DE3808248A1

DE3808248A1 - Kontaktanordnung fuer vakuumschalter zur erzeugung eines axialen magnetfelds

Info

Publication number: DE3808248A1
Application number: DE19883808248
Authority: DE
Inventors: Ernst Prof Dr Techn Slamecka
Original assignee: Individual
Current assignee: Individual
Priority date: 1988-03-10
Filing date: 1988-03-10
Publication date: 1988-07-14

Description

Die Erfindung betrifft eine Kontaktanordnung zur Erzeugung eines axialen Magnetfelds gemäß dem Oberbegriff des Patentanspruchs 1. Das Anwendungs gebiet liegt hauptsächlich bei Mittelspannungs-Vakuumschaltern.

Stand der Technik

Eine Vakuumschalter-Kontaktanordnung nach dem Oberbegriff des Patentan spruchs 1 ist durch die DE-OS 32 27 482 bekannt geworden. Dort sind schei benförmige Kontakt- und Elektrodenkörper auf die Endflächen der Windungs körper in der Wand eines flachen Hohlzylinders aufgelötet als eine der wesentlichen Voraussetzungen für die Ausbildung eines Schaltlichtbogens, der auch bei großen Ausschaltströmen diffus bleibt.

Doch für den Stromübergang zwischen den Windungskörpern und den Kontakt und Elektrodenkörpern stehen nur die relativ kleinen Auflageflächen an den Windungskörper-Stirnseiten zur Verfügung. Diese kleinflächige Lagerung der Kontakt- und Elektrodenscheibe ist auch nicht günstig für eine hohe mechanische Festigkeit der Anordnung. Außerdem müssen hier die Kontakt und Elektrodenscheiben zumindest bei großen Durchmessern, wie sie für diffus zu haltende große Kurzschlußausschaltströme notwendig sind, ge stützt werden. Stützkörper bilden aber einen elektrischen Nebenschluß zu den Windungskörpern, was grundsätzlich schädlich ist. Der aus den Windungs körpern kommende Strom tritt radial in den scheibenförmigen Kontaktkörper ein und fließt darin noch eine bestimmte Strecke radial weiter; dabei ist der elektrische Widerstand naturgemäß größer als bei einem axialen Strom fluß durch die Kontakt- und Elektrodenscheibe.

Die vorstehend angeführten, mit dem kennzeichnendem Merkmal: "Kontakt und Elektrodenscheibe, aufliegend auf der Stirn der Windungskörper in der Kontaktwand" der DE-OS 32 27 482 verbundenen Nachteile sind zweifel los auch bei allen nachfolgenden, dieses Merkmal eindeutig benutzenden Kotaktanordnungen vorhanden: DE-OS 32 31 593, DE-OS 35 07 317, DE-OS 36 10 241, DE-OS 36 10 242, DE-OS 36 10 245, DE-OS 36 10 243.

Kontaktanordnungen nach dem Stand der Technik setzen desweiteren einer Reduzierung der Scheibendicke zur Kreisstromdämpfung Grenzen; dies gilt auch dann, wenn gemäß der Lehre in DE-OS 35 10 981 und DE-OS 35 10 980 in Kombination mit der reduzierten Kontaktscheibendicke eine Scheiben material mit einem höheren spezifischen elektrischen Widerstand als Kup fer verwendet wird. Nach dieser Lehre gelangt der Durchschnittsfachmann durch bloßes Anfertigen einer ausreichend großen Anzahl von Kontaktschei ben unterschiedlicher Dicke aus Kontaktwerkstoffen unterschiedlichen spe zifischen elektrischen Widerstands zu beliebigen Werten für das Produkt aus spezifischer elektrischer Leitfähigkeit des Kontaktscheibenmaterials und Dicke dieser Scheibe; somit gelangt er zwangsläufig, das heißt ohne erfinderische Eigenleistung, unter anderen auch zu den in der DE-OS 36 10 241 als kennzeichnende Merkmale genannten Werten.

Die Anleitung zu diesem Routineverfahren erhält der Durchschnittsfachmann explizite aus den in DE-OS 35 10 981 und DE-OS 35 10 980 angeführten Erfin dungsvorteilen. Diese Vorteile sind in die DE-OS 36 10 241 als (schon be kannte und gelöste) "Aufgabe" praktisch identisch übernommen worden, nämlich, Anwendung von Kontaktscheiben mit reduzierter Dicke und, falls noch nötig, aus einem Material mit relativ zu Kupfer höherem spezifischem Widerstand.

Aufgabe

Die Erfindung stellt sich insbesondere die Aufgabe, die Kontakt- und Elektrodenscheibe entweder überflüssig zu machen, oder, wenn verwendet, soll die Auflagefläche für diese Scheibe auf den Windungskörpern erheb lich vergrößert werden; desweiteren soll der Strom möglichst axial durch die Kontakt- und Elektrodenscheibe fließen.

Lösung und Vorteile

Die Lösung der gestellten Aufgabe erfolgt durch die im Patentanspruch 1 ange gebenen Merkmale.

Es handelt sich dabei um eine neuartige, vorteilhafte Variante zu dem schon durch die DE-PS 32 27 594 bekannten Zweibereichswindungs körper: durch Spalte in der Wand eines relativ flachen Hohlzylinders wer den zunächst in bekannter Weise Windungskörper gebildet und in überra schender Weise setzen sich diese Windungskörper etwa senkrecht zur Kon taktwand fort; gleichzeitig erweitern sie sich zu Kontakt- und Elektrodenkörpern.

Vorteilhafte Weiterbildungen sind in den Unteransprüchen angegeben.

Neben den Vorteilen der Verkleinerung der Stromwärmeverluste im Kontakt körper, der wesentlichen Erhöhung seiner mechanischen Festigkeit sowie seiner konstruktiven Vereinfachung bietet die erfindungsgemäße Kontakt anordnung noch folgenden praktischen Vorteil: diese Kon taktanordnung läßt sich zur Erhöhung von Stromtragfähigkeit und Ausschalt vermögen ohne viel Schwierigkeiten in Vakuumschaltrohre einbauen, in denen bisher noch Radialfeldkontakte mit aus der Kontaktwand herausgearbeiteten Teilstromleitern für den magnetischen Antrieb des konzentrierten Schalt lichtbogens verwendet werden.

Einzelheiten der Erfindung werden anschließend anhand eines Ausführungs beispiels erläutert.

Ausführungsbeispiel

Die zugehörigen Figuren zeigen folgendes:

Fig. 1 Ansicht eines Kontakts,

Fig. 2 Ansicht des Kontakts, der mit dem Kontakt gemäß Fig. 1 ein axial zueinander bewegbares Kontaktpaar ergibt,

Fig. 3 Draufsicht auf die Kontakt- und Elektrodenscheibe,

Fig. 4 Längsschnitt durch einen Kontakt ohne Kontakt- und Elektrodenscheibe,

Fig. 5 Draufsicht auf den Kontakt gemäß Fig. 1 ohne Kontakt- und Elektrodenscheibe.

Die Fig. 1 stellt den feststehenden Kontakt (1) innerhalb des nicht gezeigten Schaltrohrs dar; dieser Kontakt ist folgendermaßen aufge baut: Der zugehörige Stromleiterbolzen (2) trägt einen flachen, einen Boden mit zentraler Öffnung aufweisenden und stirnseitig kreisring förmig abgeschlossenen Kupferzylinder (3). Im Metallkörper sind schräg zur Längsachse des Kontakts sechs Spalte (4) derart ausgespart, daß sechs Windungskörper (5) entstehen. Jeder Windungskörper besitzt drei Bereiche: der erste Bereich (5 a) befindet sich - in der Figur nicht zu sehen -im Zylinderboden; der zweite Bereich (5 b) ist aus der Zylin derwand herausgearbeitet und in der Figur sichtbar; der dritte Bereich (5 c) liegt im Zylinderabschluß, also in der Ansicht nicht erkennbar, und bildet auch Kontakt- und Elektrodenkörper; auf diesen Körpern ist eine haupsächlich aus Chrom/Kupfer-Verbundmetall angefertigte Kontaktscheibe (6) mechanisch fest und elektrisch leitend gelagert.

Den mit dem feststehenden Kontakt (1) zusammenarbeitenden bewegbaren Kontakt (1′) zeigt Fig. 2. Bis auf seine bewegbare, vakuumdichte aber nicht mehr dargestellte Einführung in das Schaltrohr ist dieser Kontakt konstruktiv identisch mit dem feststehenden; für die identischen Bauteile wurden dieselben, nur durch Striche ergänzten Bezugsziffern gewählt.

Die Kontakte (1, 1′) befinden sich in einer Phase der Stromunterbrechung; der zu unterbrechende Lichtbogenstrom fließt diffus; das dafür nötige axiale Magnetfeld erzeugen die stromdurchflossenen, denselben Windungs sinn zeigenden Windungskörper (5, 5′). In den Fig. 1, 2 sind die Kon takt- und Elektrodenkörperbereiche (5 c, 5 c′) der Windungskörper (5, 5′) so angeordnet, daß sie axial etwa fluchten; sie können aber auch gegen einander azimutal versetzt sein.

In den Fig. 3, 4, 5 ist die Konstruktion des Kontakts (1) näher er läutert. Fig. 3 demonstriert die Draufsicht auf den als volle Scheibe ausgebildeten Kontakt- und Elektrodenkörper (6). In Fig. 4 ist ein Längs schnitt durch den Hohlzylinder (3) gelegt. Die Windungskörper erzeugenden Spalte (4) können aus dem hohlzylindrischen Grundkörper ausgefräst werden. Bei einer größeren Stückzahl kann eine spanlose Spalterzeugung lohnender sein; wenn z.B. der Hohlzylinder durch Gießen hergestellt wird, lassen sich linear ansteigende Spalte durch in der Gußform entsprechend angeordnete Platten erzeugen.

Durch den Längsschnitt sind auch die beiden anderen Windungsbereiche sichtbar geworden: der Bereich (5 a) im Zylinderboden (7), durch Fort setzung der Spalte (4) in diesen Bereich entstanden und ebenso der Be reich (5 c) im Zylinderabschluß (9). Zu sehen ist ferner die Verbindungs art des Hohlzylinderbodens mit dem Stromleiterbolzen (2). Dann läßt sich gemeinsam mit Fig. 5 auch der große Querschnitt der Windungs körperbereiche (5 c) erkennen. Aus diesen Teilwindungen fließen die zugehörigen Teilströme praktisch senkrecht in die Kontakt- und Elek trodenscheibe (6). Dadurch verkleinert sich der elektrische Gesamt widerstand dieser Kontaktanordnung relativ zu Kontaktanordnungen mit radial angeströmten Kontakt- und Elektrodenscheiben.

Im nicht mehr beanspruchten Innenraum des Windungszylinders (3) kann zur Vergleichmäßigung des axialen Magnetfelds über die Elektrodenfläche ein ferromagnetischer Körper angeordnet werden; gegebenenfalls ist dieser Körper am Boden des Windungszylinders zu befestigen und er darf weder seine Wand noch seinen Abschluß berühren; so gibt es keinen schädlichen elektrischen Nebenschluß zu den Windungskörpern.

Fig. 5 läßt mit der Draufsicht auf den Windungszylinder die Ausbildung der Bereiche (5 c) der Windungskörper (5) erkennen: sie weisen unsym metrische kreissektorförmige Strukturen auf, die jeweils mit einer Seite einen mit der Windungszylinderwand konzentrischen Kreis berühren.

Claims

1. Kontaktanordnung für Vakuumschalter zur Erzeugung eines axialen Magnetfelds mit:

a) zwei koaxialen Kontakten (1, 1′), die sich in einem evakuierten Schaltrohr befinden und relativ zueinander axial bewegbar angeordnet sind;
b) Spalten (4, 4′), die in der Wand von Hohlzylindern (3, 3′) angebracht und gegenüber den Kontaktlängsachsen derart geneigt sind, daß zwi schen den Spalten Windungskörper (5, 5′) gleichen Windungssinns ent stehen;
c) scheibenförmigen Kontaktkörpern (6, 6′), die auf den Stirnflächen der Windungskörper gelagert und damit mechanisch fest sowie elektrisch leitend verbunden sind;
d) Stützkörpern für die scheibenförmigen Kontaktkörper; gekennzeichnet durch folgendes Merkmal:
e) Windungskörper (5 b), die zunächst in der Wand des Hohlzylinders (3) durch mindestens zwei Spalte (4) entstanden sind, gehen in eine zur Hohlzylinderwand etwa senkrechte Erstreckung über und bilden in die sem Bereich Kontakt- und Elektrodenkörper (5 c).

2. Kontaktanordnung nach Patentanspruch 1, gekennzeichnet durch folgendes Merkmal:
Windungskörper (b), die zunächst in der Wand des Hohlzylinders (3) durch mindestens zwei Spalte (4) entstanden sind, gehen vor Vollen dung einer Windung um etwa 360 Grad in eine zur Hohlzylinderwand etwa senkrechte Erstreckung über und bilden in diesem Bereich Kontakt und Elektrodenkörper (5 c).

3. Kontaktanordnung nach Patentanspruch 1, 2, gekennzeichnet durch folgendes Merkmal:
die Kontakt- und Elektrodenkörper (5 c) weisen etwa kreissektor förmige Strukturen auf, deren Schmalseiten etwa auf die Kontakt längsachse ausgerichtet sind.

4. Kontaktanordnung nach Patentanspruch 1, 2, gekennzeichnet durch folgendes Merkmal:
die Kontakt- und Elektrodenkörper (5 c) weisen etwa kreissektor förmige Strukturen auf, deren jeweils eine Längsseite einen mit dem Hohlzylinder (3) etwa konzentrischen Kreis tangiert.

5. Kontaktanordnung nach Patentanspruch 1 bis 4, gekennzeichnet durch folgendes Merkmal:
die Kontakt- und Elektrodenkörperberreiche (5 c) der Windungskörper (5) des bewegbaren Kontakts (1) überdecken jeweils zumindest teil weise die Kontakt- und Elektrodenkörperbereiche (5 c′) der Windungs körper (5′) des feststehenden Kontakts (1′).

6. Kontaktanordnung nach Patentanspruch 1 bis 5, gekennzeichnet durch folgendes Merkmal:
auf den Kontakt- und Elektrodenkörperbereichen (5 c, 5 c′) der Windungs körper (5, 5′) an den Kontakten (1, 1′) sind etwa konzentrisch scheiben förmige Körper (6, 6′) mechanisch fest und elektrisch leitend gelagert.

7. Kontaktanordnung nach Patentanspruch 6, gekennzeichnet durch folgendes Merkmal:
die scheibenförmigen Körper (6, 6′) sind aus einem hauptsächlich Chrom und Kupfer enthaltenden Verbundwerkstoff hergestellt, während für die Herstellung der Windungskörper (5, 5′) Kupfer verwendet wird.

8. Kontaktanordnung nach Patentanspruch 1 bis 7, gekennzeichnet durch folgendes Merkmal:
die Spalte (4) in der Wand des Hohlzylinders (3) setzen sich bis in den Boden (7) des Hohlzylinders (3) fort und lassen darin die Win dungskörperbereiche (5 a) entstehen.

9. Kontaktanordnung nach Patentanspruch 1 bis 8, gekennzeichnet durch folgendes Merkmal:
innerhalb mindestens eines Hohlzylinders (3) ist am Boden (3) ein Körper aus ferromagnetischem Material angeordnet und so bemessen, daß er zumindest die Kontakt- und Elektrodenkörper (5 c) nicht berührt.