DE2707148A1

DE2707148A1 - Vakuumschalter mit magnetspule

Info

Publication number: DE2707148A1
Application number: DE19772707148
Authority: DE
Inventors: Auf Nichtnennung Antrag
Original assignee: Hazemeijer BV
Current assignee: Hazemeijer BV
Priority date: 1976-02-19
Filing date: 1977-02-18
Publication date: 1977-09-01
Also published as: DE2707148C3; IN147311B; AU2245077A; FR2341932B1; CH638926A5; ZA771001B; DK72177A; CA1069159A; NO143646B; NO143646C; ATA112577A; NL162238C; US4115672A; FR2341932A1; NO770553L; IT1116713B; GB1529669A; SE7701787L; JPS5812966B2; DE2707148B2

Description

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1OO34 Sch/Ba

BO 5412 IHe * 3·

NL-Patentanm. Nr. 76.Ο169Ο

vom 19. Februar 1976 Dr. Dieter ν. BeioW

DIpI.-In j. Πγ.·!?γ Srf'.Qt«

DIpI.-Ing. Woiigtrng Heusler

β München 86, Postfach 860668

HAZEMEIJER B.V., Tuindorpstraat 61, Hengelo (Miederlande)

Vakuumschalter mit Magnetspule

Die Erfindung bezieht sich auf Vakuumschalter und zugehörige elektromagnetische Spulenanordnungen.

In der GB-PS 1 258 015 ist ein Vakuumschalter mit einem evakuierten zylindrischen Gehäuse beschrieben, in dem zwei gegeneinander bewegliche Kontaktelemente angeordnet sind, die bei geöffnetem Schalter durch einen Isolierspalt elektrisch voneinander getrennt sind, der sich symmetrisch an der Mittelachse des zylindrischen Gehäuses befindet; ferner ist koaxial um das Gehäuse eine elektromagnetische Spule angeordnet, die bei geschlossenem Schalter elektrisch in Reihe zu den beiden Kontaktelementen liegt und ein axiales Magnetfeld im Bereich des Strom-Durchgangs zwischen den geschlossenen Kontaktelementen erzeugt.

Bei diesem bekannten Schalter ist ein Ende der Spule fUr den

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Anschluß an eine äußere Schaltung vorgesehen, während das andere Ende der Spule mit einem der Kontakte leinen te des Vakuumschaltere verbunden ist, dessen anderes Kontaktelement ebenfalls für die Herstellung einer Verbindung zu einer äußeren Schaltung verwendet wird. Wenn der Vakuumschalter ausgeschaltet wird, wird das bewegliche Kontakte leinen t von dem festen Kontaktelement wegbewegt, und weil der zu unterbrechende Strom durch die Spule fließt, wird im Bereich des Kontaktspaltes ein axiales magnetisches Feld erzeugt, das praktisch parallel zu dem im Spalt erzeugten Funken verläuft. Das axiale magnetische Feld verbessert die Unterbrechungsfähigkeit des Vakuumschalters.

Es ist sehr wichtig, daß die Flußlinien des magnetischen Feldes im Spalt in axialer Richtung parallel zur Mittelachse des zylindrischen Gehäuses verlaufen, damit die störenden Magnetfelder im Spalt, welche von elektrischen Strömen in den Spulenanschlüssen und anderen benachbarten Leitern herrühren, so klein wie möglich gehalten werden. Derartige Störungen des Feldes führen dazu, daß der Lichtbogen nicht die gesamte Kontaktoberfläche ausnutzt, so daß die Unterbrechungeeigenschaften des Schalters wegen der verkleinerten Kontaktfläche verschlechtert werden, da die Unterbrechungseigenschaften sich umgekehrt proportional zur Kontaktoberfläche verändern, wie dies in einer Veröffentlichung von Mitchell "High Current Vacuum Art" Teil I, "An Experimental Study" in der Zeitschrift "Proceedings of the IEE", Band 117, Nr. 12 vom Dezember 1970 auf den Seiten 2315 bis 2326 erörtert ist.

Die Aufgabe der Erfindung besteht in der weitestgehenden Eliminierung jeglicher störender Magnetfelder 1» Kontaktspalt, d.h. Magnetfelder, deren Flußlinien nicht in Axialrichtung verlaufen. Zu diesem Zweck wird vorgeschlagen, die Anschlüsse der elektromagnetischen Spule koaxial zum zylindrischen Gehäuse vorzusehen.

Gemäß einem Aspekt der Erfindung weist ein Vakuumschalter ein

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evakuiertes zylindrisches Gehäuse auf, in welchem sich zwei Kontaktelemente befinden, die gegeneinander bewegbar sind, so daß sie in einem geschlossenen Zustand einen elektrischen Kontakt bilden und in einem geöffneten Zustand des Schalters durch einen elektrisch isolierenden Zwischenraum voneinander getrennt sind. Der Spalt ist symmetrisch bezüglich der Kontaktachse des zylindrischen Gehäuses angeordnet, und koaxial um das Gehäuse ist eine elektromagnetische Spule vorgesehen, die in Reihe mit den beiden Kontaktelementen geschaltet ist, wenn sich der Schalter in seinem geöffneten Zustand befindet, und die ein axiales Magnetfeld im Bereich des Stromdurchgangs zwischen den geschlossenen Kontaktelementen erzeugt. Die Enden der elektromagnetischen Spule sind jeweils mit elektrisch leitenden Anschlußringen verbunden, von denen einer mit dem die elektromagnetische Spule koaxial umgebenden elektrisch leitenden zylindrischen Gehäuses verbunden ist, während der andere an eine elektrisch leitende Scheibe mit einer Mittelbohrung angeschlossen ist, in welcher ein erster Mittelleiter montiert ist. Ein Ende des zylindrischen Gehäuses ragt über diesen anderen Ring und ist elektrisch mit einem scheibenförmigen elektrisch leitenden Basisteil verbunden, das mit einer zentralen Öffnung versehen ist, in welcher ein zweiter Mittelleiter montiert ist. Zwischen der elektromagnetischen Spule, dem anderen Verbindungsring und dem Gehäuse ist ebenso wie zwischen der elektrisch leitenden Scheibe und dem scheibenförmigen Basisteil Isoliermaterial vorgesehen. Eines der Kontaktelemente ist mit dem ersten Mittelleiter verbunden, während das zweite Kontaktelement und der zweite Mittelleiter dem Anschluß der elektrischen Schaltung dient, welche durch den Vakuumschalter geschaltet werden soll.

Bei dem erfindungsgemäßen Vakuumschalter sind sämtliche Leiter, welche strom zu und von den Spulen führen, so angeordnet, daß der Strom sich gleichmäßig verteilt und sein Magnetfeld im Bereich des Kontaktspaltes vernachlässigt werden kann.

Bei einer bevorzugten Ausführungsform sind zwei Mittelleiter

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mit einer gemeinsamen Mittelöffnung versehen, durch welche ein Bolzen ragt, zwischen dem und der öffnung sich Isoliermaterial befindet. Der von dem ersten Mittelleiter wegragende Teil des Bolzens ist mit einem Schraubengewinde versehen, das mit einer Gewindebohrung in dem einen Kontaktelement zusammenwirkt.

Die elektromagnetische Spule kann drei parallele wendeiförmige Leiter aufweisen, deren Verbindungspunkte zu den AnschluBringen symmetrisch jeweils um 120° versetzt sind. Gegenüber einer Spule mit nur einer Windung gleichen Querschnittes ergibt sich dabei der Vorteil, daß die gesamte Kühloberfläche vergrößert wird, so daß die Wärmeabführung verbessert ist und die Spule in kompakterer Form realisiert werden kann.

Gemäß einem weiteren Aspekt der Erfindung ist eine elektromagnetische Spulenanordnung zur Verwendung bei einem Vakuumschalter gemäß dem vorerwähnten ersten Aspekt der Erfindung derart ausgebildet, daß der die AnschlußrInge, die elektromagnetische Spule, das zylindrische Gehäuse, die Scheibe, den ersten Mittelleiter, das scheibenförmige Basisteil mit dem zweiten Leiter und das Isoliermaterial umfassende Aufbau selbsttragend in Form eines Bechers ausgebildet ist, in dem der Vakuumschalter mit Hilfe des Bolzens montiert ist.

Die Erfindung sei nun im einzelnen anhand eines in den beiliegenden Zeichnungen veranschaulichten Ausführungsbeispiels näher erläutert. Es zeigen:

Fig. 1 einen Längsschnitt gemäß der Linie I-I aus Fig. 2

durch eine elektromagnetische Spulenanordnung gemäß der Erfindung;

Fig. 2 eine Draufsicht auf die Spulenanordnung gemäß Fig. 1; und

Fig. 3 eine der Fig. 1 ähnliche Schnitt ansicht, die jedoch den gesamten Vakuumschalter zeigt.

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Hie aus den Flg. 1 und 2 ersichtlich ist, weist die elektromagnetische Spulenanordnung drei parallele wendeiförmige Leiter 3¹, 3" und 3"' auf» die an einem Ende mit einem oberen Anschlufiring 1 und am anderen Ende mit einem unteren AnschluBring 4 elektrisch verbunden sind. Hie Fig. 2 erkennen läßt, sind die Anschlufipunkte der drei wendeiförmigen Leiter 3¹, 3", 3"' mit dem oberen Anschlufiririg 1 symmetrisch um 120° versetzt. Jeder wendeiförmige Leiter 3', 3" und 3"' bildet eine vollständige Hindung um die Mittelachse dieser Leiter, so daß ihre Anschlußpunkte mit dem unteren Anschlufiring 4 jeweils lotrecht unter den Verbindungspunkten mit dem oberen AnschluBring 1 liegen.

Die elektromagnetische Spule ist koaxial von einem zylindrischen Gehäuse 2 aus leitendem Material umgeben, dessen eines Ende über den unteren Anschlufiring 4 hinausragt und mit Hilfe eines scheibenförmigen elektrisch leitenden Basisteils 12 verschlossen ist. An seiner Oberseite ist das Gehäuse 2 elektrisch mit dem oberen Anschlufiring 1 verbunden. Der untere Anschlufiring 4 ist elektrisch mit einem Mittelleiter 10 über eine Scheibe 11 verbunden. Der Leiter 10 sitzt in einer Mittelöffnung der Scheibe 11, und das Basisteil 12 ist mit einer Mittelöffnung versehen, in welcher ein zweiter Mittelleiter 14 befestigt ist. Zwischen den Spulen 3', 3", 3"' und dem Gehäuse 2 befindet sich Isoliermaterial 9, und ebenso befindet sich Isoliermaterial 5 zwischen der Scheibe 11 und dem Basisteil 12. Die beiden Leiter 10 und 14 haben eine gemeinsame Mittelöffnung, durch welche ein Bolzen 7 pafit, der von diesen beiden Leitern durch eine Isolierbüchse 6, einen Isolierstopfen 8 und Isolierringe 13 isoliert ist.

Fig. 3 zeigt einen Vakuumschalter 15, der in die Spulenanordnung gemäß den Fig. 1 und 2 hineinpaßt. Ein unterer Leiter 16 des Vakuumschalters 15 ist in dem gemäß Fig. 1 und 2 becherförmigen Aufbau mit Hilfe des Bolzens 7 befestigt, so daß der Leiter 16 gegen den Mittelleiter 10 gezogen wird.

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Soll der Vakuumschalter 15 gemäß Flg. 3 an eine Schaltung angeschlossen werden, dann wird ein Anschluß dieser Schaltung mit dem Mittelleiter 14 und ihr anderer Anschluß mit dem oberen Leiter 17 des Vakuumschalters verbunden. Wird der Vakuumschalter 15 geöffnet, dann werden die Kontaktelemente 18, 19 auseinandergezogen, indem der obere bewegliche Leiter 17 angehoben wird, wobei diese Bewegung durch einen mit dem Leiter 17 verbundenen Balg ermöglicht wird. Zwischen den beiden Kontaktelementen 18 und 19 entsteht dann ein Lichtbogen, und der zu unterbrechende Strom fließt dann vom Mittelleiter 14 über das Basisteil 12, das Gehäuse 2, den oberen Anschlußring 1, die Leiter 3', 3", 3^HI, den unteren Anschlußring 4, die Scheibe 11 und den anderen Mittelleiter 10 zum unteren Leiter 16 des Vakuumschalters 15 und von dort über den Lichtbogen zum oberen Kontaktelement 19 des Vakuumschalters. Im Bereich des Kontaktspaltes 20 wird durch die Leiter 3⁽, 3" und 3"' ein axiales Magnetfeld erzeugt.

Der Strom wird den Leitern 3', 3" und 3"' derart zugeführt, daß er keine Störung des durch die Leiter 3', 3" und 3"' im Kontaktspalt 20 erzeugten axialen Magnetfeldes hervorruft.

Es sei darauf hingewiesen, daß der in Fig. 3 dargestellte Vakuumschalter ein höheres Stromunterbrechungsvermögen als ohne diese Spulenanordnung hat: Man kann daher einen Vakuumschalter ohne die elektromagnetische Spulenanordnung als Lastschalter und zusammen mit der Spulenanordnung als Leistungsschalter benutzen. Der eigentliche Schalter kann daher in größeren Stückzahlen produziert werden, so daß sich seine Herstellungskosten erniedrigen, und außerdem können einige Schalter für höhere Schaltleistung in Schaltanlagen verwendet werden, indem sie mit einer Spulenanordnung gemäß Fig. 1 versehen werden. Dies läßt sich auf sehr einfache Weise durchführen, weil die Anschlüsse und Abmessungen des Schalters selbst mit oder ohne die Spulenanordnung praktisch kaum voneinander abweichen.

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Claims

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Patentansprüche

(1) Vakuunschalter mit einem evakuierten zylindrischen Gehäuse, innerhalb dessen sich zwei Kontaktelemente befinden, die derart gegeneinander bewegbar sind, daß sie in einem geschlossenen Zustand des Schalters einen elektrischen Kontakt zwischen sich bilden und in offenen Zustand des Schalters durch einen elektrisch isolierenden Spalt voneinander getrennt sind, der symmetrisch bezüglich der Mittelachse des zylindrischen Gehäuses liegt, um welches koaxial eine elektromagnetische Spule angeordnet ist, die bei geschlossenem Schalter in Reihe mit den beiden Kontaktelementen geschaltet ist und ein axiales magnetisches Feld im Bereich des Stromdurchgangs zwischen den beiden geschlossenen Kontaktelementen erzeugt, dadurch gekennzeichnet , daß die Enden der elektromagnetischen Spule (3',3",3"') je mit einem elektrisch leitenden Anschlußring (1,4) verbunden sind, deren einer (1) mit dem die elektromagnetische Spule koaxial umgebenden, elektrisch leitenden zylindrischen Gehäuse (2) verbunden ist und deren anderer (4) mit einer elektrisch leitenden Scheibe (11) verbunden ist, die eine Mittelöffnung aufweist, in der ein erster Mittelleiter (10) montiert ist, daß ein Ende des zylindrischen Gehäuses (2) über den anderen Ring (4) hinausragt und mit einem scheibenförmigen, elektrisch leitenden Basisteil (12) verbunden ist, welches mit einer Mittelöffnung ausgebildet ist, in der ein zweiter elektrischer Leiter (14) montiert ist, daß zwischen der elektromagnetischen Spule (3',3",3"'), dem anderen Anschlußring (4) und dem Gehäuse (2) ebenso wie zwischen der elektrisch leitenden Scheibe (11) und dem scheibenförmigen Basisteil (12) sich Isoliermaterial (9,5) befindet, daß eines der Kontaktelemente (16,18) mit dem ersten Mittelleiter (10) und das andere Kontaktelement (17,19) mit dem zweiten Mittelleiter (14) zum Anschluß der durch den Vakuumschalter zu schaltenden Anordnung verbunden ist.

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2) Vakuumschalter nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die beiden Mittelleiter (10,14)mit einer gemeinsamen Mittelbohrung ausgebildet sind, durch welche sich ein mittels Isoliermaterial (6) gegen die Bohrung isolierter Bolzen (7) erstreckt, dessen von dem ersten Mittelleiter (10) wegragender Teil mit einem Gewinde versehen ist, das mit einer in dem einen Kontaktelement (16,18) ausgebildeten Gewindebohrung zusammenwirkt.
3) Vakuumschalter nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die elektromagnetische Spule aus drei parallelen wendeiförmigen Leitern (3',3",3"') besteht, deren Verbindungspunkte mit den AnschluBrIngen (1,4) in einer symmetrischen Anordnung jeweils um 120° gegeneinander versetzt sind.
4) Elektromagnetische Spulenanordnung zur Verwendung bei einem Vakuumschalter gemäß einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Anschlußringe (1,4), die elektromagnetische Spule (3',3",3"'), das zylindrische Gehäuse (2), die Scheibe (11), der erste Mittelleiter (10), das scheibenförmige Basisteil (12) mit dem zweiten Leiter (14) und dem Isoliermaterial (5,9) einen selbsttragenden Aufbau in Form eines Bechers bilden, in welchem der eigentliche Vakuumschalter (15) mit Hilfe des Bolzens (7) befestigbar ist.
5) Vakuumschalter nach Anspruch 1, gekennzeichnet durch eine Ausbildung gemäß der vorstehenden Beschreibung und zeichnerischen Darstellung eines Ausführungsbeispiels.
6) Elektromagnetische Spulenanordnung für einen Vakuumschalter, gekennzeichnet durch eine Ausbildung gemäß der vorstehenden Beschreibung und zeichnerischen Darstellung gemäß den

Fig. 1 und 2 des Ausführungsbeispiele.

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