DE3507317C2 - Contact arrangement for vacuum switches - Google Patents
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Description
Die Erfindung bezieht sich auf eine Kontaktanordnung für Vakuumschalter mit den im Oberbegriff des Patentanspruches 1 angegebenen Merkmalen. Die dabei verwendeten Kontakte bilden ein axiales Magnetfeld und werden in ihrem Aufbau beispielsweise in der DE-OS 32 31 593 beschrieben.The invention relates to a contact arrangement for Vacuum switch with the in the preamble of the claim 1 specified characteristics. The contacts used form an axial magnetic field and are in their structure described for example in DE-OS 32 31 593.
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 to increase the arc voltage and the associated high power conversion in vacuum switches through a coaxial magnetic field in the gap between to prevent the opened contacts. To this end can a coil surrounding the switching chamber cylindrical be provided which are electrically connected to the switch contacts Row lies and an axial magnetic field dependent on the current builds up that penetrates the gap between the contacts. To increase the field strength in the contact gap can the coil can be constructed in several layers. The production of such Vacuum switch requires a relatively great effort.
Man hat deshalb in einer aus der DE-OS 31 12 009 bekannten Ausführungsform einer Kontaktanordnung mit zwei koaxial einander gegenüber angeordneten und im wesentlichen zylindrischen Kontakten den Mantel der Kontakte als Schraubenlinie ausgebildet, die in den beiden Kontakten den gleichen Drehsinn hat. Durch die drehstabähnliche Mantelform 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.One has therefore in a known from DE-OS 31 12 009 Embodiment of a contact arrangement with two coaxial arranged opposite each other and essentially cylindrical contacts the jacket of the contacts as Helix formed in the two contacts has the same sense of rotation. Due to the torsion bar-like jacket shape the contact gives an azimuthal component of the current between the contacts an axial magnetic field generated, the field strength of a diffuse arc shape causes. To this field in the contact gap focus, the contacts each contain a coaxial Ferromagnetic material core. Through this A magnetic field is concentrated in the contact gap, that from the contact axis in the radial direction decreases.
Daneben ist aus der DE-OS 32 32 708 eine Vakuumschaltröhre für eine Kontaktanordnung mit schraubenlinearer Strombahn bekannt, bei der wenigstens eines der Schaltstücke in der Kontaktanordnung ein Stromzuführungsglied mit einem Kern und einem diesen umgebenden Mantel aufweist. Dabei ist der Kern aus einem Werkstoff mit relativ geringer elektrischer Leitfähigkeit hergestellt und besitzt eine schraubenlinienförmige äußere Kontur, die durch Verdrillung eines Stabes mit mehrkantigem oder sternförmigem Querschnitt bewirkt ist. Auf dem Kern ist ein Mantel aus einem Werkstoff mit relativ guter elektrischer Leitfähigkeit mit einer glatten zylindrischen äußeren Kontur aufgebracht. Durch eine derartige Ausbildung kann bei geöffneten Kontakten ein axiales Magnetfeld erzeugt werden.In addition, from DE-OS 32 32 708 a vacuum interrupter for a contact arrangement with screw linear Current path known in the at least one of the switching pieces a current supply element in the contact arrangement with a core and a jacket surrounding it. The core is made of a material with relative manufactured and possesses low electrical conductivity a helical outer contour that through Twisting a rod with a polygonal or star-shaped one Cross section is effected. There is a coat on the core made of a material with relatively good electrical conductivity with a smooth cylindrical outer contour upset. Such training can be opened Contacts an axial magnetic field are generated.
Aus der DE-PS 28 52 414 ist ein Vakuumschalter mit axialem Magnetfeld bekannt, bei dem jedem Kontaktstück der Kontaktanordnung eine im wesentlichen ringförmig mit einem durchgehenden sich radial erstreckenden Spalt ausgebildeter ferromagnetischer Körper zugeordnet ist, der im Spaltbereich eine niedrigere Permeabilität aufweist und der zur jeweiligen Leiterstabachse koaxial angeordnet und so ausgerichtet ist, daß der Spaltbereich des einen Körpers einen Bereich hoher Permeabilität des anderen Körpers gegenüberliegt. Beiden Kontaktanordnungen ist ein vergleichsweise komplizierter Aufbau der Kontakte vorgegben.From DE-PS 28 52 414 is a vacuum switch with an axial Magnetic field known in which each contact piece Contact arrangement a substantially annular with a continuous radially extending gap formed is assigned to the ferromagnetic body in the gap area has a lower permeability and that for each conductor rod axis arranged coaxially and so aligned is that the gap area of one body an area of high permeability of the other body opposite. Both contact arrangements is a comparative one given the complicated structure of the contacts.
In einer weiteren aus der DE-OS 32 27 482 bekannten, ebenso wie die DE-OS 32 31 593 der Gattungsbildung dienenden 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.In another known from DE-OS 32 27 482, as well as the DE-OS 32 31 593 serving genus formation Embodiments of a contact arrangement are approximately bowl-shaped, flat pot contacts provided, the contact carrier surround a cylindrical chamber as side walls, each covered by a contact washer. The Axial field is obtained by inclined to the axis slanted slots in the contact carriers with in the two Contacts in the same direction of rotation. Between the contact washer and a support body is provided for the contact base, that of essentially radially arranged sheets can consist of ferromagnetic material. This Support body thus also causes a field concentration in the area of the contacts near the axis.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Kontaktanordnung letzterer Art dadurch zu verbessern, daß durch besondere Gestaltungsmerkmale ein weitgehend homogenes Magnetfeld zwischen den geöffneten Kontakten hergestellt wird.The invention has for its object a contact arrangement to improve the latter type in that special design features a largely homogeneous Magnetic field created between the open contacts becomes.
Diese Aufgabe ist bei einer gattungsgemäßen Kontaktanordnung mit den im kennzeichnenden Teil des Patentanspruchs 1 angegebenen Merkmalen gelöst.This task is in a generic contact arrangement with the in the characterizing part of claim 1 specified features solved.
Bei der Erfindung ist die Gestaltung des sogenannten Profilkörpers wesentlich. Die Erfindung beruht dabei auf der Erkenntnis, daß sowohl eine Feldkonzentration als auch eine Feldverminderung im achsnahen Bereich der Kontakte durch dessen Gestaltung vermieden werden kann. Mit dieser Gestaltung erhält man eine weitgehende Homogenisierung des axialen Magnetfeldes in radialer Richtung zwischen den geöffneten Kontakten bis nahe an die Kontaktränder. Die erforderliche mechanische Festigkeit wird durch die Anordnung der beiden Stützkörper erreicht, die aus vorzugsweise zylindrischen, elektrisch schlecht leitenden, unmagnetischen Einsätzen bestehen. Von den beiden Profilkörpern ist in Achsrichtung jeweils einer vor und hinter dem Profilkörper angeordnet.In the invention, the design of the so-called profile body essential. The invention is based on the Realization that both a field concentration and a field reduction in the area of the contacts near the axis can be avoided by its design. With this You get a largely homogenization of the design axial magnetic field in the radial direction between the opened contacts close to the contact edges. The required mechanical strength is due to the arrangement of the two support bodies that preferably reached out cylindrical, electrically poorly conductive, non-magnetic Inserts exist. Of the two profile bodies is one in front of and one behind the profile body in the axial direction arranged.
Eine vorteilhafte Dimensionierung für den Widerstand des zwischen Kontaktboden und Profilkörper angeordneten Stützkörpers ist im Patentanspruch 2 beschrieben.An advantageous dimensioning for the resistance of the arranged between contact base and profile body support body is described in claim 2.
Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung wird nachstehend anhand der Zeichnung näher erläutert. Es zeigtAn embodiment of the invention is shown below explained in more detail with reference to the drawing. It shows
Fig. 1 einen schematisch veranschaulichten Kontakt, Fig. 1 is a schematically illustrated contact,
Fig. 2 ein Diagramm für den Verlauf des magnetischen Feldes und Fig. 2 is a diagram for the course of the magnetic field and
Fig. 3 in schematischer Darstellung die Zuordnung des Profilkörpers aus Fig. 1 zum Diagramm gemäß Fig. 2. Fig. 3 shows a schematic representation of the mapping of the profile body from Fig. 1 to the diagram of FIG. 2.
In der Ausführungsform nach Fig. 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. Der Kontaktträger 2 ist derart mit gegenüber der strichpunktiert angedeuteten Rotationsachse des Kontakts geneigten Schlitzen 10 versehen, daß die zwischen den Schlitzen entstehenden Teile jeweils ein Spulenelement für den Strom bilden. Diese Schlitze 10 sind mit den Schlitzen eines in der Figur nicht dargestellten weiteren Kontaktes der Kontaktanordnung gleichsinnig geneigt, so daß innerhalb der Kontakte und zwischen den geöffneten Kontakten ein axiales Magnetfeld entsteht.In the embodiment according to FIG. 1, a contact for vacuum switches essentially consists of a hollow cylindrical contact carrier 2, a contact disk 4 and a contact base 6 , which is fastened to a power supply 8 in the form of a cylindrical bolt. The contact carrier 2 is provided with slots 10 which are inclined with respect to the rotation axis of the contact indicated by dash-dotted lines in such a way that the parts formed between the slots each form a coil element for the current. These slots 10 are inclined in the same direction with the slots of a further contact of the contact arrangement, which is not shown in the figure, so that an axial magnetic field arises within the contacts and between the opened contacts.
Die Kontaktscheibe 4 besteht im allgemeinen aus sogenanntem Kontaktmaterial, beispielsweise Chrom/Kupfer, und kann an ihrem Rand gegebenenfalls mit einer in der Figur nicht dargestellten Abschrägung und zur Unterdrückung von Wirbelströmen mit radialen Schlitzen versehen sein.The contact disk 4 generally consists of so-called contact material, for example chrome / copper, and can optionally be provided on its edge with a bevel (not shown in the figure) and with radial slots to suppress eddy currents.
Der Kontaktträger 2 bildet die Seitenwand einer Kammer 12, die einen ferromagnetischen Profilkörper 14 enthält, der im wesentlichen schalenförmig gestaltet ist, jedoch im achsnahen Bereich mit einer Erhöhung 15 versehen ist. Durch diese Erhöhung 15 ergibt sich ein verminderter "Polschuhabstand" im achsnahen Bereich für das axiale Magnetfeld, wodurch man ein homogenere Strombelastung der Kontaktoberflächen und damit eine entsprechend erhöhte Schaltleistung der Kontaktanordnung erhält. In Achsrichtung vor und hinter dem Profilkörper 14 ist jeweils ein Stützkörper 16 bzw. 17 angeordnet, die aus elektrisch schlecht leitendem, unmagnetischem Material, beispielsweise aus rostfreiem Stahl, bestehen.The contact carrier 2 forms the side wall of a chamber 12 , which contains a ferromagnetic profile body 14 , which is essentially shell-shaped, but is provided with an elevation 15 in the region close to the axis. This increase 15 results in a reduced “pole shoe distance” in the area near the axis for the axial magnetic field, as a result of which a more homogeneous current load on the contact surfaces and thus a correspondingly increased switching capacity of the contact arrangement are obtained. In the axial direction in front of and behind the profile body 14 , a support body 16 or 17 is arranged, which consist of poorly conductive, non-magnetic material, for example of stainless steel.
Der mit dem Boden 6 des Kontakts verbundene, vorzugsweise zylindrische Stützkörper 16 kann zweckmäßig so dimensioniert werden, daß sein Widerstand für axiale Stromrichtung groß ist gegenüber dem Widerstand Rsp des als Axialfeldspule wirkenden Kontakträgers 2. Zu diesem Zweck wird die freie Länge ll des Stützkörpers 16 so bemessen, daß die BedingungThe preferably cylindrical support body 16 connected to the bottom 6 of the contact can expediently be dimensioned such that its resistance for the axial current direction is large compared to the resistance R sp of the contact carrier 2 acting as an axial field coil. For this purpose, the free length l l of the support body 16 is dimensioned so that the condition
ll≡π/4 · σ · d² · Rsp l l ≡π / 4 · σ · d² · R sp
erfüllt ist. Dabei ist die spezifische elektrische Leitfähigkeit des Stützkörpers 16 und dessen Durchmesser. Mit einem Stützkörper 16 aus Chrom-Nickel-Stahl mit einer spezifischen elektrischen Leitfähigkeit σ=1,4 Sm/mm² und einem Durchmesser d=13 mm sowie einem Spulenwiderstand Rsp=2,3 µ muß ll sehr viel größer als 0,43 mm gewählt werden. In der Ausführungsform nach Fig. 1 mit einem Kontakt, dessen Außendurchmesser beispielsweise 2 rk=100 mm beträgt, erfüllt die Länge ll mit 13 mm diese Bedingung. Der Widerstand des Stützkörpers 16 über die Länge ll beträgt dabei 70 µΩ, so daß weniger als 3% des Gesamtstromes durch den Stützkörper 16 fließen und somit über 97% des Gesamtstromes zur Erzeugung des axialen Feldes genutzt werden können.is satisfied. The specific electrical conductivity of the support body 16 and its diameter. With a support body 16 made of chromium-nickel steel with a specific electrical conductivity σ = 1.4 Sm / mm² and a diameter d = 13 mm and a coil resistance R sp = 2.3 µ, l l must be much larger than 0.43 mm can be selected. In the embodiment according to FIG. 1 with a contact whose outer diameter is, for example, 2 r k = 100 mm, the length l l with 13 mm fulfills this condition. The resistance of the support body 16 over the length l 1 is 70 μΩ, so that less than 3% of the total current flows through the support body 16 and thus over 97% of the total current can be used to generate the axial field.
Im Diagramm der Fig. 2 ist die im Spalt zwischen den geöffneten Kontakten erzeugte axiale magnetische Induktion Bz pro Ampere-Windungszahl I · W in µT/(A · W) in Abhängigkeit vom Radius r aufgetragen. Mit dem Profilkörper 14, welcher die achsennahe Erhöhung 15 besitzt, erhält man einen Feldverlauf, wie er durch die ausgezogene Kurve angegeben ist. Der Feldverlauf mit einem Profilkörper ohne die Erhöhung 15 ist im achsnahen Bereich gestrichelt angedeutet. Man erhält somit eine gleichmäßigere Feldverteilung zwischen den geöffneten Kontakten, wenn der Profilkörper 14 die achsennahe Erhöhung 15 besitzt.In the diagram in FIG. 2, the axial magnetic induction B z generated per ampere number of turns I · W in μT / (A · W) in the gap between the opened contacts is plotted as a function of the radius r. With the profile body 14 , which has the elevation 15 close to the axis, a field shape is obtained as indicated by the solid curve. The field course with a profile body without the elevation 15 is indicated by dashed lines in the area near the axis. A more uniform field distribution between the opened contacts is thus obtained if the profile body 14 has the elevation 15 close to the axis.
Der Fig. 3 sind die beiden dem Diagramm nach Fig. 2 entsprechenden Profile des Profilkörpers 14 und ihre Zuordnung zum Diagramm zu entnehmen.Of FIG. 3 are shown in both the diagram of Fig. 2 corresponding profiles of the profile body 14 and their assignment to the chart.
Claims (2)
- - deren im wesentlichen hohlzylindrische Kontaktträger (2) jeweils zwischen einem Kontaktboden (6) und einer Kontaktscheibe (4) angeordnet sind und
- - die mit in den beiden Kontakten gleichsinnig zur Achse geneigten Schlitzen (10) versehen sind
- - und jeweils eine Seitenwand einer Kammer bilden, die einen Stützkörper aus elektrisch schlecht leitendem, unmagnetischem Material (16, 17) enthält, dadurch gekennzeichnet,
- - daß die Kammer einen Profilkörper (14) aus ferromagnetischem Material enthält,
- - daß der Profilkörper (4) schalenförmig ausgebildet ist und
- - daß die Wand des Profilkörpers (14) im Auflagebereich von Kontaktscheibe (4) und Kontaktträger (2) mit diesen verbunden ist,
- - daß der der Kontaktscheibe (4) zugewandte Boden des Profilkörpers (14) mit einer Ausnehmung versehen ist, die im achsnahen Bereich eine erhöhung (15) enthält, und
- - daß der Stützkörper in zwei Stützkörper (16, 17) unterteilt ist, die in Achsrichtung derart hintereinander angeordnet sind, daß einer vor und einer hinter dem Profilkörper (14) angeordnet ist.
- - The substantially hollow cylindrical contact carrier ( 2 ) are each arranged between a contact base ( 6 ) and a contact disk ( 4 ) and
- - The slots ( 10 ) are provided in the two contacts in the same direction to the axis
- and each form a side wall of a chamber which contains a support body made of non-electrically conductive, non-magnetic material ( 16, 17 ), characterized in that
- - That the chamber contains a profile body ( 14 ) made of ferromagnetic material,
- - That the profile body ( 4 ) is bowl-shaped and
- - That the wall of the profile body ( 14 ) is connected to the contact disc ( 4 ) and contact carrier ( 2 ) with these,
- - That the contact disc ( 4 ) facing the bottom of the profile body ( 14 ) is provided with a recess which contains an increase ( 15 ) in the region close to the axis, and
- - That the support body is divided into two support bodies ( 16, 17 ) which are arranged one behind the other in the axial direction such that one is arranged in front of and one behind the profile body ( 14 ).
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Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| 8110 | Request for examination paragraph 44 | ||
| D2 | Grant after examination | ||
| 8364 | No opposition during term of opposition | ||
| 8339 | Ceased/non-payment of the annual fee |