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Schaltkontaktstück für Leistungsschalter
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und Schaltschülza Die Erfindung bezieht sich auf ein Schaltkontaktstück
für Leist1lngsschalter und Schaltschütze.
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Es ist bekannt, Schaltkontaktstücke in der Form auszubilden, da3 auf
einer, nicht aus Kontaktwerkstoff bestehenden Grundplatte ein aus Kontaktwerkstoff
wie z.B. Silber bestehendes Oberteil aufgebracht ist. Diese Maßnahme dient im wesentlichen
dazu, eine Verbilligang durch Einsparung an Kontaktwerkstoff zu erreichen.
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Zur Erhöhung der Schaltleistung bei Gleichstrom-Leistungsschaltern
ist ferner bekannt, auf die Kontaktstrecke ein äußeres Magnetfeld einwirken zu lassen.
Dieses Magnetfeld verläuft quer zur Mittelachse der Kontakte und übt auf den Lichtbogen
eine Blaswirkung aus, wcbei der Lichtbogen zum Kontaktrand hin abgedrängt wird.
Nachteilig ist hierbei, daß der Abriß des Lichtbogens immer an derselben Stelle
erfolgt, sodaß sich ein ungleichmäßiger Kontaktabbrand und damit eine kurze Kontaktstück-Lebensdauer
ergibt.
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Ein weiterer Nachteil liegt darin, daß zur Erzeugung eines ausreichend
starken Magnetfeldes sowohl ein Magnet als auch Kraftlinienleitstücke eeforderlich
sind. Hierbei müssen diese Kraftlinienleitstücke in ausreichedem Abstand von den
Kontakten angebracht sein, um elektrische Überschläge zu vermeiden. Dies wiederum
ergibt einen großen Abstand der auf die Kontaktstrecke einwirkenden Magnetpole,
sodaß zur Erzeugung eines ausreichend starken Magnet feldes große Magnete in Form
von Elektro- oder Dauermagneten notwendig sind.
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Bei mehrpoligen Leistungsschaltern ergeben sich mit Rücksicht auf
die für jede Kontaktstrecke erforderlichen Funkenlöscheinrichtungen wesentlich größere
Abmessungen als bei Leistungsschaltern ohne Funkenlöscheinrichtung,
damit
verbunden sind auct höhere Gestehungskosten.
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Aus diesen Gründen wird diese bekannte Maßnahme der Lichtbogenlöschung
nur bei Gleichstrom-Leistungsschaltern angewendet, um besonders bei induktiven Lasten
und bei hohen Strömen ein sicheres Löschen des Lichtbogens zu bewirken. Bei Wechselstrom-Schaltschützen
ist es Stand der Technik, keine magnetischen Funkenlösch-Einrichtungen zu verwenden,
mit Rücksicht auf Baugröße, Preis und die Tatsache, daß bei Phasenumkehr auf jeden
Fall eine Unterbrechung des Lichtbogens eintritt.
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Aufgabe der Erfindung ist es, bei Gleichstrom als auch bei Wechselstrom
schaltenden Leistungsschaltern und Schaltschützen sowohl eine erhöhung der Schaltleistung
als auch eine wesentliche Vergrößerung der Schaltstück-Lebensdauer zu erreichen,
ohne daß eine Vergrößerung der Abmessungen notwendig wird. Weiterhin können Leistungsschaiter
gemäß der Erfindung sowohl Gleich- als auch Wechsel ströme schalten, bei Gleichstrom
ist keine Rücksichtnahme auf die Stromflußrichtung an den Kontakt strecken notwendig.
Ein weiterer Vorzug der Erfindung liegt darin, daß sich die erfindungsgemäßen Vorteile
auch bei bestehenden Leistungsschalter- und Schützkonstruktionen ohne Änderung derselben
ergeben.
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ErfindungsgemäB wird dies dadurch erreicht, daß Schaltkontaktstücke
verwendet werden, die aus der Kombination eines der Kontaktgabe und dem Stromfluß
dienenden Werkstoffs und eines, die Funkenlöschung bewirkenden dauermagnetischen
Werkstoffs bestehen.
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Diese Kombination kann gemäß der Erfindung darin bestehen, daß der
Dauermagnet als Grundplatte ausgebildet ist, mit der ein Oberteil aus Kontaktwerkstoff
fest verbunden ist.
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Gemäß einer anderen Ausführung kann dieser Dauermagnet 14 auch ringförmig
ausgebildet sein und in einer ringförmigen Ausnehmung 11 des nietförmig ausgebildeten,
aus Kontaktwerkstoff bestehenden Oberteils 2 gehaltert werden.
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Das erfindungsgemäße Schaltstück kann auch aus einer Grundplatte
bestehen, welche aus Dauermagnet-Teilchen und einem Bindemittel besteht,
mit
welcher ein Oberteil aus Kontaktwerkstoff verbunden ist. Als Bindemittel kann hierbei
ein duktiler sowie gute elektrische Leitfähigkeit aufweisender Werkstoff Verwendung
finden, aer eine Herstellung im Preß-Sinter-Verfahren erlaubt.
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Es ist gemäß der Erfindung auch möglich, das Schaltkontaktstück einstückig
auszubilden, wobei als Werkstoff eine Mischung aus otaktwerkstoff-Teilchen und Dauermagnet-Teilchen
Verwendung findet, und daß die Herstellung im I»re3-Sinter-Verfahren erfolgt.
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Hierbei kann es gemäß der Erfindung zweckmäßig sein, vor ce Fre5-vorgang
durch Einwirkung eines Magneten eine Konzentration der Dauermagnetteilchen im unteren
Bereich des Schaltkontaktstücks durchzuführen.
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Gemäß der Erfindung können die Schaltkontaktstücke kreisförmlg oder
auch quadratisch ausgebildet sein. Besondere Vorteile ergeben sich bei einer Weiterbildung
der Erfindung in der Form, daß das Oberteil in seiner Mitte einen kreisförmigen
Ausschnitt aufweist.
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Die Magnetisierung der Dauermagnete kann gemaß der Erfindung nach
der Fertigstellung erfolgen, wobei die Magnetisierungsrichtung in Hichtung der Symmetrieachse
der Schaltkontaktstücke liegt.
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Besondere Vorteile bei den erfindungsgemäßen Sc'naitkontaktstücken
ergeben sich durch die Verwendung einer Kobalt-Samarium-Leg erung als Dauermagnet
oder in Form von Dauermagnet-eilchen.
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Die erfindungsgemaßen Vorteile ergeben sich auch bei Verwendung von
nur einem Schaltkontaktstück gemäß der erfindung an einer aus zwei Kontakten bestehenden
Kontaktstrecke.
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Ausführungsformen von Schaltkontaktstücken, sowie die Ausbildungen
der die erfindungsgemäßen Vorteile bewirkenden Magnetfelder werden im folgenden
näher gezeigt und eruläutert. Es zeigt Fig.l den Schnitt durch ein Kontaktstück
mit Darstellung des Magnetfeldes.
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Fig.2 ein Kontaktstück im Schnitt, hergestellt. unter Verwendung von
Magnetteilchen.
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Fig.3 zeigt ebenfalls im Schnitt ein Kontaktstück mit ringförm gem
Dauermagnet.
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Fig.4 ein Kontaktstück mit kreisförmigem Ausschnitt, mit Darstellung
des Magnetfeldes.
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Fig.5 die Draufsicht auf ein Kontaktstück mit Jarstellung der Einwirkung
des Magnetfelds auf den Lichtbogen.
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Das in Fig.1 gezeigte Schaltkontaktstück besteht aus einer, aus dauermagnetischem
Werkstoff ausgebildeten Grundplatte 1, mit der ein Oberteil 2 aus Kontaktwerkstoff,
beispielsweise Silber oder Silber-Cadmiumoxyd z.B. durch Hartlötung oder Schweißung
verbunden ist. Die Grundplatte 1 ist in Richtung der Kontaktstückmittelachse 13
magnetisiert, sodaß sich Magnetfeldlinien 3 ausbilden. Durch die geringe Entfernung
der magnetischen Grundplatte 1 von der kontaktgebenden Oberfläche des Oberteils
2 bildet sich in diesem bereich eine hohe Flußdichteaus, sodaß beim Öffnen der Kontaktstrecke
unter Last der sich bildende Lichtbogen sofort von diesem starken Magnetfeld beeinflußt
und infolge der magnetischen Wechselwirkung zum ''andern gezwungen wird. Diese,
durch das Magnetfeld erzwungene 'lanaerung verläuft, wie auch aus Fig.5 ersichtlich,
kreis- bzw. spiralförmig auf der Kontaktoberflåche. Hierbei wird auch der Lichtbogen-Fußpunkt
auf dem Gegenkontakt dieser Wanderung unterworfen, wobei dieser als Kontaktstück
in bekannter Weise ausgebildet sein kann, d.h. er braucht keinen Dauermagnet zu
besitzen.
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Die erzwungene Wanderung der Lichtbogen-Fußpunkte bringt folgende
Vorteile mit sich: Die Fußpunkte werden nicht so heiß wie bei stehendem Lichtbogen,
dadurch wird diePlasmabildung stark reduziert, der Lichtbogen verlöscht sehr schnell.
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Der Kontaktabbrand wird stark reduziert, außerdem verteilt sich dieser
auf die gesamte Kontakt-Oberfläche.
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Beides ergibt eine wesentliche Erhöhung der Kontaktstück-Lebensdauer.
Der geschilderte Vorgang bei Verwendung der erfindungsgemäßen Schaltkontaktstücke
ergibt sich sowohl bei der Schaltung von Wechselstrom als auch von Gleichstrom.
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Bei der Schaltung von Gleichstrom wird durcn die infolge des Dauermagnetfeldes
erzwungene Lichtbogenwanderun.auen die zulässige Schaltleistung beträchtlich erhöht,
ohne daß zusätzliche Löschkammern oder Blasmagnete notwendig wären.
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In Fig.2 ist ein nietförmiges Kontaktstück dargestellt, dessen Grundplatte
1 aus der Mischung von Dauermagnetteilche 4 mit eine Bindemittel 5 besteht. Dadurch
ist die Anformung eines lietschat-es 12 möglich, der eine einfache Befestigung im
Schaltgerät erlangt.
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Das zineemittel kann aus einem geeigneten, duktilen und strcmleitenden
Werkstoff in Pulverform, wie z.B. Kupfer, bestehen, die Grundplatte 1 wird zweck3ä0ig
im Preß-Sinter-Verfahren hergestellt. Die Magnetisierung erfolgt daran anschließend,
wobei sowohl in Richtung der Mittelachse als auch in anderen Richtungen magnetisiert
werden kann.
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Gemäß Fig.3 kann auch ein ringförmiger Dauermagnet 14 verwendet werden,
welcher in einer entsprechenden Ausnehmung 11 des aus Kontaktwerkstoff bestehenden
Oberteils 2 mit angeformtem nietschaft 12 gehaltert wird. Bei dieser Bauform ist
eine vorherige IEagnetisierlng möglich.
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Das Kontaktstück gemäß Fig.4 besitzt auf seinem aus Kontaktwerkstoff
bestehenden Oberteil 2 einen kreisförmigen Ausschnitt 10. Dadurch erfolgt im Mittelteil
des Schaltkontaktstücks keine Kontaktgabe und damit auch keine Lichtbogenbildung.
Da im Mittelteil die Magr.etfeldlinien nahezu senkrecht aus der Kontakt oberfläche
austreten, ist die, eine Wanderung des Lichtbogens bewirkende Magnetfeld-Komponente
gering. Es ist daher von Vorteil, in diesem Bereich eine Kontaktgabe und damit Lichtbogenbildung
zu vermeiden.
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In Fig.5 ist in der Draufsicht auf das Oberteil 2 dargestellt, wie
die Magnetfeldlinien auf den Lichtbogen 15 einwirken. Dieser wird
durch
die Wechselwirkung des eigenen, durch den Stromfluß entstehenden Magnetfeldes mit
den radial verlaufenden Feldlinien 3 des Dauermagneten in Pfeilrichtung annähernd
kreisförmig, bezogen auf den Mittelpunkt des Kontaktstücr.s, abgelenkt. a zur A.ußenseite
hin die Querkomponente des Magnetfeldes, wie auch in Fig.4 dargestellt, zunimmt,
bewegt sich der Lichtbogen auf einer spiral förmigen Bahn nacr. außen, wobei seine
Wanderungsgeschwindigkeit zunimmt. Damit wird eine rasche Verlöschunz verursacht.
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Von Vorteil ist die Yerwenuang von Dauer-Magnetwerkstoffen, die bei
geringer Magnetlänge ein möglichst starkes Magnetfeld erzeugen können, und deren
Curie-Punktmö lichst hoch liegt, damit auch bei starker Erhitzung der Schaltkontaktstücke
das Magnetfeld erhalten bleibt. Es ist daher Teil der Erfindung, hierfür Dauermagnete
aus Kobalt-Samarium-Lagierungen zu verwenden.
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Ein wesentlicher Vorteil der Erfindung liegt auch carin, daß sich
solche Schaltkontaktstücke mit denselben Abmessungen wie bekannte Kontaktstiicke
hersteller lassen. So kann unter Eeibenaltung der vorhandenen Schützbauweisen deren
Lebensdauer und Schaltleistung, nur durch die Verwendung der erfindkungsgemäßen
Kontaktstücke, in wesentlichem Ausmaß erhöht werden. Es genügt hierbei, nur je ein
Kontaktstück der Schaltstrecke mit einem Dauermagneten zu versehen.
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Mit Rücksicht auf eine rationelle Fertigung der aus dauerm.agnet~senen
Werkstoff bestehenden Grundplatte 1 kann neben einer Fontaktforrn mit kreisförmigen
Grundriß auch ein quadratischer Grundriß von Vorteil sein. Auch ist es möglich,
Kontakte in der Form herzustellen, daß zunächst, zweckmäßigerweise unmagnetisierte,
Dauermagnetteilchen 4 mit Kontaktwerkstoff-Teilchen 7 vermengt und in eine preßform
gebracht werden. Vor dem Preßvorgang werden durch Anlegen eines liagnetfeldes die
Dauermagnetteilchen 4 im Unterteil des Kontaktstücks konzentriert, sodaß die kontaktgebende
Oberseite frei von diesen Teilchen ist. Darauf erfolgt Pressen und Sintern, sowie
die Magnetisierung.