DE69526631T2

DE69526631T2 - Elektrischer Vakuumschalter

Info

Publication number: DE69526631T2
Application number: DE69526631T
Authority: DE
Inventors: Roger Bolongeat-Mobleu; Hans Schellekens
Original assignee: Schneider Electric Industries SAS
Current assignee: Schneider Electric Industries SAS
Priority date: 1994-11-29
Filing date: 1995-11-10
Publication date: 2002-11-21
Anticipated expiration: 2015-11-11
Also published as: ES2176300T3; FR2727565A1; EP0715324B1; DE69526631D1; FR2727565B1; US5726406A; EP0715324A1

Description

Die Erfindung betrifft einen Schalter, der dazu dient, die Abschaltung in einem Stromkreis zu gewährleisten, und der im wesentlichen eine längliche Vakuumschaltröhre umfaßt, welche Schaltröhre eine, durch zwei Böden verschlossene zylindrische Umhüllung aufweist und zwei Lichtbogenkontakte sowie Mittel zur Erzeugung eines axialen Magnetfelds in der Lichtbogenzone enthält, wobei einer der Lichtbogenkontakte als Festkontakt ausgeführt und mit einem der genannten Böden fest verbunden ist, während der andere als bewegbarer Kontakt ausgeführt und in der Schaltröhre zwischen einer Einschaltstellung und einer Trennstellung der Kontakte, in der ein Lichtbogenstrom erzeugt wird, axial verschiebbar gelagert ist.
Es sind mehrere Möglichkeiten zur Erzeugung eines axialen Magnetfelds in der Lichtbogenzone bekannt, wobei das genannte Magnetfeld ein höheres Ausschaltvermögen der Schaltröhre ermöglicht, indem es eine Diffusion des Lichtbogens bewirkt und so jede Energiekonzentration an einem bestimmten Punkt verhindert.
In der Druckschrift FR-2.677.487 der Anmelderin ist ein elektrischer Schalter der genannten Art beschrieben, bei dem das axiale Magnetfeld durch den Strom erzeugt wird, der eine am Boden der Schaltröhre befestigte und koaxial zur genannten Schaltröhre sowie rechtwinklig zur Trennstrecke der Lichtbogenkontakte angeordnete Spule durchfließt.
Die ebenfalls von der Anmelderin stammende Druckschrift FR-2.682.808 beschreibt eine Anordnung, bei der die ringförmige Spule außerhalb der Schaltröhre, in einer im Boden der Schaltröhre ausgebildeten ringförmigen Aufnahme angeordnet ist.
Die Patentanmeldung EP 0597434 beschreibt einen Schalter nach dem Oberbegriff des Patentanspruchs 1.
Schließlich ist auch die Möglichkeit bekannt, eine Windung oder einen Magnetkreis hinter jedem Kontakt anzuordnen.
Alle erwähnten Ausführungen erfordern also entweder die Verwendung zusätzlicher Komponenten wie einer Spule oder eines Magnetkreises oder komplexe Kontaktformen, so daß die Herstellungskosten der betreffenden Schalter hoch sind.
Die vorliegende Erfindung löst das genannte Problem und schlägt einen Schalter, insbesondere einen Vakuumschalter mit besonders einfachem Aufbau vor.
Zu diesem Zweck liegt der Erfindung ein elektrischer Schalter gemäß Patentanspruch 1 zugrunde.
Nach einem weiteren kennzeichnenden Merkmal sind die leitenden Abschnitte als Ringsegmente ausgebildet, wobei die dem feststehenden Lichtbogenkontakt zugeordneten Segmente um einen bestimmten Winkel versetzt zu den, dem beweglichen Lichtbogenkontakt zugeordneten Segmenten angeordnet sind.
Die genannten leitenden Abschnitte sind vorteilhaft einstückig mit den Kontaktstücken ausgeführt und am Außenrand dieser Kontaktstücke ausgebildet.
Nach einer besonderen Ausgestaltung ist an jedem Lichtbogenkontakt ein Ringsegment ausgebildet.
Nach einer anderen Ausgestaltung sind an jedem Lichtbogenkontakt zwei, diametral einander gegenüberliegende Ringsegmente ausgebildet.
Nach einer weiteren Ausgestaltung sind an jedem Lichtbogenkontakt drei in gleichem Abstand zueinander angeordnete Ringsegmente ausgebildet.
Nach einem weiteren kennzeichnenden Merkmal ist das Ende jedes Kontaktstücks als Ring ausgebildet, welcher Ring aus den genannten leitenden Ringsegmenten sowie aus nichtleitenden Ringsegmenten besteht.
Die genannten nichtleitenden Ringsegmente bestehen vorteilhaft aus einem Isolierstoff oder einem Hochtemperaturwerkstoff.
Zum besseren Verständnis ist die Erfindung in den beigefügten Zeichnungen beispielhaft dargestellt und in der nachfolgenden Beschreibung unter Angabe weiterer Merkmale und Vorteile näher erläutert. Dabei zeigen
- Fig. 1 die Schnittansicht eines Vakuumschalters gemäß einer besonderen Ausgestaltung der Erfindung;
- Fig. 2, 4 und 6 jeweils explodierte Ansichten eines der Lichtbogenkontakte des Schalters gemäß drei verschiedenen Ausgestaltungen der Erfindung;
- Fig. 3, 5 und 7 jeweils perspektivische Ansichten der beiden Lichtbogenkontakte gemäß den drei genannten Ausgestaltungen der Erfindung.
Fig. 1 zeigt einen Schalter I mit einer Vakuumschaltröhre C, die im wesentlichen eine durch zwei Metallböden 2, 3 verschlossene, zylindrische Isolierstoffumhüllung 1 umfaßt und zwei Lichtbogenkontakte 4, 5 enthält, die als feststehender bzw. bewegbarer Kontakt ausgebildet und koaxial im Innern der genannten Umhüllung 1 angeordnet sind. Der eine, als feststehender Kontakt 4 bezeichnete Kontakt ist mit dem einen 2 der genannten Böden 2, 3 der Umhüllung 1 fest verbunden, während der als bewegbarer Kontakt 5 bezeichnete andere Kontakt verschiebbar durch den anderen 3 der beiden Böden 2, 3 geführt ist. Dieser bewegbare Kontakt 5 wird durch einen nicht dargestellten Antriebsmechanismus zwischen einer Einschaltstellung, die einen Stromfluß zwischen den Kontakten 4, 5 ermöglicht, und einer Trennstellung (siehe Fig. 1), in der vor der endgültigen Abschaltung ein Lichtbogenstrom "c" zwischen den Kontakten 4, 5 fließt, geradlinig verschoben.
Die beiden Lichtbogenkontakte 4, 5 haben den gleichen Aufbau und bestehen jeweils aus einer leitenden Stange 6, 7, die an einem ihrer Enden ein einstückig mit der genannten Stange 6, 7 ausgeführtes scheibenförmiges Kontaktstück 8, 9 trägt. Am freien Ende 8a, 9a dieses scheibenförmigen Kontaktstücks 8, 9 ist eine ringförmige, leitende Elektrode 10, 11 angeordnet, deren Durchmesser geringfügig größer ist als der Durchmesser des scheibenförmigen Kontaktstücks 8, 9.
Nach einer besonderen Ausgestaltung der Erfindung umfassen die Mittel zur Erzeugung eines axialen Magnetfelds in der Lichtbogenzone an den Lichtbogenkontakten 4, 5 ausgebildete Mittel M zur Zwangsführung des Lichtbogenstroms über eine in bezug zur Ebene P der Kontaktflächen 4a, 5a der Lichtbogenkontakte 4, 5 schräg verlaufende Bahn.
Aus den Figuren geht hervor, daß zu diesem Zweck das Ende 8a, 9a jedes Kontaktstücks 8, 9 als Ring 37 ausgebildet ist, welcher Ring 37 am Außenrand der Kontaktstücke 8, 9 angeordnet ist und leitende Ringsegmente 12 bis 23 sowie nichtleitende oder ein geringes Leitvermögen aufweisende Ringsegmente 25 bis 36 umfaßt. Aus Fig. 1 geht hervor, daß der Ring 37 jedes Kontaktstücks 8, 9 entsprechend der in Fig. 6 und 7 dargestellten Ausgestaltung aus drei leitenden Segmenten 18 bis 23 und drei nichtleitenden Segmenten 28, 29, 30 bzw. 34, 35, 36 besteht. Die Fig. 2 und 3 zeigen Kontaktstücke 8, 9, deren als Ring 37 ausgebildetes Ende nur aus einem leitenden Ringsegment 12, 13 sowie einem nichtleitenden Ringsegment 25, 31 besteht. Wie aus Fig. 3 hervorgeht, sind die beiden leitenden Segmente 12, 13 der beiden Kontaktstücke 8, 9 in diesem Fall diametral einander gegenüberliegend angeordnet. Bei der Ausgestaltung nach Fig. 4 und 5 umfassen die Kontaktstücke 8, 9 jeweils zwei leitende Segmente 14, 15, 16, 17 und zwei nichtleitende Segmente 26, 27 bzw. 32, 33. Die beiden leitenden Segmente 14 bis 17 jedes Kontaktstücks 8, 9 sind jeweils diametral einander gegenüberliegend angeordnet, und die relative Lage der beiden Kontaktstücke 8, 9 ist so, daß die beiden Mittelachsen d, e der Segmente auf den beiden Kontaktstücken 8, 9 senkrecht zueinander verlaufen. Bei der Ausgestaltung nach Fig. 6 und 7 sind drei leitende Segmente 18 bis 23 und drei nichtleitende Segmente 28, 29, 30 bzw. 34, 35, 36 vorhanden und in gleichen Abständen zueinander angeordnet, wobei die leitenden Segmente 18 bis 23 der beiden Kontaktstücke 8, 9 um einen bestimmten Winkel versetzt zueinander angeordnet sind.
Die Funktionsweise des Schalters in seinen drei Ausführungsvarianten wird mit Bezug auf die Zeichnungen nachstehend kurz beschrieben.
In der Einschaltstellung des Schalters I fließt der Strom, um vom feststehenden Kontakt 4 zum bewegbaren Kontakt 5 zu gelangen, nacheinander über die Stange 6 des feststehenden Kontakts 4, das Kontaktstück 8, die leitenden Segmente sowie die Elektrode 10 des feststehenden Kontakts 4 und anschließend über die Elektrode 11 des bewegbaren Kontakts 5, die leitenden Segmente des bewegbaren Kontakts 5, das Kontaktstück 9 und die Stange 7 des bewegbaren Kontakts.
In der Trennstellung der Lichtbogenkontakte 4, 5 fließt der in die Stange 6 des feststehenden Lichtbogenkontakts 4 eintretende Strom vor der endgültigen Abschaltung über das Kontaktstück 8 des feststehenden Lichtbogenkontakts 4 in die leitenden Segmente. Bei der Ausgestaltung nach Fig. 2 und 3 fließt der Lichtbogenstrom "c" über eine, in der Zeichnung nach Fig. 3 gestrichelt dargestellte, schräg verlaufende Bahn vom Ringsegment 12 des feststehenden Kontakts 4 über die Elektroden 10 und 11 zum Ringsegment 13 des bewegbaren Kontakts 5. Die horizontale, d. h. parallel zu den Kontaktflächen 4a, 4a der Lichtbogenkontakte 4, 5 wirkende Komponente dieses Stroms erzeugt dabei ein örtliches Magnetfeld, das durch Bildung mehrerer kleiner Lichtbögen eine Diffusion des Lichtbogens erlaubt.
Sind gemäß Fig. 4 bis 7 zwei oder drei Segmente pro Kontaktstück vorhanden, ergeben sich mehrere, schräg zu den genannten Kontaktflächen verlaufende Lichtbogenströme, die ein axiales Magnetfeld erzeugen.
Es sei darauf hingewiesen, daß die Stange 6, 7, das Kontaktstück 8, 9 und die leitenden Segmente 12 bis 23 jedes Lichtbogenkontakts 4, 5 jeweils vorteilhaft als einstückige Anordnung ausgeführt sind und vorzugsweise aus Kupfer bestehen. Die Elektroden 10, 11 bestehen vorteilhaft aus einem Leiterwerkstoff auf Kupfer- und Chrombasis, während die nichtleitenden Segmente 25 bis 36 aus einem Isolierstoff oder einem Hochtemperaturwerkstoff bestehen.
Auf diese Weise konnte durch die Erfindung ein elektrischer Schalter, insbesondere ein Vakuumschalter mit Abschaltung durch ein axiales Magnetfeld geschaffen werden, der einen besonders einfachen Aufbau besitzt, da er keine Zusatzkomponenten zur Erzeugung eines axialen Magnetfelds benötigt und die Geometrie und damit der Aufbau der Lichtbogenkontakte besonders einfach sind.
Selbstverständlich ist die Erfindung nicht auf die beispielhaft beschriebenen und dargestellten Ausgestaltungen beschränkt. So kann beispielsweise erwogen werden, die leitenden Segmente nicht an den Kontaktstücken sondern an den Elektroden auszubilden. Desgleichen könnten besonders bei den Ausgestaltungen mit mindestens zwei leitenden Segmenten pro Kontaktstück die nichtleitenden Segmente weggelassen werden.

Claims

1. Elektrischer Schalter, der dazu dient, die Abschaltung in einem Stromkreis zu gewährleisten, und gattungsgemäß im wesentlichen eine längliche Vakuumschaltröhre umfaßt, welche Schaltröhre eine, durch zwei Böden verschlossene zylindrische Umhüllung aufweist und zwei Lichtbogenkontakte sowie Mittel zur Erzeugung eines axialen Magnetfelds in der Lichtbogenzone enthält, wobei einer der Lichtbogenkontakte als Festkontakt ausgeführt und mit einem der genannten Böden fest verbunden ist, während der andere als bewegbarer Kontakt ausgeführt und in der Schaltröhre zwischen einer Einschaltstellung und einer Trennstellung der Kontakte, in der ein Lichtbogenstrom zwischen den Kontakten erzeugt wird, axial verschiebbar gelagert ist, wobei jeder Lichtbogenkontakt (4, 5) eine leitende Stange (6, 7) umfaßt, deren eines Ende ein Kontaktstück (8, 9) trägt, auf dem eine Elektrode (10, 11) befestigt ist, das Kontaktstück (8, 9) und die genannte Elektrode (10, 11) über mindestens einen, mit dem Kontaktstück (8, 9) oder mit der Elektrode (10, 11) fest verbundenen, leitenden Abschnitt (12 bis 23) elektrisch miteinander verbunden sind und die Mittel zur Erzeugung des axialen Magnetfelds die genannten Abschnitte (12 bis 23) umfassen, welche so angeordnet sind, daß die leitenden Abschnitte (12, 14, 15, 18, 19, 20) des feststehenden Lichtbogenkontakts (4) den Abschnitten (13, 16, 17, 21, 22, 23) des bewegbaren Lichtbogenkontakts (5) nicht gegenüber liegen, dadurch gekennzeichnet, daß die Kontaktstücke (8, 9) scheibenförmig und die Elektroden (10, 11) ringförmig oder scheibenförmig ausgebildet sind.

2. Schalter nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die leitenden Abschnitte (12ä 23) als Ringsegmente ausgebildet sind, wobei die dem feststehenden Lichtbogenkontakt (4) zugeordneten Segmente (12, 14, 15, 18, 19, 20) um einen bestimmten Winkel versetzt zu den, dem beweglichen Lichtbogenkontakt (5) zugeordneten Segmenten (13, 16, 17, 21, 22, 23) angeordnet sind.

3. Schalter nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die genannten leitenden Abschnitte (12 bis 23) einstückig mit den Kontaktstücken (8, 9) ausgeführt und am Außenrand dieser Kontaktstücke ausgebildet sind.

4. Schalter nach Anspruch 2 oder 3, dadurch gekennzeichnet, daß an jedem Lichtbogenkontakt (4, 5) ein Ringsegment (12, 13) ausgebildet ist.

5. Schalter nach Anspruch 2 oder 3, dadurch gekennzeichnet, daß an jedem Lichtbogenkontakt (4, 5) zwei diametral einander gegenüberliegende Ringsegmente (14, 15, 16, 17) ausgebildet sind.

6. Schalter nach Anspruch 2 oder 3, dadurch gekennzeichnet, daß an jedem Lichtbogenkontakt (4, 5) drei in gleichem Abstand zueinander angeordnete Ringsegmente (18 bis 23) ausgebildet sind.

7. Schalter nach irgendeinem der Ansprüche 2 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß das Ende 8a, 9a jedes Kontaktstücks 8, 9 als Ring ausgebildet ist, welcher Ring (37) aus den genannten leitenden Ringsegmenten (12 bis 23) sowie aus nichtleitenden Ringsegmenten (25 bis 36) besteht.

8. Schalter nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß die genannten nichtleitenden Ringsegmente (25 bis 36) aus einem Isolierstoff oder einem Hochtemperaturwerkstoff bestehen.