EP0203367B1 - Contact arrangement for a vacuum system - Google Patents
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- EP0203367B1 EP0203367B1 EP86105595A EP86105595A EP0203367B1 EP 0203367 B1 EP0203367 B1 EP 0203367B1 EP 86105595 A EP86105595 A EP 86105595A EP 86105595 A EP86105595 A EP 86105595A EP 0203367 B1 EP0203367 B1 EP 0203367B1
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- H01H33/6644—Contacts; Arc-extinguishing means, e.g. arcing rings having coil-like electrical connections between contact rod and the proper contact
Definitions
- the invention relates to a contact arrangement for vacuum switches, with two contacts arranged coaxially opposite one another and displaceable in their axial direction relative to one another, each consisting of a disk-shaped contact piece with a contact surface and a disk located therebetween, made of electrically highly conductive material, which disks each are directly connected to a central power supply bolt and, due to their shape with circular recesses and slots, implement radial and azimuthal current conductors and thereby means for generating axial magnetic fields, the current from the power supply bolt via the current conductors of the disk and from there via the slots limited laterally Webs is led to the contact piece.
- Vacuum switches are becoming increasingly important for high breaking currents.
- the following problem arises:
- high forces occur against the arc plasma, which push the plasma out of the contact gap to the switching chamber wall and shift the arc attachment points to the outer switching contact circumference, where they can burn there.
- This fact has the consequence that after-heating or thermal emission as well as thermal emission can cause the arc to re-ignite after the zero crossing of the sinusoidal alternating current due to thermal overloading of the contact surfaces concerned, as a result of which the current can no longer be safely extinguished or switched off .
- a strong local melting of the contact piece is associated with high burn-up losses.
- the parameters of the axial magnetic field are essentially dependent on the design of the associated coil former.
- Known forms of contact for self-generating axial magnetic fields are usually composed of arc-shaped or hook-shaped coil elements.
- each contact consists of a contact piece and a coil located behind it, the latter being formed with approximately spoke-shaped arms as first conductor sections and annular regions attached thereto as second conductor sections.
- the second conductor sections adjoin each other in the area of the greatest distance of the first conductor section from the central axis and run in the same direction on a circular arc that extends approximately parallel to the outer circumference of the one contact piece up to a gap-shaped distance to the respectively adjacent first line section and there in passes over a third conductor section.
- the bobbins with the conductor sections are aligned with one another in both contacts.
- the production of the contacts with the associated coil elements is comparatively complex, such an arrangement being mechanically not very stable.
- a contact arrangement in which behind the actual contact piece there are conductor sections in which partial currents are guided in the radial and circumferential directions to generate an axial magnetic field in the contact arrangement, the contacts being lined up in the circumferential direction contain cross-section-reducing recesses and the webs remaining between the recesses form radially extending conductor sections.
- the contacts of the same design are installed in a contact arrangement rotated about the longitudinal axis in such a way that in each case a recess in one contact faces a web of the other contact and covers it.
- This is intended to form contact areas between the cutouts and the periphery of the contacts, a gap leading to the contact edge of each cutout in order to delimit a conductor section in the circumferential direction.
- the overlapping gaps of the contacts are placed where the cutouts intersect in order to achieve a contact opening in the radial direction.
- Circular perforations for example, can be provided as cutouts in this contact arrangement.
- the mutually facing contact surfaces of the two contacts must be provided with a contact material suitable for vacuum switches, for which purpose a thin disk or a layer of this material is to be applied to the arrangement described.
- a contact arrangement for vacuum switches with an axial magnetic field of the type mentioned is also known, in which there are recesses, which can be circular, for example, and slots which each have the recesses from one side to the circumference of the disk continue.
- the approximately radial slots are sawn from the outside in so that they meet the recesses which were previously drilled as holes.
- the two contact pieces with the axial magnetic field generating conductors to be completely identical.
- the object of the invention is to improve the contact arrangement of the type mentioned in the introduction in such a way that it is even more effective than the previously known arrangements with regard to the generation of an axial magnetic field.
- the object is achieved according to the invention in a contact arrangement of the type mentioned at the outset in that the slots run at an acute angle with the circumferential tangent from the outside diameter of the disk, tangentially to the circular recesses with the outside edge, and in that the contacts arranged opposite one another are oriented azimuthally in such a way that that the circular recesses of the two opposite disks are congruent in the axial direction, two adjacent tangential slots, however, only face each other on the outer diameter of the disks.
- This contact arrangement is intended to achieve a radial magnetic field and thus tangential circulation of the arc.
- the radial and azimuthal conductor elements in the disks change their surface continuously and that there is an optimal cross-sectional change for the coil arms thus formed, which supports the course of the magnetic field in the desired manner.
- the fact that the adjacent slots face each other on the outer diameter of the disk minimizes the current path. This remains even when the contacts open and the axial magnetic field effective on the outer switching contact circumference is stable.
- the disc acting as a coil can be produced in a simple manner, for example as a cast part, stamped part or also as a stamped and stamped part.
- the radial and azimuthal current conductors of the disk forming the coil can consist of a different number of conductor elements. For example, for shutdown currents up to approx. 40 kA, at least three, preferably four, elements will be necessary. For switch-off currents above approx. 40 kA, gene preferably needs six or more elements. In the event that, for example, two circular cutouts are lined up directly in the disk, the individual radial and azimuthal current conductors can also consist of at least three, preferably four, elements for switch-off currents above approximately 40 kA.
- the webs at the ends of the current conductors can have triangular or square bases.
- Such webs can be separate, non-cutting sheets made of electrically good conductive material; but they can also be directly molded from the disc.
- a spacer made of poorly electrically conductive material can be arranged on the disc opposite the web in order to improve the mechanical stability.
- a contact piece pad made of electrically highly conductive material can additionally be present between the disk and the actual contact piece. It is advantageous if the contact pieces and the optionally available contact piece supports have at least the same number of radial slots corresponding to the number of circular recesses in the disk, which serve to suppress eddy currents. However, these slots do not coincide with the slots in the coil former, but rather run over the edges of the webs facing away from the slots.
- the actual contact piece is made in a known manner from a material based on copper and chrome: the contact piece is preferably rounded at the edges towards the button.
- FIGS. 5 to 8 representations corresponding to FIGS. 1 to 4 of a second exemplary embodiment
- FIG 9 shows the top view of the coil former of a third exemplary embodiment.
- the first exemplary embodiment has a division into four and is designed for currents up to approximately 40 kA, with no contact piece support being present here.
- the second exemplary embodiment has a six division and is designed for currents above approximately 40 kA, a contact piece support being provided as an example in this embodiment.
- the third embodiment is also provided for cutoff currents above 40 kA.
- 10 denotes a contact pin which carries two disks 20 and 40 lying one above the other.
- the upper disk 40 realizes the contact piece, which consists of a material based on copper and chromium (CuCr) and has strongly rounded edges 42 on the outer diameter.
- the contact piece 40 can be soldered to a copper base, which will be discussed later.
- the CuCr disk 40 is soldered and electrically connected to the disk 20 underneath, which is designed as a coil for generating an axial magnetic field, via copper webs 50. Spacers 60 are present opposite the web 50.
- a metallic support body 70 made of electrically poorly conductive material is arranged between the contact pin 10, the coil disk 20 and the contact piece 40. This ensures that the current flow during the switch-off process predominantly flows over the radial and azimuthal current conductors provided for generating the magnetic field as coil arms.
- the geometric design of the coil disk 20 is shown in detail in FIG 2.
- the circular disc 20 has a diameter of approximately 75 mm.
- Tangential slots 22 run from the periphery of the disk 20 to the recesses 21, an angle of less than 90 ° (acute angle) being formed in each case by the slot 22 and the tangent to the periphery of the disk 20.
- a further recess 23 is made centrally in the disk 20, the diameter of which is adapted to the support body.
- the disk 20 By shaping the disk 20 in this way, four identical current conductors 24 are formed, each extending initially radially and then azimuthally starting from the circumference of the recess 23.
- the special arrangement of the cutouts 21 and the webs 22 means that the current conductors 24 have a continuously changing cross section over the entire area.
- the section end of the current conductors 24 delimited by the slots 22 is designated by 25.
- the webs 50 according to FIG. 1 are applied, for example soldered, to these approximately triangular regions 25.
- Spacers 60 according to FIG. 1 are introduced into corresponding recesses 26 on the other side of the slots, thereby ensuring adequate mechanical stability. By choosing the material of the spacers 60, poor electrical conductivity is taken care of.
- FIG. 3 there are also slots 41 in the contact disk 40 lying above the coil disk 20.
- the number of slots 41 corresponds to the number of circular recesses 21 with tangential slots 22, the slots 41 of the contact disk 40 running through corresponding azimuthal orientation of the disks 20 and 40 relative to one another in such a way that they cover the web areas 25 on the slots 22 of the coil disk Limit 20 opposite side.
- the described design of the coil disk 20 ensures that the current flows in each case with radial and azimuthal components from the contact pin 10 via the disk 20 and the webs 50 into the actual contact piece 40, so that an axial magnetic field component is generated. It has been shown that a high continuous current carrying capacity of the contact arrangement is ensured in the construction of the contacts shown. The formation of eddy currents in the contact pieces 40 is effectively prevented by the slots 41 located therein.
- a and B mean two contacts of identical construction according to FIGS. 1 to 3 described above, which are displaceable in the axial direction and can therefore establish or interrupt an electrical contact.
- the contacts are in turn made up of bolts 10a and b, the coil disk 20a and b, and the contact disk 40a and b, respectively.
- the contact pin 10a or b tapers here with its portion 11a or b to the disk 20a or b.
- the two contacts A and B are oriented azimuthally in FIG. 4 in such a way that the respective circular recesses 21 in the disks 20a and b are congruent with one another in the axial direction, while the associated tangential slots 22 are only opposite one another on the outer diameter of the disks 20a and b.
- FIGS. 5 to 8 the same reference numerals are used in principle as in FIGS. 1 to 4. 5 shows that here, in addition, a contact piece pad 30 is arranged between the coil disk 20 and the contact disk 40, which serves for heat dissipation. The disks 30 and 40 are soldered together.
- a larger disk with six sections is selected for higher currents.
- six circular recesses 21 of approximately 20 mm in diameter are made on a disc 20 of approximately 100 mm in diameter on a circle which is concentric with the circumference and has half the disc diameter, and tangential slots 22 approach from the diameter of the circle.
- the slots 22 in turn form an acute angle with an amount of less than 90 ° with the tangent to the circumference of the disk 20.
- Such a configuration forms six current conductors 24, each with a radial and an azimuthal region, the surface of the current conductor again continuously changing over the entire region.
- an angular surface 25 is formed, on which the web 50 according to FIG. 5 is located.
- the spacers 60 made of poorly conductive material are in turn present in order to ensure mechanical stability in recesses 26.
- slots 41 and 31 in the CrCu contact disk 40 and additionally in the contact piece support 30 present here the disks 30 and 40 being oriented on the coil disk 20 in such a way that the slots 31 and 41 are each the one Limit slots 22 on the opposite side of the web area 25.
- the contact arrangement according to FIGS. 1 to 4 is suitable for currents up to approx. 40 kA and the contact arrangement according to FIGS. 5 to 8 is suitable for currents above approx. 40 kA.
- 9 shows that two circular cutouts 21 can also be arranged in groups in a coil disk 20. In total, only four total recesses are necessary with a high current carrying capacity. From one side of the cutouts, slots 22 are again brought into the cutouts 21 at an acute angle with the tangent to the circumference of the circle.
- the end region of the current conductors 24 for the webs 50 results here in an approximately trapezoidal shape with 25.
- Corresponding support bodies made of electrically poorly conductive material are provided in depressions 26.
- the overlying contact disk 40 or contact piece support 30 in turn has corresponding slots 31 and 41, which each delimit the other web side.
- the dimensions of the contacts with the contact piece 40 and the coil disk 20 behind it can be varied.
- the ratio of the overall diameter to the diameter of the circular recesses 21 is advantageously between 3: 1 and 6: 1. Tests have shown that with such a dimensioning an optimized axial magnetic field is achieved.
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Description
Die Erfindung bezieht sich auf eine Kontaktanordnung für Vakuumschalter, mit zwei koaxial einander gegenüber angeordneten und in ihrer Achsrichtung relativ zueinander verschiebbaren Kontakten, die je aus einem scheibenförmigen Kontaktstück mit Kontaktfläche und einer dahinter im Abstand liegenden Scheibe aus elektrisch gut leitendem Material bestehen, welche Scheiben jeweils direkt mit einem zentralen Stromzuführungsbolzen verbunden sind und durch ihre Formgebung mit kreisförmigen Aussparungen und Schlitzen radial und azimutal verlaufende Stromleiter und dadurch Mittel zur Erzeugung von axialen Magnetfeldern realisieren, wobei der Strom vom Stromzuführungsbolzen über die Stromleiter der Scheibe und von dort über von den Schlitzen seitlich begrenzte Stege zum Kontaktstück geführt wird.The invention relates to a contact arrangement for vacuum switches, with two contacts arranged coaxially opposite one another and displaceable in their axial direction relative to one another, each consisting of a disk-shaped contact piece with a contact surface and a disk located therebetween, made of electrically highly conductive material, which disks each are directly connected to a central power supply bolt and, due to their shape with circular recesses and slots, implement radial and azimuthal current conductors and thereby means for generating axial magnetic fields, the current from the power supply bolt via the current conductors of the disk and from there via the slots limited laterally Webs is led to the contact piece.
Vakuumschalter erlangen zunehmend Bedeutung für hohe Ausschaltströme. Bei hohen Schaltströmen tritt aber folgendes Problem auf: Infolge des Eigenmagnetfeldes der Stromschienenanschlüsse und der Kontaktform treten hohe Kräfte gegen das Lichtbogenplasma auf, die das Plasma aus dem Kontaktspalt zur Schaltkammerwand herausdrücken und die Lichtbogenansatzpunkte an den äußeren Schaltkontaktumfang verlagern, wobei sie dort festbrennen können. Diese Tatsache hat zur Folge, daß durch thermische Überbelastung der betreffenden Kontaktflächen ein Nachglühen bzw. eine thermische Emission sowie durch thermische Emission ein Wiederzünden des Lichtbogens nach dem Nulldurchgang des sinusförmigen Wechselstromes erfolgen kann, wodurch ein sicheres Löschen bzw. Abschalten des Stromes nicht mehr gegeben ist. Gleichermaßen ist damit eine starke örtliche Aufschmelzung des Kontaktstückes mit hohen Abbrandverlusten verbunden.Vacuum switches are becoming increasingly important for high breaking currents. At high switching currents, however, the following problem arises: As a result of the intrinsic magnetic field of the busbar connections and the contact shape, high forces occur against the arc plasma, which push the plasma out of the contact gap to the switching chamber wall and shift the arc attachment points to the outer switching contact circumference, where they can burn there. This fact has the consequence that after-heating or thermal emission as well as thermal emission can cause the arc to re-ignite after the zero crossing of the sinusoidal alternating current due to thermal overloading of the contact surfaces concerned, as a result of which the current can no longer be safely extinguished or switched off . Likewise, a strong local melting of the contact piece is associated with high burn-up losses.
Es sind bereits Kontaktformen vorgeschlagen worden, die durch besondere Formgebung oder Stromführung in der Nähe der Schaltkontaktfläche Magnetfelder erzeugen. Beispielsweise können radiale Magnetfelder auf den Lichtbogen eine Kraftwirkung ausüben und diesen zu einer schnellen azimutalen Umlaufbewegung auf der Kontaktoberfläche veranlassen. Gleichzeitig kann bei Strömen oberhalb von etwa 20 kA das Lichtbogenplasma aus dem Kontaktspalt herausgedrückt werden, weswegen bei diesen hohen Strömen axiale Magnetfelder vorteilhaft sind.Contact forms have been proposed which generate magnetic fields in the vicinity of the switch contact surface by means of special shaping or current conduction. For example, radial magnetic fields can exert a force on the arc and cause the arc to move rapidly on the contact surface. At the same time, at currents above approximately 20 kA, the arc plasma can be pressed out of the contact gap, which is why axial magnetic fields are advantageous at these high currents.
Die Parameter des axialen Magnetfeldes sind im wesentlichen von der konstruktiven Ausbildung des zugehörigen Spulenkörpers abhängig. Bekannte Kontaktformen für selbsterzeugende Axialmagnetfelder sind meist aus bogen- oder hakenförmig ausgebildeten Spulenelementen zusammengesetzt.The parameters of the axial magnetic field are essentially dependent on the design of the associated coil former. Known forms of contact for self-generating axial magnetic fields are usually composed of arc-shaped or hook-shaped coil elements.
Beispielsweise ist aus der DE-C 2 443 141 eine Kontaktanordnung bekannt, bei der jeder Kontakt aus einem Kontaktstück und einer dahinterliegenden Spule besteht, welche letztere mit etwa speichenförmigen Armen als erste Leiterabschnitte und daran angesetzten ringförmigen Bereichen als zweite Leiterabschnitte ausgebildet sind. Die zweiten Leiterabschnitte schließen sich jeweils im Bereich des größten Abstandes des ersten Leiterabschnittes von der Mittelachse an und verlaufen im gleichen Richtungssinn auf einem Kreisbogen, der sich annähernd parallel zum Außenumfang des einen Kontaktstückes bis zu einem spaltförmigen Abstand zum jeweils benachbarten ersten Leitungsabschnitt erstreckt und dort in einen dritten Leiterabschnitt übergeht.For example, a contact arrangement is known from DE-C 2 443 141, in which each contact consists of a contact piece and a coil located behind it, the latter being formed with approximately spoke-shaped arms as first conductor sections and annular regions attached thereto as second conductor sections. The second conductor sections adjoin each other in the area of the greatest distance of the first conductor section from the central axis and run in the same direction on a circular arc that extends approximately parallel to the outer circumference of the one contact piece up to a gap-shaped distance to the respectively adjacent first line section and there in passes over a third conductor section.
Bei dieser bekannten Anordnung stehen in beiden Kontakten die Spulenkörper mit den Leiterabschnitten einander fluchtend gegenüber. Die Herstellung der Kontakte mit den zugehörigen Spulenelementen ist vergleichsweise aufwendig, wobei eine derartige Anordnung mechanisch nicht sehr stabil ist.In this known arrangement, the bobbins with the conductor sections are aligned with one another in both contacts. The production of the contacts with the associated coil elements is comparatively complex, such an arrangement being mechanically not very stable.
Aus der DE-A 3 215 020 ist daneben eine Kontaktanordnung bekannt, bei welcher hinter dem eigentlichen Kontaktstück Leiterabschnitte enthalten sind, in denen zur Erzeugung eines axialen Magnetfeldes in der Kontaktanordnung Teilströme in radialer Richtung sowie in Umfangsrichtung geführt sind, wobei die Kontakte in Umfangsrichtung aneinandergereihte querschnittsvermindernde Aussparungen enthalten und wobei die zwischen den Aussparungen verbleibenden Stege radial verlaufende Leiterabschnitte bilden. Dabei sind die gleich ausgebildeten Kontakte zu einer Kontaktanordnung derart um die Längsachse verdreht eingebaut, daß jeweils eine Aussparung des einen Kontaktes einem Steg des anderen Kontaktes gegenübersteht und diesen überdeckt. Dadurch sollen Kontaktflächen zwischen den Aussparungen sowie der Peripherie der Kontakte gebildet werden, wobei zur Begrenzung eines Leiterabschnittes in Umfangsrichtung von jeder Aussparung ein Spalt zum Kontaktrand hinführt. Angesetzt sind die sich deckenden Spalte der Kontakte dort, wo die Aussparungen sich überschneiden, um eine Kontaktöffnung in radialer Richtung zu erreichen. Als Aussparungen können bei dieser Kontaktanordnung beispielsweise kreisförmige Durchhohrungen vorgesehen sein. Die zueinander gerichteten Kontaktflächen der beiden Kontakte müssen mit einem für Vakuumschalter geeigneten Kontaktmaterial versehen sein, wozu eine dünne Scheibe bzw. eine Schicht dieses Materials auf die beschriebene Anordnung aufgebracht werden soll.From DE-A 3 215 020 a contact arrangement is also known, in which behind the actual contact piece there are conductor sections in which partial currents are guided in the radial and circumferential directions to generate an axial magnetic field in the contact arrangement, the contacts being lined up in the circumferential direction contain cross-section-reducing recesses and the webs remaining between the recesses form radially extending conductor sections. In this case, the contacts of the same design are installed in a contact arrangement rotated about the longitudinal axis in such a way that in each case a recess in one contact faces a web of the other contact and covers it. This is intended to form contact areas between the cutouts and the periphery of the contacts, a gap leading to the contact edge of each cutout in order to delimit a conductor section in the circumferential direction. The overlapping gaps of the contacts are placed where the cutouts intersect in order to achieve a contact opening in the radial direction. Circular perforations, for example, can be provided as cutouts in this contact arrangement. The mutually facing contact surfaces of the two contacts must be provided with a contact material suitable for vacuum switches, for which purpose a thin disk or a layer of this material is to be applied to the arrangement described.
Aus der konstruktiven Gestaltung der Kontaktanordnung nach der DE-A 3 215 020 ist entnehmbar, daß während eines Schaltvorganges das axiale Magnetfeld an Wirksamkeit verliert, da das im Kontaktspalt entstehende Plasma zum Kurzschluß zwischen den zentralen hochleitfähigen Stromzuführungsbolzen führen kann.From the structural design of the contact arrangement according to DE-A 3 215 020 it can be seen that the axial magnetic field loses effectiveness during a switching operation, since the plasma formed in the contact gap can lead to a short circuit between the central, highly conductive current supply bolts.
Aus der DE-A 3 338 254 ist weiterhin eine Kontaktanordnung für Vakuumschalter mit axialem Magnetfeld der eingangs genannten Art bekannt, bei der Aussparungen vorhanden sind, die beispielsweise kreisförmig sein können, und Schlitze, die die Aussparungen jeweils von einer Seite zum Umfang der Scheibe hin fortsetzen. Dazu werden die ungefähr radial verlaufenden Schlitze von außen nach innen gesägt, so daß sie auf die Aussparungen treffen, die vorher als Löcher gebohrt wurden. Bei einem so aufgebauten Vakuumschalter sollen die beiden Kontaktstücke mit den das axiale Magnetfeld erzeugenden Stromleitern völlig identisch sein.From DE-A 3 338 254 a contact arrangement for vacuum switches with an axial magnetic field of the type mentioned is also known, in which there are recesses, which can be circular, for example, and slots which each have the recesses from one side to the circumference of the disk continue. For this purpose, the approximately radial slots are sawn from the outside in so that they meet the recesses which were previously drilled as holes. In a vacuum switch constructed in this way, the two contact pieces with the axial magnetic field generating conductors to be completely identical.
Aufgabe der Erfindung ist es demgegenüber, die Kontaktanordnung der eingangs genannten Art derart zu verbessern, daß sie hinsichtlich der Erzeugung eines axialen Magnetfeldes noch wirkungsvoller als die vorbekannten Anordnungen ist.In contrast, the object of the invention is to improve the contact arrangement of the type mentioned in the introduction in such a way that it is even more effective than the previously known arrangements with regard to the generation of an axial magnetic field.
Die Aufgabe ist bei einer Kontaktanordnung der eingangs genannten Art erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß die Schlitze unter einem spitzen Winkel mit der Umfangstangente vom Außendurchmesser der Scheibe ausgehend mit der Außenkante tangential an die kreisförmigen Aussparungen laufen und daß die einander gegenüber angeordneten Kontakte azimutal derart orientiert sind, daß die kreisförmigen Aussparungen der beiden gegenüberliegenden Scheiben in Achsrichtung deckungsgleich sind, zwei benachbarte tangentiale Schlitze dagegen nur am Außendurchmesser der Scheiben einander gegenüberstehen.The object is achieved according to the invention in a contact arrangement of the type mentioned at the outset in that the slots run at an acute angle with the circumferential tangent from the outside diameter of the disk, tangentially to the circular recesses with the outside edge, and in that the contacts arranged opposite one another are oriented azimuthally in such a way that that the circular recesses of the two opposite disks are congruent in the axial direction, two adjacent tangential slots, however, only face each other on the outer diameter of the disks.
Aus der DE-C 2 363 044 ist zwar ein Zweibereichskontakt bekannt, mit einem äußeren Hochstrombereich und einem inneren, herausragenden Bereich zur Führung des Nennstroms oder zum Abschalten kleiner Schaltströme, bei dem im Kontaktstück Schlitze vom äußeren Umfang tangential an den inneren Kontaktbereich hinlaufen, die sich an ihren Enden kreisförmig erweitern.From DE-C 2 363 044 a two-area contact is known, with an outer high current area and an inner, outstanding area for guiding the nominal current or for switching off small switching currents, in which slots in the contact piece run tangentially from the outer circumference to the inner contact area expand circularly at their ends.
Mit dieser Kontaktanordnung soll ein radiales Magnetfeld und damit ein tangentiales Umlaufen des Lichtbogens erreicht werden.This contact arrangement is intended to achieve a radial magnetic field and thus tangential circulation of the arc.
Bei der Erfindunq ist vorteilhaft, daß bei den Scheiben die radialen und azimutalen Leiterelemente ihre Fläche stetig ändern und sich für die so gebildeten Spulenarme eine optimale Querschnittsänderung ergibt, womit der Verlauf des Magnetfeldes in gewünschter Weise unterstützt wird. Damit wird die gesamte zur Verfügung stehende Fläche für die Stromleitung optimal ausgenutzt. Dadurch, daß sich die benachbarten Schlitze jeweils am Außendurchmesser der Scheibe einander gegenüberstehen, ist eine Minimierung des Stromweges erreicht. Auch bei sich öffnenden Kontakten bleibt dies erhalten und damit das am äußeren Schaltkontaktumfang wirksame axiale Magnetfeld stabil. Die als Spule wirkende Scheibe kann in einfacher Weise hergestellt werden, beispielsweise als Gußteil, Stanzteil oder auch als Stanzprägeteil.In the invention it is advantageous that the radial and azimuthal conductor elements in the disks change their surface continuously and that there is an optimal cross-sectional change for the coil arms thus formed, which supports the course of the magnetic field in the desired manner. This means that the entire available area for the power line is optimally used. The fact that the adjacent slots face each other on the outer diameter of the disk minimizes the current path. This remains even when the contacts open and the axial magnetic field effective on the outer switching contact circumference is stable. The disc acting as a coil can be produced in a simple manner, for example as a cast part, stamped part or also as a stamped and stamped part.
Je nach Anwendungszweck können die radial und azimutal verlaufenden Stromleiter der die Spule bildenden Scheibe aus einer unterschiedlichen Anzahl von Leiterelementen bestehen. Beispielsweise für Abschaltströme bis ca. 40 kA werden wenigstens drei, vorzugsweise vier, Elemente notwendig sein. Für Abschaltströme über ca. 40 kA werden dage- . gen vorzugsweise sechs oder mehr Elemente benötigt. Für den Fall, daß in der Scheibe beispielsweise zwei kreisförmige Aussparungen unmittelbar aneinandergereiht sind, können aber auch für Abschaltströme über ca. 40 kA die einzelnen radial und azimutal verlaufenden Stromleiter aus wenigstens drei, vorzugsweise vier, Elementen bestehen.Depending on the application, the radial and azimuthal current conductors of the disk forming the coil can consist of a different number of conductor elements. For example, for shutdown currents up to approx. 40 kA, at least three, preferably four, elements will be necessary. For switch-off currents above approx. 40 kA, gene preferably needs six or more elements. In the event that, for example, two circular cutouts are lined up directly in the disk, the individual radial and azimuthal current conductors can also consist of at least three, preferably four, elements for switch-off currents above approximately 40 kA.
Die Stege an den Enden der Stromleiter können dreieckige oder viereckige Grundflächen haben. Solche Stege können separate, spanlos geformte Bleche aus elektrisch gut leitendem Material sein; sie können aber auch aus der Scheibe unmittelbar formgepreßt werden. Auf der anderen Seite des Schlitzes kann dem Steg gegenüberliegend auf der Scheibe ein Abstandsstück aus elektrisch schlecht leitendem Material zur Verbesserung der mechanischen Stabilität angeordnet sein.The webs at the ends of the current conductors can have triangular or square bases. Such webs can be separate, non-cutting sheets made of electrically good conductive material; but they can also be directly molded from the disc. On the other side of the slot, a spacer made of poorly electrically conductive material can be arranged on the disc opposite the web in order to improve the mechanical stability.
Zwischen Scheibe und dem eigentlichen Kontaktstück kann zusätzlich eine Kontaktstückunterlage aus elektrisch gut leitfähigem Material vorhanden sein. Dabei ist es vorteilhaft, wenn die Kontaktstücke und die fakultativ vorhandenen Kontaktstückunterlagen eine entsprechend der Zahl der kreisförmigen Aussparungen in der Scheibe wenigstens gleiche Anzahl an radialen Schlitzen aufweisen, die zur Unterdrückung von Wirbelströmen dienen. Diese Schlitze decken sich aber nicht mit den Schlitzen in dem Spulenkörper, sondern verlaufen jeweils über den den Schlitzen abgewandten Kanten der Stege.A contact piece pad made of electrically highly conductive material can additionally be present between the disk and the actual contact piece. It is advantageous if the contact pieces and the optionally available contact piece supports have at least the same number of radial slots corresponding to the number of circular recesses in the disk, which serve to suppress eddy currents. However, these slots do not coincide with the slots in the coil former, but rather run over the edges of the webs facing away from the slots.
Das eigentliche Kontaktstück besteht in bekannter Weise aus einem Werkstoff auf der Basis von Kupfer und Chrom: Vorzugsweise ist das Kontaktstück an seinen Kanten zur Schaltfläche hin abgerundet.The actual contact piece is made in a known manner from a material based on copper and chrome: the contact piece is preferably rounded at the edges towards the button.
Weitere Einzelheiten und Vorteile der Erfindung ergeben sich aus der nachfolgenden Figurenbeschreibung von Ausführungsbeispielen anhand der Zeichnung.Further details and advantages of the invention result from the following description of figures of exemplary embodiments with reference to the drawing.
Es zeigen jeweils in schematischer Darstellung
- FIG 1 einen Längsschnitt durch einen einzelnen Kontakt der Kontaktanordnung.
- FIG 2 eine Draufsicht auf den Spulenkörper der FIG 1 längs der Linie 11-11 in FIG 1.
- FIG 3 eine Draufsicht auf das Kontaktstück der FIG 1.
- FIG 4 eine perspektivische Darstellung einer Gesamtkontaktanordnung zur Erläuterung der erfindungsgemäßen azimutalen Orientierung beider Kontakte.
- 1 shows a longitudinal section through a single contact of the contact arrangement.
- 2 shows a plan view of the coil former of FIG. 1 along the line 11-11 in FIG. 1.
- 3 shows a plan view of the contact piece of FIG.
- 4 shows a perspective view of an overall contact arrangement to explain the azimuthal orientation of both contacts according to the invention.
Die Figuren 5 bis 8 den Figuren 1 bis 4 entsprechende Darstellungen eines zweiten Ausführungsbeispiels undFIGS. 5 to 8 representations corresponding to FIGS. 1 to 4 of a second exemplary embodiment and
FIG 9 die Draufsicht auf den Spulenkörper eines dritten Ausführungsbeispiels.9 shows the top view of the coil former of a third exemplary embodiment.
Das erste Ausführungsbeispiel weist eine Viererteilung auf und ist für Ströme bis ca. 40 kA ausgelegt, wobei hier keine Kontaktstückunterlage vorhanden ist. Das zweite Ausführungsbeispiel hat eine Sechserteilung und ist für Ströme über ca. 40 kA ausgelegt, wobei bei dieser Ausführungsform beispielhaft eine Kontaktstückunterlage vorgesehen ist. Das dritte Ausführungsbeispiel ist ebenfalls für Abschaltströme über 40 kA vorgesehen.The first exemplary embodiment has a division into four and is designed for currents up to approximately 40 kA, with no contact piece support being present here. The second exemplary embodiment has a six division and is designed for currents above approximately 40 kA, a contact piece support being provided as an example in this embodiment. The third embodiment is also provided for cutoff currents above 40 kA.
In den Figuren sind identische bzw. gleichwirkende Teile mit den gleichen Bezugszeichen versehen.In the figures, identical or equivalent parts are provided with the same reference numerals.
In FIG 1 kennzeichnet 10 einen Kontaktbolzen, der zwei übereinanderliegende Scheiben 20 und 40 trägt. Die obere Scheibe 40 realisiert das Kontaktstück, die aus einem Werkstoff auf der Basis von Kupfer und Chrom (CuCr) besteht, und stark abgerundete Kanten 42 am Außendurchmesser hat. Zur besseren Wärmeableitung kann das Kontaktstück 40 auf eine Unterlage aus Kupfer verlötet sein, worauf später noch eingegangen wird. Über Kupferstege 50 ist die CuCr-Scheibe 40 auf die darunterliegende Scheibe 20, die als Spule zur Erzeugung eines axialen Magnetfeldes ausgebildet ist, angelötet und elektrisch verbunden. Dem Steg 50 gegenüberliegend sind Abstandsstücke 60 vorhanden. Weiterhin ist zwischen Kontaktbolzen 10, Spulenscheibe 20 und Kontaktstück 40 ein metallischer Stützkörper 70 aus elektrisch schlecht leitendem Material angeordnet. Dadurch ist gewährleistet, daß der Stromfluß während des Abschaltvorganges ganz überwiegend über die zur Erzeugung des Magnetfeldes vorgesehenen radialen und azimutalen Stromleiter als Spulenarme fließt.In FIG 1, 10 denotes a contact pin which carries two
Die geometerische Ausbildung der Spulenscheibe 20 ist im einzelnen aus FIG 2 ersichtlich. Die kreisförmige Scheibe 20 hat einen Durchmesser von etwa 75 mm. Auf der Kreisfläche sind in etwa in Radiusmitte symmetrisch verteilt vier identische, kreisförmige Aussparungen 21 eingebracht, die um jeweils 90° versetzt sind und einen Durchmesser von etwa 17,5 mm aufweisen. An die Aussparungen 21 laufen vom Umfang der Scheibe 20 ausgehend tangentiale Schlitze 22, wobei jeweils vom Schlitz 22 und der Tangente an den Umfang der Scheibe 20 ein Winkel mit einem Betrag von weniger als 90° (spitzer Winkel) gebildet wird. Zentrisch in der Scheibe 20 ist eine weitere Aussparung 23 eingebracht, deren Durchmesser an den Stützkörper angepaßt ist.The geometric design of the
Durch eine solche Ausformung der Scheibe 20 werden vier identische Stromleiter 24 gebildet, die jeweils vom Umfang der Ausnehmung 23 ausgehend zunächst radial und dann azimutal verlaufen. Durch die spezielle Anordnung der Aussparungen 21 und der Stege 22 ergibt sich, daß die Stromleiter 24 über den gesamten Bereich einen sich stetig ändernden Querschnitt aufweisen. In FIG 2 ist jeweils das Abschnittsende der von den Schlitzen 22 begrenzten Stromleiter 24 mit 25 bezeichnet. Auf diesen in etwa dreiecksförmigen Bereichen 25 sind die Stege 50 gemäß FIG 1 aufgebracht, beispielsweise aufgelötet. Jeweils auf der anderen Seite der Schlitze sind in entsprechende Vertiefungen 26 Abstandsstücke 60 gemäß FIG 1 eingebracht, wodurch eine hinreichende mechanische Stabilität gewährleistet wird. Durch Auswahl des Materials der Abstandsstücke 60 wird für eine schlechte elektrische Leitfähigkeit Sorge getragen.By shaping the
Aus FIG 3 wird deutlich, daß auch bei dem über der Spulenscheibe 20 liegenden Kontaktscheibe 40 Schlitze 41 vorhanden sind. Die Anzahl der Schlitze 41 entspricht dabei der Anzahl-der kreisförmigen Aussparungen 21 mit Tangentialschlitzen 22, wobei durch entsprechende azimutale Orientierung der Scheiben 20 und 40 gegeneinander die Schlitze 41 der Kontaktscheibe 40 derart verlaufen, daß sie die Stegbereiche 25 auf der den Schlitzen 22 der Spulenscheibe 20 gegenüberliegenden Seite begrenzen. Beim beschriebenen Ausführungsbeispiel ergibt sich dabei zwischen dem durch den Mittelpunkt der Aussparungen 21 führenden Radius und der Schlitzlinie jeweils ein Winkel von 22,5°, was in FIG 4 am Kontakt A angedeutet ist.It is clear from FIG. 3 that there are also
Durch die beschriebene Ausbildung der Spulenscheibe 20 wird erreicht, daß der Strom jeweils mit radialen und azimutalen Komponenten vom Kontaktbolzen 10 über die Scheibe 20 und die Stege 50 in das eigentliche Kontaktstück 40 fließt, so daß eine axiale Magnetfeldkomponente erzeugt wird. Es hat sich gezeigt, daß bei dem dargestellten Aufbau der Kontakte eine hohe Dauerstromtragfähigkeit der Kontaktanordnung gewährleistet ist. Das Entstehen von Wirbelströmen in den Kontaktstücken 40 wird durch die darin befindlichen Schlitze 41 wirksam verhindert.The described design of the
Um die axialen Magnetfeldkomponenten wirkungsvoll in einer Kontaktanordnung auszunutzen, ist eine geeignete azimutale Zuordnung der beiden Kontakte erforderlich. Diese wird aus der perspektivischen Darstellung nach FIG 4 deutlich: Es bedeuten A und B zwei an sich identisch aufgebaute Kontakte gemäß den oben beschriebenen Figuren 1 bis 3, die in Achsrichtung gegeneinander verschiebbar sind und somit einen elektrischen Kontakt herstellen oder unterbrechen können. Die Kontakte sind wiederum aus Bolzen 10a bzw. b Spulenscheibe 20a bzw. b sowie Kontaktscheibe 40a bzw. b aufgebaut. Der Kontaktbolzen 10a bzw. b verjüngt sich hier mit seinem Teilstück 11 a bzw. b zur Scheibe 20a bzw. b.In order to effectively use the axial magnetic field components in a contact arrangement, a suitable azimuthal assignment of the two contacts is required. This becomes clear from the perspective illustration according to FIG. 4: A and B mean two contacts of identical construction according to FIGS. 1 to 3 described above, which are displaceable in the axial direction and can therefore establish or interrupt an electrical contact. The contacts are in turn made up of
Die beiden Kontakte A und B sind in FIG 4 azimutal derart orientiert, daß die jeweiligen kreisförmigen Aussparungen 21 in den Scheiben 20a und b in Achsrichtung einander deckungsgleich sind, die zugehörigen tangentialen Schlitze 22 dagegen nur am Außendurchmesser der Scheiben 20a und b einander gegenüber stehen. Dadurch ergibt sich zwangsläufig, daß auch die Schlitze 41 a und 41 b in den Kontaktstücken 40 beider Kontakte A und B jeweils einen Winkel einschließen.The two contacts A and B are oriented azimuthally in FIG. 4 in such a way that the respective
In den Figuren 5 bis 8 sind prinzipiell die gleichen Bezugszeichen wie in den Figuren 1 bis 4 verwendet. Aus der Schnittdarstellung nach FIG 5 ergibt sich, daß hier zwischen der Spulenscheibe 20 und der Kontaktscheibe 40 zusätzlich eine Kontaktstückunterlage 30 angeordnet ist, die zur Wärmeableitung dient. Die Scheiben 30 und 40 sind miteinander verlötet.In FIGS. 5 to 8, the same reference numerals are used in principle as in FIGS. 1 to 4. 5 shows that here, in addition, a
Bei der Ausführungsform nach FIG 6 ist für höhere Ströme eine größere Scheibe mit Sechserteilung gewählt. Auf eine Scheibe 20 von etwa 100 mm Durchmesser sind entsprechend FIG 2 auf einem konzentrisch zum Umfang liegenden Kreis mit halbem Scheibendurchmesser sechs kreisförmige Aussparungen 21 von etwa 20 mm Durchmesser eingebracht, an die vom Kreisdurchmesser ausgehend tangentiale Schlitze 22 heranlaufen. Die Schlitze 22 bilden wiederum einen spitzen Winkel mit einem Betrag von weniger al 90° mit der Tangente an den Umfang der Scheibe 20. Konzentrisch um den Mittelpunkt befindet sich eine weitere Aussparung 23, die aber in diesem Fall größer als die Aussparungen 21 ist. Durch eine derartige Ausbildung werden sechs Stromleiter 24 mit jeweils einem radialen und einem azimutalen Bereich gebildet, wobei sich wiederum jeweils die Fläche des Stromleiters über den gesamten Bereich stetig ändert. Vor der Begrenzung durch den Steg 22 wird eine Winkelfläche 25 gebildet, auf dem sich der Steg 50 gemäß FIG 5 befindet. Ganz entsprechend sind gegenüber sind wiederum zur Gewährleistung einer mechanischen Stabilität in Vertiefungen 26 die Abstandsstücke 60 aus schlecht leitendem Material vorhanden.In the embodiment according to FIG. 6, a larger disk with six sections is selected for higher currents. According to FIG. 2, six
Weiterhin sind gemäß FIG 7 in der CrCu-Kontaktscheibe 40 und zusätzlich in der hier vorhandenen Kontaktstückunterlage 30 Schlitze 41 bzw. 31 vorhanden, wobei die Scheiben 30 und 40 auf der Spulenscheibe 20 so orientiert wird, daß die Schlitze 31 bzw. 41 jeweils die den Schlitzen 22 gegenüberliegende Seite des Stegbereiches 25 begrenzen. Bei diesem Ausführungsbeispiel ergibt sich dabei zwischen dem durch den Mittelpunkt der Aussparungen 21 führenden Radien und den Schlitzlinien jeweils ein Winkel von 15°, was in FIG 8 am Kontakt A angedeutet ist.Furthermore, according to FIG. 7, there are
Die azimutale Orientierung der Kontaktanordnung mit zwei an sich gleichen Kontakten A und B ergibt sich aus FIG 8. Dargestellt sind Kontaktbolzen 10a bzw. b, Spulenscheibe 20a bzw. b, Kontaktstückunterlage 30a bzw. b und Kontaktstück 40a bzw. b.The azimuthal orientation of the contact arrangement with two contacts A and B, which are identical per se, results from FIG. 8. Shown are
Aufgrund des Durchmessers der Kontakte einerseits und der Größe und Anzahl der Aussparungen andererseits ergibt sich die Verwendbarkeit der beschriebenen Kontaktanordnungen für unterschiedlich hohe Ströme. So ist die Kontaktanordnung gemäß den Figuren 1 bis 4 für Ströme bis ca. 40 kA und die Kontaktanordnung gemäß den Figuren 5 bis 8 für Ströme über ca. 40 kA geeignet. Aus FIG 9 ergibt sich, daß in eine Spulenscheibe 20 auch jeweils zwei kreisförmige Aussparungen 21 gruppenweise aneinandergereiht werden können. Insgesamt sind dabei bei hoher Stromtragfähigkeit nur vier Gesamtaussparungen notwendig. Von einer Seite der Aussparungen werden jeweils wieder unter spitzem Winkel mit der Tangente an den Kreisumfang Schlitze 22 an die Aussparungen 21 herangebracht. Der Endbereich der Stromleiter 24 für die Stege 50 ergibt sich hier in etwa trapezförmig mit 25. Entsprechende Stützkörper aus elektrisch schlecht leitendem Material sind in Vertiefungen 26 angebracht. Die darüberliegenden Kontaktscheibe 40 bzw. Kontaktstückunterlage 30 hat wiederum entsprechend Schlitze 31 und 41, die jeweils die andere Stegseite begrenzen.Because of the diameter of the contacts on the one hand and the size and number of recesses on the other hand, the contact arrangements described can be used for currents of different heights. The contact arrangement according to FIGS. 1 to 4 is suitable for currents up to approx. 40 kA and the contact arrangement according to FIGS. 5 to 8 is suitable for currents above approx. 40 kA. 9 shows that two
Die azimutale Ausrichtung einer Kontaktanordnung mit Kontakten gemäß FIG 9 ergibt sich im wesentlichen entsprechend der FIG 4.The azimuthal orientation of a contact arrangement with contacts according to FIG. 9 essentially results in accordance with FIG. 4.
Die Abmessungen der Kontakte mit Kontaktstück 40 und dahinterliegender Spulenscheibe 20 können variiert werden. Bei der Spulenscheibe 20 liegt das Verhältnis des Gesamtdurchmessers zum Durchmesser der kreisförmigen Aussparungen 21 vorteilhaft zwischen 3:1 und 6:1. Versuche haben ergeben, daß bei derartiger Dimensionierung ein optimiertes axiales Magnetfeld erzielt wird.The dimensions of the contacts with the
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