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Vakuumschalter-Kontaktanordnung
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Zusatzpatent zur Patentanmeldung AZ P 32 27 594.3 Die Erfindung betrifft
Kontaktanordnungen elektrischer Vakuumschalter für die Unterbrechung von Betriebs-
und Kurzschlußströmen. Insbesondere geht sie solche Schalter an, bei denen auch
im Fall großer Schaltströme der Stromfluß zwischen den Kontakten durch ein achsiales
Magnetfeld im diffusen Zustand gehalten wird. Die Stromleiter zur Erzeugung des
achsialen magnetischen Feldes befinden sich im Innenraum des Schaltgefäßes.
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In DE-OS 24 43 141 wird vorgeschlagen, für die Erzeugung eines achsialen
Magnetfeldes speichenförmige Stromleiter senkrecht zu einem zentralen Stromleiterbolzen
anzuordnen und daran horizontale Kreisbogenabschnitte zu befestigen.
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Die Bogenabschnitte sind an den offenen Enden mit Ansätzen versehen
für die Auflage einer Kontaktscheibe. In diese Scheibe sind Schlitze eingearbeitet;
sie sollen den schädlichen Einfluß von Wirbelströmen und anderen Stromflüssen abschwächen,
die sonst das achsiale Magnetfeld verzerren würden. Verzerrt wird das magnetische
Hauptfetid aber auch durch das Störfeld, das der Stromfluß in den Speichen erzeugt.
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Zur Eliminierung des Störfeldes, das der Speichenstrom erregt,
wurde
in DE-OS 24 31 224 vorgeschlagen, Paare von sich überlappenden Kreisbogenabschnitten
einzusetzen, deren Verbindungsspeichen zu dem zentralen Stromleiterbolzen bifilare
Leiterelemente bilden. Die kompensierende Wirkung wird jedoch dadurch beeinträchtigt,
daß zwischen diesen radialen Leiterelementen ein Isolierabstand eingehalten werden
muß.
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Als unvorteilhafte Nebenwirkung der bifilaren Anordnung der Verbindungsleiter
tritt eine Erhöhunh des ohmschen Widerstandes und damit der Kontakterwärmung ein.
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Eine andere, nun aus Windungen gebildete Magnetfeld-Erregeranordnung
ist aus DE-OS 19 59 385 bekannt geworden. Dort münden einzelne langgestreckte Windungen
in einen Kontaktring, und zwar so, daß die Kontaktringfläche sich gänzlich in den
Außenbereich der Erregerspule erstreckt. Die Ringkontaktoberfläche ist daher dem
achsialen magnetischen Fluß nur sehr wenig ausgesetzt, und ein zwischen diesen Ringelektroden
fließender großer Kurzschluß-Schaltstrom kann nicht diffus bleiben. Außerdem findet
man an der Stirnseite eines verlängerten Stromleiterbolzens eine zweite Kontaktfläche
vor. Diese Parallelschaltung von Kontakten ist hinsichtlich des Stromflusses unbestimmt;
seine Zuordnung zu dem einen oder anderen Kontakt bestimmt der Zufall.
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Ein weiterer entscheidender Mangel der zuletzt diskutierten Erregeranordnung
besteht darin, daß die Länge des Spulenkörpers wesentlich größer ist als sein Innendurchmesser.
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Infolge dieser ungünstigen Relation ist die magnetische Streuung groß.
Dementsprechend bleibt die magnetische Feldstärke im Schaltraum unzureichend und
damit auch ihre Wirkung auf die diffuse Ausbildung des Stromflusses. Zur Abhilfe
ist vorgeschlagen worden, DE-OS 30 33 632, ferromagnetisches Material im Spulenraum
anzubringen, was jedoch die Konstruktion kompliziert macht.
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Im Gegensatz zu röhrenförmigen Spulenkörpern kommen spiral -förmige
bei der Erregung eines achsialen magnetischen Feldes mit einer geringeren Bauhöhe
aus, wie ein Vergleich von DE-OS 19 59 385 und DE-OS 31 30 466 deutlich zeigt.
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Bei genauer Betrachtung erweist sich jedoch die zuletzt zitierte Ausführungsart
des Kontakt- und Erregungssystems nur als eine Ausführungsvariante zu der bereits
in DE-OS 24 43 141 geoffenbarten Grundidee. Während dort eine Vier-Speichen-Anordnung
gewählt worden ist, bildet hier eine Zwei-Speichen-Anordnung den Ausgangspunkt des
Konstruktionsbeispiels. In einer mehr fertigungstechnisch interessanten Untervariante
erfolgt darin der Obergang von den Speichen zu den Bogenabschnitten nicht weiter
eckig sondern stetig.
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Aus dieser Sachlage ergibt sich, daß die Würdigung der technisch-physikalischen
Substanz der Druckschrift DE-OS 24 43 141 in den wesentlichen Punkten auch für die
Druckschrift DE-OS 31 30 466 gilt. Das zugehörige Ausführungsbeispiel läßt allerdings
die Schlitze in dem ebenfalls scheibenförmigen "Lichtbogenkontakt" nicht erkennen.
Sollten sie nicht vorhanden sein, so würde sich dies nicht günstig auswirken auf
die Ausbildung des achsialen magnetischen Feldes.
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Ein achsiales Magnetfeld läßt sich gemäß DE-OS 29 46 800 und DE-OS
32 06 823 auch noch folgendermaßen erzeugen: Von einem zentralen Stromleiterbolzen
wird je ein Teilstrom zwei daran senkrecht angeordneten Speichen zugeführt.
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Beide Teilströme münden unter erneuter Teilung in einen von den Speichen
getragenen Kreisring ein und fließen darin zwei Ansätzen zu, die einander gegenüberliegen.
Diese Ansätze stellen - genauso wie in der Ausführung nach DE-OS 24 43 141 - die
Verbindung her zu einer Kontaktscheibe, die auf ihnen lagert und alle Teilströme
aufnimmt. So ergeben sich vier Erregerstromkreise, die nicht sehr ideale achsiale
Magnetfelder erzeugen. Offensichtlich bestehen auch bei dieser Art der Magnetfelderregung
die Nachteile weiter, daß die Anpassungsfähigkeit an den diffus zu haltenden Schaltstrom
begrenzt ist und daß aus schon genannten Gründen in die Kollektor- und Kontaktscheibe
Schlitze eingearbeitet werden müssen.
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Dagegen kennzeichnen die Kontaktausführungen gemäß DE-OS 32 27 594
und 32 40 031 insbesondere bereits vorteilhaft
flach bauende und
anpassungsfähige Magnetfelderregungen aus.
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Das Problem gegenmagnetisierender Primär- und Sekundärströme ist a
priori dadurch eliminiert, daß es keine zentrale Kontaktscheibe mehr gibt.
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Die erfinderische Aufgabe soll die Entwicklung gemäß den beiden zuletzt
genannten Druckschriften fortsetzen. Dabei sollen die Kontakt- und Erregeranordnung
weiter vereinfacht und ihre Effizienz erhöht werden.
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Diese Aufgabe wird durch die im Patentanspruch 1 sowie in den -nachfolgenden
Patentansprüchen definierten Erfindungsmerkmale gelöst. Ein Ausführungsbeispiel
erläutert sie zusätzlich.
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Fig. 1 : Ausführungsbeispiel der erfindungsgemäßen Kontakt-und Erregungsanordnung
im Längsschnitt.
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Fig. 2 : Kontakt- und Erregungsanordnung gemäß Fig. 1 in der Draufsicht.
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Zu Fig. 1: In einer nicht dargestellten Vakuumschaltkammer befinden
sich eine feststehende und eine bewegbare Kontakt-und Erregungsanordnung; sie bestehen
aus den gleichen Bauelementen. Daher beschreibt die Zeichnung beide Anordnungen.
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An dem Stromlei-terbolzen (1) ist ein innen kreisförmiger und außen
quadratischer Trag- und Stromzuführungskörper (.2) befestigt. Von dem Tragkörper
gehen längsachsenparallele Anschlußstücke (3) für die Windungskörper aus, in die
sich der Stromleiterbolzen verzweigt. Diese Anschlußform bewirkt, daß das von den
Windungskörpern erzeugte achsiale magnetische Feld geringer verzerrt wird als dies
bei den bisher bekannten radialen Anschlußstücken der Fall ist.
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Der erste Windungskörper (4) ist links im Bild zu sehen wie er aus
dem Bildhintergrund kommend die Schittebene berührt.
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Darüber sieht man die Stirnfläche des vierten Windungskörpers (5)
auf die Schnittebene hinweisen. Im Oberdeckungsbereich der Windungskörper ist ein
Flachband (6) aus elektrisch schlecht leitendem Material, z.B. Edelstahl, eingelegt.
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Rechts von der Mittellinie berührt der dritte Windungskörper (7) die
Schnittebene;
in einer deutlich erkennbaren Stufe führt er über
den vierten Windungskörper (5) hinweg. Ein elektrisch schlecht leitendes Flachband
(6) in den überlappungsbereich eingelegt verhindert auch hier einen nennenswerten
Stromfluß zwischen den Windungskörpern. Der zweite im Schnittbild nicht mehr sichtbare
Windungskörper gehört zu der vorderen weggeschnittenen Hälfte der Ansicht.
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An den stufenartig erhöhten Abschnitten der Windungskörper sind Kontakt-
und Elektrodenkörper angebracht: an dem dritten Windungskörper (7) der dritte Kontaktkörper
(77) und an dem vierten Windungskörper (5) der vierte Kontaktkörper (55).
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Außerhalb der Darstellung befinden sich der erste und zweite Windungskörper
und daran angebracht der erste und zweite Kontaktkörper. Zur Zentrierung weist jeder
Kontaktkörper einen Ansatz (9) auf. Die Kontaktflächen der Kontaktkörper sind gegen
den Außenrand etwas zurückgenommen; der übergang erfolgt in einer kleinen Stufe.
Die in der Darstellung nicht sichtbaren Kontaktkörper haben dieselbe Form. Durch
diese erfindungsgemäße Ausbildung der Kontaktflächen erübrigen sich Schlitze, und
Stromflüsse, die das achsiale Magnetfeld verzerren könnten, sind trotzdem ausgeschlosssen.
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Für die Abstützung der vier Windungskörper ist ein an sich bekannter
und daher nicht dargestellter Einsatzkörper aus einem elektrisch relativ schlecht
leitenden Material wie z.B.
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Edelstahl vorgesehen. Zur Vermeidung eines störenden magnetischen
Sekundärfeldes ist noch der Stromleiterbolzen (1) an der Stirnseite mit einem Spalt
versehen und darin steckt ein Einsatzkörper (10) ebenfalls aus Edelstahl.
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Zu Fig. 2: In der oberen Hälfte der Draufsicht blickt man links auf
den vierten und rechts auf den dritten Kontakt-und Elektrodenkörper (55) bzw. (77).
Diese Körper sind an dem vierten (5) und dritten (7) Windungskörper angebracht.
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In der unteren Hälfte der Draufsicht sind die Kontakt- und Elektrodenkörper
weggelassen, um die Sicht auf die Windungskörper und deren Befestigung freizugeben.
Man erkennt den zentralen Stromleiterbolzen (1). An ihm ist der Stromzuführungskörper
(2) befestigt;
zur Unterdrückung von Wirbelströmen ist er ebenfalls
mit einem Spalt und einem darin steckenden Stahleinsatz (11) versehen. Von diesem
Körper gehen die Anschlußstücke (3) aus.
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Sie setzen sich in den zweiten (8) und dritten (7) Windungskörper
fort. Der zweite Windungskörper (8) präsentiert sich vollstandig der Draufsicht.
An seinem Anfang sieht man gestrichelt eingezeichnet das Anschlußstück (3) dem Tragkörper
(2) entspringen. Nach etwa einem Viertel bogen erhebt sich der Windungskörper um
eine Stufe. Dieser erhöhte Endbereich dient als Auflage und Anschlußfläche für den
nicht dargestellten zweiten Kontaktkörper. Unter dem Endbereich des zweiten Windungskörpers
bemerkt man das gestrichelt angedeutete weitere Anschlußstück (3) und den davon
ausgehenden dritten Windungskörper (7). Auf ihn kann sich der Endbereich des zweiten
Windungskörpers (8) stützen. Den Stromfluß in der Kontakt- und Erregungsanordnung
markieren Pfeile. Ströme, die in Pfeilrichtung fließen, erregen ein Magnetfeld,
das in Fig. 1 von unten nach oben gerichtet ist und in Fig. 2 aus der Bildebene
austritt. Diese Magnetisierungsrichtung geht auch aus den Strompfeilen in Fig. 1
hervor, von denen der eine aus der Schnittfläche des Windungskörpers t4) herauskommt
während der andere in die Schnittfläche des Windungskörpers (7) eintritt.