DE4015135C2

DE4015135C2 - Contact pieces for vacuum switches

Info

Publication number: DE4015135C2
Application number: DE19904015135
Authority: DE
Inventors: Guenter Pilsinger
Original assignee: Calor Emag AG
Current assignee: Calor Emag AG
Priority date: 1990-05-11
Filing date: 1990-05-11
Publication date: 1995-07-27
Anticipated expiration: 2010-05-12
Also published as: EP0456140A2; DE9007343U1; EP0456140A3; DE4015135A1

Description

Die Erfindung betrifft Kontaktstücke gemäß dem Oberbegriff des Anspruches 1.The invention relates to contact pieces according to the preamble of Claim 1.

Derartige Kontaktanordnungen für Vakuumschaltröhren sind bereits bekannt, insbesondere aus der DE 34 11 784 A1. Um eine Stauchung der Zylinderwand durch den Kontaktdruck zu verhindern, hat man dort eine Stütze in Form eines Kreiszylinders bzw. eines hohen Kegelstumpfes im Inneren des Topfkontaktstückes, an dessen Zy linderwand anliegend, plaziert. Eine solche Konstruktion erfor dert eine aufwendige Herstellung und ergibt Probleme wegen der unterschiedlichen Ausdehnungskoeffizienten der Materialien. Schließlich wird durch die relativ massive Stütze ein nicht un erheblicher Stromanteil geführt werden, der den Stegen zur Bil dung eines Magnetfeldes entzogen wird.Such contact arrangements for vacuum interrupters are already known, in particular from DE 34 11 784 A1. About an upset one has to prevent the cylinder wall by the contact pressure there a support in the form of a circular cylinder or a high one Truncated cone inside the pot contact piece, at the zy lined against the wall, placed. Such a construction changes a complex production and gives problems because of different coefficients of expansion of the materials. After all, the relatively massive support does not make one un considerable amount of electricity is carried, which the webs to Bil a magnetic field.

Aus der DE 34 33 155 A1 ist bekannt, einen topfförmigen Kontakt träger mit einer Scheibe abzudecken. Diese Scheibe wird mit ei ner Stütze abgestützt, die mittig zwischen dem Topfboden und der Scheibe angeordnet ist. DE 34 33 155 A1 discloses a pot-shaped contact cover the carrier with a disc. This disc comes with an egg ner supported, the middle between the bottom of the pot and the Disc is arranged.

Aus der DE 30 09 925 C2 ist ein Kontaktstück für einen elektri schen Vakuumschalter mit mehreren Schlitzen bekannt geworden, bei dem in der Stirn der Topfwand eine Nut eingebracht ist, die einen ungeschlitzten Edelstrahlring aufnimmt, der ähnlich wie der Ring nach der DE 34 11 784 A1 als Stütze gegen Deformierung des Kontaktstückes verwendet werden kann. Die Herstellung eines derartigen Stützringes ist aufwendig.From DE 30 09 925 C2 is a contact piece for an electri vacuum switch with several slots became known, in which a groove is made in the forehead of the pot wall, the an unslit noble beam ring that is similar to the ring according to DE 34 11 784 A1 as a support against deformation of the contact piece can be used. The making of a such support ring is expensive.

Eine Kontaktanordnung der eingangs genannten Art ist aus der DE-AS 20 15 528 bekannt geworden. Dort ist in die Zylinderwand eine Schraube eingebracht, mit der in bestimmter Weise ausgebildete Schlitze überbrückt sind und abgestützt werden. Die Schraube ist von der Topfbodenseite her in den Topfboden eingeschraubt und kommt gegen die gegenüberliegende, den Schlitz begrenzende In nenfläche des Steges oder Segmentes bündig zum Anliegen. Das Problem bei dieser Anordnung besteht darin, daß aufgrund von thermischen Einwirkungen beim Lötvorgang, dem die Kontaktanord nung und darüberhinaus auch die Vakuumröhre bei der Herstellung unterworfen sind, das Material des Kontaktträgers aufgrund des Abbaus von Gitterstörungen an Festigkeit verliert. Da im Falle einer Kontaktierung der abgestützte Steg gegen den Boden ge drückt wird, kann bei einer ersten Einschaltung des Kontaktsy stems die Schraube im Gewinde des Kontaktsegmentes bzw. des Bo dens ihre ursprüngliche Position verändern und aufgrund des er weichten Werkstoffes sogar langsam aus dem Gewinde herausge drückt werden, so daß sich das abzustützende Kontaktsegment bzw. der Steg doch verformen kann. Bei weiteren Schaltungen kann sich die Schraube vollständig herausdrehen, so daß sich der Steg ge gen den Boden anlegt und die magnetische Steuerung des Lichtbo gens nicht mehr gegeben ist. Wegen mechanischer Schwingungsbela stungen der Schraube ist ein solches Herausschrauben auch kaum zu vermeiden.A contact arrangement of the type mentioned is from DE-AS 20 15 528 known. There is one in the cylinder wall Screw introduced with the trained in a certain way Slots are bridged and supported. The screw is screwed into the bottom of the pot from the bottom of the pot and comes against the opposite In, which delimits the slot inner surface of the web or segment flush against the surface. The The problem with this arrangement is that due to thermal effects during the soldering process, which the contact arrangement and also the vacuum tube during manufacture are subjected to the material of the contact carrier due to the Degradation of lattice defects loses strength. Because in the case a contacting of the supported web against the ground is pressed, when the contact is switched on for the first time stems the screw in the thread of the contact segment or the Bo dens change their original position and because of the er soft material even slowly pulled out of the thread be pressed so that the contact segment to be supported or the web can deform. With further circuits can unscrew the screw completely, so that the web ge creates the floor and the magnetic control of the Lichtbo no longer exists. Because of mechanical vibration Unscrewing the screw is hardly possible to avoid.

Aufgabe der Erfindung ist es, eine Stütze für eine Kontaktanord nung der eingangs genannten Art zu schaffen, die sich einfach herstellen und montieren läßt und hohe Kontaktdrücke zu übertra gen in der Lage ist. The object of the invention is to provide a support for a contact arrangement creation of the type mentioned at the beginning, which is easy can manufacture and assemble and transmit high contact pressures gene is able.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß durch die kennzeichnenden Merkmale des Anspruches 1 gelöst.This object is achieved by the characterizing Features of claim 1 solved.

Die überwiegend in den Bohrungen verlaufenden Stifte sind in Axialrichtung des Kontaktstückes mit einer erheblichen Flächen pressung belastbar. Die Bohrung läßt sich leicht herstellen und am Sacklochboden erhält der Stift einen sicheren Anschlag zur Übertragung von Axialkräften. In den dem Sackloch jeweils gegen überliegenden Stegteilen mit einer Durchgangsbohrung kann der Stift, sofern er aus einem metallischen oder metallisiertem ke ramischen Werkstoff besteht, einfach durch Lötung festgesetzt werden.The pins that run predominantly in the holes are in Axial direction of the contact piece with a considerable area pressure resilient. The hole is easy to make and the pin receives a secure stop on the bottom of the blind hole Transfer of axial forces. In the blind hole against each Overlying web parts with a through hole can Pen if it is made of a metallic or metallized ke ramische material, simply fixed by soldering become.

Da die Bohrung von der Stirnseite aus in die Zylinderwand einge bracht wird, kann der Stift zweckmäßigerweise bis zur Stirnseite geführt sein. Er liegt dann an dem auf die Stirnwand aufgesetz ten Kontaktelement an und braucht nicht weiter im angrenzenden Stegteil befestigt sein. Für diese Anordnung eignen sich beson ders Stifte aus Keramik bzw. Keramikverbundmaterial, die dann für eine Lötung nicht besonders präpariert zu werden brauchen.Since the hole is inserted from the front into the cylinder wall is brought, the pin can be conveniently up to the front be led. It is then placed on the front wall th contact element and does not need further in the adjacent Web part to be attached. Are particularly suitable for this arrangement pins made of ceramic or ceramic composite material, which then do not need to be specially prepared for soldering.

Bei Verwendung von Stahlstiften wird die ohnehin zwischen dem Kontaktelement sowie der Stirn der Zylinderwand eingelegte Löt folie für ein Mitverlöten im angrenzenden Stegteil Sorge tragen.When using steel pins, the is between the anyway Contact element and the forehead of the cylinder wall inserted solder Take care of the soldering in the adjacent part of the bridge.

Soll der Stift (bei entsprechender Steigerung der Schlitze) meh rere Schlitze überbrücken, so stellt dies kein Problem dar.Should the pin (with a corresponding increase in the slots) meh Bridging other slots, this is not a problem.

Bei entsprechender Länge der Schlitze können pro Schlitzlänge zwei oder mehrere Stifte erforderlich werden. Wesentlich dabei ist, daß ein Stift in der Nähe des Schlitzbeginns an der Stirn seite der Zylinderwand plaziert wird, da dieser Bereich für eine axiale Stauchung am empfindlichsten ist. Bei Verwendung von Ke ramikstiften empfiehlt es sich, nur solche mit einer erhöhten Bruchzähigkeit einzusetzen. Diese sind in der Regel aus Keramik verbundwerkstoffen entsprechend den Unteransprüchen 6 und 7 ge fertigt.With the appropriate length of the slots can be per slot length two or more pens may be required. Essential here is that a pin near the beginning of the slot on the forehead side of the cylinder wall is placed, since this area for a axial compression is the most sensitive. When using Ke ramic pencils, it is recommended to use only those with a raised Use fracture toughness. These are usually made of ceramics composite materials according to subclaims 6 and 7 ge manufactures.

Die Erfindung wird anhand eines Ausführungsbeispieles näher er läutert.The invention is based on an exemplary embodiment, he purifies.

Es zeigen:Show it:

Fig. 1 eine Kontaktanordnung mit zwei Topfkontaktstücken in Einschaltstellung, und Fig. 1 shows a contact arrangement with two pot contact pieces in the on position, and

Fig. 2 eine Draufsicht auf ein Topfkontaktstück bei abge nommenem Kontaktelement. Fig. 2 is a plan view of a pot contact piece with the contact element removed.

Die Topfkontaktstücke 11 bzw. 12 bestehen im wesentli chen aus dem Topfboden 13, 14, in dem die Stromzuleitun gen 15, 16 eingesetzt sind. Am Topfboden sind jeweils die als Kontaktträger fungierenden Zylinderwände 17, 18 angeformt. Auf deren Stirnseite 19 sind Kontaktelemente 20, 21 in Form von Scheiben bzw. Ringscheiben aufge setzt. Deren Material unterscheidet sich von dem der Zy linderwände, da es dem Schaltlichtbogen unmittelbar aus gesetzt ist. Es besitzt daher bezüglich Abreißstrom, Kontaktwiderstand, Schweißneigung und Abbrand günstige Eigenschaften. Die übrigen Teile der Kontaktanordnung bestehen in der Regel aus hochentgastem Kupferwerkstoff.The pot contact pieces 11 and 12 consist in wesentli Chen from the pot bottom 13 , 14 , in which the Stromzuleitun gene 15 , 16 are used. The cylinder walls 17 , 18 acting as contact carriers are molded onto the base of the pot. On the end face 19 , contact elements 20 , 21 in the form of disks or ring disks are set up. Their material differs from that of the cylinder walls because it is set directly from the switching arc. It therefore has favorable properties with regard to tear-off current, contact resistance, tendency to sweat and burn-off. The remaining parts of the contact arrangement usually consist of highly degassed copper material.

In die Zylinderwände 17, 18 sind Schlitze 22 einge bracht, die an der Stirnseite 19 beginnen und bis in den Topfboden 13, 14 bzw. dessen Nähe geführt sind. Sie sind zur Rotationsachse 23 der Kontaktanordnung bzw. der Kon taktstücke geneigt. Dadurch entstehen Stege 24, 25 für den Stromfluß, der immer eine gegenüber der Rotations achse 23 geneigte Richtungskomponente enthält. Bei dem dargestellten Verlauf der Stege in den sich gegenüber stehenden Topfkontaktstücken 11, 12 wird ein zwischen den Kontaktelementen entstehender Lichtbogen eine Strom schleife bilden, deren magnetische Kraft den Lichtbogen zwischen den Kontaktelementen rotieren lädt.In the cylinder walls 17 , 18 slots 22 are introduced, which begin at the end face 19 and are guided into the pot bottom 13 , 14 or its vicinity. They are inclined to the axis of rotation 23 of the contact arrangement or the con tact pieces. This creates webs 24 , 25 for the current flow, which always contains a directional component inclined relative to the rotational axis 23 . In the illustrated course of the webs in the opposing pot contact pieces 11 , 12 , an arc which arises between the contact elements will form a current loop, the magnetic force of which charges the arc rotating between the contact elements.

Die Anzahl der Stege sowie deren Neigung zur Rotations achse ist beliebig wählbar. Beim Einschalten werden sie mit sehr großen mechanischen Kräften in axialer Richtung belastet. Diese Kräfte bewirken neben einer Stauchung auch eine gewisse Verbiegung der einzelnen Stege zu ih rer über den Topfboden überhängenden Seite hin. Dabei verkürzen sich die Zylinderwände 17, 18 in axialer Rich tung und die Stege schliefen sich kurz. Zur Verhinderung dieser schädlichen Auswirkungen ist in die Zylinderwan dungen 17, 18 jeweils pro Schlitz 22 eine Bohrung 26, also insgesamt vier Bohrungen, eingebracht. Sie werden von den Stirnseiten 19 aus in die Zylinderwandungen nie dergebracht, derart, daß der der Stirn 19 nahegelegene Stegteil durchbohrt und der darunter liegende, jenseits des Schlitzes 22 gelegene Stegteil mit einem Sackloch versehen ist. Zwischen dem Sackloch und dem Topfboden 13, 14 sollte sich in axialer Richtung kein Schlitz mehr befinden. Das Sackloch kann auch im Topfboden selbst en den.The number of webs and their inclination to the axis of rotation can be selected as desired. When switched on, they are loaded with very large mechanical forces in the axial direction. In addition to compression, these forces also cause the individual webs to bend to a certain extent towards their side overhanging the pot base. The cylinder walls 17 , 18 shorten in the axial direction and the webs slept briefly. To prevent these harmful effects, a bore 26 , that is a total of four bores, is introduced into the cylinder wall 17 , 18 each per slot 22 . They are never brought from the end faces 19 into the cylinder walls, in such a way that the web part close to the front 19 is pierced and the underlying web part located beyond the slot 22 is provided with a blind hole. There should no longer be a slot in the axial direction between the blind hole and the pot bottom 13 , 14 . The blind hole can also end in the bottom of the pot itself.

Die Bohrungen befinden sich im allgemeinen auf einem mittleren Kreisdurchmesser der Zylinderwandung (siehe Fig. 2).The bores are generally located on an average circular diameter of the cylinder wall (see FIG. 2).

In die Bohrungen sind zylindrische Stifte 27 eingesetzt. Sie durchdringen jeweils den bzw. die Stegteile, die zwischen der Stirn 19 sowie dem Stegteil mit dem Sack loch sich befinden und reichen bis zum Grund des Sacklo ches. Sie schließen andererseits mit der Stirn 19 der Zylinderwände bündig ab. Nach Auflötung der Kontaktele mente 20, 21 auf die Stirn 19 sind die Stifte 27 gegen heraus fallen gesichert und fest fixiert. Diese Art der Plazierung hat den Vorteil, daß die Stifte nicht unbe dingt eine Lötverbindung eingehen müssen, d. h., es kann auf eine Metallisierung bei Verwendung von Keramikstif ten verzichtet werden.Cylindrical pins 27 are inserted into the bores. They penetrate the web part or parts that are located between the forehead 19 and the web part with the sack hole and extend to the bottom of the Sacklo ches. On the other hand, they are flush with the forehead 19 of the cylinder walls. After soldering the Kontaktele elements 20 , 21 on the forehead 19 , the pins 27 are secured against falling out and fixed. This type of placement has the advantage that the pins do not necessarily have to enter into a soldered connection, that is to say metalization can be dispensed with when using ceramic pins.

Gleichwohl kann es zweckmäßig sein, die Stifte auf jeden Fall in dem stirnnahen Stegteil mit einzulöten. Dies hat den Vorteil, daß Bohrungs- und Stiftlänge mit größeren Toleranzen wählbar sind. Wesentlich ist, daß die Stifte die Kontaktkraft übertragen und unzulässige Stauchungen bzw. Verbiegungen der Stege verhindern. Nevertheless, it may be appropriate to put the pens on everyone Solder the case in the bridge part close to the forehead. this has the advantage that bore and pin length with larger Tolerances can be selected. It is essential that the pins transfer the contact force and impermissible compressions or prevent bending of the webs.

Für größere Kontaktstückdurchmesser können bei entspre chend langen Stegen pro Schlitz auch zwei Stifte einge setzt werden. Dabei ist in jedem Falle ein Stift in der Nähe des Schlitzanfanges zu plazieren. Der andere kann in der Nähe des Schlitzendes eingesetzt werden.For larger contact piece diameters, corre sp Long pins also inserted two pins per slot be set. In any case, there is a pen in the To be placed near the beginning of the slot. The other one can be used near the end of the slot.

Als metallischer Werkstoff für die Stifte bietet sich Edelstahl mit ausreichend geringer elektrischer Leitfä higkeit an. Dieser Werkstoff ist lötfähig, und der Stift wird ohne weitere Maßnahmen in die Lötverbindung der Kontaktelemente 20, 21 mit der entsprechenden Zylinder wand mit einbezogen. Der durch die in die Stege einge brachten metallischen Stifte entstehende Leitungsneben schluß, ist aufgrund der geringen elektrischen Leitfä higkeit des metallischen Werkstoffes in Bezug auf die Funktion des Kontaktes ohne Bedeutung und somit vernach lässigbar. Metallische Werkstoffe, z. B. Edelstahl, ha ben gegenüber den keramischen Werkstoffen den Vorteil, daß sie kostengünstiger sind und bei mechanischer Über belastung nicht brechen.Stainless steel with a sufficiently low electrical conductivity is a suitable metallic material for the pins. This material is solderable, and the pin is included without further measures in the solder connection of the contact elements 20 , 21 with the corresponding cylinder wall. Due to the low electrical conductivity of the metallic material in relation to the function of the contact, the line bypass brought about by the metallic pins inserted into the leads is insignificant and therefore negligible. Metallic materials, e.g. B. stainless steel, have ben over the ceramic materials the advantage that they are cheaper and do not break with mechanical overload.

Bei Verwendung von keramischen Werkstoffen für die Stif te sollte insbesondere auf Keramikverbundwerkstoffe mit einer hohen Bruchzähigkeit zurückgegriffen werden. Kera mische Werkstoffe können durch Einlagerung von Verstär kungskomponenten wie Y₂O₃ (Yttriumoxyd), TiC (Titancar bid), TiN (Titannitrid), ZrO₂ (Zirkonoxyd) zu Verbund werkstoffen ertüchtigt werden. Als besonders geeignetes Material hat sich Al₂O₃ mit dispers eingelagerten SiC(Siliciumcarbid)-Fasern aufgrund seiner besonders hohen Bruchzähigkeit herausgestellt.When using ceramic materials for the stif te should include ceramic composites in particular high fracture toughness. Kera Mixed materials can be stored by reinforcing tion components such as Y₂O₃ (yttrium oxide), TiC (titanium car bid), TiN (titanium nitride), ZrO₂ (zirconium oxide) to composite materials are upgraded. As a particularly suitable Material has Al₂O₃ with dispersed SiC (silicon carbide) fibers due to its particularly high Fracture toughness highlighted.

Keramische Werkstoffe haben gegenüber metallischen Werk stoffen den Vorteil, daß sie, zumindest im jungfräuli chen Zustand, zwischen den einzelnen Stegen keinen Ne benschluß erzeugen.Ceramic materials have compared to metallic work have the advantage that they, at least in the virgin Chen condition, no ne between the individual webs generate closure.

Claims

1. contact pieces for an electrical vacuum switch which are arranged coaxially to one another,

- With a pot-shaped con tact carrier, which adjoins the bottom of the pot cylinder wall ( 17 , 18 ) through slanted to the axis of rotation of the contact piece slots ( 22 ) is divided into ridges forming current paths,
- With a disc or ring-shaped contact element ( 20 , 21 ) covering the end of the cylinder wall and
- With egg ner bridging the slots, poorer than the contact carrier conductive support, characterized in that
- That as a support at least one cylindrical pin ( 27 ) from a mate rial, which does not deform plastically at the contact pressure occurring, is provided, which extends into an approximately parallel to the axis of rotation ( 23 ) of the contact carrier ( 11 , 12 ) extending bore ( 26 ) of the cylinder wall ( 17 , 18 ) is inserted, the pin ( 27 ) - seen in the insertion direction from the end face of the cylinder wall - engages in the blind part located beyond the slots or the slot ( 22 ) in a blind hole and in the web opposite the blind hole in the axial direction, in which it first engages - mechanically bridging the slot or slots - is fixed,
- That the pin is inserted from the end face ( 19 ) of the cylinder wall ( 17 , 18 ) and the blind hole is in a web part near the pot bottom, and
- That the pin ( 27 ) is flush with the forehead ( 19 ) of the cylinder wall ( 17 , 18 ).

2. Contact piece according to claim 1, characterized in that the pin ( 27 ) in the web part, in which it engages first, is fixed by soldering.

3. Contact piece according to one of claims 1 and 2, characterized in that two or more pins ( 27 ) are used per slot length, one of which is placed in the immediate vicinity of the slot beginning on the end face ( 19 ) of the cylinder wall ( 17 , 18 ) is.

4. Contact piece according to one of claims 1 to 3, characterized in that a stainless steel pin is used is.

5. Contact piece according to one of claims 1 to 3, characterized in that a pin ( 27 ) made of ceramic is used.

6. Contact piece according to claim 5, characterized in that the pin ( 27 ) consists of a ceramic composite material, wherein components such as Y₂O₃, TiC, TiN, ZrO₂ are embedded in the ceramic.

7. Contact piece according to claim 5, characterized records that in the material of the ceramic pen SiC fibers are stored.