DE2638700B2 - Elektrischer Vakuumschalter - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft einen elektrischen Vakuumschalter gemäß dem Oberbegriff des Patentanspruchs 1.

Bei einem solchen elektrischen Vakuumschalter handelt es sich um eine Schaltröhre für hohe Schaltleistungen, die insbesondere eine hohe Kurzschlußabschaltleistung haben muß. Zum Abschalten werden die aufeinanderlitgenden Kontaktflächen der zwei topfförmigen Kontaktstücke mechanisch voneinander getrennt. Dabei entsteht ein Lichtbogen aus ionisiertem Metalldampf, der sich zum Verhindern von Zerstörungen der Kontaktflächen rasch über diese Flächen bewegen soll. Zu diesem Zweck wird durch Knicken des Strompfades ein resultierendes Magnetfeld senkrecht zur Stromrichtung erzeugt, das den Lichtboeenstrom in der dritten dazu senkrechten Richtung ablenkt und zum Rotieren bringt. Erreicht wird dies durch schräge Schlitzung der Kontaktstücke. Die Kontaktträger sind dadurch in einzelne Segmente zumindest teilweise unterteilt.

Beim Abschalten hoher Ströme sind die Kontaktstükke auch mechanisch belastet. Um ihnen höhere Festigkeit zu verleihen, ist bereits aus der DE-PS 1196751 bekannt, die Schlitzung der Kontaktstücke nicht bis zu den Kontaktflächen durchzuführen.

ίο Dadurch entstehen durchgehende Kontaktringe. Das hat außerdem den Vorteil, daß die Rotation des Lichtbogens nicht durch Unterbrechungen der Kontaktflächen gestört ist und daß sich im Bereich der Schlitze nicht doch noch ein relativ starker Abbrand des Kontaktmaterials einstellt.

Zu demselben Zweck ist es aus der DE-AS 17 65 263 bekannt, die schräg geschlitzten Kontaktstücke mit einem Hüllkörper aus hochwertigem Kontaktmaterial zumindest auf den Kontaktflächen und den seitlich daran angrenzenden Flächen der Kontaktstücke zu umgeben. Die mechanische Festigkeit und die Lichtbogenrotation erbringt der geschlitzte Kern der Kontaktstücke. Die günstige Abbrandeigenschaft wird durch den durchgehenden Hüllkörper garantiert, der relativ

2) dünn sein kann und damit eine sparsame Verwendung des hochwertigen Kontaktmaterials gestattet.

Aus der DE-OS 25 57 174 ist bekannt, auf den geschlitzten Kontaktträger eine ungeschlitzte ringförmige KontaKtauflage aus einem Material mit Chrom-

jo und Kupferanteilen aufzulegen. Die Kontaktauflage soll dünn sein, damit sie den Stromfluß in den Segmenten nicht beeinflußt, aber doch so dick, damit sie der Erosion standhalten kann. Das heißt: Es muß mit den Voraussetzungen Stromführung durch Segmente und Kontaktauflage aus besonders gutem Kontaktmaterial ein Kompromiß geschlossen werden zwischen dem Erhalten der Stromführung und der Standfestigkeit der Kontakte. Erreicht wird dies durch die Maßgabe für die geometrische Dimensionierung »nicht zu dick und nicht

4f) zu dünn«. Das bedeutet aber, daß der Stromverlauf nur auf Kosten der mechanischen und elektrischen Festigkeit der Kontakte garantiert wird. Die Kontaktauflage wird zu dünn geraten.
Für das Kontaktmaterial ist beispielsweise aus der GB-PS 11 94 674 ein Verbundmetall bekannt, bei dem in ein Sintergerüst aus Chrom als Matrix ein Tränkmetall wie Kupfer eingebracht ist.

Der vorliegenden Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, die Kontaktstücke in einem Vakuumschalter

so zu gestalten, daß einerseits durch Formgebung und andererseits durch Materialzusammensetzung ein günstiger Kompromiß zwischen garantierter Schaltleistung bei hoher Lebensdauer und dem dazu erforderlichen Aufwand geschlossen wird. Die Rotation des Lichtbo-

gens soll gesichert sein und damit ein Einbrennen sowie

ein Wiederzünden des einmal erloschenen Lichtbogens verhindert sein. Die mechanische und elektrische Festigkeit der Kontaktstücke soll gewährleistet sein.

Zur Lösung dieser Aufgabe werden bei einem elektrischen Vakuumschalter der eingangs genannten Art erfindungsgemäß die kennzeichnenden Merkmale des Patentanspruchs 1 vorgeschlagen.

Wenn auch die Schlitze in den Kontaktträgern für die Rotationssicherheit möglichst direkt bis unter die Kontaktoberfläche herangeführt werden sollen, kann doch der Kontaktring für die elektrische und mechanische Festigkeit des Schaltkontaktstücks ausreichend dick gemacht werden. Damit ist auch die für eine hohe

Standdauer notwendige Menge an Abbrandmaterial vorhanden. Der verhältnismäßig hohe elektrische Widerstand des Kontaktrings bewirkt, daß die Segmentierung für den Strom praktisch durch den Kontakiring hindurchgeführt wird. Der Dicke sind dann nur noch durch die zu vermeidenden Leistungsverluste bei geschlossenen Kontakten und durch Sparsamkeit im Materialaufwand Grenzen gesetzt Der Übergang vom niedrigen elektrischen Widerstand auf den hohen erfolgt sprunghaft. Das wird sehr gut erreicht durch das; sog. Hintergießen. Beim Tränken der Chrommatrix entsteht gleichzeitig zumindest der an den Kontaktring angrenzende Teil der Wand des Kontaktträgers. Damii; erübrigt sich eine spätere Verbindung der Wand mit dem Kontaktring, die die sprunghafte Widerstandsänderung verhindern würde.

Nach einer vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung hat das Tränkmetall Kupfer des Kontaktrings einen Zusatz von Eisen bis zu 15% und/oder von Kobalt bis zu 20%. Beide erhöhen den ohmschen Widerstand des: Kontaktmaterials. Kobalt erhöht zusätzlich den Dampfdruck und verringert damit den Abreißstrom. Der Kontaktträger besteht aus Kupfer mit einem Zusatz von Chrom bis zu 1%.

Weiter ist vorteilhaft, wenn, wie an sich bekannt, die schrägen Schlitze in den Wänden der Kontaktstücke bis in den Boden reichen. Dabei können sie im Boden bis zu den zentralen Stromzuführungsbolzen gehen, auf denen die Kontaktstücke befestigt sind. Die Stromve! eilung wird dadurch besser.

An Hand der Figuren der Zeichnung soll die Erfindung nachstehend mit weiteren Einzelheiten näh;r erläutert werden. Es zeigt

F i g. 1 einen Längsschnitt durch einen schematisch dargestellten Vakuumschalter gemäß der Erfindung,

F i g. 2 eine vergrößerte Seitenansicht eines Kontaktstücks und

Fig. 3 eine Draufsicht auf den Kontaktträger nach F i g. 2 mit abgenommenem Kontaktring.

Der in Fig. 1 schematisch dargestellte Vakuumschalter weisi ein evakuiertes Gehäuse auf, das aus einem zylindrischen Isolierkörper 3 aus Glas oder Keramik und aus zwei die Stirnseiten des Isolierkörpers 3 vakuumdicht verschließenden metallischen Endplatten 4 und 5 besteht. Innerhalb dieses vakuumdichten Gehäuses sind einander gegenüberstehend zwei trennbare Kontaktstücke 1,2 angeordnet, von denen eines (1) an einem feststehenden massiven Stromzuführungsbolzen 6 und das andere (2) an einem bewegbaren massiven Stromzuführungsbolzen 7 befestigt isu Die Stromzuführungsbolzen 6, 7 dienen zur Stromzuführung und zur mechanischen Führung der Kontaktstücke 1, 2. Der bewegliche Stromzuführungsbolzen 7 ist mit einem Metallbalg 8 verbunden, der den Vakuumschalter zwischen dem beweglichen Stromzuführungsbolzen 7 und der Endplatte 5 hermetisch abdichtet. Üblicherweise ist in Vakuumschaltern eine Abschirmung 9 zum Schutz des Isolierkörpers 3 vor einem Niederschlag von Metallpartikelchen vorgesehen, die beim Abschalten aus den Kontaktstücken 1, 2 verdampfen oder aus diesen herausgerissen werden können.

Die F i g. 2 zeigt in vergrößerter Seitenansicht und die Fig.3 in vergrößerter Draufsicht von den beiden symmetrisch ausgebildeten Kontaktstücken 1, 2 als Beispiel das Kontaktstück Z Das Kontaktstück 2 besteht aus einem metallischen Kontaktträger 16 und aus einem dünnen metallischen Kontaktring 15, der in Fig.3 zur besseren Übersicht weggelassen ist. Der Kontaktträger 16 ist topfförmig ausgebildet und hat

ίο einen Boden 14 und eine zylindermanteüörmige Wand 11. Die Wand U ist durch radiale schräg zur Achse verlaufende Schlitze 13 in Segmente 12 unterteilt. Das Kontaktstück 2 hat eine Schlitzung, die zu der des Kontaktstückes 1 symmetrisch ist. Diese Symmetrie ist doppelt: einesteils ist in der Ansicht längs der Kontaktstückachse die Neigung der Schlitze 13 zur Achso bei beiden sich gegenüberstehenden Kontaktstücken 1, 2 unterschiedlich (aus Fig. 1 ersichtlich); andernteils verlaufen die Schlitze 13 in der Draufsicht auf beide Kontaktflächen (für das Kontaktstück 2 mit abgenommenem Kontaktring vgl. Fig.3) gegenüber den Radien um die Achse verdreht als Teile von Sekanten, und dies bei beiden Kontaktstücken 1, 2 in unterschiedlicher Drehrichtung, so daß bei aufeinanderliegenden Kontaktstücken I₁ 2 die Schlitze 13 in ihrem ganzen Verlauf auf den Kontaktflächen aufeinander zu liegen kommen.

Aus F i g. 3 ist zu ersehen, daß sich die Schlitze 13 bis in den Boden 14 fortsetzen. Sie können beispielsweise durch Einsägen des Kontaktträgers 16 mit einer Kreissäge hergestellt werden.

Der Kontaktträger 16 besteht aus Kupfer, dem Chrom bis zu 1% zugesetzt ist. Der Kontaktring 15 besteht aus einer Chrommatrix, die mit Kupfer mil

j5 Zusatz von Chrom bis zu 1% getränkt ist. Die Chrommatrix einschließlich des Tränkmetalls hat eine spezifische elektrische Leitfähigkeit, die um mindestens den Faktor 3 geringer ist als die des Kontaktträgers 16. Die Leitfähigkeit an der Übergangsstelle von Kontakt-

4(i träger 16 zum Kontaktring 15 ändert sich sprunghaft.

Vorteilhaft ist, wenn eine notwendige Lotschicht möglichst tief, möglicherweise auf den Boden 14 gelegt wird. Dann kann der Einfluß des verdampfenden Lots auf den Lichtbogen nahezu ausgeschaltet werden. Weil durch das Hintergießen die zylindermantelförmige Wand 11 zumindest mit ihrem dem Kontaktring 15 zugewandten Teil gleichzeitig beim Tränken des Matrixmetalls Chrom des Kontaktrings 15 mit dem Tränkmetall Kupfer aus dem Tränkmetall entsteht, ist der Kontaktring 15 bereits mit der Wand 11 verbunden. Die Verbindung der Wand 11 mit dem Boden 14 erfolgt dann tiefgelegt durch Lötung von Kupfer auf Kupfer. Eine solche Lötung ist einfacher durchzuführen als die Lötung des Kontaktrings 15 aus Chrom-Kupfer auf Kupfer bzw. auf das Material der Wand 11. Dieses Hintergießen des Kontaktrings 15 ermöglicht damit neben dem sprunghaften Leitfähigkeitsverlauf den Vorteil des einfacheren Lötens und den der tiefer sitzenden Lotschicht.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen

Claims (3)

Patentansprüche:

1. Elektrischer Vakuumschalter mit zwei aus elektrisch leitfähigem Material bestehenden topfförmigen Schaltkontaktstücken mit jeweils folgenden Merkmalen:

a) das Schaltkontaktstück hat einen Kontaktträger mit einem Boden und einer zylindermantelförmigen Wand;

b) die Wand des Kontaktträgers ist durch schräg zur Schaltkontaktstückachse verlaufende Schlitze in Segmente aufgeteilt;

c) auf die Wand des Kontaktträgers ist an der dem Boden abgewandten Stirnseite ein Kontaktring mit einer ringförmigen Kontaktfläche aufgesetzt;

d) der Kontaktträger besteht im wesentlichen aus Kupfer;

e) der Kontaktring besteht aus einer Chrommatrix mit einem Tränkmetall, im wesentlichen aus Kupfer;

gekennzeichnet durch die folgenden Merkmale:

f) die elektrische Leitfähigkeit des Kontaktrings (15) ist um mindestens den Faktor 3 geringer als die des Kontaktträgers (16);

g) zumindest ein Teil der Wand (11) des Kontaktträgers (16) besteht aus dem Tränkmetall des Kontaktrings (15) und ist gleichzeitig beim Tränken durch sogenanntes Hintergießen entstanden;

h) der aus dem Tränkmetali bestehende Teil der Wand (11) ist auf den restlichen Teil der Wand (11) bzw. bei vollständig aus dem Tränkmetall bestehender Wand (11) auf dem Boden (14) des Kontaktträgers (16) aufgelötet.

2. Vakuumschalter nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Kontaktträger (16) aus Kupfer mit einem Zusatz von Chrom bis zu 1% besteht und das Tränkmetall des Kontaktrings (15) einen Zusatz von Eisen bis zu 15% und/oder von Kobalt bis zu 20% hat.

3. Vakuumschalter nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Schlitze in den Wänden (11) bis in die Böden (14) der Kontaktstücke (1,2) reichen.