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung setzen
sich die Schlitze vom ringförmigen Steg bis in den Boden der Schaltkontakte fort.
Mit dieser Maßnahme wird eine Verlängerung der Segmente und damit eine weitere Erhöhung
des Widerstandes bzw.
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Reduzierung der elektrischen Leitfähigkeit in den Segmenten erreicht.
Eine Vergrößerung der Länge der Segmente bei glelchbleibender
Steghöhe
läßt sich vorteilhaft auch dadurch erzielen, daß die Schlitze in den Stegen der
Schaltkontakte schräg verlaufen.
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Ein erfindungsgemäßes Vakuumschaltrohr weist den Vorteil auf, daß
die Schaltkontakte im Vergleich zu den bekannten Schaltkontakten wesentlich weniger
Schlitze haben. Im Gegensatz zu den bekannten Schaltkontakten dienen die Schlitze,
die vorteilhafterweise bis in den Boden der Schaltkontakte eingesägt werden, nicht
mehr zum Abfedern der Kontakt oberfläche sondern sollen nur noch eine Stromaufteilung
zu den einzelnen Oberflächenzonen der Schaltkontakte bewirken. Da die Stromaufteilung
zu den Schaltkontaktoberflächen um so gleichmäßiger ist, je höher der Bahnwiderstand
der Segmente (Stromzuführungen) zum ungeteilten Kontaktring ist, müssen die Schlitze
nicht unbedingt eine Schrägstellung aufweisen, sofern nur der Kontakttopf einen
längeren zylindrischen Anteil hat oder die Leitfähigkeit des Kontaktmaterials unterhalb
des Kontaktringes entsprechend klein ist. Um einen Stromausgleich zwischen einzelnen
Zonen fes Kontaktringes zu reduzieren, ist es zweckmäßig, den Kontaktring möglichst
so dünn zu halten, wie mit Rücksicht auf den zu erwartenden Abrand zulässig ist.
Im allgemeinen wird der Kontaktring hart mit dem topfförmigen geschlitzten Kontakt
verlötet und anschließend für den Einbau fertig bearbeitet. Besteht der Kontaktring
aus einer Chrommatrix, die mit Kupfer getränkt ist, so ist es auch möglich, die
Tränkung des Kontaktringes mit der Herstellung des topfförmigen Trägers in einem
Arbeitsgang zu verbinden und den topfförmigen Kontaktträger als Hinterguß des Kontaktringes
aufzufassen. Die Schlitze werden dann mit einer Kreissäge in den topfförmigen Hinterguß
nach Fertigstellung der äußeren Konturen eingeschnitten. Ein nach diesem Verfahren
hergestellter Schaltkontakt zeichnet sich dann durch die fehlende Lötschicht zwischen
Kontaktring und topfförmigem Kontaktträger aus.
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Als Kontaktring wird vorteilhafterweise ein SintertränkmaterlaL aus
Chromkupfer mit/ohne Zusätzen von Titan, Eisen, Vanadium, Tellur oder Zinn verwendet.
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Anhand der Figuren der Zeichnung soll die Erfindung nachstehend mit
weiteren Merkmalen näher erläutert werden.
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Es zeigt: Fig. 1 einen Schnitt durch ein schematisch dargestelltes
Vakuumschaltrohr gemäß der Erfindung, Fig. 2 eine vergrößerte Seitenansicht eines
Schaltkontaktes und Fig. 3 eine Draufsicht auf den Kontaktträger nach Fig. 2 mit
abgenommenem Kontaktring.
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Das in Fig. 1 schematisch dargestellte Vakuumschaltrohr weist ein
evakuiertes Gehäuse auf, das aus einem zylindrischen Isolierkörper 3 aus Glas oder
Keramik und zwei Stirnseiten des Isolierkörpers 3 vakuumdicht verschließenden metallischen
Endplatten 4 und 5 besteht. Innerhalb dieses vakuumdichten Gehäuses sind einander
gegenüberstehend zwei trennbare Schaltkontakte 1,2 angeordnet, von denen einer an
einem feststehenden massiven Kontaktbolzen 6 und der zweite an einem bewegbaren
massiven Kontaktbolzen 7 befestigt ist. Die Kontaktbolzen dienen gleichzeitig als
Stromzuführung. Der bewegliche Kontaktbolzen 7 ist mit einem Metallbalg 8 verbunden,
der das Vakuumschaltrohr zwischen dem beweglichen Kontaktbolzen 7 und der Endplatte
5 hermetisch abdichtet. Ütlicherweise ist in Vakuumschaltrohren eine Abschirmung
9 zum Schutz des Isolierkörpers 3 vor-einem Niederschlag von Metallpartikelchen
vorgesehen, die beim Abschalten aus den Schaltkontakten 1,2 verdampfen oder aus
diesen herausgerissen werden können.
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Die Figur 2 zeigt in vergrößerter Seitenansicht und die Figur 3 in
vergrößerter Draufsicht von den beiden symmetrisch ausgebildeten Schaltkontakten
1,2 als Beispiel den Schaltkontakt 1. Der Schaltkontakt 1 besteht aus einem metallischen
Kontaktträger una einem dünnen metallischen Kontaktring 15, der In Fig. 3 zur
besseren
Übersicht weggelassen ist. Der Kontaktträger weist einen Kontaktsteg 11 und einen
Kontaktboden 14 auf. Dem elektrisch leitfähigen Material des Kontaktträgers des
Schaltkontakts 1 sowie des nicht dargestellten symmetrischen Kontaktträgers des
Schaltkontakts 2 ist ein Material hinzugesetzt, das die elektrische Leitfähigkeit
des aus Boden 14 und ringförmigen Steg 11 bestehenden Kontaktträgers reduziert.
Der ringförmige Steg 11 ist in Segmente 12 durch Schlitze 13 unterteilt, die sich
in diesem Ausführungsbeispiel bis in den Boden 14 des Kontaktträgers fortsetzen.
Die Schlitze 13 können beispielsweise durch Einsägen des aus Kontaktboden 14 und
Kontaktsteg 11 bestehenden Kontaktträgers hergestellt werden, so daß im Kontaktträger
Segmente 11 übrigbleiben, die sich vom Kontaktsteg 11 bis in den Boden 14 fortsetzen.
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Die Erfindung ist auf das dargestellte Ausführungsbeispiel nicht beschränkt.
Beispielsweise muß der Kontaktträger nicht vollständig aus einem Material mit reduzierter
elektrischer Leitfähigkeit bestehen. Es kann sogar vorteilhaft sein, wenn ein Kontaktring
auf den Kontakt steg aufgesetzt wird, nur den geschlitzten Kontaktsteg aus einem
Material mit reduzierter elektrischer Leitfähigkeit herzustellen und mit dem aus
einem anderen elektrisch leitfähigen Material bestehenden Kontaktboden sowie dem
Kontaktring in einem Arbeitsgang zu verlöten. Auch damit ist gewährleistet, daß
die elektrische Leitfähigkeit der Schaltkontakte zumindest im Bereich der Segmente
reduziert ist.
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6 Patentansprüche 3 Figuren
L e e r s e i t e