DE2004660B2

DE2004660B2 - Vacuum switch

Info

Publication number: DE2004660B2
Application number: DE2004660A
Authority: DE
Inventors: Philip Media Pa. Barkan (V.St.A.)
Original assignee: General Electric Co
Current assignee: General Electric Co
Priority date: 1969-02-03
Filing date: 1970-02-03
Publication date: 1980-01-17
Also published as: US3582587A; DE2004660C3; FR2033911A5; GB1264603A; JPS4915748B1; DE2004660A1

Description

Die Erfindung bezieht sich auf einen Vakuumschalter gemäß dem Oberoegriff des Patentanspruches 1. Ein derartiger Vakuumschaltei ist in '.er US-PS 33 66 900 beschrieben.The invention relates to a vacuum switch according to the preamble of claim 1. A Such a vacuum switch is in '.er US-PS 33 66 900 described.

Wenn ein Vakuumschalter näufj» Schaltfunktionen ausüben muß, wie beispielsweise in Motorsteuerschaltern, so muß er eine außerordentlich lange Lebensdauer aufweisen. z.B. einige 100 000 oder sogar Millionen Schaltfolgen. Ein wichtiger Faktor der Lebensdauer eines Vakuumschalter ist die Lebensdauer seines dichtenden Faltenbalges. Der Faltenbalg besteht aus einem flexiblen Metallteil, das eine vakuumfeste Abdichtung zwischen dem beweglichen Kontaktstab und der evakuierten Hülle des Vakuumschalters bildet, ledesmal. wenn der Schalter geöffnet oder geschlossen wird, wird dieser Balg gebogen und kann nach vielen derartigen Schaltfolgen aufgrund von Ermüdungserscheinungen einen Riß bekommen, dei eine Leckage in der evakuierten Hülle zur Folge hat.When a vacuum switch has switching functions must exercise, such as in engine control switches, it must have an extraordinarily long life exhibit. e.g. some 100,000 or even millions of switching sequences. An important factor in service life of a vacuum switch is the service life of its sealing bellows. The bellows consists of a flexible metal part that creates a vacuum-tight seal between the movable contact rod and the evacuated envelope of the vacuum switch forms, once. when the switch is open or closed is, this bellows is bent and can after many such switching sequences due to fatigue get a crack causing a leak in the evacuated envelope.

Wenn der Hub des Vakuumschalters kurz gehalten werden kann, läßt sich eine viel höhere Zahl von Schaltfolgen erreichen, bevor irgendweiche Ermüdungserscheinungen einen Riß in dem Faltenbalg entstehen lassen. Der Verkürzung des Hubes sind jedoch durch das Kurzschlußstromunterbrechungsvermögon des Schalters Grenzen gesetzt. In der überwiegenden Zahl der Schaltfolgen werden durch den Schalter nur relativ niedrige Ströme unterbrochen, und nur gelegentlich muß der Schalter einen Kurzschlußstrom unterbrechen, der eine weitaus gri-ßere Stärke hat. Diese letzteren Unterbrechungen erfordern einen beträchtlich längeren Hub als die geringen Ströme, die üblicherweise unterbrochen werden, und der Schalter könnte derartig hohe Ströme nicht unterbrechen, wenn sein Hub auf einen kurzen Hub begrenzt wird, der für die Verlängerung der Lebensdauer des Faltenbalges ideal wäre.If the stroke of the vacuum switch can be kept short, a much higher number of Achieve switching sequences before any signs of fatigue create a crack in the bellows. However, the shortening of the stroke is due to the short-circuit current interruption capacity the switch's limits. In the vast majority of the switching sequences, the Switch only interrupts relatively low currents, and only occasionally does the switch have a short-circuit current interrupt, which is a far greater strength Has. These latter interruptions require a considerably longer stroke than the low currents that usually be interrupted, and the switch could not interrupt such high currents, if its stroke is limited to a short stroke in order to extend the life of the bellows would be ideal.

Die der Erfindung zugrundeliegende Aufgabe bestehtThe object on which the invention is based exists

darin, die Lebensdauer eines Faltenbalges in einem Vakuumschalter zu verlängern, ohne daß die Fähigkeit des Schalters, gelegentlich auftretende Kurzschlußströme zu unterbrechen, verlorengeht.is to extend the life of a bellows in a vacuum interrupter without sacrificing the ability the switch to interrupt occasional short-circuit currents is lost.

Diese Aufgabe wird durch die im Patentanspruch 1 gekennzeichneten Merkmale gelöst.This object is achieved by the features characterized in claim 1.

Ein vorteilhaftes Ausführungsbeispiel der Erfindung ergibt sich aus dem Unteranspruch.An advantageous embodiment of the invention results from the dependent claim.

ίο Die mit der Erfindung erzielbaren Vorteile bestehen insbesondere darin, daß der Schalthub des das bewegbare Kontaktstück tragenden Betätigungsstabes normalerweise auf eine kurze Länge begrenzt ist, die nur eine geringe Beanspruchung in dem Faltenbalg hervorruft. Die nur gelegentlich auftretenden Kurzschlußströme werden besonders abgetastet und bewirken dann eine gesonderte Verlängerung des Schalthubes. Auf diese Weise kann der Vakuumschalter gemäß der Erfindung viele 100 000 Schaltvorgänge ohne übermäßige Materialermüdung ausführen.ίο The advantages that can be achieved with the invention exist in particular that the switching stroke of the actuating rod carrying the movable contact piece is usually limited to a short length with little stress in the bellows evokes. The occasional short-circuit currents are specially scanned and then cause a separate extension of the switching stroke. In this way, the vacuum interrupter according to the invention can perform many 100,000 switching operations without run excessive fatigue.

Anhand der Zeichnung wird e^;ne beispielhafte Ausführungsform der Erfindung erläutert.Based on the drawing, e ^; ne exemplary embodiment of the invention explained.

F i g. 1 zeigt eine teilweise geschnittene Seitenansicht eines Vakuumschalters der beispielhaften Ausführungs-F i g. 1 shows a partially sectioned side view of a vacuum switch of the exemplary embodiment

2ϊ form der Erfindung.2ϊ form of the invention.

F i g. 2 zeigt eine Schnitta^.sicht entlang der Linie 2-2 in Fig. 1.F i g. 2 shows a sectional view along the line 2-2 in Fig. 1.

In Fig. 1 ist ein Vakuumschalter 10 nrit einem hoch evakuierten Gehäuse 11 gezeigt, das einen zylindrischenIn Fig. 1, a vacuum switch 10 is nrit a high evacuated housing 11 shown, which has a cylindrical

so Isolierimntel 12 mit oberen und unteren Endkappen 13 und 14 aufweist, die mit dem Mantel 12 durch geeignete vakuumfeste Dichtungen verbunden sind. Innerhalb des Mantels 12 befinden sich zwei trennbare Kontaktstücke 16 und 17, die in F i g. I in ihrer geschlossenen Stellung gezeigt sind. Das obere Kontaktstück 16 ist feststehend und an einem feststehenden leitenden Stab 16a befestigt, welcher mit der oberen Endkappe 13 verbunden ist. Das untere Kontaktstück 17 ist beweglich und an ^piner leitenden Schaltstange 17a befestigt, die frei durch die untere Endkappe 14 hindurchführt. Ein flexibler metallischer Faltenbalg 18 ist an seintn gegenüberliegenden Enden mit dem Stab 17;; und der Endkappe 14 dicht verbunden. Dieser flexible Faltenbalg erlaubt eine vertikale Bewegung der Stange 17a ohne Beeinträchti-so Isolierimntel 12 with upper and lower end caps 13 and 14, which are connected to the jacket 12 by suitable vacuum-tight seals. Within the jacket 12 there are two separable contact pieces 16 and 17, which are shown in FIG. I are shown in their closed position. The upper contact piece 16 is fixed and attached to a fixed conductive rod 16a which is connected to the upper end cap 13. The lower contact member 17 is movably mounted and ^p iner conductive switching rod 17a which freely passes through the lower end cap fourteenth A flexible metallic bellows 18 is at its opposite ends with the rod 17 ;; and the end cap 14 tightly connected. This flexible bellows allows vertical movement of the rod 17a without impairment

« gung des Vakuums innerhalb des Gehäuses 11. Der Vakuumschalter ist auf einem feststehenden leitenden Ständer 20 mit Hilfe eines Haltebügels 22 angebracht, der an dem Ständer 20 und der unteren Endkappe 14 befestigt ist. Der Bügel 22 trägt ein Lager 24. das dieThe vacuum switch inside the housing 11. The vacuum switch is on a fixed conductive Stand 20 attached by means of a bracket 22 attached to stand 20 and lower end cap 14 is attached. The bracket 22 carries a bearing 24 that the

w bewegliche Schaltstr.nge I7a umgibt und diese für die Öffnungs- und Schließbewegungen führt.w movable interconnection line I7a surrounds and this for the Leads to opening and closing movements.

Zur Übertragung der öffnungs- und Schließbewegung auf die bewegliche Schaltstange 17a ist ein leitender Querhebel 26 auf einem stationären Bügel 22To transmit the opening and closing movement to the movable switching rod 17a, a conductive cross lever 26 on a stationary bracket 22

Vt bei 28 schwenkbar befestigt. Der Querhebel 26 ist an seinem freien Ende mit der beweglichen Schaltstange 17a verbunden, und wenn er im Cjegen-Uhrzeigersinn aus seiner Stellung nach F i g. 1 herausgeschwenkt wird, bewegt er die Schaltstange nach unten und trennt die Vt hinged at 28. The transverse lever 26 is connected at its free end to the movable switching rod 17a, and when it moves in a counterclockwise direction from its position according to FIG. 1 is swiveled out, it moves the switch rod down and separates the

bo Kontaktstücke 16 und 17.bo contact pieces 16 and 17.

Zur Übertragung der öffnungs- und Schließbewegung auf den Querhebcl 26 ist ein Betätigungshebel 30 vorgesehen, der zur Durchführung einer Schwenkbewegung auf einer stationären Drehachse 28 gelagert ist.An actuating lever 30 is used to transmit the opening and closing movement to the transverse lever 26 provided, which is mounted on a stationary axis of rotation 28 for performing a pivoting movement.

M Eine Druckfeder 32, die sich zwischen dem Hebel 30 und dem Querhebel 26 befindet, spannt diese Teile gegeneinander vor. Die Druckfeder 32 umgibt einen Zugstab 34, der bei 35 auf dem Querhebel 26M A compression spring 32, which is located between the lever 30 and the cross lever 26 is located, biases these parts against each other. The compression spring 32 surrounds one Pull rod 34, which at 35 on the transverse lever 26

schwenkbar befestigt ist und sich frei durch eine Öffnung im Betätigungshebel 30 erstreckt. Der Zugstab 34 besitzt an seinem unteren Ende einen Anschlag 36, der bei einer Schaiteröffnung mit der unteren Seite des Hebels 30 in Eingriff kommt, wie es im folgenden noch ■; beschrieben wird.is pivotally mounted and extends freely through an opening in the operating lever 30. The pull rod 34 has at its lower end a stop 36 which comes into engagement with a switch opening with the lower side of the lever 30, as will be described in the following . is described.

Der Betätigungshebel 30 wird durch eine Torsionsöffnungsfeder 39 in die Öffnungsrichtung im Gegen-Uhrzeigersinn vorgespannt. Normalerweise ist der Betätigungshebel 30 daran gehindert, sich aus seiner Stellung nach F i -₆.1 herauszubewegen, und zwar durch einen Schließstab 40, der sich frei durcn eine Öffnung in dem Betätigungshebe! 30 erstreckt und der einen Anschlag 42 besitzt, gegen den der Hebel 30 normalerweise anschlägt. Aus noch zu erläuternden Gründen ist die Verbindung 41 zwischen dem Betätigungshebel 30 und dem Schließstab 40 mit einem toten Spiel versehen. Der SchlieOstab 40 ist in seiner gezeigten Stellung durch eine geeignete Auslöseklinke verriegelt. Wenn der Schließstab 40 für die Abwärtsbewegung freigegeben wird, drücken die Öffnungsfeder 39 und die Druckfeder 32 den Betätigunesstab 30 in die Uffnungsrichtung im Gegen-Uhrzeigersititi. Nachdem dieser eine kurze Strecke im Gegen-Uhrz.cigersinn zurückgelegt hat, prallt der Betätigungshebel 30 gegen den Anschlag 36 auf den Zugstab 34. und der sich ergebende Aufprall zusammen mit der Kraft von der Öffnungsfeder 39 treifen den Zugstab sehr schnell in Richtung des Pfeiles 44 nach unten (Fig. I). Diese nach unten gerichtete Bewegung des Zugstabes erzeugt eine 3c Bewegung des Querhebels 26 im Gegen-Uhrzeigersinii. wodurch die Schaltstange 17a nach unten bewegt wird und die Kontaktstücke getrennt werden.The operating lever 30 is biased in the counterclockwise direction in the opening direction by a torsion opening spring 39. Normally, the operating lever 30 is prevented from moving out of its position according to F i - ₆ . 1 by means of a locking rod 40 which can be freely inserted through an opening in the actuating lever! 30 extends and which has a stop 42 against which the lever 30 normally strikes. For reasons still to be explained, the connection 41 between the actuating lever 30 and the locking rod 40 is provided with dead play. The SchlieOstab 40 is locked in its position shown by a suitable release pawl. When the closing rod 40 is released for downward movement, the opening spring 39 and compression spring 32 push the actuating rod 30 in the counterclockwise opening direction. After this has traveled a short distance in the counter-clockwise direction, the actuating lever 30 strikes the stop 36 on the pull rod 34 and the resulting impact together with the force from the opening spring 39 grips the pull rod very quickly in the direction of arrow 44 down (Fig. I). This downward movement of the pull rod produces a 3c counterclockwise movement of the cross lever 26. whereby the shift rod 17a is moved downward and the contact pieces are separated.

Ein Schließen wird nach dem oben beschriebenen öffnunesvorgang durchgeführt, indem der Schließstab 40 aufwärts bewegt wird, wodurch der Anschlag 42 gegen den Hebel 30 stößt und diesen Hebel 30 im Uhrzeigersinn in Richtung der in F i g. 1 gezeigten Position bewegt.Closing is carried out after the opening process described above, by means of the closing rod 40 is moved upwards, whereby the stop 42 abuts against the lever 30 and this lever 30 in the Clockwise in the direction of FIG. 1 moved.

Eine derartige Bewegung im Uhrzeigersinn wird auf υ den Querhebel 26 durch die Druckfeder 32 übertragen, die daher den Querhebel 26 im Uhrzeigersinn in Richtung der in Fig. I angegebenen Stellung bewegt. Diese Bewegung des Querhebels 26 im Uhrzeigersinn setzt sich fort, bis die Kontaktstücke miteinander in Eingriff stehen. Die Bewegung des Betätigungshebels 30 im Uhrzeigersinn setzt sich eine kurze zusätzliche Strecke fort, nachdem die Kontaktstücke in Eingriff sind, wodurch die Druckfeder 32 teilweise zusammengedrückt wird, flieser zusätzliche Weg, der die Feder 32 zusammendrückt, wird als »Kontaktschleifen« bezeichnet. Am Ende eines Schließhubes raste! die Verriegelung wieder ein und hält den Schließstab 40 in seiner erhöhten Stellung nach F i g. 1 fest.Such a clockwise movement becomes υ the transverse lever 26 transferred by the compression spring 32, which therefore the transverse lever 26 clockwise in Moved towards the position indicated in FIG. This clockwise movement of the cross lever 26 continues until the contact pieces engage with each other Engagement stand. The clockwise movement of the operating lever 30 continues a short additional Continue after the contacts are engaged, thereby partially compressing the compression spring 32 This additional path that compresses spring 32 is referred to as "contact loops". Rushed at the end of a closing stroke! the lock again and holds the locking rod 40 in his elevated position according to FIG. 1 fixed.

Zur Stromfiihning zwischen dem leitenden Ständer 20 und der leitenden Schaltstange 17a ist ein kurzes Stück einer leitenden Litze 50 vorgesehen, die an beiden Enden Eisenbänder aufweist, von denen das eine Ende mit dem Ständer 20 und das andere rrit der Schaltstange 17a über den Querhebel 26 verbunden Kt. Die Litze w kann aK eine L-förmige .Stromführung durch den Schalter gedacht werden, wenn dieser sich in der dargestellten geschlossenen Position befindet, dem sich ein Strompfad anschließt, der durch die gestrichelten Pfeile 54 angezeigt ist. Dieser Pfad erstreckt sich von dem Ständer 20 durch die Teile 50, 26, 17a, 17, 16 und 16a zum oberen Anschluß 55 des Schalters.For current flow between the conductive stator 20 and the conductive switching rod 17a, a short piece of conductive braid 50 is provided, which has iron strips at both ends, one end of which is connected to the stator 20 and the other to the switching rod 17a via the transverse lever 26 Kt. The strand w can be thought of as an L-shaped .Stromführung through the switch when this is in the illustrated closed position, which is followed by a current path, which is indicated by the dashed arrows 54. This path extends from the post 20 through the parts 50, 26, 17a, 17, 16 and 16a to the upper terminal 55 of the switch.

Zur Steuerung der Länge des Öffnungshubes des Vakuumschalter sind zwei Anschläge 60 und 62 vorgesehen. Der erste Anschlag 60 ist ein beweglicher Anschlag, der normalerweise bei der Steuerung der Hublange vorherrschend ist. Dieser Anschlag 60 kann unwirksam gemacht werden, wie sogleich beschrieben wird, um dem zweiten Anschlag 62 die Steuerung zu überlassen. Der zweite Anschlag 62 ist ein fester Anschlag, der durch nicht näher dargestellte Mittel an dem stationären Bügel 22 stabil befestigt ist.Two stops 60 and 62 are used to control the length of the opening stroke of the vacuum switch intended. The first stop 60 is a movable stop that is normally used in the control of the Stroke length is predominant. This stop 60 can be made ineffective, as described immediately is to let the second stop 62 control. The second stop 62 is a solid one Stop which is stably attached to the stationary bracket 22 by means not shown in detail.

Der erste Anschlag 60 ist ein Hebel aus magnetisierbarem Material, der auf einer mit dem Bügel 22 befestigten Drehachse 65 schwenkbar gelagert ist. Der Hebel 60 wird normalerweise in der in F i g. 1 gezeigten Position durch eine Rückholfeder 68 gehalten, die den Hebel 60 im Gegen-Uhrzeigersinn in seine wirksame, dargestellte Stellung vorspann'. Wenn der Anschlaghebel 60 sich in seiner in Fig. 1 gezeigten, wirksamen Stellung befindet, erfaßt er das äu^r.re Endteil des Qücrhcucis 26. wenn der Qücfhcbcl lii (.' c gcsiriuneii gezeichnete Position 70 während eines Öffnungsvorganges gelangt, wodurch der Öffnungshub auf eine relativ kleine Länge begrenzt wird.The first stop 60 is a lever made of magnetizable material, which is pivotably mounted on an axis of rotation 65 fastened to the bracket 22. The lever 60 is normally in the form shown in FIG. 1 held by a return spring 68 which biases the lever 60 in a counterclockwise direction into its effective, illustrated position. When the stop lever is in its Fig. 1 shown, operative position 60, it detects the externa ^r .re end portion of the Qücrhcucis 26 when the Qücfhcbcl lii (. 'C gcsiriuneii line position 70 passes during an opening operation, whereby the opening stroke on a relatively small length is limited.

Wenn der Strom durch den Schalter einen bestimmten Wert überschreitet, wird der Anschlag 60 schnell aus seiner wirksamen Stellung gemäß Fig. 1 zurückgezogen und kann somit den Öffnungshub nicht mehr begrenzen. Hierdurch erhält der Vakuumschalter einen längeren Hub, da der Querhebel 26 während seines Öffnungsweges nunmehr in der Lage ist. sich über die gestrichelt gezeichnete Position 70 hinaus in eine Position eines größeren Kontaktstabes zu belegen, wo er gegen den zweiten Anschlag 62 schlägt.If the current through the switch exceeds a certain value, the stop 60 is quickly turned off its effective position according to FIG. 1 withdrawn and can therefore no longer the opening stroke limit. This gives the vacuum switch a longer stroke, since the transverse lever 26 is now able during its opening travel. find out about the to occupy position 70 shown in dashed lines in a position of a larger contact rod, where he strikes against the second stop 62.

Um den Anschlaghebel 60 bei einem hohen, durch den Schalter fließenden Strom zurückzuziehen, ist eine Auslösevorrichtung in Form eines U-förmigen Magnetkerns 72 vorgesehen, der die Litze 50 teilweise umgibt und der an dem Ständer 20 befestigt ist. Wenn der Strom durch die Litze 50 einen bestimmten Wert überschreitet. entsteht zwischen dem Magnetkern 72 und dem Anschlaghebel 60 eine Anziehungskraft, die groß genug ist. den Anschlaghebel im Uhrzeigersint, um die Drehachse 65 herum an die Stirnflächen 75 des Magnetkernes zu ziehen. Die Größe des Stromes, bei der diese Bewegung des Anschlagnebels 60 stat'fndet. wird durch die Größe der Rückholfeder 68 bestimmt. In einer Ausführungsform der Erfindung uesi'zt die Rückholfeder eine derartige Größe, daß diese Bewegung nur auftritt, wenn ein Strom in der Grölienordnung eines Kurzschlußsiromes durch die Litze 50 fließt.To retract the stop lever 60 with a high current flowing through the switch, one is Trip device provided in the form of a U-shaped magnetic core 72 which partially surrounds the strand 50 and which is attached to the stand 20. When the current through the strand 50 exceeds a certain value. An attractive force is created between the magnetic core 72 and the stop lever 60 which is large enough is. turn the stop lever clockwise to move the Rotation axis 65 to pull around to the end faces 75 of the magnetic core. The size of the stream, at which takes place this movement of the stop lever 60. is determined by the size of the return spring 68. In an embodiment of the invention uesi'zt the Return spring of such a size that this movement only occurs when there is a current of the order of magnitude a short-circuit sirome flows through the braid 50.

Indem der erste Anschlag 60 bei einem Kurzschlußstrom irwirksam gemacht wird, steuert der zweite Anschlag 62 die notwendige, vergrößerte Hubhöhe, die für die Unterbrecht: ig von Ki.-'/schluBströi.Tin erforderlich ist. Wenn der Schalter nach einer Kurzschiußstromunierbrechung geschlossen wird bringt die Rückholfeder 68 den Anschlag 60 sehr schnell in seine v/irksame Position nach F i g. 1 zurück, so daß der kurze Hub für die normalen Unterbrechungsvorgänge wieder zur Verfügung steht.By the first stop 60 in the event of a short-circuit current is made ineffective, the second stop 62 controls the necessary, increased lifting height, the for the interruption: ig von Ki .- '/ SchluBströi.Tin required is. When the switch after a short-circuit current interruption is closed, the return spring 68 brings the stop 60 very quickly into his v / effective position according to fig. 1 back, so that the short stroke for the normal interrupt processes again is available.

Hierzu J. Blait ZeichnungenFor this J. Blait drawings

Claims

Patent claims:

1. Vacuum switch with a highly evacuated housing in which a couple relative to each other movable contact pieces are arranged, with a Schaltsiange, which is from the outside in the housing leads into and is connected to the movable contact piece for the execution of switching strokes in Depending on the current to be switched, and with a flexible metal bellows, the one forms a vacuum-tight seal between the switching rod and the housing, characterized in that that the shift rod (17a; for Switching short-circuit currents carries out a longer opening stroke than a smaller one for the switch Currents.

2. Vacuum switch according to claim 1, characterized in that in the movement path of the Switching rod (17a; a first, movable stop (60) for a shorter opening stroke and a second, fixed stop (62) is arranged for a longer opening stroke. and that one of the to Switching current-influenced release device (72) is provided, which is triggered when a current flows above a certain value the first stop (60) from the movement path of the shift rod moved out.