DE3840825A1 - Kontaktanordnung fuer vakuumschalter - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft eine Kontaktanordnung für Vakuum­ schalter mit jeweils zwei sich gegenüberstehenden, rela­ tiv zueinander beweglichen, topfförmigen Kontakten, de­ ren hohlzylindrischer Kontaktkörper zur Achse geneigte Schlitze enthalten und jeweils mit einer Kontaktscheibe abgeschlossen sind sowie einem zwischen Topfboden und Kontaktscheibe angeordneten nichtmetallischen Stütz­ körper.

Bei dieser Kontaktkonfiguration ist ein Stützkörper not­ wendig, damit der hohlzylindrische Kontaktträger beim Schalten nicht gestaucht und dessen Schlitzung aufgeho­ ben wird.

Aus der DE-OS 34 33 155 geht eine Kontaktanordnung der eingangs genannten Art als bekannt hervor. Dort ist in dem von den hohlzylindrischen Kontaktträger begrenzten Raum ein ferromagnetisches Material eingebracht. Dieses ist konzentrisch zu einem aus Keramik oder Stahl beste­ henden Stützkörper eingesetzt, der zwischen Topfboden und Kontaktscheibe angeordnet und in diese Teile einge­ lassen ist.

Reine Keramikwerkstoffe sind für sich allein als tragen­ de Stützelemente wenig geeignet, da sie spröde sind und eine nur geringe Bruchzähigkeit aufweisen. Dies ist ins­ besondere deswegen wichtig, da die Kräfte beim Einschal­ ten nicht nur in rein axialer Richtung wirken, sondern durch die Kontaktgeometrie auch in eine radiale Kompo­ nente umgelenkt werden.

Die Aufgabe der Erfindung besteht darin, einen Stützkör­ per für die eingangs genannte Kontaktanordnung anzuge­ ben, der aus anorganischem Werkstoff aufgebaut werden kann und dennoch allen Anforderungen gerecht wird.

Die Lösung gelingt dadurch, daß die Verbindung zwischen Topfboden und Kontaktscheibe innerhalb des hohlzylindri­ schen Kontaktträgers ausschließlich über den Stützkörper vorgenommen ist, der mindestens teilweise, und zwar auf seinem gesamten Querschnitt als Keramik- bzw. Glaskera­ mikverbundwerkstoff ausgeführt ist.

Keramikverbundwerkstoffe haben im Vergleich zu rein monolithischen Keramiken, z.B. AL₂O₃, den Vorteil einer wesentlich höheren Bruchzähigkeit K _Ic bei gleichzeitiger Verbesserung der Festigkeit; dabei bleiben die guten Hochtemperatureigenschaften und die chemische Beständig­ keit erhalten.

Die Glas- oder Keramikkörper werden durch Einlagerungen von Verstärkungskomponenten, wie Y₂O₃ (Yttriumoxyd), Whiskern oder Fasermaterialien, zu Verbundwerkstoffen ertüchtigt. Als besonders geeignetes Material hat sich AL₂O₃ mit eingelagerten SiC (Siliziumcarbid)- Fasern herausgestellt.

Ob der guten Bruchzähigkeit, können diese Verbundmate­ rialien den Stützkörper zu 100% bilden. Dies hat den Vorteil, daß keine Nebenschlüsse zum hohlzylindrischen geschlitzten Kontaktträger auftreten und dessen gewünsch­ ter Spuleneffekt voll zum Tragen kommt.

Um hochwertiges Verbundkeramikmaterial zu sparen, kann der Stützkörper auch nur teilweise aus Verbundkeramik aufgebaut sein; er ist dann stets als elektrisch tren­ nendes Element, etwa als Scheibe, zwischen Topfboden und Kontaktscheibe einzusetzen. Ein solche Scheibe kann z.B. zwischen Edelstahlträgern eingefügt sein. Um sehr große Kräfte problemlos übertragen zu können, empfiehlt es sich, die Scheibe in den Edelstahlträgern einzulassen. Scheiben, z.B. aus verstärkten AL₂O₃, haben sich in Stärken zwischen 1 und 5 mm als ausreichend herausge­ stellt.

Weitere vorteilhafte Ausgestaltungen sind den Unteran­ sprüchen zu entnehmen.

Anhand der beigefügten Figuren wird die Erfindung näher erläutert.

Es zeigen:

Fig. 1 eine Kontaktanordnung in Einschaltstellung, teilweise im Schnitt, mit einem einteiligen Stützkörper,

Fig. 2 eine weitere Kontaktanordnung in Einschalt­ stellung mit einem aus mehreren Materialien aufgebauten Stützkörper.

Die innerhalb einer Vakuumschaltkammer angeordneten Kon­ takte 1, 2 sind jeweils aus hohlzylindrischen Kontakt­ trägern 3, 4 aufgebaut. Ihnen sind Basisstücke 5, 6 zu­ geordnet, so daß eine topfförmige Kontaktkonfiguration entsteht.

Die Basisstücke 5, 6 enthalten eine Eindrehung, in die die jeweiligen Leiterbolzen 7, 8 kontaktgebend eingrei­ fen. Mit den sich berührenden Kontaktscheiben 9, 10 sind die Kontaktträger 3, 4 abgeschlossen; sie sind aus einem speziellen, für die Lichtbogenlöschung geeigneten Mate­ rial gefertigt.

In die hohlzylindrischen Kontaktträger sind zur Achse geneigte Schlitze 11 eingearbeitet. Im gezeigten Ausfüh­ rungsbeispiel sind sie in beiden Kontakten mit gleich­ sinniger Neigung zur Erzeugung eines axialen Magnetfel­ des ausgeführt. Gleichwohl sind Schlitze 11 mit gegen­ sinniger Neigung für die Produktion eines radialen Ma­ gnetfeldes zur Untersützung der Lichtbogenlöschung und gleichmäßigerer thermischer Belastung der Kontaktschei­ ben möglich.

Die Kontakte werden mit großer Kraft beim Einschalten aufeinander gepreßt. Da es sich bei den Kontaktträger­ elementen 3, 4, 5, 6 um relativ weiches Kupfer handelt, besteht die Gefahr der Stauchung und somit der Schlitz­ überbrückung. Die hohlzylindrischen Kontaktträger 3, 4 müssen daher mechanisch entlastet werden. Dies gelingt mit einem Stützkörper 12, der zwischen Topfboden 13 und der jeweiligen Kontaktscheibe eingesetzt ist. Er ist zur Fixierung und besseren Kraftübertragung im jeweiligen Topfboden 13 eingelassen; andererseits liegt er bündig an der Kontaktscheibe 9, 10 an. Die Gestaltung des Stützkörpers 12 ist kapitellartig. Am Topfboden beginnt er einerseits mit einem Durchmesser in der Größenordnung der Leiterbolzen 7, 8 und verbreitert sich andererseits zu den Kontaktscheiben hin konisch. Dies ist einer gün­ stigen Aufteilung der Druckkräfte zuträglich.

Gemäß Fig. 1 ist für den einstoffigen Stützkörper 12 ein Keramikverbundwerkstoff gewählt. Diese Werkstoffe sind - wie schon erwähnt - mit einer hohen Bruchzähig­ keit ausgestattet und mit ihnen kann der Stützkörper allein gebildet werden. Metallische oder halbleitende Hilfsstützen zwischen Kontaktscheibe 9, 10 und Topfbo­ den, die durch einen Nebenschluß das magnetische Feld schwächen könnten, sind entbehrlich.

Nach Fig. 2 ist der Stützkörper dreiteilig aufgebaut. Dessen Gestaltung ist ähnlich wie in Fig. 1 kapitellar­ tig ausgeführt. Er besitzt einen topfbodennahen Metall­ träger 12 a sowie einen kontaktscheibennahen 12 b aus Edelstahl. Diese Träger besitzen an den ihnen zugewand­ ten Seiten Einlassungen. In diese ist eine Scheibe 14 anorganischen Stoffes, z.B. eine Verbundkeramik, einge­ setzt. Für die Übertragung von Druckkräften ist es we­ sentlich, daß die Träger 12 a, 12 b die Kanten der Scheibe 14 umgreifen.

Mit dieser Vorrichtung kann der Einsatz von Keramikver­ bundwerkstoffen, die gegenüber Edelstahl das hochwerti­ gere Material darstellen, verringert werden. Hinzu kommt, daß bei der Einsatzweise der Scheibe 14 die Druckkräfte sowie deren von der Achse abweichenden Kom­ ponenten sehr gut aufgenommen und übertragen werden kön­ nen. Weiterhin wird durch die Einlagerung der Scheibe 14 in die Ausnehmungen der Teile 12 a und 12 b verhindert, daß bei Kantenbruch von Teil 14 Material in den Kontakt­ topf bzw. in die Vakuumkammer fallen kann.

D.h., es kann hier auch ein Keramikmaterial mit nur mä­ ßigen Bruchzähigkeitswerten eingesetzt werden.

Claims (11)

1. Kontaktanordnung für Vakuumschalter mit jeweils zwei sich gegenüberstehenden, relativ zueinander beweg­ lichen, topfförmigen Kontakten, deren hohlzylindrische Kontaktträger zur Achse geneigte Schlitze enthalten und jeweils mit einer Kontaktscheibe abgeschlossen sind so­ wie einem zwischen Topfboden und Kontaktscheibe angeord­ neten nichtmetallischen Stützkörper, dadurch gekenn­ zeichnet, daß die Verbindung zwischen Topfboden (13) und Kontaktscheibe (9, 10) innerhalb des hohlzylindrischen Kontaktträgers (3, 4) ausschließlich über den Stützkör­ per (12, 12 a, 12 b, 14) vorgenommen ist, der mindestens teilweise, und zwar auf seinem gesamten Querschnitt als Keramik- bzw. Glaskeramikverbundwerkstoff ausgeführt ist.

2. Anordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeich­ net, daß der Verbundwerkstoff aus ZrO₂ mit 4 bis 10 Gew.% Y₂O₃ (Yttriumoxyd) gebildet ist.

3. Anordnung nach Anspruch 1, gekennzeichnet durch die Verwendung von Whisker- und/oder faserverstärkten Verbundwerkstoffen.

4. Anordnung nach Anspruch 3, gekennzeichnet durch die Verwendung von Whisker- und/oder faserverstärkten AL₂O₃, Si₃N₄ oder SiC.

5. Anordnung nach Anspruch 3, gekennzeichnet durch die Verwendung von C-, SiC- und AL₂O₃-Fasern.

6. Anordnung nach einem der Ansprüche 1 bis 6, ge­ kennzeichnet durch die Verwendung von AL₂O₃ mit bis zum 30 Gew.% SiC-Fasern.

7. Anordnung nach einem der Ansprüche 1 bis 6, da­ durch gekennzeichnet, daß der Stützkörper (12) vollstän­ dig als Keramik- bzw. Glaskeramikverbundwerkstoff ausge­ führt ist.

8. Anordnung nach Anspruch 1 bis 7, dadurch gekenn­ zeichnet, daß der Stützkörper (12) als zur Kontaktschei­ be (9, 10) hin sich konisch erweiternder Rotationskörper ausgebildet ist.

9. Anordnung nach einem der Ansprüche 1 bis 8, da­ durch gekennzeichnet, daß der Stützkörper (12) in einer Ausnehmung des Topfbodens (13) fixiert ist.

10. Anordnung nach einem der Ansprüche 1 bis 6 so­ wie 8, 9, dadurch gekennzeichnet, daß der Stützkörper aus zwei Metallträgern (12 a, 12 b) sowie einem nichtme­ tallischen, scheibenförmigen Verbundwerkstoff (Scheibe 14) gebildet ist und die Kanten des Verbundwerkstoffes von den Metallträgern (12 a, 12 b) umgriffen sind.

11. Anordnung nach Anspruch 10, dadurch gekenn­ zeichnet, daß die Metallträger (12 a, 12 b) aus Edelstahl und der Verbundwerkstoff aus AL₂O₃ als Grundmaterial ge­ bildet ist.