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WO2004047135A1 - Kontaktstück mit abgerundeten schlitzkanten - Google Patents

Kontaktstück mit abgerundeten schlitzkanten Download PDF

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WO2004047135A1
WO2004047135A1 PCT/DE2003/003461 DE0303461W WO2004047135A1 WO 2004047135 A1 WO2004047135 A1 WO 2004047135A1 DE 0303461 W DE0303461 W DE 0303461W WO 2004047135 A1 WO2004047135 A1 WO 2004047135A1
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WO
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contact
slots
contact piece
edges
bottom wall
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English (en)
French (fr)
Inventor
Caspar Asmus
Klaus Oberndörfer
Roman Renz
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Siemens AG
Siemens Corp
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Siemens AG
Siemens Corp
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    • H01H33/664—Contacts; Arc-extinguishing means, e.g. arcing rings
    • H01H33/6644—Contacts; Arc-extinguishing means, e.g. arcing rings having coil-like electrical connections between contact rod and the proper contact
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    • H01H33/66—Vacuum switches
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    • H01H33/66—Vacuum switches
    • H01H33/664—Contacts; Arc-extinguishing means, e.g. arcing rings
    • H01H33/6643—Contacts; Arc-extinguishing means, e.g. arcing rings having disc-shaped contacts subdivided in petal-like segments, e.g. by helical grooves

Definitions

  • the invention relates to a contact piece of a contact arrangement for interrupting a current in a distribution network with a contact carrier which has a hollow cylindrical wall section and a bottom wall, and with a contact disk lying opposite the bottom wall in a longitudinal direction, slots being provided for generating a magnetic field.
  • Such a contact piece is for example from the
  • a contact arrangement for a vacuum switch is shown there.
  • the contact arrangement has a fixed contact piece and a movable contact piece which is movably guided in this respect and which face one another in the axial direction on the end face.
  • the contact pieces are each composed of a pot-shaped contact carrier, which has a hollow cylindrical wall section and a bottom wall, and a contact disk axially opposite the bottom wall.
  • slots are provided in the bottom wall, the wall section and in the contact disk, which delimit spirally running conductor tracks, so that an azimuthal component is impressed on a current flowing through the contact piece and an axial magnetic field is generated.
  • the contact piece designed in this way is intended for installation in a vacuum circuit breaker, which is provided for interrupting the current flow of an energy distribution network, for example in the event of a short circuit.
  • Vacuum circuit breaker an arc is drawn between the contacts.
  • the magnetic field generated by the slots counteracts self-contraction of the arc and contributes to extinguishing the arc.
  • the slots provided in the contact disk also suppress the occurrence of eddy currents in the contact disk.
  • the slots are usually produced by machining manufacturing techniques such as milling, turning, drilling and are mechanically and / or electrochemically deburred.
  • the known contact piece has the disadvantage that the introduction of the slots at the edges forms sharp edges, which increase the already very high electrical field strengths in the contact area by a factor ⁇ , which, depending on the radius of curvature of the edges and contact distance, between 3 and even can be over 10.
  • ⁇ which, depending on the radius of curvature of the edges and contact distance, between 3 and even can be over 10.
  • high electrical field strengths in the contact area have a disadvantageous effect on the dielectric strength of contact arrangements which are equipped with such contact pieces.
  • the object of the invention is to provide a contact piece of the type mentioned at the outset, with which high electrical field strengths in the contact area of contact arrangements are avoided.
  • the invention solves this problem in that the edges of the slots have rounded edges with a defined radius.
  • the dielectric strength of a contact piece can be influenced in a targeted manner for the first time.
  • the edges of slots according to the invention have edges with a defined radius.
  • the radius remains constant over the entire course of the slot, so that local fluctuations in the dielectric strength are avoided in contact arrangements with contact pieces according to the invention.
  • the defined radii can be set mechanically, for example, using a radius cutter developed for this purpose. For this purpose, the entire slot is traversed with the radius cutter.
  • Molding technology or by cold forming, i.e. by embossing.
  • the slots advantageously have slot ends in the form of a rounded bore.
  • the production of the rounded edges with a defined radius is further simplified, since the necessary roundings can be formed in the end region of the slots which is difficult to access for machine tools by simple drilling or round milling.
  • the diameter of the rounded bore lies in the range of a slot width of the slots. This dimensioning specification also simplifies the manufacture of the edges with their defined curves in the end region of the slots.
  • the slots have rectangular slot ends.
  • the manufacture of this embodiment of the invention is difficult due to the rectangular slot end formation.
  • by rounding off the edges of the edges as little material as possible is removed from the contact piece, as a result of which the conductivity, the heat exchange and the strength of the contact piece are improved.
  • the slots are advantageously provided in the wall section and are inclined with respect to the longitudinal direction. In this way, a bobbin is created, which favors the extinguishing of the arc.
  • the slots are formed in the contact disk.
  • the slots can be provided exclusively in the contact disk or both in the wall section and in the contact disk.
  • the slots in the contact disk are advantageously curved, following the course of the slots in the coil former. In this way, the azimuthal component of the current flowing through the contact piece is increased and the generated magnetic field is strengthened.
  • the slots can be advantageous if the slots are provided in the bottom wall.
  • the slots in the bottom wall are also curved, so that an azimuthal component is impressed on the current as it flows over the bottom wall of the contact carrier.
  • the slots in the coil body continue the slots in the bottom wall.
  • both the base plate, the coil carrier and the contact disk can have slots in the context of the invention.
  • Figure 1 shows an embodiment of a contact plate of the contact piece according to the invention
  • Figure 2 shows an embodiment of a contact carrier of the contact piece according to the invention.
  • Figure 1 shows an embodiment of a contact plate 1 of the contact piece according to the invention.
  • the contact disk 1 shown has a circular outer contour. Slots 2 are made in the contact disk 1 from the outside. The slots do not run in a star shape from the outside towards the center of the circular contact disk 1, but are slightly beveled with respect to the star-shaped course, as a result of which an azimuthal component is impressed on a current flowing toward the center via the contact disk. In addition the slots 2 serve to suppress eddy currents.
  • the slots 2 are delimited by edges which have rounded edges 3.
  • the radius of the edge curvature is 0.5 mm in the exemplary embodiment shown.
  • Such a contact disk is therefore preferably suitable for use in distribution networks with an operating voltage of up to 27 kV, as is evident from the dimensioning rule mentioned above.
  • the edges 3 of the edges of the slots 2 are rounded, even in the end regions of the slots 2, or in other words at the slot end 4, and have a constant radius of curvature over the entire course of the slot. In the exemplary embodiment shown, however, different slot ends 4 are shown.
  • the slot end designated by reference number 5 is formed as a bore, the radius of which essentially corresponds to the diameter of the slot 2.
  • the slot end with the reference symbol 6 is also designed as a bore, but the diameter of the bore essentially corresponds to the diameter of the slot 2.
  • the reference numeral 7 denotes rectangular slot ends, the edges or boundaries of which, like the bores, have rounded edges with a constant radius.
  • FIG. 2 shows an exemplary embodiment of a contact carrier 8 of a contact piece according to the invention, which has a wall section 9 and a bottom wall 10.
  • a fastening section 11 can be seen, which can be connected to a fastening recess 12 with a current-carrying contact pin, not shown.
  • the Clock disk 2 are provided in the wall section 9 slots 2, which have edges with edges 3.
  • the edges of the slots 2 are rounded in their end regions or in other words at the slot ends 4, the slot ends 6 having the shape of a bore, the diameter of which essentially corresponds to the diameter of the slot 2. Deviating from this, the edge of a slot end 7 is formed at right angles.
  • the bottom wall 10 has no slots 2.
  • the contact carrier is usually made of a highly conductive material such as copper.
  • the contact disk 1 advantageously consists of a composite material and in particular of a copper-chromium alloy.

Landscapes

  • High-Tension Arc-Extinguishing Switches Without Spraying Means (AREA)
  • Contacts (AREA)

Abstract

Um bei einem Kontaktstück einer Kontaktanordnung zum Unterbrechen eines Stromes in einem Verteilernetz mit einem Kontaktträger (8), der einen hohlzylindrischen Wandabschnitt (9) sowie eine Bodenwandung (10) aufweist, und mit einer der Bodenwandung (10) in einer Längsrichtung gegenüberliegenden Kontaktscheibe (11), wobei Schlitze (2) zur Erzeugung eines Magnetfeldes vorgesehen sind, die Ausbildung lokaler Spannungsspitzen vermeiden, wird vorgeschlagen, dass die Schlitze (2) abgerundete Kanten (3) mit einem definierten Radius aufweisen.

Description

Beschreibung
Kontaktstück mit abgerundeten Schlitzkanten
Die Erfindung betrifft ein Kontaktstück einer Kontaktanordnung zum Unterbrechen eines Stromes in einem Verteilernetz mit einem Kontaktträger, der einen hohlzylindrischen Wandabschnitt sowie eine Bodenwandung aufweist, und mit einer der Bodenwandung in einer Längsrichtung gegenüberliegenden Kon- taktscheibe, wobei Schlitze zur Erzeugung eines Magnetfeldes vorgesehen sind.
Ein solches Kontaktstück ist beispielsweise aus der
DE 34 15 743 AI bereits bekannt. Dort ist eine Kontaktanord- nung für einen Vakuumschalter gezeigt. Die Kontaktanordnung weist ein feststehendes Kontaktstück und ein diesbezüglich beweglich geführtes bewegliches Kontaktstück auf, die einander in axialer Richtung stirnseitig gegenüberliegen. Die Kontaktstücke sind jeweils aus einem topfförmigen Kontaktträger, der eine hohlzylindrischen Wandabschnitt sowie eine Bodenwandung aufweist, und aus einer der Bodenwandung axial gegenüberliegenden Kontaktscheibe zusammengesetzt. Zur Erzeugung eines axialen Magnetfeldes sind in der Bodenwandung, dem Wandabschnitt und in der Kontaktscheibe Schlitze vorgesehen, die spiralförmig verlaufende Leiterbahnen begrenzen, so dass einem über das Kontaktstück fließenden Strom eine azimutale Komponente aufgeprägt und ein axiales Magnetfeld erzeugt wird. Das so ausgebildete Kontaktstück ist zum Einbau in einen Vakuumleistungsschalter vorgesehen, der zum Unterbrechen des Stromflusses eines Energieverteilernetzes, beispielsweise im Kurzschlussfall, vorgesehen ist. Durch das Trennen der Kontaktstücke der Kontaktanordnung des
Vakuumleistungsschalters wird zwischen den Kontakten ein Lichtbogen gezogen. Das durch die Schlitze erzeugte Magnetfeld wirkt einer Selbstkontraktion des Lichtbogens entgegen und trägt zur Löschung des Lichtbogens bei . Durch die in der Kontaktscheibe vorgesehenen Schlitze ist ferner das Auftreten von Wirbelströmen in der Kontaktscheibe unterdrückt. Die Schlitze werden üblicherweise durch spanabhebende Fertigungstechniken wie Fräsen, Drehen, Bohren hergestellt und mecha- nisch und/oder elektrochemisch entgratet.
Dem vorbekannten Kontaktstück haftet der Nachteil an, dass durch das Einbringen der Schlitze an deren Rändern scharfe Kanten ausgebildet sind, die die ohnehin im Kontaktbereich sehr hohen elektrischen Feldstärken um einen Faktor ß erhöhen, der je nach Krümmungsradius der Kanten und Kontaktabstand, zwischen 3 und sogar über 10 liegen kann. Hohe elektrische Feldstärken im Kontaktbereich wirken sich jedoch nachteilig auf die dielektrische Festigkeit von Kontaktanord- nungen aus, die mit solchen Kontaktstücken bestückt sind.
Aufgabe der Erfindung ist es, ein Kontaktstück der eingangs genannten Art bereitzustellen, mit dem hohe elektrische Feldstärken im Kontaktbereich von Kontaktanordnungen vermieden werde .
Die Erfindung löst diese Aufgabe dadurch, dass die Ränder der Schlitze abgerundete Kanten mit einem definierten Radius aufweisen.
Erfindungsgemäß ist die Spannungsfestigkeit eines Kontaktstückes erstmals gezielt beeinflussbar. Während die mechanische oder elektrochemische Entgratung vorbekannter Kontaktstücke zu Schlitzrändern mit Kanten führt, deren Rundung mehr oder weniger willkürlich ist, weisen die Ränder erfindungsgemäßer Schlitze Kanten mit einem definierten Radius auf. Dabei bleibt der Radius erfindungsgemäß über den gesamten Schlitz- verlauf hinweg konstant, so dass lokale Schwankungen der dielektrischen Festigkeit bei Kontaktanordnungen mit erfindungsgemäßen Kontaktstücken vermieden sind. Die definierten Radien können beispielsweise mit Hilfe eines hierfür entwickelten Radienfräsers und somit mechanisch eingestellt werden. Hierzu wird der gesamte Schlitz mit dem Radienfräser durchfahren.
Weiterhin ist es möglich, die definierten Rundungen der Kanten mittels numerisch gesteuerten Werkzeugmaschinen und passend ausgeformten Fräsköpfen auszugestalten. Bei Verbundwerkstoffen, beispielsweise aus Kupfer und Chrom, ist es ferner möglich, die definierten Rundungen pulvermetallurgisch in
Formteiltechnik oder durch Kaltumformung, also durch Prägen, herzustellen.
Vorteilhafterweise ist der Radius R in Abhängigkeit der Span- nung der Verteilernetzes U gemäß der Dimensionierungsregel
R > 2• W+U2 +8,5•10~3 • U +0,34 eingestellt ist, wobei U die Einheit Kilovolt und R die Einheit Millimeter aufweist. Werden diese von der Spannung abhängigen Mindestwerte eingehalten, weist das Kontaktstück ei- ne besonders hohe dielektrische Festigkeit auf.
Vorteilhafterweise weisen die Schlitze Schlitzenden in Form einer verrundeten Bohrung auf. Bei dieser vorteilhaften Weiterentwicklung der Erfindung ist die Herstellung der abgerun- deten Kanten mit definiertem Radius weiter vereinfacht, da in dem für Werkzeugmaschinen schwer zugänglichen Endbereich der Schlitze die notwendigen Rundungen durch einfaches Bohren oder Rundfräsen ausgebildet werden können. Gemäß einer diesbezüglichen Weiterentwicklung liegt der Durchmesser der verrundeten Bohrung im Bereich einer Schlitzbreite der Schlitze. Durch diese Dimensionierungsvorgabe ver- einfacht sich die Herstellung der Kanten mit ihren definierten Rundungen im Endbereich der Schlitze zusätzlich.
Alternativ dazu weisen die Schlitze rechteckige Schlitzenden auf. Die Herstellung dieser Ausführungsform der Erfindung ist aufgrund der rechteckigen Schlitzendausbildung erschwert. Dem Kontaktstück wird jedoch durch das Abrunden der Kanten der Ränder möglichst wenig Material entnommen, wodurch die Leitfähigkeit, der Wärmeaustausch, die Festigkeit des Kontaktstückes verbessert sind.
Vorteilhafterweise sind die Schlitze in dem Wandabschnitt vorgesehen und der Längsrichtung gegenüber geneigt. Auf diese Weise wird ein Spulenkörper erzeugt, der die Löschung des Lichtbogens begünstigt.
Gemäß einer vorteilhaften Weiterentwicklung sind die Schlitze in der Kontaktscheibe ausgebildet. Durch das Vorsehen der Schlitze in der Kontaktscheibe werden beispielsweise nachteilige Wirbelströme in der Kontaktscheibe vermieden. Die Schlitze können erfindungsgemäß ausschließlich in der Kontaktscheibe oder aber sowohl in dem Wandabschnitt als auch in der Kontaktscheibe vorgesehen sein.
Vorteilhafterweise sind die Schlitze in der Kontaktscheibe gekrümmt, wobei sie dem Verlauf der Schlitze des Spulenkörpers folgen. Auf diese Weise wird die azimutale Komponente des über das Kontaktstück fließenden Stromes vergrößert und das erzeugte Magnetfeld verstärkt. Darüber hinaus kann es vorteilhaft sein, wenn die Schlitze in der Bodenwandung vorgesehen sind. Vorteilhafterweise sind auch die Schlitze der Bodenwandung gekrümmt ausgebildet, so dass dem Strom bereits beim Fluss über die Bodenwandung des Kontaktträgers eine azimutale Komponente aufgeprägt wird. Dabei setzen die Schlitze des Spulenkörpers die Schlitze der Bodenwandung fort. Selbstverständlich können im Rahmen der Erfindung sowohl die Bodenplatte, der Spulenträger als auch die Kontaktscheibe Schlitze aufweisen.
Weitere zweckmäßige Ausgestaltungen und Vorteile der Erfindung sind Gegenstand der nachfolgenden Beschreibung von Ausführungsbeispielen der Erfindung unter Bezug auf die Figuren der Zeichnung, wobei sich entsprechende Bauteile mit dem gleichen Bezugszeichen versehen sind und wobei
Figur 1 ein Ausführungsbeispiel einer Kontaktscheibe des erfindungsgemäßen Kontaktstückes und
Figur 2 ein Ausführungsbeispiel eines Kontaktträgers des erfindungsgemäßen Kontaktstückes zeigen.
Figur 1 zeigt ein Ausführungsbeispiel einer Kontaktscheibe 1 des erfindungsgemäßen Kontaktstückes. Die gezeigte Kontaktscheibe 1 weist eine kreisförmige Außenkontur auf. Von außen her sind Schlitze 2 in die Kontaktscheibe 1 eingebracht. Die Schlitze verlaufen nicht sternförmig von außen auf die Mitte der kreisförmigen Kontaktscheibe 1 zu, sondern sind gegenüber dem sternförmigen Verlauf leicht abgeschrägt ausgebildet, wodurch einem über die Kontaktscheibe zur Mitte hin fließenden Strom eine azimutale Komponente aufgeprägt wird. Darüber hin- aus dienen die Schlitze 2 zur Unterdrückung von Wirbelströmen.
Die Schlitze 2 werden von Rändern begrenzt, die abgerundete Kanten 3 aufweisen. Der Radius der Kantenkrümmung beträgt in dem gezeigten Ausführungsbeispiel 0,5 mm. Eine solche Kontaktscheibe eignet sich daher bevorzugt für den Einsatz in Verteilernetzen mit einer Betriebsspannung bis zu 27 kV, wie sich aus der zuvor erwähnten Dimensionierungsregel ergibt.
Die Kanten 3 der Ränder der Schlitze 2 sind selbst in den Endbereichen der Schlitze 2, oder mit anderen Worten am Schlitzende 4, abgerundet ausgebildet und weisen über den gesamten Schlitzverlauf hinweg' einen konstanten Krümmungsradius auf. In dem gezeigten Ausführungsbeispiel sind jedoch unterschiedliche Schlitzenden 4 dargestellt. Das mit dem Bezugszeichen 5 bezeichnete Schlitzende ist als Bohrung ausgeformt, deren Radius dem Durchmesser des Schlitzes 2 im Wesentlichen entspricht. Das Schlitzende mit dem Bezugszeichen 6 ist eben- falls als Bohrung ausgebildet, wobei jedoch der Durchmesser der Bohrung im Wesentlichen dem Durchmesser des Schlitzes 2 entspricht.
Mit dem Bezugszeichen 7 sind rechtwinklige Schlitzenden be- zeichnet, deren Ränder oder Begrenzungen jedoch wie die Bohrungen abgerundete Kanten mit konstantem Radius aufweisen.
Figur 2 zeigt ein Ausführungsbeispiel eines Kontaktträgers 8 eines erfindungsgemäßen Kontaktstückes, das einen Wandab- schnitt 9 sowie eine Bodenwandung 10 aufweist. In der Bodenwandung 10 ist ein Befestigungsabschnitt 11 erkennbar, der an einer Befestigungsausnehmung 12 mit einem nicht gezeigten stromführenden Kontaktbolzen verbindbar ist. Wie in der Kon- taktscheibe 2 sind in dem Wandabschnitt 9 Schlitze 2 vorgesehen, die Ränder mit Kanten 3 aufweisen. Die Ränder der Schlitze 2 sind in ihren Endbereichen oder mit anderen Worten an den Schlitzenden 4 abgerundet ausgebildet, wobei die Schlitzenden 6 die Form einer Bohrung aufweisen, deren Durchmesser im Wesentlichen dem Durchmesser des Schlitzes 2 entspricht. Abweichend hierzu ist der Rand eines Schlitzendes 7 rechtwinklig ausgeformt.
Die Bodenwandung 10 weist in dem gezeigten Ausführungsbei- spiel keine Schlitze 2 auf.
Üblicherweise wird der Kontaktträger aus einem gut leitenden Material wie beispielsweise Kupfer hergestellt. Die Kontakt- scheibe 1 besteht vorteilhafterweise aus einem Verbundwerkstoff und insbesondere aus einer Kupfer-Chrom-Legierung.

Claims

Patentansprüche
1. Kontaktstück einer Kontaktanordnung zum Unterbrechen eines Stromes in einem Verteilernetz mit einem Kontaktträ- ger (8), der einen hohlzylindrischen Wandabschnitt (9) sowie eine Bodenwandung (10) aufweist, und mit einer der Bodenwandung (10) in einer Längsrichtung gegenüberliegenden Kontaktscheibe (1), wobei Schlitze (2) zur Erzeugung eines Magnetfeldes vorgesehen sind, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t, dass die Ränder der Schlitze (2) abgerundete Kanten (3) mit einem definierten Radius aufweisen.
2. Kontaktstück gemäß Anspruch 1, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t, dass der Radius R in Abhängigkeit der Spannung des Verteilernetzes U gemäß der Dimensionierungsregel
R>2-10-4-<y2+8,5-l(T3 -17 + 0,34 eingestellt ist, wobei U die Einheit Kilovolt und R die Einheit Millimeter aufweist.
3. Kontaktstück gemäß 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 die Schlitze (2) Schlitzenden (4) in Form einer verrunde- ten Bohrung (5,6) aufweisen.
4. Kontaktstück gemäß Anspruch 3 , d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t, dass der Durchmesser der verrundeten Bohrung (6) im Bereich einer Schlitzbreite der Schlitze (2) liegt.
5. Kontaktstück gemäß einem der Ansprüche 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 die Schlitze (2) rechteckige Schlitzenden (7) aufweisen.
6. Kontaktstück gemäß einem der vorhergehenden Ansprüche, d a du r c h g e k e n n z e i c h n e t, dass die Schlitze (2) in dem Wandabschnitt (9) vorgesehen und der Längsrichtung gegenüber geneigt sind.
7. Kontaktstück gemäß einem der vorhergehenden Ansprüche, d a du r c h g e k e n n z e i c h n e t, dass die Schlitze (2) in der Kontaktscheibe (1) ausgebildet sind.
8. Kontaktstück gemäß einem der vorhergehenden Ansprüche, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t, dass die Schlitze (2) in der Bodenwandung (10) vorgesehen sind.
PCT/DE2003/003461 2002-11-15 2003-10-13 Kontaktstück mit abgerundeten schlitzkanten Ceased WO2004047135A1 (de)

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