DE3815805A1 - Vacuum switch - Google Patents
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Abstract
Description
Die Erfindung bezieht sich auf einen Vakuumschalter mit mindestens einer Schaltkammer, deren isolierendes Zylin dergehäuse mittels metallener Deckel verschlossen ist, die von relativ zueinander beweglichen, Schaltkontakt stücke tragenden Leiterstengeln durchgriffen werden, wobei zwischen dem beweglichen Leiterstengel und einem damit zusammenwirkenden Antriebsgestänge eine Kontakt druckfeder angeordnet ist, über die beim Einschalten die Einschaltkraft übertragen wird und das Antriebsgestänge beim Ausschalten - nach Zurücklegung eines gewissen Be schleunigungsweges - den Leiterstengel schlagartig mit nimmt.The invention relates to a vacuum switch with at least one switching chamber, the insulating Zylin dergehäuse is closed by means of metal covers, which are penetrated by relatively movable, switching contact pieces carrying conductor stems, wherein a contact pressure spring is arranged between the movable conductor stem and a cooperating drive linkage over which the Einschaltkraft is transmitted at power and the drive linkage when switching off - after covering a certain be schleunigungsweges - the head stem increases abruptly with.
Ein solcher Schalter geht aus den Calor-Emag-Mitteilun gen, Heft I/1983, Seite 4, als bekannt hervor. Such a switch comes from the Calor-Emag announcements gen, issue I / 1983, page 4, as known.
Zum Abschalten hoher Ströme werden häufig Radialfeldkon taktstücke eingesetzt. Dabei wird durch geeignet ange ordnete Schlitze im Kontaktkörper das Eigenmagnetfeld des fließenden Kammerstromes so geformt, daß der kontra hierte Lichtbogen nach der Kontakttrennung um das Kon taktstück rotiert. Dadurch verteilt sich die Heizlei stung des Lichtbogens gleichmäßig auf das Kontaktstück.To switch off high currents, radial field con beats used. It is indicated by suitable ordered slots in the contact body the own magnetic field of the flowing chamber stream so shaped that the contra arc after the contact separation around the Kon clock rotates. This distributes the Heizlei arc evenly on the contact piece.
Unter Umständen löst sich der Lichtbogen jedoch nicht von dem Ort der letzten Metallbrücke ab und schmilzt das Kontaktstück an dieser Stelle stark auf. Dies kann zum Versagen des Schalters führen.However, the arc may not be released under certain circumstances from the location of the last metal bridge and melts it Contact piece strongly at this point. This can lead to Failure of the switch.
Die Aufgabe der Erfindung besteht nun darin, eine hohe Abschaltleistung des Vakuumschalters zu verstetigen.The object of the invention is now a high Switching power of the vacuum switch to steady.
Es wurde gefunden, daß für das Phänomen des Versagens des Schalters sowohl bei Verwendung von Radial- als auch bei Axialfeldkontaktstücken u.a. die Bewegungskurve des Schaltkontaktstückes direkt nach der Kontakttrennung (Startausschaltgeschwindigkeit) von entscheidender Be deutung ist. Danach reicht es nicht aus, zur Charakteri sierung des Vakuumschaltantriebes die übliche Durch schnittsausschaltgeschwindigkeit anzugeben, die etwa zwischen 5 und 95% der Kontaktstücköffnung gemessen wird.It has been found that for the phenomenon of failure of the switch both when using radial and for axial field contact pieces the movement curve of the Switch contact piece directly after the contact separation (Start switch-off speed) of decisive importance interpretation is. After that, it is not enough for character sation of the vacuum switching drive the usual through cut-off speed, which is about measured between 5 and 95% of the contact piece opening becomes.
Die Erfindung schlägt daher eine Trenngeschwindigkeit der Kontaktstücke vor, gemäß der nach spätestens 1, 3 Millisekunden ein Öffnungsweg von mindestens 1 mm er reicht ist.The invention therefore proposes a separation speed the contact pieces before, according to the latest after 1, 3 An opening path of at least 1 mm is enough.
Als besonders günstig hat sich bei Radialafeldkontakt stücken eine Kontaktstücktrenngeschwindigkeit von 2 m/s, die nach 0,8 Millisekunden erreicht ist, herausgestellt. Radial field contact has proven to be particularly favorable a contact piece separation speed of 2 m / s, which is reached after 0.8 milliseconds.
Die hohe Anfangsbeschleunigung des beweglichen Kontakt stückes kommt durch einen mechanischen Impulsübertrag zustande. Von Bedeutung dabei ist die der gespannten Kontaktdruckfeder innewohnende Kraft. Größe und Baulänge dieser Feder ist meist vorgegeben und läßt sich nicht beliebig vergrößern. Die Erfindung schlägt zur Sicher stellung einer hohen Anfangsbeschleunigung vor, den Im pulsübertrag zu optimieren. Hierzu ist es notwendig, etwa gleichgroße Massen für den Leiterstengel ein schließlich Kontaktstück einerseits und vorbeschleunig ten Massen der Antriebsglieder andererseits vorzusehen.The high initial acceleration of the moving contact piece comes through a mechanical pulse transmission conditions. Of importance is that of the tense Contact spring inherent force. Size and overall length this spring is usually given and can not be enlarge as desired. The invention beats for sure introducing a high initial acceleration, the Im optimize pulse transmission. For this it is necessary about the same size for the ladder stem finally contact piece on the one hand and pre-accelerated provide masses of the drive members on the other hand.
Für besondere Schalterausführungen, dann nämlich, wenn Kontaktstückverschweißungen zu erwarten und beim Aus schalten aufzubrechen sind, kann die Masse der vorbe schleunigten Antriebsglieder größer als diejenige des Leiterstengels gewählt werden.For special switch designs, namely when Contact piece welding is to be expected and when it goes out switch to break open, the mass of vorbe accelerated drive links larger than that of the Ladder stems can be selected.
In der Regel besitzen bei ausgeführten Vakuumleistungs schaltern und mit solchen beschäftigt sich die Erfindung im besonderen, die aus Vollkupfer gebildeten Leitersten gel einschließlich Kontaktstück eine größere Masse als die vorbeschleunigten Antriebsglieder. Es ist dann rela tiv einfach, den Massenausgleich durch Anbringung einer Zusatzmasse von hohem spezifischen Gewicht an einem oder dem Antriebsglied herzustellen. Um Reibungsverluste in Lagern kleinzuhalten, sollte die Zusatzmasse jedoch un mittelbar an dem mit den Leiterstengel zusammenwirkenden Antriebsgestänge befestigt sein.Usually have vacuum performance when running switch and the invention is concerned with such in particular, the ladder made of solid copper gel including contact piece a larger mass than the pre-accelerated drive links. Then it is rela tiv simple, the mass balance by attaching a Additional mass of high specific weight on one or to manufacture the drive link. To reduce friction in To keep storage small, the additional mass should be un indirectly on the one interacting with the ladder stem Drive linkage must be attached.
Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung ist nachfolgend beschrieben. An embodiment of the invention is as follows described.
Es zeigen:Show it:
Fig. 1 eine Wirkprinzipdarstellung eines Vakuumschal ters; Fig. 1 shows an operating principle of a vacuum scarf age;
Fig. 2 die Bewegungskurve des Schaltkontaktstückes. Fig. 2 shows the movement curve of the switching contact piece.
Der Vakuumschalter setzt sich aus der evakuierten Schaltkammer K sowie den dafür erforderlichen Antrieb einschließlich Auslöseorganen, Verriegelungen, Anschluß kontakten usw. zusammen. Der Übersichtlichkeit halber ist nur das für das Verständnis der Erfindung Wesentli che dargestellt. Die Schaltkammer K ist aus einem iso lierenden Zylindergehäuse gebildet, das beidseitig von metallischen Deckeln 8 und 9 abgeschlossen ist. Diese werden von Leiterstengeln 1, 2 vakuumdicht durchgriffen. Dabei übernimmt ein Federrohr 10 die Abdichtung zwischen dem beweglichen Leiterstengel 2 und dem Deckel 9. Im Inneren der Schaltkammer tragen die Leiterstengel stumpf aufeinanderstoßende Schaltkontaktstücke 11, 12.The vacuum switch consists of the evacuated switching chamber K and the drive required for it, including release elements, locks, connection contacts, etc. For the sake of clarity, only what is essential for understanding the invention is shown. The switching chamber K is formed from an insulating cylinder housing, which is closed on both sides by metallic covers 8 and 9 . These are penetrated by ladder stems 1 , 2 in a vacuum-tight manner. A spring tube 10 takes over the sealing between the movable conductor stem 2 and the cover 9 . In the interior of the switching chamber, the stems carry switch contact pieces 11 , 12 that abut one another.
Die Antriebskraft zum Einschalten wird über Antriebs glieder 5, 6 eingebracht. Dabei ist der von einem An triebsorgan 7 bewegbare und an einem Festdrehpunkt 14 gelagerte Hebel 6 mit dem einen Ende an dem Antriebsge stänge 5 angelenkt. Letzteres wirkt auf den beweglichen Leiterstengel 2 auf besondere Weise ein. Das freie Ende des Antriebsgestänges 5 läuft in einen Zylinder 3 aus, der eine Führungsbohrung für den Eingriff des Leiter stengels 2 aufweist. Das innerhalb des Zylinders 3 lie gende Ende des Leiterstengels 2 trägt eine aus dessen Durchmesser herausragende kolbenartige Erweiterung 13. Zwischen dieser Erweiterung und dem Boden des Zylinders 3 ist eine Kontaktdruckfeder 4 eingesetzt. The driving force for switching on is introduced via drive elements 5, 6 . In this case, from a drive member 7 movable and mounted at a fixed pivot point 14 lever 6 with one end to the Antriebsge rod 5 is articulated. The latter acts on the movable ladder stem 2 in a special way. The free end of the drive linkage 5 runs out into a cylinder 3 which has a guide bore for the engagement of the conductor stem 2 . The lie within the cylinder 3 lying end of the conductor stem 2 carries a piston-like extension 13 protruding from its diameter. A contact pressure spring 4 is inserted between this extension and the bottom of the cylinder 3 .
Zum Einschalten wird das Antriebsorgan 7 in die darge stellte Position verdreht. Der Hebel 6 verschwenkt um den Festdrehpunkt 14 und verschiebt das Antriebsgestänge 5 in Richtung der Schaltkammer K. Die Schubkraft wird über die Kontaktdruckfeder 4 an die Erweiterung 13 und somit an den Leiterstengel 2 weitergeleitet. Nach Anle gen des Kontaktstückes 12 an das Fixkontaktstück 11 wird das Antriebsgestänge 5 noch um ein gewisses Maß in Ein schaltrichtung weitergeschoben. Dabei taucht der Leiter stengel 2 mit seiner Erweiterung 13 weiter in den Zylin der 3 ein und die Kontaktdruckfeder 4 erhält durch Zu sammenpressen eine größere Vorspannung.To turn on the drive member 7 is rotated into the Darge presented position. The lever 6 pivots about the fixed pivot point 14 and moves the drive linkage 5 in the direction of the switching chamber K. The thrust is transmitted via the contact pressure spring 4 to the extension 13 and thus to the ladder stem 2 . After applying the contact piece 12 to the fixed contact piece 11 , the drive linkage 5 is pushed to a certain extent in the switching direction. Here, the head stems 2 with its extension 13 further into the cylinder 3 and the contact pressure spring 4 receives by pressing together a greater bias.
Zum Ausschalten wird das Antriebsorgan 7 rasch um ca. 90° verdreht. Dabei wird der Abstand vom Hebel 6 zum Drehpunkt des exzentrischen Antriebsorgans 7 verringert und der Hebel 6 ist zum Verschwenken freigegeben. Die Kontaktdruckfeder 4 kann sich nunmehr entspannen und treibt das Antriebsgestänge 5 sowie den Hebel 6 in Pfeilrichtung von der Schaltkammer weg. Nach einem ge wissen Beschleunigungsweg trifft das die Führungsbohrung des Zylinders 3 umgebende Deckelstück 15 schlagartig auf die Erweiterung 13 des Leiterstengels 2 auf und nimmt diesen samt Schaltkontaktstück 12 in Ausschaltrichtung mit. .To switch off, the drive member 7 is quickly rotated by approximately 90 °. The distance from the lever 6 to the fulcrum of the eccentric drive member 7 is reduced and the lever 6 is released for pivoting. The contact pressure spring 4 can now relax and drives the drive linkage 5 and the lever 6 away from the switching chamber in the direction of the arrow. After a ge know acceleration path, the cover hole 15 surrounding the guide bore of the cylinder 3 suddenly strikes the extension 13 of the conductor stem 2 and takes this together with the switch contact piece 12 in the switch-off direction. .
Zur Berechnung der Ausschaltgeschwindigkeit des Leiter stengels 2 lassen sich die Gesetze des Stoßes zweier starrer Körper anwenden. Dabei setzt sich einerseits die Stoßmasse aus den vorbeschleunigten Antriebsgliedern, nämlich dem Hebel 6 sowie dem Antriebsgestänge 5 zusam men; die gestoßene Masse andererseits ist der Leiter stengel 2 mit seinem Schaltkontaktstück 12. Es läßt sich nachweisen, daß der Stoß und damit die A fangsbeschleu nigung des Leiterstengels 2 am wirkungsvollsten ist, wenn Stoßmasse sowie gestoßene Masse etwa gleich groß sind. Bei diesem Impulsübertrag ist vorausgesetzt, daß Verschweißkräfte zu vernachlässigen sind. Sind größere Verschweißungen der Kontaktstücke aufzubrechen, so soll te die Stoßmasse größer als die gestoßene Masse gewählt werden.The laws of the impact of two rigid bodies can be used to calculate the switch-off speed of the conductor stem 2 . On the one hand, the impact mass consists of the pre-accelerated drive elements, namely the lever 6 and the drive linkage 5 ; the impacted mass, on the other hand, is the conductor stem 2 with its switching contact piece 12 . It can be demonstrated that the impact and thus the A fangsbeschleu acceleration of the ladder stem 2 is most effective when the impact mass and the impacted mass are approximately the same size. With this momentum transfer it is assumed that welding forces are negligible. If larger welds of the contact pieces are to be broken open, the impact mass should be greater than the impact mass.
Grundsätzlich verändern sich die Verhältnisse nicht, wenn der Hebel 6 von Ein- und Ausschaltfedern betätigt wird, wie dies in der eingangs genannten, bekannten Schrift gezeigt ist.Basically, the conditions do not change when the lever 6 is actuated by switch-on and switch-off springs, as is shown in the known document mentioned at the beginning.
In Fig. 2 ist der Geschwindigkeitsverlauf des bewegli chen Kontaktstückes dargestellt. Auf der waagerechten Achse ist mit t die Zeit und auf der senkrechten Achse der Weg x aufgetragen.In Fig. 2, the speed profile of the movable contact piece is shown. Time is plotted on the horizontal axis and t is the path x on the vertical axis.
Die Schaltkontaktstücke trennen sich bei t = o. Nach einer Zeit t 2 sollte die gestoßene Masse (d.h. der Leiterstengel 2) die hohe AnfangsgeschwindigkeitThe switch contact pieces separate at t = o . After a time t 2 the impacted mass (ie the ladder stem 2 ) should have the high initial speed
erreicht haben. v 1 ist durch eine Tangente gekenn zeichnet, die an die tatsächlich verlaufende Bewe gungskurve x(t) bei einer Kontaktöffnung von 1 mm gelegt ist.achieved. v 1 is characterized by a tangent that is attached to the actually running movement curve x (t) with a contact opening of 1 mm.
Definiert man als Verharrungszeit t 1 den t-Achsen schnittpunkt der Tangente an die Bewegungskurve des be weglichen Kontaktstückes bei einem Kontaktstücköffnungs weg von 1 mm, so sollte diese 0,6 Millisekunden nicht überschreiten. Die Geschwindigkeit v 1 ist dann größer als 1,5 m/s.If the t-axis intersection point of the tangent to the movement curve of the movable contact piece with a contact piece opening of 1 mm is defined as the dwell time t 1 , this should not exceed 0.6 milliseconds. The speed v 1 is then greater than 1.5 m / s.
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