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Topfkontakt fUr Vakuumschalter
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Zusatz zum Patent ... (Patentanmeldung P 29 02 489.3, VPA 79 P 7505
BRD) Gegenstand des Hauptpatents (Patentanmeldung P 29 02 489.3) ist ein Topfkontakt
ftir Vakuumschalter mit einem geschlitzten Kontaktträger und einem geschlossenen
Koiitaktring, der radial nach innen mit einer Abschrägung versehen ist.
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Mit der Abschrägung des Kontaktringes radial nach innen kann der Lichtbogenfußpunkt
nicht mehr am inneren Rand des Kontaktträgers entstehen, und eine radial nach innen
gerichtete magnetische Kraftkomponente auf den Lichtbogen wird weitgehend vermieden.
Es wurde nun erkannt, daß es bei großen Strömen, beispielsweise bei einem Kurzschlußstrom
von etwa 40 kA und mehr und einer kleinen Lichtbogenzeit von beispielsweise etwa
2 bis 5 msec,zweckmäBig sein kann, den Lichtbogen unmittelbar nach seinem Entstehen
zwischen den Kontaktauflageflächen radial nach außen zu treiben, damit er wenigstens
zum
Teil außerhalb des Bereiches zwischen den Kontaktringen der
einander gegenüberstehenden Kontakte brennt. Damit wird die Wärmeabführung vom Lichtbogen
entsprechend verbessert und ein Wärmestau zwischen den geöffneten Kontakten vermieden.
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Erfindungsgemäß wird diese Aufgabe dadurch gelöst, daß die Breite
der ringförmigen Kontaktauflagefläche, die nach der Abschrägung als Stirnfläche
des Kontaktringes entsteht, höchstens die Hälfte der Breite des Kontaktträgers beträgt.
Die Breite der Kontaktauflageflache kann vorzugsweise etwa ein Viertel der Breite
des Kontaktträgers betragen. Bei dieser AusfUhrungsform des Topfkontaktes bildet
der äußere Rand des Kontaktringes die Stirnfläche des Kontaktringes und damit die
Kontaktauflagefläche, so daß der Lichtbogen bereits im äußeren Randbereich des Kontaktes
entsteht. Durch die radial nach außen gerichteten Stromkomponenten in unmittelbarer
Nähe der Kontaktauflageflächen erhält der Lichtbogen sofort eine magnetische Kraftkomponente,
die ihn radial zum äußeren Randbereich des Kontaktes treibt.
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Diese Kraftkomponente kann noch dadurch verstärkt werden, daß der
von der Rotationsachse des Kontaktes in radialer Richtung entfernte Bereich des
Kontaktringes oder auch der an den Kontaktring angrenzende äußere Bereich der Stirnfläche
des Kontaktträgers eine Zone mit gegenüber dem Material des Kontaktträgers wesentlich
verminderter Leitfähigkeit enthält. Diese Zone kann beispielsweise aus einer Hohlnut
bestehen, die zur Erhöhung der mechanischen Festigkeit des Kontaktes wenigstens
teilweise mit einem Material geringer elektrischer Leitfähigkeit gefUllt sein kann.
Dieses Material kann beispielsweise aus Metall, das mit einer elektrisch isolierenden
Oberflächenschicht versehen ist,
oder auch aus Isoliermaterial mit
ausreichender mechanischer Festigkeit, beispielsweise Keramik, bestehen.
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Zur weiteren Erläuterung der Erfindung wird auf die Zeichnung Bezug
genommen, in der verschiedene Ausführungsbeispiele von Topfkontakten nach der Erfindung
schematisch veranschaulicht sind. Fig. 1 zeigt eine Kontaktform mit radial nach
innen abgeschrägtem Kontaktring. In Fig. 2 ist ein Topfkontakt mit einer Einlage
im äußeren Bereich zwischen dem Kontaktträger und dem Kontaktring dargestellt. Fig.
3 zeigt eine AusfUhrungsform des Topfkontaktes mit einer Hohlnut im äußeren Bereich
zwischen dem Kontaktträger und dem Kontaktring, die zum Teil mit einem Material
mit geringer elektrischer Leitfähigkeit gefüllt ist. In den Fig. 4 bis 6 ist der
Kontaktträger mit einem Kontaktring versehen, der sich auch noch wenigstens zum
Teil über den AuBenmantel des Kontaktträgers erstreckt.
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In der Ausführungsform eines Topfkontaktes 2 für Vakuumschalter nach
Fig. 1 ist der Kontaktboden 3 mit einem ringförmigen Kontaktträger 6 versehen und
an einem zylinderförmigen Leiter 10 befestigt, der zur mechanischen Bewegung des
Kontaktes 2 sowie zur Zu- und Ableitung eines zu schaltenden Stromes I dient, der
bei einer Nennspannung von beispielsweise 15 kV beispielsweise mehr als 50 kA betragen
kann. Der Kontaktträger 6 ist mit Schlitzen 18 versehen. Seine Stirnfläche ist mit
einem Kontaktring 14 abgedeckt, der aus einem Material mit hoher Temperaturbeständigkeit,
hoher Abbrandfestigkeit sowie hoher mechanischer Festigkeit besteht, der vorzugsweise
im wesentlichen Chrom und Kupfer enthält und der radial nach innen mit einer Abschrägung
versehen ist. Der Winkel dieser Abschrä-
gung kann beispielsweise
etwa 2 bis 20U, vorzugsweise etwa 5°, betragen. Die Abschrägung ist so gewählt,
daß die Breite a der äußeren verbleibenden Stirnfläche des Kontaktringes 14, welche
die Kontaktauflagefläche des Topfkontaktes 2 bildet, höchstens die Hälfte, vorzugsweise
höchstens ein Viertel, der Breite b des Kontaktträgers 6 beträgt. Unter der vereinfachenden
Annahme, daß sich der zu schaltende Strom I im Kontaktträger 6 aus Teilströmen I1,
I2 und 13 zusammensetzt, bilden die Stromfäden Ik im Kontaktring 14 eine magnetische
Kraftkomponente K, die den in der Figur nicht dargestellten Lichtbogen unmittelbar
nach seiner Entstehung zum äußeren Randbereich des Kontaktringes 14 treibt, so daß
eine Wärmestauung zwischen den koaxial einander gegen-Uberstehenden Topfkontakten
nicht entstehen kann.
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In der Ausführungsform eines Topfkontaktes nach Fig. 2 ist zwischen
dem Kontaktträger 6 und der Kontaktauflage 14 eine ringförmige Zone 15 mit wesentlich
verminderter elektrischer Leitfähigkeit vorgesehen. Diese Zone 15 kann beispielsweise
aus einer Einlage mit geringer elektrischer Leitfähigkeit und ausreichender mechanischer
Festigkeit bestehen.
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Unter Umständen kann es für die elektrisch isolierende Wirkung dieser
Zone 15 ausreichend sein, wenn die innere Oberfläche des Kontaktringes 14 oder die
Stirnfläche des Kontaktträgers 6 in diesem äußeren Randbereich mit einer Oberflächenschicht
mit elektrisch isolierender Wirkung versehen wird. In dieser Ausführungsform des
Topfkontaktes fließt der größte Teil des Stromes I im Kontaktring 14 als nahezu
radiale Stromkomponente Ik und man erhält somit eine entsprechend große, radial
nach außen gerichtete Kraftkomponente K auf den nicht dargestellten Lichtbogen.
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In der Ausführungsform nach Fig. 3 ist die Zone 15 als Hohlnut gestaltet,
die sich zum Teil in den Kontaktträger 6 und zum Teil in den Kontaktring 14 erstreckt.
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Sie kann vorzugsweise wenigstens zum Teil mit einem nicht näher bezeichneten
Material mit geringer elektrischer Leitfähigkeit und hoher nechanischer Festigkeit
ausgefüllt sein. Diese ringförmigen Einlagen dienen dann als Stützkörper zur Aufnahme
der Kontaktandruckkräite, die in Richtung der nicht näher bezeichneten Rotationsachse
des Topfkontaktes 2 wirken.
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Unter Umständen kann es zweckmäßig sein, auch noch wenigstens einen
Teil der äußeren Mantelfläche des Kontaktträgers 6 mit dem Material des Kontaktringes
14 abzudecken. In dieser Ausführungsform des Topfkontaktes kann der zwischen den
Kontaktauflageflächen entstehende Lichtbogen am Außenmantel des Kontaktträgers 6
ansetzen, ohne dort das Kontaktmaterial des Kontaktträgers wesentlich abzutragen.
Zu diesem Zweck ist nach Figur 4 der Kontaktring 14 mit einem hohlzylindrischen
Ansatz 17 versehen, der noch wenigstens einen Teil des Außenmantels des geschlitzten
Kontaktträgers 6 abschirmt und dessen Innendurchmesser vorzugsweise etwas größer
als der Außendurchmesser des Kontaktträgers 6 gewählt werden kann. Der dadurch entstehende
Ringspalt 19 verhindert einen radialen Ubertritt des Stromes vom Kontaktträger 6
zum Ansatz 17, der einen Abbrand des Außenmantels des Kontaktträger 6 sowie ein
Uberschmelzen der Schlitze 18 durch Abbrand und Anschmelzen des Kontaktringmaterials
verhindert. Ein Uberschmelzen der Schlitze würde die Rotation des Lichtbogens vermindern.
Der Ringspalt 19 kann auch mit einem Material geringer elektrischer Leitfähigkeit
gefüllt sein.
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In der Ausführungsform nach Figur 5 enthält der Topfkontakt ebenfalls
einen Kontaktring 14 mit einem Ansatz 17, der den Außenmantel des Kontaktträgers
6 schUtzt. Der Innenmantel des Ansatzes 17 ist vom Kontaktträger 6 durch eine elektrisch
isolierende Zwischenlage 21 getrennt, die auch noch den äußeren Bereich der Stirnfläche
des Kontaktträgers 6 abdeckt.
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Anstelle der elektrisch isolierenden Zwischenlage 21 ist bei dem Topfkontakt
nach Figur 6 ein in gleicher Weise geformter Hohlraum 23 vorgesehen. Die mechanische
Festigkeit dieses Topfkontaktes kann in einfacher Weise dadurch erhöht werden, daß
sich der äußere Rand des Ansatzes 17 auf einem Flansch des Kontaktträgers 6 abstützt.
Ein Stromdurchgang vom Kontaktträger 6 zum Ansatz 17 kann beispielsweise durch eine
ringförmige Auflage 25 aus elektrisch isolierendem Material verhindert werden.
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6 Patentansprüche 6 Figuren