DE3701759A1 - Kontaktanordnung fuer einen vakuumschalter - Google Patents

Description

Bei der Erfindung wird ausgegangen von einer Kontaktanordnung für einen Vakuumschalter gemäss dem Oberbegriff von Patentan­ spruch 1.

Eine derartige Kontaktanordnung ist aus der DE-PS 26 33 543 bekannt. Die bekannte Kontaktanordnung weist zwei auf einer gemeinsamen Achse angeordnete und einander mit kreisförmigen Kontaktflächen gegenüberstehende Kontaktstücke auf. Auf den kreisförmigen Kontaktflächen sind als Sacklöcher oder Durch­ gangsbohrungen ausgeführte Löcher vorgesehen. Diese Löcher umfassen ein zentrales grosses Loch sowie vergleichsweise kleine Löcher, welche auf 3 Lochkreisen angeordnet sind, die konzentrisch zum zentralen Loch liegen. Durch eine solche Anordnung der Löcher wird bei kleinen Abständen der Kontakt­ stücke eine Feldverzerrung und damit eine starke Reduktion der Spannungsfestigkeit der Kontaktstücke hervorgerufen. Zu­ gleich wird hierdurch auch Metalldampf am Ende der Stromfüh­ rungszeit in feldfreie Räume geführt, so dass eine Wiederzün­ dung durch Restladungen erschwert ist. Beim bekannten Schalter verbleiben jedoch zwischen den Löchern grosse ungestörte Flächen­ bereiche. Daher ist die Ausbildung eines Anodenflecks oberhalb eines für einen Vakuumschalter typischen Grenzstroms und damit ein Einbrennen von Kratern an den Kontaktstücken der Kontakt­ anordnung sowie unerwünschter Materialauswurf nicht auszu­ schliessen.

Die Erfindung, wie sie in Patentanspruch 1 angegeben ist, löst die Aufgabe, eine Kontaktanordnung für einen Vakuumschal­ ter anzugeben, bei der auch bei Strömen weit oberhalb des Grenzstromes Anodenfleckbildung weitgehend vermieden wird.

Die erfindungsgemässe Kontaktanordnung zeichnet sich dadurch aus, dass sie trotz einfachem Aufbau geringem Verschleiss unterworfen ist und daher eine hohe Lebensdauer aufweist.

Die Erfindung wird nachfolgend anhand von in der Zeichnung dargestellten Ausführungsbeispielen näher erläutert. Hierbei zeigt:

Fig. 1 Eine Aufsicht auf einem in axialer Richtung geführten Schnitt durch eine erste Kontaktanordnung nach der Erfindung,

Fig. 2 eine Aufsicht auf einen längs II-II geführten Schnitt durch die Kontaktanordnung gemäss Fig. 1,

Fig. 3 eine Aufsicht auf einen axial geführten Schnitt durch ein Kontaktstück einer zweiten Kontaktanordnung nach der Erfindung, und

Fig. 4 eine Aufsicht auf einen axial geführten Schnitt durch ein Kontaktstück einer dritten Kontaktanordnung nach der Erfindung.

In allen Figuren bezeichnen gleiche Bezugszeichen auch gleich­ wirkende Teile. Die in Fig. 1 dargestellte Kontaktanordnung für einen Vakuumschalter weist zwei in einem nicht dargestell­ ten evakuierten Gehäuse befindliche, scheibenförmige Kontakt­ stücke 1 und 2 auf, welche mittels eines nicht dargestellten Antriebs längs einer Achse 3 miteinander in oder ausser Ein­ griff bringbar sind. Die einander gegenüberstehenden freien Enden der Kontaktstücke 1 bzw. 2 sind als kreisförmige Kontakt­ flächen ausgebildet, welche im Einschaltzustand miteinander kontaktiert sind. Die voneinander abgewandten Rückseiten der Kontaktstücke 1 bzw. 2 sind im Zentrum in elektrisch leitender Weise mit einem stempelförmigen Kontaktträger 4 bzw. 5 ver­ bunden. Die Kontaktträger 4 bzw. 5 dienen zugleich als gasdicht aus dem nicht dargestellten Gehäuse geführte Stromanschlüsse, wobei in bekannter Weise einer dieser Kontaktträger, z.B. 4, feststehend durch das nicht gezeichnete Gehäuse geführt ist und ein anderer dieser Kontaktträger, z.B. 5, beispielsweise mittels eines Faltenbalges in Richtung der Achse 3 verschieb­ lich aus dem nicht dargestellten Gehäuse geführt ist.

Die einander gegenüberstehenden kreisförmigen Kontaktflächen sind von zylinderförmig ausgebildeten Löchern 6 durchbrochen. Die Löcher 6 sind durch die Kontaktstücke 1 bzw. 2 hindurch auf deren Rückseiten geführt. Die Löcher 6 sind überwiegend gleich bemessen und weisen typischerweise Durchmesser zwischen 2 und 5 Millimetern auf. Der Abstand zwischen benachbarten Löchern ist geringer als der Durchmesser des Anodenflecks eines bei einem Schaltvorgang zwischen den Kontaktstücken 1 und 2 gezogenen Schaltlichtbogens. Ein solcher Anodenfleck bildet sich beim Schaltlichtbogen eines Vakuumschalters ober­ halb eines vorgegebenen Grenzstromes auf einem als Anode wirken­ den Kontaktstück aus und weist einen von der Stärke des Grenz­ stromes sowie von den Stärken höherer Störme nahezu unabhängigen und typischerweise mehrere Millimeter, beispielsweise 5, betra­ genden Durchmesser auf. Die Löcher 6 sind im wesentlichen gleichmässig, etwa entsprechend den Maschen eines Netzes, über die Kontaktflächen verteilt und zwar derart, dass die beim Ziehen des Schaltlichtbogens gebildeten Kathodenflecke lediglich auf einem gekrümmten Weg in radialer Richtung beweg­ lich sind.

Beim Kontaktstück 2 sind die Löcher 6 in Richtung der Achse 3 geführt. Sie können aber auch wie beim Kontaktstück 1 gegenüber der Achse 3 geneigt angeordnet sein. Entsprechend können die beim Kontaktstück 1 gegenüber der Achse 3 geneigt angeordneten Löcher 6 in Richtung der Achse 3 geführt sein.

Die Wirkungsweise der Kontaktanordnung gemäss Fig. 1 ist nun wie folgt:

Im Einschaltzustand fliesst der abzuschaltende Strom beispiels­ weise vom Kontaktträger 4 über die Kontaktstücke 1 und 2 zum Kontaktträger 5. Bei Ausschalten werden die Kontaktstücke 1 und 2 voneinander getrennt und zwischen den Kontaktstücken ein zunächst vorwiegend im Bereich der Achse 3 brennender Schaltlichtbogen bezogen, wobei bei der in Fig. 1 durch Pfeile dargestellten Stromrichtung das Kontaktstück 1 vorübergehend als Kathode wirkt und mehrere als Kathodenflecken bezeichnete Fusspunkte des Schaltlichtbogens trägt, während das Kontaktstück 2 vorübergehend als Anode wirkt und den gegenpoligen Bogenansatz des Schaltlichtbogens trägt. Bei Überschreiten des für die Anodenfleckbildung notwendigen Grenzstromes bildet sich bei dieser Kontaktanordnung auf dem vorübergehend als Anode wirken­ den Konaktstück 2 jedoch zunächst kein Anodenfleck aus. Dies ist vor allem dadurch bedingt, dass die am Kontaktstück 1 befindlichen Kathodenflecke sich nicht auf direktem Weg in radialer Richtung nach aussen bewegen können, da - wie aus Fig. 2 ersichtlich ist -, der die Kathodenflecke speisende (durch Pfeile dargestellte) Strom lediglich über einen ver­ gleichsweise langen und gekrümmt ausgebildeten Pfad radial nach aussen führbar ist. Zum anderen ist dies aber auch dadurch bedingt, dass dem von den Kathodenflecken erzeugten Plasma des Schaltlichtbogens zahlreiche thermisch instabile Stellen angeboten werden, dass eine räumlich inhomogene Raumladungs­ schicht vor dem als Anode wirkenden Kontaktstück 2 aufgebaut wird, und dass Kathodenflecken und anodische Leuchterscheinungen vor Ausbildung des Anodenflecks sich zum Teil in die Löcher 6 hineinbewegen.

Weitere vorteilhafte Wirkungen der erfindungsgemässen Kontakt­ anordnung sind darin zu sehen, dass mit der Bildung eines Schaltlichtbogens zwangsläufig verbundener Materialauswurf der Kontaktstücke überwiegend auf das jeweils gegenüberstehende Kontaktstück gerichtet ist und somit eine Verschmutzung des die Kontaktanordnung aufnehmenden Gehäuseinneren weitgehend vermieden wird. Zugleich wird das Plasma des Schaltlichtbogens räumlich wirksam begrenzt. Diese Begrenzung wird zusätzlich noch dadurch verbessert, dass die Löcher 6 - entsprechend dem Kontaktstück 1 - zur Achse 3 geneigt durch die Kontakt­ stücke geführt sind. Erst bei beträchtlich oberhalb des Grenz­ stromes gelegenen Stromstärken verschwinden die Kathodenflecken und die kleinflächigen anodischen Leuchterscheinungen teilweise in den Löchern 6 und kommt es sodann zur Ausbildung des Anoden­ flecks.

Bei den in den Fig. 3 und 4 angegebenen Ausführungsformen des Erfindungsgegenstandes wird im Gegensatz zu den vorstehend erörterten Ausführungsformen erheblicher Einfluss auf die Stabilisierung des Schaltlichtbogens durch geeignete Stromzu­ führung genommen. Dies wird dadurch erreicht, dass die Kontakt­ stücke (z.B. 1) topfförmig ausgebildet sind und jeweils aus einem die kreisförmige Kontaktfläche aufnehmenden, scheiben­ förmigen Grundkörper 7 bestehen sowie einer an den Grundkörper 7 anschliessenden, zylindermantelförmigen Seitenwand 8, welche auf ein freies Ende des Kontaktträgers 4 ausgesetzt ist. Zwi­ schen freiem Ende des Kontaktträgers 4 und Grundkörper 7 des Kontaktstücks verbleibt hierbei ein Spalt von mindestens 0,1 mm. Bei dieser Kontaktanordnung wird der Strom von aussen an das Kontaktstück geführt. Dies hat zur Folge, dass der Strom von der Peripherie des Kontaktstücks nach innen zum Zentrum des Schaltlichtbogens fliessen muss, wodurch eine erhebliche stabi­ lisierende Wirkung auf den Schaltlichtbogen ausgeübt wird. Diese stabilisierende Wirkung kann noch dadurch verstärkt werden, dass die Löcher 6 wie bei der Ausführungsform in Fig. 4 angegeben ist, geneigt zur Achse 3 auch durch die Seitenwände 8 der Kontaktstücke geführt sind.

Claims (4)

1. Kontaktanordnung für einen Vakuumschalter mit zwei auf einer gemeinsamen Achse (3) angeordneten und einander mit kreisförmigen Kontaktflächen gegenüberstehenden Kontakt­ stücken (1, 2), bei der die Kontaktfläche von Löchern (6) durchbrochen sind, welche auf die von den Kontaktflächen abgewandten Rückseiten der Kontaktstücke (1, 2) geführt sind, dadurch gekennzeichnet, dass die Löcher (6) überwiegend gleiche Abmessungen aufweisen und voneinander einen Abstand besitzen, welcher geringer ist als der Durchmesser eines Anodenflecks eines bei einem Schaltvorgang zwischen den Kontaktstücken (1, 2) gezogenen Schaltlichtbogens, und dass die Löcher (6) derart über die Kontaktflächen ver­ teilt sind, dass ein Kathodenfleck des Schaltlichtbogens lediglich auf einem gekrümmten Weg in radialer Richtung beweglich ist.

2. Kontaktanordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass zumindest ein Teil der Löcher (6) gegenüber der Achse (3) geneigt durch die Kontaktstücke (1, 2) geführt ist.

3. Kontaktanordnung nach einem der Ansprüche 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Kontaktstücke (1, 2) topfförmig ausgebildet sind und jeweils einen die kreisförmige Kontakt­ fläche aufnehmenden Grundkörper (1) aufweisen sowie eine an den Grundkörper (7) anschliessende und der Stromzuführung dienende, zylindermantelförmige Seitenwand (8).

4. Kontaktanordnung nach den Ansprüchen 2 und 3, dadurch gekenn­ zeichnet, dass zumindest ein Teil der gegenüber der Achse (3) geneigt durch die Kontaktstücke (1, 2) geführten Löcher (6) in der zylindermantelförmigen Seitenwand (8) angeordnet sind.