VAKUUMSCHALTER-KONTAKTANORDNUNG
Beschreibung Die Erfindung betrifft eine Vakuumschalter-Kontaktanordnung mit den im Obergriff des Anspruchs 1 angeführten Gattungsmerkmalen. Vakuumschalter mit derartigen Kontaktanordnungen dienen zum Öffnen und Schließen von Stromkreisen in Mittel- und Hochspannungsschaltanlagen. Eine Kontaktanordnung der vor- ausgesetzten Art ist durch die DE 32 27 482 A1 bekannt. Dabei erzeugen schräge Spalte im Wandteil der schalenförmigen Schaltstücke zur Schaltstückachse geneigte Windungselemente, und diese im stromdurchflossenen Zustand ein axiales Magnetfeld. Die Spalte im Wandteil können sich im Bodenteil des Schaltstücks fortsetzen. Der Nachteil dieser Kontaktanordnung liegt in der Schräge der Windungselemente, denn nur deren Azimutalkomponenten tragen im stromdurchflossenen Zustand zur Erzeugung des axialen Magnetfeldes bei.
Eine andere Kontaktanordnung der vorausgesetzten Art wird in der EP 0 133 168 A3 beschrieben. Auch hier sind achsenschräge Spalte im Wandteil eines schalenförmigen Schaltstücks angeordnet, die sich in derselben Ebene im Bodenteil fortsetzen. Der Spaltbereich im Bodenteil verläuft entsprechend einer Sehne. Durch diese Spaltanordnung sollen die Ströme im Schaltstück eine erbebliche tangentiale Komponente erhalten, damit ein zwischen den öffnenden Kontakten entstehender Lichtbogen veranlaßt wird, sofort auf der Stirnseite des Wandteils zu rotieren. Somit wird offensichtlich von zwei axial gegenüberstehend angeordneten Schaltstücken in der Schaltstrecke ein radiales Magnetfeld erzeugt und ein Beitrag zur verbesserten Erzeugung eines axialen Magnetfeldes liegt nicht vor.
Es ist Aufgabe der Erfindung, gegenüber dem Stand der Technik eine Windungsanordnung mit erheblich größerer Effizienz bei der Erzeugung eines axialen Magnetfeldes zu schaffen, so daß eine damit ausgestattete Kontaktanordnung eine erheblich größere Kurzschluß-Ausschaltleistung erreicht. Die Erfindungsaufgabe wird durch die kennzeichnenden Merkmale des Anspruchs 1 gelöst.
Vorteilhafte Weiterbildungen der Erfindung sind in den Unteranspruchen beschrieben. Die Erfindung geht von der Erkenntnis aus, daß bei den bekannten, ein Magnetfeld erzeugenden Kontaktanordnungen die benutzte Schalenform nur zu einem Teil für die Bildung kreisringabschnittförmiger Windungskörper ausgenützt wird. In der Gedankenfolge besteht das Wesentliche der Erfindung darin, zuerst den Schalenboden und dann gegebenenfalls auch die Schalenwand als Träger von kreisringabschnittförmigen Windungskörpern zu nutzen. Dies erfolgt durch im Schalenboden angeord¬nete, im wesentlichen teilkreisförmig verlaufende Spalte. An die Enden der im Boden verlaufenden ersten, windungserzeugenden ersten Spalte schließen zweite Spalte an, die im wesentlichen dem Kontakt- und Elektroden zugewandt in der Schalenwand verlaufend die Windungskörper azimutal begrenzen.
Im Folgenden wird die Erfindung anhand der Zeichnungen von
Ausführungsbeispielen in den Figuren 1 bis 12 näher erläutert. Von deren Bezugszeichen machen die Ansprüche 1 bis 13 und 18 bis 20 Gebrauch; Anmeldung mit dem Aktenzeichen: P 44 35 372.3.
Es zeigen:
Fig.1: Längsschnitt durch Schaltstück in Ansicht mit radialem, abgestuft radialem bzw. entlang einer schraubenförmigen Schnittfläche verlaufendem Schalenwandspalt.
Fig.2: Draufsicht auf Schaltstück nach Fig.1 ohne Kontaktscheibe.
Fig.3: Ansicht des vollständigen Schaltstücks nach Fig.1.
Fig.4: Draufsicht auf das Schaltstück nach Fig.3.
Fig.5: Längsschnitt durch Schaltstück mit Schalenwandspalten in einer zur
Schaltstϋckachse geneigten Schnittebene.
Fig.6: Draufsicht auf Schaltstück nach Fig.5, ohne Kontaktscheibe.
Fig.7: Ansicht des vollständigen Schaltstücks nach Fig.5.
Fig.8: Draufsicht auf das Schaltstück nach Fig.7.
Fig.9: Längsschnitt durch Schaltstück mit tangentialen Schalenwandspalten.
Fig.10: Draufsicht auf Schaltstück nach Fig.9.
Fig.11: Ansicht des vollständigen Schaltstücks nach Fig.9.
Fig.12: Draufsicht auf Schaltstück nach Fig.11.
Die Schaltstücke I, II, III der Figuren 1 bis 12 stellen jeweils eines der beiden in eine nicht dargestellte Vakuum-Schaltrohre eingebauten, relativ zueinander im wesentlichen axial bewegbaren Schaltstücke dar. Diese beiden Schaltstücke sind aus
gleichen Bauteilen zusammengesetzt und stehen sich axial fluchtend, jedoch nicht spiegelbildlich gegenüber. Jedes der drei Schaltstücke I, II, III wird in je zwei verschiedenen Ansichten bzw. Draufsichten dargestellt, wobei gleiche Bauteile i. a. nur einmal beschrieben werden.
Das Stromanschlußstück 2, Fig.1, ist als hohlzylindrischer, einseitig abgeschlossener Körper ausgebildet. Auf seiner der nicht dargestellten Schaltstrecke zwischen den Schaltstücken zugewandten Stirnseite lagert das Bodenteil 3 des insgesamt schalenförmigen Schaltstücks I. Das Bodenteil hat die Form eines flachen auf dem Kopf stehenden Kegelstumpfs. Dieses Teil kann auch die Form einer Kreisringplatte haben und für das Stromanschlußstϋck kann auch ein vollzylindrischer Bolzen verwendet werden. An das Bodenteil 3 schließt ein zylindrisches Wandteil 4 an. Stromanschlußstück, Bodenteil und Wandteil können einzelne Bauteile darstellen, die zu dem schalenförmigen Schaltstück verbunden werden. Diese Einzelbauteile können jedoch auch schon integrierte Bestandteile eines einstückig, z.B. im Gießverfahren hergestellten Schaltstückkörpers sein, was für das Ausführungsbeispiel zutrifft.
Auf dem freien Rand des Wandteils 4 lagert ein Kreisscheibenförmiger Kontakt- und Elektrodenkörper 5, Fig.3, 4. Diese Scheibe besteht aus einer zumindest Chrom und Kupfer enthaltenden Metallverbindung . Der allgemein scheibenförmige Kontakt- und Elektrodenkörper 5 an dem Schaltstück I sowie auch an den noch zu beschreibenden Schaltstücken II und III kann in nicht dargestellter Weise auch aus zwei Teilscheiben aus Werkstoffen verschiedener elektrischer Leitfähigkeit zusammengesetzt sein. Dabei bildet die Teilscheibe aus einem Material mit hoher elektrischer Leitfähigkeit, z.B. OFHC-Kupfer, die Basis, die auf dem Rand des Wandteils 4 z.B. durch Lötung befestigt ist. Auf diese Grundlage ist die erheblich dünnere zweite Teilscheibe aus einem Material mit relativ kleinerer elektrischer Leitfähigkeit, z.B. aus einer Metallverbindung mit hohem Chromanteil großflächig aufgelötet oder aufgeschweißt. Die zweite Teilscheibe kann auch durch Beschichtung der Basisscheibe z.B. mit Chrom hergestellt sein. Schalenkörper und Stromanschlußstück sind aus elektrisch hochleitfähigem Kupfer angefertigt, was auch für die Schalenkörper und Stromanschlußstücke der Schaltstücke II und
III gilt. Zur Herstellung der Windungskörper 9 sind entlang der Innenseite des Wandteils 4 zunächst drei rotationssymmetrisch verteilte, das Bodenteil mit zylindrischen Seitenflächen durchdringende erste Spalte 6 angeordnet, Fig.2. Damit ergibt sich jeweils zwischen zwei ersten Spalten ein Vorsprung 8 im Bodenteil 3, von dem jeweils ein Windungskörper 9 ausgeht, wobei ihn ein am Ende eines ersten Spalts anschließender zweiter Spalt 7 begrenzt. Die Seitenflächen der ersten Spalte 6 können auch zur Schaltstücksachse geneigt sein und sich allgemein konisch einwärts oder auswärts erstrecken. Auch eine kleinere oder größere Anzahl von ersten Spalten je Schaltstück, z. B. zwei oder sechs, ist ausführbar. Die ersten Spalte 6 können auch einen bestimmten radialen Abstand zur Innenseite des Wandteils 4 einhalten.
Die zweiten Spalte 7 reichen bis zum Stirnrand des Wandteils 4, können aber in nicht dargestellter Weise schon davor enden; sie sind zunächst in drei Ausfϋhrungsvarianten 7a, 7b, 7c dargestellt. Der zweite Spalt 7a verläuft in einer ertsen Radialebene bis knapp unterhalt der Oberfläche des Schalenbodens 3. Dann biegt der Spalt 7a etwa rechtwinklig ab und verläuft azimutal den Vorsprung 8 entlang, um sich am Ende in einer zweiten Radialebene bis an die Unterseite des Bodenteils 3 fortzusetzen. In der Ansicht des Schalenwandteils 4 zeigt sich dieser Typus von zweitem Spalt als liegendes Z. Demnach überlappt das Ende des zugehörigen Windungskörpers 9 den Bodenvorsprung 8. Im vorliegenden Fall ist noch eine Trennung des Windungsendes vom Vorsprung 8 durch einen Distanzierungsspalt 10 entlang der Innenseite des zum Windungsende naheliegenden Wandteils nötig, Fig. 2.
Bei dem Windungskörper 9 rechts oben in Figur 2 verläuft der zweite Spalt 7b im Wandteil 4 entlang einer Schraubenfläche. Diese Fläche kann durch eine mit etwa konstanter Steigung rotierende Gerade erzeugt werden, wobei sie die Schaltstückachse im rechten Winkel schneidet; die erzeugende Gerade kann die Schaltstückachse auch untre schiefem Winkel schneiden. Der zweite Spalt 7b kann auch entlang einer zur Schaltstückachse schiefen Ebene verlaufen, die den Stirnrand des Wandteils mit einer radialen Spur schneidet, was nicht dargestellt ist. Wegen der relativ geringen azimutalen Erstreckung des Wandteils im
Bereich des Bodenvorsprungs 8 und damit auch der geringen
Länge allgemein geneigter Spalte 7b im Wandteil 4 weisen diese Spaltformen untereinander nur kleine strukturelle Unterschiede auf. Auch hier ist eine Abgrenzung des überlappenden Windungsendes durch einen Distanzierungsspalt 10 in dem Bereich des Vorsprungs 8 erforderlich, wo der schiefe zweite Spalt unterhalb der inneren Oberfläche des Bodenteils 3 verläuft.
Bei dem zweiten Spalt 7c, links oben in Figur 2, handelt es sich um einen Stromleitspalt, der in einer radialen Ebene verläuft. Demnach findet eine Überlappung des Endes des Windungskörpers 9 mit dem Bodenvorsprung 8 nicht statt, so daß eine Lükke in der Magnetisierung aufscheint. Dies läßt sich durch dritte Spalte 11 im Bodenteil, Fig.2, zumindest teilweise ausgleichen. Diese Spalte gehen vom oder nahe vom Innenrand des Bodenteils 4 oder des hohlzylindrischen Stromanschlußstücks 2 aus und nähern sich mit zunehmender Länge dem Wandteil 4; dadurch geben sie der Strömung im Bodenteil einen zunehmend azimutalen und damit axial magnetisierenden Verlauf. Gleichzeitig werden auch die Wirbelströme im Bodenteil gedämpft. Eine andere, nicht dargestellte, zumindest partielle Ausgleichsmöglichkeit der Magnetisierung bei nicht überlappenden Windungsabschnitten 9 besteht darin, das feststehende und das bewegbare Schaltstück einander azimutal folgendermaßen zuzuordnen: einem radialen Spalt 7c und einem anschließenden Bodenvorsprung 8 bei dem einen Schaltstück steht bei dem anderen Schaltstück ein Bereich eines Windungsabschnitts 9 gegenüber.
Zur Dämpfung der Wirbelströme in der Kontakt- und Elektrodenscheibe 5 können darin z.B. radiale Spalte 12 angeordnet sein, Fig.3, 4. Fluchten diese Spalte noch mit den zweiten Spalten 7a, 7b, 7c im Wandteil 4, verhindern sie auch direkte Ausgleichsströme zwischen dem benachbarten, auf verschiedenem Potential befindlichen Ende und Anfang zweier Windungskörper. Der Potentialunterschied nimmt mit der Länge der Windungskörper zu. Bei vier, fünf oder sechs Windungselementen pro Schaltstück und/oder bei kleinen Schaltstückdurchmessern sind die Windungslängen bereits erheblich kürzer und dementsprechend die Potentialdifferenzen kleiner. Daher kann in diesen Fällen auch eine andere Art der teilweisen Abdeckung des Innenraums des schalenförmigen Schaltstücks gewählt werden: z.B. durch einen nicht dargestellten
kreisringplattenförmigen Kontakt- und Elektrodenkörper. Im
Zwischenraum zwischen dem Bodenteil und dem Kontakt- und Elektrodenkörper kann ein Stützkörper 13 aus elektrisch höchstens schlecht leitendem Material angeordnet sein. Im vorliegenden Ausführungsbeispiel hat dieser Körper etwa die Form einer Kreisringplatte , deren Innendurchmesser gle ich groß ist wie der Innendurchmesser des hohlzylindrischen Stromanschlußstücks 2, Fig.1. Auch kann bei dem Stützkörper zum Zweck der Gewichtseinsparung zumindest eine teilweise Unterbrechung seines körperhaften Zusammenhangs vorgesehen werden.
Der zweite Spalt 7d im Schaltstück II der Figuren 5, 6 wird durch eine Schnittebene erzeugt, die eine Sehne des Boden- und Wandteils 34 enthält und zur Schaltstückachse im stumpfen Winkel geneigt ist. Die Anströmung der Bodenvorsprünge 8 zu den Windungskörpern 9 aus dem Stromanschlußstϋck 2 über das Bodenteil 3 wird durch Stromleitspalte, dritte Spalte 14, günstig beeinflußt. Diese Spalte schließen an die freien Anfänge der ersten Spalte 6 an und nehmen als Teile von Sehnen Verläufe, die sich von den ersten Spalten abwenden. Im Vergleich zu Figur 1 ist in Figur 5 der Stützkörper für die Kontakt- und Elektrodenscheibe weggelassen. Die Kontakt- und Elektrodenscheibe 5, Fig.7, 8, weist drei rotationssymmetrisch angeordnete Spalte 12d auf, die vom Außenrand der Kontakt- und Elektrodenscheibe beginnend über dem Rand des Wandteils 4 mit den zweiten Spalten 7d fluchten und im weiteren Verlauf radial ausgerichtet sind.
Einen im wesentlichen tangentialen Anschluß an die ersten Spalte 6 weisen die zweiten Spalte 7e des Schaltstücks III der Figuren 9, 10 auf. Die erzeugenden Schnittebenen dieser Spalte verlaufen im wesentlichen parallel zur Schaltstückachse. Eine Überlappung von Windungsende und Bodenvorsprung 8 findet daher lateral statt. Die Anströmung der Bodenvorsprünge 8 zu den Windungselementen 9 aus dem Stromanschlußstück 2 über das Bodenteil 3 wird durch dritte Spalte 15 im Bodenteil günstig beeinflußt, Fig.10. Diese rotationssymmetrisch angeordneten, an die Anfänge der Teilkreisspalte 6 anschließenden und mit den zweiten Spalten 7e etwa parallelen Spalte 15 leiten die Strömung aus dem Stromanschlußstück 2 über eine etwa spiralige Zwischenphase im Bodenteil 3 in die Kreisphase der Windungskörper 9, was Strömungspfeile andeuten. Wenn sich die dritten Spalte bis zum Innenrand des Stromanschlußstücks 2
erstrecken, dämpfen sie auch noch die Wirbelströme in dessen Stirnbereich. Im Kontakt- und Elektrodenkörper 5, Fig.11, 12, sind rotationssymmetrisch verteilt drei Spalte 12e angeordnet mit dem b ereit s a n ha nd der F ig ur 8 be s chriebenen t ypis che n Verlauf.
An den sich axial etwa fluchtend gegenüberstehenden Schaltstücken, einerseits I, II, III und andererseits I', II', III', letztere sind nicht dargestellt, sind die Windungskörper 9, bzw. 9 so angeordnet, daß sie relativ zueinander denselben dungssinn aufweisen. Somit erzeugt jede Windungsanordnung für sich je ein axiales Magnetfeld gleicher Richtung. Die Windungskörper 9 und 9' können an den Schaltstücken I, II, III bzw. I', II', III' auch mit relativ zueinander entgegengesetztem Windυngssinn angeordnet sein, so daß zwei axiale Magnetfelder mit entgegengesetzter Richtung erzeugt werden.
Im folgenden wird die Erfindung in Weiterbildungen anhand der Zeichnungen von Ausführungsbeispielen in den Figuren 13 bis 23 näher erläutert; Anmeldung 195 19 077.7. Von deren Bezugszeichen machen die Ansprüche 14 bis 16 Gebrauch. Es zeigen:
Fig.13: Schaltstück in Schnittansicht, Kontakt- und Elektrodenkörper entfernt; links von der Mitte: Schnitt A - M gemäß Fig.14;
Umlaufspalt im Schalenboden mit achsenparallelen Seitenflächen; tangential an den Umlaufspalt anschließender Spalt in der Schalenwand; rechts von der Mitte: Schnitt B - M.
Fig.14: Draufsicht auf Schaltstück nach Fig.13, ungeschnitten.
Fig.15: Schaltstück in Schnittansicht A - A gemäß Fig.14, mit Kontaktund Elektrodenkörper sowie Stützkörper.
Fig.16: Schaltstück nach Fig.15 in Ansicht.
Fig.17: Draufsicht auf Schaltstück nach Fig.16.
Fig.18: Schaltstück in Scnnittansicht, Kontakt- und Elektrodenkörper sowie Stützkörper entfernt; links von der Mitte: Schnitt A - M gemäß Fig.19; Umlaufspalt im Schalenboden mit gegenüber der Schaltstückachse geneigten Seitenflächen; rechts von der Mitte: Schnitt B - M gemäß Fig.19, Umlaufspalt im Schalenboden mit gegenüber Schaltstückachse geneigten Seitenflächen, azimutal anschließender Umlaufspalt in Schalenwand.
Fig.19: Draufsicht auf Schaltstück nach Fig.18, ungeschnitten; links von der Mitte: nach Fig.18, links von der Mitte; rechts von der
rechts von der Mitte: nach Fig.18, rechts von der Mitte.
Fig.20: Schaltstück in Schnittansicht nach Fig.18, links von der Mitte, mit Kontakt- und Elektrodenkorper sowie Stutzkorper.
Fig.21: Schaltstück in Ansicht nach Fig.20. rechts von der Mitte.
Fig.22: Schaltstück in Ansicht nach Fig.18, rechts von der Mitte.
Fig.23: Schaltstück in Draufsicht nach Fig.21 oder 22.
An den ersten Spalt 6 im Schalenboden 3 des schalenförmigen
Kontakt- und Elektroden- sowie Windungsträgers 34 des Schaltstück s 1 schließt etwa tangential ein zweiter Spalt 7 an, Fig.13, 14, 15. Der zweite Spalt erstreckt sich in der Schalenwand 4 nicht bis zu deren stirnseitiger Oberflache, sondern darin nur soweit, daß an diesen Spalt ein dritter Spalt 78 anschließen kann. Dieser Spalt verlauft dann über dem Schalenboden und reicht bis kurz vor den vorangehenden Spalt 6, Fig.14. Dort schließt ein vierter Spalt 79 an, der an die Stirnseite der Schalenwand fuhrt und Sie radial durchdringt; der Übergang vom Schalenboden zur Schalenwandstirn erfolgt somit in einer Stufe, Fig.16. Der Spalt 79 kann jedoch auch eine Neigung zur Schaltstuckachse aufweisen, so daß sich der Übergang rampenförmig vollzieht, was nicht mehr dargestellt ist. Entlang des tangential an den ertsen Spalt 6 anschließenden zweiten Spalts 7 findet eine periphere Überlappung des Austrittsbereichs des vorangehenden Windungsabschnitts 41 durch den Bereich 42 des nachfolgenden Windungsabschnitt 41 statt. Anschließend an die periphere Überlappung wird dieser Austrittsbereich durch die azimutale Verlängerung 43 des nachfolgenden Windungsabschnitts 41 noch axial überlappt, Fig.13, 14. Auf dem schalenförmigen Körper 34 des Schaltstucks 1 ist ein kreisringscheibenförmiger Kontakt- und Elektrodenkörper 49 gelagert, Fig. 15, 16, 17. Die Kontakt- und Elektrodenscheibe kann mit radialen Spalten 50 ausgestattet sein, was bei einer Halfte dieser Scheibe erfolgt ist, Fig.17. Diese Scheibe kann gegebenenfalls - die spezifische elektrische Leitfähigkeit des Scheibenmaterials ist dann relativ zu derjenigen von Kupfer erheblich kleiner - auch ohne Spalte ausgeführt sein, wie es die andere Scheibenhälfte in Figur 17 erkennen laßt. Gestützt wird die Kontakt- und Elektrodenscheibe durch einen im wesentlichen gleichfalls scheibenförmigen Stützkörper 16, Fig.15, der sich zumindest bis in einen Teilberich der Spalte 78 erstreckt, Fig.13. Der kreisscheibenformige Stützkörper 16 kann auch - weiter nicht dargestellt - als
als Kreisringscheibe ausgeführt sein.
Zur Spaltausführung 6i : Die zur Schaltstückachse geneigten seitlichen Begrenzungsflächen des ersten Spalts 6i werden an einem seiner Enden beginnend - oder auch erst danach - mit zunehmender Neigung derart geführt, daß die innenseitige Begrenzungsfläche zunächst den Bodenrand erreicht und sich dann mit konstanter Neigung bis zum vorangehenden ersten Spalt erstreckt, Fig.19, linke Hälte der Draufsicht. Bei dieser Führung des ersten Spalts im Schalenboden dient die Schnittlinie der Innenseite der Schalenwand mit der inneren Oberfläche des Schalenbodens als Führungskante für ein Fräswerkzeug. An das freie Ende des ersten Spalts schließt ein zweiter Spalt 7i an und reicht axial bis zur stirnseitigen Oberfläche der Schalenwand, die er radial durchdringt, Fig.19, linke Hälfte der Draufsicht Fig.21. Es resultiert ein Windungsabschnitt 44 mit einem zweifach überlappenden Windungsbereich 45, Fig.19, linke Hälfte der Draufsicht. Im unteren Bildviertel ist der Windungsabschnitt 44 zum größten Teil weggebrochen, damit die innenliegende seitliche Begrenzungsfläche des ersten Spalts 6i sichtbar wird. Dabei ist als Variante der Bereich der ortsgleich zweifachen Überlappung über eine größere Bogenlänge des ersten Spalt mit konstanter Neigung ausgeführt. Dem Austrittsbereich der Windungsabschnitte 44 aus dem Schalenboden wird jeweils durch im Schalenboden an die ersten Spalte 6i anschließende gekrümmte oder - nicht dargestellte gerade fünfte Leitspalte 40 der Strom bereits mit einer erheblichen azimutalen Komponente zugeführt, Fig.19. Der durch den radialen Spalt 7i bedingte stufenförmige Übergang vom Schalenboden zur Stirnseite der Schalenwand kann in einer nicht dargestellten Variante durch einen gegenüber der Schaltstückachse geneigten Spalt auch rampenförmig gestaltet sein.
Zur Spaltausführung 6j : Die zur Schaltstückachse geneigten seitlichen Begrenzungsflächen des ersten Spalts 6j werden an einen-, seiner Enden beginnend - oder erst danach - mit zunehmender Neigung bis zur Unterseite des Schalenbodens variantenhalber derart geführt, daß die innenliegende Begrenzungsfläche zum äußeren Bodenrand einen Abstand einhält, um sich dann mit konstanter Neigung azimutal weiter zu erstrecken, wobei zum vorangehenden ersten Spalt 6j auch ein Abstand eingehalten wird, Fig.19, rechte Hälfte der Draufsicht. Es schließt ein nicht bis zur stirnseitigen
Oberfläche des Schalenrands reichender zweiter Spalt 7j an und an diesen ein dritter Spalt 78j, Fig.18, der in der Schalenwand über dem Schalenboden geführt ist, wobei er vor dem vorangehenden ersten Spalt 6j endet. Darauf folgt ein Trennspalt 79j in einer radialen Schnittebene vom Schalenboden bis zur Stirn der Schalenwand reichend, Fig.18, rechte Hälfte der Schnittansicht, Fig.19, rechte Hälfte der Draufsicht und Fig.22. Durch die ersten und zweiten Spalte 6j bzw. 7j im Schalenboden sowie die dritten und vierten Spalte 78j bzw. 79j in der Schalenwand entstehen die Windungsabschnitte 46 mit jeweils zwei Bereichen: im Bereich 47 findet eine peripher-axiale Überlappung statt, Fig.19, rechte Hälfte der Draufsicht; im anschließenden Windungsbereich 48 ist sie nur axial, Fig.19, rechte Hälfte der Draufsicht und Fig.22. Überlappt wird jeweils der vorangehende Austrittsbereich der Windungsabschnitte 46 aus dem Schalenboden 3 durch die nachfolgenden
Windungsabschnitte 46 mit den vorstehend angeführten Überlappungsbereichen 47 und 48. Im rechten unteren Viertel der Draufsicht, Fig.19, ist der Windungsabschnitt 46 zum größten Teil weggebrochen, damit die geneigte innenliegende seitliche Begrenzungsfläehe des ersten Spalts 6j sichtbar wird sowie die durch den Spalt 78j verursachte Erweiterung der Bodenfläche bis zum Bodenrand. Die beiden stufenförmigen Übergänge in diesem Bereich im Zusammenhang mit den Spalten 7j und 79j lassen sich in bereits dargelegter Weise auch rampenförmig gestalten. Auf der stirnseitigen Oberfläche der Schalenwand 4 lagert eine Kontakt- und Elektrodenscheibe 49, Fig.17, 20, 23, die mit radialen Spalten 50
- zwei bzw. einer davon sind dargestellt - ausgestattet sein kann
- oder auch nicht, wie die übrige Oberfläche des Kontakt- und Elektrodenkörpers 49 zeigt. Die radialen Spalte 50 in der Kontakt- und Elektrodenscheibe sind über den Spalten 79, 7i, 79j in der Schalenwand angeordnet, wobei die Spalte in der Scheibe kleiner sein können als die Spalte in der Schalenwand, Fig.16 bis 23. Im folgenden wird die Erfindung in einer Weiterbildung anhand der Zeichnungen eines Ausfϋhrungsbeispiels in den Figuren 24 bis 26 näher erläutert; Anmeldung 195 21 948.1. Von deren Bezugszeichen machen die Ansprüche 18, 19 Gebrauch. Es zeigen:
Fig.24: Schaltstück mit axialer Überlappung des Bodenvorsprungs
durch die Endbereiche der Windungsabschnitte in drei Teilansichten.
Fig.25: Draufsicht auf Schaustück nach Figur 24, Schnitt A - A.
Fig.26: Draufsicht auf Schaltstück gemäß Figur 24, ungeschnitten.
Im Schalenboden 3 des Schaltstücks I sind entlang der Innenseite der Schalenwand 4 vier etwa rotationssymmetrisch verteilte erste Spalte 6 angeordnet, Fig.24, 25. An die ersten Spalte schließen in einer radialen Ebene geführte zweite Spalte 71 an, Fig.24, 25, die axial nur so weit in die Schalenwand reichen, daß daran in der Schalenwand unmittelbar über dem Schalenboden verlaufende dritte Spalte 72 anschließen können, Fig.24. Die dritten Spalte 72 erstrecken sich bis zu den vorangehenden ersten Spalten 6, wo sich ein in einer radialen Ebene bis zur Stirnseite der Schalenwand geführter vierter Spalt 73 anschließt, Fig.24. Durch die Spalte 6, 71, 72, 73 entstehen kreisringabschnittförmige Windungskörper 9; ihr Bereich 91 umgibt den Schalenboden peripher, wahrend ihr Bereich 92 den Bodenvorsprung 8 axial überlappt, Fig.24, 25. Im Schalenboden 3 sind den ersten Spalten 6 im Bereich zwischen den Bodenvorsprüngen 8 und dem Stromanschlußstϋck 2 Spalte vorgelagert, um eine Anströmung der ersten Spalte 6 wegen ungünstiger Auswirkungen zu verhindern. Diese vorgelagerten Spalte können z.B. in folgenden Varianten ausgeführt sein: Die Spalte 20 sind nach einer Kreisbogenlinie gekrümmt und dabei so angeordnet, daß die Wölbung des Kreisbogens nach innen zeigt, Fig.25. In der Abschirmung weniger wirksam sind - nicht dargestellte kreisbogenförmige Spalte, bei denen die Wölbung nach außen zeigt. Eine Radiuslinie durch den Scheitel der Wölbung stellt zumindest für einen Teilbereich der Spalte 20 eine Symmetrieachse dar.
Die vorgelagerten Spalte 21 haben die Form eines Winkels.dessen Öffnung den ersten Spalten 6 zugewandt ist, Fig.25. Eine Radiuslinie durch den Winkelscheitel stellt zumindest für einen Teilbereich der Winkelschenkel eine Symmetrieachse dar. An Stelle gekrümmter oder winkelförmiger Abschirmspalte 20 bzw. 21 sind auch - nicht dargestellte - entlang einer Geraden verlaufende Spalte verwendbar, die im Bodenbereich vor dem ersten Spalt 6 zwischen zwei Vorsprüngen 8 und dem Stromanschlußstück 2 liegen.
Auf der freien Stirnseite der Schalenwand 4 lagert eine takt- und Elektrodenscheibe 5, Fig.26, die von einem - nicht dargestellten - im wesentlichen scheibenförmigen, aus elektrisch
schlecht leitendem oder isolierendem Material bestehendem Körper gestützt wird. Zwischen dem an den ersten Spalt 6 radial anschließenden Spalt 71 und dem vorangehenden ersten Spalt 6 ergibt sich ein Vorsprung 8 im Schalenboden: Daran schließt ein- seitig ein Windungsabschnitt 9 an. Damit sich bei der Anströmung dieses Windungsabschnitts aus dem Schalenboden im Bodenvorsprung eine ausreichend große azimutale Strömung s komponente ausbilden kann, beträgt die maximale azimutale Erstreckung des Bodenvorsprungs 8 rund das Dreifache der radialen Erstreckung des an- schließenden Windungsabschnitts 9.
Im folgenden wird die Erfindung in Weiterbildungen anhand der Zeichnungen von Ausführungsbeispielen in den Figuren 27 bis 37 näher erläutert; Anmeldung 195 18 233.2. Von deren Bezugszeichen machen die Ansprüche 20 bis 24 Gebrauch. Es zeigen:
Fig.27: Schaltstück in Schnittansicht B - B gemäß Fig.29; Umlaufspalt im Schalenboden mit seitlichen Begrenzungsflachen parallel zur Schaltstückachse.
Fig.28: Draufsicht auf Schnitt A - A des Schaltstücks gemäß Fig.27.
Fig.29: Draufsicht auf Schaltstück nach Fig.27, ungeschnitten.
Fig.30: Schaltstück nach Fig.27 mit Kontakt- und Stutzkorper.
Fig.31: Draufsicht auf Schaltstück nach Fig.30.
Fig.32: Ansicht des Schaltstücks nach Fig.30, ungeschnitten.
Fig.33: Schaltstück in Schnittansicht B - B nach Fig.35; Umlaufspalt
im Schalenboden mit seitlichen Begrenzungsflächen geneigt zur
Schaltstückachse.
Fig.34: Draufsicht auf Schnitt A - A des Schaltstücks nach Fig.33.
Fig.35: Draufsicht auf Schaltstück nach Fig.33, ungeschnitten.
Fig.36: Ansicht des Schaltstücks nach Fig.33 mit Kontaktscheibe.
Fig.37: Draufsicht auf Schaltstück nach Fig.36.
Der Kontaktträger 34 ist bodenseitig mit einem zumindest im Verbindungsbereich hohlzylindrisch ausgebildeten Stromanschlußstück 2 verbunden. Im Schalenboden 3 ist entlang der Innenseite der Schalenwand 4 ein Spalt 6 geführt, Fig.27, 28, 29. An dessen einem Ende schließt in Richtung zum Stromanschlußstϋck 2, seine Wand im Stirnbereich schneidend, ein gekrümmter Spalt 102 an, der jedoch auch geradlinig ausgeführt sein kann. In einer weiteren, nicht dargestellten Ausführungsvariante ist dieser Spalt 102 nur im Stirnbereich des Stromanschlußstücks angeordnet.
Am anderen Ende des Spalts 6 schließt weiterhin im Schalenboden 3 und etwa tangential ein zweiter Spalt 7 an, der sich bis zum äußeren Umfang des Schalenbodens erstreckt, Fig. 28. Entlang der Außenseite des Spalts 7 schließt ein in der Schalenwand 4 unmittelbar über dem Schalenboden 3 geführter dritter Spalt 100 an, der bis zum äußeren Umfang reicht und dann in Umfangrichtung bis etwa zum Endbereich des vorausgehenden ersten Spalts 6 verläuft, Fig.27, 28. Dort schließt ein vierter Spalt 101 an, der an der Stirnseite der Schalenwand entlang einer Radiuslinie zum Vorschein kommt, Fig. 29, 32. In den Zeichnungen ist der Spalt 101 entlang einer zur Schaltstückachse parallelen Ebene geführt, so daß sich ein stufenförmiger Übergang vom Schalenboden 3 zur Stirnseite der Schalenwand 4 ergibt, Fig.32. In einer nicht dargestellten Ausführungsvariante läßt sich dieser Übergang auch etwa rampenförmig, also schräg zur Schaltstückachse verlaufend gestalten. Dabei ergibt sich auch eine Überdeckung des Endbereichs eines Windungsabschnitts 103 mit dem Übergangsbereich 106 eines vorausgehenden Windungsabschnitts 103. Diese systematische Aufeinanderfolge der Spalte 6, 7 im Boden 3 und 100, 101 in der Wand 4 der Schale 34 ergibt einen Windungsabschnitt 103 mit zwei Bereichen: Der Abschnittsbereich 104 verläuft im Boden, der Abschnittsbereich 105 in der Wand, Fig.27, 32, und der Spalt 102 bewirkt die Anströmung des Abschnittsbereichs 104 bereits mit einer azimutalen Strömungskompunente, Fig.28. Zwischen den Abschnittsbereichen 104 und 105 eines Windungsabschnitts 103 liegt der Übergangsbereich 106. Der Querschnitt des Wandbereichs 105 der Windungsabschnitte 103 soll nicht kleiner sein als etwa 25% des Querschnitts des Bodenbereichs 104. Vorteilhaft kann es sein, wenn der Querschnitt des Wandbereichs 105 mindestens gleich groß ist wie der Querschnitt des Bodenbereichs 104.
Der Schalenkörper 34 enthält vier solcher Windungsabschnitte 103, die vierfach parallelgeschaltet sind. Dabei überlappt der Wandbereich 105 eines Windungsabschnitts 103 jeweils den Bodenbereich 104 eines vorausgehenden Windungsabschnitts 103, Fig.32. Das Ausmaß dieser Überlappung hängt von der Ortswahl für den Spalt 101 ab und ist somit justierbar. In der Gesamtheit ergeben sich durch die vier je eine Ebene in Wand und Boden der Schale besetzenden Bereiche der vier Windungsabschnitte 103 in relativ guter Näherung zwei Vollkreiswindungen; durch eine jede fließt
ein Viertel des Gesamtstroms der Kontaktanordnung. Resultierend fließt entlang des Umfangbereichs der Schale 34 ein magnetfelderzeugender Ringstrom mit einem Maximalwert gleich dem halben Nenn- Kurzschlußausschaltstrom der Kontaktanordnung.
Auf der Stirnseite der Schalenwand 4 liegt die Kontakt- und Elektrodenscheibe 107 an, Fig.30, 31, 32; sie ist als Kreisringscheibe ausgebildet und weist radiale Spalte 108 zur Wirbelstromdampfung auf. Der metallische Werkstoff der Kontakt- und Elektrodenscheibe 107 hat gegenüber dem elektrisch gut leitendem Kupfer zumindest teilweise eine kleinere elektrische Leitfähigkeit. Zu diesem Zweck kann ein erheblicher Chrom-Anteil vorteilhaft sein, z.B. Chrom/Kupfer zu mindestens 75/25 Teilen. Dabei können sich die radialen Spalte in der Kontakt- und Elektrodenscheibe erübrigen. Vorteilhaft kann es auch sein, die Kontakt- und Elektrodenscheibe durch voneinander getrennte allgemein segmentförmige
Korper dartzstellen. Als Stütze der Kontakt- und Elektrodenscheibe 107 dient ein allgemein scheibenförmiger Korper 108, der auch den Wandbereich 105 der Windungsabschnitte 103 abstützt, Fig.33. Dieser Stützkörper besteht aus einem keramischen Material, dessen mechanische Festigkeit eingelagerte jedoch nicht dargestellte Faserstoffe verstarken. Der Stützkörper 109 kann auch aus einer Stahllegierung angefertigt sein, die relativ zu Kupfer eine erheblich kleinere spezifische elektrische Leitfähigkeit aufweαst, wie z.B. rostfreier Stahl.
Eine Überlappung von Übergangsbereich 137 eines Windungsabschnitts 134 und Austrittsbereich aus dem Boden 3 eines vorausgehenden Windungsabschnitts 134 sowohl peripher als auch axial zeigt das folgende Ausführungsbeispiel, Fig.33, 34, 35. Zu diesem Zweck ist der erste Spalt 130 zumindest auf einem Teil seiner Länge seitlich durch Wände begrenzt, die gegenüber der Schaltstückachse auswärts geneigt sind. Diese Neigung der Spaltwande entlang des Spalts 130 nimmt bis zum Erreichen der Außenseite des Schalenbodens 3 zu und bleibt anschließend konstant, Fig.34. Am Ende des Spalts 130 trennt ein Spalt 131 den Bodenbereich 135 des Windungsabschnitts 134 vom Schalenboden 3, Fig.34. Dieser zweite Spalt 131 verläuft innenseitig entlang der innenseitigen schrägen Wand des ersten Spalts 130 und weiter in Richtung zum äußeren Umfang des Schalenbodens 3 im wesentlichen entlang einer
Radiuslinie. Der Übergang zum vorausgehenden Austrittsbereich aus dem Schalenboden des Windungsabschnitts 134 erfolgt demnach in einer Stufe mit Dreiecksprofil, Fig.34. In einer nicht dargestellten Ausfϋhrungsvariante kann dieser Übergang durch einen entlang einer schrägen Ebene geführten Spalt auch rampenförmig gestaltet sein. Ein anschließender in der Schalenwand 4 über dem Schalenboden 3 verlaufender dritter Spalt 132 läßt den Wandbereich 136 des Windungsabschnitts 134 entstehen, Fig.33, 36. Die völlige Trennung der Enden der Windungsbereiche 136 von der Schalenwand 4 bewirkt ein vierter Spalt 133, Fig.35, 36. Auch dieser Trennspalt ist entlang einer radialen Ebene geführt. Eine Führung des Trennspalts 133 entlang einer zur Schaltstückachse geneigten Ebene ermöglicht einen rampenförmigen Übergang, was jedoch nicht mehr dargestellt ist. Der als Kreisringscheibe ohne Spalte ausgeführte Kontakt- und Elektrodenkörper 138, Fig.32 lagert auf der Stirnfläche der Wandbereiche 136 der Windungsabschnitte 134, Fig.36. Hinsichtlich weiterer möglicher Ausführungsformen des Kontaktund und El e k tro d en k örpers 138 und des dafür zu verwendenden Materials sei auf die Beschreibung des Kontakt- und Elektrodenkörpers 107, Fig.30, 31 verwiesen. Das gleiche gilt für den Stützkörper 139, der nicht mehr dargestellt ist.