-
Ein Vakuumschalter zum Unterbrechen eines starken Stromes
weist im allgemeinen ein paar Hauptelektroden auf, die in
einem Vakuuininantelgefäß angeordnet sind, um relativ
zueinander hin und voneinander weg beweglich zu sein, weist
Ringelektroden auf, die auf den Rückflächen der
Hauptelektroden angebracht sind und weist Stäbe auf, die
sich nach außen hin von dem Vakuummantelgefäß von den
Rückflächen der Ringelektroden erstrecken. Der Strom fließt
von einem der Stäbe zu dem anderen über die Ringelektroden
und die Hauptelektroden. Wenn einer der Stäbe zum
Unterbrechen des Stromes von einem Betätigungselement
angetrieben wird, bewegt sich eine der Hauptelektroden von
der anderen Hauptelektrode weg, und ein Lichtbogenstrom wird
erzeugt, um über die beiden Hauptelektroden zu fließen.
Dieser Lichtbogenstrom wird in fadenartige Lichtbogenströme
durch ein magnetisches Feld zerstreut.
-
Eine solche Ringelektrode ist z.B. in der US-A-394 61 79
offenbart. In jener Ringelektrode erstrecken sich Arme, die
mit einem Ende mit einem Stab verbunden sind, in radialer
Richtung, um an dem anderen Ende des Stabes ein Ende
jeweiliger bogenförmiger Abstände zu verbinden, und die
bogenförmigen Abschnitte erstrecken sich in einer
Umfangsrichtung, und sind elektrisch an dem anderen Ende mit
einer Hauptelektrode verbunden. Somit bilden ein Arm und ein
zugehöriger Bogenabschnitt ein sogenanntes L-förmiges
leitendes Teil. Vier L-förmige leitende Teile sind an dem
Stab angebracht, und ein Zwischenraum ist zwischen den
angrenzenden Annen der vier bogenförmigen Abschnitte in
einem kreisförmigen Muster ausgebildet. Ein Strom fließt
durch die Ringelektrode über die Leitungsführung der
Stab-Arm-Bogenformabschnitte zur Hauptelektrode. Wegen des
Vorhandenseins der Zwischenräuine fließt der Strom durch die
vier bogenförmigen Abschnitte in die gleiche Richtung, d.h.,
der Strom fließt im wesentlichen über eine imaginäre Windung
einer Drehung. Dieser Strom mit einer Drehung erzeugt ein
gleichförmiges axiales magnetisches Feld, das so wirkt, daß
es ein diffuses Bogenstromfließen über die Hauptelektroden
erzeugt.
-
Die DE-A-25 27 319 offenbart eine ziemlich gleichartige
scheibenartige Elektrode, die Teilspiralarme aufweist und
die mit einem mittleren erhöhten Abschnitt oder einer
Aussparung ausgebildet ist.
-
Somit spielen die Zwischenräume, die in der bekannten
Ringelektrode vorhanden sind, eine wichtige Rolle für die
Erzeugung eines gleichförmigen axialen magnetischen Feldes
in den bogenförmigen Abschnitten. Trotz solch einer großen
Auswirkung, die durch die Zwischenräume gezeigt wird, ist
die bekannte Ringelektrode dahingehend mangelhaft, daß das
axiale magnetische Feld in der Nähe der Zwischenräume
schwach ist. Im allgemeinen weist ein Lichtbogenstrom eine
solche Tendenz auf, daß er von einem
Niedrigintensitätsabschnitt zu einem
Hochintensitätsabschnitt eines axialen magnetischen Feldes
hin migriert. Deshalb migriert der Lichtbogenstrom, der
durch die Abschnitte der Hauptelektrode nahe der
Zwischenräume fließt, zu dem mittleren Bereich der
Hauptelektrode hin, wo die Intensität des axialen
magnetischen Feldes hoch ist, und die Konzentration des
Lichtbogenstroms zum mittleren Bereich der Hauptelektrode
weist die Hochfeldintensität auf, was ein lokalisiertes
Überhitzen der Hauptelektrode nachsichzieht, wodurch die
Fähigkeit der Stromabschaltung vermindert wird. Da auch die
gesamte Fläche der Hauptelektrode nicht effektiv für die
Stromabschaltung verwendet werden kann, wird es notwendig,
die Abmessung der Hauptelektrode zu vergrößern.
-
Die DE-A-32 27 482 offenbart einen Vakuumschalter, der ein
paar Elektrodenanordnungen umfaßt, die in einem
Vakuummantelgefäß angeordnet sind, und relativ zueinander
hin und voneinander weg angeordnet sind; und Stäbe umfaßt,
die sich aus dem Vakuummantelgefäß von der Rückseite der
jeweiligen Elektrodenanordnungen heraus erstrecken; wobei
jede Elektrodenanordnung eine im wesentlichen
scheibenförmige Hauptelektrode und eine zylindrische
Ringelektrodeneinrichtung umfaßt, die elektrisch zwischen
die Rückfläche jeder der Hauptelektrode und den jeweiligen
Stab geschaltet ist, wobei die Elektrodeneinrichtung einen
hohlen zylindrischen Körper mit einem ringförmigen Abschnitt
angrenzend an die Hauptelektrode aufweist und einen
Basisabschnitt an dem Ende des ringförmigen Abschnitts
abseits von der Hauptelektrode aufweist und mit zumindest
zwei im wesentlichen schraubenförmigen, hochohmigen
Teilbahnen entlang des Körpers von seinem Ende angrenzend an
die Hauptelektrode durch den ringförmigen Abschnitt und
fortführend in den Basisabschnitt, und eine Mehrzahl von
elektrischen Verbindungen zwischen einer Endrandfläche des
ringförmigen Abschnitts und der jeweiligen Hauptelektrode
aufweist; wobei die zylindrische Ringelektrodeneinrichtung
der zwei Elektrodenanordnungen gleichartig und symmetrisch
angeordnet sind, so daß ihre elektrischen Verbindungen
zueinander gegenuberliegend sind und eine entsprechende
schraubenförmige hochohmige Teilbahn ist im wesentlichen
parallel zu der anderen Teilbahn entsprechend der Erfindung,
wobei ein derartiger Schalter dadurch gekennzeichnet ist,
daß der Basisabschnitt eine Vertiefung mit einer radial nach
innen weisenden Wandfläche beinhaltet, und daß die Bahnen
bis in den Basisabschnitt reichen, um die Wandfläche zu
schneiden, dieser gegenüber freigelegt zu sein und sie
teilweise zu umrunden.
-
Mit diesem Aufbau fließt ein Einwindungsstrom durch die
Strombahnen, die durch die hochohmigen Bahnen getrennt sind,
so daß ein gleichförmiges, axiales Magnetfeld auf die
Hauptelektrode angelegt wird, und ein Lichtbogenstrom kann
gleichförmig über die gesamte Fläche der Hauptelektrode
verteilt werden, um dadurch eine gute
Stromunterbrechungsausführung des Vakuumschalters
bereitzustellen.
-
In den beiliegenden Zeichnungen ist:
-
Fig. 1 eine schematische Seitenansicht eines
Vakuurnschalters entsprechend der vorliegenden Erfindung
im Teilschnitt;
-
Fig. 2 eine Perspektivische auseinandergezogene
Ansicht einer Elektrodenanordnung, die in dem in Fig. 1
gezeigten Vakuumschalter eingebaut ist;
-
Fig. 3 eine teilweise gestrichelte Seitenansicht von
zwei gegenüberliegenden Elektrodenanordnungen; und
-
Fig. 4 eine teilweise gestrichelte Draufsicht einer
zylindrische Elektrode einer der Elektrodenanordnungen.
-
Wie in Fig. 1 gezeigt ist, wird ein Vakuummantelgefäß 3
durch Anbringen eines Paares Abschlußplatten 2 gebildet, von
denen jeweils eine an ein Ende eines zylindrischen Teils 1
eines elektrisch isolierenden Materials angebracht wird.
Eine stationäre Elektrodenanordnung 4 und eine bewegliche
Elektrodenanordnung 5 sind gegenüberliegend zueinander in
dem Vakuummantelbehälter 3 angeordnet, und ein Paar Stäbe 6
und 7 erstrecken sich nach außen hin von dem
Vakuummantelgefäß 3 von den Rückflächen der jeweiligen
Elektrodenanordnungen 4 und 5. Ein Balg 8 ist zwischen einer
Stange 7 und der zugehörigen Abschlußplatte 2 angebracht.
Der Balg 8 wirkt zum Antreiben eines Betätigungselementes,
nicht gezeigt, das an der Stange 7 in Axialrichtung
angebracht ist. Wenn der Stab 7 in seiner Axialrichtung
beaufschlagt wird, wird die bewegliche Elektrodenanordnung 5
von der stationären Elektrodenanordnung 4 wegwärts bewegt,
und ein Lichtbogenstrom 9, der zwischen diesen beiden
Elektrodenanordnungen 4 und 5 erzeugt wird, ruft einen
Metalldampf hervor.
-
Der Metalldampf verbindet sich mit einer Zwischenabschirmung
1A, die in dem isolierenden zylindrischen Teil 1 getragen
wird, und der Lichtbogen wird durch Zerstreuen mittels einem
magnetischen Feld gelöscht, das in der Axialrichtung der
zylindrischen Ringelektroden 10 erzeugt wird. Eine der
zylindrischen Ringelektroden 10 ist in jeder stationären und
beweglichen Elektrodenanordnung 4 und 5 vorgesehen. Die
zylindrische Ringelektrode 10, die in der beweglichen
Elektrodenanordnung 5 vorgesehen ist, wird unter Bezugnahme
auf Fig. 2 erläutert. Die zylindrische Ringelektrode 10 ist
im wesentlichen identisch in beiden Elektr0denanordnungen 4
und 5.
-
Unter Bezugnahme auf die Fig. 2 bis 4 ist die zylindrische
Ringelektrode 10 auf der Rückfläche einer scheibenförmigen
Hauptelektrode angebracht, die nicht perforiert ist, d.h.
sie hat eine durchgehende Fläche von Rand zu Rand. Die
Ringelektrode 10 weist einen zylindrischen Körper 12 auf,
der eine Öffnung an einem Ende aufweist und einen
geschlossenen flachen Basisabschnitt 13 mit einer mittigen
becherförmigen Vertiefung 29 an dem anderen Ende aufweist.
Der Körper 12 ist einstückig mit dem Stab 7 ausgebildet. Ein
Abstandsstück 14, das aus einem hochwiderstandsfähigen
Material, z.B. einem rostfreien Stahl besteht, ist zwischen
der Hauptelektrode 11 und dem Boden 13 des zylindrischen
Körpers angeordnet. Auf einer ringförmigen Endrandfläche l5
um die Öffnung des zylindrischen Körpers 12 herum sind
Vorsprunge 16 ausgebildet, und die Hauptelektrode 11 ist
elektrisch mit den Vorsprüngen 16 verbunden. Die Vorsprünge
l6 könnten alternativ auf der Hauptelektrode ausgebildet
sein. Geneigte Schlitze 26 sind auf Positionen auf dem
zylindrischen Körper 12 ausgebildet. Ein Ende jedes der
geneigten Schlitze 26 erstreckt sich von der Endfläche 15
der Öffnung des zylindrischen Körpers angrenzend an einen
Vorsprung 16.
-
Jeder geneigte Schlitz 26 kann durch einen gestuften Schlitz
oder durch ein Teil aus einem hochwiderstandsfähigen
Material, z.B. einem rostfreien Stahl, ersetzt werden. Die
Erfordernisse bestehen darin, daß der Strom, der von dem
Eingangsende zum Ausgangsende einer der schraubenförmigen
Stromteilbahnen fließt, am Stromfließen von dem Eingangsende
zum Ausgangsende einer angrenzenden Strombahn hin getrennt
werden kann, so daß der Strom eine Drehung der imaginären
Windung durch die Strombahnen fließen kann.
-
Eine elektrische Windung, so wie sie zuvor beschrieben wird,
ist auf beiden elektrischen Hauptkontakten angebracht. Ein
wesentliches Merkmal der Erfindung besteht darin, daß
gegenüberliegende Abschnitte der geneigten Schlitze 26
annähernd parallel zueinander sind. Wie in Fig. 3 gezeigt
ist, sind gegenüberliegende zylindrische Ringelektroden 10
gegenüberliegend zueinander angebracht, so daß Vorsprünge 16
der gegenüberliegenden Elektroden direkt gegenuberliegend
zueinander befindlich sind. In dieser Position ist zu
ersehen, daß geneigte Schlitze 26 für die gegenüberliegenden
Elektroden winkelförmig voneinander versetzt aber einander
überlappend sind, wie in der Seitenansicht (Fig. 3) zu sehen
ist. Somit fließt funktionell der Strom in einer Richtung,
z.B. von der Bodenringelektrode auf der linken Seite,
fließt nach oben, wie durch Pfeile angezeigt ist, durch die
Vorsprünge 16, beide Hauptelektroden 11 und durch die
Vorsprünge 16 zu der oberen Ringelektrode.
-
Wenn im Betrieb die bewegliche Elektrodenanordnung 5 von der
stationären Elektrodenanordnung 4 abgesondert wird, um das
Stromfließen zu unterbrechen, fließt ein Lichtbogenstrom 9
über die zwei Elektrodenanordnungen 4 und 5. Wie durch die
Pfeile gezeigt ist, fließt der Lichtbogenstrom 9 durch die
Vorsprünge 16 und fließt dann in den Stab 7 durch den Boden
13 des zylindrischen Körpers 12.
-
Aus der vorangegangenen Beschreibung der vorliegenden
Erfindung ist ersichtlich, daß ein Stromeinfließen und
Ausfließen gleich dem Stromfließen durch eine Drehung einer
imaginären Windung ist. Somit wird ein axiales magnetisches
Feld H, das durch solch einen Strom erzeugt wird,
gleichförmig über die gesamten Flächen der Hauptelektroden
11 angelegt, und der Lichtbogenstrom 9 wird gleichförmig
über die gesamte Fläche der Hauptelektroden 11 verteilt.
Deshalb kann die Stromunterbrechungswirksamkeit gut sein,
und der Vakuumschalter kann in seiner Gesamtgröße klein sein
wegen der Fähigkeit der wirksamen Nutzfläche der
Hauptelektrode zur Stromunterbrechung.
-
In dem dargestellten Beispiel sind drei Vorsprünge 16 auf
dem zylindrischen Körper 12 vorgesehen. Das Vorsehen von
mehr als drei Vorsprüngen, z.B. 4, 6 oder mehr Vorsprünge,
können jedoch weiter die Gesamtgröße des Vakuumschalters
reduzieren, da der Strom weiter zerstreut wird, um
lokalisiertes Überhitzen an den Vorsprüngen zu verhindern.
-
Außerdem wird die Intensität eines Wirbelstromes, der durch
ein magnetisches Feld erzeugt wird, das durch ein
Stromfließen durch den Boden 13 des zylindrischen Körpers 12
hervorgerufen wird, durch die Anwesenheit der Schlitze 28
begrenzt, die Fortsetzungen der Schlitze 26 in den
Basisabschnitt 13 des Körpers 12 sind. Diese Basisschlitze
28 sind so ausgerichtet, daß sie eine Komponente haben, die
tangential zu der becherförmigen Vertiefung in dem
Basisabschnitt verläuft. Der resultierende Magnetfluß ist
nicht stark genug, um das axiale Magnetfeld H aufzuheben.
Deshalb kann eine unerwünschte Intensitätsreduzierung des
axialen Magnetfeldes H verhindert werden. In diesem
Zusammenhang kann das Vorsehen von mehr Schlitzen 28
zusätzlich eine unerwünschte Reduzierung der Intensität des
axialen Magnetfeldes H verhindern.