DE2740994A1

DE2740994A1 - Vakuumschalter

Info

Publication number: DE2740994A1
Application number: DE19772740994
Authority: DE
Inventors: Gerhard Dr Peche
Original assignee: Siemens AG
Current assignee: Siemens AG
Priority date: 1977-09-12
Filing date: 1977-09-12
Publication date: 1979-03-22
Also published as: DE2740994B2; JPS5450969A; ES473278A1; DE2740994C3; GB2004125B; GB2004125A; CH635703A5; US4243859A

Description

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AKTIENGESELLSCHAFT Unser Zeichen

Berlin und München _ VPA 77 P 1 1 3 9 BRD

Vakuumschalter

Die Erfindung betrifft einen Vakuumschalter mit einem feststehenden und einem bewegbaren Kontaktbolzen, deren einander gegenüberstehende Stirnflächen von diskusförmigen, einen ringförmigen inneren Hohlraum aufweisenden Kontaktscheiben umgeben sind, die mit ihren einander abgewandten Seiten an den Kontaktbolzen befestigt sind.

Ss ist eine Vielzahl von unterschiedlichen Kontaktgeometriekonstruktionen für Vakuumschalter bekannt. In der Praxis haben sich bisher Jedoch nur scheiben- oder topfförmige Kontaktkonstruktionen durchgesetzt (man vergl. z.B. die DT-AS 1 210 933 und 1 196 751). Die scheibenförmigen Kontaktkonstruktionen sind im allgemeinen kostengünstiger als die topfförmigen Konstruktionen, da ihre Bearbeitung sehr viel einfacher ist. Die scheibenförmigen Kontakte haben eine zentrale Stromzuführung und im abgeschrägten Rand der Scheibe einige sichelförmige Schlitze.

Eine wesentliche Verbesserung dieser bewährten Kontaktgeometrie ist in der DT-OS 2 352 540 beschrieben. Bei diesen Vakuumschalterkontakten besitzen sowohl die zentralen Kontaktflächen als auch Lichtbogenlaufflächen eine getrennte Stromzuführung. Dies hat zur Folge, daß bei der Wanderung der Lichtbogenfußpunkte in

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radialer Richtung anfangs die vom Zentrum weggeführten Stromkräfte zunehmen, dann aber in zentraler Richtung wirkende Kräfte auftreten, wenn sich die Fußpunkte dem Rand der Schaltstücke nähern. Es können daher keine Stromkräfte auftreten, welche die Lichtbögen aus dem Raum zwischen den Schaltkontakten heraustreiben. Von Nachteil ist Jedoch, daß Schaltkontakte mit dieser Kontaktgeometrie nur sehr schwer herstellbar sind und deswegen die Kontakte sehr kostspielig werden. Außerdem hat der Lichtbogen auf der zentralen Stromzuführung wegen des niedrigen Widerstandes der Kontaktbolzen gute Gelegenheit, zu kontrahieren. Dadurch können Kontakterosionen zustande kommen, die auf Schaltkontaktoberflächen von Vakuumschaltern unerwünscht sind. Ferner sind Spalte mit scharfen Kanten an der engsten Stelle des Kontaktspalts wegen der sich an den Kanten ausbildenden hohen elektri- sehen Feldstärke bei dielektrischer Beanspruchung unerwünscht.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, diese Nachteile zu vermeiden und eine Kontaktgeometrie zu schaffen, die sehr kostengünstig ist. Zur Lösung dieser Aufgabe ist bei einem Vakuumschal- ter der eingangs genannten Art erfindungsgemäß vorgesehen, daß die Stirnflächen der Kontaktbolzen gegenüber den Innenwänden der einander zugewandten Seiten der Kontaktscheiben mit diesen jeweils einen Innenspalt bildend zurückversetzt sind und zwar derart, daß sich beim Abschalten zunächst nur die Innenspalte zwi- sehen den Stirnflächen der Kontaktbolzen und den sie umgebenden Kontaktscheiben öffnen, so daß der gezündete Lichtbogen nur über die Kontaktscheiben gespeist wird.

Es ist zweckmäßig, daß die Kontaktscheiben auf ihren einander abgewandten Seiten jeweils mit mindestens einer öffnung versehen sind, so daß in den Hohlräumen der Kontaktscheiben die gleichen Druckverhältnisse wie im Innenraum des Vakuumschalters herrschen.

Gemäß einer Weiterbildung der Erfindung sind die Kontaktscheiben an der Peripherie mit schrägen Schlitzen versehen, die in sich gerade sind und durch die eine Lichtbogenrotation erreicht wird.

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Gemäß einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung ist zwischen die einander zugewandten Seiten und die einander abgewandten Seiten der beiden Kontaktscheiben je ein rohrfSrmiges Zwischenstück vorzugsweise aus Bor-Kupfer, Chrom-Kupfer, Zirkon-Kupfer oder Beryllium-Kupfer eingesetzt. Durch die damit erzielte Vergrößerung der Oberfläche der beiden Kontaktscheiben sind diese zur Aufnahme höherer Ströme befähigt. Im Prinzip kann die Oberfläche der Kontaktscheiben durch Vergrößerung des Durchmessers ebenfalls auf eine erforderliche Oberflächengröße gebracht werden.

Konstruktiv ist damit jedoch ein Vakuumschalter mit entsprechendem Durchmesser nötig. Die zwischengesetzten Rohre erlauben dagegen den Bau von schlanken Kontakten mit diskusförmigen Endscheiben für Vakuumschalter mit kleinerem Bauvolumen und optimierter Abschaltleistung. Die Mantelfläche der zwischengesetzten Rohre kann zweckmäßig durch schräge Schlitze ebenfalls in einzelne Strombahnen aufgeteilt sein.

An Hand der Figuren der Zeichnung soll die Erfindung nachstehend mit weiteren Merkmalen näher erläutert werden. Es zeigt

Fig. 1 einen Vakuumschalter mit den erfindungsgemäßen Schaltkontaktscheiben im Schnitt,

Fig. 2 die beiden Schaltkontaktscheiben im Schnitt, Fig. 3 eine Draufsicht,

Fig. 4 eine perspektivische Ansicht einer der beiden Schaltkontaktscheiben und

Fig. 5 eine andere Ausführungsform der beiden Schaltkontaktscheiben.

Der in Fig. 1 dargestellte Vakuumschalter besteht aus einem rohrförmigen Isolierkörper 1, in dessen Mitte über einen Flansch 2 ein Metallschirm 3 aufgehängt ist, der die beiden Schaltkontakte 6, 7 konzentrisch umgibt. Der rohrförmige Isolierkörper 1 ist durch zwei metallische Endflansche 4 und 5 verschlossen. Im Endflansch 4 ist der feststehende Schaltkontakt 6 befestigt. Durch den Endflansch 5 ist der bewegbare Schaltkontakt 7 geführt und über einen am Endflansch 5 innen befestigten Metallbalg 8 vakuumdicht verschlossen. Der Pumpstengel, über den der Vakuumschalter

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evakuiert ist, ist in der Figur nicht dargestellt. Die erfindungsgemäß vorgeschlagene Kontaktkonstruktion ist für den feststehenden und den bewegbaren Schaltkontakt gleich bis auf eine Schlitzung 20 (Fig. 3 und 4), die in den Schaltkontaktscheiben gegenläufig ist.

Bei den in Fig. 2 dargestellten erfindungsgemäßen Schaltkontakten 6, 7 mit einem feststehenden Kontaktbolzen 9 und einem bewegbaren Kontaktbolzen 10 sind deren einander gegenüberstehende Stirnflä chen 17, 18 von diskusförmigen, einen ringförmigen inneren Hohl raum aufweisenden Kontaktscheiben 11, 12 umgeben, die mit ihren einander abgewandten Seiten 13, 16 an den Kontaktbolzen 9, 10 befestigt sind. Die Stirnflächen 17, 18 der Kontaktbolzen 9, 10 sind gegenüber den Innenwänden der einander zugewandten Seiten 14, 15 der Kontaktscheiben 11, 12 mit diesen jeweils einen Innenspalt 19 bildend zurückversetzt.

Die massiven Kontaktbolzen 9, 10 bestehen vorzugsweise aus Kupfer und können zweckmäßig in ihrer Festigkeit durch einen einprozen tigen Zusatz von Bor, Beryllium, Chrom und/oder Zirkon erheblich verbessert werden. Die Stirnflächen 17, 18 der Kontaktbolzen 9, 10 sind durch die diskusförmigen Kontaktscheiben 11, 12 oberflächlich bedeutend vergrößert. Dabei sind die einander zugekehrten Seiten 14, 15 aus einem geeigneten, dem Lichtbogen wider- stehenden Kontaktmaterial, vorzugsweise Chrom-Kupfer, Wolfram-Kupfer, Kobalt-Kupfer oder Molybdän-Kupfer, hergestellt und mit den Gegenseiten 13>16 der diskusförmigen Schaltkontaktscheiben 11, 12 an einer ringförmigen Außennaht mit den Kontaktbolzen 9, 10 hart verlötet. Die einander abgewandten Seiten der Kontakt scheiben 11, 12 bestehen vorzugsweise aus reinem Kupfer oder aus Kupfer, dem 1 bis 3 % Bor, Beryllium, Chrom und/oder Zirkon hinzu legiert ist.

Um die Fußpunkte der brennenden Entladung elektromagnetisch zu bewegen, sind schräge Schlitze 20 am äußeren Umfang der diskusförmigen Kontaktscheiben 11, 12 vorgesehen, wie das aus den Figuren 3 und 4 ersichtlich ist. Die Schlitze 20 sind vorzugsweise

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in sich gerade un können mit einer Kreissäge geschnitten werden. Es ist dabei vorteilhaft, borlegiertes Kupfer für die Kontaktscheiben 11, 12 zu verwenden, da die Schnittkanten dann gratfrei bleiben. Bei dem Verlöten der Scheiben 11, 12 mit ihren einander abgewandten Seiten 13, 16 an den Kontaktbolzen 9» 10 wird Jeweils ein kleiner Spalt 19 zwischen der Innenseite der einander zugewandten Seiten 14, 15 der Kontaktscheiben 11, 12 und den Stirnflächen 17, 18 der Kontaktbolzen 6, J₁ die vorzugsweise auf ihren Stirnflächen eine Kontaktauflage tragen, eingehalten.

Bei Vakuumschaltern mit großen Nenn-Kurzschlußausschaltströmen und entsprechenden Nenn-Kurzschlußeinschaltströmen (2,5fach) sind verhältnismäßig große Kontaktdrucke vorgeschrieben, damit die elektrodynamisehen Kräfte des Einschaltstroms die Kontakte nicht öffnen. Die erfindungsgemäß vorgeschlagene Kontaktgeometrie ist in ihrer diskusförmigen Scheibe schwach elastisch, so daß unter dem Kontaktdruck sich auch die Innenspalte 19 zwischen den Stirnflächen 17, 18 der Kontaktbolzen 9, 10 und den Innenwänden der einander zugewandten Seiten 14, 15 der Kontaktscheiben 11, 12 schließen. Dadurch wird ein kleiner Bahnwiderstand des geschlossenen Strompfades erreicht und die Deformation der Diskusscheiben vermieden. Im Abschaltaugenblick öffnen sich zunächst die Innenspalte 19 zwischen den Stirnflächen 17, 18 der Kontaktbolzen 9, 10 und den Innenwänden der einander zugewandten Seiten 14, 15 der Kontaktscheiben 11, 12, so daß der zwischen den beiden einander zugewandten Seiten 14, 15 gezündete Lichtbogen nur über die Kontaktscheiben 11, 12 gespeist wird. Die Lichtbogenfußpunkte werden also von der Zündung durch die schräge Schlitzung auf einer Kreisbahn und durch die Speisung über die diskusförmigen Kontaktscheiben 11, 12 zur Entladungsmitte hingetrieben. Die Kontaktauflagen auf den Stirnflächen 17, 18 der Kontaktbolzen 9, sind vorzugsweise ebenfalls aus Chrom-Kupfer, Wolfram-Kupfer, Kobalt-Kupfer oder Molybdän-Kupfer hergestellt, um Kontaktverschmelzungen zwischen den Stirnflächen 17, 18 der Kontaktbolzen 9, 10 und den Innenseiten 14, 15 der Kontaktscheiben 11, 12 zu vermeiden. Die Kontaktbolzen 9, 10 können an der Lötstelle mit einem nicht dargestellten Absatz versehen sein, der automatisch für den jeweiligen Innenspalt 19 sorgt.

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Bel den In Flg. 5 dargestellten Schaltkontakten 6, 7 mit den Kontaktbolzen 9 und 10, die auf ihren Stirnflächen 17, 18 wiederum eine Kontaktauflage tragen und die gegenüber den Innenwänden der einander zugewandten Seiten 14, 15 der Kontaktscheiben 11, 12 mit diesen jeweils einen Innenspalt 19 bildend zurückversetzt sind, ist zwischen die einander abgewandten Seiten 13, 16 und die einander zugewandten Seiten 14, 15 der beiden Kontaktscheiben 11, 12 je ein rohrförmiges Zwischenstück 22, 23 eingesetzt. In diesem Ausführungsbeispiel ist an der Lötstelle an den Kontaktbolzen 9, 10 ein angerollter Anschlag 21 vorgesehen, der für den jeweiligen Innenspalt 19 sorgt.

12 Patentansprüche, 5 Figuren.

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Claims

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1.) Vakuumschalter mit einem feststehenden und einem bewegbaren Kontaktbolzen, deren einander gegenüberstehende Stirnflächen von diskusförmigen, einen ringförmigen inneren Hohlraum aufweisenden Kontaktscheiben umgeben sind, die mit ihren einander abgewandten Seiten an den Kontaktbolzen befestigt sind, dadurch gekennzeichnet , daß die Stirnflächen (17, 18) der Kontaktbolzen (9, 10) gegenüber den Innenwänden der einander zugewandten Seiten (14, 15) der Kontaktscheiben (11, 12) mit diesen Jeweils einen Innenspalt (19) bildend zurückversetzt sind.

2. Vakuumschalter nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet , daß die Kontaktscheiben (11, 12) auf ihren einander abgewandten Seiten (13, 16) jeweils mit mindestens einer öffnung versehen sind.

3. Vakuumschalter nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet , daß die Kontaktscheiben (11, 12) an der Peripherie mit schrägen Schlitzen (20) versehen sind, die in sich gerade sind.

4. Vakuumschalter nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet , daß die schräge Schlitzung (20) in den Kontaktscheiben (11, 12) gegenläufig ist.

5. Vakuumschalter nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet , daß die massiven Kontaktbolzen (9, 10) aus Kupfer bestehen.

6. Vakuumschalter nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß dem Kupfer der massiven Kontaktbolzen (9» 10) ein maximal einprozentiger Zusatz von Bor, Chrom, Zirkon und/oder Beryllium hinzulegiert ist.

7. Vakuumschalter nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet , daß die einander zugewandten

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Seiten (14, 15) der Kontakts cheib en (11, 12) aus Chrom-Kupfer, Wolfram-Kupfer, Kobalt-Kupfer oder Molybdän-Kupfer bestehen.

8. Vakuumschalter nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet , daß die einander abgewandten Seiten (13, 16) der Kontaktscheiben (11, 12) aus Kupfer bestehen.

9. Vakuumschalter nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet , daß dem Kupfer der einander abgewandten Seiten (13, 16) der Kontaktscheiben (11, 12) ein Zusatz von 1 bis 3 % Bor, Chrom, Zirkon und/oder Beryllium hinzulegiert ist.

10. Vakuumschalter nach einem der Ansprüche 1 bis 9, dadurch gekennzeichnet , daß die Stirnflächen (17, 18) der Kontaktbolzen (9, 10) mit einer Auflage aus Chrom-Kupfer, Wolfram-Kupfer, Kobalt-Kupfer oder Molybdän-Kupfer versehen sind.

11. Vakuumschalter nach einem der Ansprüche 1 bis 10, dadurch gekennzeichnet , daß zwischen die einander zugewandten Seiten (14, 15) und die einander abgewandten Seiten (13, 16) der beiden Kontaktscheiben (11, 12) je ein rohrförmiges Zwischenstück (22, 23) eingesetzt ist.

12. Vakuumschalter nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet , daß das rohrform!ge Zwischenstück (22, 23) aus Bor-Kupfer, Chrom-Kupfer, Zirkon-Kupfer oder Beryllium-Kupfer besteht.

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