DE3037752C2 - Vakuumleistungsschalter - Google Patents

Description

2. Vakuum-Leistungsschalter nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Kante des Ringflansches (i9b, 31) gezahnt ausgebildet ist

3. Vakuum-Leistungsschalter nach einem der Ansprüche 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Kontaktelektrode (14,26) aus Kupfer oder Silber J5 besteht und mindestens 10 bis 20 Gew.-% Wismuth und/oder Antimon enthält

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Die Erfindung betrifft einen Vakuumleistungsschalter der im Oberbegriff des Anspruchs 1 angegebenen Gattung.

Bekanntlich entstehen beim Öffnen und Schließen *⁵ und damit bei der Änderung des Stromflusses eines Vakuumleistungsschalters Lichtbogen, die weitgehend unterdrückt werden sollen. Zu diesem Zweck können Kontaktelektroden aus Silber/Wolfram-Karbid (im folgenden als »Ag/WC-System« bezeichnet) oder aus ^M Kupfer/Wismuth (im folgenden als Cu/Bi-System bezeichnet) verwendet werden.

Bei dem Ag/WC-System wird zunächst Wolfram-Karbid, das einen hohen spezifischen elektrischen Widerstand hat, durch den Fußpunkt eines entstehenden Lichtbogens erhitzt. Bei dieser Erhitzung wird Silber verdampft, wodurch sich der Lichtbogen in der Nähe des Nullpunktes des elektrischen Stroms verlängert.

Bei dem Cu/Bi-System wird das Wismuth, das einen niedrigen Schmelzpunkt und einen hohen Dampfdruck hat, aufgrund der Erwärmung durch den Lichtbogen verdampft.

Wenn jedoch eine Kontaktelektrode des Ag/WC-Systems bei einem Vakuumleistungsschalter verwendet *⁵ wird, der große elektrische Ströme schalten muß, so treten insofern Schwierigkeiten auf, als der Lichtbogen mit Bezug auf die elektrische Fläche stationär bleibt, der

Unterbrecherstrom also noch hoch ist

Es ist weiterhin 2us der US-PS 32 83 103 bekannt, den Lichtbogen zu verdrängen, so daß er nicht stationär bleibt Auch hierbei ist jedoch bei hohen, zu schaltenden Strömen der Unterbrecherstrom noch zu groß.

Weiterhin geht aus der DE-OS 19 59 385 ein Vakuumleistungsschalter hervor, bei dem die Kontaktelektrode an ihrem Außenumfang mit einer Nut versehen ist Über die Funkiion dieser Nut werden keine näheren Angaben gemacht

Weiterhin ist aus der DE-AS 19 11 071 ein Vakuumschalter bekannt, bei dem eine Schulter durch Verformung einer Lippe fixiert wird.

Ein Vakuumleistungsschalter der angegebenen Gattung geht schließlich aus der DE-OS 22 07 242 hervor und weist zwei relativ zueinander in einem Vakuumbehälter verschiebbare Kontaktstäbe, scheibenförmige an den Enden der Koniaktstäbe angebrachte Tragteile mit zentralen Aussparungen sowie in die Aussparungen eingesetzte, scheibenförmige Kontaktelektroden auf, die mit ihren Umfangsflächen zumindest teilweise aus den jeweiligen Tragteilen hervorstehen.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, einen Vakuum-Leistungsschalter der angegebenen Gattung zu schaffen, bei dem die Kontaktelektrode auch dann sicher und zuverlässig mit dem scheibenförmigen Tragteil verbunden werden kann, wenn die Kontaktelektrode aus einem Material besteht, das sich nicht direkt mit anderen Materialien verlöten läßt

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß durch die im kennzeichnenden Teil des Anspruchs 1 angegebenen Merkmale gelöst.

Zweckmäßige Ausführungsformen sind in den Unteransprüchen zusammengestellt.

Die mit der Erfindung erzielten Vorteile beruhen insbesondere auf der Verwendung eines zusätzlichen, schüsseiförmigen Zwischengliedes, das auf die beanspruchte Weise mit der Kontaktelektrode einerseits und dem scheibenförmigen Tragteil andererseits verbunden werden kann, wodurch sich insgesamt eine sichere und zuverlässige Befestigung zwischen den verschiedenen Teilen des Schalters ergibt

Die Erfindung wird im folgenden anhand von Ausführungsbeispielen unter Bezugnahme auf die beiliegenden, schematischen Zeichungen näher erläutert Es zeigt

F i g. 1 eine teilweise aufgeschnittene Ansicht eines Vakuum-Leistungsschalters,

F i g. 2 einen Schnitt durch die Halterung für die Lichtbogenabschirmung des Vakuum-Leistungsschalters nach F ig. 1,

Fig.3 eine perspektivische Ansicht der Lichtbogenabschirmung,

Fig.4 eine Draufsicht auf eine erste Ausführungsform eines Kontaktelementes eines Kontaktstabes,

Fig.5 einen Querschnitt längs der Linie V-V von F i g. 4 und

Fig.6 einen Längsschnitt und einen Querschnitt durch eine zweite Ausführungsform eines Kontaktelementes eines beweglichen Kontaktstabes, wie sie für den Vakuum-Leistungsschalter nach Fig. 1 verwendet werden kann.

Der in Fig. 1 teilweise aufgeschnittene Vakuum-Leistungsschalter weist einen Vakuumbehälter 1, dessen Innenraum auf einen sehr geringen Druck evakuiert ist, sowie einen stationären Kontaktstab 2 und einen beweglichen Kontaktstab 3 auf, die so in dem Vakuumbehälter 1 angeordnet sind, daß sie in

Berührung oder im Abstand voneinander angeordnet werden können. An den axialen Enden des stationären bzw. des beweglichen Kontaktstabes 2 bzw. 3 sind Kontaktelemente 4 bzw. 5 angebracht; eine zylindrische, metallische Lichtbogen-Abschirmung 6 umgibt konzentrisch den stationären und den beweglichen Kontaktstab 2 und 3 in dem Vakuumbehälter 1.

Eine nicht näher dargestellte Betätigungseinheit ist mit dem sich nach außen erstreckenden Ende des beweglichen Kontaktstabes 3 verbunden. Der Vakuurnbehälter 1 ist so aufgebaut daß ein Ende von Ringflansche s 8, 8 jeweils in eine zylindrische Isolierholle 7 aus Glas eingebettet ist, während das andere Ende der Ringflansche 8, 8 mit Stirnplatten 9,9 verbunden ist.

Der stationäre Kontaktstab 2 besteht aus einem Material mit hoher elektrischer Leitfähigkeit, beispielsweise Kupfer, und ist in eine öffnung in einer Stirnplatte 9 eingesetzt und hermetisch mit der anderen Stirnplatte 9 verbunden. Der ebenfalls aus einem Material mit hoher elektrischer Leitfähigkeit, wie beispielsweise Kupfer, bestehende bewegliche Kontaktstab 3 ist axial verschiebbar in eine öffnung der anderen Stirnplatte 9 eingesetzt und hermetisch mit einem Balg 10 verbunden. Durch diesen Aufbau kann der bewegliche Kontaktstab 9 in Axialrichtung verschoben werden, so daß das an seinem Ende angebrachte Kontaktelement 5 entweder in Berührung mit dem Kontaktelement 4 an dem stationären Kontaktstab 2 kommt oder von ihm getrennt ist

Mehrere Stützen 11 sind in der Nähe des Mittelabschnittes der Isolierhülle 7 so eingebettet daß sie in gleichen Abständen in Umfangsrichtung an der Innenseite der Isolierhülle 7 sitzen. Sie dienen zur Befestigung einer Lichtbogenabstützung 12. Jede Abstützung 12 besteht aus einem zylindrischen Paßteil 11a, das von der Innenumfangsfläche der Isolierhülle 7 nach innen vorsteht einem konischen, integral mit dem Ende des Paßteils 11a ausgeführten Abschnitt Hb und einem Umschlagaoschnitt lic, der durch Umschlagen des Endes des konischen Abschnittes Mb nach innen ausgebildet wird. Der konische Abschnitt 116 und der Umschlagabschnitt llcsind in die Isolierhülle 7 aus Glas eingeschmolzen, so daß sich eine große Berührungsfläche und eine entsprechend sichere Befestigung der Abstützung ergibt.

Wie man in den F i g. 2 und 3 erkennen kann, ist jeweils eine Halterung 12 für die Lichtbogenabschirmung, die etwa die gleiche Länge wie die Abschirmung 6 hat auf den zylindrischen Paßteil lla der zugehörigen Abstützung 11 aufgeschoben. Die Halterung ist leicht angewinkelt und wird von der Abstützung 11 so fixiert daß ein zylindrisches Paßteil 12a in der Mitte der Halterung 12 auf dem zylindrischen Paßteil lla der Abstützung aufgeschoben ist Die Halterung ^für die Abschirmung 6 ist mit einem gekrümmten Paßteil l'2b an beiden Enden der Schenkel der Halterung 12 versehen, die an den beiden Enden der metallischen Lichtbogenabschirmung 6 konzentrisch in der Isolierhülle 7 so anliegen, daß der stationäre und der bewegliche Kontaktstab 4 bzw. 5 konzentrisch umgeben werden. Die Lichtbogenabschirmung 6 ist mit den Halterungen 12 verschweißt. Dementsprechend wird eine an der metallischen Abschirmung 6 auftretende elektrische Spannung durch ein schwebendes Potential abgeschirmt da die metallische Lichtbogenabschirmung 6 durch die Abstützungen 11 und die Halterungen 12 in der beschriebenen Lage fixiert wird.

Das bewegliche Kontaktelement 5 weist eine Magnettreiberelektrode 13 (siehe Fig.4) auf, deren Außenradius größer als der des beweglichen Kontaktstabes 3 ist; eine scheibenförmige Kontaktelektrode 14 ist an dem axialen Ende des beweglichen Kontaktstabes 3 befestigt Die aus einem Material mit hoher elektrischer Leitfähigkeit wie beispielsweise Kupfer oder Silber bestehende Magnet-Treiberelektrode 13 ist an dem axialen Ende des beweglichen Kontaktstabes 3

ίο so angebracht daß das obere Ende des beweglichen Kontaktstabes 3 in einen kreisförmigen Einschitt 15 (siehe F i g. 5) in dem Mittelabschnitt der unteren Fläche der Magnet-Treiberelektrode 13 eingepaßt und mit ihm durch Hartverlöten verbunden ist.

Mehrere Schlitze 16 sind vom Umfang aus in der Magnet-Treiberelektrode 13 vorgesehen, die jeweils schräg zur radialen und axialen Richtung verlaufen. Dadurch ergeben sich mehrere wendeiförmige Absätze 17, da die Schlitze 16 bis in die Gegend des Außenumfangs des Einschnittes 15 reichen. Am Mittelabschnitt der oberen Stirnfläche der Magnet-Treiberelektrode 13 ist ein kreisförmiger Einschniit 18 ausgebildet dessen Radius größer als der Radius des Fußkreises der Schlitze 16 ist Ein schüsseiförmiges Zwischenglied 19 aus einem Material mit hoher elektrischer Leitfähigkeit wie beispielsweise Kupfer oder Silber, ist in den Einschnitt 18 eingepaßt und durch Hartlöten mit der Kontaktelektrode 13 verbunden; das Zwischenteil 19 wird nach seiner Anbringung an der Kontaktelektrode 13 durch Anlassen wieder in den weichen Zustand gebracht Im inneren Bodenteil des Zwischengliedes 19 sind mehrere gewellte Abschnitte 19a ausgebildet Seitliche Ringflansche 19/> am Außenumfang des Zwischengliedes 19 haben (in Axialrichtung der Kontaktstäbe gesehen) eine größere Länge als die Tiefe des Einschnittes 18. Der Ringflansch 196 ist mit einzelnen Zähnen 20 versehen, die in eine Ringnut der Kontaktelektrode 14 eingepaßt werden können, wie noch beschrieben werden soll.

Die Kontaktelektrode 14 enthält an ihrer Bodenfläche ebenfalls gewellte Abschnitt 14a und wird so in das Zwischenglied 19 eingesetzt, daß die gewellten Abschnitte 14a in die gewellten Abschnitte 19a eingepaßt werden können.

■*5 Die Kontaktelektrode 14 ist aus einem Material mit hoher Leitfähigkeit wie Kupfer oder Silber, und mittlerem Dampfdruck hergestellt, das einen Zusatz von 10 bis 20% eines Materials mit niedrigem Schmelzpunkt und hohem Dampfdruck enthält, wie beispielsweise Wismuth oder Antimon. Aufgrund dieses Zusatzes kann die Kontaktelektrode nicht verlötet oder verschweißt werden, so daß der Wert des elektrischen Unterbrecherstroms auf 0,5 A bis IA gehalten wird. Die Kontaktfläche (gemäß der Darstellung in Fig.5 die obere Fläche) der Kontaktelektrode 14 steht in bezug auf die benachbarte Fläche der Magnettreiberelektrode 13 um eine bestimmte Strecke vor. Eine Ringnut 21 ist an dem Außenumfang der Kontaktelektrode 14 ausgebildet; die Zähne 20 des Zwischenglieder werden in der Ringnut 21 verstemmt Die Kontaktelektrode 14 ist im mittleren Bereich ihrer Kontaktfläche mit einem kreisförmigen Einschnitt 14£> versehen.

Wie in Fig.5 strichpunktiert angedeutet ist, wird beim Verstemmen die Kontaktelektrode 14 durch ein Preßwerkzeug 22 auf das Zwischenglied 19 gedrückt; außerdem wird ein etwa gabelförmiges Werkzeug 23 mit einem Stemmbereich 23a zwischen das Preßwerkzeug 22 und die Magnet-Treiberelektrode so eingesetzt.

daß ein verstärkter Abschnitt 236 die Außenseite der Magnet-Treiberelektrode 5 umschließt. Damit kann die Kontaktelektrode 15 sicher mit den übrigen Bauelementen verbunden werden.

Das stationäre Kontaktelement 4 wird auf die gleiche Weise an dem festen Kontaktstab 2 befestigt und hat im wesentlichen den gleichen Aufbau wie das bewegliche Element 5; jedoch ist jeder Schlitz 16 bei der zugehörigen Magnet-Treiberelektrode 13 so ausgebildet, daß der Lichtbogen C- oder kanalförmig verläuft. Die entsprechenden Teile des festen Elementes 4 sind mit den gleichen Bezugszeichen versehen wie die Teile des beweglichen Elementes 5.

In Fig. 1 und 5 sind schließlich noch schüsseiförmige Abschirmelemente gezeigt, die den stationären Kontaktstab 2, den beweglichen Kontaktstab 3 und den Balg 10 schützen sollen.

In Fig.6 ist eine zweite Ausführungsform eines stationären Kontaktelementes 5' dargestellt. Dieses stationäre Element 5' weist ein scheibenförmiges Tragteil 25 zur Erzeugung eines Magnetfeldes, das parallel zur Achsrichtung des beweglichen Kontaktstabes 3 verläuft, d. h. eines axialen Magnetfeldes, sowie eine scheibenförmige Kontaktelektrode 26 auf. Das scheibenförmige Tragteil umfaßt einen ringförmigen Wendelabschnitt 25a, dessen Radius größer als der Radius des beweglichen Kontaktstabes 3 ist, sowie einen in der Mitte des Wendelabschnittes 25a angebrachten, scheibenförmigen Montageabschnitt 256. Dieser Montageabschnitt 256 ist an einem Ende mit dem Kontaktstab 3 verbunden, wozu in seiner Endfläche ein Einschnitt 27 mit der Größe des Kontaktstabes 3 angepaßter Größe vorgesehen ist. Die Verbindung erfolgt durch Hartverlöten.

An der gegenüberliegenden Fläche des Montageabschnittes 256 befindet sich, ein weiterer Kreiseinschnitt 28. Eine Abstützung 29 aus einem Material mit hohem elektrischen Widerstand, beispielsweise nichtrostendem Stahl, ist in dem Einschnitt 29 durch Verlöten befestigt und steht in Axialrichtung von dem Montageabschnitt 256 vor. Auf dem vorstehenden Ende der Abstützung 29 ist ein schüsseiförmiges Zwischenglied 30 aus einem Material mit hoher Leitfähigkeit, wie beispielsweise ^r> Kupfer oder Silber, durch Löten befestigt; dieses Material wird nach dem Verlöten durch Anlassen wieder erweicht. Der Außenradius des Zwischengliedes 30 ist etwa gleich dem Außenradius des Tragteils 25. Am Außenumfang des Flansches des Zwischengliedes 30 sind mehrere Zähne 31 mit gleichbleibendem Abstand in Umfangsrichtung angebracht.

Die Kontaktelektrode 26, deren Außenradius gleich dem Innenradius des Flansches des Zwischengliedes 30 ist, wird nun in die Abstützung eingesetzt. Die Kontaktelektrode 26 besteht im wesentlichen aus einem Material mit hoher elektrischer Leitfähigkeit bei mittlerem Dampfdruck, wie beispielsweise Kupfer oder Silber, das mit 10 bis 20 Gew.-°/o Wismuth oder Antimon versetzt ist, also einem Material mit niedrigem 2« Schmelzpunkt und hohem Dampfdruck. Bei Verwendung dieses Materials kann die Kontaktelektrode 26 nicht mehr gelötet oder geschweißt werden.

Die Kontaktelektrode 26 ist an der eigentlichen Kontaktfläche mit einem Kontaktbereich 26a und einem leicht abgeschrägten Außenabschnitt 266 versehen. Am Außenumfang der Kontaktelektrode 26 ist eine Ringnut 32 ausgebildet, in der die Zähne 31 des Zwischengliedes 30 verstemmt werden können. Auf diese Weise wird die Kontaktelektrode 26 an dem Zwischenglied 30 befestigt. Eine Elektrode 33 (siehe F i g. 6) dient dazu, den Strom von dem Wendelbereich 25a des Tragteils 25 zu der Kontaktelektrode 26 zu bringen. Unter dem Tragteil 25 befindet sich eine Verstärkung 34 aus einem Material mit hohem elektrischen Widerstand, beispielsweise nichtrostendem Stahl, die mit Paßsitz um den beweglichen Kontaktstab 3 angeordnet ist. Die stationäre Kontaktelektrode (nicht dargestellt) hat den gleichen Aufbau wie die bewegliche Kontaktelektrode 26.

Hierzu 3 Blatt Zeichnungen

Claims (1)

Patentansprüche:

1. Vakuum-Leistungsschalter

a) mit zwei relativ zueinander in einem Vakuumbehälter verschiebbaren Kontaktstäben,

b) mit scheibenförmigen, an den Enden der Kontaktstäbe angebrachten Tragteilen mit zentralen Aussparungen, und ι ο

c) mit in die Aussparungen eingesetzten, scheibenförmigen Kontaktelektroden, die mit ihren Umfangsflächen zumindest teilweise aus den jeweiligen Tragteilen hervorstehen,

dadurch gekennzeichnet, daß

d) jede Kontaktelektrode (14, 26) in ihrer Umfangsfläche mit einer Ringnut (21,32) versehen ist, daß

e) zwischen dem scheibenförmigen Tragteil (13, 25) und der Kontaktelektrode (14, 26) ein schüsseJförmiges Zwischenglied (19, 30), bestehend aus einem plattenförmigen Boden und einem sich senkrecht dazu erstreckenden, zylindrischen Ringflansch (196, 31) angeordnet ist, das mit dem Tragteil (13,25) verlötet ist, und " daß

f) das freie Ende des Ringflansches (19i>, 31) in der Ringnut (21,32) verstemmt ist.