DE3610242A1 - Kontaktanordnung fuer vakuumschalter mit axialem magnetfeld und verfahren zur herstellung der zugehoerigen kontaktstuecke - Google Patents
Kontaktanordnung fuer vakuumschalter mit axialem magnetfeld und verfahren zur herstellung der zugehoerigen kontaktstueckeInfo
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- H01H33/66—Vacuum switches
- H01H33/664—Contacts; Arc-extinguishing means, e.g. arcing rings
- H01H33/6642—Contacts; Arc-extinguishing means, e.g. arcing rings having cup-shaped contacts, the cylindrical wall of which being provided with inclined slits to form a coil
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Description
Die Erfindung bezieht sich auf eine Kontaktanordnung
für Vakuumschalter mit axialem Magnetfeld, deren Kon
taktstücke scheibenförmige Kontaktkörper enthalten, wo
bei die Kontaktkörper auf Kontaktträger aufgelötet sind
und Mittel zur Verhinderung von Wirbelströmen aufweisen.
Daneben bezieht sich die Erfindung auch auf Verfahren
zur Herstellung der zugehörigen Kontaktstücke.
Mit der zunehmenden Verbreitung des Vakuumschaltprinzips
im Mittelspannungsbereich wird die Beherrschung höherer
Ausschaltströme gefordert. Auch Ströme oberhalb von
40 kA sollen sicher abgeschaltet werden, wobei zugleich
angestrebt wird, die Außenabmessungen der Schaltröhre
beizubehalten oder zu verkleinern. Es wurde eine Viel
zahl spezieller Kontaktgeometrien vorgeschlagen, die
den Schaltstrom in der Nähe der Kontaktkörper in azimu
taler Richtung führen. Hierdurch wird während des Schal
tens zwischen den Kontaktstücken ein axiales Magnetfeld
erzeugt, welches einen über die gesamte Kontaktfläche
gleichmäßig diffus verteilten Schaltlichtbogen bewirkt.
Bei derartigen Kontaktkonfigurationen mit axialem
Magnetfeld tritt generell folgendes Problem auf: Durch
die zeitliche Änderung des Stromes in der azimutalen
Stromlaufbahn werden in geschlossenen, ringförmigen
Kontaktträgerböden, in scheibenförmigen Kontaktkörpern
oder auch in Kontaktringen Wirbelströme induziert. Der
artige Wirbelströme erzeugen Sekundär-Magnetfelder,
welche das axiale Magnetfeld in seiner Amplitude schwä
chen und bezüglich seiner Phasenlage gegenüber dem durch
den Schalter fließenden Strom verschieben. Die Phasen
verschiebung des axialen Magnetfeldes bewirkt aber, daß
während und nach dem Nulldurchgang des Stromes ein er
hebliches axiales Restmagnetfeld erhalten bleibt. Dieses
Magnetfeld verhindert das schnelle Abströmen der noch
vorhandenen Ladungsträger aus dem Kontaktspalt und be
günstigt ein unerwünschtes Wiederzünden des Licht
bogens.
Vom Stand der Technik sind verschiedene Lösungen zur
Vermeidung von Wirbelströmen bei Vakuumschaltern mit
axialem Magnetfeld bekannt. Beispielsweise ist in der
DE-PS 24 43 141 eine Kontaktanordnung beschrieben, bei
der vier hakenförmig radial und azimutal verlaufende
Stromleiter zur Erzeugung des axialen Magnetfeldes vor
handen sind und der scheibenförmige Kontaktkörper zur
Vermeidung von Wirbelströmen radial geschlitzt ist. Wei
terhin ist aus der DE-OS 32 31 593 ein Aufbau eines Kon
taktes aus azimutalen Stromleitern bekannt, die durch
eine mehrfache, gleichsinnige Schlitzung eines Topf
kontaktes gebildet werden, auf den eine mit radialen
Schlitzen versehene Kontaktscheibe als Kontaktkörper
aufgelötet ist. Darüber hinaus wird in der
EP-A-00 55 008 der Verlauf von Stromleitern zur Magnet
feldausbildung dargestellt, wobei der Strom in der Kon
taktscheibe vielfach mäanderhaft in der Lichtbogenebene
verläuft und der Kontaktkörper durch breite Schlitze
in mehrere Teile unterteilt ist.
In der Fachliteratur (beispielsweise "IEEE Transactions
on Power Apparatus and Systems" (1980), Seite 2079 bis
2085) wird ausgeführt, unter welchen Voraussetzungen
Schlitze zur Wirbelstromvermeidung in der dem Lichtbogen
ausgesetzten Kontaktscheibe benötigt werden, wobei in
der Praxis durchweg von der Notwendigkeit der Schlitze
ausgegangen wird.
Nachteilig beim Stand der Technik ist, daß wegen der
breiten radialen Schlitze in der dem Lichtbogen zuge
wandten Kontaktoberfläche an deren Kanten bevorzugt
Kathodenfußpunkte ansetzen, welche durch thermische
Überhitzung zu Neuzündungen führen können. Darüber
hinaus kann beim Stand der Technik die Schlitzung der
Scheiben nur bis etwa einem Drittel des Kontaktschei
bendurchmessers erfolgen, um die Stabilität des Kon
taktkörpers zu erhalten. Wegen der fehlenden Schlitzung
im zentralen Bereich der Kontaktstücke bleiben die dort
fließenden Wirbelströme voll wirksam.
Aufgabe der Erfindung ist es daher, Kontaktstücke für
Vakuumschalter mit axialem Magnetfeld zu schaffen, bei
denen Wirbelströme und damit gekoppelte axiale Rest
magnetfelder im Stromnulldurchgang verhindert werden,
ohne daß störende Schlitze auf der Kontaktfläche
des Kontaktkörpers angebracht werden müssen.
Die Aufgabe ist erfindungsgemäß durch die Merkmale des
Patentanspruches 1 gelöst. Vorteilhafte Weiterbildungen
sind in den Unteransprüchen angegeben. Spezielle Ver
fahren zur Herstellung derartiger Kontakte sind in den
Ansprüchen 15 und 16 angegeben.
Gemäß der Erfindung wird vorgeschlagen, in Axialfeld-
Kontaktsystemen solche Kontaktkörper einzusetzen, die
auf der Schaltfläche weitgehend glatt sind, die aber
trotzdem Leitfähigkeitssprünge zur Unterdrückung von
Wirbelströmen durch radiale Bereiche mit einer gegen
über dem Kontaktmaterial deutlich geringeren elektri
schen Leitfähigkeit bewirken. Dabei können vorzugsweise
die radialen Bereiche durch Nuten auf der der Schalt
seite des Kontaktstückes abgewandten Seite gebildet
sein. Die radialen Bereiche können auch Diffusionszo
nen eines die elektrische Leitfähigkeit des Kontakt
materials mindernden Zusatzes sein. Dabei kann die
Diffusion von den Nuten auf der der Schaltseite des
Kontaktstückes abgewandten Seite ausgehen.
Vorteilhaft ist bei der Erfindung insbesondere, daß
eine für den Lötvorgang der Kontaktscheibe auf den
Kontaktstückträger ausreichende mechanische Stabilität
gewährleistet ist. Durch die glatte Kontaktfläche des
Kontaktkörpers werden die Schalteigenschaften des
Kontaktstückes nicht verändert.
Weitere Einzelheiten und Vorteile der Erfindung ergeben
sich aus der nachfolgenden Figurenbeschreibung anhand
der Zeichnung in Verbindung mit den Patentansprüchen.
Es zeigen
Fig. 1 eine Kontaktanordnung für ein Vakuumschaltge
rät mit axialem Magnetfeld in Schnittdarstellung,
Fig. 2 bis Fig. 4 verschiedene Ausführungsformen der
zugehörigen Kontaktkörper in perspektivischer Darstel
lung und
Fig. 5 weitere Möglichkeiten der Querschnittsform für die
Nuten auf der Unterseite der Kontaktkörper.
In Fig. 1 besteht ein Kontaktstück 1 eines Vakuumschal
ters aus einem topfartigen Kontaktträger 2 mit schräg
umlaufender der Schlitzung 3. Das Gegenkontaktstück 1′
weist in dem entsprechenden Kontaktträger 3′ eine
gleichsinnige Schlitzung 3′ in Achsrichtung auf, so daß
insgesamt aufgrund des Stromflusses ein axiales Magnet
feld erzeugt wird. Zum Kontaktträger 2 bzw. 2′ ist ein
Kontaktbolzen 4 bzw. 4′ aus Kupfer od.dgl. geführt. Im
Kontaktträger 2 bzw. 2′ ist ein Stützkörper 5 bzw. 5′
aus elektrisch schlecht leitenden Material, beispiels
weise Chrom/Nickel-Stahl in Doppel-T-Form, eingefügt.
Auf dieser Anordnung befindet sich jeweils ein schei
benförmiger Kontaktkörper 10 bzw. 10′ aus geeignetem
Kontaktmaterial, beispielsweise einem CuCr-Werkstoff
mit 50% Cr. Beim Stand der Technik besteht das Kontakt
körper üblicherweise aus einer Scheibe, in die vom Um
fang ausgehend radial bis etwa zwei Drittel zum Mittel
punkt Schlitze eingebracht sind. Das Zentrum der Scheibe
kann dabei nicht geschlitzt werden, um eine hinreichende
Stabilität zu gewährleisten.
In Fig. 2 ist der Kontaktkörper 10 mit seiner Schaltsei
te 11 und seiner Rückseite 12 dargestellt. Es ist er
sichtlich, daß sich durch radiale, von der Rückseite
her eingefräste Nuten 15 Stege geringerer elektrischer
Leitfähigkeit erzeugen lassen. Dabei kann der Keilwin
kel α beispielsweise 10 bis 90° betragen. Die Keiltiefe
wird so bemessen, daß die Scheibe 10 noch genügende
mechanische Stabilität für den Lötvorgang auf dem Kon
taktträger 2 bzw. 2′ und Stützkörper 5 bzw. 5′behält.
Dabei ist der Kontaktkörper 10 zweckmäßigerweise azimu
tal derart orientiert, daß die durch die Nuten 15 de
finierten radialen Bereiche der Schlitzung 3 bzw. 3′
der Kontaktträger 2 bzw. 2′ gemäß Fig. 1 entsprechend
zugeordnet sind.
Bei einer solchen Ausbildung eines Kontaktkörpers mit
Nuten 15 läßt sich zeigen, daß sich eine begrenzte Wirk
tiefe des elektrischen Stromes aufgrund des Skin-Effek
tes ergibt und damit eine Unterdrückung unerwünschter
Wirbelströme gewährleistet ist.
In Fig. 3 sind in einem Kontaktkörper 20 mit Schaltseite
21 und Rückseite 22 durch lokale Diffusion geeigneter
Komponenten sternförmige Bereiche geringerer elektri
scher Leitfähigkeit als die des Grundmaterials erzeugt.
Als Komponenten für die Diffusionszonen haben sich
speziell für einen CuCr-Kontaktwerkstoff beispielsweise
Eisen (Fe), Kobalt (Co), Nickel (Ni), Titan (Ti) oder
Aluminium (Al), also Komponenten die mit Kupfer einen
Mischkristall bilden und damit die elektrische Leit
fähigkeit wirksam herabsetzen, bewährt.
Zur Herstellung der sternförmigen Bereiche 25 werden
zweckmäßigerweise die Diffusionszonen durch Masken be
grenzt. Die Diffusion wird vorzugsweise von der Rück
seite 22 des Kontaktstückes 20 her erfolgen. Sie kann
aber auch von der Kontaktseite 21 durchgeführt werden,
sofern die Kontakteigenschaften nicht verschlechtert
werden. Die Diffusionstiefe erstreckt sich dabei bei
spielsweise über die Hälfte der gesamten Dicke d der
Scheibe 20; sie kann aber auch wie in Fig. 3 angedeutet
über die gesamte Dicke d der Scheibe 20 erfolgen.
In Fig. 4 sind in einen Kontaktkörper 30 mit Schaltsei
te 31 und Rückseite 32 vier radialsymmetrische Berei
che 35 mit parallelen Begrenzungen durch Diffusion über
die gesamte Dicke d des Kontaktstückes 30 erzeugt. Die
Eindiffusion der Zusätze erfolgt linear von beiden
Seiten mittels Masken. Dabei verläuft jede einzelne
Diffusionszone 35 ausgehend vom Umfang des Kontakt
stückes 30 soweit zum Mittelpunkt, beispielsweise bis
etwa zwei Drittel des Scheibenradius, daß ein innerer
Zentralbereich 36 hoher elektrischer Leitfähigkeit
erhalten bleibt.
Das Belassen mit unverändertem Kontaktmaterial ent
weder der Kontaktstücke 10 und 20 zur gesamten Schalt
seite 11 bzw. 21 hin oder des Kontaktstückes 30 zum
Zentralbereich 36 hin gewährleistet die gewünschte
Lichtbogenverteilung beim Schaltvorgang.
In weiteren Ausführungsformen der Erfindung ist es auch
möglich, ein Kontaktstück in der Kombination von Fig. 2
und Fig. 3 bzw. Fig. 4 aufzubauen. Dabei werden zuerst von
der Rückseite her in das Kontaktstück Nuten eingebracht
und von der Grundfläche der Nuten die Diffusion eines
leitfähigkeitsmindernden Zusatzes bewirkt.
In Fig. 5 ist gezeigt, daß die Nuten 15 nach Fig. 2 in
ihrem Querschnitt auch ein Halbrundprofil 16, ein
Rechteckprofil 17 oder ein Trapezprofil 18 haben kön
nen. Auch andere Formen sind denkbar. Dabei können
die Nuten 16 bis 18 vorteilhaft Ausgangspunkt von
Diffusionszonen 25 gemäß Fig. 3 sein.
Die Erfindung wurde vorstehend am Basiswerkstoff CuCr
als Kontaktmaterial beschrieben. Auch mit anderen
Kontaktwerkstoff-Systemen sind Kontakte gemäß der Er
findung herstellbar.
Claims (16)
1. Kontaktanordnung für Vakuumschalter mit axialem
Magnetfeld, deren Kontaktstücke scheibenförmige Kon
taktkörper enthalten, wobei die Kontaktkörper auf Kon
taktträger aufgelötet sind und Mittel zur Verminderung
von Wirbelströmen aufweisen, dadurch ge
kennzeichnet, daß der Kontaktkörper (10,
20, 30) radiale Bereiche (15, 25, 35) aufweist, die eine
gegenüber dem Grundmaterial deutlich geringere elektri
sche Leitfähigkeit besitzen.
2. Kontaktanordnung nach Anspruch 1, dadurch
gekennzeichnet, daß die radialen Bereiche
(15, 25, 35) schmal gegenüber den dazwischenliegenden
Kreissegmenten aus Grundmaterial sind.
3. Kontaktanordnung nach Anspruch 1, dadurch
gekennzeichnet, daß zumindest vier,
vorzugsweise aber mehr als vier, radiale Bereiche
kreissymmetrisch im Kontaktstück (10, 20, 30) ver
teilt sind.
4. Kontaktanordnung nach Anspruch 1, dadurch
gekennzeichnet, daß die radialen Bereiche
durch Nuten (15) auf der der Schaltfläche (11) des
Kontaktstückes (10) abgewandten Seite (12) gebildet
sind.
5. Kontaktanordnung nach Anspruch 2, dadurch
gekennzeichnet, daß die Nuten in ihrem
Querschnitt ein Dreieck- (15), Viereck- (17, 18) oder
Halbrundprofil (16) aufweisen.
6. Kontaktanordnung nach Anspruch 1, dadurch
gekennzeichnet, daß die radialen Bereiche
(25, 35) Diffusionszonen von Zusätzen im Grundmaterial
der Kontaktkörper sind, welche aufgrund von Misch
kristallbildung die elektrische Leitfähigkeit des
Grundmaterials mindern.
7. Kontaktanordnung nach Anspruch 6, dadurch
gekennzeichnet, daß die Zusätze von der
der Schaltseite (21) des Kontaktkörpers (20) gegen
überliegenden Seite (22) ausgehend eindiffundiert
sind und die Diffusionstiefe mindestens 50% der Dicke
(d) des Kontaktkörpers (20) ist.
8. Kontaktanordnung nach Anspruch 6, dadurch
gekennzeichnet, daß sich die Diffusions
zonen (25) über die gesamte Dicke (d) des Kontaktkörpers
(30) erstrecken.
9. Kontaktanordnung nach Anspruch 1, dadurch
gekennzeichnet, daß die radialen Bereiche
(35) ausgehend vom Umfang des Kontaktkörpers (30) so
weit verlaufen, daß ein Zentralbereich (36) hoher
elektrischer Leitfähigkeit erhalten bleibt.
10. Kontaktanordnung nach Anspruch 4 und Anspruch 6,
dadurch gekennzeichnet, daß die
radialen Bereiche durch Nuten (15) auf der der Schalt
seite des Kontaktkörpers gegenüberliegenden Seite sowie
das von diesen ausgehenden Diffusionszonen (25) gebildet
sind.
11. Kontaktanordnung nach Anspruch 10, dadurch
gekennzeichnet, daß die Diffusionszonen
(25) ausgehend vom Boden der Nut (15) mindestens 50%
der verbleibenden Dicke des Kontaktkörpers erreichen.
12. Kontaktanordnung nach Anspruch 11, dadurch
gekennzeichnet, daß die Diffusionszonen
über die gesamte verbleibende Dicke des Kontaktkörpers
verlaufen.
13. Kontaktanordnung nach einem der vorhergehenden
Ansprüche, dadurch gekennzeichnet,
daß das Grundmaterial aus einem CuCr-Basiswerkstoff
mit einem Cr-Massengehalt von 30 bis 60%, vorzugsweise
50%, besteht.
14. Kontaktanordnung nach einem der vorhergehenden
Ansprüche, dadurch gekennzeichnet,
daß der die elektrische Leitfähigkeit des Grundmaterials
mindernde Zusatz eines der Elemente Fe, Ni, Co, Al, Ti,
Zr, Sb, Sn, Si oder eine Kombination dieser Elemente
ist.
15. Verfahren zum Herstellen von Kontaktstücken für
eine Kontaktanordnung nach Anspruch 1 oder einem der
Ansprüche 6 bis 14, bei dem die radialen Bereiche
verminderter elektrischer Leitfähigkeit im Kontaktkör
per durch Diffusion von die elektrische Leitfähigkeit
mindernden Zusätzen erzeugt werden, dadurch
gekennzeichnet, daß zur Erzeugung defi
nierter Diffusionszonen Masken verwendet werden.
16. Verfahren zum Herstellen von Kontaktstücken für
eine Kontaktanordnung nach Anspruch 1 oder einem der
Ansprüche 10 bis 14, bei dem die radialen Bereiche
verminderter elektrischer Leitfähigkeit im Kontaktkör
per durch Diffusion von die elektrische Leitfähigkeit
des Grundmaterials mindernden Zusätzen erzeugt werden,
dadurch gekennzeichnet, daß zur
Diffusion die leitfähigkeitsmindernden Zusätze in Nuten
auf der Rückseite der Kontaktkörper eingebracht werden.
Priority Applications (6)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
DE19863610242 DE3610242A1 (de) | 1986-03-26 | 1986-03-26 | Kontaktanordnung fuer vakuumschalter mit axialem magnetfeld und verfahren zur herstellung der zugehoerigen kontaktstuecke |
US07/273,857 US4935588A (en) | 1986-03-26 | 1987-03-20 | Contact arrangement for vacuum switches with axial magnetic fields |
PCT/DE1987/000124 WO1987006052A1 (en) | 1986-03-26 | 1987-03-20 | Contact system for vacuum switches with an axial magnetic field |
DE8787902049T DE3763668D1 (de) | 1986-03-26 | 1987-03-20 | Kontaktanordnung fuer vakuumschalter mit axialem magnetfeld. |
EP87902049A EP0298981B1 (de) | 1986-03-26 | 1987-03-20 | Kontaktanordnung für vakuumschalter mit axialem magnetfeld |
JP62501838A JPH01502546A (ja) | 1986-03-26 | 1987-03-20 | 軸方向磁界を伴なう真空遮断器の接触子装置 |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
DE19863610242 DE3610242A1 (de) | 1986-03-26 | 1986-03-26 | Kontaktanordnung fuer vakuumschalter mit axialem magnetfeld und verfahren zur herstellung der zugehoerigen kontaktstuecke |
Publications (1)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
DE3610242A1 true DE3610242A1 (de) | 1987-10-01 |
Family
ID=6297350
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
DE19863610242 Withdrawn DE3610242A1 (de) | 1986-03-26 | 1986-03-26 | Kontaktanordnung fuer vakuumschalter mit axialem magnetfeld und verfahren zur herstellung der zugehoerigen kontaktstuecke |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
DE (1) | DE3610242A1 (de) |
Cited By (1)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
DE102011004212B3 (de) * | 2011-02-16 | 2012-04-26 | Siemens Aktiengesellschaft | Kontaktscheibe für eine Vakuumschaltröhre |
-
1986
- 1986-03-26 DE DE19863610242 patent/DE3610242A1/de not_active Withdrawn
Cited By (1)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
DE102011004212B3 (de) * | 2011-02-16 | 2012-04-26 | Siemens Aktiengesellschaft | Kontaktscheibe für eine Vakuumschaltröhre |
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Legal Events
Date | Code | Title | Description |
---|---|---|---|
8139 | Disposal/non-payment of the annual fee |