DE3433155A1

DE3433155A1 - Contact arrangement for vacuum switches

Info

Publication number: DE3433155A1
Application number: DE19843433155
Authority: DE
Inventors: Rudolf Dipl.-Ing. Gebel; Bernt Dipl.-Phys. Dr. 8520 Erlangen Paul
Original assignee: Siemens AG
Current assignee: Siemens AG
Priority date: 1984-09-10
Filing date: 1984-09-10
Publication date: 1986-03-20
Also published as: JPS6171520A

Abstract

In a contact arrangement having axial field contacts, the contact supports (2) in each case form one side wall of a cylindrical chamber and are in each case provided with oblique slots (10) and are covered by a contact disc (4). According to the invention, the chamber contains a profiled body (12 to 15) which consists of ferromagnetic material and has an essentially cylindrical outer jacket whose external diameter is not significantly less than the internal diameter of the chamber. In the region close to the axis, the profiled body (12 or 15 respectively) forms a cavity (16 to 19) at least on the contact disc (4). As a result of this profiled body (12 to 15), the magnetic field is distributed approximately uniformly over the diameter of the contacts. <IMAGE>

Description

Kontaktanordnung für VakuumschalterContact arrangement for vacuum switch

Die Erfindung bezieht sich auf eine Kontaktanordnung für Vakuumschalter mit koaxial einander gegenüber angeordneten Kontakten, deren Kontaktträger jeweils eine Seitenwand einer zylindrischen Kammer bilden und mit in den beiden Kontakten gleichsinnig zur Achse geneigten Schlitzen versehen und jeweils mit einer Kontaktscheibe abgedeckt sind. Solche Kontakte bilden ein koaxiales Magnetfeld.The invention relates to a contact arrangement for vacuum switches with contacts arranged coaxially opposite one another, the contact carriers of which in each case form a side wall of a cylindrical chamber and with in the two contacts Provided slots inclined in the same direction to the axis and each with a contact disc are covered. Such contacts form a coaxial magnetic field.

Es ist bekannt, ein Ansteigen der Lichtbogenspannung und den damit verbundenen hohen Leistungsumsatz in Vakuumschaltern durch ein koaxiales Magnetfeld im Spalt zwischen den geöffneten Kontakten zu verhindern. Zu diesem Zweck kann eine die Schaltkammer zylindrisch umgebende Spule vorgesehen sein, die mit den Schaltkontakten elektrisch in Reihe liegt und ein vom Strom abhängiges axiales Magnetfeld aufbaut, das den Spalt zwischen den Kontakten durchsetzt. Zur Erhöhung der Feldstärke im Kontaktspalt kann die Spule mehrlagig aufgebaut sein. Die Herstellung solcher Vakuumschalter erfordert aber einen verhältnismäßig großen Aufwand.It is known an increase in the arc voltage and with it associated high power consumption in vacuum switches through a coaxial magnetic field to prevent in the gap between the open contacts. For this purpose a the switching chamber can be provided cylindrically surrounding the coil with the switching contacts is electrically in series and creates an axial magnetic field dependent on the current, that penetrates the gap between the contacts. To increase the field strength in the Contact gap, the coil can be constructed in several layers. The manufacture of such vacuum switches but requires a relatively large effort.

Man hat deshalb in einer Ausführungsform einer Kontaktanordnung mit zwei koaxial zueinander angeordneten und im wesentlichen zylindrischen Kontakten den Mantel der Kontakte als Schraubenlinie ausgebildet, die in den beiden Kontakten den gleichen Drehsinn hat und vom zu schaltenden Strom gleichsinnig durchflossen wird. Durch die drehstabähnliche Mantel form des Kontaktes erhält man eine azimutale Komponente des Stromes, die zwischen den Kontakten ein axiales Magnetfeld erzeugt, dessen Feldstärke eine diffuse Lichtbogenform bewirkt. Um dieses Feld im Kontaktspalt zu konzentrieren, enthalten die Kontakte jeweils einen koaxialen Kern aus ferromagnetischem Material. Durch diese Eisenkerne wird im Kontaktspalt ein Magnetfeld konzentriert, das von der Kontaktachse aus in radialer Richtung abnimmt (DE-OS 31 12 009).One therefore has in one embodiment a contact arrangement two coaxially arranged and essentially cylindrical contacts the jacket of the contacts is designed as a helical line in the two contacts has the same direction of rotation and the current to be switched flows through it in the same direction will. The shape of the contact is retained by the torsion bar-like jacket man an azimuthal component of the current that creates an axial magnetic field between the contacts generated whose field strength causes a diffuse arc shape. To get this field in To concentrate contact gap, the contacts each contain a coaxial core made of ferromagnetic material. Through these iron cores, a Concentrated magnetic field, which decreases from the contact axis in the radial direction (DE-OS 31 12 009).

In einer weiteren bekannten Ausführungsform einer Kontaktanordnung sind etwa schalenförmige flache Topfkontakte vorgesehen, deren Kontaktträger eine zylindrische Kammer als Seitenwände umgeben, die jeweils durch eine Kontaktscheibe abgedeckt sind. Das Axialfeld erhält man durch gegenüber der Achse geneigte schräge Schlitze in den Kontaktträgern mit in den beiden Kontakten gleichsinniger Drehrichtung. Zwischen der Kontaktscheibe und dem Kontaktboden ist ein Stützkörper vorgesehen, der aus im wesentlichen radial angeordneten Blechen aus ferromagnetischem Material bestehen kann. Dieser Stützkörper bewirkt somit ebenfalls eine Feldkonzentration im achsnahen Bereich der Kontakte (DE-OS 32 27 482).In a further known embodiment of a contact arrangement shell-shaped flat pot contacts are provided, the contact carrier of which is a cylindrical chamber surrounded as side walls, each by a contact disc are covered. The axial field is obtained by an inclined slope with respect to the axis Slots in the contact carriers with the same direction of rotation in the two contacts. A support body is provided between the contact disk and the contact base, that consists of essentially radially arranged sheets of ferromagnetic material can exist. This support body thus also causes a field concentration in the near-axis area of the contacts (DE-OS 32 27 482).

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Kontaktanordnung der eingangs genannten Art dadurch zu verbessern, daß durch besondere Gestaltungsmerkmale ein weitgehend homogenes Magnetfeld zwischen den geöffneten Kontakten hergestellt wird.The invention is based on the object of a contact arrangement of To improve the type mentioned at the outset that through special design features a largely homogeneous magnetic field is established between the opened contacts will.

Die Erfindung beruht auf der Erkenntnis, daß eine Feldkonzentration im achsnahen Bereich vermieden werden muß und sie besteht in den kennzeichnenden Merkmalen des Anspruchs 1. Mit dieser Gestaltung erhält man eine weitgehende Homogenisierung des axialen Magnetfeldes in radialer Richtung zwischen den geöffneten Kontakten bis nahe an die Kontaktränder. Durch den ferromagnetischen Profilkörper erhält man eine Verstärkung des Magnetfeldes in radialer Richtung zum Rand der Kontakte und somit ein etwa gleichmäßig über den Durchmesser der Kontakte verteiltes Magnetfeld. Zur Bildung des Hohlraumes kann der Profilkörper an seiner der Kontaktscheibe zugewandten Stirnfläche im zentralen Bereich mit einer Ausnehmung versehen sein, bei der die Schnittkante ihres Querschnitts in Achsrichtung eine Kurve ergibt oder auch stufenförmig verläuft. Er kann ferner aus einer Bohrung bestehen, in der gegebenenfalls noch ein zusätzlicher Stützkörper aus unmagnetischem Material angeordnet sein kann.The invention is based on the knowledge that a field concentration must be avoided in the area close to the axis and it consists of the characteristic Features of claim 1. With this design one obtains an extensive homogenization of the axial magnetic field in the radial direction between the opened contacts until close to the contact edges. Through the ferromagnetic profile body one obtains a strengthening of the magnetic field in the radial direction towards the edge of the contacts and thus a magnetic field distributed approximately evenly over the diameter of the contacts. To form the cavity, the profile body can face the contact disk on its Front face in the central area be provided with a recess in which the Cutting edge of its cross-section in the axial direction results in a curve or even step-shaped runs. It can also consist of a hole in which, if necessary, still an additional support body made of non-magnetic material can be arranged.

Durch eine Verringerung des Außendurchmessers des ferromagnetischen Profilkörpers unterhalb der Kontaktscheibe kann ein elektrischer Nebenschluß durch Berührung mit der Innenwand des geschlitzten Kontaktträgers ausgeschlossen werden. Durch einen isolierenden, vorzugsweise flachen Ring kann eine mechanisch stabile, elektrisch isolierende Unterstützung des Profilkörpers auf der Seite des Kontaktträger-Bodens erzeugt werden.By reducing the outer diameter of the ferromagnetic Profile body below the contact disc can cause an electrical shunt Contact with the inner wall of the slotted contact carrier can be excluded. With an insulating, preferably flat ring, a mechanically stable, electrically insulating support of the profile body on the side of the contact carrier base be generated.

Ferner kann ein zentral angeordneter Stützkörper die Kontaktscheibe mit der konkaven Seite des Profilkörpers verbinden. Dadurch können Kräfte aufgefangen werden, welche die Kontaktscheibe und den Kontaktträger belasten. Es kann auch ein als Ring gestalter Profilkörper vorgesehen sein, der vorzugsweise einen Stützkörper umgeben kann und der gegebenenfalls vom Kontakt boden durch eine elektrisch isolierende Zwischenlage getrennt sein kann.Furthermore, a centrally arranged support body can be the contact disk connect with the concave side of the profile body. This allows forces to be absorbed which stress the contact disk and the contact carrier. It can also be a be provided as a ring designer profile body, which is preferably a support body can surround and optionally from the contact bottom by an electrically insulating Liner can be separated.

Durch eine Verminderung des Stützkörperdurchmessers gegenüber dem Innendurchmesser des ferromagnetischen Profilkörpers kann eine elektrisch leitende Berührung von Stützkörper und Profilkörper auf einen schmalen Bereich beschränkt werden. Durch diese Gestaltungsmerkmale kann verhindert werden, daß der Profilkörper als elektrischer Nebenschluß für den als Spule wirkenden geschlitzten Kontaktträger wirkt.By reducing the diameter of the support body compared to the Inner diameter of the ferromagnetic profile body can be an electrically conductive one contact of support body and profile body to a narrow area be restricted. These design features can prevent the Profile body as an electrical shunt for the slotted one acting as a coil Contact carrier works.

Zur Unterdrückung von Wirbelströmen kann der Profilkörper mit radialen Schlitzen versehen sein. An seiner dem Boden des Kontakts zugewandten Stirn fläche kann der Profilkörper mit wenigstens einer ringscheibenförmigen Erhöhung versehen sein, die als Auflagefläche auf dem Boden des Kontakts dient. Dadurch werden über die Kontaktscheibe auf den Profilkörper wirkende Kräfte auf den Boden des Kontakts übertragen und zugleich wird ein elektrischer Nebenschlußstrom über den Profilkörper begrenzt. Das der Kontaktscheibe zugewandte Ende des Profilkörpers kann mit einer flanschartigen Erweiterung versehen sein, die in eine entsprechende Ausnehmung des Kontaktträgers hineinragt. Dadurch erhält man eine mechanische Halterung des Profilkörpers. In einer besonderen Ausführungsform kann diese flanschartige Erweiterung so weit in den Kontaktträger hineinragen, daß dadurch das Magnetfeld auch im Bereich des Kontaktrandes wesentlich erhöht wird.To suppress eddy currents, the profile body can be equipped with radial Be provided with slots. On his forehead facing the bottom of the contact the profile body can be provided with at least one annular disc-shaped elevation which serves as a support surface on the bottom of the contact. This will be over the contact washer forces acting on the profile body on the bottom of the contact transmitted and at the same time an electrical shunt current is transmitted through the profile body limited. The end of the profile body facing the contact disk can be equipped with a be provided flange-like extension, which is in a corresponding recess of the Contact carrier protrudes. This provides a mechanical support for the profile body. In a special embodiment, this flange-like extension can go so far protrude into the contact carrier so that the magnetic field is also in the area of the Contact edge is increased significantly.

Zur weiteren Erläuterung der Erfindung wird auf die Zeichnung Bezug genommen, in der verschiedene Ausführungsbeispiele von Kontaktanordnungen nach der Erfindung schematisch veranschaulicht sind. Figur 1 zeigt eine Ausführungsform eines Kontaktes, dessen Profilkörper mit einer Ausnehmung versehen ist, deren Querschnitt eine Kurve bildet. In der Ausführungsform nach Figur 2 ist der Profilkörper mit einer stufenförmigen Ausnehmung und mit einer flanschartigen Erweiterung versehen. In Figur 3 ist ein Profilkörper veranschaulicht, bei dem der Hohlraum einen Stützkörper enthält.To further explain the invention, reference is made to the drawing taken in the various embodiments of contact arrangements according to Invention are illustrated schematically. Figure 1 shows an embodiment of a Contact, the profile body is provided with a recess, the cross section forms a curve. In the embodiment of Figure 2, the profile body is with a step-shaped recess and provided with a flange-like extension. In Figure 3, a profile body is illustrated in which the cavity is a support body contains.

In der Ausführungsform nach Figur 4 ist ein ringförmiger Profilkörper vorgesehen.In the embodiment of Figure 4 is an annular profile body intended.

In der Ausführungsform nach Figur 1 besteht ein Kontakt für Vakuumschalter im wesentlichen aus einem hohlzylindrischen Kontaktträger 2, einer Kontaktscheibe 4 und einem Kontaktboden 6, der an einer Stromzuführung 8 in der Form eines zylindrischen Bolzens befestigt ist.In the embodiment according to FIG. 1, there is a contact for a vacuum switch essentially from a hollow cylindrical contact carrier 2, a contact disk 4 and a contact base 6, which is attached to a power supply line 8 in the form of a cylindrical Bolt is attached.

Der Kontaktträger 2 ist derart mit gegenüber der nicht näher bezeichneten Rotationsachse des Kontakts geneigten Schlitzen versehen, daß die zwischen den Schlitzen entstehenden Teile jeweils ein Spulenelement für den Strom bilden. Diese Schlitze 10 sind mit einem in der Figur nicht dargestellten weiteren Kontakt der Kontaktanordnung gleichsinnig geneigt, so daß innerhalb der Kontakte und zwischen den geöffneten Kontakten ein axiales Magnetfeld entsteht.The contact carrier 2 is in such a way with respect to the unspecified Axis of rotation of the contact provided inclined slots that the one between the slots resulting parts each form a coil element for the current. These slots 10 are with a further contact, not shown in the figure, of the contact arrangement inclined in the same direction so that within the contacts and between the open ones An axial magnetic field is created.

Der Kontaktträger 2 bildet die Seitenwand einer hohlzylindrischen und in der Figur nicht näher bezeichneten Kammer, in der ein ferromagnetischer Profilkörper 12 angeordnet ist, der an seinem der Kontaktscheibe 4 zugewandten Ende durch eine konkave Ausnehmung einen Hohlraum 16 bildet. Durch diesen Profilkörper wird das axiale Magnetfeld in radialer Richtung gedehnt und somit das Magnetfeld etwa gleichmäßig über den Durchmesser der Kontakte verteilt. Die Ausnehmung kann beispielsweise als Hohlkegel oder als Hohlkugel-Abschnitt gestaltet sein.The contact carrier 2 forms the side wall of a hollow cylindrical one and in the figure unspecified chamber in which a ferromagnetic profile body 12 is arranged, which at its end facing the contact disk 4 by a concave recess forms a cavity 16. This profile body makes that axial magnetic field is stretched in the radial direction and thus the magnetic field is approximately uniform distributed over the diameter of the contacts. The recess can, for example, as Hollow cone or be designed as a hollow ball section.

In der Ausführungsform einer Kontaktanordnung nach Figur 2 ist ein Profilkörper 13 vorgesehen, dessen der Kontaktscheibe 4 zugewandtes Ende mit einer Ausnehmung versehen ist, die einen Hohlraum 17 bildet, der sich von der Achse in radialer Richtung stufenförmig erwei- tert. Der Profilkörper 13 ist an seinem der Kontaktscheibe 4 zugewandten Ende mit einer flanschartigen Erweiterung 23 versehen, die in eine entsprechende, nicht näher bezeichnete Ausnehmung des Kontaktträges 2 hineinragt und als Halterung für den Profilkörper dient. Die Höhe H des Profilkörpers 13 ist geringer als die Tiefe T des vom Kontaktboden 6 und Kontaktträger 2 gebildeten Topfes. Außerdem kann auch der Außendurchmesser des Profilkörpers 13 etwas geringer als der Innendurchmesser der Kontaktträger 2 bemessen sein. In dieser Ausführungsform ist somit ein Nebenschluß des Stromes über den Profilkörper 13 praktisch ausgeschlossen.In the embodiment of a contact arrangement according to Figure 2 is a Profile body 13 is provided, the end of which facing the contact disc 4 with a Recess is provided which forms a cavity 17 which extends from the axis in step-widened in radial direction tert. The profile body 13 is at its end facing the contact disk 4 with a flange-like extension 23 provided in a corresponding, unspecified recess of the contact carrier 2 protrudes and serves as a holder for the profile body. The height H of the profile body 13 is less than the depth T of that formed by the contact base 6 and contact carrier 2 Pot. In addition, the outer diameter of the profile body 13 can also be somewhat smaller be dimensioned as the inner diameter of the contact carrier 2. In this embodiment a shunt of the current via the profile body 13 is thus practically excluded.

Nach Figur 3 ist ein Profilkörper 14 vorgesehen, der einen Hohlraum 18 bildet, in dem ein Stützkörper 26 aus elektrisch wenigstens schlecht leitendem und nichtmagnetischem Material angeordnet ist. Dieser Profilkörper 14 ist an seinem dem Boden 6 des Kontakts zugewandten Ende mit ringförmigen Vorsprüngen 24 versehen, die zur Abstützung auf dem Boden 6 des Kontakts dienen und die Auflagefläche des Profilkörpers 14 auf dem Boden 6 entsprechend vermindern. Deshalb ist auch ein Nebenschluß des Stromes über dem Profilkörper 14 erheblich vermindert.According to Figure 3, a profile body 14 is provided which has a cavity 18 forms, in which a support body 26 made of electrically at least poorly conductive and non-magnetic material is arranged. This profile body 14 is on his the end facing the bottom 6 of the contact is provided with annular projections 24, which serve to support on the bottom 6 of the contact and the support surface of the Reduce profile body 14 on the floor 6 accordingly. Therefore it is also a shunt of the current across the profile body 14 is considerably reduced.

In der Ausführungsform nach Figur 4 ist ein etwa ringförmiger Profilkörper 15 vorgesehen, der vorzugsweise noch einen zusätzlichen Stützkörper 27 umgeben kann.In the embodiment according to FIG. 4, there is an approximately annular profile body 15 is provided, which can preferably also surround an additional support body 27.

Dieser Stützkörper besteht aus nichtmagnetischem Material, beispielsweise rostfreiem Stahl, und gegebenenfalls aus elektrisch isolierendem Material, beispielsweise Keramik. Ein elektrischer Nebenschluß des Stromes über dem Profilkörper 15 wird durch eine elektrisch isolierende Zwischenlage 28 in der Form einer Ringscheibe verhindert. Der Außendurchmesser des Stütz- körpers 27 ist etwas geringer als der Innen durchmesser des Profilkörpers 15, so daß eine elektrisch leitende Berührung von Stützkörper 27 und Profilkörper 15 auf einen schmalen Bereich unterhalb der Kontaktscheibe 4 begrenzt wird. Der flanschartige Fortsatz 23 des Profilkörpers 15 ragt noch so weit in den Kontaktträger 2 hinein, daß dadurch das axiale Magnetfeld auch im Bereich des Außenrandes der Kontakte erhöht wird. Der durch den unmagnetischen Stützkörper 27 verursachte Nebenschluß beträgt nur etwa 5 % des Gesamtstromes.This support body consists of non-magnetic material, for example stainless steel, and optionally of electrically insulating material, for example Ceramics. An electrical shunt of the current across the profile body 15 is by an electrically insulating intermediate layer 28 in the form of an annular disk prevented. The outer diameter of the support body 27 is something less than the inner diameter of the profile body 15, so that an electrical Conductive contact of support body 27 and profile body 15 on a narrow area is limited below the contact disk 4. The flange-like extension 23 of the Profile body 15 protrudes so far into the contact carrier 2 that thereby the axial magnetic field is also increased in the area of the outer edge of the contacts. Of the shunt caused by the non-magnetic support body 27 is only approximately 5% of the total current.

In der Ausführungsform einer Kontaktanordnung mit einem Profilkörper 12 bis 15 nach der Erfindung kann der Neigungswinkel der Schlitze 10 kleiner gewählt werden als bei einer Ausführungsform ohne den ferromagnetischen Profilkörper. Dementsprechend vermindert sich der Aufwand für die Herstellung der Schlitze 10. Der Mehraufwand für die Herstellung des ferromagnetischen Profilkörpers 12 bis 15 und des isolierenden Ringes 28 wird teilweise kompensiert.In the embodiment of a contact arrangement with a profile body 12 to 15 according to the invention, the angle of inclination of the slots 10 can be selected to be smaller are than in an embodiment without the ferromagnetic profile body. Accordingly the effort for producing the slots 10 is reduced. The additional effort for the production of the ferromagnetic profile body 12 to 15 and the insulating Ring 28 is partially compensated.

11 Patentansprüche 4 Figuren - Leerseite -11 claims 4 figures - blank page -

Claims

Claims 1. Contact arrangement for vacuum switch with coaxial contacts arranged opposite one another, each of which has a contact carrier (2) Form the side wall of a cylindrical chamber and in the same direction in the two contacts Slits (10) inclined to the axis and covered with a contact disc (4) are, that the chamber has a profile body (12 to 15) made of ferromagnetic material with an essentially cylindrical outer jacket contains, the outer diameter of which is not significantly less than the inner diameter the chamber and in the near-axis area at least one on the contact disk (4) Forms cavity (16 to 19).

2. Contact arrangement according to claim 1, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t that the cavity (16) consists of a concave recess in the profile body (12) exists.

3. Contact arrangement according to claim 1 or 2, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t that the profile body (13) on its the contact disc (4) facing end is provided with a flange (23).

4. Contact arrangement according to claim 3, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t that the height (H) of the profile body (13) is less than the depth (T) the chamber.

5. Contact arrangement according to one of claims 1 to 4, d a d u r c h e k e n n n n e i c h n e t that the end face facing the contact base (6) of the profile body (14) is provided with extensions (24).

6. Contact arrangement according to one of claims 1 to 5, d a d u r c h e k e n n n z e i c h n e t that in the near-axis area of the cavity (18, 19) a support body (26, 27) is provided.

7. Contact arrangement according to claim 6, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t that the support body (26, 27) is made of electrically at least poorly conductive and non-magnetic material.

8. Contact arrangement according to claim 6 or 7, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t that the diameter of the support body (27) over a substantial Part of its height is less than the inner diameter of the profile body (15).

9. Contact arrangement according to one of claims 1 to 8, d a d u r c h g e k e n n n n e i c h n e t that a hollow cylindrical profile body (15) is provided is.

10. Contact arrangement according to one of claims 1 to 9, d a d u r c h g e k e n n z e 1 c h n e t that between the profile body (15) and the contact base (6) an electrically insulating intermediate layer (28) is provided.

11. Contact arrangement according to one of claims 1 to 10, d a d u r c h g e k e n n z e 1 c h n e t that the profile body (12 to 15) with radial Is provided with slots.