DE2856515C2

DE2856515C2 - Vakuumlastschalter

Info

Publication number: DE2856515C2
Application number: DE2856515A
Authority: DE
Inventors: Shinzo Yokohama Kanagawa Sakuma; Hifumi Sagamihara Kanagawa Yanagisawa
Original assignee: Meidensha Corp
Current assignee: Meidensha Corp
Priority date: 1977-12-28
Filing date: 1978-12-28
Publication date: 1983-11-03
Also published as: JPS5491773A; DE2856515A1; JPS5816731B2; GB2011720B; CA1124290A; GB2011720A; FR2413771B1; CH634441A5; SE440569B; ES476381A1; BE873064A; SE7813284L; FR2413771A1; US4293748A

Description

Die Erfindung betrifft einen Vakuumlastschalter nach dem Oberbegriff des Anspruchs 1.

Bei einem derartigen aus der US-PS29 49 520 bekannten Vakuumlastschalter entsteht beim Offnen des Schalters zwischen den getrennten Kontaktteilen ein Lichtbogen. Der Lichtbogen wird unter dem Einfluß eines Magnetfeldes vom Lichtbogenführungsteil radial nach außen geführt. Der Lichtbogenführungsteil ist mit mehreren spiralförmig gebogenen oder abgewinkelten, sich vom Außenumfang einwärts erstreckenden Schlitzen versehen, wodurch winkelförmig um das Kontaktteil verteilte Lichtbogenführungssegmente entstehen. Die Seitenflächen der Lichtbogenführungssegmente verlaufen senkrecht zur Richtung der Umlaufbewegung des Lichtbogens, wodurch das Überwechseln des sich entlang der Oberfläche der Lichtbogenführungsseg

mente bewegenden Lichtbogens über einen Schlitz zum

nächsten Lichtbogenführungssegment erschwert wird.

Aus diesem Grund bleibt die Lichtbogensäule an den spitzen Endbereichen der Lichtbogenführungssegmente stehen und erhitzt örtlich diese Bereiche. Infolge dieser Erhitzung entstehen metallische Dämpfe, wodurch die Güte des Vakuums im Inneren des Vakuumlastschalters verringert wird.

Ferner ist aus der US-PS 30 89 936 ein Vak'umlastschalter bekannt, bei dem das Lichtbogenführungsteil becherförmig ausgebildet ist Dabei umgibt ein zylindrischer Flansch des becherförmigen Lichtbogenführungsteils den ringförmigen Kontaktteil der Elektrode. Der zylindrische Flansch ist durch gegenüber der Elektrorienachse schräg verlaufende Schlitze in Stromführungsfinger unterteilt Durch diese gegenüber der Elektrodenachse schräg verlaufenden Stromführungsfinger wird gewährleistet, daß der beim Schalten entstehende Lichtbogen auf einer Kreisbahn entlang der Stirnfläche des zylindrischen Flanschteils geführt wird. Dabei springt der Lichtbogen von jeder durch die jeweiligen Schlitze gebildeten Endkante eines jeden Stromführungsfingers auf die darunter liegende schräg geneigte Schlitzbegrenzungsfläche des benachbarten Stromführungsfingers.

Hierbei besteht die Gefahr, daß der Lichtbogen an der Endkante eines jeden Stromführungsfingers stehen bleibt und der Lichtbogen keine kontinuierliche Umlaufbewegung vollführt, sondern zwischen den benachbarten Stromführungsfingern ein sprunghaftes Überwechsein ausübt Hieraus ergibt sich ebenfalls die Gefahr der örtlichen Überhitzung, insbesondere an den jeweiligen Endkanten der Stromführungsfinger. Diese Gefahr besteht auch bei der becherförmigen, in ähnlicher Weise StromführungsFinger aufweisenden Elektrode des Vakuumlastschalters in der DE OS 23 21 753.

Aufgabe der Erfindung ist es demgegenüber, einen Vakuumlastschalter der eingangs genannten Art zu schaffen, bei dem die Lichtbogenumlaufbewegung auf dem Lichtbogenführungsteil beim Obergang zwischen benachbarten, durch die Schlitze voneinander getrennten Teilen dess Lichtbogenführuügsteils ungehindert und sprungfrei stattfindet

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß gelöst durch die im Kennzeichen des Anspruchs 1 angegebenen Merkmale, wobei Schutz beansprucht wird für die Kombination der im Anspruch 1 angegebenen Merkmale.

Die Unteransprijche enthalten Weiterbildungen dei Erfindung. Der gegenüber den bekannten Vakuumlastschaltern erzielte kombinatorische Effekt besteht darin, daß beim Wechsel des Lichtbogens zwischen benachbarten Lichtbogenführungssegmenten, der auf den schräg verlaufenden Begrenzungsflächen der Lichtbogenführungssegmente sich bewegende Lichtbogen, ohne eine sprunghafte Bewegung auszuführen, auf die Begrenzungskante des benachbarten Lichtbogenführungselements aufläuft, so daß eine kontinuierliche sprungfreie Umlaufbewegung des Lichtbogens erzielt wird.

Die Erfindung wird im folgenden anhand der Zeichnungen näher erläutert. Es zeigt

F i g. 1 und 2 ein Ausführungsbeispiel in Draufsicht bzw. Seitenansicht;
F i g. 3 die Elektrodenanordnung gemäß den F i g. 1 und 2 in perspektivischer Ansicht und

Fig. 4 bis 6 abgewandelte Ausführungsbeispiele in perspektivischer Ansicht.

Im folgenden wird mit Bezug auf die F i g. I bis 3 ein

Ausführungsbeispiel einer Elektrodenanordnung verdeutlicht Die Elektrodenanordnung weist zur Ausbildung einer schaltkreisunterbrechenden Lichtbogensäule zwischen den Elektroden ein Elektrodenpaar auf, wobei eine der Elektroden relativ bezüglich der anderen zwischen einer geschlossenen Stellung, bei der beide Elektroden in Eingriff stehen, und einer geöffneten Stellung, bei der beide Elektroden voneinander getrennt sind, bewegt werden kann Wenigstens eine der Elektroden 50 weist ein ringförmiges Kontaktteil 51 und ein scheibenförmiges, das Kontaktteil 51 umgebendes Lichtbogenführungsteil 54 auf. Das Lichtbogenführungsteil 54 ist mit einer Vielzahl von Schlitzen 53 versehen, die zur Ausbildung von Lichtbogenführungssegmenten 52 vom Außenrand des Lichtbogenführungsteils 54 nach innen verlaufen. Die Schlitze 53 sind in gleicher Richtung in einem Winkel bezüglich des Radius des Lichtbogenführungsteils 54, wie durch den Buchstaben a der F i g. 1 verdeutlicht, und ebenso in gleicher Richtung in einem Winkel bezüglich der Achse des Lichtbogenführungsteiis 54, wie durch den Buchstaben b der F i g. 2 verdeutlicht, abgeschrägt Auf diese Weise können die L>chtbogenführungssegmente 52 die benachbarten Segmente 52 im Bereich der Schlitze 53 überlagern. Die Neigungsrichtungen der Schlitze 53 sind bezüglich dem Radius und der Achse des Lichtbogenführungsteils 54 gleich.

Mit der oben erwähnten Elektrodenanordnung wird unter dem Einfluß eines Magnetfeldes, das durch einen durch einen umgekehrt C-förmigen Weg in den ringförmigen Kontaktteil 54 fließenden Strom erzeugt wird, eine während der Schaltkreisunterbrechung erzeugte Lichtbogensäule mit einer Geschwindigkeit von dem ringförmigen Kontaktteil 51 radial nach außen zu dem Lichtbogenführungsteil 54 oder den Lichtbogenführungssegmenten 52 unJ anschließend entlang den Oberflächen der Lichtbogenführungssegmente 52 im Kreis geführt Die Lichtbogensäule bewegt sich über die geneigte Seitenfläche des Lichtbogenführungssegments 52 nach unten, um über die Schlitze 53 zu den nächsten Lichtbogenführungssegmenten 52 überzuwechseln. Zu diesem Zeitpunkt fördert eine Kraftkomponente F3 die Kreisbewegung der Lichtbogensäule. Die Kraftkomponente F3 wird durch eine Kraft Fl der sich in radialer Richtung nach außen bewegenden Lichtbogensäule und eine Kraft F2 der sich über die abgeschrägte Seitenfläche des Lichtbogenführungssegmentes 52 nach unten bewegenden Lichtbogensäule erzeugt. Hat die Lichtbogensäule die Außenrandbereiche der Lichtbogenführungssegmente 52 erreicht, so wird diese, wie in F i g. 3 anhand des Pfeiles A dargestellt, entlang den abgeschrägten Seitenflächen der Lichtbogenführungssegmente 52 zu deren Endbereichen und dann zu den nächsten Lichtbogenführungssegmenten 52 geführt, ohne daß die Lichtbogensäule an den Endbereichen anhält.

Die Fig.4 bis 6 verdeutlichen abgewandelte Formen der Elektrodenanordnung, bei denen die den F i g. 1 bis 3 entsprechenden Teile mit gleichen Bezugsziffern versehen und nicht weiter besch-ieben sind. Die F i g. 4 zeigt in perspektivischer Ansicht eine erste abgewandelte Ausführungsform einer Elektrodenanordnung, Bei dieser Ausführungsform sind die in dem Lichtbogenführungsteil 54 ausgebildeten Schlitze 53 in einem Winkel bezüglich dem Radius des Lichtbogenführungsteils 54 schräg verlaufend und, wie durch den Buchstaben c der Fig.4 angedeutet, gebogen. Dadurch verläuft jeder Schlitz 53 bezüglich der Achse des Lichtbogenführungsteils 54 im Querschnitt gebogen und im Längsschnitt geradlinig. Dieser Aufbau kann somit die Lichtbogensäule wirksam um den Lichtbogenführungsteil 54 herumführen. Es ist zu bemerken, daß die konkaven Seitenflächen der Lichtbogenführungssegmente 52 in jeder Richtung bezüglich der Richtung der Kreisbewegung der Lichtbogensäule sich gegenüberstehen können.

F i g. 5 zeigt ein zweites abgewandeltes Ausführungsbeispiel einer Elektrodenanordnung in perspektivischer Ansicht Bei dieser Ausführungsform sind die in dem Lichtbogenführungsteil 54 ausgebildeten Schlitze 53 in einem Winkel bezüglich der Achse des Lichtbogenführungsteils 54 geneigt und, wie durch den Buchstaben d der F i g. 5 angedeutet, gebogen. Dadurch verläuft jeder Schlitz 53 bezüglich der Achse des Lichtbogenführungsteils 54 im Querschnitt geradlinig und im Längsschnitt gebogen. Diese Anordnung kann die Lichtbogensäule wirksam um den Lichtbogenführungsteil 54 herumführen. Es ist zu bemerken, daß die konkaven Seitenflächen der Lichtbogenfühningssegmente 52 in jeder Richtung bezüglich der Richtung der Kreisbewegung der Lichtbogensäule sich gegenüberstehe' können. Obwohl jeder in dem Lichtbogenfühningsti.:! 54 vorgesehene Schlitz 53 in Verbindung mit den F i g. 1 bis 5 als in gleicher Richtung bezüglich dem Radius und der Achse des Lichtbogenführungsteils 54 abgeneigt beschrieben wurde, so ist zu bemerken, daß die Schlitze 53 auch in Gegenrichtung oder mit verschiedenen Winkeln abgeneigt sein können.

F i g. 6 zeigt ein drittes abgewandeltes Ausführungsbeispiel einer Elektrodenanordnung in perspektivischer Ansicht Bei dieser Ausführungsform sind die Lichtbogenführungssegmente 52 in Art von Schraubenflügeln angeordnet, so daß die Lichtbogenfühningssegmente 52 die benachbarten Segmente 52 im Bereich der Schlitze 53 überlappen können. Jeder Schlitz 53 verläuft bezüglieh der Achse des Lichtbogenführungsteils 54 im Querschnitt und im Längsschnitt gebogen. Auch diese Ai.ordnung kann die Lichtbogensäule wirksam um den Lichtbogenführungsteil 54 herumführen.

Da eine Vielzahl von Lichtbogenführungssegmenten 52 um das ringförmige Kontaktteil 52 winkelförmig angeordr Λ ist und sich die benachbarten Segmente 52 gegenüber den in einem Winkel gleicher Richtung abgeschrägten Schlitzen 53 überlappen, kann die während der Schaltkreisunterbrechung erzeugte Lichtbogensäule unter dem Einfluß eines Magnetfeldes, das durch einen entlang eines umgekehrt C-förmigen Weges in dem Kontaktteil 51 fließenden Strom erzeugt wird, mit einer Geschwindigkeit von dem Kontaktteil 51 in radialer Richtung nach außen zu den Lichtbogenführungssegmenten 52 und anschließend entlang den Oberflächen der Lichtbogenführungssegmente 52 um den Lichtbogenführungsteil 54 herumgeführt werden. Durch eine Kraft Ff dar sich in radialer Richtung nach außen bewegenden Lichtbogensäule und eine Kraft F2 der sich entlang der abgeschrägte ι Seitenflächen der Liciiibogenführungssegmente 52 abwärts bewegenden Lichtbogensäule wird eine Kra'tkomponente F3 erzeugt, die die Kreisbewegung der Lichtbogensäule weiter unterstützt bzw. fördert. Die abgeschrägten Seitenflächen benachbarter Liehtbugenführungssegmente 52 überlappen sich. Somit kann die Lichtbogensäule £ich entlang jides Elements bis zu seinem Ende bewegen und dabei über die Schlitze 53 zum jeweiligen nächsten Lichtbogenführungssegment weich hinüber wechseln, ohne an den Enden stehen zu bleiben. Hierdurch wird die Drehbewegung der Lichtbogensäule gefördert. Da die Schlitze 53 weiterhin sowohl bezüglich des Radius als auch der Achse des Lichtbogenführungsteils 54 geneigt sind, kön-

nen die äußeren Kreisflächen und Seitenflächen der Lichtbogenführungssegmente wirksam herangezogen werden, um die Lichtbogensäule um den Lichtbogenführungsteil herumzuführen, ohne daß die Lichtbogensäule an dessen äußerem Umfangsbereich anhält. Dadurch werden die Nachteile bekannter Elektrodenanordnungen beseitigt, und zwar das lokale Erhitzen der Elektroden, aufgrund dessen ein Verdampfen des Metalls der Elektrodenoberfläche stattfindet, was letztlich die Güte des Vakuums im Inneren des Hüllgehäuses und somit die Schaltleistung verschlechtert.

Obwohl bei den bekannten spiral- und sonnenradförmigen Elektrodenanordnungen ein Lichtbogenansatzpunkt, der den äußeren Randbereich des Kontaktteils zwischen benachbarten Lichtbogenführungssegmenten erreicht, auf die Lichtbogenführungssegmente verteilt und nach außen entlang den Oberflächen der Segmente geführt wird, wird der Lichtbogen bei der erfindungsgemäßen Elektrodenanordnung jedoch entlang der abgeschrägten bzw. geneigten Oberflächen der Lichtbogenführungssegmente nach außen geführt.

Da die Elektrodenanordnung, wie von ihrer Oberseite her zu sehen ist, eine ebene scheibenförmige Gestalt aufweist, ist, falls die Elektrodenanordnung in einem Lastschalter für Schaltkreise mit hohen Spannungen oder geringen Strömen Verwendung findet, eine gesteigerte Schaltleistung zu erwarten. Durch die wirkungsvolle Ausnutzung der Seitenflächen der Elektroden und der Lichtbogenführungssegmente bei der kreisförmigen Führung der Lichtbogensäule kann die Elektrodengröße und somit der Abstand zwischen der Elektrode und dem Zwischenschild verkleinert werden. Demzufolge kann der Lastschalter in seinen Abmessungen reduziert werden.

Da weiterhin die Schlitze 53 des in den Fig. 1 bis 3 dargestellten Elektrodenaufbaus leicht durch geradliniges Fräsen eines Elektrodensatzes in einer Schräglage hergestellt werden können, ist es möglich, relativ kleine Elektroden mit geringem Aufwand und somit kompakte Lastschalter mit hoher Schaltleistung zu erzeugen.

Hierzu 3 Blatt Zeichnungen

Claims

Patentansprüche:

1. Vakuumlastschalter mit zwei auf einer gemeinsamen Achse angeordneten Elektroden, von denen wenigstens eine ein ringförmiges Kontaktteil aufweist und axial derart beweglich ist, daß die beiden Kontaktteile der Elektroden in Schließstellung des Schalters einander berühren und in Offenstellung einen Abstand zueinander haben, und mit einem das ringförmige Kontaktteil koaxial umgebenden Lichtbogenführungsteil, das gegenüber dem Kontaktteil axial zurückversetzt ist und das mit mehreren vom Außen- zum Innenumfang verlaufende, gleichmäßig am Umfang verteilte Schlitzen versehen ist, wobei die Schlitze mit ihren Fußpunkten, am Kontaktteil beginnend, bezüglich eines von hier ausgehenden Radiusvektors jeweils in einem Winkel a verlaufen utA das in einem radial nach außen sich erstreckenden scheibenförmigen Volumen ausgebildete Lichtbogenführungsteil in seiner gesamten axialen Ausdehnung durch die Schlitze in mehrere Lichtbogenführungssegmente aufgeteilt ist, dadurch gekennzeichnet, daß die Schlitze (53) in gleichen Winkeln b gegenüber der Achse schräg verlaufen und an benachbarten Lichtbogenführungssegmenten (52) sich überlappende Begrenzungsflächen gJeicher Gestalt bilden, die schräg gegenüber den oberen Begrenzungsflächen des Lichtbogenführuni™neils (54) verlaufen.

2. Elektrodenanordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß jeaer Schlitz (53) bezüglich der Achse des Lichtbagenführungsteils (54) im Querschnitt und im Längsschnii. geradlinig verläuft

3. Elektrodenanordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß jeder Schlitz (53) bezüglich der Achse des Lichtbogenführungsteils (54) im Querschnitt gebogen und im Längsschnitt geradlinig verläuft

4. Elektrodenanordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß jeder Schlitz (53) bezüglich der A.Jise des Lichtbogenführungsteils (54) im Querschnitt geradlinig und im Längsschnitt gebogen verläuft.

5. Elektrodenanordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß jeder Schlitz (53) bezüglich der Achse des Lichtbogenführungsteils (54) im Querschnitt und im Längsschnitt gebogen verläuft.