EP0161349B2

EP0161349B2 - Vakuumschalter

Info

Publication number: EP0161349B2
Application number: EP84116492A
Authority: EP
Inventors: Hans-Rudolf Wüthrich
Original assignee: Alstom AG
Current assignee: General Electric Switzerland GmbH
Priority date: 1984-05-18
Filing date: 1984-12-29
Publication date: 1999-07-14
Anticipated expiration: 2004-12-29
Also published as: EP0161349B1; EP0161349A2; EP0161349A3; JPS60254528A; ATE38741T1; DE3475243D1; US4684771A

Description

Die Erfindung betrifft einen Vakuumschalter gemäss dem Oberbegriff des Patentanspruches 1.

Eines der Merkmale, das Vakuumschalter von Schaltern für vergleichbare Spannungen, jedoch anderer Bauart z.B. ölarmen Schaltern oder Druckgasschaltern, unterscheidet, ist der vergleichsweise geringe Schalthub, den das bewegliche Kontaktstück ausführt. Dies ermöglicht unter anderen Dingen eine sehr kompakte Bauweise. Die aus dem Vakuumgefäss herausgeführte und mit dem beweglichen Kontaktstück elektrisch verbundene Betätigungsstange ist jedoch (wie bei Schaltern anderer Bauweise) über einen Verbindungsleiter mit einem der ortsfesten Anschlüsse des Schalters zu verbinden.

Bei bekannten Vakuumschaltern der eingangs genannten Art (beispielsweise gemäss in CH-A 551 687 oder CH-A 585 959) besteht dieser Verbindungsleiter aus einer Kupferlitze oder flexiblen Strombändern, die in der Regel beiderends mit verlöteten Kabelschuhen versehen ist, die ihrerseits am Anschluss einerseits und an der Betätigungsstange andererseits mittels eines Gewindebolzens festgeklemmt sind. Dieser Verbindungsleiter bedarf zu seiner Herstellung und Montage einigen Aufwandes und ist - beim Führen hoher Ströme - den von diesen ausgehenden magnetischen Kräften ausgesetzt mit der Folge, dass sich die Lage und Form dieses Verbindungsleiters innerhalb des Schalters von Schalthub zu Schalthub verändern kann, weil die Kupferlitze sehr biegsam ist.

Andere Vakuumschalter haben für diesen Verbindungsleiter Bauweisen übernommen, die bei Schaltern mit erheblich grösseren Schalthüben üblich sind. So weisen beispielsweise die in der CH-A 558078 beschriebenen Vakuumschalter zwischen den in die Vakuumgefässe führenden Betätigungsstangen und den zugeordneten Anschlüssen erstere umschliessende Gleitkontakte auf. Bei solchen Gleitkontakten hat der vom Schalterantrieb zu überwindende Reibschluss sehr erheblich zu sein, um eine gute Kontaktgabe zu gewährleisten.

Um diesen Reibschluss zu vermindern, ist beim Vakuumschalter gemäss der US-A 3 997 747 die Betätigungsstange von einer unrunden (vorzugsweise gewellten) Hülse aus einem gut leitenden Material umgeben, deren Innenseite die Aussenseite der Betätigungsstange längs einer oder mehrerer ihrer Mantellinien berührt. Diese Hülse ist ihrerseits von einem koaxial zur Betätigungsstange angeordneten, ortsfesten Rohr umgeben, das fest mit dem einen Anschluss verbunden ist. Zwischen der Innenseite des Rohres und der Aussenseite der unrunden Hülse sind komprimierbare Stäbe, beispielsweise aus Gummi, eingesetzt, die bestrebt sind, die unrunde Hülse deformiert und damit im Kontakt sowohl mit dem Rohr als auch mit der Betätigungsstange zu halten. Diese Bauweise gewährleistet wohl eine gute Kontaktgabe zwischen Betätigungsstange und Schalteranschluss bei geringem Reibschluss, ist aber mit sehr grossem konstruktiven Aufwand verbunden und vermag keinen Nutzen aus den für Vakuumschalter charakteristischen kurzen Schalthüben zu ziehen.

Bezüglich konstruktiven Aufwandes und fehlender Berücksichtigung der charakteristisch kurzen Schalthübe lässt sich ähnliches vom Vakuumschalter gemäss der US-A 3 958 093 sagen, bei dem Rollenkontakte mit der Mantelfläche der Betätigungsstange im Eingriff stehen.

Ein Vakuumschalter, der die Merkmale im Oberbegriff des Patentanspruchs 1 aufweist, ist in DE-U1-78 35 159 offenbart. Der Anschluss weist eine fest angeordnete, rechtwinklig zur Kontakt-Betätigungsstange verlaufende, als Rundleiter ausgebildete Sammelschiene auf, auf der ein T-förmiges Kontaktverbindungsstück mit einem federnd eingebauten Lamellenkontakt drehbar sitzt. Am gegen die Betätigungsstange abstehenden Vorsprung des Kontaktverbindungsstücks sind zwei, ein Doppelmesser bildende Metallstreifen durch eine Schraub- oder Steckverbindung einerends befestigt. Andernends greifen die Metallstreifen an der Betätigungsstange an einander gegenüberliegenden Seiten unter Wirkung eines Federbügels an, der durch eine Radialbohrung der Betätigungsstange geführt ist und mit seinen Enden in Vertiefungen auf den Aussenseiten der Metallstreifen lagefixiert ist.

Die JP-A-50018 beschreibt eine Verbindungsanordnung mit Metallstreifen zwischen einem am bewegten Kontaktstück angeordneten Anschlussstück und einem festen äusseren Anschlussstück in Verbindung mit einem Vakuumschalter. Die Enden der Metallstreifen werden jeweils durch einen Bolzen an dem festen Anschlussstück bzw. an dem beweglichen Anschlussstück gehalten. Die Metallstreifen werden durch auf den Bolzen angeordnete Federn an die jeweiligen Anschlussstücke angedrückt.

Es ist daher ein Zweck der Erfindung, einen Vakuumschalter der eingangs genannten Art zu schaffen, bei dem der Verbindungsleiter bezüglich konstruktivem Aufwand besonders einfach ist und dennoch eine einwandfreie Kontaktgabe zwischen Betätigungsstange und Anschluss bei geringer Hemmung des Schalterantriebes gewährleistet.

Zu diesem Zweck weist der vorgeschlagene Vakuumschalter die im Kennzeichen des Patentanspruches 1 angegebenen Merkmale auf.

Bevorzugte Ausführungsformen des vorgeschlagenen Vakuumschalters sind in den abhängigen Ansprüchen definiert.

Die Erfindung ist nachstehend rein beispielsweise anhand der Zeichnung näher erläutert. Es zeigt:

Fig. 1 einen schematischen Längsschnitt durch die im vorliegenden Zusammenhang wesentlichen Bestandteile eines Vakuumschalters längs der Linie I-I der Fig. 2,

Fig.2 einen Schnitt längs der Linie II-II der Fig. 1,

Fig. 3 in ähnlicher Darstellungsweise wie Fig. 1 eine Ausführungsvariante im Schnitt längs der Linie III-III der Fig. 4,

Fig. 4 einen Schnitt längs der Linie IV-IV der Fig. 3,

Fig.5 einen Schnitt längs der Linie V-V der Fig. 3, und

Fig.6 einen um 90° gedreht dargestellten Schnitt längs der Linie VI-VI der Fig. 3.

In der Fig. 1 und 2 sind Teile eines Vakuumschalters 10 gezeigt. Dieser besitzt ein Vakuumgefäss 11, in dem sowohl ein festes als auch ein bewegliches Kontaktstück (beide nicht dargestellt) untergebracht sind. Das bewegliche Kontaktstück ist mit einer elektrisch leitenden Betätigungsstange 12 verbunden, die dichtend, jedoch verschiebbar aus dem Vakuumgefäss 11 herausgeführt ist. An ihrem vom Vakuumgefäss entfernten Ende ist die Betätigungsstange 12 mit einer Öse 13 versehen, an der ein nicht dargestellter Schalterantrieb angeschlossen ist, um die Betätigungsstange 12 (und damit das bewegliche Kontaktstück) von der in Fig. 1 ausgezogen dargestellten Einschalt- in die gestrichelt dargestellte Ausschaltstellung (und umgekehrt) um den Hub 14 zu bewegen.

Der der Betätigungsstange 12 zugeordnete, ortsfeste Anschluss 15 des Vakuumschalters 11 besitzt hier die Form eines massiven, im Querschnitt E-förmigen Profils. Ein die Betätigungsstange 12 umgebendes Gehäuse 16 ist über einen Isolator 17 mit dem nicht dargestellten Schalterantrieb verbunden. An den Anschluss 15 können Stromschienen, Kabelabgänge oder Trennkontakte (alle nicht dargestellt) angeschlossen sein.

Die elektrische Verbindung zwischen der Betätigungsstange 12 und dem Anschluss 15 wird von einer Wippe 18 wahrgenommen, deren Aufbau nachstehend beschrieben ist. Die Wippe 18 weist zwei langgestreckte, genau gleich profilierte, jedoch spiegelbildlich angeordnete Metallstreifen 19, 20, beispielsweise aus Kupfer oder aus einer Kupferlegierung, auf, die einen im wesentlichen rechteckigen Querschnitt aufweisen. Die einander gegenüberliegenden Endabschnitte 21, 23 und 22, 24 der Metallstreifen 19 bzw. 20 divergieren voneinander, so dass die Enden der Wippe 18 gegabelt erscheinen. Diese Endabschnitte sind so geformt, dass sie einen zylindrischen Abschnitt 25 der Betätigungsstange einerseits bzw. den mittleren Schenkel 26 des Anschlusses 15 je an einander gegenüberliegenden Stellen reibschlüssig und federnd in der Art einer Pinzette oder Zange berühren.

Zwischen den Endabschnitten 21, 22, bzw. 23, 24 verlaufen die Metallstreifen 19, 20 gerade und parallel zueinander, wobei jeweils die Längsseiten ihres rechteckigen Querschnittes einander zugekehrt sind.

Mittig sind die Metallstreifen 19, 20 von einer Hülse 27 durchsetzt, durch die ein Gewindebolzen 28 mit aufgeschraubter Mutter 29 führt. Zwischen einer am Kopf des Gewindebolzens 28 anliegenden Unterlagsscheibe 30 und dem Metallstreifen 18 ist eine Druckfeder 31 abgestützt, die die Metallstreifen 19, 20 aufeinander zu vorspannt, wobei aber zwischen diesen ein Abstandhalter 32 aus einem Isolierstoff vorhanden sein kann, der dafür sorgt, dass sich die beiden Metallstreifen 18, 19 in ihren mittleren Abschnitten nicht berühren können.

Die Druckfeder 31 sorgt dafür, dass die Endabschnitte 21, 23 bzw. 22, 24 der Metallstreifen 19, 20 mit einem ausreichenden Kontaktdruck den Abschnitt 25 bzw. den mittleren Schenkel 26 berühren. Dabei ist zusätzlich zu beachten, dass, wenn die beiden Metallstreifen 19, 20 einen hohen Strom führen, dieser Kontaktdruck noch eine Erhöhung erfährt, da die Metallstreifen 19, 20 wegen des infolge des Stromes entstehenden Magnetfeldes sich gegenseitig anziehen.

Der Fig. 1 ist zu entnehmen, dass an beiden Enden des zylindrischen Abschnittes 25 der Betätigungsstange 12 zwei axiale Anschläge 33, 34 vorhanden sind, zwischen die die Endabschnitte 21, 23 mit Spiel eingreifen. Ebenso sind am Schenkel 26 zwei axiale Anschläge 35, 36 vorhanden, zwischen die die Endabschnitte 22, 24 mit Spiel eingreifen. Damit ist die axiale Lage der Enden der Wippe 18 in bezug auf die Betätigungsstange 12 festgelegt und ebenso ist das in Fig. 1 und 2 links erscheinende Ende der Wippe 18 in seiner Lage in bezug auf den Schenkel 26 festgelegt.

Der Fig. 1 ist auch zu entnehmen, dass die Länge der Wippe 18 ein mehrfaches des Hubes 14 beträgt. Daraus ergibt sich, dass bei einem Schalthub die Berührungslinien zwischen den Endabschnitten 21, 23 und dem Abschnitt 25 sowie zwischen den Endabschnitten 22, 24 und dem Schenkel 26 sich nur ganz geringfügig verschieben, wobei nur geringe Reibungsverluste entstehen. Die Verschiebung reicht jedoch aus, um die Selbstreinigung der Kontaktlinien zu gewährleisten.

Die in den Fig. 3-6 dargestellte Ausführungsform unterscheidet sich von jener der Fig. 1 und 2 im wesentlichen dadurch, dass der zum Eingriff mit den Endabschnitten 22, 24 der Metallstreifen 19, 20 bestimmte Teil des Anschlusses 15 nicht die Form einer Rippe hat, sondern die Form eines zylindrischen Stummels, dessen Achse rechtwinklig zur Achse der Betätigungsstange 12 steht.

Dementsprechend sind die Endabschnitte 22, 24 an den einander zugekehrten Seiten konkav ausgebildet, so dass sie sich im wesentlichen dem Stummel 27 anschmiegen. Dadurch entfällt die Notwendigkeit von Anschlägen auf der Seite des Anschlusses 15.

Ausserdem sind gemäss Fig. 5 die mit dem Stummel 37 im Eingriff stehenden Innenseiten der Endabschnitte 22, 24 ebenso wie gemäss Fig. 6 die mit dem Abschnitt 25 im Eingriff stehenden Innenseiten der Endabschnitte 21, 23 mit durch Prägung entstandenen warzenförmigen Erhebungen 38 bzw. 39 versehen. Diese Erhebungen 38, 39 dienen dazu, genau definierte Kontaktpunkte zu schaffen und überdies sorgen sie dafür, dass unabhängig von Toleranzen und Dimensionsungenauigkeiten jeder Metallstreifen 19, 20 der Wippe 18 immer an jedem Ende zwei sichere Kontaktpunkte aufweist, was für die Nennstromführung von Bedeutung ist. Überdies wird gleichzeitig der flächenspezifische Kontaktdruck (ähnlich wie bei Rollenkontakten) erhöht, wobei gleichzeitig die Selbstreinigung der Kontaktflächen gewährleistet bleibt.

Wenn in den dargestellten, bevorzugten Ausführungsformen die Wippe als aus den beiden Metallstreifen 19, 20 bestehend beschrieben sind, so deshalb, weil sich die beiden Metallstreifen 19, 20 sehr einfach durch Stanzen, allenfalls mit gleichzeitiger Prägung, herstellen lassen und weil dadurch die Montage der Wippe 18 im Schalter 11 erleichtert wird.

Claims

Vakuumschalter mit einer dichtend aus einem Vakuumgefäss (11) herausgeführten, axial um einen Hub (14) hin und her verschiebbaren Kontakt-Betätigungsstange (12), die über wenigstens einen, als steife, quer von der Betätigungsstange (12) abstehende Wippe (18) aus einem elektrisch leitenden Material ausgebildeten Verbindungsleiter mit einem der Anschlüsse (15) des Schalters elektrisch verbunden ist, wobei die Wippe (18) zwei langgestreckte, getrennte Metallstreifen (19, 20) aufweist, die mit ihren Enden einerseits an der Betätigungsstange (12) reibschlüssig an einander gegenüberliegenden Stellen und andererseits an einem mit dem Anschluss (15) verbundenen, in Richtung der Betätigungsstange (12) abstehenden Vorsprung (26; 37) unter Federwirkung angreifen, dadurch gekennzeichnet, dass der Vorsprung (26; 37) am Anschluss (15) fest angeordnet ist, die Metallstreifen (19, 20) mittig unter der Wirkung einer Feder (31) stehen, die die Metallstreifen (19, 20) gegeneinander vorspannt, und die Metallstreifen (19, 20) am Vorsprung (26; 37) an einander gegenüberliegenden Stellen und an der Betätigungsstange (12) unter Wirkung dieser Feder (31) mit ausreichendem Kontaktdruck reibschlüssig angreifen.
Vakuumschalter nach Patentanspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass zumindest die Betätigungsstange (12) mit Anschlägen (33, 34) versehen ist, die die axiale Relativlage des mit dieser zusammenwirkenden Endes (21, 23) der Wippe (18) in bezug auf die 3etätigungsstange (12) festlegen.
Vakuumschalter nach Patentanspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Metallstreifen (19, 20) im Abstand voneinander gehalten sind und deren Endabschnitte (21, 22; 23, 24) voneinander divergieren.
Vakuumschalter nach einem der Patentansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass die Metallstreifen (19, 20) einen im wesentlichen rechteckigen Querschnitt aufweisen und mit einander zugekehrten Längsseiten des Querschnittes im Abstand voneinander gehaltert sind.
Vakuumschalter nach einem der Patentansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass die mittleren Abschnitte der Metallstreifen (19, 20) parallel zueinander sind.
Vakuumschalter nach einem der Patentansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass die mit der Betätigungsstange (12) und mit dem Vorsprung (26; 37) im Eingriff stehenden Flächen der Enden (21, 23; 22, 24) der Wippe (18) mit warzenförmigen Erhebungen (38, 39) versehen sind.
Vakuumschalter nach einem der Patentansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass die Länge der Wippe (18) ein mehrfaches des Hubes (14) der Betätigungsstange (12) beträgt.
Vakkumschalter nach einem der Patentansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, dass der am Anschluss (15) vorhandene Vorsprung die Form eines zylindrischen Stummels (37) aufweist, dessen Achse rechtwinklig zur Betätigungsstange (12) ist, wobei die mit diesem Vorsprung zusammenwirkenden Enden (22, 24) der beiden Metallstreifen (19, 20) eine den Stummel (37) teilweise umgreifende Form aufweisen.
Vakuumschalter nach einem der Patentansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, dass der am Anschluss (15) vorhandene Vorsprung eine an diesem angeformte, zur Betätigungsstange (12) parallele Rippe (26) ist, die mit zwei, die entsprechenden Enden (22, 24) der Metallstreifen (19, 20) mit Spiel zwischen sich aufnehmenden Anschlägen (35, 36) versehen ist.