DE1196751B - Vakuumschalter - Google Patents

Description

BUNDESREPUBLIK DEUTSCHLAND

DEUTSCHES

PATENTAMT

AUSLEGESCHRIFT

Int. Cl.:

H02c

Deutsche KL: 21c-35/09

Nummer: 1196 751

Aktenzeichen: A 44305 VIII d/21 c

Anmeldetag: 15. Oktober 1963

Auslegetag: 15. Juli 1965

Die Erfindung betrifft Kontaktanordnungen für Vakuumschalter

elektrische Vakuumschalter, die große Ströme unterbrechen sollen.

Bei derartigen Schaltern fließt der Strom normalerweise durch ein Kontaktpaar, dessen Kontakte jeweils mit einem ringförmigen Steg, der zumindest ein Teil der Kontaktberührungsfläche darstellt, versehen und und in einer Kammer angeordnet sind, die ein Gas unter sehr niedrigem Druck enthält.

Wenn sich über den Lichtbogen ein Magnetfeld erstreckt, das senkrecht zur Stromrichtung im Lichtbogen gerichtet ist, dann wird der Lichtbogen in einer dritten Richtung abgelenkt, die senkrecht zu diesen beiden Richtungen verläuft.

Wenn sich die Enden des Lichtbogens ungehindert über die Oberflächen der Kontakte bewegen können, dann veranlaßt das magnetische Feld eine Bewegung des gesamten Lichtbogens. Diese Bewegung des Lichtbogens verhindert eine örtliche Überhitzung der Kontakte und die damit verbundene Erzeugung von hohen Dampfdrucken, die zu einer Wiederzündung des Lichtbogens führen.

Ein Ziel der Erfindung ist eine Kontaktanordnung eines Vakuumschalters, bei der die Kontakte derart geformt sind, daß das erforderliche magnetische Feld hergestellt wird, wie es oben beschrieben ist.

Ein Vakuumschalter mit einem Kontaktpaar, des-

sen Kontakthälften relativ zueinander bewegbar sind, 2

benachbarte Kontaktoberflächen besitzen und min-

destens einen oder mehrere ringförmige Stege auf 30 Richtung des magnetischen Feldes senkrecht verläuft einer oder beiden Kontaktoberflächen aufweisen, ent- und dem ringförmigen Stegrand folgt. Da sich die hält gemäß der Erfindung ringförmige Stege mit einer Enden des Lichtbogens frei ausbilden können, bewegt größeren Anzahl von radial verlaufenden Schlitzen, sich der Lichtbogen mit hoher Geschwindigkeit auf die zumindest teilweise durch die Stege verlaufen und einer Kreisbahn entlang des Stegrandes. Diese gegenüber den Stegachsen geneigt sind, so daß die 35 Bewegung des Lichtbogens trägt dazu bei, daß ein Stege in Segmente aufgeteilt werden. Wiederzünden des Lichtbogens verhindert wird, wie

Wenn die beiden Kontaktoberflächen aneinander- es beschrieben ist.

liegen, dann kann ein Strom durch die Anordnung Vorzugsweise weist jede Kontaktfläche einen ringfließen. Wenn die beiden Kontaktoberflächen von- förmigen Steg mit mehreren Schlitzen auf. Die Stege einander getrennt werden, dann bildet sich zwischen 40 sind koaxial angeordnet, so daß sich ihre Ränder bedem Stegrand auf der einen Oberfläche und einem rühren können. Bei dieser bevorzugten Ausführungsentsprechenden Punkt auf der anderen Oberfläche form der Erfindung ist die Bewegungsgeschwindigkeit ein Lichtbogen. Der Lichtbogen verläuft von den des Lichtbogens größer,

Kontakten in axialer Richtung, und der Strom fließt Jede Kontaktoberfläche kann auch zwei oder meh-

in dem Steg zwischen zwei Schlitzen, die gegenüber 45 rere ringförmige Stege mit Schlitzen aufweisen, die der Achse winkelig geneigt sind. koaxial angeordnet sind.

Der in diesem winkeligen Pfad fließende Strom er- Die Schlitze verlaufen im wesentlichen radial durch

zeugt auf der einen Seite des Lichtbogens ein starkes jeden ringförmigen Steg; notwendigerweise brauchen magnetisches Feld, das senkrecht zur Stromrichtung sie sich jedoch nicht durch die gesamte radiale Breite im Lichtbogen gerichtet ist. Der Lichtbogen hat daher 50 jedes Steges zu erstrecken. Die Schlitze können sich das Bestreben, sich in einer dritten Richtung zu be- so weit wie der Stegrand, aber auch durch den Stegwegen, die zur Stromrichtung im Lichtbogen und zur ansatz hindurch bis in den zugehörigen Kontakt-

509 600/345

Anmelder:

Associated Electrical Industries Limited, London

Vertreter:

Dr.-Ing. W. Reichel, Patentanwalt, Frankfurt/M. 1, Parkstr. 13

Als Erfinder benannt: Michael Peter Reece, Anthony Alan Lake, London

Beanspruchte Priorität:

Großbritannien vom 17. Oktober 1962 (39 302), vom 21. März 1963 (11294), vom 30. Juli 1963 (30223), vom 31. Juli 1963 (30224, 30410)

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körper ausdehnen. Die Schlitze können außerdem auf Die Schlitze, die z. B. gefräst sein können, ver-

die Mitte des ,Kontaktkörpers zulaufen. Jeder Schlitz laufen alle etwa radial und sind gegenüber der Achse kann sich in Umfangsrichtung etwa um den halben der Stege winklig geneigt. Die Schlitze eines Steges zugeordneten Steg erstrecken. sind in derselben Richtung und etwa unter demselben

Die Schlitze können mit einem Material gefüllt sein, S Winkel geneigt. Die Schlitze 15 sind jedoch in bezug dessen spezifischer elektrischer Widerstand hoch ist. auf die Achse in entgegengesetzter Richtung geneigt

Die Erfindung wird im folgenden an Hand von als die Schlitze 16. Dies kann man in F i g. 1 sehen, Figuren erläutert. die den Kontakt 8 im Schnitt zeigt, und in F i g. 3, bei

Fig. 1 ist eine Seitenansicht eines Vakuumschalters der beide Kontakte geschnitten dargestellt sind, mit einer Kontaktanordnung gemäß der Erfindung, io F i g. 2 ist eine Draufsicht des Kontaktes 8 und zeigt, der eine Schalterkontakt ist in einer axialen Ebene im wie die Schlitze radial über die volle Breite des Steges Schnitt dargestellt; verlaufen und längs des Stegumfanges verteilt sind.

Fig. 2 ist eine Draufsicht auf einen der in Fig. 1 Fig. 3 zeigt schematisch was geschieht, wenn die

gezeigten Kontakte; beiden Kontakte voneinander weg bewegt werden und

Fig. 3 ist eine schematische Darstellung und zeigt 15 über die Kontakte ein Strom von dem Leiters nach den Strompfad durch den Vakuumschalter und das dem Leiter 7 fließt. Der Strom fließt über die benachdurch den Strom induzierte magnetische Feld; batten Ränder 13 und 14, zwischen denen sich an be-

Fig. 4 ist eine teilweise geschnittene Seitenansicht nachbarten Stellen ein Lichtbogen ausbildet, sobald eines Kontaktpaares und zeigt eine abgeänderte Aus- die Kontakte voneinander getrennt werden,
führungsform der Erfindung; ao Der Weg des Stromes, der den Lichtbogen speist,

F i g. 5 ist eine teilweise geschnittene Seitenansicht verläuft in beiden Kontakten zwischen zwei Schlitzen, eines Kontaktpaares und zeigt eine weitere abgeän- Der Strompfad ist daher gegenüber der Achse winklig derte Ausführungsform der Erfindung; geneigt, wie es in F i g. 3 durch die gestrichelte Linie

F i g. 6 ist eine Draufsicht auf einen der in F i g. 5 dargestellt ist.
gezeigten Kontakte; 25 Dieser Strom erzeugt ein magnetisches Feld, das

Fig. 7 ist eine teilweise geschnittene Seitenansicht den Strompfad umgibt, wie es Fig. 3 zeigt. Die eineines Kontaktpaares und zeigt eine vierte Ausfüh- gezeichneten Symbole deuten an, daß das magnetische rungsform der Erfindung; Feld auf der rechten Seite des Strompfades bei B in

F i g. 8 ist eine Draufsicht auf einen der in F i g. 7 die Zeichenebene eintritt und auf der linken Seite gezeigten Kontakte; 30 bei A herauskommt.

F i g. 9 ist eine teilweise geschnittene Seitenansicht Infolge des bogenförmigen Strompfades ist das ma-

eines Kontaktpaares und zeigt eine fünfte Ausfüh- gnetische Feld bei A stärker als bei B. Das starke rungsform der Erfindung; Feld bei A ist daher bestrebt, den Lichtbogen in einer

F i g. 10 ist eine Draufsicht auf einen der in F i g. 9 Richtung C zu bewegen, die zur Richtung des magnedargestellten Kontakte. 35 tischen Feldes und zur Stromrichtung im Lichtbogen

Wie die F i g. 1 und 2 zeigen, besitzt der Vakuum- senkrecht gerichtet ist. Die Richtung C bildet in schalter eine Kammer mit einem Mittelteil aus elek- Umfangsrichtung eine Tangente an die ringförmigen trischem Isoliermaterial und zwei Seitenplatten 2 Ränder 13 und 14. Der Lichtbogen hat daher das und 3 aus elektrischen leitendem Material. Die Bestreben, sich entlang der Ränder zu bewegen, und Seitenplatte 2 ist mit einer öffnung 4 versehen, durch 40 überquert ein Schlitzpaar. Infolge des nächsten die eine bewegbare Leiter 5 hindurchgesteckt ist. Ein Schlitzpaares ist der Weg für den Strom, der den wellrohrförmiger Körper 6 erstreckt sich zwischen Lichtbogen speist, ebenfalls bogenförmig, und das dem Leiter 5 und der Seitenplatte 2, so daß die öff- resultierende magnetische Feld versucht, den Lichtnung4 abgedichtet ist und gleichzeitig der LeiterS bogen entlang der Ränder zu bewegen. Der Lichtrelativ zur Seitenplatte 2 bewegbar ist. 45 bogen läuft daher sehr schnell an den Rändern

Durch die andere Seitenplatte 3 ragt ein feststehen- entlang. Wie bereits beschrieben, versucht diese der Leiter 7. Die benachbarten Enden der elek- Bewegung eine Beschädigung der Kontakte und gin irischen Leiter 5 und 7 weisen ähnlich geformte Kon- Wiederzünden des Lichtbogens zu verhindern,
takte 8 bzw. 9 auf. Wenn es sich bei dem zu unterbrechenden Strom

Die Kammer enthält ein Gas bei einem sehr nied- 50 um einen Wechselstrom handelt, dann ist das inrigen Druck von etwa 10⁶ mm Hg oder weniger. Ein duzierte magnetische Feld ebenfalls ein Wechselfeld, durch die Leiter 5 und 7 fließender Strom kann unter- und es versucht daher ebenfalls, den Lichtbogen entbrochen werden, indem der Leiter 5 derart bewegt lang der Kontakte in einer Richtung zu bewegen,
wird, daß sich die benachbarten Kontaktoberflächen Wie man der obigen Beschreibung entnehmen

der Kontakte 8 und 9 voneinander wegbewegen. 55 kann, haben die Schlitze 15,16 in den Stegen der

Zwischen den benachbarten Kontaktoberflächen Kontakte einen derartigen Strompfad im Lichtbogen können sich ein oder mehrere Lichtbogen ausbilden. zur Folge, daß ein magnetisches Feld induziert wird, Die Kontakte sind gemäß der Erfindung derart ge- das versucht, den Lichtbogen sehr schnell entlang der formt, daß der fließende Strom ein Magnetfeld er- Kontakte zu bewegen.

zeugt, das bestrebt ist, den oder die Lichtbogen über 60 Bei einer abgeänderten Ausführungsform der Erdie Kontaktoberflächen zu bewegen. findung weist nur ein Steg Schlitze auf.

Die benachbarten Kontaktoberflächen der Kon- In F i g. 4 ist eine Ausführungsform der Erfindung

takte 8 und 9 weisen ringförmige Stege 11 bzw. 12 dargestellt, bei der die Schlitze 15,16 nicht bis zum auf. Die Ränder 13 und 14 dieser Stege verlaufen etwa Rand des zugehörigen Steges verlaufen. Die Kontakte koaxial zueinander. Jeder Steg ist gemäß der Erfin- 65 arbeiten in der oben beschriebenen Weise. Die Festigdung mit mehreren Schlitzen 15 bzw. 16 versehen, die keit dieser Kontakte ist jedoch größer,
sich von dem Rand aus in radialer Richtung er- Die F i g. 5 und 6 zeigen eine weitere Ausführungsstrecken, form der Erfindung, bei der die Kontaktoberflächen

jedes Kontaktes jeweils zwei Stege 11, 17 und 12, 18 aufweisen. Die Stege sind alle koaxial angeordnet und berühren sich paarweise, wenn die Kontakte aneinanderstoßen. Jeder Steg ist mit mehreren Schlitzen 15,16,19, 21 versehen, die im wesentlichen radial 5 durch den zugehörigen Steg verlaufen. Die Schlitze können sich bis zu den Rändern der Stege erstrecken, wie es gezeigt ist, oder sie können von dem Rand entfernt sein, wie es in F i g. 4 dargestellt ist. Die Schlitze können auch in radialer Richtung innerhalb jedes Kontaktkörpers verlaufen.

Diese abgeänderte Ausführungsform arbeitet in der bereits beschriebenen Weise. Zwischen den Rändern der Stege 11 und 12 oder zwischen den Rändern der Stege 17 und 18 entsteht ein Lichtbogen, und der Weg des Stromes für diesen Lichtbogen verläuft bogenförmig, um ein starkes Magnetfeld zu erzeugen. Dies hat zur Folge, daß sich der Lichtbogen entlang der Ränder der Stege bewegt.

Die Schlitze in den Stegen 11,12 und 17,18 können alle in der gleichen Richtung geneigt sein. Vorzugsweise sind jedoch die Schlitze in jedem Stegpaar 11, 17 und 12,18 in entgegengesetzter Richtung geneigt. Obwohl in den Figuren auf jeder Kontaktoberfläche zwei Stege angeordnet sind, kann jede Kontaktoberfläche mehr als zwei Stege aufweisen.

Wie es die in den F i g. 7 und 8 dargestellten Ausführungsformen zeigen, kann jeder Schlitz 22 sehr stark gegenüber der Achse des zugehörigen Stegs geneigt sein, so daß sich der Schlitz 22 fast um den halben Umfang des zugehörigen Stegs erstreckt. Diese Kontaktanordnung arbeitet ebenfalls in der bereits beschriebenen Weise. Die Schlitze erstrecken sich auch innerhalb des flachen Teils 23 jedes Kontaktes. Dort verlaufen sie radial in Richtung auf den zugehörigen Leiter. Ein Schlitz 22 α beginnt im Steg 11 an der eingezeichneten Stelle und endet im flachen Teil 23 an einer gegenüberliegenden Stelle, wie es F i g. 8 zeigt.

Die Fig. 9 und 10 zeigen eine weitere Ausführungsform der Erfindung. Verglichen mit den bereits beschriebenen Ausführungsformen ist die Länge jedes Steges 11,12 größer, und zwei Kerne 24, 25 aus einem Material mit einer hohen magnetischen Permeabilität sind koaxial innerhalb der Stege 11 bzw. 12 angeordnet. Diese Kerne, die z. B. aus weichem Eisen bestehen können, sollen die Stärke des Magnetfeldes, das die Strompfade umgibt, und die Bewegungsgeschwindigkeit des Lichtbogens erhöhen.

Die Form und Größe jedes Schlitzes ist nicht kritisch. Die Schlitzbreite ist so gewählt, daß der Lichtbogen jedes Schlitzende leicht überspringen kann, sofern das Ende offen ist. Jeder Schlitz erstreckt sich im wesentlichen radial durch den zugehörigen Steg. Die gesamte Seite jedes Schlitzes kann radial verlaufen, so daß jeder Schlitz eine schraubenförmige Form aufweist. Andererseits kann die gesamte Seite jedes Schlitzes eben sein, so daß sich nur ein Teil jeder Schlitzseite genau radial durch den Steg erstreckt.

Es soll erwähnt werden, daß bei einer Kontaktanordnung für einen Vakuumschalter gemäß der Erfindung der Strompfad für den Lichtbogen, der sich zwischen den Kontaktoberflächen ausbildet, wenn die Kontakte voneinander getrennt werden, gegenüber der Kontaktachse teilweise geneigt verläuft. Dieser schräg verlaufende Teil des Strompfades induziert ein magnetisches Feld, das versucht, den Lichtbogen über die Kontaktoberflächen zu bewegen, und dabei ein Wiederzünden des Lichtbogens und eine Beschädigung der Kontaktoberflächen zu verhindern. Weiterhin ist zu sagen, daß der Strom in dem Steg auch eine axiale Komponente aufweist, wenn sich irgendeiner der geneigten Schlitze nicht vollständig durch den Steg erstreckt. Diese axiale Komponente wird dadurch auf einem sehr kleinen Wert gehalten, daß das Schlitzende niemals mehr als ein kleines Stück von dem Rand des Steges entfernt ist.

Claims (12)

Patentansprüche:

1. Kontaktanordnung für einen Vakuumschalter mit einem Paar Kontakte, die relativ zueinander bewegbar sind, benachbarte Kontaktoberflächen besitzen und mindestens einen oder mehrere ringförmige Stege auf einer oder beiden Kontaktflächen aufweisen, dadurchgekennzeichnet, daß die ringförmigen Stege(11, 12) mit einer größeren Anzahl von radial verlaufenden Schlitzen (15, 16) versehen sind, die zumindest teilweise durch die Stege verlaufen und gegenüber den Stegachsen geneigt sind, so daß die Stege in Segmente (13) aufgeteilt sind.

2. Kontaktanordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß alle Schlitze in dem Steg auf einer Kontaktoberfläche gegenüber der Stegachse in derselben Richtung geneigt sind.

3. Kontaktanordnung nach einem oder beiden der Ansprüche 1 und 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Schlitze jedes Stegpaares in bezug auf die Achse des dazugehörigen Steges in entgegengesetzten Richtungen geneigt sind.

4. Kontaktanordnung nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß sich zumindest ein Schlitz durch die volle radiale Breite des dazugehörigen ringförmigen Steges erstreckt.

5. Kontaktanordnung nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß zumindest ein Schlitz bis zu dem Rand des dazugehörigen ringförmigen Steges verläuft.

6. Kontaktanordnung nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß sich zumindest ein Schlitz über den Ansatz des dazugehörigen Stegs hinaus in den Körper des zugeordneten Kontaktes erstreckt.

7. Kontaktanordnung nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß zumindest ein Schlitz innerhalb des dazugehörigen Kontaktkörpers verläuft.

8. Kontaktanordnung nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, daß zumindest ein Schlitz etwa um den halben Umfang des dazugehörigen Steges verläuft.

9. Kontaktanordnung nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, daß die Seitenwände mindestens eines Schlitzes eben sind.

10. Kontaktanordnung nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, daß die Seitenwände mindestens eines Schlitzes in bezug auf den zugehörigen Steg radial verlaufen.

11. Kontaktanordnung nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis 10, dadurch gekenn-

zeichnet, daß zumindest ein Schlitz mit einem Material gefüllt ist, das einen hohen elektrischen Widerstand aufweist.

12. Kontaktanordnung nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis 11, dadurch gekennzeichnet, daß ein Kern aus einem Material mit hoher magnetischei Permeabilität innerhalb des

ringförmigen Steges auf einem Kontakt angeordnet ist.

In Betracht gezogene Druckschriften: Deutsche Auslegeschrift Nr. 1088132; französische Zusatzpatentschrift Nr. 76 868.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen

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