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Kontaktanordnung für Vakuumschalter
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Die Erfindung bezieht sich auf eine Kontaktanordnung für Vakuumschalter
mit koaxial einander gegenüber angeordneten Hohlkontakten, deren hohlzylindrische
Kontaktträger mit gegenüber der Achse der Hohl kontakte geneigten Schlitzen gleicher
Neigungsrichtung versehen sind.
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Die Kontakte enthalten jeweils einen Einsatz aus einem Material mit
erhöhtem elektrischen Widerstand.
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Ein Ansteigen der Lichtbogenspannung und der damit verbundene Leistungsumsatz
in Vakuumschaltern kann bekanntlich durch ein koaxiales Magnetfeld zwischen den
geöffneten Kontakten verhindert werden. Zu diesem Zweck kann bei den sogenannten
Axialfeldkontakten eine Spule vorgesehen sein, die mit den Schaltkontakten elektrisch
in Reihe liegt und ein vom Strom abhängiges axiales Magnetfeld aufbaut, das den
Spalt zwischen den geöffneten Kontakten in Achsrichtung durchsetzt. Diese Spule
kann sowohl außerhalb der Schaltkammer als auch innerhalb der Schaltkammer angeordnet
sein. Unter Umständen kann auch wenigstens eine der Stromzuführungen als Spule mit
mehreren Windungen ausgeführt sein. Das axiale Magnetfeld zwischen den geöffneten
Kontakten verhindert die Diffusion von Ladungsträgern aus dem Entladungsbereich
nach außen.
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In einer bekannten Ausführungsform solcher Axialfeldkontakte sind
koaxial einander gegenüber schalenförmige Hohlkontakte angeordnet1 deren hohlzylindrische
Kontaktträger gegenüber der Achse der Kontakte mit geneigten
Schlitzen
gleicher Neigungsrichtung versehen sind.
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Diese Schlitze können sich auch noch durch den Kontaktboden erstrecken.
Die Kontakte sind jeweils mit einer im wesentlichen scheibenförmigen Abdeckung versehen,
die zur Unterdrückung von Wirbelströmen radiale Schlitze enthalten können. Zur Erhöhung
der mechanischen Stabilität kann in den Hohl kontakten zwischen dem Kontaktboden
und der Abdeckung jeweils ein Stützkörper aus einem Material mit erhöhtem elektrischen
Widerstand eingelagert sein. Nach dem Öffnen der Kontakte entsteht durch die gleichsinnig
geneigten Schlitze ein axiales Magnetfeld, das bis zu einer verhältnismäßig hohen
Stromstärke entsprechend einer Stromdichte von etwa 1000 A/cm2 die Kontraktion des
Lichtbogens verhindert, so daß man bis zu dieser Grenzstromstärke noch einen diffusen
Lichtbogen erhält (DE-OS 32 27 482).
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In einer Ausführungsform der Hohlkontakte mit gegenläufig geneigten
Schlitzen erhält man bekanntlich ein radiales Magnetfeld, das nach dem Öffnen der
Kontakte den Lichtbogen durch azimutale Kraftkomponenten zwischen den Kontakten
rotieren läßt. Es ist bekannt, daß die Schaltleistung von Vakuumschaltern durch
die Überlagerung eines axialen Magnetfeldes mit einem Radialfeld erhöht werden kann.
Uberlagert man beide Magnetfeldtypen in einer Kontaktanordnung derart, daß die Axialfeldkomponente
gegenüber der Radialfeldkomponente überwiegt, dann lassen sich die Wirkungen der
beiden Magnetfeldtypen kombinieren. Bei verhältnismäßig geringen Stromstärken erhält
man durch das überwiegende Axialfeld einen diffusen Lichtbogen; bei großen Stromstärken
wird der Lichtbogen dagegen durch die Radialfeldkomponente zum Umlaufen gezwungen.
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In einer bekannten Ausführungsform einer Kontaktanordnung für Vakuumschalter
mit sogenannten Flachkontakten, die jeweils einen Einsatz aus einem Material mit
erhöhter elektrischer Leitfähigkeit enthalten, wird eine Überlagerung eines axialen
mit einem radialen Magnetfeld dadurch gebildet, daß die Stromzuführung zu einem
der beiden Kontakte als Spule gestaltet ist.
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Durch die Unsymmetrie im Luftspalt zwischen den geöffneten Kontakten
erhält man dann neben dem axialen Magnetfeld auch eine radiale Komponente (DE-OS
30 33 632).
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Es ist ferner bekannt, daß auch in einer Kontaktanordnung für Vakuumschalter
mit koaxial einander gegenüber angeordneten Topfkontakten eine Überlagerung eines
Radialfeldes mit einem Axialfeld hergestellt werden kann. Die Kontaktträger der
beiden Topfkontakte sind jeweils mit Schlitzen versehen, die in den beiden Kontakten
gegenläufige Richtungen haben und dadurch wie zwei gegenläufig vom Schaltstrom durchflutete
Spulen wirken, deren Windungszahl insbesondere auch kleiner als eins sein kann.
Mit den zwischen den Schlitzen entstehenden Segmenten erhält man nach dem Öffnen
der Kontakte ein radiales Magnetfeld, dessen Kraftkomponente den Lichtbogen zwischen
den ringförmigen Kontaktauflageflächen rotieren läßt. Das Axialfeld erhält man in
dieser Anordnung dadurch, daß die beiden Kontakte jeweils mit einem als Feldwicklung
dienenden und vom Strom im gleichen Umlaufsinn durchflossenen Ring versehen sind.
Das zwischen den Kontakten wirksame Magnetfeld dieser Anordnung wird somit duch
die Überlagerung der Felder zweier gleichsinnig duchfluteter "Spulen" auf der einen
Kontaktseite und zweier gegensinnig durchfluteter Spulen auf der anderen Kontaktseite
erzeugt (DE-OS 31 51 907).
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Der Erfindung liegt nun die Aufgabe zugrunde, diese Kontaktanordnung
zu vereinfachen und zu verbessern, insbesondere soll der elektrische Widerstand
vermindert und dadurch die Stromtragfähigkeit entsprechend erhöht werden. Die Erfindung
beruht auf der Erkenntnis, daß sich in dieser bekannten Anordnung die Teilmagnetfelder
der auf der einen Seite der Mittelebene zwischen den Kontakten angeordneten Spulen
einander verstärken, während die Teilmagnetfelder der beiden auf der anderen Seite
befindlichen Spulen einander entgegengerichtet sind und sich deshalb teilweise oder
ganz aufheben.
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Nach der Erfindung wird nun die genannte Aufgabe bei einer Kontaktanordnung
mit Hohlkontakten der eingangs genannten Art erfindungsgemäß gelöst mit den kennzeichnenden
Merkmalen der Patentansprüche 1 oder 2. Durch das kombinierte Axial- und Radialfeld
zwischen den niederohmigen und induktionsarmen Kontakten, die unempfindlich sind
gegen hohen Kontaktdruck im geschlossenen Zustand des Vakuumschalters, erhält man
eine Kontaktanordnung mit entsprechend erhöhter Schaltleistung. Es wird nun aber
in einfacher Weise das gleiche Magnetfeld im Bereich der Mittelebene zwischen den
geöffneten Kontakten erzeugt, indem auf der einen Seite eine Spule mit der Summe
der Durchflutungen je einer der Axial- und Radialfeldspulen angeordnet wird und
auf der anderen Seite eine Spule mit der Differenz der Durchflutungen je einer Axial-
und Radialfeldspule benutzt wird. In dieser Anordnung fließt der Strom von den Stromzuführungen
zu den das Magnetfeld erzeugenden geschlitzten Kontaktträgern in radialer Richtung
über den gesamten Umfang und somit bei gegebenem Durchmesser und gegebener Bauhöhe
mit dem geringsten elektrischen Widerstand.
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Zur weiteren Erläuterung der Erfindung wird auf die Zeichnung Bezug
genommen, in deren Fig. 1 und 2 jeweils eine Ausführungsform einer Kontaktanordnung
nach der Erfindung schematisch veranschaulicht ist. Fig. 1 zeigt eine Ausführungsform,
bei der die Anzahl der Schlitze in den beiden Kontakten verschieden ist und in Fig.
2 ist eine Ausführungsform veranschaulicht, bei der die Neigung der Schlitze in
den beiden Kontakten verschieden ist.
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In der Ausführungsform nach Fig. 1 sind zwei Hohlkontakte 2 und 4
mit ihren Stirnflächen, von denen ein zentraler Teil jeweils die Kontaktauflageflächen
bildet, koaxial einander gegenüber angeordnet. Diese Hohlkontakte 2 und 4 bestehen
im wesentlichen aus einem Kontaktboden 6 bzw. 8, einem hohlzylindrischen Kontaktträger
10 bzw. 12 sowie einer im wesentlichen scheibenförmigen Abdeckung 14 bzw. 16, die
an ihrem äußeren Rand zweckmäßig mit einer nicht näher bezeichneten Abschrägung
versehen sein kann. Die Hohl kontakte 2 und 4 enthalten jeweils einen Stützkörper
18 bzw. 20, die in der Figur auch im nicht aufgeschnittenen Teil gestrichelt angedeutet
sind. Diese Stützkörper 18 und 20 bestehen aus einem Material mit gegenüber Kupfer
wesentlich erhöhtem elektrischen Widerstand, vorzugsweise aus nichtmagnetischem
Material, insbesondere rostfreiem Stahl. Der Kontaktboden ist mit einer Stromzuführung
verbunden, die in der Figur mit 22 bzw. 24 bezeichnet sind.
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Die Kontaktträger 10 und 12 sind jeweils mit Schlitzen 26 bzw. 28
versehen, deren Anzahl in den beiden Kontakten 2 und 4 verschieden ist. Die Anzahl
der Schlitze 26 im oberen Kontakt 2 ist in der dargestellten Ausführungsform wesentlich
geringer als die Anzahl der
Schlitze 28 im Kontakt 4. Durch diese
Gestaltung der Schlitze 26 und 28 erhält man zwischen den Kontakten 2 und 4 ein
Magnetfeld, das aus einer Überlagerung eines axialen mit einem radialen Feld besteht.
Bei nicht zu großen Stromstärken, bis zu einer mittleren Stromdichte 2 über den
Kontaktoberflächen von etwa 1000 A/cm2, bewirkt die axiale Komponente des Magnetfeldes,
daß der Lichtbogen bei hinreichend weit geöffneten Kontakten diffus wird. Wenn bei
noch größeren Strömen der Lichtbogen schließlich trotz des axialen Feldanteils kontrahiert
brennt, bewirkt die radiale Komponente des Magnetfeldes, daß der kontrahierte Lichtbogen
zwischen den beiden Kontakten um die Achse der Kontaktanordnung rotiert. Dadurch
wird die thermische Belastung der Kontaktoberflächen weiterhin auf eine größere
Fläche verteilt und somit das Schaltvermögen zu noch höheren Strömen erweitert.
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Die gleiche Wirkung erhält man mit einer Ausführungsform der Kontakte
2 und 4, bei welcher die Kontaktträger 10 und 12 mit Schlitzen 36 bzw. 38 versehen
sind, deren Neigung gegenüber der nicht näher bezeichneten Rotationsachse der Kontakte
verschieden gewählt ist.
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Der Neigungswinkel Oder Schlitze 36 im Kontaktträger 10 des Kontaktes
2 ist geringer als der Neigungswinkel 4 der Schlitze 38 im Kontaktträger 12 des
Kontakts 4. Damit ist auch die Stromrichtung in den Segmenten verschieden, die jeweils
zwischen zwei benachbarten Schlitzen 36 oder 38 gebildet werden und man erhält dementsprechend
zwischen den geöffneten Kontakten 2 und 4 eine Überlagerung eines Axialfeldes mit
einem Radialfeld.
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Zur Begrenzung von Wirbel strömen können die Abdeckungen 14 und 16
jeweils mit in den Figuren nicht näher bezeichneten radialen Schlitzen versehen
sein. Ebenso kann es zweckmäßig sein, auch in den Kontaktböden 6 und 8 Wirbelströme
durch solche in der Figur nicht dargestellte radiale Schlitze zu unterdrücken.
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3 Patentansprüche 2 Figuren