DE3900684A1 - Schaltkontakt fuer vakuumschalter - Google Patents
Schaltkontakt fuer vakuumschalterInfo
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- H01H33/66—Vacuum switches
- H01H33/664—Contacts; Arc-extinguishing means, e.g. arcing rings
- H01H33/6642—Contacts; 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
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- H01H2033/6648—Contacts containing flexible parts, e.g. to improve contact pressure
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Description
Die Erfindung betrifft einen Schaltkontakt für
Vakuumschalter nach dem Oberbegriff des ersten Patentan
spruchs.
Schaltkontakte nach dem Oberbegriff des ersten Patentan
spruchs sind aus der DE 32 27 482 A1 bekannt, in der eine
Kontaktanordnung mit zwei der bekannten Schaltkontakte zur
Erzeugung eines parallel zur Längsachse gerichteten Magnet
feldes angegeben ist. Jeder Kontakt besteht aus einem mit
einem Kontaktbolzen verbundenen Kontaktboden, an den sich
ein zylindrischer Spulenkörper anschließt. Der Spulenkörper
ist unter einem Winkel schräg zur Längsachse zur Bildung von
wendelförmigen, parallelen Leitern geschlitzt, die die Erre
gerspule bilden. Die Schlitzung setzt sich in den Kontaktbo
den hinein fort, sie dient dort einer vorteilhaften radial
symmetrischen Stromzuleitung zum Spulenkörper. Der bekannte
Schaltkontakt ist durch eine scheibenförmige, vorzugsweise
radial geschlitzte Kontaktplatte abgeschlossen, über die
die Berührung mit dem zweiten Schaltkontakt erfolgt bzw.
auf der die Fußpunkte des Lichtbogens Platz finden.
In den durch die Schlitze begrenzten Leitern des Spulenkörpers
bildet sich für die einzelnen Teilströme ein Verlauf der Strom
linien aus, der sich auf ein Minimum des Spannungsabfalls ein
stellt. Die einzelnen Stromlinien werden bei konstanten Quer
schnitten also die kürzeste Länge anstreben. Die resultierende
Stromrichtung folgt in den Leitern aus diesem Grund nicht mehr
der Richtung der Schlitze, sondern nimmt gegenüber Kon
taktachse einen kleineren Winkel ein. Diese Tendenz gilt
vor allem bei einer relativ kleinen Anzahl von Schlitzen,
z. B. 4 bis 8 und bei Leitern mit relativ großer Höhe des
Leiterquerschnitts.
Die erwähnte Richtungsänderung hat neben einer ungleichmäßi
gen Stromverteilung in dem Spulenkörper auch eine Verminderung
der azimutalen Stromkomponente in dem zylindrischen Teil und
somit eine Verringerung der magnetischen Felddichte zur Folge.
Werden zwei der bekannten Schaltkontakte ähnlich DAS 11 96 751,
insbesondere Fig. 3 mit gegenüber der Schalterachse entgegen
gesetzt geneigter Schlitzung bei Vakuumschaltern mit einem ro
tierenden Lichtbogen eingesetzt, so ergibt sich ebenfalls durch
den schon beschriebenen Effekt eine Schwächung des von den Kon
takten induzierten Magnetfeldes. Daraus resultiert in diesem
Fall eine Schwächung des den Lichtbogen zur Rotation zwingenden
radial gerichteten Magnetfeldes.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, einen Schaltkontakt
mit schräg geschlitzten Spulenkörpern so auszubilden, daß sich
in seinen Windungsquerschnitten eine gleichmäßige Stromdichte
bei einer mit der Schlitzneigung weitgehend übereinstimmenden,
resultierenden Stromrichtung ergibt. Mit diesen Schaltkontak
ten soll sowohl bei Kontaktanordnungen mit derselben Schlitz
richtung für beide Schaltkontakte, als auch bei solchen mit
entgegengesetzt geneigten Schlitzen im Lichtbogenbereich
ein Magnetfeld mit maximaler Wirksamkeit bei minimaler Ver
lustenergie für die geschlossenen Kontakte erzeugt werden.
Die gestellte Aufgabe wird durch die kennzeichnenden Merkmale
des ersten Patentanspruchs gelöst. Die angestrebte Stromver
teilung und Stromrichtung in den Windungen des Spulenkörpers
wird dabei durch geeignete Ausbildungen des Kontaktbodens er
zeugt.
Dabei können dessen Abschnitte in radialer Richtung aus Quer
schnitten unterschiedlicher Dicke gebildet sein, sie können
auch zum Beispiel durch Löcher oder Durchbrüche in Unterab
schnitte mit unterschiedlicher Breite unterteilt sein.
Die Anbringung von Löchern im Kontaktboden von Topfkontakten
ist bereits aus der GB-PS 10 85 902 bekannt. Dort sind mehrere
Löcher konzentrisch zum Kontaktmittelpunkt angeordnet, sie
dienen dabei der Druckentlastung des Kontaktbereichs bei der
Unterbrechung stromstarker Störungen. Eine weitere Verbesse
rung der Stromverteilung stellt die Unterteilung der Kontakt
platte in eine Vielzahl von einzeln gefederten Unterabschnit
ten nach dem deutschen Patent ......... (Patentanmeldung
P 38 28 556) dar. Sie stellt in Kombination mit den Maßnahmen
am Kontaktboden eine gleichmäßige Stromverteilung in
den Windungen des Spulenkörpers auch in der Nähe der An
schlußstellen zur Kontaktplatte sicher. Auf Grund der vielen
parallel geschalteten Kontaktstellen reduziert sich auch der
Gesamtwiderstand und somit die Verlustleistung des Vakuum
schalters.
Weitere vorteilhafte Weiterbildungen der Erfindung sind in
den Unteransprüchen angegeben.
Zum besseren Verständnis des Erfindungsgedankens wird auf
die Zeichnungen und die zugehörigen Beschreibungen verwie
sen, in denen folgendes dargestellt ist:
Fig. 1 Ansicht einer Kontaktanordnung mit den bei
den Schaltkontakten in geöffnetem Zustand,
der untere Schaltkontakt ist nach K-L ge
schnitten.
Fig. 2a Abwicklung eines wendelförmigen Leiters und
des zugehörigen Abschnitts des Kontaktbodens
eines Schaltkontakts nach dem Stand der Tech
nik; Verlauf der Stromlinien.
Fig. 2b Abwicklung eines wendelförmigen Leiters und
des zugehörigen Abschnitts des Kontaktbodens
eines Schaltkontakts nach den Merkmalen der
Erfindung; Verlauf der Stromlinien.
Fig. 3 Schnitt E-F durch Spulenkörper, Ansicht auf die
Innenseite des Kontaktbodens des Schaltkontakts 2.
Fig. 4 Druntersicht unter Kontaktboden des Schalt
kontakts 2; Unterteilung der Abschnitte durch
Lochreihen.
Fig. 5 Ansicht eines Schaltkontaktes, im Mittelteil
ist der Spulenkörper aufgebrochen und der da
hinter liegende Teil des Kontaktbodens ge
schnitten.
Fig. 6 Querschnitt durch einen Schaltkontakt mit
Vertiefungen und Sacklöchern im Kontakt
boden.
Fig. 7 Schnitt G-H durch einen Schaltkontakt
mit einem Stützkörper.
Fig. 8 Ansicht A auf Kontaktplatte.
Fig. 9 Stützkörper (Draufsicht).
Fig. 10 Schaltkontakt mit äußerem Stützring.
Fig. 11 Kontaktpaar für Vakuumschalter mit
radial gerichtetem Magnetfeld.
In Fig. 1 sind die beiden Schaltkontakte 1, 2 in der geöffne
ten Stellung des Vakuumschalters gezeigt. Der Einbau der Kon
takte in eine Vakuumschaltkammer ist nicht angegeben, da dabei
nichts Erfindungswesentliches zu beschreiben ist. Zur Strom
führung ist jeder der Schaltkontakte 1,2 mit einem Kontakt
bolzen 3 verbunden. Jeder Schaltkontakt besteht aus dem Spu
lenkörper 4, der über den Kontaktboden 5 jeweils mit einem
Kontaktbolzen 3 in stromleitender Verbindung steht. Stirnsei
tig ist der Spulenkörper 4 mit der Kontaktplatte 7 stoff
schlüssig verbunden. Jeder Spulenkörper 4 ist durch schräge,
unter dem Winkel α gegen die Kontaktachse geneigte Schlitze 8
in eine Reihe von wendelförmigen Leitern 9 unterteilt. Diese
Leiter sind bezüglich des Kontaktbodens 5 für den Stromfluß
zueinander parallel geschaltet und werden im Betriebszustand
bzw. bei der Unterbrechung eines Lichtbogens LI von einem Teil
i n des Gesamtstromes I durchflossen. Würden keine besonderen
Maßnahmen zur Ausrichtung der Stromanteile in den einzelnen
wendelförmigen Leitern 9 getroffen, so würde sich der resul
tierende Stromanteil i n ′ auf den minimalen Spannungsabfall
einstellen und gegenüber der Kontaktachse einen sehr kleinen
Winkel α′ einnehmen. Da die daraus abgeleitete azimutale Kom
ponente des Stromanteils i n ′ jedoch sehr gering ist, ergibt
sich in diesem Fall auch eine sehr geringe Durchflutung
zur Erzeugung des mit den einzelnen Kontakten verkette
ten Magnetfeldes.
Da in Fig. 1 die Schlitze 8 in den beiden Schaltkontakten
1 und 2 unter demselben Winkel α gegen die Kontaktachse ge
neigt sind, entsteht für die gesamte Kontaktanordnung ein
Axialfeld. Auf Grund der geänderten Richtung des resultieren
den Stromanteils i n ′ würde der Schalter nicht mehr in der
Lage sein, große Kurzschlußströme problemlos zu unterbrechen.
Die Fig. 2a zeigt einen solchen Stromverlauf in der Ab
wicklung. Man erkennt die große Stromliniendichte mit rela
tiv steil nach oben gerichteten Stromlinien SL′, aus denen
der resultierende Anteil i n ′ mit dem kleinen Winkel α′
gegenüber der Kontaktachse entsteht. Diese Stromlinien bil
den eine kurze Verbindung zwischen den Kontaktbolzen 3 und
der Stirnseite des wendelförmigen Leiters 9.
Durch die erfindungsgemäße Ausführung des Kontaktbodens 5
wird in dessen Abschnitt 12 und im wendelförmigen Leiter 9
nach Fig. 2b besonders in der Nähe des Kontaktbodens 5 eine
annähernd gleichmäßige Verteilung der Stromlinien SL 1, SL 2
usw. erzwungen.
Der dabei entstehende resultierende Stromanteil i n ist gegen
die Kontaktachse unter Winkel geneigt, der nur geringfügig
vom Neigungswinkel α der Schlitze 8 abweicht.
Im linken Teil der Schaltkontakte 1 und 2 nach Fig. 1 sind die
Stromanteile i 1, i 2, i 3 dargestellt, die gegenüber der Kontakt
achse annähernd unter dem Winkel α geneigt sind und mit denen
ein wirksames Magnetfeld erzeugt wird. Ihre Stromrichtung kann
durch eine der erfindungsgemäßen Ausbildungen des Kontaktbo
dens 5 eingestellt werden.
In den Fig. 3, 4 und 5 sind Beispiele für eine wirkungs
volle Steuerung der Stromanteile dargestellt. Demnach ist
der Kontaktboden 5 durch vorzugsweise radiale Schlitzung 10
in eine der Leiteranzahl im Spulenkörper 4 entsprechende An
zahl von sektorförmigen Anteilen 12 aufgeteilt. In den Fig. 1,
3 und 4 sind beispielsweise vier Abschnitte 12 vor
gesehen. Jeder Abschnitt 12 ist durch eine besondere Formge
bung in Unterabschnitte 18 unterteilt, die in Stromflußrich
tung, also zwischen dem Kontaktbolzen 3 und dem Spulenkörper 4
unterschiedliche Widerstände aufweisen. Dies kann nach Fig. 3
für den Schaltkontakt 2 durch sich in radialer Richtung
erstreckende Durchbrüche 13 a und 13 b geschehen.
Diese Durchbrüche sind so gestaltet, daß zwischen dem Kon
taktbolzen 3 und dem Übergangsbereich zum Spulenkörper 4 ein
Streifen mit der größten Breite und somit dem kleinsten Wider
stand für den Stromanteil i 1 auftritt.
In Fig. 2b kann man erkennen, daß dieser Stromanteil symbo
lisch durch die 3 Stromlinien SL 1 bis SL 3 dargestellt ist, die
in ihrer Verlängerung etwa parallel zum Schlitz 8 im wendel
förmigen Leiter 9 zur Kontaktseite geführt werden. Nach dem
schmalen Durchbruch 13 b folgt der etwas schmalere Streifen
für den Stromanteil i 2, der in Fig. 2b symbolisch durch die
beiden Stromlinien S L 4, SL 5 dargestellt ist und deren Verlän
gerung einen etwas geringeren Neigungswinkel gegenüber der
Kontaktachse aufweist. Der mittlere Streifen ist durch
den breiten Durchbruch 13 a vom rechten, schmalen Streifen
in Fig. 2b getrennt, in dem der Stromanteil i 3, symboli
siert als eine Stromlinie SL 6, fließt. Durch die geschil
derte Stromaufteilung wird im wendelförmigen Leiter 9 ein
resultierender Strom i n erzeugt, dessen Neigungswinkel nur geringfügig kleiner als α ist.
Nach Fig. 4 kann die Aufteilung der Kontaktbodenabschnitte
12 des Schaltkontakts 2 in Unterabschnitte 18 mit unterschied
lichen Breiten und steigenden Widerständen auch durch die An
bringung von analog zu den Durchbrüchen 13 a, 13 b angeordneten
Löchern 14 mit gestaffelten Durchmessern D erfolgen.
In Fig. 5 ist eine weitere Möglichkeit angedeutet, nach der
man die beabsichtigte Stromverteilung in den wendelförmigen
Leitern 9 in besonders einfacher Weise herstellen kann. Dazu
wird in jedem Abschnitt 12 zwischen dem Übergangsbereich und
dem Kontaktbolzen 3 der Kontaktboden 5 mit unterschiedlicher
Dicke ausgebildet. Die volle Dicke d ist dabei an der Seite
des Abschnitts 12 vorgesehen, an der der Schlitz 10 im Kon
taktboden 5 unter dem Komplementärwinkel 90-α in den Spulen
körper 4 als Schlitz 8 übergeht. Von dort aus verjüngt sich
die Dicke des Kontaktbodens 5 bis zum nächsten Schlitz 10
auf einen Bruchteil ihres vollen Wertes.
Nach einem weiteren Merkmal der Erfindung können die Schlitze,
Durchbrüche und Löcher im Kontaktboden 5 auch als Vertie
fungen oder Sacklöcher ausgebildet sein. Nach Fig. 6 ist
auf der linken Seite eine Vertiefung 26 und auf der rechten
Seite des Kontakts eine Reihenfolge von zwei Sacklöchern 27
mit nach außen größer werdendem Durchmesser dargestellt. Mit
dieser Formgebung kann eine Stromverteilung ähnlich der Kon
taktausführung nach den Fig. 3 und 4 erzielt werden, vor
allem dann, wenn die Tiefe t relativ zur Dicke d groß ist.
a Durch die stehengebliebenden Bodenflächen 28 erfolgt zusätz
lich eine Versteifung des Kontaktbodens 5.
Nach einem weiteren Merkmal der Erfindung kann
eine in Unterabschnitte 18 unterteilte Kontaktplatte 7
einen wesentlichen Beitrag zur gleichmäßigen Stromver
teilung in den wendelförmigen Leiter 9 bilden. Dies gilt
insbesondere dann, wenn die einzelnen Unterabschnitte 18
durch einen Stützkörper mit den jeweiligen Unterabschnitten
des Gegenkontakts in der Betriebsstellung des Schalters zur
Berührung gebracht werden. In Fig. 7 ist der Schnitt durch
einen solchen Schaltkontakt angegeben. Dabei sind der Kon
taktboden 5 und der Spulenkörper 4 so ausgeführt, wie im
vorangegangenen Teil der Beschreibung angegeben. Nach Fig. 7
ist auf der Stirnseite des Spulenkörpers eine Kontakt
platte vorgesehen, die gemäß Fig. 8 durch eine Schlitzung 11
in Abschnitte 17 unterteilt ist. Diese Unterteilung stimmt
mit der im Kontaktboden überein, so daß in jeden Abschnitt 17
ein wendelförmiger Leiter 9 des Spulenkörpers 4 einmündet.
Zur aufgabengemäßen Erzielung einer gleichmäßigen Stromver
teilung in den wendelförmigen Leitern 9 sind die Abschnitte
17 in eine möglichst große Anzahl von Unterabschnitten 18
durch entsprechende Schlitzung 11 geteilt. Zusätzlich ist nach
Fig. 7 ein Stützkörper 21 vorgesehen, der die einzelnen Un
terabschnitte 18 der Kontaktplatte 7 federnd unterstützt.
Dies wird besonders wirkungsvoll durch eine Schlitzung 24
an der oberen Stirnfläche 22 b des Stützkörpers 21 erreicht.
Durch diese Schlitzung, die sich übrigens mit den Schlitzen
11 in der Kontaktplatte deckt, wird die beabsichtigte ela
stische Wirkung auf jeden einzelnen Unterabschnitt 18
ausgeübt. Der Stützkörper 21 hat sein Widerlager in der
Stirnfläche 22 a, die zweckmäßiger Weise an der Innenseite
des Kontaktbodens 5 angebracht ist. Durch die nochmalige
Unterteilung der Kontaktplatte 7 in Unterabschnitte 18 wird
erreicht, daß die einzelnen Stromfäden SL 1 bis SL 6 nach
Fig. 2b am oberen Ende des Spulenkörpers nicht geringfügig zu
sammenlaufen, sondern weiterhin einen parallelen Verlauf bis
in die angesprochenen Unterabschnitte 18 der Kontaktplatte
aufweisen. Der resultierende Stromanteil i n ist dann
parallel zu den Schlitzen 8 im Spulenkörper ausgerichtet.
Eine weitere Verbesserung der Stromverteilung in den wendel
förmigen Leitern 9 kann dadurch erreicht werden, daß die Kon
taktplatte nicht direkt auf der Stirnseite des Spulenkörpers 4,
sondern auf einem dazwischen geschalteten Leitkörper 6 be
festigt ist. Dieser Leitkörper wird erfindungsgemäß mit den
selben Schlitzungen 11, wie die Kontaktplatte selbst versehen,
so daß in ihm bereits die Struktur der Unterabschnitte zu er
kennen ist. Bei Verwendung des Leitkörpers 6 kann der Außen
durchmesser der Kontaktplatte 7 nach Fig. 7 kleiner als der Außendurch
messer des Spulenkörpers ausgeführt werden. Auf diese Weise
wird verhindert, daß einzelne Lichtbögen sich am äußeren Rand
der Kontaktplatte 7 über längere Zeit aufhalten. Eine weitere
vorteilhafte Ausbildung der Kontaktplatte 7 wird dadurch
erreicht,
daß man an derem äußeren Teil einen konzentrischen Kontakt
bereich 19 ausführt, der gegenüber dem darin eingeschlossenen
Lichtbogenbereich 20 etwas hervorsteht. Durch diese Unter
teilung wird eine gleichmäßige Kontaktberührung des Kon
taktbereichs mit dem des zweiten Schaltkontakts herbeige
führt. Auf diese Weise entsteht auch ein genau definierter
Übergangswiderstand in jedem Unterabschnitt 18.
Anstelle des Stützkörpers 21 kann eine definierte Kontakt
kraft N nach Fig. 10 auch dadurch erreicht werden, daß
man um die wendelförmigen Leiter 9 einen elastischen Stütz
ring 25 anordnet. Dies ist vor allen Dingen nach Fig. 10
für Kontakte mit sehr flach geführten Schlitzen 8 im Spulen-.
körper günstig, d. h. dann, wenn der Neigungswinkel α der
Schlitze gegenüber der Kontaktachse relativ groß ist. In
solchen Fällen wird das unter der Wirkung der Kontaktkraft N
erzeugte Drehmoment auf den Querschnitt 29 eine große Ver
drillung der wendelförmigen Leiter 9 hervorrufen. Um den
Verdrillwinkel γ nicht zu groß werden zu lassen, wird bei
beginnender Verdrillung durch den elastischen Stützring 25
ein Gegendrehmoment auf den Querschnitt des Leiters 9 auf
gebracht.
Der Stützring 25 kann zusätzlich in eine Vertiefung des
Spulenkörpers 4 eingelassen sein, um die Kontaktplatte 7
gegen den Kontaktboden 5 abzustützen. Dann verhindert er
auch im Falle einer Einschaltung eine Stauchung des Schalt
kontakts unter gleichzeitiger Aufhebung des Abstands der
Schlitze 8. Die wendelförmigen Leiter 9 würden sich dann
berühren und der Stromfluß würde in axialer Richtung
erfolgen.
Bei einer Kontaktanordnung nach Fig. 11 sind die erfin
dungsgemäßen Schaltkontakte gegenüber der Kontaktachse mit
entgegengesetzt gerichteten Schlitzen versehen. Das auf
diese Weise erzeugte radiale Magnetfeld im Kontaktspalt zwi
schen den geöffneten Schaltkontakten 1 und 2 dient in bekann
ter Weise dazu, einen kontrahierten Lichtbogen auf dem ge
schlossenen Kontaktring 30 in schnelle Rotation zu versetzen.
Bei solchen Schaltkontakten ist die Stromzuführung in den ein
zelnen wendelförmigen Leitern 9 nicht gleichmäßig verteilt, son
dern in der Nähe des Lichtbogens LI herrscht in den benach
barten Leitern die größte Stromdichte. Durch die erfindungs
gemäßen Schaltkontakte, bei denen der Kontaktboden nach den
Fig. 3, 4 oder 5 oder ähnlich ausgebildet ist, wird aber
auch hier dafür gesorgt, daß zumindest in dem Teil der Win
dungen 9, die dem Kontaktboden nahe sind, die resultierende
Richtung der Stromfäden i n in etwa parallel zur Richtung der
Schlitze ist. Diese Maßnahme verstärkt die in azimutaler
Richtung auf den umlaufenden Lichtbogen wirkende Vortriebs
kraft (K) beträchtlich. In der Nähe des Kontaktrings ver
dichten sich die Stromlinien um den Fuß
punkt des Lichtbogens. In diesem Gebiet steuert der mit
einer geringeren elektrischen Leitfähigkeit versehene Werk
stoff des Kontaktrings 30 die Widerstandsverteilung und so
mit auch die Verteilung der Stromfäden.
Bezugszeichen:
1, 2 Schaltkontakt
3 Kontaktbolzen
4 Spulenkörper
5 Kontaktboden
6 Leitkörper
7 Kontaktplatte
8 Schlitz im Spulenkörper
9 wendelförmiger Leiter
10 Schlitz im Kontaktboden
11 Schlitz im Leitkörper bzw. Kontaktplatte
12 Abschnitt (des Kontaktbodens)
13 a, 13 b Durchbrüche
14 Loch
15 Übergangsbereich
16 Bohrung
17 Abschnitt (Leitkörper, Kontaktplatte)
18 Unterabschnitt
19 Kontaktbereich (Kontaktplatte)
20 Lichtbogenbereich (Kontaktplatte)
21 Stützkörper
22 a, 22 b Stirnfläche
23 Mantelfläche
24 Schlitzung im Stützkörper
25 Stützring
26 Vertiefung
27 Sackloch
28 Bodenfläche
29 Querschnitt des wendelförmigen Leiters
30 Kontaktring
LI Lichtbogen
I Strom
i n Stromanteil in einem wendelförmigen Leiter
i₁, i₂, i₃ Stromaufteilung
d Dicke des Kontaktbodens
α Neigungswinkel der Schlitze
q Verdrillwinkel
Φ Magnetfluß
K Kraft
3 Kontaktbolzen
4 Spulenkörper
5 Kontaktboden
6 Leitkörper
7 Kontaktplatte
8 Schlitz im Spulenkörper
9 wendelförmiger Leiter
10 Schlitz im Kontaktboden
11 Schlitz im Leitkörper bzw. Kontaktplatte
12 Abschnitt (des Kontaktbodens)
13 a, 13 b Durchbrüche
14 Loch
15 Übergangsbereich
16 Bohrung
17 Abschnitt (Leitkörper, Kontaktplatte)
18 Unterabschnitt
19 Kontaktbereich (Kontaktplatte)
20 Lichtbogenbereich (Kontaktplatte)
21 Stützkörper
22 a, 22 b Stirnfläche
23 Mantelfläche
24 Schlitzung im Stützkörper
25 Stützring
26 Vertiefung
27 Sackloch
28 Bodenfläche
29 Querschnitt des wendelförmigen Leiters
30 Kontaktring
LI Lichtbogen
I Strom
i n Stromanteil in einem wendelförmigen Leiter
i₁, i₂, i₃ Stromaufteilung
d Dicke des Kontaktbodens
α Neigungswinkel der Schlitze
q Verdrillwinkel
Φ Magnetfluß
K Kraft
Claims (23)
1. Schaltkontakt, der in einem Vakuum-Leistungsschalter
mit einem zweiten, gegen den ersten axial verschieb
baren und ihn in der Betriebsstellung stirnseitig be
rührenden Schaltkontakt zusammenwirkt, und der aus
folgenden Bauteilen besteht:
- - einem den Schaltkontakt (1, 2) tragenden und mit einem Kontaktbolzen (3) verbindenden Kontaktboden (5), der durch in etwa radial gerichtete Schlitze (10) in Ab schnitte (12) unterteilt ist,
- - einem hohlzylindrischen Spulenkörper (4), dessen Wandung zur Erzeugung eines Magnetfeldes durch unter einem Winkel (α) gegen die Kontaktachse geneigte Schlitze (8) in wenigstens zwei wendelförmige Seiten (9) unterteilt ist, von denen jeder mit einem Abschnitt (12) des Kontaktbodens (5) einen den Kontaktbolzen (3) mit der Stirnseite des Schaltkon takts (1, 2) verbindenden Strompfad bildet, in dem der Stromtransport mittels Stromlinien unterschied licher Dichte und verschiedener Länge erfolgt,
dadurch gekennzeichnet,
daß Formgebung und/oder Unterteilung eines jeden
Abschnitts (12) des Kontaktbodes (5) bei wenigstens
annähernd gleicher Dichte der Stromlinien (S L 1,
SL 2 . . .) im Querschnitt (29) der wendelförmigen Lei
ter (9) in etwa gleiche elektrische Widerstände für
diese Stromlinien erzeugt.
2. Schaltkontakt nach Anspruch 1,
dadurch gekennzeichnet,
daß eine quer zu den Stromlinien (S L 1, SL 2 . . .) verlaufende
Profilierung eines jeden Abschnitts (12) des Kontakt
bodens (5), etwa in Trapezform, die Widerstände im um
gekehrten Verhältnis der Längen der Stromlinien verändert.
3. Schaltkontakt nach Anspruch 1,
dadurch gekennzeichnet,
daß jeder Abschnitt (12) des Kontaktbodens (5) in wenig
stens zwei Unterabschnitte (18) mit unterschiedlichem
Widerstand für die Stromlinien unterteilt ist, wobei
die Widerstände in Richtung der unter dem Winkel (α)
wachsenden Höhe (H) des Leiterquerschnitts (29) zunehmen.
4. Schaltkontakt nach Anspruch 3,
dadurch gekennzeichnet,
daß die Abschnitte (12) des Kontaktbodens (5) durch
längliche, sich zum Mittelpunkt des Kontakts hin ver
jüngende Durchbrüche (13 a, 13 b) unterschiedlicher Breite
so unterteilt sind, daß in Richtung der zunehmenden
Höhe (H) des Leiterquerschnitts Unterabschnitte (18)
mit zunehmendem Widerstand entstehen.
5. Schaltkontakt nach Anspruch 3,
dadurch gekennzeichnet,
daß die Abschnitte (12) des Kontaktbodens (5) durch
aneinander gereihte Löcher (14) mit sich in Richtung
des Kontaktmittelpunkts verjüngendem Durchmesser (D)
so unterteilt sind, daß in Richtung der zunehmenden
Höhe (h) des Leiterquerschnitts Unterabschnitte (18)
mit zunehmendem Widerstand entstehen.
6. Schaltkontakt nach einem der Ansprüche 1 bis 5,
dadurch gekennzeichnet,
daß anstelle der Schlitze (10), Durchbrüche (13 a, 13 b)
oder Löcher (14) Vertiefungen (26) bzw.Sacklöcher (27)
vorgesehen sind, deren Tiefe (t) einen wesentlichen
Teil der Dicke (d) des Kontaktbodens (5) ausmachen.
7. Schaltkontakt nach einem der Ansprüche 1 bis 6,
dadurch gekennzeichnet,
daß der Spulenkörper (4) durch eine Kontaktplatte (7)
aus einem lichtbogenresistenten Werkstoff wenigstens
im größten Teil der Stirnfläche abgeschlossen ist.
8. Schaltkontakt nach Anspruch 7,
dadurch gekennzeichnet,
daß der Spulenkörper (4) durch einen Leitkörper (6)
aus elektrisch gut leitendem Werkstoff abgeschlossen
ist, auf dem eine Kontaktplatte (7) stoffschlüssig
angebracht ist, wobei deren Außendurchmesser vorzugs
weise kleiner als der Durchmesser des Spulenkörpers (4)
ist.
9. Schaltkontakt nach Anspruch 7 oder 8,
dadurch gekennzeichnet,
daß die Kontaktplatte (7) und gegebenenfalls der Leit
körper (6) durch Schlitze (11) in Abschnitte (17) unter
teilt sind, in die jeweils das stirnseitige Ende je eines
wendelförmigen Leiters (9) einmündet.
10. Schaltkontakt nach Anspruch 9,
dadurch gekennzeichnet,
daß die Abschnitte (17) der Kontaktplatte (7) in Unter
abschnitte (18) unterteilt sind, die in axialer Rich
tung elastisch verformbar sind.
11. Schaltkontakt nach Anspruch 10,
dadurch gekennzeichnet,
daß die Kontaktplatte (7) in jedem Unterabschnitt (18)
einen Kontaktbereich (19), über den alle Ströme in der
Betriebsstellung des Schalters fließen, und einen zu
sätzlichen Lichtbogenbereich (20), der gegenüber dem
Kontaktbereich (19) versenkt ist, aufweist.
12. Schaltkontakt nach Anspruch 11,
dadurch gekennzeichnet,
daß der Kontaktbereich (19) sich von der äußeren Be
grenzung der Kontaktplatte (7) nach innen erstreckt.
13. Schaltkontakt nach den Ansprüchen 8 und 12,
dadurch gekennzeichnet,
daß der Innendurchmesser des Leitkörpers (6) gleich
oder kleiner als die innere Begrenzung des Kontakt
bereichs ist.
14. Schaltkontakt nach einem der Ansprüche 11 bis 13,
dadurch gekennzeichnet,
daß die Kontaktbereiche (19) des einen Schaltkontakts (1)
in der Betriebsstellung mit denen des anderen Schalt
kontakts (2) in etwa in Berührung stehen.
15. Schaltkontakt nach einem der Ansprüche 10 bis 14,
dadurch gekennzeichnet,
daß ein Stützkörper (21) vorgesehen ist, der in axialer
Richtung eine Federwirkung aufweist und jeden Unterab
schnitt (18) der Kontaktplatte (7) einzeln beaufschlagt.
16. Schaltkontakt nach Anspruch 15,
dadurch gekennzeichnet,
daß der Stützkörper (21) ringförmig ausgebildet ist
und sich mit einer Stirnfläche (22 a) auf dem Kontakt
boden 5 abstützt, während die andere Stirnfläche (22 b)
eine bis in die Mantelfläche (23) reichende Schlitzung
(24) aufweist und in eine der Anzahl der Unterabschnitte
(18) der Kontaktplatte (7) entsprechende Zahl von Zungen
unterteilt ist, von denen jede einen Unterabschnitt (18)
beaufschlagt.
17. Schaltkontakt nach Anspruch 15 oder 16,
dadurch gekennzeichnet,
daß der Stützkörper (21) aus einem elektrisch und
magnetisch schlecht leitendem Werkstoff besteht.
18. Schaltkontakt nach Anspruch 1,
dadurch gekennzeichnet,
daß der äußere Mantel des Spulenkörpers (4) von
einem anliegenden, elastischen Stützring (25)
umgeben ist, der eine Verdrillung (γ) der wendel
förmigen Leiter (9) im eingeschalteten Zustand des
Vakuumschalters begrenzt.
19. Schaltkontakt nach Anspruch 18
dadurch gekennzeichnet,
daß der Stützring (25) die Bewegung der Kontakt
platte (7) gegen den Kontaktboden (5) in axialer
Richtung begrenzt.
20. Vakuum-Leistungsschalter mit einem Paar Schaltkontakte
(1, 2) nach einem der Ansprüche 1 bis 19, bei denen die
Schlitzung der beiden Spulenkörper (4) unter dem glei
chen Winkel (α) gegen die Achse geneigt ist und mit
denen im Kontaktspalt ein axiales Magnetfeld indu
zierbar ist.
21. Schaltkontakt nach einem der Ansprüche 1 bis 6,
dadurch gekennzeichnet,
daß der Spulenkörper (4) des Schaltkontakts (1) an
der Stirnseite einen durchgehenden Kontaktring (30)
aus einem lichtbogenresistenten Werkstoff trägt,
dessen Außen- und Innendurchmesser mit denen des
Spulenkörpers (4) in etwa übereinstimmt.
22. Vakuum-Leistungsschalter mit einem Paar Schaltkon
takte nach einem der Ansprüche 1 bis 6 und 21, bei
denen die Schlitzung der beiden Spulenkörper (4)
untereinander zu 180° ergänzenden Winkeln gegen
die Achse geneigt ist und mit denen im Kontaktspalt
ein radial gerichtetes Magnetfeld induzierbar ist.
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