DE3915519A1

DE3915519A1 - Axialmagnetfeld-kontaktanordnung fuer vakuumschalter

Info

Publication number: DE3915519A1
Application number: DE19893915519
Authority: DE
Inventors: Ernst Prof Dr Techn Slamecka
Original assignee: Individual
Current assignee: Individual
Priority date: 1989-05-11
Filing date: 1989-05-11
Publication date: 1989-10-19
Also published as: DE3915519C2

Description

Die Erfindung betrifft eine mit Mitteln für die Erzeugung eines axi alen Magnetfeldes ausgerüstete Kontaktanordnung für Vakuumschalter, die im wesentlichen aus einem Kontaktträger und einem daran ange ordneten Kontaktkörper besteht. Vakuumschalter mit einer solchen Kontaktanordnung werden im Bereich der Mittel- und Hochspannungs- Stromversorgung eingesetzt,

Stand der Technik und Kritik

Es ist bekannt, daß völlig ebene Kontaktkörper an Kontaktträgern zur Erzeugung eines axialen Magnetfeldes beim Durchgang großer Kurzschluß ströme zum Verschweißen neigen: DE-A-24 43 141. Es ist auch bekannt, den Kontaktdruck durch Verkleinerung der Kontaktfläche, z.B. durch Wölbung, zusätzliche Kontaktauflage geringeren Durchmessers etc , zu erhöhen, um so die Verschweißneigung zu vermindern: DE-A-24 43 141, DE-A-28 52 414.

Beim Öffnen der Kontakte entsteht nach dem Verdampfen der letzten metallischen Kontaktbrücken zunächst ein konzentrierter Lichtbogen; er geht schnell in den diffusen Zustand über. Bei großen Stromstär ken kann sich die diffuse Bogenentladung im Bereich der Kontaktmitte verdichten; dabei besteht das Risiko, daß diese Entladung in einen konzentrierten Lichtbogen umschlägt, was das Ausschaltvermögen der vorstehend zitierten Kontaktanordnungen vermindert.

Als Abhilfemaßnahme ist vorgeschlagen worden, der Kontaktplatte durch eine zentrale Ausnehmung einen kreisring-förmigen Randbereich zu ge ben. Dadurch soll neben der Kontaktdruckerhöhung bewirkt werden, daß sich die Bogenentladung schon anfänglich im achsennahen Plattenbe reich konzentriert: DE-A-36 13 450.

Die Kontaktplatte muß jedoch wegen des breiten kreisring-förmigen Bereiches weiterhin durch ein besonderes Bauelement gestützt wer den. Und dann fließen in dem breiten Kreisring-Bereich der Kontakt platte induzierte Kreisströme, deren axiales Gegen-Magnetfeld das primäre schwächt, was das Kurzschlußstrom-Ausschaltvermögen des Vakuumschalters ebenfalls schwächt.

Eine - wie schon in DE-A-35 10 931 und DE-A-35 10 980 vorgeschlagen - relativ dünne Kontaktscheibe, gegebenenfalls auch noch aus einem ge genüber reinem Kupfer elektrisch schlechter leitendem Material, zu verwenden, verbietet sich, weil darin eine wirksame zentrale Aus nehmung nicht ausführbar ist.

Die Kontaktscheibe mit Ausnehmung radial zu schlitzen, reduziert zwar die induzierten Kreisströme, bringt aber andere Nachteile mit sich: die Schlitzkanten verzerren nach der Lichtbogenstrom-Unter brechung das wiederkehrende elektrische Feld, was zu einer erneu ten Zündung des Ausschaltlichtbogens und gegebenenfalls zu einem Schaltversager führen kann.

Anzumerken ist auch, daß die Schlitzung von Kontaktscheiben bisher bekannter Bauart und Anordnung deren mechanische Widerstandsfähig keit gegen betriebliche Beanspruchungen mindert. Daher sind aufwen dige Stützkörper als zusätzliche Bauteile notwendig.

Aufgaben der Erfindung

Die vorliegende Erfindung soll insbesondere folgende Aufgaben lösen:

a) Konzentration der Lichtbogenentladung im Mittenbereich der Kon takte von Anbeginn an verhindern;
b) Kontaktdruck erhöhen,;
c) Stromstärke induzierter Kreisströme schwächen;
d) Stützkörper für die Kontaktkörper entbehrlich machen;
e) axiales Magnetfeld z.B. verstärken.

Lösung der Aufgabe und damit verbundene Vorteile

Die gestellte Aufgabe wird bei der gattungsgemäßen Kontaktanordnung durch die kennzeichnenden Merkmale des Patentanspruchs 1 gelöst. Vorteilhafte Weiterbildungen werden durch die Anwendung der Merk male der Unteransprüche ermöglicht. Die Lösungsmerkmale werden an schließend kurz interpretiert. Grundlage der Aufgabenlösung ist die Ausbildung des Kontaktkörpers als Napf mit Stirnkragen, der damit auf dem Rand des Kontaktträgers aufliegt. Im einzelnen ergibt sich aus dieser Konzeption folgendes:.

a) der gegenüber dem Napf-Kragen zurückgesetzte Napf-Boden ver hindert von Anbeginn an eine Verdichtung der Bogenentladung im Bereich der Kontaktmitte; falls für die Unterbrechung sehr großer Kurzschlußströme induzierte Kreisströme durch Schlitze im Napf-Boden ausgeschaltet werden sollen, verzerren diese Schlitze wegen ihrer gegenüber dem Kontaktrand zurückgesetz ten Lage das wiederkehrende elektrische Feld in einem gerin gerem Ausmaß als es Schlitze in einer Kontaktplatte nach dem Stand der Technik tun würden;
b) die Reduktion der Kontaktgabe auf den Napf-Kragen erhöht bei gleichbleibender Kontaktkraft den Kontaktdruck;
c) der Napf mit Stirnkragen läßt sich im Tiefziehverfahren mit durchgehend relativ geringer Wandstärke herstellen; bereits diese Gegenheit verkleinert den elektrischen Widerstand in Umfangrichtung und damit auch die Stromstärke induzierter Kreisströme; somit ist die ungünstige Kopplung von Wandstär ke und Tiefe der zentralen Ausnehmung, wie sie bei einer Platte besteht, aufgehoben;
d) dadurch, daß der Napf nur mit seinem Kragen auf dem Rand des Kontaktträgers aufliegt und als Kontakt fungiert ist er kei nen mechanischen Beanspruchungen ausgesetzt; ein Stützkörper erübrigt sich daher;
e) durch Schlitze in der Napf-Wand mit einem relativ zu den Mitteln der Axialmagnetfeld-Erzeugung des Kontaktträgers entgegengesetzten Windungssinn erhält der Stromfluß in der Napfwand eine Rotation, die zu einer zusätzlichen Axialmag netfeld-Erzeugung führt; die zusätzliche oder auch allei nige Axialmagnetfeld-Erzeugung durch geeignete Schlitze in der Napf-Wand ist nur während einer Stromunterbrechung eingeschaltet.

Die unter a) bis e) interpretierten Merkmale der Aufgabenlösung stel len gleichzeitig die Vorteile dar, die sich bei der Anwendung der Er findungsgedanken ergeben; weitere Vorteile werden aus dem Anwendungs beispiel ersichtlich.

Ausführungsbeispiel

Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung wird anhand von Zeichnungen erläutert; es zeigen:.

Fig. 1 Schnitt-Ansicht des Schaltstück-Paares.

Fig. 2 Draufsicht auf napf-förmigen Kontaktkörper.

In der Fig. 1 ist ein Schaltstück-Paar (1, 1′) während einer Ausschal tung durch einen nicht dargestellten Antrieb zu sehen. Auf je einen Stromleiterbolzen (2, 2′) ist ein hohlzylindrischer Kontaktträger (3, 3′) mit dem Boden (31, 31′) aufgesetzt. In der Wand (32, 32′) sind Schlitze (4, 4′) angebracht, die in beiden Kontaktträgern dieselbe Neigung haben. Dadurch wird im stromdurchflossenen Zustand der Schaltstücke ein axi ales Magnetfeld erzeugt.

Der Kontaktträger trägt einen Kontaktkörper in Gestalt eines Napfes (5, 5′); mit seinem Stirnkragen (8, 8′) liegt er auf dem Kontaktträger so auf, daß sich der Napf-Boden (6, 6′) im Innenraum des Hohlzylin ders befindet. Links von der Schaltstückachse ist der Napf-Boden flach (61, 61′) gestaltet und rechts davon gewölbt (62, 62′).

Die Wand (7, 7′) des Napfes hat die Form eines Hohlkegelstumpfes gerin ger Höhe. In der Wand können, hier nicht dargestellt, zur Schaltstück achse geneigte Schlitze angebracht sein. Im stromdurchflossenen Zu stand, der nur während des Ausschaltens gegeben ist, beteiligen sich die Windungsabscnitte zwischen den Schlitzen an der Axialmagnetfeld- Erzeugung unterstützend, vorausgesetzt, daß sie die entgegengesetzte Neigung der Windungsabschnitte in der Kontaktträgerwand aufweisen.

Diese Beteiligung der Napf-Wand an der Axialmagnetfeld-Erzeugung läßt sich mit Vorteil dazu verwenden, den elektrischen Widerstand der Dauerstrombahn zu verkleinern: in der Wand des hohlzylindrischen Kontaktträgers wird in nicht dargestellter Weise die Neigung der Schlitze und damit auch die der dazwischenliegenden Windungsab schnitte soweit verkleinert, daß das nun gemeinsam mit den Windungs- Abschnitten in der Napf-Wand erzeugte axiale Magnetfeld im im Verhältnis zu dem vorher ohne Napfwand-Beteiligung erzeugten in seiner Feldstärke unverändert bleibt. Eine andere Möglichkeit, den elektrischen Widerstand der Dauerstrombahn eines hohlzylindri schen Kontaktträgers zu verkleinern, besteht darin, die Axialmag netfeld-Erzeugerschlitze nur auf einem Teilbereich der Zylinder wandhöhe anzubringen; auch diese Möglichkeit ist nicht dargestellt.

Die Erzeugung des axialen Magnetfeldes laßt sich auch allein der Napf-Wand zuordnen, die dann entsprechend zu verlängern ist. Der Kontaktträger-Hohlzylinder hat in dieser nicht dargestellten Variante eine volle Wand und darin eventuell axial verlaufende Schlit ze zur Unterdrückung von Kreisströmen. Es kann nützlich sein, den Napf-Boden bis nahe an den kontakt-gebenden Napf-Rand vorzuziehen. Dies läßt sich z.B. durch Stülpung des Napf-Bodens erreichen oder durch Einsetzen eines zweiten Napfes. Der zweite Napf wird mit sei nem Rand auf den Boden des ersten Napfes aufgesetzt und der Boden des zweiten Napfes dient dann als Elektrodenkörper. Weiter kann es nützlich sein, in der Wand des zweiten Napfes Schlitze so anzuord nen, daß diese die Schlitze in der Wand des ersten Napfes bei der Erzeugung des axialen Magnetfeldes unterstützen.

Wie Fig. 2 zeigt sind im Boden (61′) des napf-förmigen Kontakt körpers zur weitgehenden Unterdrückung von Kreisströmen radiale Schlitze angeordnet. Die Länge der Schlitze (9′) ist kleiner als der Radius des Napf-Bodens. Ein Schlitz (10′) erstreckt sich mit seiner Länge etwas über die Mitte des Napf-Bodens hinaus; durch diese besondere Ausbildung und Anordnung von Schlitzen werden auch im Mittenbereich des Napf-Bodens Kreisströme ausgeschaltet, ohne daß dabei der Zusammenhalt verloren geht.

Claims

1. Axialmagnetfeld-Kontaktanordnung für Vakuumschalter mit:

a) einander gegenüberliegend angeordneten, entlang der gemeinsamen Achse relativ zu- und voneinander bewegbaren Schaltstücken (1, 1′);
b) je einem Kontaktträger (3, 3′);
c) je einem auf den Kontaktträgern angeordneten Kontaktkörper (5, 5′);
gekennzeichnet durch folgende Merkmale:
d) mindestens an einem der Kontaktträger (3, 3′) ist der Kontaktkörper als napf-förmiger Körper (5, 5′) mit Boden (6, 6′), Wand (7, 7′) und stirnseitigem Kragen (8, 8′) ausgebildet;
c) der napf-förmige Kontaktkörper ist so auf dem Kontaktträger ange ordnet, daß die Napf-Öffnung dem gegenüberliegenden Schaltstück (1) oder (1′) zugewandt ist;
d) der Napf-Kragen bedeckt mindestens einen Teil der Auflagefläche des Kontaktträgers.

2. Kontaktanordnung nach Patentanspruch 1, gekennzeichnet durch folgendes Merkmal:
der Boden des napf-förmigen Kontaktkörpers ist als flacher Boden (61, 61′) ausgebildet.

3. Kontaktanordnung nach Patentanspruch 1, gekennzeichnet durch folgendes Merkmal:
der Boden des napf-förmigen Kontaktkörpers ist als gewölbter Boden (62, 62′) ausgebildet.

4. Kontaktanordnung nach Patentanspruch 1, 2, 3, gekennzeichnet durch folgende Merkmale:

a) im Boden des napf-förmigen Kontaktkörpers sind Schlitze (9, 9′; 10, 10′) mit hauptsächlich radialer Erstreckung angeordnet;
b) von den den Schlitzen erstreckt sich mindestens ein Schlitz (10, 10′) bis kurz vor die, bis in die oder bis kurz hinter die Mitte des Napf-Bodens.

5. Kontaktanordnung nach Patentanspruch 1, gekennzeichnet durch folgendes Merkmal:
die Wand (7, 7′) des napf-förmigen Kontaktkörpers ist hohlzylin drisch ausgebildet.

6. Kontaktanordnung nach Patentanspruch 1, gekennzeichnet durch folgendes Merkmal:
die Wand (7, 7′) des napf-förmigen Kontaktkörpers ist hohlkegel stumpf-förmig (7, 7′) ausgebildet.

7. Kontaktanordnung nach Patentanspruch 1, 5, 6, gekennzeichnet durch folgendes Merkmal:
mindestens in einem Teilbereich der Wand des napf-förmigen Kon taktkörpers ist mindestens ein Schlitz angeordnet.

8. Kontaktanordnung nach Patentanspruch 1, 7, gekennzeichnet durch folgendes Merkmal:
der oder die Schlitze in der Wand des napf-förmigen Kontaktkörpers sind hauptsächlich für die Unterdrückung von induzierten Kreis strömen bestimmt und erstrecken sich hauptsächlich in axialer Richtung.

9. Kontaktanordnung nach Patentanspruch 1, 7, gekennzeichnet durch folgendes Merkmal:
der oder die Schlitze in der Wand des napf-förmigen Kontakt körpers weisen zur Erzeugung eines axialen Magnetfeldes eine Neigung gegenüber der Schaltstückachse auf.

10. Kontaktanordnung nach Patentanspruch 1, gekennzeichnet durch folgendes Merkmal:
die demgegenüberliegenden Schaltstück zugewandte Oberfläche des Kragens (8, 8′) ist gewölbt ausgebildet.

11. Kontaktanordnung nach Patentanspruch 1, gekennzeichnet durch folgendes Merkmal:
der Kragen (8, 8′) an dem napf-förmigen Kontaktkörper deckt unter mindestens teilweiser Belassung eines Isolierabstandes die äußere Oberfläche des Kontaktträgers mindestens teilweise ab.

12. Kontaktanordnung nach Patentanspruch 1 bis 11, gekennzeichnet durch folgendes Merkmal:
der napf-förmige Kontaktkörper ist an einem Kontaktträger angeord net, der mit Mitteln zur Erzeugung eines axialen Magnetfeldes ausgerüstet ist.

13. Kontaktanordnung nach Patentanspruch 1, 12, gekennzeichnet durch folgendes Merkmal:
der napf-förmige Kontaktkörper ist an einem hohlzylindrischen Kontaktträger (3, 3′) mit gegenüber der Schaltstückachse geneig ten Wandschlitzen (4, 4′) zur Erzeugung eines axialen Magnetfel des angeordnet.

14. Kontaktanordnung nach Patentanspruch 12, 13, gekennzeichnet durch folgendes Merkmal:
der napf-förmige Kontaktkörper ist im Innenraum des hohlzylindri schen Kontaktträgers so angeordnet, daß zwischen der äußeren Ober fläche der Napf-Wand und der inneren Oberfläche der Hohlzylinder wand ein Isolierabstand gewahrt bleibt.

15. Kontaktanordnung nach Patentanspruch 12, 13, 14, gekennzeichnet durch folgendes Merkmal:
der oder die Schlitze in der Wand des napf-förmigen Kontaktkörpers sind zur Schaltstückachse so geneigt, daß ihre Neigung der Neigung der Schlitze (4, 4′) in der Wand des hohlzylindrischen Kontaktträ gers zu ebenderselben Achse entgegengesetzt ist.

16. Kontaktanordnung nach Patentanspruch 12 bis 15, gekennzeichnet durch folgendes Merkmal:
die Neigung der Schlitze (4, 4′) in der Wand (32, 32′) des hohlzylin drischen Kontaktträgers (3, 3′) zur Schaltstückachse ist bei Vorhan sein von einem oder mehr axialmagnetfeld-erzeugenden Schlitzen in der Wand (7, 7′) des napf-förmigen Kontaktkörpers (5, 5′) kleiner als beim Fehlen der Napfwand-Schlitze.

17. Kontaktanordnung nach Patentanspruch 12 bis 15, gekennzeichnet durch folgendes Merkmal:
in der Wand (32, 32′) des hohlzylindrischen Kontaktträgers (3, 3′) sind Schlitze (4, 4′) zur Erzeugung eines axialen Magnetfeldes nur auf einem Teil der Wandlange angeordnet.

18. Kontaktanordnung nach Patentanspruch 12, gekennzeichnet durch folgendes Merkmal:
der napf-förmige Kontaktkörper ist an einem Kontaktträger angeord net, dessen Bauteile zur Erzeugung eines axialen Magnetfeldes aus Kreisring-Abschnitten bestehen, die sich jeweils an die Enden radialer Speichen anschließen und die Ansätze zur Lagerung eines Kontaktkörpers aufweisen.

19. Kontaktanordnung nach Patentanspruch 12, 18, gekennzeichnet durch folgendes Merkmal:
der Stirnkragen des napf-förmigen Kontaktkörpers ist im Bereich seiner Auflage auf den Lagerungs-Ansätzen des Kontaktträgers mit einer relativ zum übrigen Kragen-Bereich vergrößerten Wandstärke ausgebildet.

20. Kontaktanordnung nach Patentanspruch 12, 18, 19, gekennzeichnet durch folgendes Merkmal:
der oder die Schlitze in der Wand des napfförmigen Kontaktkörpers sind zur Schaltstückachse so geneigt, daß sich für die dadurch ge bildeten Windungsabschnitte ein Windungssinn ergibt, der dem Win dungssinn der Kreisring-Abschnitte an den Speichen des Kontakt trägers entgegengesetzt ist.

21. Kontaktanordnung nach Patentanspruch 1 bis 11, gekennzeichnet durch folgende Merkmale:

a) der napf-förmige Kontaktkörper ist an einem Kontaktträger (3, 3′) angeordnet, der mit Mitteln zur Erzeugung eines axialen Magnet feldes nicht ausgerüstet ist;
b) in der Wand (7, 7′) des napf-förmigen Kontaktkörpers sind ein oder mehr Schlitze angeordnet, die zur Erzeugung eines axialen Magnetfeldes gegenüber der Schaltstückachse eine Neigung auf weisen.

22. Kontaktanordnung nach Patentanspruch 21, gekennzeichnet durch folgendes Merkmal:
der napf-förmige Kontaktkörper mit Mitteln zur Erzeugung eines axialen Magnetfeldes ist an einem hohlzylindrischen Kontaktträger (3, 3′) angeordnet.

23. Kontaktanordnung nach Patentanspruch 21, 22, gekennzeichnet durch folgendes Merkmal:
der hohlzylindrische Kontaktträger (3, 3′) weist in seiner Wand (32, 32′) zur Unterdrückung von induzierten Kreisströmen min destens einen sich hauptsachlich axial erstreckenden Schlitz auf.

24. Kontaktanordnung nach Patentanspruch 21, 22, 23, gekennzeichnet durch folgende Merkmale:

a) auf den Boden (6, 6′) des napf-förmigen Kontaktkörpers (5, 5′) ist ein zweiter napf-förmiger Körper mit seiner Sirn auf gesetzt,;
b) der Boden des zweiten napf-förmigen Körpers dient hauptsäch lich als Elektrodenkörper und reicht bis nahe an den Stirn kragen (8, 8′) des ersten napf-förmigen Kontaktkörpers (5, 5′).

25. Kontaktanordnung nach Patentanspruch 24, gekennzeichnet durch folgendes Merkmal:
in der Wand des zweiten napf-förmigen Körpers sind Schlitze mit einer solchen Neigung gegenüber der Schaltstückachse angeordnet , daß sie die zu ebendieser Achse geneigten Schlitze in der Wand des ersten napf-förmigen Kontaktkörpers (5, 5′) bei der Erzeugung des axialen Magnetfeldes unterstützen.