WO2014094724A1 - Contact system for compensating arc contraction in power switches - Google Patents

Contact system for compensating arc contraction in power switches Download PDF

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WO2014094724A1
WO2014094724A1 PCT/DE2013/000824 DE2013000824W WO2014094724A1 WO 2014094724 A1 WO2014094724 A1 WO 2014094724A1 DE 2013000824 W DE2013000824 W DE 2013000824W WO 2014094724 A1 WO2014094724 A1 WO 2014094724A1
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WO
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contact
disc
magnetic field
slots
coils
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Application number
PCT/DE2013/000824
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German (de)
French (fr)
Inventor
Jochen KUCKUCK
Original Assignee
Kuckuck Jochen
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Publication date
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    • HELECTRICITY
    • H01ELECTRIC ELEMENTS
    • H01HELECTRIC SWITCHES; RELAYS; SELECTORS; EMERGENCY PROTECTIVE DEVICES
    • H01H33/00High-tension or heavy-current switches with arc-extinguishing or arc-preventing means
    • H01H33/60Switches wherein the means for extinguishing or preventing the arc do not include separate means for obtaining or increasing flow of arc-extinguishing fluid
    • H01H33/66Vacuum switches
    • H01H33/664Contacts; Arc-extinguishing means, e.g. arcing rings
    • H01H33/6642Contacts; 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
    • HELECTRICITY
    • H01ELECTRIC ELEMENTS
    • H01HELECTRIC SWITCHES; RELAYS; SELECTORS; EMERGENCY PROTECTIVE DEVICES
    • H01H33/00High-tension or heavy-current switches with arc-extinguishing or arc-preventing means
    • H01H33/60Switches wherein the means for extinguishing or preventing the arc do not include separate means for obtaining or increasing flow of arc-extinguishing fluid
    • H01H33/66Vacuum switches
    • H01H33/664Contacts; Arc-extinguishing means, e.g. arcing rings
    • H01H33/6643Contacts; Arc-extinguishing means, e.g. arcing rings having disc-shaped contacts subdivided in petal-like segments, e.g. by helical grooves
    • HELECTRICITY
    • H01ELECTRIC ELEMENTS
    • H01HELECTRIC SWITCHES; RELAYS; SELECTORS; EMERGENCY PROTECTIVE DEVICES
    • H01H33/00High-tension or heavy-current switches with arc-extinguishing or arc-preventing means
    • H01H33/60Switches wherein the means for extinguishing or preventing the arc do not include separate means for obtaining or increasing flow of arc-extinguishing fluid
    • H01H33/66Vacuum switches
    • H01H33/664Contacts; Arc-extinguishing means, e.g. arcing rings
    • H01H33/6644Contacts; Arc-extinguishing means, e.g. arcing rings having coil-like electrical connections between contact rod and the proper contact

Definitions

  • the present invention relates to a contact system for closing and opening electrical circuits with a circuit breaker comprising at least two connecting bolts, which are each connected to at least two contact bodies and wherein the contact bodies are formed as coils and each operatively connected to at least one contact disc and the contact discs have helical slits as a continuation of the trained in the contact bodies spool turns for generating an axial magnetic field at applied voltage.
  • Switches are used to close and open electrical circuits.
  • power switches In power distribution and transmission networks, power switches are used which must reliably switch on and off large currents (in particular fault and short-circuit currents) of several kilo-amps and voltages of several kilovolts.
  • the so-called switching chamber of the switch there are usually a movable and a fixed contact, which are arranged opposite each other. It can but also be pre-arranged several contacts in the switching chamber and the two opposing contacts or a plurality of contact pairs to be designed to be movable. These contacts form the breaker unit of the circuit breaker and move towards each other when the switch closes, or when opened again, move away. Usually the opening and closing happens in the installation position in the axial direction.
  • the switching chamber is preferably evacuated to vacuum and usually sealed with a metallic bellows against the surrounding atmosphere safely.
  • the switching chamber is tube-like and the stroke of the bz.
  • the contacts are transferred by rods to the movable switch contacts.
  • the lifting movement to the movable switching contact and at the same time to maintain the vacuum or other insulating medium, such as oil or inert gas, and at the same time to keep the switching chamber hermetically sealed.
  • the most heavily used components of a circuit breaker are the switching contacts, as they are exposed by the arc of a very high thermal load.
  • the contacts are usually made of a copper carrier, the contact body and a erosion-resistant area, the contact disk, from the most commonly used sintered copper-chromium for the Arc together. Due to the geometric design of the contact systems, consisting of contact body and contact discs and the material selection of its component contribute to the switching arc and thus the switching process as such to dominate.
  • radial magnetic field contact systems RMF
  • axial magnetic field contact systems AMF
  • radial magnetic field contacts a radial magnetic field is generated by the arc itself. The superimposed is an additional magnetic field, which drives the arc in its contracted form with the highest possible rotational speed over the contact surface of the contact disc.
  • disc-shaped slotted contact discs are known from DE 19851965 A1 and DE 19738195 C2, and from DE 2934341 C2, disc-shaped contact discs are known.
  • a disadvantage of these devices is a relatively slow rotational speed and a relatively high thermal load.
  • the power connection on the contact body is usually fastened in the middle and on the underside of the contact disk.
  • a contact disc should always be mirrored and connected to a power connector, otherwise no arc driving magnetic field is generated.
  • the known contact systems for closing and opening electrical circuits with a circuit breaker have indeed proven to be reliable, but have the disadvantage that their service life is relatively low due to the relatively high wear.
  • the contracted arc generated during switching operations produces strong local heating on and on the contact surfaces of the contact disks, which is associated with a significant release of metal vapor or metal vapor plasma, which in turn limits the dielectric counteractivation of the contact gap. This also limits the amount of safe turn-off current.
  • the current flowing in the contact disks is forced through the straight slots in the contact disks into an unnatural shape, which adversely affects the behavior of the arc.
  • the Kathodenfuß as well as the anode points of the anode of the example burning in a vacuum arc remain hanging on the straight slots and cause in these areas an extremely strong local thermal stress, which is also associated with a significant release of metal vapor. In addition to the reduced recompression of the switching path, this also additionally leads to increased wear of the contact disks or of the entire contact system, which ultimately considerably shortens the service life of such switches. Furthermore, the eddy currents induced in the contact surfaces of conventional contact systems are not sufficiently suppressed, which has a negative effect on the switching properties of the entire contact system.
  • the coil and the slots of the contact disc are formed as one or more spirals, which form a curve shape or a surface shape, which is about a point or an axis of the coil or the contact disk extends around and / or approaches depending on the direction of rotation from this point or from this axis, wherein the coils of the contact disk produce magnetic fields and in a Maisidenan- order with an axial resulting magnetic field, the axial magnetic field is increased with increasing contraction of the arc or in a contact disk arrangement for generating radial magnetic fields, the radial magnetic field component with increasing distance of the arc from the power connection of the coil or the contact disc, the arc is forced to the circulation compelling radial magnetic field, so that the arc a natural harmonic spiral track rolls outwards.
  • a contact system for circuit breaker with coils is provided with which an axial magnetic field can be generated, and which increases with increasing contraction of the arc and thus compensates for the resulting in a switching action arc in its contraction itself.
  • the eddy currents are suppressed much stronger with the contact discs according to the invention. Therefore, the present invention has significantly better properties in their work as the contact systems with the previously known contact discs.
  • the axial magnetic field can be so greatly increased or generated by the measures of the present invention with increasing contraction of the arc, so that contact discs according to the invention with their coils to a novel new way to safely control the switching arc in the circuit breaker (preferably in the vacuum circuit breaker ) leads.
  • coils are formed in contact disks or contact disks are formed as coils. Conversely, this leads to the fact that the coils in contact discs or contact discs can be used as coils or coils as contact discs.
  • the invention thus relates to coils in the form of spirals in contact discs.
  • the coils of the contact discs generate magnetic fields, and in a contact disc assembly with an axial resulting magnetic field, the axial magnetic field can be increased with increasing contraction of the arc or in a proposed contact disc assembly for generating radial magnetic fields, the radia- le magnetic field component with increasing distance of the arc from the power supply Coils or contact disc, which can increase the arc to the orbiting radial magnetic field.
  • the radius of the coils for the coil or for the contact disc as a logarithmic spiral after the
  • Equation can be calculated. It is e
  • the parameters a and b represent arbitrary real, imaginary, real, complex, transformed, modified ones, or they can take other numbers. Preferably, however, real numbers are used (all amounts of numbers / numbers and fractions from minus infinity to plus infinity). It proves to be good to use amounts less than 100, better still less 25, and especially well less than ten.
  • the encircling angle ⁇ can also be any real, imaginary, real, complex, transfor- assume modified, modified or other numbers. Preferably, however, real numbers are used (all amounts of numbers and fractions from minus infinity to plus infinity).
  • the angle ⁇ runs from minus infinity, preferably zero to infinity - depending on how big the spiral is.
  • a special form of the logarithmic spiral is the golden spiral (also known as Fibonacci spiral), which occurs naturally in the natural growth of, for example, some snail shells, the human auricle or sunflowers.
  • the following values are assigned to the parameters from formula [1]:
  • angle ⁇ P is defined as in the formula [1] and basically runs from zero to infinity, depending on how large the spiral is. Will now one of these spirals around the
  • the angle sum is like the circle 360 °.
  • spiralslot and / or coil there must be at least one spiral (slot and / or coil) in the contact disc in the contact discs according to the invention.
  • the lengths of the slots and / or coils (spirals) can be performed arbitrarily.
  • this slot or coil arrangement is suitable for any contact disc size with any diameter of the contact disc.
  • the contact discs may be round, oval, elliptical or polygonal, but round contact discs are the preferred variant.
  • the resulting contact disc results in one or more coils or coil-shaped turns from the outside to the center of the contact disc.
  • one or more coils or slots may be present in the contact disk. That is, the displacement angle ⁇ can be arbitrarily changed, but a symmetrical displacement and thus symmetrical arrangement of the coils or slots in the contact disc is recommended.
  • the contact disks or contact surfaces can be provided once with five and once with six coils or slots.
  • the spiral of the coil and the slots of the contact disk are formed as logarithmic spirals.
  • the origin of the spirals and / or slots can be freely selected by a point, an axis or by a body on or in the contact disk or on or in the contact body, the resulting shape representing the difference to its surroundings becomes.
  • the contact disc is round, oval, elliptical or polygonal. It is envisaged that the spiral of the contact body and / or the slots of the contact disk holes of different diameters and shapes, Crystalschlitzumblen, slot sections, Lochschlitzplexn have along the spirals or the Slit in continuous or interrupted form and in different lengths and in size and width are formed.
  • the cross section of the contact disc and the cross section of the coil decreases, remains the same or increases.
  • the contact disk is associated with a centrally arranged increase.
  • a hole is arranged, which is designed such that it can serve to produce a contact disk ring. Furthermore, depending on the number of turns and thus the length of the coil, the spiral and the slots of the contact disk, the strength of the field that can be generated can be determined.
  • each paired contact discs and the associated coils can be connected to each other by a current-carrying arc.
  • the contact disks facing each other form a Helmholtz coil, which generate an axial magnetic field when the voltage is applied accordingly.
  • the length of the current path of the contact disc and the length of the Helmholtz coil and thus also the number of turns of the coil increase, thereby increasing the axial Magnetic field can be increased with increasing contraction of the arc.
  • the magnetic field which compels the arc to circulate on the contact disk is a radial magnetic field, a Maxwell coil being formed by the contact disks standing opposite one another.
  • the contact system can be designed as a radial-axial magnetic field contact system (RAMF), which consists of a contact body producing a radial magnetic field as a current connection for the contact disk and a contact disk producing an axial magnetic field, the contact disk thus contacting the contact body is attached, that the slots of the contact body in which the contact disc are formed opening.
  • RAMF radial-axial magnetic field contact system
  • the contact system as an axial-radial magnetic field contact system (ARMF) is formed, which consists of a axialmagnetfelder- generating contact body as a power connection for the contact disc and a radialmagnetfeldinder contact disc, wherein the contact disc is secured to the contact body, that the slots of the con- in which the contact disc are arranged opening.
  • ARMF axial-radial magnetic field contact system
  • the axial magnetic field is generated via the coil and windings of the contact disk and further consists of more than one contact disk, at least one connecting piece and a connecting bolt, wherein the connecting pieces can also be formed from spiral tracks.
  • connections of capacitors are provided in the contact systems, which serve for reactive power compensation.
  • the contact disc and the coil can be milled, bent or stamped or molded integrally with a corresponding shape.
  • the contact system in a circuit breaker, or a circuit breaker, or a circuit breaker, or a grounding switch, or a grounding disconnector, or a circuit breaker or a circuit breaker, or a fuse switch disconnector, or a circuit breaker or a main switch, or a switch and button be installed.
  • Figure 1 shows the three-dimensional representation of two
  • Figure 2 is a plan view and side view of a contact disc having helical slots and helical coils
  • Figure 3 is a plan view of a contact disc with four spiral slots of Figure 1, with different lengths;
  • FIG. 4 is a plan view of a contact disk with four spiral slots of different lengths and four coils designed as transition slots;
  • Figure 5 is a plan view of a contact disc with four spiral slots of different lengths of Figure 4, with rounded and angled transition slots;
  • Figure 6 is a plan view of a contact disc of Figure 4, with two coil slots after a Fermat spiral;
  • FIG. 7 shows a plan view of a contact disk according to FIG. 4, with six angular spiral slots of different lengths and different lengths of the straight slot sections and coils;
  • FIG. 8 shows the plan view of a contact disk according to FIG. 4, with six rounded, angular spiral slots of different shape
  • FIG. 9 the top view and side view of a
  • Figure 10 is a plan view and sectional view of a contact wafer having holes along the spirals and coils;
  • Figure 11 is a plan view of a contact disc with partial sections of spiral, as
  • Figure 12 is a plan view of a contact disc with helical, formed as slots coils of different lengths and different origins of the spirals.
  • Figure 13 is a plan view of a contact disc having helical slots formed as slots and a central hole and resulting contact disc ring;
  • FIG. 14 is a three-dimensional view of an open, two-stage contact system in plan view and side view, consisting of four contact disks with coils, two connecting pieces, a connecting bolt and a connecting bolt;
  • Figure 15 is a three-dimensional view of a one-half contact disc assembly, in the non-closed state of the switch, partially cut away;
  • FIG. 16 shows the plan view of a contact disk, with the spiral-shaped coils superimposed sine.
  • FIG. 1 shows a three-dimensional representation of two contact disks 1 with the switch open with helical slots 2 in the contact disc 1 after a so-called. Golden spiral and power connections 4.
  • the slots 2 in the contact disc 1 form coils 3, between which an arc can burn. When a voltage is applied, the coils can be
  • the slits 2 follow a logarithmic spiral, which is an omnipresent form in nature.
  • e * 2,718 ... (Euler's number e) and a and b are parameters that can take on any real, imaginary, real, complex, transformed, modified, or other number.
  • real numbers and fractions from minus infinity to plus infinity are to be used. It is good to use amounts less than 100, better still less than 25, and especially well below 10.
  • the encircling angle can also assume any real, imaginary, real, complex, transformed, modified or other numbers. Also preferred are real numbers and fractions from minus infinity to plus infinity become.
  • the angle ® runs from minus infinity, preferably from zero to infinity, depending on how big the spiral should be.
  • a special form of the logarithmic spiral is the golden spiral, also known as Fibonacci spiral, which occurs naturally in the natural growth of, for example, some snail shells, the human auricle or sunflower.
  • the following values are assigned to the parameters from function 1:
  • angle ⁇ is defined as in formula [1] and basically runs from zero to infinity, depending on how big the spiral is. Will now one of these spirals around the
  • Angle ⁇ shifted or rotated, resulting in several spirals, each offset by the angle. Since the sum of the angles of a circle is 360 °, four golden spirals make a symmetrical arrangement. This arrangement of spirals can be found on a contact disk 1 in the coils 3, which are formed by the slots 2 in the contact disks 1.
  • the material thickness X and the diameter D of a contact disc 1 is freely selectable.
  • the contact disks 1 there is at least one spiral slot 2 which, in turn, forms a coil 3.
  • the lengths of the slot 2 or the coil 3 can be designed arbitrarily.
  • the slot 2 of the spiral would theoretically run to its center, ie the zero point of the origin of the spiral on the contact disk 1.
  • the slots 2 and the coils 3 should only have a certain radius in order to be able to ensure sufficient mechanical stability in the center Z 'of the contact disk 1.
  • the slots 2 can theoretically grow into coils 3 to infinity, this slot or coil arrangement is suitable for any contact disk size.
  • the contact discs may be round, oval, elliptical or polygonal, but round contact discs are the preferred variant.
  • the resulting contact disk 1 results in one or more coils 3 or coil-shaped winding from radially outside to the center Z 'of the contact disk 1, as shown in Figures 1 and 2.
  • one or more slots 2 or coils 3 may be provided in a contact disk 1. That is, the displacement angle ⁇ can be changed arbitrarily, but a symmetrical displacement and thus symmetrical arrangement of the slots 2 or coils 3 in the contact disk 1 is recommended.
  • FIG. 2 shows by way of example the plan view and the side view of a contact disk 1 with six equally long slots 2 and coils 3. However, the slots 2 are made somewhat wider, where D is the diameter and X is the material thickness of the contact disk 1.
  • a circuit breaker In a circuit breaker are parallel two contact discs 1 as possible opposite in a Vakuumsehaltproving, or vacuum tube, not shown.
  • the one or more power connections 4 of the contact - discs 1 are at the outer edge, preferably on the underside of the contact discs 1, attached.
  • FIG. 1 further shows the power connections 4 and 4a at the contact disks 1 and 1a.
  • the power connections 4 and 4a are preferably connected to the coils 3 and 3a of the contact disks 1 and la, respectively.
  • slotted axial magnetic field contact bodies for vacuum circuit breakers can be used well as power connection 4 or 4a for the contact disks 1 or 1a.
  • the contact lenses 1, 1a according to the invention are preferred - so attached to the pot-shaped contact bodies 13 and 13a, that the slots of the contact discs preferably in the slots 2, 2a of the contact body 13, 13a open.
  • spiral-shaped slots 2 and 2a or coils 3 and 3a in the contact disc 1 and 1a produced by the invention thus lengthen the coils 3 and 3a of the contact bodies 13 and 13a in the same direction of rotation. But it can also be other contact body than power connector 4 for the contact discs 1 and la and coils 3, 3a use well.
  • one or more contact disks 1 according to the invention may face one another or a plurality of contact disks 1 arranged correspondingly. Preferably, however, is always a contact disk 1 with a correspondingly different contact disk la opposite.
  • the chamber or tube in which the contact discs 1, 1a face each other can be filled with normal air consisting mostly of nitrogen, with other insulating gases, e.g. Sulfur hexafluoride or with liquids, such as insulating oil to be filled.
  • gases or liquids can be arbitrary; A pressure of less than 500 bar is recommended.
  • the contact discs 1, la are in a vacuum interrupter chamber or vacuum tube.
  • the pressure that vacuum should be as small as possible and a value of about 10 "not exceed 2 mbar.
  • the contact discs 1 and la are in the closed state of the switch preferably on the entire contact surfaces 14 and 14a which form the surfaces 15 and 15a of the contact discs 1 and la; they carry a AC and / or DC.
  • the contact discs 1 and 1a or the coils 3 are preferably located and 3a in the closed state of the switch as flush as possible above each other.
  • an arc arises (contact separation of the switch), which contracts with increasing current intensity on the center Z 'of the contact surface 14 and 14a or between the contact disks 1 and 1a (pinch effect).
  • the coils 3 and 3a can be regarded as current path lines of the contact discs 1, la.
  • the coils 3 and 3a are thereby extended because the current path to the center Z 'of the contact discs 1 and la is predetermined by the coil shape.
  • the magnetic field increases with increasing contraction of an arc which virtually connects the coils 3 and 3a of the contact disks 1 and 1a.
  • the number of turns of the coils 3 and 3a is quasi added, whereby the magnetic fields are superimposed.
  • the switching gap 16 of the contact discs 1, la is formed parallel to the arc (not shown), an axial magnetic field, which keeps the arc diffused.
  • the axial magnetic field increases with increasing contraction of the arc, so that this compensates itself in its contraction and thereby significantly better switching properties for the switch and the wear of contact discs 1, la according to the invention-providing switches is substantially reduced.
  • Coils are defined in physics, inter alia, as windings, which can generate or detect a magnetic field.
  • longer coils or spirals (greater number of turns of the coil) of the contact disk produce a stronger magnetic field than short ones. Therefore, the highest possible number of turns is recommended in order to generate the highest possible magnetic field.
  • the cross section of the coils 3 and 3a to the center Z 'of the contact discs 1 and la decreases, the current density to the center Z' is greater, which additionally affects the axial magnetic field to the center Z 'of the contact discs 1 and la positive.
  • the magnetic field at the edge 17 of the contact disks 1 and la substantially increased.
  • the material thickness X of the contact discs 1 and la is arbitrary, however, the mechanical strength and the thermal relief of the contact discs with thicker contact discs better than thin. In principle, the material thickness should be greater than the diameter D of the contact disks 1 and la.
  • the material used for the contact disks 1 and 1 a or coils 3 and 3 a according to the invention is suitable materials.
  • suitable materials preferably mechanically strong, electrically and thermally well conductive and erosion resistant materials such as copper, chromium, iron, carbon, stainless steel, tungsten, aluminum, titanium, gold, silver, beryllium, cadmium, lead, gallium, iridium, potassium, Cobalt, lithium, magnesium, sodium, manganese, nickel, osmium, palladium, platinum, strontium, tantalum, thallium, uranium, zinc, tin or molybdenum, etc., as well but not exclusively suitable. These materials can also be mixed as desired.
  • contact disks made of sintered copper-chromium, silver-tungsten or copper-tungsten in any mixing ratios.
  • the materials mentioned apply to contact disks 1 and 1a and coils 3 and 3a relating to this invention, connectors 9, electrical connections 4 and connecting bolts 10 and are referred to as material pool M1 in this invention, as shown in an overview in FIG. 14 and FIG is shown. In these figures, the same features have been provided with the same reference numerals for clarity.
  • the Kathodenfuß can form and spread evenly on the contact surfaces 14 and 14a. They are not prevented in their way from the inside to the outside of the contact surface by straight slots, but can roll on a natural harmonic spiral track to the outside. Since the material width of the contact discs 1 and la or coils 3 and 3a inside is smaller than the outside, where the current density is higher and thus the arc outward driving force is greater.
  • the slots 2 and 2a of the contact discs 1 and la are long according to the invention by the selected spiral shape, the eddy currents, which could be induced by the contact bodies 13 and 13a in the contact discs 1 and la, significantly reduced. This also means that the phase shift of the current and the magnetic field of the contact system is substantially reduced and thus has significantly improved switching properties for a switch provided with the contact disks 1 and 1a.
  • the shape of the spiral can be arbitrary be changed.
  • a transition section 5 may be present at the entrance of the slots 2 or coils 3 at the outer edge of the contact disc.
  • Such a slot arrangement with, for example, four slots 2 and four transition slot distances 5 is shown in FIG.
  • these transition slot sections 5 are each radially from the outer edge of the contact disk 1 to the center Z ', the zero point of the coordinate system of the spiral executed.
  • the pitch, bend, length and number of these transition slot sections 5 can also be arbitrary and be used for all this invention spiral slot arrangements 2 in contact discs 1 and contact - disc sizes.
  • FIG. 1 An exemplary representation of this coil or slot arrangement with rounded transition sections 5 or steeper entry angles from the outside into the contact disk is shown in FIG.
  • FIG. 6 shows the plan view of a contact wafer 1 with a corresponding coil or slot arrangement.
  • the negative spiral is shifted by 180 ° to the positive.
  • the material width that is, the cross section of the coil 3 is from outside to inside, i. to the center of the contact disc 1, larger.
  • the current density in the outer or edge region of the contact disk 1 or coil 3 is increased, which specifically significantly strengthens the magnetic field in the edge region of the contact system.
  • spiral 3 or slots 2 for the contact discs 1 is e.g. the Archimedean spiral well suited to the formula / function:
  • n the exponent of the circumferential angle ⁇ . If n is greater than one, this spiral is similar to the logarithmic spiral.
  • Another coil which is well suited for the coils 3 / slots 2 of the contact discs 1 is the hyperbolic coil, which is defined by the formula can be calculated.
  • Another spiral is the Lituus spiral, which deals with the formula describe, and are well suited for the slotted versions 2 and 3 coils in the contact discs 1.
  • a and ⁇ are defined as in the formula [1], where r is the radius of the spiral or coil 3, respectively.
  • the exponent n as well as m in the corresponding formulas can also assume arbitrary and different real, imaginary, transformed, modified or other numbers. However, real numbers are preferably used, with all amounts of numbers and fractions being from minus infinity to plus infinity. Again, it proves to be good to use an amount less than 100, better still less 25 and especially well less than ten.
  • the shape of the slots or coil can be changed arbitrarily. This makes the shape, size and pitch of the spiral steeper or flatter, depending on how much the spiral grows, so that all possible one, two, three or more dimensional spirals (also freehand or with elliptical and / or circular or other constructed spirals) in the one, two, three or more dimensional coordinate system are included to produce coils 3 in contact discs 1 ,. However, it is recommended to use the specified formulas or functions for calculation or design.
  • the slots or coils can be designed to be harmonious or angular, but harmonic trained slots and thus harmoniously formed coils are preferred but not exclusively used.
  • FIG. 7 the plan view of a round contact disc 1 with six angular slots 2 or coils 3 is shown.
  • the length of the straight rows The distances which form the angular slots 2 or coils 3 are arbitrary, so that in certain regions of the contact disk 1, the cross section of the material, ie the cross section of the coil 3 or the contact disk 1, is specifically tapered and / or can be increased at our site.
  • the current density in specific regions of the contact disk 1 can be influenced in a targeted manner, so that the size of the magnetic fields resulting from the contact disks 1 or coils 3 can be selectively controlled and influenced in certain areas of the contact disk 1 and thus also in the switching gap 16 of the switch ,
  • the edges or corners of these angular coils 3 or slots 2 can also be rounded off, as shown in FIG.
  • the number, lengths, shapes (angular or edged or harmonious) and sizes of the coils (coils or slots) of the contact disk 1 can be arbitrary.
  • the width of the slots 2 and the coil 3 is arbitrary.
  • the exemplified contact discs with coils 3 or slots 2 with the selected parameters are exceptionally good, but not exclusively suitable.
  • the width of the slots of the contact disc should not be wider than 30% of the diameter of the contact disc.
  • the width of the slots 2 also depend on the safely switched on and off currents and voltages of the switch.
  • All contact disks with spiral coils or slot designs according to the invention may have one or more transition slot sections 5.
  • the coils 3 and slots 2 can be offset, moved or rotated as desired with the displacement angle ⁇ .
  • the zero point of the coordinate system as the origin of the spirals and thus the slots 2 and 2a in the contact disc 1 and la is freely selectable.
  • the coils 3 may have a right and / or a left direction of rotation. It is only important that when facing the contact discs 1, la, they face each other so that an axial magnetic field can be generated.
  • the material thickness of the contact disk over the entire surface is the same. However, in order to achieve a targeted ignition of the arc at the center 12 of the contact disk 1 in the separation of the contact surfaces, the center 12 of the contact disk 1 may be formed increased.
  • the side view and top view of such a contact disk 1 is shown in FIG. Since the diameter D of the contact disk 1 is arbitrary, depending on which current and voltage range the contact disk is to be used, the dimensions for the material thickness X, the increase Y and the diameter Z of the increase Y are arbitrarily variable. In principle, the increase Y of the contact disk 1 should not be greater than the diameter D of the contact disk 1. It proves to be advantageous that the increase Y should be relatively small but larger than the material thickness X of the contact disk 1. It is proposed to choose the increase Y of 1.1 to five times the measure of the material thickness X of the contact disk 1. The diameter Z of the increase Y is dependent on the intended rated current carrying capacity or the continuous current carrying capacity of the contacts.
  • the Raising Y can be round, oval, polygonal or configured in any other form, but it is preferred for the profile of the outer profile of the contact disc 1 is taken. Also, the edges 18 of the contact disc
  • the radius of the increase Y is freely selectable. In principle, the radius of the increase Y should not be greater than the diameter D of the contact disk 1.
  • the side profile of the contact disk 1 can also be designed as a Rogowski profile, as a partially round, teilkugel-, teilellipticians-, teilparabelförmiges, produced with other mathematical functions or formulas and / or another profile.
  • the contact discs are preferably flat and / or provided with an increase.
  • the contact discs 1 and 1a may e.g. be bent or pressed or punched into the appropriate shape, or be made of a solid piece.
  • the bent or pressed or punched variant (bent elevation) is recommended. This means that in the bent or pressed or stamped form, the material thickness of the contact disks 1 and 1a is the same everywhere, despite the increase Y.
  • the workpieces serve as stamps for the bending, punching or pressing device for the contact disks to be manufactured.
  • the increase Y of the contact disk 1 or the contact disk 1 without an increase can be achieved by an insulator below the elevation or below the Kon ⁇ To prevent a bending or compression over a long period of time, since the contact discs 1 could bend or compress at several switching operations due to the mechanical stress, as well as the strong heating, as well as the current forces. Therefore, this is not shown arranged relatively centrally under the contact disc 1.
  • the insulator is made of mechanically stable, heat-resistant and electrically very poorly conductive materials. These include, inter alia, various composites, poorly conductive metals, ceramics or glass which are referred to in this invention as material pool M2. In the case of ceramics or glass, connection measures to other materials, in particular to the contact disks, connecting pieces and bolts from material pool M1 are known and tested.
  • the ceramic or glass surfaces can be metallized by screen printing or vapor deposition, so that a soldering with the other workpieces (contact discs, etc.) is possible.
  • All of the invention related edges of the contact discs 1, connectors 9 and bolts 10 may be rounded in shape or half or all round.
  • a contact disk 1 designed with rounded edges as an example has six coils 3 or spiral slots 2, for example.
  • all slit forms 2 or coils 3 of the contact disks 1 relating to the invention can also be realized with holes 6, as shown in FIG.
  • the holes 6 are made along the spirals. These holes 6 may be round, oval, or polygonal and / or threaded, such as a fine thread, a metric thread, or a thread, etc., be procured. However, non-threaded round holes are preferably used to keep manufacturing costs low.
  • the distance of the holes 6 from each other is arbitrary.
  • the diameter and the number of holes 6 in the contact disk 1 are arbitrary.
  • Well but not exclusively suitable are holes with a diameter of 0.1 to 100 mm, better still between 1 and 10 mm.
  • the hole diameter also depends on the current and voltage level of the switch.
  • the contact disc 1 can also be connected to both holes 6 and 2 slits with each other or unconnected. Slots 2 are formed between the holes 6, which connect or not connect the holes with each other but also do not connect. Both embodiments are conceivable and executable in a contact disc 1.
  • self-contained spiral slots may be formed in the contact disks 1 to the holes 6 and / or the holes connected to slots 2.
  • the slits 2 and holes 6 of the invention may be through-holes or through-slits or worked only partially into the material (blind holes and / or blind slits) or other shape, e.g. be wedge-shaped.
  • a form is the difference to its environment.
  • the slots 2 and holes 6 are formed continuously in the contact plates 1.
  • the slots 2 or coils 3 can also be formed only partially, consisting of sections of slots 2 or coils 3, in the contact discs.
  • a running with partial sections of slots 2 KunststoffScheibe 1 is shown in Figure 11. The lengths of the sections are arbitrary.
  • a contact disk 1 with slots 2 or coils 3 of different lengths and different zero points of the respective coordinate system belonging to the spiral, the origin of the spiral or coil has also been shown in FIG.
  • Another exemplary contact disc 1 has different lengths, shapes, directions of rotation, slot 2 (holes, sections, hole slot slots and consistently running slots) with different coordinate systems / origins of the spirals.
  • the longest slot is still made with a transition section 5 at the edge (entry into the contact disk). This slot changes after a certain length, the shape and the sense of rotation of its spiral shape.
  • the slots 2 and 3 coils can be present in any number, size, width, pitch in harmonic or angular shape and length in the contact disc 1, this coil or slot arrangement is universal for all contact disc sizes and any diameter of the contact disc for switches These are particularly suitable for vacuum switches for generating or amplifying a magnetic field, in all current and voltage levels, for DC and AC voltage, for direct and alternating current, with all frequencies and harmonics for all contact strokes ie Contact distances in the open state of the switch, can be used.
  • the contact distance of the opened contact disks 1 depends on the voltage to be switched on and off and the switched currents. Especially good, but not exclusive are the contact discs 1 of the invention for voltages greater than 10 volts and very good for voltages greater than 1000 volts (high voltage VDE) and currents greater than 1 amp and especially good for currents greater than 1000 amps for all types of switches, such as circuit breakers, Load switches, circuit breakers, earthing switches, earthing disconnectors, circuit breakers, switch disconnectors, fuse disconnectors, circuit breakers, circuit breakers, switches and pushbuttons, and switching devices and protective devices, such as relays, contactors, motor protection switches, motor protection relays, circuit breakers, earth leakage circuit breakers, with different operations (such as electromagnetic drives, mechanical Drives, by hand, electrochemical drives, chemical drives, etc.).
  • switches such as circuit breakers, Load switches, circuit breakers, earthing switches, earthing disconnectors, circuit breakers, switch disconnectors, fuse disconnectors, circuit breakers,
  • the contact discs 1 according to the invention can also be used as an axial magnetic field generating contact discs in conjunction with a radial magnetic field generating contact bodies as a power connection. That is, it is proposed to arrange the contact discs as shown in FIG. 6, so that they generate an axial magnetic field, and the power connections (radial magnetic field contact body) generate a radial magnetic field.
  • a diffuse arc generated by the axial magnetic field of the contact disks 1 according to the invention is generated between the contact surfaces, which is simultaneously driven around by the slotted radial magnetic field contact bodies, the power connections for the contact disks, on the contact disk 1 or in the switching gap.
  • the slots of the contact discs 1 in which the contact body open.
  • the contact disks 1 it is proposed to arrange the contact disks 1 according to the invention so that they generate a radial magnetic field, namely a magnetic field which compels the arc to circulate on the contact disk in the switching gap of the circuit breaker.
  • a radial magnetic field namely a magnetic field which compels the arc to circulate on the contact disk in the switching gap of the circuit breaker.
  • the current flows through the coils 3 of the contact disks 1 connected in the opposite direction through the arc, that is to say it has an opposing current flow.
  • the power connection is usually fixed in the middle of the contact disc on the underside thereof, so that the arc moves from the inside to the outside along the slots. It is preferably proposed to attach the or the power connections to the outer edge of the underside of the contact disc.
  • the contact disks 1 or coils 3 according to the invention generate a magnetic field which circumscribes the arc in the switching gap on the contact surface, which is kept diffused by the contact body generating an axial magnetic field.
  • ARMF axial-radial magnetic field contact system
  • the slots 2 and coils 3 of the contact disc 1 produced by the spirals according to the invention produce a substantially stronger radial component than the conventional radial magnetic field contact systems.
  • the created coils 3 or slots 2 are much longer.
  • the rotational speed of the arc on the contact disk 1 is substantially increased, which leads to a greater thermal discharge of the contact system.
  • the switching performance of such contact systems can be significantly increased.
  • FIG. 16 shows, as a further variant, the plan view of a contact disk, with a sine overlying the spiral-shaped coils.
  • the radial magnetic field contact bodies can be attached to the contact disk 1, 1a according to the invention such that the coils 3 and 3a of the contact disks 1 and 1a, the coils 3, 3a extend the contact bodies 13 and 13a, the slots 2 and 2a of the contact disks 1 and la preferably in which the contact bodies 13 and 13a open.
  • the contact disk 1, a hole 7 preferably be associated with a through hole, as shown in Figure 13 in a plan view.
  • the diameter of the hole 7 is arbitrary and depends on the diameter D of the contact disk 1 and their current and voltage parameters.
  • FIG. 13 shows the plan view of such a contact disk 1 with a hole 7 in the center 12 of the contact disk 1.
  • the hole diameter is arbitrary and depends on the diameter of the contact disc as well as its current and voltage parameters. Well, but not exclusively, hole diameters between 2% and 98% of the diameter of the contact disc are suitable. However, the proportions shown in FIG. 13 are good, but not exclusively, with respect to the diameter of the contact disk. suitable.
  • This hole 7 may be present in any position in the contact disc 1 and round, oval, or polygonal and / or with a thread (eg, fine thread, metric thread, inch thread, etc.) be procured.
  • annular contact disc (contact disc ring) is generated.
  • the lengths of the spiral slots 2 and the coils 3 and their shape and designs in the contact disc ring 1 as with the other contact discs with the invention described coils / slots are arbitrarily long.
  • the spiral slots of the contact disc preferably open in the slots of the contact body. Due to the spiral slots induced eddy currents are significantly suppressed in the contact discs. In addition, the arc forced to circulate the magnetic field is further increased and thereby significantly increases the rotational speed of the arc. This results in a thermal relief for the contact system, which allows greater switching performance and has a reduced erosion of the contact discs result.
  • FIG. 14 shows the contact disk 1 in a three-dimensional representation of an open, two-stage contact system consisting of four contact disks 1 with coils 3, two connecting pieces 9 and one connecting bolt 10 and one connecting bolt 8.
  • the same features are given the same reference numerals designated.
  • FIG. 15 shows a three-dimensional one-half-step arrangement of an opened contact system, partially cut away.
  • the contact disks 1 are connected via a respective connecting bolt 10, which is arranged centrally between the contact disks 1, miteinan- the connected.
  • the power connection takes place via the power connections 4 for the coils 3 of the contact disk
  • Figure 16 is a schematic representation of another embodiment of the contact disc 1 according to the invention in a plan view, wherein the spiral used to determine the slots 2 and the coils 3 has been calculated with superimposed sine.

Abstract

A contact system for closing and opening electrical circuits with a power switch comprises at least two connection bolts, each connected to at least two contact components designed as coils and each functionally connected to at least one contact disk, the contact disks having helical slots in continuation of the coil windings formed in the contact components in order to generate an axial magnetic field when a voltage is applied.

Description

Kontaktsystem zur  Contact system for
Lichtbogenkontraktionskompensation, bei Leistungsschaltern  Arc contraction compensation, for circuit breakers
Beschreibung description
Die vorliegende Erfindung betrifft ein Kontaktsystem zum Schließen und Öffnen elektrischer Stromkreise mit einem Leistungsschalter, umfassend mindestens jeweils zwei Anschlussbolzen, die jeweils mit min- destens zwei Kontaktkörpern verbunden sind und wobei die Kontaktkörper als Spulen ausgebildet und jeweils mit mindestens einer Kontaktscheibe wirkverbunden sind und die Kontaktscheiben schraubenartige Schlitzungen als Weiterführung der in den Kontaktkörpern ausgebilde- ten Spulenwindungen zur Erzeugung eines Axialmagnetfeldes bei anliegender Spannung aufweisen. The present invention relates to a contact system for closing and opening electrical circuits with a circuit breaker comprising at least two connecting bolts, which are each connected to at least two contact bodies and wherein the contact bodies are formed as coils and each operatively connected to at least one contact disc and the contact discs have helical slits as a continuation of the trained in the contact bodies spool turns for generating an axial magnetic field at applied voltage.
Schalter werden zum Schließen und Öffnen elektrischer Stromkreise verwendet. In Energie- verteilungs- und Übertragungsnetzen werden Leistungs- Schalter eingesetzt, welche große Ströme (insbesondere Fehler- und Kurzschlussströme) von mehreren Kiloampere und Spannungen von mehreren Kilovolt sicher ein- und ausschalten müssen. Switches are used to close and open electrical circuits. In power distribution and transmission networks, power switches are used which must reliably switch on and off large currents (in particular fault and short-circuit currents) of several kilo-amps and voltages of several kilovolts.
In einer hermetisch abgeschlossenen Röhre, der soggenannten Schaltkammer des Schalters, befinden sich meist ein beweglicher und ein feststehender Kontakt, die sich gegenüberstehen angeordnet sind. Es kön- nen aber auch mehrere Kontakte in der Schaltkammer vorangeordnet sein und die beiden sich gegenüberstehenden Kontakte oder eine Vielzahl von Kontaktpaaren beweglich ausgebildet sein. Diese Kontakte bilden die Unterbre- chereinheit des Leistungsschalters und bewegen sich beim Schließen des Schalters aufeinander zu oder entfernen sich beim Öffnen wieder. Meist geschieht das Öffnen und Schließen in Einbaulage in axialer Richtung. Gegenüber der Umgebungsatmosphäre ist die Schaltkammer vorzugsweise bis zum Vakuum evakuiert und meist mit einem metallischen Faltenbalg gegen der sie umgebenen Atmosphäre sicher abgedichtet. Üblicherweise ist die Schaltkammer röhrenartig ausgebildet und die Hubbewegung des bz . der Kontakte wird durch Stangen auf die beweglichen Schaltkontakte übertragen. Damit ist es möglich, die Hubbewegung auf den beweglichen Schaltkontakt zu übertragen und gleichzeitig das Vakuum oder ein anderes Isoliermedium, wie beispielsweise Öl oder inertes Gas, aufrecht zu erhalten und zeitgleich die Schaltkammer hermetisch abgeschlossen zu halten. In a hermetically sealed tube, the so-called switching chamber of the switch, there are usually a movable and a fixed contact, which are arranged opposite each other. It can but also be pre-arranged several contacts in the switching chamber and the two opposing contacts or a plurality of contact pairs to be designed to be movable. These contacts form the breaker unit of the circuit breaker and move towards each other when the switch closes, or when opened again, move away. Usually the opening and closing happens in the installation position in the axial direction. Compared to the ambient atmosphere, the switching chamber is preferably evacuated to vacuum and usually sealed with a metallic bellows against the surrounding atmosphere safely. Usually, the switching chamber is tube-like and the stroke of the bz. the contacts are transferred by rods to the movable switch contacts. Thus, it is possible to transmit the lifting movement to the movable switching contact and at the same time to maintain the vacuum or other insulating medium, such as oil or inert gas, and at the same time to keep the switching chamber hermetically sealed.
Bei der galvanischen Trennung der Kontakte wird durch den auszuschaltenden Strom eine Metalldampf - bogenentladung eingeleitet. Über dieses dabei entstehende Metalldampfplasma fliest der Strom bis zum nächs- ten Nulldurchgang bei dem der Lichtbogen durch Unterbrechung des Strompfades erlischt. Das bewegliche Kontaktstück wird von einem Gleitlager in der Regel axial geführt . When the contacts are galvanically isolated, a metal arc discharge is initiated by the current to be switched off. The current flows through this resulting metal vapor plasma until the next zero crossing when the arc extinguishes by interrupting the current path. The movable contact piece is guided by a sliding bearing usually axially.
Die am stärksten beanspruchten Bauteile eines Leistungsschalters sind die Schaltkontakte, da diese durch den Lichtbogen einer sehr hohen thermischen Belastung ausgesetzt sind. Die Kontakte setzen sich meistens aus einem Kupferträger, dem Kontaktkörper und einem abbrandfesten Bereich, der Kontaktscheibe, aus dem meist verwendeten Sinterwerkstoff Kupfer-Chrom für den Lichtbogen zusammen. Durch die geometrische Gestaltung der KontaktSysteme , bestehend aus Kontaktkörper und Kontaktscheiben und der Materialauswahl seiner Komponente tragen dazu bei den Schaltlichtbogen und damit den Schaltvorgang als solchen zu Beherrschen. The most heavily used components of a circuit breaker are the switching contacts, as they are exposed by the arc of a very high thermal load. The contacts are usually made of a copper carrier, the contact body and a erosion-resistant area, the contact disk, from the most commonly used sintered copper-chromium for the Arc together. Due to the geometric design of the contact systems, consisting of contact body and contact discs and the material selection of its component contribute to the switching arc and thus the switching process as such to dominate.
Bei Vakuum-Leistungsschaltern gibt es zwei grundsätzlich verschiedene Arten zur Beherrschung des Lichtbogens. Zum einen können Radialmagnetfeldkontakt - Systeme (RMF) oder Axialmagnetfeldkontaktsysteme (AMF) eingesetzt werden. Bei Radialmagnetfeldkontakten wird ein radiales Magnetfeld durch den Lichtbogen selbst erzeugt. Dem überlagert wird ein zusätzliches Magnetfeld, welches den Lichtbogen in seiner kontrahierten Form mit einer möglichst hohen Umlaufgeschwindigkeit über die Kontaktfläche der Kontaktscheibe treibt. Zur Generierung des zusätzlichen Magnetfeldes sind aus der DE 19851965 AI und der DE 19738195 C2 bogenförmig geschlitzte Kontaktscheiben bekannt, und aus der DE 2934341 C2 sind f lügelradförmige Kontaktscheiben. Nachteilig bei diesen Vorrichtungen sind eine relativ langsame Umlaufgeschwindigkeit und eine relativ hohe thermische Belastung. With vacuum circuit breakers there are two fundamentally different ways of controlling the arc. On the one hand, radial magnetic field contact systems (RMF) or axial magnetic field contact systems (AMF) can be used. In radial magnetic field contacts, a radial magnetic field is generated by the arc itself. The superimposed is an additional magnetic field, which drives the arc in its contracted form with the highest possible rotational speed over the contact surface of the contact disc. In order to generate the additional magnetic field, disc-shaped slotted contact discs are known from DE 19851965 A1 and DE 19738195 C2, and from DE 2934341 C2, disc-shaped contact discs are known. A disadvantage of these devices is a relatively slow rotational speed and a relatively high thermal load.
Zur Generierung eines den Lichtbogen zum Umlauf treibenden Magnetfeldes mit derartigen Kontakt - Scheiben ist der Stromanschluss am Kontaktkörper meist in der Mitte und an der Unterseite der Kontaktscheibe befestigt. Außerdem sollte bei derartigen Kontaktsystemen stets eine Kontaktscheibe gespiegelt und an einen Stromanschluss angeschlossen sein, da sonst kein den Lichtbogen treibendes Magnetfeld erzeugt wird. In order to generate a magnetic field that drives the arc for circulation with such contact disks, the power connection on the contact body is usually fastened in the middle and on the underside of the contact disk. In addition, in such contact systems, a contact disc should always be mirrored and connected to a power connector, otherwise no arc driving magnetic field is generated.
Um die Kontaktflächen gleichmäßig zu beanspruchen und ein lokales Aufschmelzen zu vermeiden, werden Axialmagnetfeldkontakte eingesetzt. Dabei bleibt der Lichtbogen bei relativ kleinen Strömen diffus und bildet sich, bei relativ kleinen Strömen je Lichtbogenpfad auf der gesamten Kontaktfläche aus. Bekannte Axialmagnetfeldkontaktsysteme sind beispielsweise in der DE 19707794 C2 oder der DE 19855413 C2 beschrieben. Mit zunehmender Stromstärke steigt jedoch die Kontraktion des Lichtbogens (Pinch-Effekt) an, sodass bei mehreren Schalthandlungen ein erhöhter Verschleiß an den Kontaktflächen der KontaktScheiben auftritt. Außerdem werden durch die Kontaktkörper Wirbelströme in den Kon- taktscheiben induziert, welche zu einer Verschlechterung des Schaltverhaltens und des Schaltvermögens eines Schalters führen. Um die Wirbelströme zu unterdrücken bzw. zu verringern, werden die Kontaktflächen geschlitzt, wie dies in den Druckschriften DE 198 55 413 C2, DE 10 2007 063 414 B3 , EP 2 551 878 AI oder WO 2008/025307 vorgeschlagen worden ist. In order to stress the contact surfaces uniformly and to avoid local melting, axial magnetic field contacts are used. The arc remains diffuse at relatively small currents forms at relatively small currents per arc path on the entire contact surface. Known Axialmagnetfeldkontaktsysteme are described for example in DE 19707794 C2 or DE 19855413 C2. As the current increases, however, the contraction of the arc (pinch effect) increases, so that in the case of several switching operations, increased wear occurs at the contact surfaces of the contact disks. In addition, eddy currents are induced in the contact disks by the contact bodies, which leads to a deterioration in the switching behavior and the switching capacity of a switch. In order to suppress or reduce the eddy currents, the contact surfaces are slit, as has been proposed in the publications DE 198 55 413 C2, DE 10 2007 063 414 B3, EP 2 551 878 A1 or WO 2008/025307.
Die bekannten Kontaktsysteme zum Schließen und Öffnen elektrischer Stromkreise mit einem Leistungsschalter haben sich in gewisser Weise zwar be- währt, sind aber mit dem Nachteil behaftet, dass ihre Standzeiten durch den relativ hohen Verschleiß relativ gering sind. Durch den bei Schalthandlungen erzeugten kontrahierten Lichtbogen entstehen starke lokale Erwärmung an und auf den Kontaktoberflächen der Kontakt - Scheiben, die mit einer erheblichen Freisetzung von Metalldampf bzw. Metalldampf -Plasma verbunden ist, was wiederum die dielektrische Widerverfestigung der Schaltstrecke begrenzt. Dadurch wird ebenfalls die Höhe des sicher ausschaltbaren Stromes begrenzt. Des Weite- ren wird bei der Entstehung eines Lichtbogens zwischen den Kontaktscheiben, der in den Kontaktscheiben fließende Strom durch die geraden Schlitze in den Kontakt - Scheiben in eine unnatürliche Form gezwungen, die sich nachteilig auf das Verhalten des Lichtbogens auswirkt. Die Kathodenfußpunkte der Kathode, sowie auch die Anodenpunkte der Anode des beispielsweise im Vakuum brennenden Lichtbogens bleiben an den geraden Schlitzen hängen und verursachen in diesen Bereichen ein extrem starke lokale thermische Belastung, die ebenfalls mit einer erheblichen Freisetzung von Metalldampf verbunden ist. Dies führt neben der reduzierten Wiederverfestigung der Schaltstrecke auch noch zusätzlich zu einem erhöhten Verschleiß der Kontaktscheiben bzw. des gesam- ten Kontaktsystems, was letztendlich die Lebensdauer derartiger Schalter erheblich verkürzt. Ferner werden die in den Kontaktflächen herkömmlicher Kontaktsysteme induzierten Wirbelströme nicht ausreichend unterdrückt, was sich negativ auf die Schalteigenschaften des gesam- ten KontaktSystems auswirkt. The known contact systems for closing and opening electrical circuits with a circuit breaker have indeed proven to be reliable, but have the disadvantage that their service life is relatively low due to the relatively high wear. The contracted arc generated during switching operations produces strong local heating on and on the contact surfaces of the contact disks, which is associated with a significant release of metal vapor or metal vapor plasma, which in turn limits the dielectric counteractivation of the contact gap. This also limits the amount of safe turn-off current. Furthermore, when an arc occurs between the contact disks, the current flowing in the contact disks is forced through the straight slots in the contact disks into an unnatural shape, which adversely affects the behavior of the arc. The Kathodenfußpunkte the cathode, as well as the anode points of the anode of the example burning in a vacuum arc remain hanging on the straight slots and cause in these areas an extremely strong local thermal stress, which is also associated with a significant release of metal vapor. In addition to the reduced recompression of the switching path, this also additionally leads to increased wear of the contact disks or of the entire contact system, which ultimately considerably shortens the service life of such switches. Furthermore, the eddy currents induced in the contact surfaces of conventional contact systems are not sufficiently suppressed, which has a negative effect on the switching properties of the entire contact system.
Es ist eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung, ein KontaktSystem zur Lichtbogenkontraktionskompensation bei Leistungsschaltern der eingangs beschriebenen Art zu schaffen, die ein deutlich verbessertes Schaltvermögen und eine deutlich verlängerte Lebensdauer des KontaktSystems ermöglicht, sowie ein Kontaktsystem zu schaffen, das einen natürlichen und harmonischen Übergang für den Lichtbogen im Leistungsschalter bei der Schalthandlung aufweist. Diese Aufgaben werden durch die im Anspruch 1 angegebenen Merkmale gelöst, insbesondere dadurch, dass die Spule und die Schlitze der Kontaktscheibe als eine oder mehrere Spiralen ausgebildet sind, wobei diese eine Kurveform oder eine Flächenform ausbilden, die sich um einen Punkt oder einer Achse der Spule oder der Kontaktscheibe herum verläuft und sich je nach Laufrichtung von diesem Punkt oder von dieser Achse entfernt und/oder annähert, wobei die Spulen der Kontaktscheibe Magnetfelder erzeugen und bei einer Kontaktscheibenan- Ordnung mit einem axialen resultierenden Magnetfeld, das axiale Magnetfeld bei zunehmender Kontraktion des Lichtbogens erhöht wird oder bei einer Kontaktscheibenanordnung zur Erzeugung radialer Magnetfelder, die radiale Magnetfeldkomponente bei zunehmender Entfernung des Lichtbogens vom Stromanschluss der Spulen oder der Kontaktscheibe, das den Lichtbogen zum Umlauf zwingende radiale Magnetfeld erhöht wird, sodass der Lichtbogen auf einer natürlichen harmonischen Spirallaufbahn nach außen abrollt. It is an object of the present invention to provide a contact compensation system for arc contraction compensation in circuit breakers of the type described in the opening paragraph, which allows a significantly improved switching capacity and a significantly extended contact system life, as well as a contact system that provides a natural and harmonious transition for the arc having in the circuit breaker in the switching action. These objects are achieved by the features specified in claim 1, in particular in that the coil and the slots of the contact disc are formed as one or more spirals, which form a curve shape or a surface shape, which is about a point or an axis of the coil or the contact disk extends around and / or approaches depending on the direction of rotation from this point or from this axis, wherein the coils of the contact disk produce magnetic fields and in a Kontaktscheibenan- order with an axial resulting magnetic field, the axial magnetic field is increased with increasing contraction of the arc or in a contact disk arrangement for generating radial magnetic fields, the radial magnetic field component with increasing distance of the arc from the power connection of the coil or the contact disc, the arc is forced to the circulation compelling radial magnetic field, so that the arc a natural harmonic spiral track rolls outwards.
Durch diese Maßnahmen wird ein Kontaktsystem für Leistungsschalter mit Spulen zur Verfügung gestellt mit denen ein axiales Magnetfeld erzeugbar ist, und das bei zunehmender Kontraktion des Lichtbogens noch weiter ansteigt und damit den bei einer Schalthandlung entstehenden Lichtbogen in seiner Kontraktion selbst kompensiert. Außerdem werden die Wirbelströme mit den erfindungsgemäßen Kontaktscheiben wesentlich stärker unterdrückt. Daher weist die vorliegende Erfindung in ihrem Wirken deutlich bessere Eigenschaften als die Kontaktsysteme mit den bisher bekannten Kontaktscheiben auf. By these measures, a contact system for circuit breaker with coils is provided with which an axial magnetic field can be generated, and which increases with increasing contraction of the arc and thus compensates for the resulting in a switching action arc in its contraction itself. In addition, the eddy currents are suppressed much stronger with the contact discs according to the invention. Therefore, the present invention has significantly better properties in their work as the contact systems with the previously known contact discs.
Das axiale Magnetfeld kann durch die Maßnahmen der vorliegenden Erfindung bei zunehmender Kontraktion des Lichtbogens derartig stark erhöht bzw. generiert werden, sodass die erfindungsgemäßen Kontakt - Scheiben mit ihren Spulen zu einer neuartigen neue Variante zur sicheren Beherrschung des Schaltlichtbogens im Leistungsschalter (bevorzugt im Vakuum- Leistungsschalter) führt. The axial magnetic field can be so greatly increased or generated by the measures of the present invention with increasing contraction of the arc, so that contact discs according to the invention with their coils to a novel new way to safely control the switching arc in the circuit breaker (preferably in the vacuum circuit breaker ) leads.
Dadurch können wesentliche größere Ströme und höhere Spannungen, als die herkömmlichen mit gleicher Kontaktflächengröße (Kontaktscheibengröße bzw. Kontaktscheibendurchmesser) genutzten KontaktSysteme , beherrscht werden. In einer bevorzugten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung werden Spulen in Kontaktscheiben ausgebildet oder Kontaktscheiben werden als Spulen ausgebildet. Im Umkehrschluss führt das dazu, dass die Spulen in Kon- taktscheiben oder Kontaktscheiben als Spulen oder Spulen als KontaktScheiben genutzt werden können. As a result, it is possible to control substantially larger currents and higher voltages than the conventional contact systems used with the same contact surface size (contact disk size or contact disk diameter). In a preferred embodiment of the present invention, coils are formed in contact disks or contact disks are formed as coils. Conversely, this leads to the fact that the coils in contact discs or contact discs can be used as coils or coils as contact discs.
Erfindungsgemäß betrifft die Erfindung also Spulen in Form von Spiralen in Kontaktscheiben. Die Spulen der Kontaktscheiben erzeugen Magnetfelder und bei einer Kontaktscheibenanordnung mit einem axialen resultierenden Magnetfeld, kann das axiale Magnetfeld bei zunehmender Kontraktion des Lichtbogens erhöht werden oder bei einer vorgeschlagenen Kontaktscheibenanordnung zur Erzeugung radialer Magnetfelder, die radia- le Magnetfeldkomponente bei zunehmender Entfernung des Lichtbogens vom Stromanschluss der Spulen oder der Kontaktscheibe, das den Lichtbogen zum Umlauf zwingende radiale Magnetfeld erhöht werden kann. The invention thus relates to coils in the form of spirals in contact discs. The coils of the contact discs generate magnetic fields, and in a contact disc assembly with an axial resulting magnetic field, the axial magnetic field can be increased with increasing contraction of the arc or in a proposed contact disc assembly for generating radial magnetic fields, the radia- le magnetic field component with increasing distance of the arc from the power supply Coils or contact disc, which can increase the arc to the orbiting radial magnetic field.
Gemäß einer weiteren besonders bevorzugten Ausführungsform des erfindungsgemäßen Kontaktsystems können der Radius der Spiralen für die Spule oder für die Kontaktscheibe als logarithmische Spirale nach derAccording to a further particularly preferred embodiment of the contact system according to the invention, the radius of the coils for the coil or for the contact disc as a logarithmic spiral after the
Gleichung berechnet werden. Dabei ist eEquation can be calculated. It is e
* 2,718... was der Eulersche Zahl e entspricht. Die Pa- rameter a und b stellen dabei beliebige reelle, imaginäre, reale, komplexe, transformierte, modifizierte da, oder können andere Zahlen annehmen. Bevorzugt werden jedoch reelle Zahlen verwendet (alle Beträge von Zahlen / Zahlenwerten und Brüchen von minus Unendlich bis plus Unendlich). Dabei erweist es sich als gut, Beträge kleiner 100, besser noch kleiner 25, und besonders gut kleiner zehn einzusetzen. * 2,718 ... which corresponds to Euler's number e. The parameters a and b represent arbitrary real, imaginary, real, complex, transformed, modified ones, or they can take other numbers. Preferably, however, real numbers are used (all amounts of numbers / numbers and fractions from minus infinity to plus infinity). It proves to be good to use amounts less than 100, better still less 25, and especially well less than ten.
Der umlaufende Winkel Ψ kann ebenfalls beliebige reelle, imaginäre, reale, komplexe, transfor- mierte, modifizierte oder andere Zahlen annehmen. Bevorzugt werden jedoch reelle Zahlen verwendet (alle Beträge von Zahlen bzw. Zahlenwerten und Brüchen von minus Unendlich bis plus Unendlich) . Dabei läuft der Win- kel Ψ von minus Unendlich, bevorzugt Null bis Unendlich - je nachdem, wie groß die Spirale wird. The encircling angle Ψ can also be any real, imaginary, real, complex, transfor- assume modified, modified or other numbers. Preferably, however, real numbers are used (all amounts of numbers and fractions from minus infinity to plus infinity). The angle Ψ runs from minus infinity, preferably zero to infinity - depending on how big the spiral is.
Eine Sonderform der logarithmischen Spirale ist die goldene Spirale (auch als Fibonacci- Spirale bekannt) , welche in der Natur beim natürlichen Wachstum von zum Beispiel einigen Schneckenhäusern, der menschlichen Ohrmuschel oder Sonnenblumen vorkommt. Dabei werden den Parametern aus Formel [1] folgende Werte zugeordnet : A special form of the logarithmic spiral is the golden spiral (also known as Fibonacci spiral), which occurs naturally in the natural growth of, for example, some snail shells, the human auricle or sunflowers. The following values are assigned to the parameters from formula [1]:
2 2
a e= und b ~ π [1] Daraus ergibt sich Formel [2] zur Berechnung bzw. Beschreibung der Spirale: ae = and b ~ π [1] This results in formula [2] for calculating or describing the spiral:
2'cp 2'cp
ιφ) = Φ~ [2]
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ιφ) = Φ ~ [2]
Figure imgf000010_0001
Da ei ist 2 was dem Verhältnis des goldenen Schnitts entspricht, und  Since ei is 2 which corresponds to the ratio of the golden section, and
H = 180° % 3,142- H = 180 °% 3,142-
Auch dabei ist der Winkel <P wie in der Formel [1] definiert und läuft grundsätzlich von Null bis Unendlich, je nachdem, wie groß die Spirale wird. Wird nun eine dieser Spiralen jeweils um denAgain, the angle <P is defined as in the formula [1] and basically runs from zero to infinity, depending on how large the spiral is. Will now one of these spirals around the
Winkel oc verschoben bzw. gedreht gezeichnet, ergeben sich mehrere Spiralen, die jeweils um den Winkel α versetzt sind. Die Winkelsumme beträgt wie beim Kreis 360°. Dabei ist der Verschiebungswinkel mit α = 90° gewählt, sodass sich vier goldene Spiralen in symmetrischer Anordnung ergeben. Diese Anordnungen von Spiralen sind in den Spulen bzw. Schlitzen in den Kontaktschei- ben vorgesehen. Angle oc shifted or rotated drawn, resulting in several spirals, which are offset by the angle α. The angle sum is like the circle 360 °. In this case, the displacement angle is selected with α = 90 °, so that four golden spirals result in a symmetrical arrangement. These arrangements of spirals are provided in the coils or slots in the contact disks.
Es muss sich bei den erfindungsgemäßen Kontaktscheiben mindestens eine Spirale (Schlitz und/oder Spule) in der Kontaktscheibe befinden. Dabei können die Längen der Schlitze und/oder Spulen (Spiralen) beliebig ausgeführt werden. Die Spiralen (Schlitze und/oder Spulen) würden theoretisch bis zum Mittelpunkt der Spirale (Null-Punkt des Koordinatensystems = Ursprung der Spirale) der Kontaktscheibe laufen, jedoch sind die Spulen/Schlitze erst ab einem gewissen Radius ausgeführt, um noch genügend mechanische Stabilität in der Mitte der Kontaktscheibe zu gewährleisten. There must be at least one spiral (slot and / or coil) in the contact disc in the contact discs according to the invention. The lengths of the slots and / or coils (spirals) can be performed arbitrarily. The spirals (slots and / or coils) would theoretically run to the center of the spiral (zero point of the coordinate system = origin of the spiral) of the contact disk, however, the coils / slots are made only from a certain radius to still sufficient mechanical stability in to ensure the center of the contact disc.
Da die Spiralen (Spulen/Schlitze) bis ins Unendliche wachsen können, ist diese Schlitz- bzw. Spulenanordnung für jede beliebige Kontaktscheibengröße mit beliebigem Durchmesser der Kontaktscheibe geeignet. Since the spirals (coils / slots) can grow to infinity, this slot or coil arrangement is suitable for any contact disc size with any diameter of the contact disc.
Die Kontaktscheiben können rund, oval, elliptisch oder vieleckig sein, jedoch sind runde Kontaktscheiben die bevorzugte Variante. Die dadurch resultierende Kontaktscheibe ergibt eine oder mehrere Spulen bzw. spulenförmige Windungen von außen zur Mitte der Kontaktscheibe. Je nachdem wie die Kontaktkörper (Stromanschlüsse für die Kontaktscheibe) beschaffen sind, können eine oder auch mehrere Spulen bzw. Schlitze in der Kontaktscheibe vorhanden sein. Das heißt, der Verschiebungswinkel α kann beliebig geändert werden, jedoch wird eine symmetrische Verschiebung und damit symmetrische Anordnung der Spulen bzw. Schlitze in der Kontaktscheibe empfohlen. Auch ist der Null- Punkt des Koordinatensystems bzw. Ursprung, aller oder jeder ein- zelnen Spirale auf der Kontaktscheibe frei wählbar, jedoch wird der Mittelpunkt der Kontaktscheibe für alle Spiralen, nämlich Schlitze bzw. Spulen, bevorzugt. Die Kontaktscheiben bzw. Kontaktflächen können einmal mit fünf und einmal mit sechs Spulen bzw. Schlitzen versehen. The contact discs may be round, oval, elliptical or polygonal, but round contact discs are the preferred variant. The resulting contact disc results in one or more coils or coil-shaped turns from the outside to the center of the contact disc. Depending on how the contact bodies (power connections for the contact disk) are provided, one or more coils or slots may be present in the contact disk. That is, the displacement angle α can be arbitrarily changed, but a symmetrical displacement and thus symmetrical arrangement of the coils or slots in the contact disc is recommended. Also, the zero point of the coordinate system or origin, all or each Individual spiral on the contact disc freely selectable, however, the center of the contact disc for all spirals, namely slots or coils, is preferred. The contact disks or contact surfaces can be provided once with five and once with six coils or slots.
Erfindungsgemäß ist es vorgesehen, dass die Spirale der Spule und die Schlitze der Kontaktscheibe als logarithmische Spiralen ausgebildet sind.  According to the invention, it is provided that the spiral of the coil and the slots of the contact disk are formed as logarithmic spirals.
Bevorzugt ist eine der Spiralen oder Schlitze jeweils um den Winkel . versetzt angeordnet, so dass sich hierdurch mehrere Spiralen oder Schlitze ergeben, die jeweils um den Winkel α versetzt sind, wobei die Winkelsumme 360° beträgt und der Winkel mit α = 90° an- gegeben ist, sodass sich vier goldene Spiralen oder Schlitze in symmetrischer Anordnung ausgebildet sind, wobei diese Anordnung von Spiralen den Spulen des Kontaktkörpers oder den Schlitze in den Kontaktscheiben zugeordnet ist.  Preferably, one of the spirals or slots is each about the angle. arranged offset so that this results in several spirals or slots, which are offset by the angle α, where the sum of angles is 360 ° and the angle α = 90 ° is given, so that four golden spirals or slits in symmetrical Arrangement are formed, this arrangement of spirals is assigned to the coils of the contact body or the slots in the contact discs.
Der Ursprung der Spiralen und oder Schlitze kann durch einen Punkt, eine Achse oder durch einen Körper auf oder in der Kontaktscheibe oder auf oder in dem Kontaktkörper frei gewählt werden, wobei die daraus resultierende Form die Differenz zu ihrer Umgebung dar- stellt, bzw. gebildet wird.  The origin of the spirals and / or slots can be freely selected by a point, an axis or by a body on or in the contact disk or on or in the contact body, the resulting shape representing the difference to its surroundings becomes.
Gemäß einer besonders bevorzugten Ausführungsform des erfindungsgemäßen Kontaktsystems, ist die Kontaktscheibe rund, oval, elliptisch oder vieleckig ausgebildet . Es ist vorgesehen, dass die Spirale des Kontaktkörpers und/oder die Schlitze der Kontaktscheibe Löcher verschiedener Durchmesser und Formen, Teil- schlitzstrecken, Schlitz-Abschnitte, Lochschlitzstrecken aufweisen, die entlang der Spiralen oder des Schlitzes in durchgängiger oder unterbrochener Form und in unterschiedlicher Länge und in Größe und Breite ausgebildet sind. According to a particularly preferred embodiment of the contact system according to the invention, the contact disc is round, oval, elliptical or polygonal. It is envisaged that the spiral of the contact body and / or the slots of the contact disk holes of different diameters and shapes, Teilschlitzstrecken, slot sections, Lochschlitzstrecken have along the spirals or the Slit in continuous or interrupted form and in different lengths and in size and width are formed.
In einer weiteren bevorzugten Ausführungsform des erfindungsgemäßen Kontaktsystems Kontaktsystem nimmt der Querschnitt der Kontaktscheibe und der Querschnitt der Spule ab, bleibt gleich oder nimmt zu. In a further preferred embodiment of the contact system according to the invention contact system, the cross section of the contact disc and the cross section of the coil decreases, remains the same or increases.
Gemäß einer besonders bevorzugten Ausführungsform ist der Kontaktscheibe eine mittig angeordne- te Erhöhung zugeordnet. According to a particularly preferred embodiment, the contact disk is associated with a centrally arranged increase.
In der Kontaktscheibe ist, in einer weiteren Ausführungsform ein Loch angeordnet, das derart ausgebildet ist, dass es zur Erzeugung eines Kontaktscheibenrings dienen kann. Des Weiteren kann in Abhängigkeit von der Anzahl der Windungen und somit der Länge der Spule, der Spirale und der Schlitzen der Kontaktscheibe die Stärke des erzeugbaren Magnetfelds bestimmt werden. In the contact disk, in a further embodiment, a hole is arranged, which is designed such that it can serve to produce a contact disk ring. Furthermore, depending on the number of turns and thus the length of the coil, the spiral and the slots of the contact disk, the strength of the field that can be generated can be determined.
Ferner können jeweils paarweise angeordnete Kontaktscheiben und die dazu gehörenden Spulen durch einen stromführenden Lichtbogen miteinander verbinden werden. Furthermore, each paired contact discs and the associated coils can be connected to each other by a current-carrying arc.
In einer weiteren Ausführungsform der vorliegenden Erfindung bilden die sich gegenüberstehenden Kontaktscheiben eine Helmholtzspule aus, die bei entsprechend anliegender Spannung ein axiales Magnetfeld erzeugen. In a further embodiment of the present invention, the contact disks facing each other form a Helmholtz coil, which generate an axial magnetic field when the voltage is applied accordingly.
Bei der mit dem Vorhandensein einer axialen Magnetfeldkomponente und einem kontrahierenden Lichtbo- gen, nimmt die Länge des Strompfades der Kontaktscheibe und die Länge der Helmholtzspule und damit auch die Windungszahl der Spule zu, wobei dadurch das axiale Magnetfeld bei zunehmender Kontraktion des Lichtbogens erhöht werden kann. In the presence of an axial magnetic field component and a contracting arc, the length of the current path of the contact disc and the length of the Helmholtz coil and thus also the number of turns of the coil increase, thereby increasing the axial Magnetic field can be increased with increasing contraction of the arc.
Es ist vorgesehen, dass das den Lichtbogen zum Umlauf auf der Kontaktscheibe zwingende Magnetfeld ein radiales Magnetfeld ist, wobei durch das Gegenüberstehen der Kontaktscheiben eine Maxwellspule ausgebildet wird. It is provided that the magnetic field which compels the arc to circulate on the contact disk is a radial magnetic field, a Maxwell coil being formed by the contact disks standing opposite one another.
Es ist vorgesehen, dass bei der mit dem Vorhandensein einer radialen Magnetfeldkomponente ein den Lichtbogen zum Umlauf zwingendes Magnetfeld ausbildet wird und einem sich vom Stromanschluss der Kontakt - Scheibe oder Spule entfernender Lichtbogen, die Länge des Strompfades der Kontaktscheibe oder die Länge der Maxwellspule und damit auch die Windungszahl der Spule zunimmt und dadurch das den Lichtbogen zum Umlauf zwingende Magnetfeld erhöht werden kann. It is envisaged that in the present with the presence of a radial magnetic field component of the arc forcing mandatory magnetic field is formed and an electric current from the contact - disc or coil removing arc, the length of the current path of the contact disc or the length of the Maxwell coil and thus the number of turns of the coil increases and thereby the arc forcing the magnetic field can be increased.
Das Kontaktsystem kann in einer weiteren bevorzugten Ausführungsform als ein Radial-Axial- Magnetfeldkontaktsystem (RAMF) ausgebildet sein, wel- ches aus einem ein radiales Magnetfeld erzeugenden Kontaktkörper als Stromanschluss für die Kontaktscheibe und einer ein axial Magnetfeld erzeugender Kontaktscheibe besteht, wobei die Kontaktscheibe so an dem Kontaktkörper befestigt ist, dass die Schlitze der Kon- taktkörper in denen der Kontaktscheibe mündend ausgebildet sind. In a further preferred embodiment, the contact system can be designed as a radial-axial magnetic field contact system (RAMF), which consists of a contact body producing a radial magnetic field as a current connection for the contact disk and a contact disk producing an axial magnetic field, the contact disk thus contacting the contact body is attached, that the slots of the contact body in which the contact disc are formed opening.
In einer anderen Ausführungsform ist das Kontaktsystem als ein Axial-Radial-Magnetfeldkontaktsystem (ARMF) ausgebildet , welches aus einem axialmagnetfelder- zeugendem Kontaktkörper als Stromanschluss für die Kontaktscheibe und einer radialmagnetfelderzeugender Kontaktscheibe besteht, wobei die Kontaktscheibe so an den Kontaktkörper befestigt ist, dass die Schlitze des Kon- taktkörpers in denen der Kontaktscheibe mündend angeordnet sind. In another embodiment, the contact system as an axial-radial magnetic field contact system (ARMF) is formed, which consists of a axialmagnetfelder- generating contact body as a power connection for the contact disc and a radialmagnetfelderzeugender contact disc, wherein the contact disc is secured to the contact body, that the slots of the con- in which the contact disc are arranged opening.
Erzeugt wird das axiale Magnetfeld über die Spule und Windungen der Kontaktscheibe und besteht fer- ner aus mehr als einer Kontaktscheibe, mindestens einem Verbindungsstück und einem Anschlussbolzen, wobei die Verbindungsstücke auch aus Spiralbahnen gebildet sein können . The axial magnetic field is generated via the coil and windings of the contact disk and further consists of more than one contact disk, at least one connecting piece and a connecting bolt, wherein the connecting pieces can also be formed from spiral tracks.
Des Weiteren sind Anschlüsse von Kondensato- ren in dem Kontaktsysteme vorgesehen, die der Blindleistungskompensation dienen. Furthermore, connections of capacitors are provided in the contact systems, which serve for reactive power compensation.
Die Kontaktscheibe und die Spule können gefräst, gebogen oder gestanzt oder mit einer entsprechenden Form einstückig gegossen sein. Das Kontaktsystem in einem Leistungsschalter, oder ein Lastschalter, oder ein Trennschalter, oder ein Erdungsschalter, oder ein Erdungstrennschalter, oder ein Sicherungsschalter oder ein Lasttrennschalter, oder ein Sicherungslasttrennschalter, oder ein Leistungs- trennschalter oder ein Hauptschalter, oder ein Schalter und Taster eingebaut sein. The contact disc and the coil can be milled, bent or stamped or molded integrally with a corresponding shape. The contact system in a circuit breaker, or a circuit breaker, or a circuit breaker, or a grounding switch, or a grounding disconnector, or a circuit breaker or a circuit breaker, or a fuse switch disconnector, or a circuit breaker or a main switch, or a switch and button be installed.
Weitere vorteilhafte Maßnahmen sind in den Unteransprüchen beschrieben. Die Erfindung ist in der beiliegenden Zeichnungen dargestellt und wird nachfol- gend näher beschrieben; es zeigt: Further advantageous measures are described in the subclaims. The invention is illustrated in the accompanying drawings and will be described in more detail below; it shows:
Figur 1 die dreidimensionale Darstellung zweier Figure 1 shows the three-dimensional representation of two
Kontaktscheiben mit von Spiralschlitzen gebildeten Spulen zwischen denen ein Lichtbogen brennen kann, bei geöffnetem Schalter, mit Stromanschlüssen; Figur 2 die Draufsicht und die Seitenansicht einer Kontaktscheibe mit spiralförmigen Schlitzen und spiralförmigen Spulen; Contact discs with coils formed by spiral slots between which an arc can burn, with the switch open, with power connections; Figure 2 is a plan view and side view of a contact disc having helical slots and helical coils;
Figur 3 die Draufsicht auf eine Kontaktscheibe mit vier Spiralschlitzen nach Figur 1, mit unterschiedlichen Längen; Figure 3 is a plan view of a contact disc with four spiral slots of Figure 1, with different lengths;
Figur 4 die Draufsicht auf eine Kontaktscheibe mit vier Spiralschlitzen unterschiedlicher Längen und vier als Übergangsschlit- ze ausgebildeten Spulen; FIG. 4 is a plan view of a contact disk with four spiral slots of different lengths and four coils designed as transition slots;
Figur 5 die Draufsicht auf eine Kontaktscheibe mit vier Spiralschlitzen unterschiedlicher Längen nach Figur 4, mit abgerundeten und abgewinkelten Übergangsschlitzen; Figur 6 die Draufsicht auf eine Kontaktscheibe nach Figur 4, mit zwei Spulenschlitze nach einer Fermatschen Spirale; Figure 5 is a plan view of a contact disc with four spiral slots of different lengths of Figure 4, with rounded and angled transition slots; Figure 6 is a plan view of a contact disc of Figure 4, with two coil slots after a Fermat spiral;
Figur 7 die Draufsicht auf eine Kontaktscheibe nach Figur 4, mit sechs eckigen Spiral - schlitzen unterschiedlicher Längen und unterschiedlichen Längen der geraden Schlitzstrecken und Spulen; FIG. 7 shows a plan view of a contact disk according to FIG. 4, with six angular spiral slots of different lengths and different lengths of the straight slot sections and coils;
Figur 8 die Draufsicht auf eine Kontaktscheibe nach Figur 4, mit sechs abgerundeten, eckigen Spiralschlitzen unterschiedlicher8 shows the plan view of a contact disk according to FIG. 4, with six rounded, angular spiral slots of different shape
Längen und unterschiedliche abgerundeten und geraden Schlitzstrecken und Spulen; Lengths and different rounded and straight slot lengths and coils;
Figur 9 die Draufsicht und Seitenansicht einer FIG. 9 the top view and side view of a
Kontaktscheibe mit Schlitzen mit mittig angeordneter Erhöhung und Spulen und geändertem Drehsinn; Figur 10 die Draufsicht und die Schnittansicht einer KontaktScheibe mit Löchern entlang der Spiralen und Spulen; Contact disc with slots with centrally located elevation and coils and changed direction of rotation; Figure 10 is a plan view and sectional view of a contact wafer having holes along the spirals and coils;
Figur 11 die Draufsicht auf eine Kontaktscheibe mit Teilstrecken von spiralförmigen, alsFigure 11 is a plan view of a contact disc with partial sections of spiral, as
Schlitze ausgebildeten Spulen; Slots formed coils;
Figur 12 die Draufsicht auf eine Kontaktscheibe mit spiralförmigen, als Schlitze ausgebildeten Spulen unterschiedlicher Längen und unterschiedlicher Ursprünge der Spiralen; Figure 12 is a plan view of a contact disc with helical, formed as slots coils of different lengths and different origins of the spirals.
Figur 13 die Draufsicht auf eine Kontaktscheibe, mit spiralförmigen, als Schlitze ausgebildeten Spulen und einem mittigen Loch und einem resultierenden Kontaktscheibenring ; Figure 13 is a plan view of a contact disc having helical slots formed as slots and a central hole and resulting contact disc ring;
Figur 14 die dreidimensionale Darstellung eines geöffneten, zweistufigen Kontaktsystems in Draufsicht und Seitenansicht, beste- hend aus vier Kontaktscheiben mit Spulen, zwei Verbindungsstücken, einem Verbindungsbolzen und einem Anschlussbolzen; FIG. 14 is a three-dimensional view of an open, two-stage contact system in plan view and side view, consisting of four contact disks with coils, two connecting pieces, a connecting bolt and a connecting bolt;
Figur 15 die dreidimensionale Darstellung eineinhalbstufigen Kontaktscheibenanordnung, im nicht geschlossenen Zustand des Schalters, teilweise geschnitten; Figure 15 is a three-dimensional view of a one-half contact disc assembly, in the non-closed state of the switch, partially cut away;
Figur 16 die Draufsicht auf eine Kontaktscheibe, mit die spiralförmigen Spulen überlagertem Sinus. Figur 1 zeigt eine dreidimensionale Darstellung zweier Kontaktscheiben 1 bei geöffnetem Schalter mit spiralförmigen Schlitzen 2 in der Kontaktscheibe 1 nach einer sog. Golden Spirale und Stromanschlüssen 4. Die Schlitze 2 in der Kontaktscheibe 1 bilden Spulen 3, zwischen denen ein Lichtbogen brennen kann. Bei Anliegen einer Spannung können die Spulen16 shows the plan view of a contact disk, with the spiral-shaped coils superimposed sine. FIG. 1 shows a three-dimensional representation of two contact disks 1 with the switch open with helical slots 2 in the contact disc 1 after a so-called. Golden spiral and power connections 4. The slots 2 in the contact disc 1 form coils 3, between which an arc can burn. When a voltage is applied, the coils can
3 der Kontaktscheiben 1 ein axial resultierendes Magnetfeld erzeugen, mit dem bei zunehmender Kontraktion der nicht dargestellte Lichtbogen erhöht werden kann. 3 of the contact discs 1 generate an axially resulting magnetic field, with which with increasing contraction of the arc, not shown, can be increased.
Bei einer anderen Kontaktscheibenanordnung werden radiale Magnetfelder erzeugt, mit deren radialen Magnetfeldkomponenten ein Lichtbogen bei zunehmender Entfernung vom Stromanschluss der Spulen 3 bzw. der Kontaktscheibe 1 zum Umlauf gezwungen wird. In another contact disc arrangement radial magnetic fields are generated, with the radial magnetic field components of an arc is forced with increasing distance from the power connection of the coil 3 and the contact disc 1 for circulation.
Die Schlitze 2 folgen einer logarithmischen Spirale, die in der Natur eine allgegenwärtige Form ist. Der Radius r dieser spiralförmigen Schlitze 2 bzw. Spulen lässt sich mit folgender Formel berechnen: *) = a - eb-* [i] The slits 2 follow a logarithmic spiral, which is an omnipresent form in nature. The radius r of these spiral slots 2 or coils can be calculated with the following formula: *) = a - e b - * [i]
Dabei ist e *: 2,718... (Eulersche Zahl e) und a und b sind Parameter, die beliebige reelle, imaginäre, reale, komplexe, transformierte, modifizierte oder andere Zahlen annehmen können. Bevorzugt sollen reelle Zahlen und Brüche von minus Unendlich bis plus Unendlich verwendet werden. Dabei hat es sich als gut, Beträge kleiner 100, besser noch kleiner 25, und besonders gut kleiner zehn einzusetzen. Where e * : 2,718 ... (Euler's number e) and a and b are parameters that can take on any real, imaginary, real, complex, transformed, modified, or other number. Preferably, real numbers and fractions from minus infinity to plus infinity are to be used. It is good to use amounts less than 100, better still less than 25, and especially well below 10.
Der umlaufende Winkel kann ebenfalls beliebige reelle, imaginäre, reale, komplexe, transformierte, modifizierte oder andere Zahlen annehmen. Be- vorzugt sollen auch hier reelle Zahlenwerten und Brüchen von minus Unendlich bis plus Unendlich verwendet werden. Dabei läuft der Winkel ® von minus Unendlich, bevorzugt von Null bis Unendlich, je nachdem, wie groß die Spirale sein soll. The encircling angle can also assume any real, imaginary, real, complex, transformed, modified or other numbers. Also preferred are real numbers and fractions from minus infinity to plus infinity become. The angle ® runs from minus infinity, preferably from zero to infinity, depending on how big the spiral should be.
Eine Sonderform der logarithmischen Spirale ist die goldene Spirale, auch als Fibonacci -Spirale bekannt, welche in der Natur beim natürlichen Wachstum von zum Beispiel einigen Schneckenhäusern, der menschlichen Ohrmuschel oder Sonnenblumen vorkommt. Dabei werden den Parametern aus Funktion 1 folgende Werte zugeordnet : A special form of the logarithmic spiral is the golden spiral, also known as Fibonacci spiral, which occurs naturally in the natural growth of, for example, some snail shells, the human auricle or sunflower. The following values are assigned to the parameters from function 1:
_ 2 _ 2
a e = «j> Und n a e = «j> U nd n
Daraus ergibt sich die Funktion [2] zur Berechnung bzw. Beschreibung der Spirale: ι<φ) = φ« [2] This results in the function [2] for calculating or describing the spiral: ι <φ) = φ «[2]
Dabei ist
Figure imgf000019_0001
(goldener Schnitt) und - 180° 3,142..
It is
Figure imgf000019_0001
(golden section) and - 180 ° 3,142 ..
Auch dabei ist der Winkel Ψ wie in Formel [1] definiert und läuft grundsätzlich von Null bis Unendlich, je nachdem, wie groß die Spirale wird. Wird nun eine dieser Spiralen jeweils um denAgain, the angle Ψ is defined as in formula [1] and basically runs from zero to infinity, depending on how big the spiral is. Will now one of these spirals around the
Winkel α verschoben bzw. gedreht, ergeben sich mehrere Spiralen, die jeweils um den Winkel versetzt sind. Da die Winkelsumme eines Kreises 360° beträgt, ergeben vier goldene Spiralen eine symmetrische Anordnung. Die- se Anordnung von Spiralen finden sich auf einer Kontaktscheibe 1 in den Spulen 3 wieder, die durch die Schlitze 2 in der Kontaktscheiben 1 gebildet werden. Die Materialdicke X und der Durchmesser D einer Kontaktscheibe 1 ist dabei frei wählbar. Angle α shifted or rotated, resulting in several spirals, each offset by the angle. Since the sum of the angles of a circle is 360 °, four golden spirals make a symmetrical arrangement. This arrangement of spirals can be found on a contact disk 1 in the coils 3, which are formed by the slots 2 in the contact disks 1. The material thickness X and the diameter D of a contact disc 1 is freely selectable.
In den erfindungsgemäßen Kontaktscheiben 1 ist mindestens ein spiralförmiger Schlitz 2, der wie- derum eine Spule 3 ausbildet. Dabei kann die Längen des Schlitzes 2 bzw. der Spule 3 beliebig ausgeführt sein. Der Schlitz 2 der Spirale würden theoretisch bis zu ihrem Mittelpunkt, also dem Null-Punkt des Ursprungs der Spirale auf der Kontaktscheibe 1 laufen. Es hat sich jedoch gezeigt, dass die Schlitze 2 und die Spulen 3 erst einen gewissen Radius aufweisen sollten, um noch genügend mechanische Stabilität in der Mitte Z' der Kontaktscheibe 1 sicherstellen zu können. In the contact disks 1 according to the invention, there is at least one spiral slot 2 which, in turn, forms a coil 3. In this case, the lengths of the slot 2 or the coil 3 can be designed arbitrarily. The slot 2 of the spiral would theoretically run to its center, ie the zero point of the origin of the spiral on the contact disk 1. However, it has been shown that the slots 2 and the coils 3 should only have a certain radius in order to be able to ensure sufficient mechanical stability in the center Z 'of the contact disk 1.
Da die Schlitze 2 zu Spulen 3 theoretisch bis ins Unendliche wachsen können, ist diese Schlitz- bzw. Spulenanordnung für jede beliebige Kontaktscheibengröße geeignet. Die Kontaktscheiben können rund, oval, elliptisch oder vieleckig sein, jedoch sind runde Kontaktscheiben die bevorzugte Variante. Die dadurch resultierende Kontaktscheibe 1 ergibt eine oder mehrere Spulen 3 bzw. spulenförmige Windung von radial außen zur Mitte Z' der Kontaktscheibe 1, wie dies in den Figuren 1 und 2 dargestellt ist. Since the slots 2 can theoretically grow into coils 3 to infinity, this slot or coil arrangement is suitable for any contact disk size. The contact discs may be round, oval, elliptical or polygonal, but round contact discs are the preferred variant. The resulting contact disk 1 results in one or more coils 3 or coil-shaped winding from radially outside to the center Z 'of the contact disk 1, as shown in Figures 1 and 2.
Je nachdem wie viele die Stromanschlüsse 4 für die Kontaktscheibe 1 vorgesehen sind, können eine oder auch mehrere Schlitze 2 bzw. Spulen 3 in einer Kontaktscheibe 1 vorgesehen sein. Das heißt, der Verschiebungswinkel α kann beliebig geändert werden, jedoch wird eine symmetrische Verschiebung und damit sym- metrische Anordnung der Schlitze 2 bzw. Spulen 3 in der Kontaktscheibe 1 empfohlen. Depending on how many the power connections 4 are provided for the contact disk 1, one or more slots 2 or coils 3 may be provided in a contact disk 1. That is, the displacement angle α can be changed arbitrarily, but a symmetrical displacement and thus symmetrical arrangement of the slots 2 or coils 3 in the contact disk 1 is recommended.
Auch ist der Null-Punkt 11 des Koordinatensystems der Spirale bzw. deren Ursprung, aller oder je- der einzelnen Schlitze 2 auf der Kontaktscheibe 1 frei wählbar, jedoch wird auch dabei der Mittelpunkt 12 der Kontaktscheibe 1 für alle Schlitze 2 und Spulen 3 bevorzugt empfohlen, wie dies in Figur 3 dargestellt ist. Die Kontaktscheiben 1 können mit fünf und oder sechs Spulen 3 und Schlitzen 2 versehen sein. Da¬ bei ist darauf zuachten, dass genügend mechanische Stabilität zur Mitte der Kontaktscheibe 1 gewährleistet ist . Die Figur 2 zeigt exemplarisch die Draufsicht und die Seitenansicht einer Kontaktscheibe 1 mit sechs gleichlangen Schlitzen 2 und Spulen 3. Dabei sind die Schlitze 2 jedoch etwas breiter ausgeführt, wobei D der Durchmesser und X die Materialdicke der Kontaktscheibe 1 darstellen. Also, the zero point 11 of the coordinate system of the spiral or its origin, all or any the individual slots 2 on the contact plate 1 freely selectable, but also the center 12 of the contact disc 1 is recommended for all slots 2 and 3 coils preferably, as shown in Figure 3. The contact discs 1 may be provided with five and or six coils 3 and slots 2. Since ¬ at zuachten is that sufficient mechanical stability is guaranteed to the center of the contact pad. 1 FIG. 2 shows by way of example the plan view and the side view of a contact disk 1 with six equally long slots 2 and coils 3. However, the slots 2 are made somewhat wider, where D is the diameter and X is the material thickness of the contact disk 1.
In einem Leistungsschalter stehen sich parallel zwei Kontaktscheiben 1 möglichst in einer nicht dargestellten Vakuumsehaltkammer, bzw. Vakuumröhre gegenüber. Der oder die Stromanschlüsse 4 der Kontakt - Scheiben 1 sind dabei am äußeren Rand, vorzugsweise an der Unterseite der Kontaktscheiben 1, angebracht. In a circuit breaker are parallel two contact discs 1 as possible opposite in a Vakuumsehaltkammer, or vacuum tube, not shown. The one or more power connections 4 of the contact - discs 1 are at the outer edge, preferably on the underside of the contact discs 1, attached.
Die Figur 1 zeigt weiter die Stromanschlüsse 4 bzw. 4a an den Kontaktscheiben 1 und la. Die Stromanschlüsse 4 bzw. 4a sind bevorzugt an die Spulen 3 bzw. 3a der Kontaktscheiben 1 bzw. la angeschlossen. Als Stromanschluss 4 bzw. 4a für die Kontaktscheiben 1 bzw. la lassen sich z.B. geschlitzte Axialmagnetfeldkontakt - körper für Vakuum-Leistungsschalter gut verwenden. Die erfindungsgemäßen KontaktScheiben 1, la sind Vorzugs - weise so an den topf förmigen Kontaktkörpern 13 bzw. 13a angebracht, dass die Schlitze der Kontaktscheiben bevorzugt in die Schlitze 2, 2a der Kontaktkörper 13, 13a münden . Die durch die erfindungsgemäßen erzeugten spiralförmigen Schlitze 2 und 2a bzw. Spulen 3 und 3a in der Kontaktscheibe 1 und la verlängern damit die Spulen 3 bzw. 3a der Kontaktkörper 13 bzw. 13a in äquivalenter Drehrichtung. Es lassen sich aber auch andere Kontaktkörper als Stromanschluss 4 für die Kontaktscheiben 1 bzw. la und Spulen 3, 3a gut verwenden. FIG. 1 further shows the power connections 4 and 4a at the contact disks 1 and 1a. The power connections 4 and 4a are preferably connected to the coils 3 and 3a of the contact disks 1 and la, respectively. For example, slotted axial magnetic field contact bodies for vacuum circuit breakers can be used well as power connection 4 or 4a for the contact disks 1 or 1a. The contact lenses 1, 1a according to the invention are preferred - so attached to the pot-shaped contact bodies 13 and 13a, that the slots of the contact discs preferably in the slots 2, 2a of the contact body 13, 13a open. The spiral-shaped slots 2 and 2a or coils 3 and 3a in the contact disc 1 and 1a produced by the invention thus lengthen the coils 3 and 3a of the contact bodies 13 and 13a in the same direction of rotation. But it can also be other contact body than power connector 4 for the contact discs 1 and la and coils 3, 3a use well.
In einem nicht dargestellten Schalter können sich jeweils eine oder mehrere erfindungsgemäße Kontaktscheiben 1 mit einer anderen oder mit mehreren entsprechend angeordneten Kontaktscheiben 1 gegenüberstehen. Bevorzugt steht sich jedoch immer eine Kontaktscheibe 1 mit einer entsprechend anderen Kontaktscheibe la gegenüber. In one switch, not shown, one or more contact disks 1 according to the invention may face one another or a plurality of contact disks 1 arranged correspondingly. Preferably, however, is always a contact disk 1 with a correspondingly different contact disk la opposite.
Die Kammer bzw. die Röhre, in der sich die Kontaktscheiben 1, la gegenüberstehen, kann mit normaler Luft die größtenteils aus Stickstoff besteht, mit anderen isolierenden Gasen wie z.B. Schwefelhexafluorid oder mit Flüssigkeiten, beispielsweise Isolieröl, gefüllt sein. Dabei kann der Druck dieser Gase oder Flüssigkeiten beliebig sein; empfehlenswert ist ein Druck kleiner als 500 bar. The chamber or tube in which the contact discs 1, 1a face each other can be filled with normal air consisting mostly of nitrogen, with other insulating gases, e.g. Sulfur hexafluoride or with liquids, such as insulating oil to be filled. The pressure of these gases or liquids can be arbitrary; A pressure of less than 500 bar is recommended.
Bevorzugt befinden sich die Kontaktscheiben 1, la in einer Vakuumschaltkammer bzw. Vakuumröhre. Der Druck jenes Vakuums sollte möglichst klein sein und einen Wert von ca. 10"2 mbar nicht überschreiten. Besonders gut erweist sich ein Vakuum mit einem Drucik von wesentlich kleiner als 10"3 mbar. Preferably, the contact discs 1, la are in a vacuum interrupter chamber or vacuum tube. The pressure that vacuum should be as small as possible and a value of about 10 "not exceed 2 mbar. Particularly, a vacuum with a proves Drucik of substantially less than 10" 3 mbar.
Die Kontaktscheiben 1 und la berühren sich im geschlossenen Zustand des Schalters bevorzugt auf den gesamten Kontaktflächen 14 und 14a die die Oberflächen 15 und 15a der Kontaktscheiben 1 und la bilden; sie führen einen Wechsel- und/oder Gleichstrom. Bevorzugt liegen die Kontaktscheiben 1 und la bzw. die Spulen 3 und 3a im geschlossenen Zustand des Schalters möglichst bündig übereinander. Bei Trennung der Kontaktflächen 14 und 14a voneinander entsteht ein Lichtbogen (Kontakttrennung des Schalters) , der bei zunehmender Stromstär- ke auf der Mitte Z' der Kontaktfläche 14 und 14a bzw. zwischen den Kontaktscheiben 1 und la kontrahiert (Pinch-Effekt ) . Die Spulen 3 und 3a können als Strombahnlinien der Kontaktscheiben 1, la angesehen werden. Die Spulen 3 und 3a werden dadurch verlängert, da der Stromweg zur Mitte Z' der Kontaktscheiben 1 und la durch die Spulenform vorgegeben ist. The contact discs 1 and la are in the closed state of the switch preferably on the entire contact surfaces 14 and 14a which form the surfaces 15 and 15a of the contact discs 1 and la; they carry a AC and / or DC. The contact discs 1 and 1a or the coils 3 are preferably located and 3a in the closed state of the switch as flush as possible above each other. When the contact surfaces 14 and 14a are separated from one another, an arc arises (contact separation of the switch), which contracts with increasing current intensity on the center Z 'of the contact surface 14 and 14a or between the contact disks 1 and 1a (pinch effect). The coils 3 and 3a can be regarded as current path lines of the contact discs 1, la. The coils 3 and 3a are thereby extended because the current path to the center Z 'of the contact discs 1 and la is predetermined by the coil shape.
Nimmt die Windungszahl bzw. Windungslänge der Spule 3 und 3a zu, so steigt das Magnetfeld bei zunehmender Kontraktion eines Lichtbogens der die Spulen 3 und 3a der Kontaktscheiben 1 und la quasi verbindet. Die Windungszahl der Spulen 3 und 3a wird quasi addiert, wodurch sich die Magnetfelder überlagern. In dem Schaltspalt 16 der Kontaktscheiben 1, la entsteht parallel zum Lichtbogen (nicht dargestellt) ein axiales Magnetfeld, welches den Lichtbogen diffus hält. If the number of turns or winding length of the coil 3 and 3a increases, the magnetic field increases with increasing contraction of an arc which virtually connects the coils 3 and 3a of the contact disks 1 and 1a. The number of turns of the coils 3 and 3a is quasi added, whereby the magnetic fields are superimposed. In the switching gap 16 of the contact discs 1, la is formed parallel to the arc (not shown), an axial magnetic field, which keeps the arc diffused.
Das axiale Magnetfeld steigt bei zunehmender Kontraktion des Lichtbogens, so dass sich dieser in seiner Kontraktion selbst kompensiert und dadurch wesentlich bessere Schalteigenschaften für den Schalter entstehen und der Verschleiß von mit erfindungsgemäßen Kontaktscheiben 1, la versehenden Schaltern wesentlich verringert wird. The axial magnetic field increases with increasing contraction of the arc, so that this compensates itself in its contraction and thereby significantly better switching properties for the switch and the wear of contact discs 1, la according to the invention-providing switches is substantially reduced.
Da sich die ein Magnetfeld erzeugenden Spulen 3 und 3a der Kontaktscheibe 1 und la in der größtmögli- chen Nähe zum Lichtbogen befinden, wirkt sich dieses positiv auf das Lichtbogenverhalten des Schalters aus. Since the coils 3 and 3a of the contact disc 1 and 1a generating a magnetic field are in the greatest possible proximity to the arc, this has a positive effect on the arc behavior of the switch.
Es ist somit neu und erfinderisch, die Kontaktscheiben 1 und la selbst als Spulen 3 und 3a bzw. als Windungen zu nutzen. Spulen sind in der Physik unter anderem als Wicklungen definiert, die ein Magnetfeld erzeugen oder erkennen können. Dabei besitzt eine Spule mit einer Windung (bei einem Umfang von 360° bzw. 2·π ) die Win- dungszahl = 1. Je nachdem wie weit die erfindungsgemäßen Spulen bzw. Schlitze ausgeführt sind, kann die Windungszahl der Spule kleiner, gleich oder größer = 1 sein. Grundsätzlich wird mit längeren Spulen bzw. Spiralen (größerer Windungszahl der Spule) der Kontakt- scheibe ein stärkeres Magnetfeld als mit kurzen erzeugt. Daher wird eine möglichst hohe Windungszahl empfohlen, um ein möglichst hohes Magnetfeld zu erzeugen. It is thus new and inventive to use the contact discs 1 and la themselves as coils 3 and 3a or as windings. Coils are defined in physics, inter alia, as windings, which can generate or detect a magnetic field. In this case, a coil with one turn (with a circumference of 360 ° or 2 · π) has the number of turns = 1. Depending on how far the coils or slots according to the invention are designed, the number of turns of the coil can be smaller, equal or greater = 1. In principle, longer coils or spirals (greater number of turns of the coil) of the contact disk produce a stronger magnetic field than short ones. Therefore, the highest possible number of turns is recommended in order to generate the highest possible magnetic field.
Da der Querschnitt der Spulen 3 und 3a zur Mitte Z' der Kontaktscheiben 1 und la abnimmt, wird auch die Stromdichte zur Mitte Z' hin größer, welches zusätzlich das axiale Magnetfeld zur Mitte Z' der Kontaktscheiben 1 und la positiv beeinflusst. Außerdem wird durch die Spulen 3 und 3a bzw. die Anordnung der Schlitze 2 und 2a das Magnetfeld am Rand 17 der Kon- taktscheiben 1 und la wesentlich erhöht. Die Materialdicke X der Kontaktscheiben 1 und la ist beliebig, jedoch sind die mechanische Festigkeit und die thermische Entlastung der Kontaktscheiben bei dickeren Kontaktscheiben besser als bei dünnen. Grundsätzlich sollte die Materialdicke größer als der Durchmesser D der Kontaktscheiben 1 und la betragen. Gut geeignet sind Kontaktscheiben mit X = 0,1 bis 80 mm, besonders gut von 1 bis 10 mm. Die Materialdicke X und der Durchmesser D der Kontaktscheiben 1 und la hängen jedoch von der Stromtragfähigkeit der Kontaktscheiben 1 und la bzw. des verwendeten KontaktSystems ab. Since the cross section of the coils 3 and 3a to the center Z 'of the contact discs 1 and la decreases, the current density to the center Z' is greater, which additionally affects the axial magnetic field to the center Z 'of the contact discs 1 and la positive. In addition, by the coils 3 and 3a or the arrangement of the slots 2 and 2a, the magnetic field at the edge 17 of the contact disks 1 and la substantially increased. The material thickness X of the contact discs 1 and la is arbitrary, however, the mechanical strength and the thermal relief of the contact discs with thicker contact discs better than thin. In principle, the material thickness should be greater than the diameter D of the contact disks 1 and la. Well suited contact discs with X = 0.1 to 80 mm, particularly good from 1 to 10 mm. However, the material thickness X and the diameter D of the contact disks 1 and la depend on the current carrying capacity of the contact disks 1 and 1a or of the contact system used.
Als Material für die erfindungsgemäßen Kontaktscheiben 1 und la bzw. Spulen 3 und 3a sind ver- schiedenste Werkstoffe geeignet. Dabei sind vorzugsweise mechanisch feste, elektrisch und thermisch gut leitende sowie abbrandfeste Werkstoffe wie z.B. Kupfer, Chrom, Eisen, Kohlenstoff, Edelstahl, Wolfram, Alumini- um, Titan, Gold, Silber, Beryllium, Cadmium, Blei, Gallium, Irdium, Kalium, Kobalt, Lithium, Magnesium, Natrium, Mangan, Nickel, Osmium, Palladium, Platin, Strontium, Tantal, Thallium, Uran, Zink, Zinn oder Molybdän usw. gut aber nicht ausschließlich geeignet. Diese Werkstoffe können auch beliebig gemischt werden. Als besonders gut erweist es sich jedoch, die Kontaktscheiben aus gesintertem Kupfer-Chrom, Silber-Wolfram oder Kupfer-Wolfram im beliebigen Mischverhältnissen zu gestalten. Die genannten Materialien gelten für alle diese Erfindung betreffenden Kontaktscheiben 1 und la und Spulen 3 und 3a, Verbindungsstücke 9, Stromanschlüsse 4 und Verbindungsbolzen 10 und werden in dieser Erfindung als Materialpool Ml bezeichnet, wie dies in einer Übersicht in der Figur 14 und der Figur 15 dargestellt ist. In diesen Figuren sind der Übersichtlichkeit halber gleiche Merkmale mit gleichen Bezugszeichen versehen worden. The material used for the contact disks 1 and 1 a or coils 3 and 3 a according to the invention is suitable materials. In this case, preferably mechanically strong, electrically and thermally well conductive and erosion resistant materials such as copper, chromium, iron, carbon, stainless steel, tungsten, aluminum, titanium, gold, silver, beryllium, cadmium, lead, gallium, iridium, potassium, Cobalt, lithium, magnesium, sodium, manganese, nickel, osmium, palladium, platinum, strontium, tantalum, thallium, uranium, zinc, tin or molybdenum, etc., as well but not exclusively suitable. These materials can also be mixed as desired. However, it proves to be particularly good to make the contact disks made of sintered copper-chromium, silver-tungsten or copper-tungsten in any mixing ratios. The materials mentioned apply to contact disks 1 and 1a and coils 3 and 3a relating to this invention, connectors 9, electrical connections 4 and connecting bolts 10 and are referred to as material pool M1 in this invention, as shown in an overview in FIG. 14 and FIG is shown. In these figures, the same features have been provided with the same reference numerals for clarity.
Die Kathodenfußpunkte und auch die Anodenpunkte, welche bei einem Lichtbogen im Vakuum- Leistungsschalter auf der Kathoden- bzw. der Anodenoberfläche der Kontaktscheiben 1 und la auftreten, können sich gleichmäßig auf den Kontaktflächen 14 und 14a ausbilden und ausbreiten. Sie werden in ihrem Weg von innen nach außen der Kontaktfläche nicht durch gerade Schlitze gehindert, sondern können sich auf einer natürlichen harmonischen Spirallaufbahn nach außen abrollen. Da die Materialbreite der Kontaktscheiben 1 und la bzw. Spulen 3 und 3a innen kleiner ist als außen, ist dort die Stromdichte höher und damit ist auch die den Lichtbogen nach außen treibende Kraft größer. Da die Schlitze 2 und 2a der Kontaktscheiben 1 und la durch die gewählte Spiralform erfindungsgemäß lang sind, werden die Wirbelströme, welche durch die Kontaktkörper 13 und 13a in die Kontaktscheiben 1 und la induziert werden könnten, erheblich verringert. Das heißt auch, dass damit die Phasenverschiebung von Strom und Magnetfeld des Kontaktsystems wesentlich verringert wird und damit wesentlich verbesserte Schalteigenschaften für einen mit den Kontaktscheiben 1 und la versehenen Schalter aufweist. The Kathodenfußpunkte and also the anode points, which occur in an arc in the vacuum circuit breaker on the cathode or the anode surface of the contact discs 1 and la, can form and spread evenly on the contact surfaces 14 and 14a. They are not prevented in their way from the inside to the outside of the contact surface by straight slots, but can roll on a natural harmonic spiral track to the outside. Since the material width of the contact discs 1 and la or coils 3 and 3a inside is smaller than the outside, where the current density is higher and thus the arc outward driving force is greater. Since the slots 2 and 2a of the contact discs 1 and la are long according to the invention by the selected spiral shape, the eddy currents, which could be induced by the contact bodies 13 and 13a in the contact discs 1 and la, significantly reduced. This also means that the phase shift of the current and the magnetic field of the contact system is substantially reduced and thus has significantly improved switching properties for a switch provided with the contact disks 1 and 1a.
Um die Wirbelströme in den Kontaktscheiben 1 und la noch weiter zu verringern und das Magnetfeld am Rand 17 der Kontaktscheiben 1 und la zu erhöhen, können am Rand 17 der Kontaktscheiben 1, la in die Mitte der Spulen 3 und 3a noch zusätzliche Schlitze bzw. Spulen von geringerer Länge ausgeführt werden. In order to further reduce the eddy currents in the contact discs 1 and la and to increase the magnetic field at the edge 17 of the contact discs 1 and la, at the edge 17 of the contact discs 1, la in the middle of the coils 3 and 3a additional slots or coils be made of lesser length.
Durch Variation der Parameter a und b in der oben genannten Formel [1] , sowie in Formel [2] , als auch in den anderen Formeln zur Beschreibung oder Berechnung der Spiralen für die Spulen 3 bzw. Schlitze 2, kann die Form der Spirale beliebig geändert werden. By varying the parameters a and b in the abovementioned formula [1], as well as in formula [2], as well as in the other formulas for describing or calculating the spirals for the coils 3 or slots 2, the shape of the spiral can be arbitrary be changed.
Durch Variation der Parameter a und b in der oben genannten Formel [1] , sowie Φ in Formel [2] , als auch in den anderen Formeln zur Beschreibung oder Berechnung der Spiralen für Schlitze 2 bzw. Spulen 3, kann die Form der Spirale beliebig geändert werden. By varying the parameters a and b in the above formula [1], and Φ in the formula [2], as well as in the other formulas for describing or calculating the spirals for slots 2 and coils 3, the shape of the spiral can be arbitrary be changed.
Figur 3 zeigt die Spirale mit Formel / Funktion 2 und beispielsweise $ = 1,34 gezeichnet. Daraus ergeben sich Spulen bzw. Schlitzanordnung mit vier Schlitzen 2 und Spulen 3 für eine Kontaktscheibe 1. Dadurch werden die Spiralschlitze 2 sowie die Spulen 3 der Kontaktscheibe 1 verlängert und das axiale Magnet- feld kann bei zunehmender Kontraktion des Lichtbogens noch weiter erhöht werden. FIG. 3 shows the spiral drawn with formula / function 2 and, for example, $ = 1.34. This results in coils or slot arrangement with four slots 2 and coils 3 for a contact disk 1. As a result, the spiral slots 2 and the coils 3 of the contact disk 1 are extended and the axial magnetic field can be further increased with increasing contraction of the arc.
Auch ergibt sich dadurch ein flacherer Eintrittswinkel der Schlitze 2 von außen in die Kontakt- Scheibe 1, welche die Kontaktierung der Stromanschlüsse der Kontaktscheibe 1 bzw. Spulen 3 verschlechtern können. Um einen besseren Eintrittswinkel der Schlitze 2 und dadurch bessere Kontaktierungsmöglichkeiten der Stromanschlüsse 4 zu den Kontaktscheiben 1 und Spulen 3 zu erzeugen, kann beim Eintritt der Schlitze 2 bzw. Spulen 3 am äußeren Rand der Kontaktscheibe eine Übergangsstrecke 5 vorhanden sein. This also results in a flatter entry angle of the slots 2 from the outside into the contact disk 1, which can worsen the contacting of the power terminals of the contact disk 1 and 3 coils. In order to produce a better entry angle of the slots 2 and thereby better contacting possibilities of the power connectors 4 to the contact discs 1 and coils 3, a transition section 5 may be present at the entrance of the slots 2 or coils 3 at the outer edge of the contact disc.
Eine solche Schlitzanordnung mit beispielsweise vier Schlitzen 2 und vier Übergangs-Schlitz- Strecken 5 ist in Figur 4 dargestellt. Dabei sind diese Übergangs-Schlitzstrecken 5 jeweils radial vom äußeren Rand der Kontaktscheibe 1 zur Mitte Z' , dem Null-Punkt des Koordinatensystems der Spirale, ausgeführt. Die Steigung, Biegung, Länge und Anzahl dieser Übergangs- schlitzstrecken 5 kann jedoch ebenfalls beliebig sein und für alle diese Erfindung betreffenden Spiralschlitzanordnungen 2 in Kontaktscheiben 1 und Kontakt - scheibengrößen angewendet werden. Such a slot arrangement with, for example, four slots 2 and four transition slot distances 5 is shown in FIG. Here, these transition slot sections 5 are each radially from the outer edge of the contact disk 1 to the center Z ', the zero point of the coordinate system of the spiral executed. However, the pitch, bend, length and number of these transition slot sections 5 can also be arbitrary and be used for all this invention spiral slot arrangements 2 in contact discs 1 and contact - disc sizes.
Eine beispielhafte Darstellung dieser Spulen- bzw. Schlitzanordnung mit abgerundeten Übergangsstrecken 5 bzw. steileren Eintrittswinkeln von außen in die Kontaktscheibe ist in Figur 5 dargestellt. An exemplary representation of this coil or slot arrangement with rounded transition sections 5 or steeper entry angles from the outside into the contact disk is shown in FIG.
Es existieren noch viele weitere Spiralen wie z.B. die Fermatsche Spirale welche sich mit der Formel bzw. Funktion: There are many more spirals such as the Fermatian spiral which has the formula or function:
ΓΒ(φ) = a - φ Formel [3] berechnen lässt, und für die Spulen- 3 bzw. Schlitzformen 2 der Kontaktscheiben 1 gut geeignet sind. In Figur 6 ist die Aufsicht einer KontaktScheibe 1 mit entsprechender Spulen- bzw. Schlitzanordnung dargestellt. Da die Formel [3] in diesem Fall beispielsweise eine quadratische Formel bzw. Funktion mit einem Exponent von n = 2 ist, ergeben sich zwei Lösungen, nämlich eine positive und eine negative Spirale. Γ Β (φ) = a - φ formula [3] can calculate, and for the coil 3 or slot shapes 2 of the contact discs 1 are well suited. FIG. 6 shows the plan view of a contact wafer 1 with a corresponding coil or slot arrangement. For example, since the formula [3] in this case is a quadratic formula or function with an exponent of n = 2, there are two solutions, namely a positive and a negative spiral.
Mit anderen Worten ist die negative Spirale um 180° zur positiven verschoben. Bei der Spulen-/ Schlitzanordnung mit der Fermatschen Spirale wird die Materialbreite, also der Querschnitt der Spule 3, von außen nach innen, d.h. zur Mitte der KontaktScheibe 1, größer. Dadurch wird die Stromdichte im Außen- bzw. Randbereich der Kontaktscheibe 1 bzw. Spule 3 erhöht, welches speziell das Magnetfeld im Randbereich des Kontaktsystems wesentlich verstärkt. In other words, the negative spiral is shifted by 180 ° to the positive. In the coil / slot arrangement with the Fermat coil, the material width, that is, the cross section of the coil 3, is from outside to inside, i. to the center of the contact disc 1, larger. As a result, the current density in the outer or edge region of the contact disk 1 or coil 3 is increased, which specifically significantly strengthens the magnetic field in the edge region of the contact system.
Als weitere Spirale (Spule 3 bzw. Schlitze 2) für die Kontaktscheiben 1 ist z.B. die Archimedische Spirale gut geeignet, welche sich mit der Formel / Funktion: As another spiral (coil 3 or slots 2) for the contact discs 1 is e.g. the Archimedean spiral well suited to the formula / function:
Γ(φ) = 3·φ0 [4] beschreiben lässt. Dabei ist n der Exponent des umlaufenden Winkels Ψ . Wenn n größer eins ist, ähnelt sich diese Spirale der logarithmischen Spirale. Γ (φ) = 3 , η · φ 0 [4]. Where n is the exponent of the circumferential angle Ψ. If n is greater than one, this spiral is similar to the logarithmic spiral.
Eine andere für die Spulen 3 / Schlitze 2 der Kontaktscheiben 1 gut geeignete Spirale ist die Hyperbolische Spirale welche sich mit der Formel
Figure imgf000028_0001
berechnen lässt. Eine weitere Spirale ist die Lituus-Spirale, welche sich mit der Formel
Figure imgf000029_0001
beschreiben lässt, und für die Schlitzausführungen 2 bzw. Spulen 3 in den KontaktScheiben 1 gut geeignet sind. In den Formeln bzw. Funktionen [3] bis einschließlich [6] sind a und Ψ wie in der Formel [1] definiert, wobei r jeweils der Radius der Spirale oder Spule 3 ist. Der Exponent n sowie m in den entsprechenden Formeln kann ebenfalls jeweils beliebige und unterschiedliche reelle, imaginäre, transformierte, modifizierte oder andere Zahlen annehmen. Jedoch werden reelle Zahlen bevorzugt verwendet, wobei alle Beträge von Zahlen bzw. Zahlenwerten und Brüchen von minus Unendlich bis plus Unendlich sind. Auch dabei erweist es sich als gut, einen Betrag kleiner 100, besser noch kleiner 25 und besonders gut kleiner zehn einzusetzen.
Another coil which is well suited for the coils 3 / slots 2 of the contact discs 1 is the hyperbolic coil, which is defined by the formula
Figure imgf000028_0001
can be calculated. Another spiral is the Lituus spiral, which deals with the formula
Figure imgf000029_0001
describe, and are well suited for the slotted versions 2 and 3 coils in the contact discs 1. In the formulas or functions [3] through [6], a and Ψ are defined as in the formula [1], where r is the radius of the spiral or coil 3, respectively. The exponent n as well as m in the corresponding formulas can also assume arbitrary and different real, imaginary, transformed, modified or other numbers. However, real numbers are preferably used, with all amounts of numbers and fractions being from minus infinity to plus infinity. Again, it proves to be good to use an amount less than 100, better still less 25 and especially well less than ten.
Eine andere Spirale ist die Spirale des Theo- dorus (Wurzelschnecke) , welche aus rechtwinkligen Dreiecken mit den Seitenlängen Another spiral is the spiral of the theodorus (root snail), which consists of right-angled triangles with the side lengths
1 , VT, m + 1 , [4] erzeugt wird. 1, VT, m + 1, [4] is generated.
Dabei läuft m von Null bis Unendl nachdem, wie groß die Spirale/Spule wird. Eine Wurzelschnecke ist ebenfalls möglich, wobei die Spirale für die Schlitzformen 2 bzw. Spulen 3 für Kontaktscheiben 1 gut geeignet ist. Es existieren aber noch viele weitere Spiralen wie z.B. die Ulam-Spirale, die Trippelspirale, die Eulersche Spirale, die Galileische Spirale, die archimedische Kugelspirale, die Loxodrome, die Helix oder die Klothoide (Cornu-Spirale) , um nur einige zu nennen, welche sich gut für die Berechnung und zur Gestaltung von Spulen 3 für Kontaktscheiben 1 und deren Schlitze 2 eignen, um ein Magnetfeld mit den Spulen 3 der Kontakt - Scheiben 1 zu erzeugen und die Wirbelströme in den Kon- taktscheiben 1 zu unterdrücken. Here m runs from zero to infinite after how big the spiral / coil becomes. A root screw is also possible, wherein the spiral for the slot shapes 2 and 3 coils for contact discs 1 is well suited. But there are many other spirals such as the Ulam spiral, the triple spiral, the Eulerian spiral, the Galilean spiral, the Archimedes spherical spiral, the loxodromes, the helix or the clothoid (Cornu spiral), to name just a few, which are well suited for the calculation and design of coils 3 for contact discs 1 and their slots 2 to generate a magnetic field with the coils 3 of the contact - discs 1 and to suppress the eddy currents in the contact discs 1.
Durch Variation der Parameter a und b in der oben genannten Formel bzw. Funktion 1, sowie Φ in Formel bzw. Funktion [2] , als auch a, n, und m in den anderen genannten Formeln bzw. Funktionen zur Beschrei- bung bzw. Berechnung der Schlitze/Spulen, kann die Form der Schlitze bzw. Spule beliebig geändert werden. Dadurch wird die Form, Größe und Steigung der Spirale, je nach dem wie stark die Spirale wächst steiler oder flacher, sodass alle möglichen ein-, zwei-, drei- oder mehrdimensionale Spiralen (auch freihändig oder mit Ellipsen- und/oder Kreisstrecken oder anders konstruierte Spiralen) im ein-, zwei-, drei- oder mehrdimensionalen Koordinatensystem mit eingeschlossen sind, um Spulen 3 in Kontaktscheiben 1, zu erzeugen. Es wird jedoch emp- fohlen, die angegebenen Formeln bzw. Funktionen zur Berechnung bzw. Gestaltung zu verwenden. By varying the parameters a and b in the above-mentioned formula or function 1, and Φ in formula or function [2], as well as a, n, and m in the other formulas or functions for describing or Calculation of the slots / coils, the shape of the slots or coil can be changed arbitrarily. This makes the shape, size and pitch of the spiral steeper or flatter, depending on how much the spiral grows, so that all possible one, two, three or more dimensional spirals (also freehand or with elliptical and / or circular or other constructed spirals) in the one, two, three or more dimensional coordinate system are included to produce coils 3 in contact discs 1 ,. However, it is recommended to use the specified formulas or functions for calculation or design.
Die Schlitze bzw. Spulen können harmonisch oder eckig ausgeführt sein verlaufen, jedoch werden harmonische ausgebildete Schlitze und damit harmonisch ausgebildete Spulen bevorzugt aber nicht ausschließlich verwendet . The slots or coils can be designed to be harmonious or angular, but harmonic trained slots and thus harmoniously formed coils are preferred but not exclusively used.
In Figur 7 ist die Draufsicht auf eine runde Kontaktscheibe 1 mit sechs eckigen Schlitzen 2 bzw. Spulen 3. Die Länge der geraden sich aneinanderreihen- den Strecken, die die eckige Schlitze 2 bzw. Spulen 3 ausbilden ist beliebig, so dass dadurch in bestimmten Regionen der Kontaktscheibe 1 der Querschnitt des Mate- riales, d.h. der Querschnitt der Spule 3 bzw. der Kon- taktscheibe 1 gezielt verjüngt und/oder an derer Stelle vergrößert werden kann. In FIG. 7, the plan view of a round contact disc 1 with six angular slots 2 or coils 3 is shown. The length of the straight rows The distances which form the angular slots 2 or coils 3 are arbitrary, so that in certain regions of the contact disk 1, the cross section of the material, ie the cross section of the coil 3 or the contact disk 1, is specifically tapered and / or can be increased at our site.
Dadurch lässt sich die Stromdichte in bestimmten Regionen der Kontaktscheibe 1 gezielt beeinflussen, sodass die Größe der durch die Kontaktscheiben 1 bzw. Spulen 3 resultierenden Magnetfelder in bestimmten Bereichen der Kontaktscheibe 1 und damit auch im Schaltspalt 16 des Schalters gezielt gesteuert und be- einflusst werden kann. Die Kanten bzw. Ecken dieser eckigen Spulen 3 bzw. Schlitze 2 können ebenfalls abge- rundet sein, wie dies in Figur 8 dargestellt ist. As a result, the current density in specific regions of the contact disk 1 can be influenced in a targeted manner, so that the size of the magnetic fields resulting from the contact disks 1 or coils 3 can be selectively controlled and influenced in certain areas of the contact disk 1 and thus also in the switching gap 16 of the switch , The edges or corners of these angular coils 3 or slots 2 can also be rounded off, as shown in FIG.
Die Anzahl, Längen, Formen (eckig bzw. kantig oder harmonisch verlaufend) und Größen der Spiralen (Spulen bzw. Schlitze) der Kontaktscheibe 1 können beliebig sein. Auch die Breite der Schlitze 2 und der Spulen 3 ist beliebig. Jedoch sind die beispielhaft dargestellten Kontaktscheiben mit Spulen 3 bzw. Schlitzen 2 mit den gewählten Parametern außergewöhnlich gut, aber nicht ausschließlich geeignet. The number, lengths, shapes (angular or edged or harmonious) and sizes of the coils (coils or slots) of the contact disk 1 can be arbitrary. The width of the slots 2 and the coil 3 is arbitrary. However, the exemplified contact discs with coils 3 or slots 2 with the selected parameters are exceptionally good, but not exclusively suitable.
Grundsätzlich sollte die Breite der Schlitze der Kontaktscheibe nicht breiter als 30 % des Durchmessers der KontaktScheibe betragen. Gut geeignet sind Schlitzbreiten zwischen 0,1 und 80 mm, besser noch zwischen 1 und 10 mm. Die Breite der Schlitze 2 hängen jedoch ebenfalls von den sicher ein- und auszuschaltenden Strömen und Spannungen des Schalters ab. In principle, the width of the slots of the contact disc should not be wider than 30% of the diameter of the contact disc. Well suited slot widths between 0.1 and 80 mm, even better between 1 and 10 mm. However, the width of the slots 2 also depend on the safely switched on and off currents and voltages of the switch.
Alle die Erfindung betreffenden Kontaktscheiben mit erfindungsgemäßen Spiralspulen bzw. Schlitzausführungen können eine oder mehrere Übergangsschlitz- strecken 5 aufweisen. Auch können die Spulen 3 bzw. Schlitze 2 mit dem Verschiebungswinkel α beliebig versetzt, verschoben oder gedreht werden. Außerdem ist der Null-Punkt des Koordinatensystems als der Ursprung der Spiralen und damit der Schlitze 2 und 2a in der Kontaktscheibe 1 und la frei wählbar. All contact disks with spiral coils or slot designs according to the invention may have one or more transition slot sections 5. Also, the coils 3 and slots 2 can be offset, moved or rotated as desired with the displacement angle α. In addition, the zero point of the coordinate system as the origin of the spirals and thus the slots 2 and 2a in the contact disc 1 and la is freely selectable.
Die Spulen 3 können einen rechten und/oder einen linken Drehsinn aufweisen. Es ist nur wichtig, dass sich beim Gegenüberstehen der Kontaktscheiben 1, la, sich diese so gegenüberstehen, dass ein axiales Magnetfeld erzeugt werden kann. The coils 3 may have a right and / or a left direction of rotation. It is only important that when facing the contact discs 1, la, they face each other so that an axial magnetic field can be generated.
Grundsätzlich ist die Materialdicke der Kontaktscheibe über die gesamte Fläche gleich. Um bei der Trennung der Kontaktflächen jedoch ein gezieltes Zünden des Lichtbogens auf den Mittelpunkt 12 der Kontaktscheibe 1 zu erreichen, kann der Mittelpunkt 12 der Kontaktscheibe 1 erhöht ausgebildet sein. Basically, the material thickness of the contact disk over the entire surface is the same. However, in order to achieve a targeted ignition of the arc at the center 12 of the contact disk 1 in the separation of the contact surfaces, the center 12 of the contact disk 1 may be formed increased.
Die Seitenansicht und Draufsicht einer derartigen Kontaktscheibe 1 ist in der Figur 9 dargestellt. Da der Durchmesser D der Kontaktscheibe 1 beliebig ist, in Abhängigkeit für welchen Strom- und Spannungsbereich die Kontaktseheibe eingesetzt werden soll, sind auch die Maße für die Materialdicke X, die Erhöhung Y und der Durchmesser Z der Erhöhung Y beliebig variierbar. Grundsätzlich sollte die Erhöhung Y der Kontaktscheibe 1 nicht größer als der Durchmesser D der Kontaktscheibe 1 sein. Es erweist sich als vorteilhaft, dass die Erhöhung Y relativ klein aber größer als die Materialdicke X der Kontaktscheibe 1 sein sollte. Es wird vorgeschlagen, die Erhöhung Y von 1,1 bis zum fünffachen des Maßes der Materialdicke X der Kontaktscheibe 1 zu wählen. Der Durchmesser Z der Erhöhung Y ist von der vorgesehenen Nennstromtragfähigkeit bzw. der Dauerstromtragfähigkeit der Kontakte abhängig. Die Erhöhung Y kann rund, oval, vieleckig oder auch in anderer Form ausgestaltetet werden, jedoch wird dafür bevorzugt das Profil des Außenprofils der Kontaktscheibe 1 genommen . Auch können die Kanten 18 der KontaktscheibeThe side view and top view of such a contact disk 1 is shown in FIG. Since the diameter D of the contact disk 1 is arbitrary, depending on which current and voltage range the contact disk is to be used, the dimensions for the material thickness X, the increase Y and the diameter Z of the increase Y are arbitrarily variable. In principle, the increase Y of the contact disk 1 should not be greater than the diameter D of the contact disk 1. It proves to be advantageous that the increase Y should be relatively small but larger than the material thickness X of the contact disk 1. It is proposed to choose the increase Y of 1.1 to five times the measure of the material thickness X of the contact disk 1. The diameter Z of the increase Y is dependent on the intended rated current carrying capacity or the continuous current carrying capacity of the contacts. The Raising Y can be round, oval, polygonal or configured in any other form, but it is preferred for the profile of the outer profile of the contact disc 1 is taken. Also, the edges 18 of the contact disc
1, welche durch die Erhöhung Y entstehen, abgerundet ausgebildet sein, um inhomogene elektrische Felder zwischen sich gegenüberangeordneten Kontaktscheiben 1, la im Schaltspalt 16 zu vermeiden. Dabei ist der Radius der Erhöhung Y frei wählbar. Grundsätzlich sollte der Radius der Erhöhung Y nicht größer als der Durchmesser D der Kontaktscheibe 1 sein. Das Seitenprofil der Kontaktscheibe 1 kann auch als Rogowski- Profil, als eine teilrundes-, teilkugel- förmiges-, teilelliptisches-, teilparabelförmiges , mit anderen mathematischen Funktionen bzw. Formeln erzeugtes und/oder auch ein anderes Profil ausgebildet sein. Bevorzugt sind die Kontaktscheiben jedoch flach und/oder mit einer Erhöhung versehen. Die Kontaktscheiben 1 und la können z.B. in die entsprechende Form gebogen bzw. gepresst bzw. gestanzt werden, oder aus einem massiven Stück gefertigt sein. Um die Materialkosten- und Fertigungskosten möglichst gering zu halten, wird die gebogene bzw. ge- presste bzw. gestanzte Variante (gebogene Erhöhung) empfohlen. Das heißt, dass in der gebogenen bzw. ge- pressten bzw. gestanzten Form die Materialdick der Kontaktscheiben 1 und la trotz der Erhöhung Y überall gleich ist. Die Werkstücke dienen als Stempel für die Biege-, Stanz- oder Pressvorrichtung für die zu fertigen Kontaktscheiben. 1, which arise from the increase Y, be rounded to avoid inhomogeneous electric fields between opposing contact discs 1, la in the switching gap 16. The radius of the increase Y is freely selectable. In principle, the radius of the increase Y should not be greater than the diameter D of the contact disk 1. The side profile of the contact disk 1 can also be designed as a Rogowski profile, as a partially round, teilkugel-, teilelliptisches-, teilparabelförmiges, produced with other mathematical functions or formulas and / or another profile. However, the contact discs are preferably flat and / or provided with an increase. The contact discs 1 and 1a may e.g. be bent or pressed or punched into the appropriate shape, or be made of a solid piece. In order to keep the material costs and production costs as low as possible, the bent or pressed or punched variant (bent elevation) is recommended. This means that in the bent or pressed or stamped form, the material thickness of the contact disks 1 and 1a is the same everywhere, despite the increase Y. The workpieces serve as stamps for the bending, punching or pressing device for the contact disks to be manufactured.
Die Erhöhung Y der Kontaktscheibe 1 oder auch die Kontaktscheibe 1 ohne Erhöhung kann durch einen Isolator unterhalb der Erhöhung bzw. unterhalb der Kon- taktscheibe gestützt werden, um ein Verbiegen oder Stauchen über längere Zeit zu vermeiden, da sich die Kontaktscheiben 1 bei mehreren Schalthandlungen auf Grund der mechanischen Beanspruchung, sowie der starken Erwärmung, als auch der Stromkräfte verbiegen oder stauchen könnten. Daher ist dieser nicht dargestellte relativ mittig unter der Kontaktscheibe 1 angeordnet. The increase Y of the contact disk 1 or the contact disk 1 without an increase can be achieved by an insulator below the elevation or below the Kon¬ To prevent a bending or compression over a long period of time, since the contact discs 1 could bend or compress at several switching operations due to the mechanical stress, as well as the strong heating, as well as the current forces. Therefore, this is not shown arranged relatively centrally under the contact disc 1.
Der Isolator ist aus mechanisch stabilen, hitzebeständigen sowie elektrisch sehr schlecht leitenden Materialien ausgebildet. Dazu eigene sich unter anderem verschiedene Verbundstoffe, schlecht leitende Metalle, Keramiken oder Glas welche in dieser Erfindung als Materialpool M2 bezeichnet werden. Bei Keramiken oder Glas sind Verbindungsmaßnahmen zu anderen Werkstoffen, speziell zu den Kontaktscheiben, Verbindungsstücken und Bolzen aus Materialpool Ml bekannt und erprobt. Die Keramik- oder Glasflächen können durch Siebdruck oder Bedampfen metallisiert werden, sodass ein Verlöten mit den anderen Werkstücken (Kontaktscheiben usw.) möglich ist. The insulator is made of mechanically stable, heat-resistant and electrically very poorly conductive materials. These include, inter alia, various composites, poorly conductive metals, ceramics or glass which are referred to in this invention as material pool M2. In the case of ceramics or glass, connection measures to other materials, in particular to the contact disks, connecting pieces and bolts from material pool M1 are known and tested. The ceramic or glass surfaces can be metallized by screen printing or vapor deposition, so that a soldering with the other workpieces (contact discs, etc.) is possible.
Alle die Erfindung betreffenden Kanten der Kontaktscheiben 1, Verbindungsstücke 9 und Bolzen 10 können in Ihrer Form abgerundet bzw. halb- oder ganz rund sein. Eine mit beispielhaft abgerundeten Schlitz- kanten ausgeführte Kontaktscheibe 1 weist beispielsweise sechs Spulen 3 bzw. Spiralschlitze 2 auf. All of the invention related edges of the contact discs 1, connectors 9 and bolts 10 may be rounded in shape or half or all round. For example, a contact disk 1 designed with rounded edges as an example has six coils 3 or spiral slots 2, for example.
Anstelle von Schlitzen 2 in den Kontaktscheiben 1, können alle die Erfindung betreffenden Schlitzformen 2 bzw. Spulen 3 der Kontaktscheiben 1 auch mit Löchern 6 realisiert werden, wie die in der Figur 10 dargestellt ist. Dabei sind die Löcher 6 entlang der Spiralen ausgeführt. Diese Löcher 6 können rund, oval, oder vieleckig und/oder mit einem Gewinde, beispielsweise einem Feingewinde, einem metrischen Gewinde, oder einem Zollgewinde etc., beschaffen sein. Jedoch werden runde Löcher ohne Gewinde bevorzugt verwendet, um die Fertigungskosten gering halten zu können. Instead of slots 2 in the contact disks 1, all slit forms 2 or coils 3 of the contact disks 1 relating to the invention can also be realized with holes 6, as shown in FIG. The holes 6 are made along the spirals. These holes 6 may be round, oval, or polygonal and / or threaded, such as a fine thread, a metric thread, or a thread, etc., be procured. However, non-threaded round holes are preferably used to keep manufacturing costs low.
Der Abstand der Löcher 6 zueinander ist be- liebig. Außerdem sind der Durchmesser und die Anzahl der Löcher 6 in der Kontaktscheibe 1 beliebig. Gut aber nicht ausschließlich geeignet sind Löcher mit einem Durchmesser von 0,1 bis 100 mm, besser noch zwischen 1 und 10 mm. Der Lochdurchmesser hängt ebenfalls von der Strom- und Spannungsebene des Schalters ab. The distance of the holes 6 from each other is arbitrary. In addition, the diameter and the number of holes 6 in the contact disk 1 are arbitrary. Well but not exclusively suitable are holes with a diameter of 0.1 to 100 mm, better still between 1 and 10 mm. The hole diameter also depends on the current and voltage level of the switch.
Die Kontaktscheibe 1 kann auch sowohl mit Löchern 6 als auch Schlitzen 2 mit einander verbunden oder unverbunden ausgeführt sein. Zwischen den Löchern 6 sind Schlitze 2 ausgebildet, die die Löcher miteinan- der verbinden oder nicht verbinden aber auch nicht verbinden. Beide Ausführungsformen sind denkbar und in einer Kontaktscheibe 1 ausführbar. The contact disc 1 can also be connected to both holes 6 and 2 slits with each other or unconnected. Slots 2 are formed between the holes 6, which connect or not connect the holes with each other but also do not connect. Both embodiments are conceivable and executable in a contact disc 1.
Zusätzlich können zu den Löchern 6 und/oder den mit Schlitzen 2 verbundenen Löchern noch eigenstän- dige Spiralschlitze in den Kontaktscheiben 1 ausgebildet sein. Die Schlitze 2 und Löcher 6 der Erfindung betreffenden Ausführungen können Durchgangslöcher bzw. Durchgangsschlitze oder nur teilweise in das Material gearbeitet sein (Sacklöcher und/oder Sackschlitze) oder auch eine andere Form, z.B. keilförmig ausgebildet sei- n. In addition, self-contained spiral slots may be formed in the contact disks 1 to the holes 6 and / or the holes connected to slots 2. The slits 2 and holes 6 of the invention may be through-holes or through-slits or worked only partially into the material (blind holes and / or blind slits) or other shape, e.g. be wedge-shaped.
Dabei ist eine Form die Differenz zu ihrer Umgebung. Bevorzugt sind die Schlitze 2 und Löcher 6 jedoch durchgängig in den KontaktScheiben 1 ausgebil- det. Die Schlitze 2 bzw. Spulen 3 können auch nur teilweise, aus Teilstrecken von Schlitzen 2 bzw. Spulen 3 bestehend, in den Kontaktscheiben ausgebildet sein. Eine mit Teilstrecken von Schlitzen 2 ausgeführte KontaktScheibe 1 ist in Figur 11 dargestellt. Dabei sind die Längen der Teilstrecken beliebig. Eine Kontaktscheibe 1 mit Schlitzen 2 bzw. Spulen 3 unter- schiedlicher Längen und unterschiedlicher Null -Punkte des jeweiligen zur Spirale zugehörigen Koordinatensystems, dem Ursprung der Spirale bzw. Spule ist ebenfalls in Figur 11 dargestellt worden. A form is the difference to its environment. Preferably, however, the slots 2 and holes 6 are formed continuously in the contact plates 1. The slots 2 or coils 3 can also be formed only partially, consisting of sections of slots 2 or coils 3, in the contact discs. A running with partial sections of slots 2 KontaktScheibe 1 is shown in Figure 11. The lengths of the sections are arbitrary. A contact disk 1 with slots 2 or coils 3 of different lengths and different zero points of the respective coordinate system belonging to the spiral, the origin of the spiral or coil has also been shown in FIG.
Eine weitere beispielhafte Kontaktscheibe 1 weist unterschiedliche Längen, Formen, Drehrichtungen, Schlitzausführungen 2 (Löcher, Teilstrecken, Loch- Schlitz-Stecken sowie durchgängig ausgeführte Schlitze) mit unterschiedlichen Koordinatensystemen / Ursprüngen der Spiralen auf. Der längste Schlitz ist noch mit ei- ner Übergangstrecke 5 am Rand (Eintritt in die Kontakt - Scheibe) ausgeführt. Dieser Schlitz ändert nach einer gewissen Länge, die Form und den Drehsinn seiner Spiralform. Another exemplary contact disc 1 has different lengths, shapes, directions of rotation, slot 2 (holes, sections, hole slot slots and consistently running slots) with different coordinate systems / origins of the spirals. The longest slot is still made with a transition section 5 at the edge (entry into the contact disk). This slot changes after a certain length, the shape and the sense of rotation of its spiral shape.
Da die Schlitze 2 bzw. Spulen 3 in beliebiger Anzahl, Größe, Breite, Steigung in harmonischer oder eckig Form und Länge in der Kontaktscheibe 1 vorhanden seien können, ist diese Spulen- bzw. Schlitzanordnung universal für alle Kontaktscheibengrößen und beliebiger Durchmesser der Kontaktscheibe für Schalter, die beson- ders gut für Vakuum- Schalter geeignet sind zur Generierung bzw. Verstärkung eines Magnetfeldes, in allen Strom- und Spannungsebenen, bei Gleich- und Wechsel - Spannung, für Gleich- und Wechselstrom, mit allen Frequenzen und Oberschwingungen bei allen Kontakthüben d.h. Kontaktabständen im geöffneten Zustand des Schalters, einsetzbar. Since the slots 2 and 3 coils can be present in any number, size, width, pitch in harmonic or angular shape and length in the contact disc 1, this coil or slot arrangement is universal for all contact disc sizes and any diameter of the contact disc for switches These are particularly suitable for vacuum switches for generating or amplifying a magnetic field, in all current and voltage levels, for DC and AC voltage, for direct and alternating current, with all frequencies and harmonics for all contact strokes ie Contact distances in the open state of the switch, can be used.
Der Kontaktabstand der geöffneten Kontakt- Scheiben 1 hängt von der ein- und auszuschaltenden Spannung und den geschalteten Strömen ab. Besonders gut, aber keinesfalls ausschließlich sind die erfindungsgemäßen Kontaktscheiben 1 für Spannungen größer 10 Volt und besonders gut für Spannungen größer 1000 Volt (Hochspannung nach VDE) und Ströme größer 1 Ampere und besonders gut für Ströme größer 1000 Ampere für alle Arten von Schaltern, beispielsweise Leistungsschalter, Lastschalter, Trennschalter, Erdungsschalter, Erdungstrennschalter, Sicherungsschalter, Lasttrennschalter, Sicherungslasttrennschalter, Leistungstrennschalter, Hauptschalter, Schalter und Taster, sowie Schaltgeräte und Schutzeinrichtungen, beispielsweise Relais, Schütze, Motorschutzschalter, Motorschutzrelais, Leitungsschutzschalter, Fehlerstromschutzschalter, mit unterschiedlichen Betätigungen (wie z.B. elektromagnetische Antriebe, mechanische Antriebe, von Hand, elektrochemische Antriebe, chemische Antriebe usw.) geeignet. The contact distance of the opened contact disks 1 depends on the voltage to be switched on and off and the switched currents. Especially good, but not exclusive are the contact discs 1 of the invention for voltages greater than 10 volts and very good for voltages greater than 1000 volts (high voltage VDE) and currents greater than 1 amp and especially good for currents greater than 1000 amps for all types of switches, such as circuit breakers, Load switches, circuit breakers, earthing switches, earthing disconnectors, circuit breakers, switch disconnectors, fuse disconnectors, circuit breakers, circuit breakers, switches and pushbuttons, and switching devices and protective devices, such as relays, contactors, motor protection switches, motor protection relays, circuit breakers, earth leakage circuit breakers, with different operations (such as electromagnetic drives, mechanical Drives, by hand, electrochemical drives, chemical drives, etc.).
Die erfindungsgemäßen Kontaktscheiben 1 lassen sich ebenfalls als ein axiales Magnetfeld erzeugende Kontaktscheiben in Verbindung mit einem ein radiales Magnetfeld erzeugenden Kontaktkörpern als Stroman- schluss einsetzen. Das heißt, dass vorgeschlagen wird die Kontaktscheiben so anzuordnen, wie gemäß FIG. 6 beschrieben, sodass diese ein axiales Magnetfeld erzeugen, und die Stromanschlüsse (Radialmagnetfeldkontakt- körper) ein radiales Magnetfeld erzeugen. The contact discs 1 according to the invention can also be used as an axial magnetic field generating contact discs in conjunction with a radial magnetic field generating contact bodies as a power connection. That is, it is proposed to arrange the contact discs as shown in FIG. 6, so that they generate an axial magnetic field, and the power connections (radial magnetic field contact body) generate a radial magnetic field.
Dadurch wird ein diffuser Lichtbogen, erzeugt durch das axiale Magnetfeld der erfindungsgemäßen Kontaktscheiben 1, zwischen den Kontaktflächen generiert, welcher gleichzeitig durch die geschlitzten Radialmag- netfeldkontaktkörper, den Stromanschlüsse für die Kontaktscheiben, auf der Kontaktscheibe 1 bzw. im Schaltspalt umhergetrieben wird. Vorzugsweise münden dabei die Schlitze der Kontaktscheiben 1 in denen der Kontaktkörper. Somit ergibt sich ein neuartiges Radial- Axial-Magnetfeld-Kontaktsystem (RAMF) , welches die Vorzüge der jeweils unterschiedlichen Techniken vereint und dadurch die Schaltleistung von Kontaktsystemen we- sentlich erhöht. Ein solches RAMF- Kontaktsystem ist nicht bekannt . As a result, a diffuse arc generated by the axial magnetic field of the contact disks 1 according to the invention is generated between the contact surfaces, which is simultaneously driven around by the slotted radial magnetic field contact bodies, the power connections for the contact disks, on the contact disk 1 or in the switching gap. Preferably, the slots of the contact discs 1 in which the contact body open. This results in a novel Radial Axial Magnetic Field Contacting System (RAMF), which combines the advantages of each different techniques and thereby significantly increases the switching capacity of contact systems. Such a RAMF contact system is not known.
Außerdem wird vorgeschlagen, die erfindungs- gemäßen Kontaktscheiben 1 so anzuordnen, dass diese ein radiales Magnetfeld, nämlich ein den Lichtbogen zum Um- lauf auf der Kontaktscheibe zwingendes Magnetfeld wird so im Schaltspalt des Leistungsschalters erzeugt. Das heißt, dass die Kontaktfläche der einen Kontaktscheibe die Aufsicht jener Kontaktscheibe, und dieser Kontaktfläche gegenüberstehenden Kontaktfläche, die gespiegel- te Aufsicht bzw. die Rückansicht der Kontaktscheibe wird dann eine der beiden Kontaktscheiben gespiegelt angeordnet . In addition, it is proposed to arrange the contact disks 1 according to the invention so that they generate a radial magnetic field, namely a magnetic field which compels the arc to circulate on the contact disk in the switching gap of the circuit breaker. This means that the contact surface of the one contact disk, the top view of that contact disk, and the contact surface opposite this contact surface, the mirrored top view or the rear view of the contact disk, is then mirrored to one of the two contact disks.
Es wird mit den erfindungsgemäßen Kontaktscheiben 1 bzw. den daraus entstehenden Spulen 3 ein den Lichtbogen zum Umlauf zwingendes radiales Magnetfeld in Art einer Maxwell-Spule (Anti-Helmholtzspule) erzeugt. Erfindungsgemäß fließt der Strom dabei die durch den Lichtbogen verbundenen Spulen 3 der Kontakt - Scheiben 1 in entgegengesetzter Richtung, weist also einen gegensinnigen Stromfluss auf. It is generated with the inventive contact discs 1 and the resulting coils 3 a forced the arc for circulation radial magnetic field in the manner of a Maxwell coil (anti-Helmholtz coil). According to the invention, the current flows through the coils 3 of the contact disks 1 connected in the opposite direction through the arc, that is to say it has an opposing current flow.
Dabei ist der Stromanschluss meist in der Mitte der Kontaktscheibe an deren Unterseite befestigt, so dass sich der Lichtbogen von innen nach außen entlang der Schlitze bewegt. Bevorzugt wird vorgeschlagen, den bzw. die Stromanschlüsse am äußeren Rand der Unterseite der Kontaktscheibe anzubringen. In this case, the power connection is usually fixed in the middle of the contact disc on the underside thereof, so that the arc moves from the inside to the outside along the slots. It is preferably proposed to attach the or the power connections to the outer edge of the underside of the contact disc.
Ferner wird vorgeschlagen, die axiale Magnetfelder erzeugenden Kontaktkörper als Stromanschluss so zu verwenden, wobei die Schlitze der Kontaktscheiben bevorzugt in die Schlitze der Kontaktkörper münden. Dies bedeutet, dass die erfindungsgemäßen Kontaktscheiben 1 bzw. Spulen 3 ein Magnetfeld erzeugen, welches den Lichtbogen im Schaltspalt auf der Kontaktfläche um- treibt, der von dem, ein axiales Magnetfeld erzeugenden Kontaktkörpern, diffus gehalten wird. It is also proposed to use the axial magnetic fields generating contact body as a power connection so, wherein the slots of the contact discs preferably open into the slots of the contact body. This means that the contact disks 1 or coils 3 according to the invention generate a magnetic field which circumscribes the arc in the switching gap on the contact surface, which is kept diffused by the contact body generating an axial magnetic field.
Damit ergibt sich ein neuartiges Axial- Radial -Magnetfeld-Kontaktsystem (ARMF) , welches ebenfalls die Vorzüge der jeweils unterschiedlichen Techni- ken vereint und die Schaltleistung von Kontaktsystemen wesentlich erhöht. Ein ARMF- KontaktSystem ist wie das RAMF- Kontaktsystem noch nicht bekannt. This results in a novel axial-radial magnetic field contact system (ARMF), which also combines the advantages of the respective different technologies and significantly increases the switching capacity of contact systems. An ARMF contact system, like the RAMF contact system, is not yet known.
Außerdem wird vorgeschlagen, den Stromanschlussbolzen in dem mittleren Bereich an der Untersei- te der Kontaktscheibe anzubringen In addition, it is proposed to mount the power connection bolt in the middle region on the underside of the contact disk
Die durch die erfindungsgemäßen Spiralen erzeugten Schlitze 2 und Spulen 3 der Kontaktscheibe 1 erzeugen eine wesentlich stärkere radiale Komponente als die herkömmlichen Radialmagnetfeldkontaktsysteme. Die geschaffenen Spulen 3 bzw. Schlitze 2 werden dabei wesentlich länger. Dadurch wird die Umlaufgeschwindigkeit des Lichtbogens auf der Kontaktscheibe 1 wesentlich erhöht, welches zu einer größeren thermischen Entlastung des Kontaktsystems führt. Damit kann die Schaltleistung derartiger Kontaktsysteme wesentlich gesteigert werden. The slots 2 and coils 3 of the contact disc 1 produced by the spirals according to the invention produce a substantially stronger radial component than the conventional radial magnetic field contact systems. The created coils 3 or slots 2 are much longer. As a result, the rotational speed of the arc on the contact disk 1 is substantially increased, which leads to a greater thermal discharge of the contact system. Thus, the switching performance of such contact systems can be significantly increased.
Es wird ferner vorgeschlagen, zur Erzeugung radialer Magnetfelder die der erfindungsgemäßen RAMF- und ARMF- KontaktSysteme zu verbinden. Dadurch entstehen 15 neuartige Kontaktsysteme, die innere Kontaktkörperelemente erzeugen. Dabei sind erfindungsgemäße äußere Kontaktkörperelemente vorgesehenen. Die ein radiales oder axiales und die für die inneren Kontaktkörperelemente Spulen bzw. Kontaktscheiben oder Kontaktscheiben- ringe ein radiales oder axiales sowie die für die äußeren Kontaktkörperelemente vorgesehenen erf indungsgemäßen Spulen bzw. Kontaktscheiben oder Kontaktscheibenringe ein radiales oder axiales Magnetfeld. Die Abkür- zungen A stehen für axiales, R für radiales und MF für Magnetfeld. Die Figur 16 zeigt als eine weitere Variante die Draufsicht auf eine Kontaktscheibe, mit einem die spiralförmigen Spulen überlagernden Sinus. It is further proposed to connect the inventive RAMF and ARMF contact systems for generating radial magnetic fields. This results in 15 novel contact systems that produce inner contact body elements. In this case, outer contact body elements according to the invention are provided. The radial or axial and the inner contact body elements coils or contact discs or contact disc Rings a radial or axial and provided for the outer contact body elements erf indungsgemäßen coils or contact discs or contact disc rings a radial or axial magnetic field. The abbreviations A stand for axial, R for radial and MF for magnetic field. FIG. 16 shows, as a further variant, the plan view of a contact disk, with a sine overlying the spiral-shaped coils.
Die Radialmagnetfeldkontaktkörper können so an die erfindungsgemäße Kontaktscheibe 1, la angebracht werden, dass die Spulen 3 und 3a der Kontaktscheiben 1 und la, die Spulen 3, 3a der Kontaktkörper 13 bzw. 13a verlängern, wobei die Schlitze 2 und 2a der Kontakt - Scheiben 1 und la bevorzugt in denen der Kontaktkörper 13 bzw. 13a münden. Dabei kann der Kontaktscheibe 1 ein Loch 7 vorzugsweise ein Durchgangsloch zugeordnet sein, wie dies in Figur 13 in einer Draufsicht dargestellt ist. Der Durchmesser des Loches 7 ist beliebig und richtet sich nach dem Durchmesser D der Kontaktscheibe 1 sowie deren Strom- und Spannungsparametern. The radial magnetic field contact bodies can be attached to the contact disk 1, 1a according to the invention such that the coils 3 and 3a of the contact disks 1 and 1a, the coils 3, 3a extend the contact bodies 13 and 13a, the slots 2 and 2a of the contact disks 1 and la preferably in which the contact bodies 13 and 13a open. In this case, the contact disk 1, a hole 7 preferably be associated with a through hole, as shown in Figure 13 in a plan view. The diameter of the hole 7 is arbitrary and depends on the diameter D of the contact disk 1 and their current and voltage parameters.
Eine Kontaktscheibe 1 mit Schlitzen 2 bzw. Spulen 3 unterschiedlicher Längen und unterschiedlicher Null -Punkte des jeweiligen zur Spirale zugehörigen Koordinatensystems, ist in FIG 12 dargestellt. In der Figur 13 ist die Aufsicht einer derartigen Kontaktscheibe 1 mit einem Loch 7 im Mittelpunkt 12 der Kontaktscheibe 1 dargestellt. Der Lochdurchmesser ist beliebig und richtet sich nach dem Durchmesser der Kontaktscheibe sowie deren Strom- und Spannungspa- rametern. Gut, aber keinesfalls ausschließlich sind Lochdurchmesser zwischen 2% und 98% des Durchmessers der Kontaktscheibe geeignet. Jedoch sind die in der Figur 13 gezeigten Proportionen in Bezug zum Durchmesser der Kontaktscheibe gut, aber nicht ausschließlich ge- eignet. Dieses Loch 7 kann in einer beliebigen Position in der Kontaktscheibe 1 vorhanden und rund, oval, oder vieleckig und/oder mit einem Gewinde (z.B. Feingewinde, metrisches Gewinde, Zollgewinde etc.) beschaffen sein. Mit dem Loch 7 wird eine ringförmige Kontaktscheibe (Kontaktscheibenring) erzeugt. Dabei sind die Längen der Spiralschlitze 2 bzw. der Spulen 3 sowie deren Form und Ausführungen in dem Kontaktscheibenring 1 wie bei den anderen Kontaktscheiben mit den erfindungsgemäß be- schriebenen Spulen/Schlitzen beliebig lang ausgebildet. Die Spiralschlitze der Kontaktscheibe münden vorzugsweise in den Schlitzen des Kontaktkörpers. Durch die Spiralschlitze werden induzierte Wirbelströme in den Kontaktscheiben wesentlich unterdrückt. Außerdem wird das den Lichtbogen zum Umlauf zwingende Magnetfeld weiter gesteigert und dadurch die Umlaufgeschwindigkeit des Lichtbogens wesentlich erhöht. Dadurch ergibt sich eine thermische Entlastung für das KontaktSystem, welches größere Schaltleistungen zulässt und einen vermin- derten Abbrand der Kontaktscheiben zur Folge hat. A contact disk 1 with slots 2 or coils 3 of different lengths and different zero points of the respective coordinate system associated with the spiral is shown in FIG. FIG. 13 shows the plan view of such a contact disk 1 with a hole 7 in the center 12 of the contact disk 1. The hole diameter is arbitrary and depends on the diameter of the contact disc as well as its current and voltage parameters. Well, but not exclusively, hole diameters between 2% and 98% of the diameter of the contact disc are suitable. However, the proportions shown in FIG. 13 are good, but not exclusively, with respect to the diameter of the contact disk. suitable. This hole 7 may be present in any position in the contact disc 1 and round, oval, or polygonal and / or with a thread (eg, fine thread, metric thread, inch thread, etc.) be procured. With the hole 7, an annular contact disc (contact disc ring) is generated. The lengths of the spiral slots 2 and the coils 3 and their shape and designs in the contact disc ring 1 as with the other contact discs with the invention described coils / slots are arbitrarily long. The spiral slots of the contact disc preferably open in the slots of the contact body. Due to the spiral slots induced eddy currents are significantly suppressed in the contact discs. In addition, the arc forced to circulate the magnetic field is further increased and thereby significantly increases the rotational speed of the arc. This results in a thermal relief for the contact system, which allows greater switching performance and has a reduced erosion of the contact discs result.
Die in den Figur 14 zeigt die Kontaktscheibe 1 in einer dreidimensionale Darstellung eines geöffneten, zweistufigen Kontaktsystems, bestehend aus vier Kontaktscheiben 1 mit Spulen 3, zwei Verbindungsstücken 9 und jeweils einen Verbindungsbolzen 10 und einem Anschlussbolzen 8. Der Übersichtlichkeit halber sind gleiche Merkmale mit gleichen Bezugszeichen bezeichnet. 14 shows the contact disk 1 in a three-dimensional representation of an open, two-stage contact system consisting of four contact disks 1 with coils 3, two connecting pieces 9 and one connecting bolt 10 and one connecting bolt 8. For the sake of clarity, the same features are given the same reference numerals designated.
Die Figur 15 zeigt eine dreidimensionale eineinhalbstufige Anordnung eines geöffneten Kontaktsys- tems, teilweise geschnitten. Auch Hierbei werden, der Übersichtlichkeit halber, gleiche Merkmale mit gleichen Bezugszeichen versehen. Die Kontaktscheiben 1 werden über jeweils einen Verbindungsbolzen 10, der zwischen den Kontaktscheiben 1, mittig angeordnet ist, miteinan- der verbunden. Der Stromanschluss erfolgt über die Stromanschlüsse 4 für die Spulen 3 der Kontaktscheibe FIG. 15 shows a three-dimensional one-half-step arrangement of an opened contact system, partially cut away. Here too, for the sake of clarity, the same features are provided with the same reference numerals. The contact disks 1 are connected via a respective connecting bolt 10, which is arranged centrally between the contact disks 1, miteinan- the connected. The power connection takes place via the power connections 4 for the coils 3 of the contact disk
Figur 16 ist eine schematische Darstellung einer weiteren Ausführungsform der erfindungsgemäßen Kontaktscheibe 1 in einer Draufsicht, wobei die zur Bestimmung der Schlitze 2 und die Spulen 3 verwendete Spirale mit überlagerter Sinus berechnet worden ist. Figure 16 is a schematic representation of another embodiment of the contact disc 1 according to the invention in a plan view, wherein the spiral used to determine the slots 2 and the coils 3 has been calculated with superimposed sine.
Bezugszeichen reference numeral
1, la Kontaktscheibe bzw. Kontaktscheibenring 1, la contact disc or contact disc ring
2, 2a spiralförmiger Schlitz  2, 2a spiral slot
3, 3a spiralförmige Spule  3, 3a spiral coil
4, 4a Stromanschluss für die Spulen für die Kontaktscheibe  4, 4a power connection for the coils for the contact disc
5 Übergangs-Schlitz-Strecke bzw. Übergangsstrecke  5 transition slot route or transition section
6 Loch entlang der Spiralen bzw. Schneckenlinien  6 holes along the spiral or screw lines
7 Loch eines resultierenden Kontaktscheibenrings  7 holes of a resulting contact disc ring
8 Anschlussbolzen für die Kontaktscheiben  8 connecting bolts for the contact disks
9 Verbindungsstück zwischen Kontaktscheiben  9 Connector between contact discs
bzw. Spulen  or coils
10 Verbindungsbolzen zwischen Kontaktscheibe  10 connecting bolts between contact disc
bzw. Spule  or coil
11 Null -Punkt  11 zero point
12 Mittelpunkt  12 center point
13, 13a Kontaktkörper  13, 13a contact body
14, 14a Kontaktfläche  14, 14a contact surface
15, 15a Oberfläche  15, 15a surface
16 Schaltspalt  16 switching gap
17 Rand  17 edge
18 Kanten  18 edges
D Durchmesser der Kontaktscheibe  D Diameter of the contact disc
x Materialdicke der Kontaktscheibe x material thickness of the contact disc
y Erhöhung der Kontaktscheibe y increase the contact disc
Z Durchmesser der KontaktScheibenerhöhung Y Z Diameter of contact disc elevation Y
Z' Mitte der Kontaktscheibe Z 'center of the contact disc

Claims

Patentansprüche  claims
KontaktSystem zum Schließen und Öffnen elektrischer Stromkreise mit einem Schalter, umfassend mindestens jeweils zwei Anschlussbolzen, die jeweils mit mindestens zwei Kontaktkörpern verbunden sind, die bei anliegen einer Spannung ein axiales Magnetfeld erzeugen und als zwischen jeweils zwei Schlitzen verlaufenden spiralförmige Spulen ausgebildet und mit jeweils mindestens einer Kontakt - Scheibe zur Erzeugung eines Lichtbogens wirkverbunden sind, dadurch gekennzeichnet, dass die Spulen (3) und Schlitze (2) einer Kontaktscheibe (1) spiralförmig ausgebildet sind, die KontaktscheibenContact system for closing and opening electrical circuits with a switch, comprising at least two connecting pins, which are each connected to at least two contact bodies, which generate an axial magnetic field when applied to a voltage and formed as running between two slots spiral coils and each having at least one Contact - disc for generating an arc are operatively connected, characterized in that the coils (3) and slots (2) of a contact disc (1) are formed spirally, the contact discs
(1) Kurven und Flächen aufweisen, die um einen auf der Kontaktscheibe (1) freiwählbaren Punkt verlaufen und sich diesem Punkt in Abhängigkeit von ihrer Laufrichtung entfernen oder nähern, die Spulen(1) have curves and surfaces which extend around a point arbitrary on the contact disc (1) and move away or approach this point depending on their running direction, the coils
(3) der Kontaktscheibe (1) ein axiales resultierendes Magnetfeld erzeugen, das bei zunehmender Kontraktion des Lichtbogens erhöht wird, so dass der Lichtbogen auf einer, den spiralförmigen Schlitzen (2) folgenden natürlichen harmonischen Laufbahn abrollt. (3) the contact disc (1) generate an axial resultant magnetic field which is increased with increasing contraction of the arc so that the arc rolls on a natural harmonic path following the helical slots (2).
Kontaktsystem nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass bei einer KontaktScheibenanordnung zur Erzeugung radialer Magnetfelder die radiale Magnetfeldkomponente bei zunehmender Entfernung des Lichtbogens vom Stromanschluss der Kontakt - Scheibe das den Lichtbogen zum Umlauf zwingende radiale Magnetfeld erhöht wird, so dass der Lichtbogen auf der natürlichen harmonischen Laufbahn abrollt . KontaktSystem nach den Ansprüchen 1 und 2, dadurch gekennzeichnet, dass der Radius der Spulen (3) und der Schlitzen (2) der Kontaktscheibe (1) logarithmisch ausgebildete und nach der Gleichung r(p) = a · eb,,r berechenbar sind . Contact system according to claim 1, characterized in that in a contact disc arrangement for generating radial magnetic fields, the radial magnetic field component with increasing distance of the arc from the power terminal of the contact - the arc the arc forcing radial magnetic field is increased, so that the arc on the natural harmonic career rolls off. Contact system according to Claims 1 and 2, characterized in that the radius of the coils (3) and of the slots (2) of the contact disk (1) are logarithmically formed and can be calculated according to the equation r (p) = a · e b r ,
Kontaktsystem nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass die Parameter a und b der Gleichung reelle, imaginäre, reale, komplexe, transformierte, modifizierte oder andere Zahlen sind . Contact system according to claim 3, characterized in that the parameters a and b of the equation are real, imaginary, real, complex, transformed, modified or other numbers.
Kontaktsystem nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass zur Berechnung der Spiralen alle Beträge von Zahlen, Zahlenwerten und Brüchen von minus Unendlich bis plus Unendlich einsetzbar sind . Contact system according to Claim 4, characterized in that all amounts of numbers, numerical values and fractions from minus infinity to plus infinity can be used for calculating the spirals.
Kontaktsystem nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass die Zahlenwerte für die Parameter a und b der Gleichung q) = a· kleiner einhundert, kleiner fünfundzwanzig oder kleiner zehn sind. Contact system according to claim 4, characterized in that the numerical values for the parameters a and b of the equation q) = a · are less than one hundred, less than twenty-five or less than ten.
Kontaktsystem nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass der Winkel Ψ der Gleichung τ{φ) = a - eb'9 eine reelle, imaginäre, reale, komplexe, transformierte, modifizierte oder andere Zahl von minus Unendlich bis plus Unendlich ist. Contact system according to claim 3, characterized in that the angle Ψ of the equation τ {φ) = a - e b'9 is a real, imaginary, real, complex, transformed, modified or other number from minus infinity to plus infinity.
Kontaktsystem nach einen oder mehreren der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, dass eine derContact system according to one or more of claims 1 to 7, characterized in that one of
Spiralen oder Schlitze jeweils um einen Winkel α versetzt angeordnet ist, so dass sich hierdurch mehrere Spiralen oder Schlitze ergeben deren Winkelsumme 360° beträgt. Spirals or slots is arranged offset by an angle α, so that this results in several spirals or slots whose sum of angles is 360 °.
9. Kontaktsystem nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Kontaktscheibe rund, oval, elliptisch oder vieleckig ausgebildet ist. 9. contact system according to claim 1, characterized in that the contact disc is round, oval, elliptical or polygonal.
10. Kontaktsystem nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Spiralen der Kontaktscheibe (1) durch Löcher verschiedener Durchmesser und Formen gebildet sind, die sich in durchgängiger oder unterbrochener Form, unterschiedlicher Länge, Größe und Breite erstrecken. 10. Contact system according to claim 1, characterized in that the spirals of the contact disc (1) are formed by holes of different diameters and shapes, which extend in continuous or interrupted form, different length, size and width.
11. Kontaktsystem nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, dass die Kontaktscheibe (1) eine mittige Erhöhung (Y) aufweist, die zur Erzeugung eines Kontaktscheibenringes (7) dient. 11. Contact system according to claim 10, characterized in that the contact disc (1) has a central elevation (Y), which serves to produce a contact disc ring (7).
12. Kontaktsystem nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die sich einander gegenüberstehenden Kontaktscheiben (1) eine Helmholtzspule sind, die bei entsprechend anliegender Spannung ein axiales Magnetfeld bilden. 12. Contact system according to claim 1, characterized in that the opposing contact discs (1) are a Helmholtz coil, which form an axial magnetic field in accordance with applied voltage.
13. Kontaktsystem nach Anspruch 12, dadurch gekennzeichnet, dass bei einer axialen Magnetfeldkompo- nente und einem kontrahierenden Lichtbogen die Länge des Strompfades der Kontaktscheibe und die Länge der Helmholtzspule zunimmt und das axiale Magnetfeld bei zunehmender Lichtbogenkontraktion erhöht ist. 13. Contact system according to claim 12, characterized in that at an axial magnetic component and a contracting magnetic arc, the length of the current path of the contact disc and the length of the Helmholtz coil increases and the axial magnetic field is increased with increasing arc contraction.
14. Kontaktsystem nach Anspruch 2, gekennzeichnet dadurch dass das den Lichtbogen zum Umlauf auf der Kontaktscheibe zwingende Magnetfeld ein radiales Magnetfeld ist, das bei Gegenüberstehen der Kontaktscheiben eine Maxwellspule ausbildet. 14. Contact system according to claim 2, characterized in that the arc forcing on the contact disc compelling magnetic field is a radial magnetic field, which forms a Maxwell coil when confronting the contact discs.
5. Kontaktsystem nach den Ansprüchen 2 bis 14, dadurch gekennzeichnet, dass das Kontaktsystem ein Radial -Axial -Magnetfeldkontaktsystem (RAMF) ist, welches aus einem ein radiales Magnetfeld erzeugenden Kontaktkörper als Stromanschluss für die Kontaktscheibe und einer ein axiales Magnetfeld erzeugender Kontaktscheibe besteht, wobei die Kontaktscheibe so an dem Kontaktkörper befestigt ist. 5. Contact system according to claims 2 to 14, characterized in that the contact system is a radial -Axial magnetic field contact system (RAMF), which consists of a radial magnetic field generating contact body as a power connection for the contact disc and an axial magnetic field generating contact disc, said the contact disc is secured to the contact body.
6. Kontaktsystem nach den Ansprüchen 1 und 3 bis 14 , dadurch gekennzeichnet, dass das Kontaktsystem ein Axial-Radial-Magnetfeldkontaktsystem (ARMF) ist, welches aus einem ein axiales Magnetfeld erzeugenden Kontaktkörper als Stromanschluss für die Kontaktscheibe (1) und einer ein radiales Magnetfeld erzeugender Kontaktscheibe (1) besteht, wobei die Kontaktscheibe so an dem Kontaktkörper befestigt ist, dass die Schlitze (2) des Kontaktkörpers in denen der Kontaktscheibe mündend angeordnet sind. 6. Contact system according to claims 1 and 3 to 14, characterized in that the contact system is an axial-radial magnetic field contact system (ARMF), which consists of an axial magnetic field generating contact body as a power connector for the contact disc (1) and a radial magnetic field generating contact disc (1), wherein the contact disc is fixed to the contact body, that the slots (2) of the contact body are arranged opening in which the contact disc.
7. Kontaktsystem nach den Ansprüchen 1 bis 16, dadurch gekennzeichnet, dass das axiale Magnetfeld über die Spule und Windungen der Kontaktscheibe erzeugbar ist und aus mehr als einer Kontaktscheibe, mindestens einem Verbindungsstück und einem Anschlussbolzen besteht, wobei die Verbindungsstücke aus Spiralbahnen gebildet sind. 7. Contact system according to claims 1 to 16, characterized in that the axial magnetic field over the coil and turns of the contact disc can be generated and consists of more than one contact disc, at least one connecting piece and a connecting bolt, wherein the connecting pieces are formed from spiral tracks.
8. Kontaktsystem nach einem oder mehreren der vorgenannten Ansprüche 1 bis 17, dadurch gekennzeichnet, dass als Anschlüsse von Kondensatoren an das KontaktSysteme Blindleistungskompensationen vorgesehen sind. 8. Contact system according to one or more of the preceding claims 1 to 17, characterized in that are provided as connections of capacitors to the contact systems reactive power compensation.
9. Kontaktsystem nach den Ansprüchen 1 bis 18, dadurch gekennzeichnet, dass die Kontaktscheibe, die Schlitze und die Spule gefräst, gebogen oder gestanzt oder mit einer entsprechenden Form einstückig gegossen sind. 9. contact system according to claims 1 to 18, characterized in that the contact disc, the Slots and the coil milled, bent or punched or molded integrally with a corresponding shape.
0. Kontaktsystem nach den Ansprüchen 1 bis 19, dadurch gekennzeichnet, dass die Breite der Schlitze (2) der Kontaktscheibe (1) nicht breiter als 30 % des Durchmessers der Kontaktscheibe (1) betragen. 0. Contact system according to claims 1 to 19, characterized in that the width of the slots (2) of the contact disc (1) is not wider than 30% of the diameter of the contact disc (1).
1. Kontaktsystem nach den Ansprüchen 1 bis 20, dadurch gekennzeichnet, dass das Kontaktsystem ein Leistungsschalter, ein Lastschalter, ein Trennschalter, ein Erdungsschalter, ein Erdungstrenn- schalter, ein Sicherungsschalter ein Lasttrennschalter, ein Sicherungslasttrennschalter, ein Leistungstrennschalter ein Hauptschalter oder ein Schalter und Taster ist. 1. Contact system according to claims 1 to 20, characterized in that the contact system comprises a circuit breaker, a load switch, a disconnect switch, a grounding switch, a grounding circuit breaker, a circuit breaker, a circuit breaker, a fuse switch disconnector, a circuit breaker, a main switch or a switch and push button is.
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