EP1763888A2 - Schaltkontakt mit ringförmiger stützkörper für vakuumschaltröhren - Google Patents

Schaltkontakt mit ringförmiger stützkörper für vakuumschaltröhren

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EP1763888A2
EP1763888A2 EP05769820A EP05769820A EP1763888A2 EP 1763888 A2 EP1763888 A2 EP 1763888A2 EP 05769820 A EP05769820 A EP 05769820A EP 05769820 A EP05769820 A EP 05769820A EP 1763888 A2 EP1763888 A2 EP 1763888A2
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EP
European Patent Office
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contact
switching contact
switching
support body
carrier
Prior art date
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Withdrawn
Application number
EP05769820A
Other languages
English (en)
French (fr)
Inventor
Wilfried Haas
Werner Hartmann
Michael RÖMHELD
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Siemens AG
Original Assignee
Siemens AG
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Publication date
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Withdrawn legal-status Critical Current

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    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01H—ELECTRIC SWITCHES; RELAYS; SELECTORS; EMERGENCY PROTECTIVE DEVICES
    • H01H33/00—High-tension or heavy-current switches with arc-extinguishing or arc-preventing means
    • H01H33/60—Switches wherein the means for extinguishing or preventing the arc do not include separate means for obtaining or increasing flow of arc-extinguishing fluid
    • H01H33/66—Vacuum switches
    • H01H33/664—Contacts; Arc-extinguishing means, e.g. arcing rings
    • H01H33/6642—Contacts; Arc-extinguishing means, e.g. arcing rings having cup-shaped contacts, the cylindrical wall of which being provided with inclined slits to form a coil

Definitions

  • the invention relates to a switching contact for Vaku ⁇ umschaltröhren according to the preamble of claim 1.
  • Switching contacts for vacuum switching tubes are known from the prior art, which consist of a switching contact carrier and a contact plate, wherein the switching contact carrier a
  • Coil segment for generating a magnetic field receives, which is formed by slotting the lateral border of the cup-shaped contact carrier.
  • Such contact arrangements are described in particular in EP 0 104 384 B1 and EP 0 155 376 B1.
  • a radial or an axial magnetic field is generated, in which case in particular those arrangements with an axial magnetic field are of importance for high voltages.
  • the openings of the contact carrier in the two contacts are oriented identically.
  • AMF Axial Magnetic Field
  • the object of the invention is, by constructive improvements increase the efficiency of the contacts.
  • the outer diameter of the slotted pot wall is smaller than the diameter of the contact plate located thereon.
  • an annular support body i. an outer support body provided between the contact plate and the base of the contact carrier, i. the bottom of the pot, is inserted and surrounds the contact carrier zu ⁇ least in the slotted area.
  • an improved switching contact is demoaf ⁇ fen, the net input in particular in vacuum interrupters with axial Mag ⁇ .
  • the prior art does not disclose any suitable solution to the problem. If, in fact, the coil body is bordered by an externally circulating steel strip with only moderate conductivity, the previous production methods result in a deterioration of the switching capacity of typically about 30%, which leads to a considerable increase in size and thus more expensive vacuum interrupters.
  • the cause of this deterioration of the switching capacity lies in the partial short circuit between the two coil segments separated by a slot caused by the steel strip, the short circuit being caused by the electrically intimate contact between the steel strip and the coil segments caused by the flow of good conductive solder during the soldering process or between two adjacent coil segments is caused.
  • An inventive AMF contact with outer support body is made such that in the production between basedstütz redesign and bobbin a distance of typically one millimeter is maintained, and the outer support body is soldered only in its upper and lower edge regions with the contact system. At this gap width, a direct overlay bridges of the gap avoided by inflowing solder. If the bobbin widens in switching operation due to short-circuit disconnections, an electrical connection with only a low current-carrying capacity and comparatively high resistance forms between two coil elements, so that the contact only has a small decrease in the switching capacity due to the electrical shunt through the outer support itself learns.
  • the outer support body is chosen from an electrically nonconductive material, for example made of ceramic, or a metallic outer support body is coated on its inside with a ceramic material, then the electric shunt is completely eliminated when the coil body is being widened and the ability to see is thereby eliminated not reduced.
  • Figure 1 is a perspective view of an AMF contact pair according to the prior art
  • FIG. 2 shows a section through a contact according to the invention with outer support body.
  • FIG. 1 shows a contact pair arrangement 1 according to the prior art, which consists of two identical contacts 10, 10 '.
  • the contacts 10, 10 'each have a contact pin 11, 11' a contact carrier 12, 12 'and a contact plate 15, 15'.
  • the contact carrier 12, 12 'pot-shaped becamebil ⁇ det and has at its annular portion, which is referred to as pot wall 13, 13', straight or curved, azimuthally inclined slots 14, 14 '.
  • the slots 14, 14 ' extend on the circumference of the pot wall 13, 13' from the base, ie the Topf ⁇ bottom, to the free end of the pot wall 13, 13 '.
  • Coil segments are formed by the azimuthal slots 14, 14 ⁇ in the contact carrier 12, 12 ⁇ in which the current to be switched flows. Due to the switching current, a magnetic field is generated, which in the embodiment shown in Figure 1 orien- tation of the slots 14, 14 'is oriented in the same direction axially of the contact arrangement and te when opening the Kontak ⁇ 10 1NC ⁇ a diffuse arc causes which is indicated in the figure with LB lg.
  • the slots 14, 14 ⁇ - in contrast to figure 1 - in bei ⁇ the contacts 10, 10 ⁇ against each other extend in a different direction, a radial magnetic field results zwi ⁇ rule the contacts 10, 10 ⁇ , which in this case a kontra ⁇ hierter arc on the contact plate 15, 15 ⁇ is driven to the outside.
  • the slots in the contact plate may optionally be spiral-shaped.
  • FIG. 2 a switching contact according to FIG. 1 is modified according to the invention. Similarly, a switching pin 21, a contact carrier 22 with an annular portion 23 as a cup wall and azimuthal slots 24 and a contact plate 25 with slots 26 are present. However, the pot wall 23 with the coil segments is offset inwardly in FIG. 2.
  • the outer support body 20 is made of steel or the like
  • the support body 20 can also consist of an electrically non-conductive material, for example of ceramic. It is also possible to coat a metallic ring on its inside with a ceramic material.
  • the outer support body 20 has to be soldered into the "recess.” In this case, solder can penetrate into the slots 24 and thus cause a short circuit or partial short circuit, which leads to a reduction of the magnetic field and thus to a deterioration of the switching properties of the contact.
  • the outer support body 20 be made so thin and inserted into the recess that a peripheral cavity 30 remains between the wall of the contact carrier 22 with the coil segments and the support body 20, which in the case of the intended use of the contact arrangement in a vacuum necktube Vacuum gap "realized.
  • the vacuum gap 30 between the outer support body 20 and the coil segment prevents solder from penetrating during the soldering process into the azimuthal slots 24 or between adjacent slots 24 and the outer support body 20. It will achieved with a mechanically strong connection between theticianstweil- body 20 and the other justifyeilen, without it can come in the coil segments or between coil segments and ostweil redesign to well-conductive short circuits or Generalkurz- conclusions.

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  • High-Tension Arc-Extinguishing Switches Without Spraying Means (AREA)

Abstract

Bei einem Schaltkontakt für Vakuumschaltröhren mit radialem oder axialem Magnetfeld, mit einem Schaltkontaktträger und einer Kontaktplatte, bei der der Schaltkontaktträger eine Spule zur Erzeugung eines Magnetfeldes enthält, welche durch Schlitzung der Wandung eines topfartigen Kontaktträgers gebildet wird, ist der äussere Durchmesser (DS) der geschlitzten Topfwand (23) kleiner als der Durchmesser (DK) der darauf be- findlichen Kontaktplatte (25). Ferner ist ein ringförmiger Stützkörper (20) vorhanden, der zwischen Kontaktplatte (25) und Basis (22a) des Kontaktträgers (22) eingefügt ist und den Kontaktträger (22) mindestens im geschlitzten Bereich umschliesst. Zwischen den Aussenstützkörper (20) und der geschlitzten Topfwand (23) ist ein ,,Vakuum"-Spalt (30) angeordnet.

Description

Beschreibung
Schaltkontakt für Vakuumsehaltröhren
Die Erfindung bezieht sich auf einen Schaltkontakt für Vaku¬ umschaltröhren gemäß dem Oberbegriff des Patentanspruches 1.
Vom Stand der Technik sind Schaltkontakte für Vakuumschalt¬ röhren bekannt, die aus einem Schaltkontaktträger und einer Kontaktplatte bestehen, wobei der Schaltkontaktträger ein
Spulensegment zur Erzeugung eines Magnetfeldes erhält, wel¬ ches durch Schlitzung der seitlichen Umrandung des topfarti¬ gen Kontaktträgers gebildet wird. Insbesondere in der EP 0 104 384 Bl und der EP 0 155 376 Bl werden derartige Kon- taktanordnungen beschrieben. Je nach Orientierung der beiden Schaltkontakte zueinander wird entweder ein radiales oder ein axiales Magnetfeld erzeugt, wobei in der Praxis für Hochspan¬ nungen insbesondere solche Anordnungen mit axialem Magnetfeld Bedeutung haben. Für das axiale Magnetfeld sind die Schiit- zungen des Kontaktträgers in den beiden Kontakten gleichsin¬ nig orientiert.
Speziell AMF (Axial Magnetic Field)-Kontakte im Mittel- und Hochspannungsbereich weisen bei herkömmlichen Kontaktformen nach Ausschaltvorgängen von Kurzschlussströmen ausgeprägte Ausweitungen der geschlitzten Spulensegmente in radialer Richtung auf, wodurch an den Rändern dieser Spulensegmente erhöhte elektrische Felder auftreten, was die dielektrischen Eigenschaften der Schaltröhre dementsprechend deutlich ver- schlechtert.
Um die Stabilität der Kontaktanordnung auch bei hohen Strömen und Spannungen zu gewährleisten, sind beim Stand der Technik auch bereits Stützkörper aus hochwarmfesten Stählen vorhan- den. Diese Stützkörper sind aber durchweg im Inneren des Kon¬ takttopfes angeordnet.
Aufgabe der Erfindung ist es, durch konstruktive Verbesserun— gen die Leistungsfähigkeit der Kontakte zu erhöhen.
Die Aufgabe ist erfindungsgemäß durch die Merkmale des Pa¬ tentanspruches 1 gelöst. Weiterbildungen sind in den Unteran- Sprüchen angegeben.
Beim erfindungsgemäßen Schaltkontakt ist der äußere Durchmes¬ ser der geschlitzten Topfwand kleiner als der Durchmesser der darauf befindlichen Kontaktplatte. Zudem ist außen ein ring- förmiger Stützkörper, d.h. ein Außenstützkörper, vorhanden, der zwischen Kontaktplatte und der Basis des Kontaktträgers, d.h. dem Topfboden, eingefügt ist und den Kontaktträger zu¬ mindest im geschlitzten Bereich umschließt.
Mit der Erfindung ist ein verbesserter Schaltkontakt geschaf¬ fen, der insbesondere in Vakuumschaltröhren mit axialem Mag¬ netfeld Eingang findet. Vom Stand der Technik ist keine ge¬ eignete Lösung des Problems bekannt. Wird nämlich der Spulen¬ körper durch ein außen umlaufendes Stahlband mit nur mäßiger Leitfähigkeit eingefasst, so ergibt sich bei den bisherigen Herstellverfahren eine Verschlechterung des Schaltvermögens um typischerweise etwa 30 %, was zu einer erheblichen Vergrö¬ ßerung und damit Verteuerung der Vakuumschaltröhre führt. Die Ursache für diese Verschlechterung des Schaltvermögens liegt in dem durch das Stahlband hervorgerufenen partiellen Kurz- schluss zwischen zwei durch einen Schlitz getrennten Spulen¬ segmenten, wobei der Kurzschluss durch den beim Lötvorgang durch einfließendes gut leitfähiges Lot entstehenden elekt¬ risch innigen Kontakt zwischen Stahlband und Spulensegmenten bzw. zwischen zwei benachbarten Spulensegmenten hervorgerufen wird.
Ein erfindungsgemäßer AMF-Kontakt mit Außenstützkörper wird dergestalt hergestellt, dass bei der Fertigung zwischen Au- ßenstützkörper und Spulenkörper ein Abstand von typisch einem Millimeter eingehalten wird, und der Außenstützkörper nur in seinem oberen und unteren Randbereichen mit dem Kontaktsystem verlötet wird. Bei dieser Spaltbreite wird ein direktes Über- brücken des Spaltes durch einfließendes Lot vermieden. Weitet sich der Spulenkörper im Schaltbetrieb durch Kurzschlussaus¬ schaltungen dennoch auf, so bildet sich zwischen zwei Spulen¬ elementen allenfalls eine elektrische Verbindung mit nur ge- ringer Stromtragfähigkeit und vergleichsweise hohem Wider¬ stand, so dass der Kontakt nur eine geringe Abnahme des Schaltvermögens aufgrund des elektrischen Nebenschlusses durch den Außenstützkörper selbst erfährt. Wählt man den Au- ßenstützkörper aus einem elektrisch nicht leitenden Material, z.B. aus Keramik, oder beschichtet man einen metallischen Au¬ ßenstützkörper auf seiner Innenseite mit einem keramischen Material, so entfällt der elektrische Nebenschluss beim Auf¬ weiten des Spulenkörpers gänzlich und das Sehaltvermögen wird dabei nicht reduziert.
Es lassen sich herkömmliche Kontaktbauweisen und -großen ver¬ wenden, wobei zur Steigerung des Schaltvermögens aufgrund der vorliegenden Erfindung sogar größere Schlitzwinkel des Spu¬ lenkörpers möglich sind, da der Außenstützkörper stabilisie- rend auf das gesamte Kontaktsystem wirkt. Dadurch sind bei gleicher Baugröße größere Ausschaltvermögen als nach dem Stand der Technik zu erreichen".
Weitere Einzelheiten und Vorteile der Erfindung ergeben sich aus der nachfolgenden Figurenbeschreibung sowie von Ausfüh¬ rungsbeispielen anhand der Zeichnung in Verbindung mit den Patentansprüchen. Es zeigen
Figur 1 in perspektivischer Darstellung ein AMF-Kontaktpaar nach dem Stand der Technik und
Figur 2 einen Schnitt durch einen erfindungsgemäßen Kontakt mit Außenstützkörper.
In der Figur 1 ist eine Kontaktpaar-Anordnung 1 nach dem Stand der Technik dargestellt, die aus zwei identischen Kon¬ takten 10, 10' besteht. Die Kontakte 10, 10' weisen jeweils einen Kontaktbolzen 11, 11' einen Kontaktträger 12, 12' und eine KontaktScheibe 15, 15' auf. In Figur 1 ist der Kontaktträger 12, 12' topfartig ausgebil¬ det und hat an seinem ringförmigen Teil, welcher als Topfwand 13, 13' bezeichnet wird, gerade oder gebogene, azimutal ge- neigte Schlitze 14, 14'. Die Schlitze 14, 14' verlaufen auf dem Umfang der Topfwand 13, 13' von der Basis, d.h. dem Topf¬ boden, bis zum freien Ende der Topfwand 13, 13' . Am freien Ende der Topfwand 13, 13' münden sie in Schlitze 16, 16' ei¬ ner auf dem Kontaktträger 12, 12' aufliegenden Kontaktplatte 15, 15'. Die Schlitze 16, 16' sind häufig radial gerichtet, können aber auch einen von Null verschiedenen Winkel mit dem Radius einschließen.
Eine derartige Anordnung ist vom Stand der Technik bekannt, wozu auf den eingangs zitierten Stand der Technik verwiesen wird. Durch die azimutalen Schlitze 14, 14 Λ im Kontaktträger 12, 12 Λ werden Spulensegmente gebildet, in denen der zu schaltende Strom fließt. Durch den zu schaltenden Strom wird ein Magnetfeld erzeugt, das bei der in Figur 1 gezeigten Ori- entierung der Schlitze 14, 14' in gleicher Richtung axial zur Kontaktanordnung ausgerichtet ist und beim Öffnen der Kontak¬ te 10, 1ÖΛ einen diffusen Lichtbogen bewirkt, der in der Fi¬ gur mit LB angedeutet ist.
Wenn die Schlitze 14, 14 Λ - abweichend von Figur 1 - in bei¬ den Kontakten 10, 10 Λ gegeneinander in unterschiedlicher Richtung verlaufen, ergibt sich ein radiales Magnetfeld zwi¬ schen den Kontakten 10, 10 Λ, womit ein in diesem Fall kontra¬ hierter Lichtbogen auf der Kontaktplatte 15, 15 Λ nach außen getrieben wird. Dazu sind die Schlitze in der Kontaktplatte gegebenenfalls spiralförmig auszubilden.
Bei der in Figur 1 gezeigten Anordnung liegen die geschlitz¬ ten Spulensegmente im Außenbereich frei und können sich nach Schalthandlungen aufweiten. Dadurch entsteht an den Schlitz¬ kanten ein erhöhtes äußeres elektrisches Feld, das insbeson¬ dere bei der Anwendung der Schaltkontaktanordnung im Hoch¬ spannungsbereich zu einem Schaltversagen führen kann. In der Figur 2 ist ein Schaltkontakt nach Figur 1 erfindungs¬ gemäß modifiziert. Gleichermaßen sind ein Schaltbolzen 21, ein Kontaktträger 22 mit einem ringförmigen Teil 23 als Topf- wand und azimutalen Schlitzen 24 sowie eine Kontaktplatte 25 mit Schlitzen 26 vorhanden. Die Topfwand 23 mit den Spulen¬ segmenten ist aber in Figur 2 nach innen versetzt ausgebil¬ det. Somit wird von der Topfwand 23 mit Durchmesser Ds zusam¬ men mit der Basis 22a des Kontaktträgers 22 und der Kontakt- platte 25 mit jeweiligen Durchmessern Dκ eine Aussparung ge¬ bildet. In der Aussparung ist ein ringartig umlaufender Au- ßenstützkörper 20 eingebracht, der zumindest den Spulenteil der Topfwand 23 umschließt.
Der Außenstützkörper 20 besteht aus Stahl oder dergleichen
Material mit geringer elektrischer Leitfähigkeit. Der Stütz¬ körper 20 kann auch aus einem elektrisch nicht leitenden Ma¬ terial, beispielsweise aus Keramik, bestehen. Möglich ist auch, einen metallischen Ring auf seiner Innenseite mit einem keramischen Material zu beschichten.
Der Außenstützkörper 20 muss in die"Ausnehmung eingelötet werden. Dabei kann Lot in die Schlitzungen 24 eindringen und somit einen Kurzschluss oder Teilkurzschluss bewirken, was zur Verringerung des Magnetfeldes und damit zur Verschlechte¬ rung der Schalteigenschaften des Kontaktes führt.
Gemäß Figur 2 ist vorgesehen, den Außenstützkörper 20 so dünn auszubilden und in die Aussparung einzufügen, dass zwischen der Wandung des Kontaktträgers 22 mit den Spulensegmenten und dem Stützkörper 20 ein umlaufender Hohlraum 30 verbleibt, der bei der bestimmungsgemäßen Anwendung des Kontaktanordnung bei einer Vakuumsehaltröhre einen "Vakuumspalt" realisiert.
Durch den Vakuumspalt 30 zwischen Außenstützkörper 20 und Spulensegment wird vermieden, dass beim Lötvorgang in die Azimutalschlitze 24 bzw. zwischen benachbarten Schlitzen 24 und dem Außenstützkörper 20 Lot eindringen kann. Es wird so- mit eine mechanisch feste Verbindung zwischen dem Außenstütz- körper 20 und den andern Kontakteilen erreicht, ohne dass es in den Spulensegmenten oder zwischen Spulensegmenten und Au- ßenstützkörper zu gut leitenden Kurzschlüssen oder Teilkurz- Schlüssen kommen kann.

Claims

Patentansprüche
1. Schaltkontakt für Vakuumschaltröhren mit radialem oder a- xialem Magnetfeld, mit einem Kontaktträger und einer Kontakt- platte, bei der der Kontaktträger eine Spule zur Erzeugung eines Magnetfeldes enthält, welche durch azimutale Schlitzung der Wandung eines topfartigen Kontaktträgers gebildet wird, dadurch gekennzeichnet, dass der äußere Durchmesser (D3) der geschlitzten Topfwand (23) kleiner ist als der Durchmesser (DK) der darauf befindlichen Kontaktplatte (25) , und dass ein ringförmiger Stützkörper (20) vorhanden ist, der zwischen Kontaktplatte (25) und Basis des Kontaktträgers (22) einge¬ fügt ist und den Kontaktträger (22) zumindest im geschlitzten Bereich umschließt.
2. Schaltkontakt nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass zwischen der Innenwandung des Stützkörpers (20) und der geschlitzten Topfwand (23) ein freier Spalt (30) vorhanden ist.
3. Schaltkontakt nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, der Spalt (30) kleiner 3 mm, insbesondere in der Größenordnung von 1 mm, ist .
4. Schaltkontakt nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Stützkörper (20) eine deutlich niedrigere elektri¬ sche Leitfähigkeit besitzt als der Kontaktträger (22) mit Spulenkörper.
5. Schaltkontakt nach einem der vorhergehenden Ansprüche, da¬ durch gekennzeichnet, dass der.ringförmige Stützkörper (20) aus einem eisenbasierten Werkstoff besteht.
6. Schaltkontakt nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass der ringförmige Stützkörper (20) zumin¬ dest auf seiner Innenseite aus einem elektrisch nicht leiten¬ den Material besteht.
7. Schaltkontakt nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass das elektrisch nicht leitende Material Keramik ist.
8. Schaltkontakt nach einem der vorhergehenden Ansprüche, da- durch gekennzeichnet, dass der ringförmige Stützkörper (20) nur in seinem oberen und unteren Randbereich mit dem Kontakt¬ träger (22) bzw. der Kontaktplatte (25) verlötet ist.
9. Schaltkontakt nach einem der vorhergehenden Ansprüche, da- durch gekennzeichnet, dass der ringförmige Stützkörper (20) denselben Außendurchmesser (DK) aufweist wie die Kontaktplat¬ te (25) .
EP05769820A 2004-06-30 2005-06-23 Schaltkontakt mit ringförmiger stützkörper für vakuumschaltröhren Withdrawn EP1763888A2 (de)

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