DE3533890A1 - Vakuumschaltroehre fuer schuetzanwendung - Google Patents

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft eine Vakuumschaltröhre mit einfach aufgebauten Schaltkontaktstücken nach dem Oberbegriff des Patentanspruchs 1.

Vakuumschütze müssen aus Kostengründen relativ einfach auf­ gebaut sein, die Kontakte der Schaltröhren dürfen nur sehr geringe Schweißkräfte aufweisen, die Schweißkräfte dürfen für die aufzuwendende Öffnungskraft nicht bestimmend sein. Daher werden Vakuumschütze in der Regel mit einfachen plat­ ten- oder stiftförmigen Kontakten ausgerüstet, welche im Bereich der Kontaktfläche ein Material mit geringer Schweiß­ neigung enthalten.

Aus W. Merl, "Der elektrische Kontakt", copyright Dürrwäch­ ter-Doduco, Pforzheim, 1959, Seiten 43 bis 46, ist es be­ kannt, daß zur Verminderung der Schweißkraft neben der Ver­ wendung von Werkstoffen mit kleinem spezifischem Widerstand, niederer Zerreißfestigkeit und hoher Schmelztemperatur eine Aufteilung der Kontaktfläche angewendet werden kann. Diese Aufteilung kann makroskopisch durch Riffelung oder mikroskopisch durch Einlagerung von schlecht- bzw. nicht­ leitendem Stoffen erfolgen. Für Kontaktflächen, die einem Lichtbogen ausgesetzt sind, wird eine mikroskopische Auf­ teilung, die durch Sinterwerkstoffe realisiert ist, als vorteilhaft herausgestellt.

Die DE-PS 10 88 132 verweist auf nachteilige Abreißströme beim Ausschalten geringer Stromstärken und schlägt einen Zweibereichskontakt vor, bei dem eine Kontaktfläche in Form eines Ringes aus einem Werkstoff mit geringem Abreiß­ strom an eine weitere Kontaktfläche mit einem hohen Aus­ schaltvermögen angrenzt, wobei der Lichtbogen durch ein Magnetfeld auf den Bereich hohen Abschaltstromes gedrängt werden soll. Als Werkstoff mit geringem Abreißstrom wird beispielsweise ein Verbundwerkstoff mit Wolfram oder Mo­ lybdän einerseits und einer Mischung von Wismut und Kupfer andererseits angegeben. Dabei ist Wismut ein Material mit hohem Dampfdruck. Es kann durch andere Materialien mit ho­ hem Dampfdruck ersetzt werden.

In dieser DE-PS wird weiter ausgeführt, daß für die Unter­ brechung hoher Ströme, das heißt von Strömen über 5000 A, das Kontaktmaterial keine schwerschmelzbaren Bestandteile haben darf, da diese zu einer thermischen Emission neigen und der Wiederherstellung einer hohen dielektrischen Fe­ stigkeit nach dem Stromnulldurchgang entgegenwirken. Daher wird dort als Material für die weitere Kontaktfläche zur Unterbrechung hoher Ströme insbesondere Kupfer vorgeschla­ gen. Die hohe Verschweißneigung des Kupfers stört dabei nicht, da sich die weiteren Kontaktflächen der beiden Kon­ takte nicht berühren.

Die dort beschriebenen Mehrbereichskontakte sind für Schütze zu aufwendig; ihre große bewegte Masse erfordert auch eine aufwendige Ansteuerung.

Die DE-PS 16 40 039 schlägt als Kontaktmaterial für die Unterbrechung höherer Ströme (über 10 kA) unter anderem ein Verbundmetall aus Chrom und Kupfer vor.

Derartige Verbundmetalle besitzen jedoch eine für den Ein­ satz in Schützen zu große Schweißneigung und zu große Schweißkräfte. Die DE-OS 22 40 493 gibt als Kontaktwerk­ stoffe für Vakuumschaltröhren mit hohen Abschaltströmen ( kA), niedrigen Abreißströmen ( A) und ausreichend niedrigen Schweißkräften ( N) Chromkupfer-Verbundwerk­ stoffe an, welche unter anderen mit Kupfer-Tellur oder Ku­ pfer-Wismut getränkt sein sollen. Die genannten Zusätze von Wismut oder Tellur führen jedoch zu unzulässigen Wie­ derzündungen, auch wenn die genannten Stoffe nur in gerin­ gen, gerade noch zur notwendigen Senkung der Schweißkräfte ausreichenden Konzentrationen vorliegen. Durch Wiederzün­ dungen, die auch noch nach einigen Wechselstromperioden auftreten können, können über das Schütz z.B. bei einer Pol-Umschaltung mittels zweier Schütze (Wendebetrieb) Kurzschlüsse erzeugt und unerwünschte Betriebsstörungen ausgelöst werden.

Die Aufgabe, die der vorliegenden Erfindung zugrundeliegt, besteht darin, bei großer Schaltleistung der Schütze und gleichzeitiger Sicherheit gegen Wiederzündungen die Schweiß­ neigung, die wegen fehlender Oberflächenoxide im Vakuum stets vorhanden ist, zu verringern.

Diese Aufgabe wird durch die kennzeichnenden Merkmale des Patentanspruchs 1 gelöst.

Der beanspruchte Kontakt weist einen Verbundwerkstoff, z.B. Chrom-Kupfer, auf, der bekanntermaßen eine größere Schweiß­ kraft besitzt, als ein Wolfram-Kupfer-Verbundwerkstoff. Er besitzt auch bereits die von W. Merl in der oben genannten Literaturstelle als besonders günstig herausgestellte Auf­ teilung der Kontaktfläche durch den Einsatz eines Sinter­ werkstoffes, also die mikroskopische Kontaktflächenauftei­ lung. Diese ist gemäß Merl für Kontaktstücke, die einem Lichtbogenangriff ausgesetzt sind, vorzuziehen.

Gemäß der Lehre der Erfindung bewirkt eine zusätzliche makroskopische Aufteilung der Kontaktfläche eines Vakuum­ schaltkontaktes auf z.B. Chrom-Kupfer-Basis eine weitere Reduzierung der Schweißneigung.

Als Kontaktfläche wird hierbei die mit der entsprechenden Kontaktfläche des Gegenkontaktes in Berührung kommende Flä­ che bezeichnet. Die Kontaktfläche ist vorteilhaft durch Rillen unterteilt. Dabei reicht es aus, wenn die Rillen drei Teilflächen annähernd gleicher Größe voneinander tren­ nen und zumindest 0,5 mm tief sind.

Die Teilflächen können vorteilhaft konzentrische Kreise oder Kreissektoren sein. Wird eine große Zahl von Teilflä­ chen gewünscht, so empfiehlt es sich, daß in der Kontakt­ fläche zwei Scharen jeweils zueinander paralleler gerader Rillen voneinander getrennt sind und daß sich die beiden Scharen von Rillen auf der Kontaktfläche schneiden.

Die Erfindung wird nun anhand von sieben Figuren näher er­ läutert. Sie ist nicht auf die in den Figuren gezeigten Beispiele beschränkt.

Fig. 1 zeigt eine erfindungsgemäße Kontaktanordnung in Seitenansicht.

Die Fig. 2 und 3 bzw. 4 und 5 bzw. 6 und 7 zeigen je­ weils eine Draufsicht und einen Schnitt durch ver­ schiedene Ausführungsbeispiele von erfindungsgemäß unterteilten Kontaktflächen auf Kontaktstücken.

Erfindungsgemäße, einander in axialer Richtung gegenüber­ liegende Kontakte 1 enthalten Kontaktbolzen 2 und Kontakt­ stücke 3, die auf den Stirnseiten der Kontaktbolzen 2 an­ gebracht sind. Die Kontaktstücke 3 weisen Kontaktflächen 4 auf, welche bei geschlossenem Schalter den Kontakt her­ stellen.

Die Kontaktflächen 4 sind gemäß den Fig. 2 und 3 durch radiale Rillen 5 in mehrere voneinander getrennte Teilflä­ chen 6 aufgeteilt. Die Rillen 5 sind im äußeren Bereich 7 als Schlitze und im mittleren Bereich 8 als Nuten ausgebil­ det. Diese Ausführungsform ist zum relativ häufigen Schal­ ten von hohen Schaltleistungen geeignet, da die Nuten ohne Schwierigkeit relativ breit und tief ausgeführt werden kön­ nen und sonst auch bei hohen Schaltleistungen und hohen Schaltzahlen nicht zuschmelzen. Die Nuten sind vorteilhaft etwa 1 mm tief.

Die Zahl der Rillen ist bei vorgegebenem Durchmesser nur durch die minimal erforderliche Gesamtkontaktfläche der verbleibenden Teilflächen begrenzt.

Die Ausführungsform der Fig. 4 zeigt konzentrische Nuten 9 als Rillen, welche die Teilflächen 10 voneinander trennen. Bei dieser Ausführungsform reichen bereits drei annähernd gleichgroße Teilflächen aus, um die Schweißkräfte unter die Hälfte der Schweißkräfte einer gleichgroßen, nicht unterteilten Kontaktscheibe zu senken.

Die Fig. 6 und 7 zeigen ein geriffeltes Kontaktstück, in dem die Kontaktfläche 4 durch zwei Scharen von Rillen 11 bzw. 12 in Teilflächen 13 unterteilt ist. Diese Ausfüh­ rungsform ermöglicht eine besonders feine Unterteilung auf einfache Art, da es hierbei auf die exakte Lage der Scharen von Rillen auf dem Kontaktstück nicht ankommt. Die Teilflä­ chen 13 müssen lediglich breiter sein als die Rillen, damit auch bei nicht genau übereinstimmender Ausrichtung der ein­ ander gegenüberliegenden Kontaktflächen 4 in jedem Fall zumindest der größte Teil der Kontaktflächen kontaktiert wird.

Die Kontaktstücke 3 bestehen z.B. aus einem Chrom-Kupfer- Verbundwerkstoff ohne versprödende Zusätze. Derartige Chrom-Kupfer-Verbundwerkstoffe weisen an sich schon eine mikroskopische Unterteilung durch die Chrommatrix auf, in die das Kupfer eingelagert ist. Dennoch ergibt sich überra­ schenderweise durch eine zusätzliche makroskopische Unter­ teilung in Teilflächen eine erhebliche Reduzierung der Schweißkräfte.

Ein Kontakt mit einer Kontaktscheibe von 30 mm Durchmesser und Rillen von 1 mm Tiefe, welcher in drei gleiche Teilflä­ chen unterteilt ist, gewährleistet bei 630 A Nennstrom zu­ mindest eine Million Schaltungen, wobei die üblichen Prüf­ bedingungen (8facher Nennstrom = 5,04 kA) zugrundegelegt sind. Dabei treten keine Wiederzündungen auf.

Claims (6)

1. Vakuumschaltröhre hoher Schaltleistung mit einfach auf­ gebautem Schaltkontakt welcher zumindest im Bereich der Kontaktfläche aus einem Verbundmetall besteht, wobei dieses Verbundmetall aus einem leichter und einem schwerer schmel­ zenden Metall aufgebaut ist, wobei das leichter schmelzende Metall im wesentlichen aus Kupfer besteht, dadurch gekennzeichnet, daß die Schaltkontakte im Bereich der Kontaktfläche aus einem Chrom-Kupfer-Verbundme­ tall bestehen, daß dieses Verbundmetall keine Zusätze mit hohem Dampfdruck enthält und daß die Kontaktfläche makro­ skopisch in nicht zusammenhängende Teilflächen unterteilt ist.

2. Schaltkontakt für eine Vakuumschaltröhre nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Kontaktfläche durch Rillen unterteilt ist.

3. Schaltkontakt nach Anspruch 2, dadurch ge­ kennzeichnet, daß die Rillen drei annähernd gleichgroße Teilflächen voneinander trennen und dabei zu­ mindest 0,5 mm tief sind.

4. Schaltkontakt nach einem der Ansprüche 2 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Rillen kreisförmig und zur Rotationsachse des Schaltkontak­ tes konzentrisch sind.

5. Schaltkontakt nach einem der Ansprüche 2 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Rillen radial und geradlinig verlaufen und die Teilflä­ chen Kreissektoren sind.

6. Schaltkontakt nach einem der Ansprüche 2 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Teilflächen Reihen von Vierecken sind, die durch zwei Scharen von jeweils zueinander parallelen, geraden Rillen voneinander getrennt sind, indem sich die beiden Scharen von parallelen geraden Rillen schneiden.