DE2602579A1

DE2602579A1 - Vakuumschaltrohr

Info

Publication number: DE2602579A1
Application number: DE19762602579
Authority: DE
Inventors: Furdoon Battiwala; Hans Ing Grad Bettge; Horst Dr Kopplin; Gerhard Dr Peche
Original assignee: Siemens Corp
Current assignee: Siemens Corp
Priority date: 1976-01-23
Filing date: 1976-01-23
Publication date: 1977-07-28

Description

Vakuumschaltrohr.
Die Erfindung betrifft ein Vakuumschaltrohr mit zwei aus elektrisch leitfähigem Material bestehenden Schaltkontakten,- die einander mit ebenen Kontaktflächen zugewandt sind, welche mindestens einen ringförmigen Steg aufweisen, der in Segmente--durch Schlitze unterteilt ist, die zumindest teilweise durch den Steg verlaufen.
Derartige Vakuumschaltrohre sind bereits bekannt (man vergl. die DT-PS 1 196 751). Die Schlitze, welche die ringförmigen Stege der Kontaktstücke in Segmente unterteilen, sind dabei gegenüber den Stegachsen geneigt. Vorzugsweise sollen diese Schlitze in den beiden Kontaktstücken entgegengesetzte Richtung zueinander haben. Zweck dieser Anordnung ist es, einen gegenüber der Achse der Schaltkontakte winkelig geneigten Strompfad zu erzielen, der ein Magnetfeld erzeugt, unter dessen Einfluß ein zwischen den Kontaktflächen beim Schalten entstehender Lichtbogen auf einer Kreisbahn entlang des Stegrandes mit hoher Geschwindigkeit bewegt werden soll. Mit dieser Lichtbogenbewegung soll eine örtliche Überhitzung der Kontakte und die damit verbundene Erzeugung eines hohen Dampfdruckes, die zu einer Wiederzündung des Lichtbogens führt, verhindert werden. Bei dieser Kontaktformgebung hat jedoch der Strom in den Schaltkontakten aufgrund der schrägen Schlitze noch eine merkliche axiale Komponente, die den erwunschten Effekt beeinträchtigt.
Hinzu kommt, daß die Herstellung solcher Kontakte sehr zeitraubend und kostspielig ist, denn bei den geschlitzten Kontaktoberflächen wird das nur schwach federnde Material vorgepreßt und die sich ergebende Kontaktoberfläche muß noch einmal allseitig nachbearbeitet werden.
Der Abschaltlichtbogen in Vakuumschaltröhren geht bekanntlich abhängig vom Kontaktwerkstoff und der Kontakt form bei Strömen größer 10 kA von der diffusen Entladungsform in einen kontrahierten Lichtbogen über. Durch den kontrahierten Lichtbogen werden die Kontaktoberflächen thermisch ungleichmäßig belastet, so daß es- zu einer starken, ungleichmäßigen Kontakterosion kommt.
Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es daher, bei einem Vakuumschaltrohr die Kontraktion des Lichtbogens und damit eine ungleichmäßige Schaltkontakterosion zu verhindern. Zur Lösung dieser Aufgabe ist bei einem Vakuumschaltrohr der eingangs erwähnten Art gemäß der Erfindung vorgesehen, daß dem elektrisch leitfähigem Material der Schaltkontakte zumindest im Bereich der Segmente ein Material hinzugesetzt ist, das die elektrische Leitfähigkeit reduziert.
Die Schaltkontakte bestehen dabei vorzugsweise aus Kupfer, dem bis zu ungefähr 5 Gew.% Phosphor, Eisen, Silicium, Arsen, Antimon, Zinn oder Nickel oder Mischungen aus diesen ninzulegiert ist. Die ringförmigen Stege der beiden Schaltkontaktträger sind zweckmäßig mit einem dünnen metallischen Kontaktring versehen.
Bei einer besonders vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung setzen sich die Schlitze vom ringförmigen Steg bis in den Boden der Schaltkontakte fort. Mit dieser Maßnahme wird eine Verlängerung der Segmente und damit eine weitere Erhöhung des Widerstandes bzw.
Reduzierung der elektrischen Leitfähigkeit in den Segmenten erreicht. Eine Vergrößerung der Länge der Segmente bei glelchbleibender Steghöhe läßt sich vorteilhaft auch dadurch erzielen, daß die Schlitze in den Stegen der Schaltkontakte schräg verlaufen.
Ein erfindungsgemäßes Vakuumschaltrohr weist den Vorteil auf, daß die Schaltkontakte im Vergleich zu den bekannten Schaltkontakten wesentlich weniger Schlitze haben. Im Gegensatz zu den bekannten Schaltkontakten dienen die Schlitze, die vorteilhafterweise bis in den Boden der Schaltkontakte eingesägt werden, nicht mehr zum Abfedern der Kontakt oberfläche sondern sollen nur noch eine Stromaufteilung zu den einzelnen Oberflächenzonen der Schaltkontakte bewirken. Da die Stromaufteilung zu den Schaltkontaktoberflächen um so gleichmäßiger ist, je höher der Bahnwiderstand der Segmente (Stromzuführungen) zum ungeteilten Kontaktring ist, müssen die Schlitze nicht unbedingt eine Schrägstellung aufweisen, sofern nur der Kontakttopf einen längeren zylindrischen Anteil hat oder die Leitfähigkeit des Kontaktmaterials unterhalb des Kontaktringes entsprechend klein ist. Um einen Stromausgleich zwischen einzelnen Zonen fes Kontaktringes zu reduzieren, ist es zweckmäßig, den Kontaktring möglichst so dünn zu halten, wie mit Rücksicht auf den zu erwartenden Abrand zulässig ist. Im allgemeinen wird der Kontaktring hart mit dem topfförmigen geschlitzten Kontakt verlötet und anschließend für den Einbau fertig bearbeitet. Besteht der Kontaktring aus einer Chrommatrix, die mit Kupfer getränkt ist, so ist es auch möglich, die Tränkung des Kontaktringes mit der Herstellung des topfförmigen Trägers in einem Arbeitsgang zu verbinden und den topfförmigen Kontaktträger als Hinterguß des Kontaktringes aufzufassen. Die Schlitze werden dann mit einer Kreissäge in den topfförmigen Hinterguß nach Fertigstellung der äußeren Konturen eingeschnitten. Ein nach diesem Verfahren hergestellter Schaltkontakt zeichnet sich dann durch die fehlende Lötschicht zwischen Kontaktring und topfförmigem Kontaktträger aus.
Als Kontaktring wird vorteilhafterweise ein SintertränkmaterlaL aus Chromkupfer mit/ohne Zusätzen von Titan, Eisen, Vanadium, Tellur oder Zinn verwendet.
Anhand der Figuren der Zeichnung soll die Erfindung nachstehend mit weiteren Merkmalen näher erläutert werden.
Es zeigt: Fig. 1 einen Schnitt durch ein schematisch dargestelltes Vakuumschaltrohr gemäß der Erfindung, Fig. 2 eine vergrößerte Seitenansicht eines Schaltkontaktes und Fig. 3 eine Draufsicht auf den Kontaktträger nach Fig. 2 mit abgenommenem Kontaktring.
Das in Fig. 1 schematisch dargestellte Vakuumschaltrohr weist ein evakuiertes Gehäuse auf, das aus einem zylindrischen Isolierkörper 3 aus Glas oder Keramik und zwei Stirnseiten des Isolierkörpers 3 vakuumdicht verschließenden metallischen Endplatten 4 und 5 besteht. Innerhalb dieses vakuumdichten Gehäuses sind einander gegenüberstehend zwei trennbare Schaltkontakte 1,2 angeordnet, von denen einer an einem feststehenden massiven Kontaktbolzen 6 und der zweite an einem bewegbaren massiven Kontaktbolzen 7 befestigt ist. Die Kontaktbolzen dienen gleichzeitig als Stromzuführung. Der bewegliche Kontaktbolzen 7 ist mit einem Metallbalg 8 verbunden, der das Vakuumschaltrohr zwischen dem beweglichen Kontaktbolzen 7 und der Endplatte 5 hermetisch abdichtet. Ütlicherweise ist in Vakuumschaltrohren eine Abschirmung 9 zum Schutz des Isolierkörpers 3 vor-einem Niederschlag von Metallpartikelchen vorgesehen, die beim Abschalten aus den Schaltkontakten 1,2 verdampfen oder aus diesen herausgerissen werden können.
Die Figur 2 zeigt in vergrößerter Seitenansicht und die Figur 3 in vergrößerter Draufsicht von den beiden symmetrisch ausgebildeten Schaltkontakten 1,2 als Beispiel den Schaltkontakt 1. Der Schaltkontakt 1 besteht aus einem metallischen Kontaktträger una einem dünnen metallischen Kontaktring 15, der In Fig. 3 zur besseren Übersicht weggelassen ist. Der Kontaktträger weist einen Kontaktsteg 11 und einen Kontaktboden 14 auf. Dem elektrisch leitfähigen Material des Kontaktträgers des Schaltkontakts 1 sowie des nicht dargestellten symmetrischen Kontaktträgers des Schaltkontakts 2 ist ein Material hinzugesetzt, das die elektrische Leitfähigkeit des aus Boden 14 und ringförmigen Steg 11 bestehenden Kontaktträgers reduziert. Der ringförmige Steg 11 ist in Segmente 12 durch Schlitze 13 unterteilt, die sich in diesem Ausführungsbeispiel bis in den Boden 14 des Kontaktträgers fortsetzen. Die Schlitze 13 können beispielsweise durch Einsägen des aus Kontaktboden 14 und Kontaktsteg 11 bestehenden Kontaktträgers hergestellt werden, so daß im Kontaktträger Segmente 11 übrigbleiben, die sich vom Kontaktsteg 11 bis in den Boden 14 fortsetzen.
Die Erfindung ist auf das dargestellte Ausführungsbeispiel nicht beschränkt. Beispielsweise muß der Kontaktträger nicht vollständig aus einem Material mit reduzierter elektrischer Leitfähigkeit bestehen. Es kann sogar vorteilhaft sein, wenn ein Kontaktring auf den Kontakt steg aufgesetzt wird, nur den geschlitzten Kontaktsteg aus einem Material mit reduzierter elektrischer Leitfähigkeit herzustellen und mit dem aus einem anderen elektrisch leitfähigen Material bestehenden Kontaktboden sowie dem Kontaktring in einem Arbeitsgang zu verlöten. Auch damit ist gewährleistet, daß die elektrische Leitfähigkeit der Schaltkontakte zumindest im Bereich der Segmente reduziert ist.
6 Patentansprüche 3 Figuren L e e r s e i t e

Claims

P a t e n t a n s p r ü c h e P a t e n t; a n s p r ü c h e 1Vakuumschaltrohr mit zwei aus elektrisch leitfähigem Material bestehenden Schaltkontakten, die einander mit ebenen Kontaktflächen zugewandt sind, welche mindestens einen ringförmigen Steg aufweisen, der in Segmente durch Schlitze unterteilt ist, die zumindest teilweise durch den Steg verlaufen, d a -d u r c h g e k e n n z e i c h n e t , daß dem elektrisch leitfähigen Material der Schaltkontakte (1,2) zumindest im Bereich der Segmente (12) ein Material hinzugesetzt ist, das die elektrische Leitfähigkeit reduziert.
2. Vakuumschaltrohr nach Anspruch 1, d a d u r c h g e -k e n n z e i c h n e t , daß die Schaltkontakte (1,2) aus Kupfer bestehen, dem bis zu ungefähr 5 Gew.% Phosphor, Eisen, Silicium, Arsen, Antimon, Zinn oder Nickel oder Mischungen aus diesen hinzulegiert ist.
3. Vakuumschaltrohr nach Anspruch 1 oder 2, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t , daß sich die Schlitze (13) vom ringförmigen Steg (11) bis in den Boden (14) der Schaltkontakte (1,2) fortsetzen.
4. Vakuumschaltrohr nach einem der Ansprüche 1 bis 3, d a -d u r c h g e k e n n z e i c h n e t , daß die Schlitze (13) im ringförmigen Steg (11) schräg verlaufen.
5. Vakuumschaltrohr nach einem der Ansprüche 1 bis 4, d a -d u r c h g e k e n n z e i c h n e t , daß der ringförmige Steg (11) mit einem dünnen metallischen Kontaktring (15) abgedeckt ist.
6. Vakuumschaltrohr nach Anspruch 5, d a d u r c h g e -k e n n z e i c h n e t , daß der Kontaktring (ins) aus einem -Sintertränkmaterial aus Chromkupfer mit oder ohne Zusätzen von Titan, Eisen, Vanadium, Tellur oder Zinn besteht.