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EP0017076B1 - Kontaktanordnung für Vacuumschalter und Verfahren zu ihrer Herstellung - Google Patents

Kontaktanordnung für Vacuumschalter und Verfahren zu ihrer Herstellung Download PDF

Info

Publication number
EP0017076B1
EP0017076B1 EP80101421A EP80101421A EP0017076B1 EP 0017076 B1 EP0017076 B1 EP 0017076B1 EP 80101421 A EP80101421 A EP 80101421A EP 80101421 A EP80101421 A EP 80101421A EP 0017076 B1 EP0017076 B1 EP 0017076B1
Authority
EP
European Patent Office
Prior art keywords
contact
arrangement according
insert
ring
contact arrangement
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Expired
Application number
EP80101421A
Other languages
English (en)
French (fr)
Other versions
EP0017076A1 (de
Inventor
Rudolf Dipl.-Ing. Gebel
Gerhard Dr. Peche
Heinrich Dr. Schindler
Jürgen-Dietrich Dr. Welly
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Siemens AG
Original Assignee
Siemens AG
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Priority claimed from DE19792912823 external-priority patent/DE2912823A1/de
Priority claimed from DE19792947562 external-priority patent/DE2947562A1/de
Application filed by Siemens AG filed Critical Siemens AG
Priority to AT80101421T priority Critical patent/ATE3346T1/de
Publication of EP0017076A1 publication Critical patent/EP0017076A1/de
Application granted granted Critical
Publication of EP0017076B1 publication Critical patent/EP0017076B1/de
Expired legal-status Critical Current

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Classifications

    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01H—ELECTRIC SWITCHES; RELAYS; SELECTORS; EMERGENCY PROTECTIVE DEVICES
    • H01H33/00—High-tension or heavy-current switches with arc-extinguishing or arc-preventing means
    • H01H33/60—Switches wherein the means for extinguishing or preventing the arc do not include separate means for obtaining or increasing flow of arc-extinguishing fluid
    • 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

Definitions

  • the invention relates to a contact arrangement for vacuum switches with coaxially arranged pot contacts, the slotted contact carrier is provided with a closed contact ring, the end face of which forms the contact contact surface.
  • the pot contacts arranged coaxially opposite one another each form a rotating hollow body, the bottom of which is connected to a power supply and the edge of which forms the annular contact contact surface.
  • the contact carriers of the two contacts are provided with opposing oblique slots that divide the contact carrier into individual segments. These segments form a current loop with the arc that arises after the contacts open, the Lorentz force of which causes the arc to rotate between the contacts.
  • the inclination of the slots with respect to the axis of the pot contact is chosen so large that the slots overlap in the azimuthal direction in the contact carrier.
  • the bottom of the pot contact can also be provided with slots (DE-B-1 196751).
  • a known embodiment of a contact arrangement for vacuum switches contains pot contacts which are provided with a disk-shaped contact pad.
  • the two contacts are arranged concentrically to one another such that an inner contact is surrounded by the contact walls of the outer contact and their edges point axially in the same direction.
  • the contact pad is arranged inside the pot, while in the case of the internal contact, the power supply is arranged in the pot and the bottom of the contact is provided with the contact pad.
  • the contact pads are thus opposite each other in a central part of the two contacts. An arc that arises after the contacts have been lifted is to be driven away from the contact support surfaces to the walls of the pot contacts, which serve as areas of erosion of the contacts.
  • a flat intermediate layer made of a material with increased electrical resistance is embedded between the contact pad and the power supply, which is arranged as close as possible to the power supply in the bottom of the pot contacts (DE-A1-25 46 376).
  • the invention is based on the object, in a contact arrangement with pot contacts, the edges of which each form the contact support surfaces, to force such a current distribution in each of the contacts between the power supply and the annular contact support surface such that the base points of an arc which arises between the contacts and rotates between the contact surfaces are stabilized.
  • both a radially inward and outward force component on the arc should be avoided.
  • the free surface of the contact ring is provided radially inwards and outwards with a bevel and that the contact ring and / or the part of the contact carrier adjacent to the contact ring has a central zone with respect to the material of the contact carrier reduced electrical conductivity included.
  • This zone with low electrical conductivity causes the current supply to branch from the contact carrier to the contact contact surface of the contact ring, the current components of which run essentially radially within the contact ring.
  • the magnetic fields of these radial current components each exert a Lorentz force on the arc, which is directed radially to the center of the strip-shaped contact support surface, and the arc discharge on the contact ring is stabilized.
  • the arc can therefore neither migrate into the recess of the pot contact nor to the outer edge.
  • the beveling of the contact ring prevents the arc from being ignited at a point on the contact contact surface where the stabilizing effect cannot yet occur.
  • an increased contact pressure is obtained due to the reduced contact contact surface compared to the width of the contact carrier.
  • the electrical resistance of the zone can preferably be at least twice, in particular at least three times, greater than the electrical resistance of the contact carrier.
  • a particularly simple and effective embodiment of the contact arrangement is obtained in that the zone is designed as a recess which is evacuated with the surroundings of the contact arrangement, for example within the arcing chamber of a vacuum switch.
  • the zone with increased electrical resistance is also obtained by introducing, for example diffusing in or alloying in, additional material which increases the resistance. Tin, bismuth or phosphorus and arsenic are suitable for this.
  • the surface of the contact ring facing the contact carrier can be provided, for example, with a support made of the resistance material, which is then melted or sintered into the contact ring. Subsequently the support can be removed from the surface of the contact ring.
  • the correspondingly designed resistance material can also be inserted into the recess.
  • This insert can consist of a ferromagnetic material, for example iron, which reinforces the stabilizing forces acting on the arc.
  • the insert can also consist of an insulator, for example a ceramic body.
  • metals with low electrical conductivity for example chromium or also chromium-copper and cobalt, can be used as an insert.
  • Graphite is also suitable as an insert.
  • the insert can preferably be designed in such a way that a gap is formed in the current path at least approximately transversely to the current direction between the insert and the contact carrier or also between the insert and the contact ring.
  • the size of this gap is preferably chosen to be at least as large as the axial component of the width of the slots of the contact carrier.
  • the gap width will generally not be significantly less than 0.2 mm.
  • a special embodiment of the contact arrangement consists in that the surface of the contact carrier adjoining the contact ring is provided with a recess and that the insert consists of the material of the contact ring.
  • the contact ring can be produced as a profile body with an annular extension which extends into the recess of the contact carrier. The height of this extension can be dimensioned somewhat less than the depth of the recess. The mentioned gap is then formed between the end face of the extension and the bottom of the recess.
  • the contact ring consists of a material with high temperature resistance and high erosion resistance as well as high mechanical strength. Such properties have, for example, sintered materials that contain chromium and copper as essential components.
  • a material for the contact carrier is preferably selected which consists at least essentially of the impregnating metal of the contact ring, for example copper.
  • the contact ring with at least the adjacent part of the contact carrier can then be produced by so-called back casting, in which the contact ring and then the carrier body are cast in a common operation.
  • the insert can be inserted as a molded body and can be enclosed by the casting material during casting or can also be removed again if the design is appropriate.
  • both the contact ring and the adjacent part of the contact carrier can be provided with a common recess. This common component is then attached to the contact base, for example soldered.
  • the electrical conductivity of the contact ring is significantly lower, preferably by at least a factor of 3, than the conductivity of the contact carrier.
  • This increase in resistance of the contact ring compared to the contact carrier is obtained by using the chrome-copper matrix.
  • Such an increase in resistance also results from an increased content of suitable additives in the contact ring, for example iron up to about 15% or cobalt up to about 20%, or even only in an addition of iron and cobalt.
  • pot contacts are arranged coaxially opposite one another.
  • FIGS. 1 to 6 different designs are schematically illustrated as a section on both sides of the common axis of rotation. A hatching of the cut surface is partially not shown in FIG. 1 in order not to disturb the clarity.
  • the contact carrier 4 contains oblique slots 10, the angle of inclination a of which is preferably chosen relative to the axis of rotation 18 such that the end faces of the segments which are formed between two slots do not overlap in the azimuthal direction. This is ensured if, starting from the end of one of the slots on the contact ring 12, one encounters an adjacent slot vertically upward.
  • the end faces of the contact carrier 4 are provided with a contact ring 12 made of so-called contact material, which is known to have a high erosion resistance and high temperature resistance as well as a high mechanical strength and, for example, a chromium and copper ent holding sintered material can be.
  • the height h of the contact ring 12 can be 4 mm, for example.
  • the surface of the contact ring 12 facing the contact carrier 4 is provided with an annular recess 14, which represents an increased electrical resistance for the current I, so that it is already divided into two partial currents 1 1 and 1 2 in the contact carrier 4, which are in the contact ring 12 in the vicinity of its end face, which forms the contact bearing surface 13, are directed essentially radially to the axis of rotation.
  • the contact ring 12 is provided in the radial direction on both sides of the contact bearing surface 13 with a bevel, not specified in each case.
  • the beveling of the outer edge is designed so that the radial distance a of the outer edge of the contact support surface 13 from the outer wall of the contact carrier 4 is more than half the distance b of the outer edge of the recess 14 from the outer wall of the contact carrier 4.
  • the bevel on the inside of the contact ring 12 is designed in a corresponding manner.
  • the bevel is preferably chosen so that the radial width c of the contact bearing surface 13 is at most as large and in particular smaller than the radial width d of the recess 14. This results in an increased stabilizing effect the arc through larger radial current components.
  • the edge of the contact surface also has a stabilizing effect.
  • the recess 14 is provided with an annular insert 16 made of a material with increased electrical resistance compared to the material of the contact carrier 4.
  • it can consist of electrically insulating material, preferably ceramic.
  • the zone with increased electrical resistance can also be produced without a recess by incorporating, for example alloying, a material with increased electrical resistance into the material of the contact ring 12 in this zone or is diffused.
  • the material of the contact ring 12 in the zone with increased electrical resistance or the material of the insert in this zone is preferably selected so that the electrical resistance in this zone is at least 2 times higher than the resistance of the contact carrier 4th
  • the end face of the contact carrier 4 facing the contact ring 12 is provided with the recess 14, which contains an annular insert 16.
  • the insert 16 is fastened to the contact ring 12 and can advantageously form an integrated component with the latter and thus also consist of the same material.
  • the height of the extension of the insert 16 can preferably be selected somewhat less than the depth of the recess 14, so that a gap 8 is formed between the end face of the extension of the insert 16 and the bottom of the recess 14, which allows a slight compression of the contact carrier 4.
  • the contact arrangement shown in the exemplary embodiment is suitable, for example, for a voltage of 12 kV and an operating current of approximately 1,000 A and a nominal short-circuit breaking current of approximately 40,000 A.
  • This elastic deformation initially reduces the gap 8 between the insert 16 and the base 6 according to FIG. 3 and fills it with increasing deformation of the contact carrier 4, so that it then significantly reduces the further deformation of the contact by the contact pressure force F.
  • the gap 8 is limited to an amount which is chosen so that the slots 10 are not completely closed with increasing deformation of the contact carrier 4.
  • the recess 14 can also be provided with an insert which is fastened to the bottom of the recess 14, so that a corresponding gap then arises between this insert and the contact ring 12.
  • a recess 14 can be provided which extends both into the contact carrier 4 and into the contact ring 12 and which can either be evacuated with the contact arrangement or can also contain an insert which is not shown in the figure. This insert can also be dimensioned such that a gap is formed either in the contact ring or in the part of the recess in the contact carrier 4, as is shown in FIG. 3.
  • a particularly simple method for making the contact consists in that the contact carrier 4 is formed simultaneously with the soaking of the matrix metal of the contact ring 12 by so-called back casting.
  • the recess 14 is filled, for example in accordance with FIG. 4, with a shaped body which can be shaped in such a way that it can be removed again after casting the carrier body 4.
  • the metal matrix of the contact ring 12, for example chrome-copper, and the impregnation metal of the contact carrier, for example copper, optionally with predetermined additives, are then firmly fused together.
  • the contact carrier 4 is attached to the bottom 6 of the contact with its end face consisting of two concentric ring surfaces, at for example soldered with a hard solder.
  • the base 6 can be provided with a corresponding annular extension, not shown in the figure, whose radial width is equal to the radial width of the recess 14.
  • the slots 10 can also extend through at least part of the bottom 6.
  • the surface of the contact carrier 4 facing the contact ring 12 is provided with a recess 14 which divides the current to be switched into current paths, the components of which in the contact ring 12 run essentially radially.
  • the recess 14 is provided with an insert 16.
  • This insert 16 is formed by an annular, flange-like extension of the contact ring 12. It protrudes into the recess 14 in such a way that its free end face is still a short distance from the bottom 6 of the pot contact 2.
  • the recess 14 has approximately the same depth as the contact carrier 4. The depth of the recess 14 and thus the height of the insert 16 can, however, also be chosen to be substantially less than the height of the contact carrier 4.
  • the intermediate layer 20 can consist, for example, of an electrically insulating surface layer, preferably of a metal oxide. In connection with a contact ring 12, which contains chromium and copper as essential components, this surface layer can consist of chromium oxide, for example.
  • the side surfaces of the insert 16 may also be expedient to also provide the side surfaces of the insert 16 with an electrically insulating surface layer, so that a current transfer to the insert 16 can also be prevented there.
  • the insert 16 consists of an inserted ring made of electrically poorly conductive material, for example iron.
  • the entire surface of the annular insert 16 can be provided with the electrically insulating support 22. Under certain circumstances, it may be sufficient to provide only the surface of the insert 16 which is in contact with the contact ring 12 with an electrically insulating pad or a special intermediate layer which prevents current transfer from the insert 16 to the contact ring 12.

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Description

  • Die Erfindung bezieht sich auf eine Kontaktanordnung für Vakuumschalter mit koaxial zueinander angeordneten Topfkontakten, deren geschlitzter Kontaktträger mit einem geschlossenen Kontaktring versehen ist, dessen Stirnfläche die Kontaktauflagefläche bildet.
  • Die koaxial einander gegenüber angeordneten Topfkontakte bilden jeweils einen Rotationshohlkörper, dessen Boden mit einer Stromzuführung verbunden ist und dessen Rand die ringförmige Kontaktauflagefläche bildet. Die Kontaktträger der beiden Kontakte sind mit gegenläufig verlaufenden schrägen Schlitzen versehen, die den Kontaktträger in einzelne Segmente aufteilen. Diese Segmente bilden mit dem nach dem Öffnen der Kontakte entstehenden Lichtbogen eine Stromschleife, deren Lorentzkraft den Lichtbogen zwischen den Kontakten rotieren läßt. Die Neigung der Schlitze gegenüber der Achse des Topfkontaktes wird so groß gewählt, daß sich die Schlitze in azimutaler Richtung im Kontaktträger überlappen. Auch der Boden des Topfkontaktes kann mit Schlitzen versehen sein (DE-B-1 196751).
  • Eine bekannte Ausführungsform einer Kontaktanordnung für Vakuumschalter enthält Topfkontakte, die mit einer scheibenförmigen Kontaktauflage versehen sind. Die beiden Kontakte sind derart konzentrisch zueinander angeordnet, daß ein innerer Kontakt von den Kontaktwänden des äußeren Kontaktes umgeben ist und ihre Ränder axial in die gleiche Richtung weisen. Beim äußeren Kontakt ist die Kontaktauflage innerhalb des Topfes angeordnet, während bei dem inneren Kontakt die Stromzuführung im Topf angeordnet und der Boden des Kontaktes mit der Kontaktauflage versehen ist. Die Kontaktauflagen liegen somit jeweils in einem zentralen Teil der beiden Kontakte einander gegenüber. Ein nach dem Abheben der Kontakte entstehender Lichtbogen soll von den Kontaktauflageflächen weg zu den Wänden der Topfkontakte getrieben werden, die als Abbrandbereiche der Kontakte dienen. Zu diesem Zweck ist jeweils zwischen der Kontaktauflage und der Stromzuführung eine flache Zwischenlage aus einem Material mit erhöhtem elektrischen Widerstand eingelagert, die möglichst nahe an der Stromzuführung im Boden der Topfkontakte angeordnet ist (DE-A1-25 46 376).
  • Der Erfindung liegt nun die Aufgabe zugrunde, in einer Kontaktanordnung mit Topfkontakten, deren Ränder jeweils die Kontaktauflageflächen bilden, eine derartige Stromverteilung in jedem der Kontakte zwischen der Stromzuführung und der ringförmigen Kontaktauflagefläche zu erzwingen, daß die Fußpunkte eines zwischen den Kontakten entstehenden und rotierenden Lichtbogens zwischen den Kontaktauflageflächen stabilisiert werden. Insbesondere soll sowohl eine radial nach innen als auch nach außen gerichtete Kraftkomponente auf den Lichtbogen vermieden werden.
  • Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß die freie Oberfläche des Kontaktringes radial nach innen und nach außen jeweils mit einer Abschrägung versehen ist und daß der Kontaktring und/oder der an den Kontaktring angrenzende Teil des Kontaktträgers eine mittlere Zone mit gegenüber dem Material des Kontaktträgers wesentlich verminderter elektrischer Leitfähigkeit enthalten. Diese Zone mit geringer elektrischer Leitfähigkeit bewirkt eine Verzweigung der Stromzuführung vom Kontaktträger zur Kontaktauflagefläche des Kontaktringes, deren Stromkomponenten innerhalb des Kontaktringes im wesentlichen radial verlaufen. Die Magnetfelder dieser radialen Stromkomponenten bewirken jeweils auf den Lichtbogen eine Lorentzkraft, die radial zur Mitte der streifenförmigen Kontaktauflagefläche gerichtet ist, und man erhält eine Stabilisierung der Bogenentladung auf dem Kontaktring. Der Lichtbogen kann somit weder in die Ausnehmung des Topfkontaktes noch zum Außenrand abwandern.
  • Die gegenläufig schräge Schlitzung der Kontaktträger der koaxial zueinander angeordneten Kontakte bewirkt eine azimutal zu den Kontaktringen gerichtete Komponente der Lorentzkraft, die den Lichtbogen antreibt. Er rotiert auf einer Kreisbahn zwischen den Kontaktauflageflächen.
  • Durch die Abschrägung des Kontaktringes wird verhindert, daß der Lichtbogen an einer Stelle der Kontaktauflagefläche gezündet wird, an der die stabilisierende Wirkung noch nicht eintreten kann. Außerdem erhält man mit dieser Ausführungsform einen erhöhten Kontaktdruck durch die gegenüber der Breite des Kontaktträgers entsprechend verminderte Kontaktauflagefläche.
  • Um die stromverdrängende Wirkung der Zone auf die Stromkomponenten zu erhalten, kann der elektrische Widerstand der Zone vorzugsweise wenigstens um den doppelten Betrag, insbesondere mindestens um den dreifachen Betrag, größer sein als der elektrische Widerstand des Kontaktträgers. Eine besonders einfache und wirksame Ausführungsform der Kontaktanordnung erhält man dadurch, daß die Zone als Aussparung gestaltet ist, die mit der Umgebung der Kontaktanordnung, beispielsweise innerhalb der Löschkammer eines Vakuumschalters, evakuiert wird.
  • Ferner erhält man die Zone mit erhöhtem elektrischen Widerstand auch durch das Einbringen, beispielsweise Eindiffundieren oder Einlegieren, von den Widerstand erhöhendem Zusatzmaterial. Hierzu ist beispielsweise Zinn, Wismut oder Phosphor sowie Arsen geeignet. Zu diesem Zweck kann die dem Kontaktträger zugewandte Oberfläche des Kontaktringes beispielsweise mit einer Auflage aus dem Widerstandsmaterial versehen werden, das dann in den Kontaktring eingeschmolzen oder eingesintert wird. Anschließend kann die Auflage von der Oberfläche des Kontaktringes wieder entfernt werden.
  • Ferner kann das entsprechend gestaltete Widerstandsmaterial auch in die Aussparung eingelegt werden. Diese Einlage kann aus einem ferromagnetischen Material, beispielsweise Eisen, bestehen, das die auf den Lichtbogen wirkenden stabilisierenden Kräfte verstärkt. Die Einlage kann ferner aus einem Isolator, beispielsweise einem Keramikkörper, bestehen. Außerdem können als Einlage Metalle mit geringer elektrischer Leitfähigkeit, beispielsweise Chrom oder auch Chrom-Kupfer sowie Kobalt, verwendet werden. Auch Graphit ist als Einlage geeignet.
  • Die Einlage kann vorzugsweise so gestaltet sein, daß im Strompfad wenigstens annähernd quer zur Stromrichtung zwischen der Einlage und dem Kontaktträger oder auch zwischen der Einlage und dem Kontaktring ein Spalt entsteht. Die Größe dieses Spaltes wird vorzugsweise wenigstens so groß gewählt wie die axiale Komponente der Breite der Schlitze des Kontaktträgers. Die Spaltbreite wird im allgemeinen 0,2 mm nicht wesentlich unterschreiten.
  • Eine besondere Ausführungsform der Kontaktanordnung besteht darin, daß die an den Kontaktring angrenzende Fläche des Kontaktträgers mit einer Aussparung versehen wird und daß die Einlage aus dem Material des Kontaktringes besteht. In dieser Ausführungsform kann der Kontaktring als Profilkörper mit einem ringförmigen Fortsatz hergestellt werden, der in die Aussparung des Kontaktträgers hineinreicht. Die Höhe dieses Fortsatzes kann etwas geringer bemessen sein als die Tiefe der Aussparung. Zwischen der Stirnfläche des Fortsatzes und dem Boden der Aussparung wird dann der erwähnte Spalt gebildet.
  • Der Kontaktring besteht aus einem Material mit hoher Temperaturbeständigkeit und hoher Abbrandfestigkeit sowie hoher mechanischer Festigkeit. Solche Eigenschaften haben beispielsweise Sinterwerkstoffe, die Chrom und Kupfer als wesentliche Bestandteile enthalten. In Verbindung mit einem Kontaktring, der aus einer metallgetränkten Metallmatrix, beispielsweise einer Chrom-Kupfer-Matrix, besteht, wird vorzugsweise ein Material für den Kontaktträger gewählt, das wenigstens im wesentlichen aus dem Tränkmetall des Kontaktringes, beispielsweise Kupfer, besteht. Der Kontaktring mit wenigstens dem angrenzenden Teil des Kontaktträgers kann dann durch sogenanntes Hintergießen hergestellt werden, bei dem in einem gemeinsamen Arbeitsgang zunächst der Kontaktring und anschließend der Trägerkörper gegossen werden. Die Einlage kann als Formkörper eingelegt sein und beim Gießen vom Gußmaterial eingeschlossen werden oder bei entsprechender Gestaltung anschließend auch wieder entfernt werden. In dieser Ausführungsform kann beispielsweise sowohl der Kontaktring als auch der angrenzende Teil des Kontaktträgers mit einer gemeinsamen Aussparung versehen sein. Dieses gemeinsame Bauteil wird dann am Kontaktboden befestigt, beispielsweise festgelötet.
  • In einer besonderen Ausführungsform des Kontaktes ist die elektrische Leitfähigkeit des Kontaktringes wesentlich geringer, vorzugsweise um mindestens den Faktor 3, als die Leitfähigkeit des Kontaktträgers. Diese Widerstandserhöhung des Kontaktringes im Vergleich zum Kontaktträger erhält man durch die Verwendung der Chrom-Kupfer-Matrix. Ferner ergibt sich eine derartige Widerstandserhöhung auch durch einen erhöhten Gehalt des Kontaktringes an geeigneten Zusätzen, beispeilsweise Eisen bis zu etwa 15 % oder Kobalt bis zu etwa 20 %, oder auch nur in einem Zusatz von Eisen und Kobalt.
  • Zur weiteren Erläuterung der Erfindung wird auf die Zeichnung Bezug genommen, in der Topfkontakte koaxial einander gegenüber angeordnet sind. In den Figuren 1 bis 6 sind beiderseits der gemeinsamen Rotationsachse jeweils verschiedene Gestaltungen als Schnitt schematisch veranschaulicht. Eine Schraffur der Schnittfläche ist in Figur 1 teilweise nicht dargestellt, um die Übersichtlichkeit nicht zu stören.
  • In der Ausführungsform der Kontaktanordnung nach Figur 1 ist ein vorzugsweise flacher Topfkontakt 2 mit einem Außendurchmesser von beispielsweise 2 R = 75 mm und einem Innendurchmesser 2 r = 45 mm mit einem Kontaktträger 4, dessen Höhe H beispielsweise 13 mm betragen soll, und einem Boden 6 mit einem elektrischen Anschlußleiter 8 versehen. Der Kontaktträger 4 enthält schräge Schlitze 10, deren Neigungswinkel a gegenüber der Rotationsachse 18 vorzugsweise so gewählt ist, daß sich die Stirnflächen der jeweils zwischen zwei Schlitzen entstehenden Segmente in azimutaler Richtung nicht überlappen. Dies ist sichergestellt, wenn man vom Ende eines der Schlitze am Kontaktring 12 ausgehend senkrecht nach oben auf einen benachbarten Schlitz trifft. In gleicher Weise trifft man vom Ende dieses Schlitzes am Boden 6 ausgehend senkrecht nach unten ebenfalls auf den benachbarten Schlitz, wie es in der Figur durch nicht näher bezeichnete Pfeile angedeutet ist. Mit dieser Neigung der Schlitze 10 ist sichergestellt, daß der durch die entstehenden Segmente fließende Strom immer eine gegenüber der Achse 18 geneigte Richtungskomponente erhält, die mit einem zwischen den Kontakten entstehenden Lichtbogen und dem Strom in dem entsprechenden Segment des gegenüberliegenden Kontaktes eine Stromschleife bildet, die eine azimutal gerichtete Lorentzkraft auf den Lichtbogen bewirkt und den Lichtbogen somit zwischen den Kontakten rotieren läßt. Mit der angegebenen Neigung der Schlitze 10 durchsetzt immer mindestens ein in der Figur nicht dargestellter Schlitz im Kontaktträger 4 die Schnittebene.
  • Die Stirnflächen des Kontaktträgers 4 sind mit einem Kontaktring 12 aus sogenanntem Kontaktmaterial versehen, das bekanntlich eine hohe Abbrandfestigkeit und hohe Temperaturfestigkeit sowie eine hohe mechanische Festigkeit hat und beispielsweise ein Chrom und Kupfer enthaltender Sinterwerkstoff sein kann. Die Höhe h des Kontaktringes 12 kann beispielsweise 4 mm betragen. Die dem Kontaktträger 4 zugewandte Oberfläche des Kontaktringes 12 ist mit einer ringförmigen Aussparung 14 versehen, die für den Strom I einen erhöhten elektrischen Widerstand darstellt, so daß er schon im Kontaktträger 4 in zwei Teilströme 11 und 12 aufgeteilt wird, die im Kontaktring 12 in der Nähe seiner Stirnfläche, welche die Kontaktauflagefläche 13 bildet, im wesentlichen radial zur Rotationsachse gerichtet sind.
  • Der Kontaktring 12 ist in radialer Richtung beiderseits der Kontaktauflagefläche 13 jeweils mit einer nicht näher bezeichneten Abschrägung versehen. Die Abschrägung der Außenkante ist so gestaltet, daß der radiale Abstand a der Außenkante der Kontaktauflagefläche 13 von der Außenwand des Kontaktträgers 4 mehr als die Hälfte des Abstandes b der Außenkante der Aussparung 14 von der Außenwand des Kontaktträgers 4 beträgt. In entsprechender Weise ist auch die Abschrägung an der Innenseite des Kontaktringes 12 gestaltet. Mit dieser Ausführung der Abschrägungen des Kontaktringes 12 wird sowohl eine radiale Stromkomponente des Teilstromes 11 als auch eine solche des Teilstromes 12 gewährleistet, auch wenn der Lichtbogen beim Abheben der Kontakte am Rand der Kontaktauflagefläche entsteht.
  • In einer besonderen Ausführungsform der Kontaktanordnung nach Fig. 2 wird die Abschrägung jedoch vorzugsweise so gewählt, daß die radiale Breite c der Kontaktauflagefläche 13 höchstens so groß und insbesondere kleiner ist als die radiale Breite d der Aussparung 14. Dadurch erhält man eine erhöhte stabilisierende Wirkung auf den Lichtbogen durch größere radiale Stromkomponenten. Die Kante der Kontaktauflagefläche wirkt zusätzlich stabilisierend. Die Aussparung 14 ist mit einer ringförmigen Einlage 16 aus einem Material mit gegenüber dem Material des Kontaktträgers 4 erhöhtem elektrischen Widerstand versehen. Sie kann beispielsweise aus elektrisch Isolierendem Material, vorzugsweise Keramik, bestehen. Ferner ist Graphit oder auch ein ringförmiger Körper aus metallischem Widerstandsmaterial, beispielsweise Chrom oder Eisen, geeignet.
  • Anstelle der in Fig. 2 dargestellten Aussparung 14 mit einer geeigneten Einlage 16 aus Widerstandsmaterial kann die Zone mit erhöhtem elektrischen Widerstand ohne Aussparung auch dadurch hergestellt werden, daß in das Material des Kontaktringes 12 in dieser Zone ein Material mit erhöhtem elektrischen Widerstand eingelagert, beispielsweise einlegiert oder eindiffundiert wird. Das Material des Kontaktringes 12 in der Zone mit erhöhtem elektrischen Widerstand bzw. das Material der Einlage in dieser Zone wird vorzugsweise so gewählt, daß der elektrische Widerstand in dieser Zone wenigstens um den Faktor 2 höher ist als der Widerstand des Kontaktträgers 4.
  • In der Ausführungsform nach Fig. 3 ist die dem Kontaktring 12 zugewandte Stirnfläche des Kontaktträgers 4 mit der Aussparung 14 versehen, die eine ringförmige Einlage 16 enthält. Die Einlage 16 ist am Kontaktring 12 befestigt und kann vorteilhaft mit diesem ein integriertes Bauteil bilden und somit auch aus dem gleichen Material bestehen. Die Höhe des Fortsatzes der Einlage 16 kann vorzugsweise etwas geringer gewählt werden als die Tiefe der Aussparung 14, so daß zwischen der Stirnfläche des Fortsatzes der Einlage 16 und dem Boden der Aussparung 14 ein Spalt 8 entsteht, der eine geringe Stauchung des Kontaktträgers 4 zuläßt.
  • Die im Ausführungsbeispiel dargestellte Kontaktanordnung ist beispielsweise geeignet für eine Spannung von 12 kV und einen Betriebsstrom von etwa 1 000 A sowie einen Nennkurzschlußausschaltstrom von etwa 40 000 A. Solche Kontakte werden während des Betriebes mit einer entsprechend hohen Anpreßkraft, beispielsweise F = 4 000 N, aneinandergepreßt, die eine gewisse elastische Verformung des Kontaktträgers 4 und des Bodens 6 bewirkt. Durch diese elastische Verformung wird zunächst der Spalt 8 zwischen der Einlage 16 und dem Boden 6 nach Fig. 3 vermindert und mit zunehmender Verformung des Kontaktträgers 4 ausgefüllt, so daß er dann die weitere Verformung des Kontaktes durch die Kontaktandruckkraft F wesentlich vermindert. Der Spalt 8 wird jedoch auf einen Betrag begrenzt, der so gewählt wird, daß die Schlitze 10 mit zunehmender Verformung des Kontaktträgers 4 nicht völlig geschlossen werden.
  • Unter Umständen kann in der Ausführungsform des Kontaktes nach Fig. 3 die Aussparung 14 auch mit einer Einlage versehen sein, die am Boden der Aussparung 14 befestigt ist, so daß dann ein entsprechender Spalt zwischen dieser Einlage und dem Kontaktring 12 entsteht.
  • Ferner kann nach Fig. 4 eine Aussparung 14 vorgesehen sein, die sich sowohl in den Kontaktträger 4 als auch in den Kontaktring 12 erstreckt und die entweder mit der Kontaktanordnung evakuiert oder auch eine in der Figur nicht dargestellte Einlage enthalten kann. Diese Einlage kann auch so bemessen sein, daß entweder in dem Kontaktring oder in dem Teil der Aussparung des Kontaktträgers 4 ein Spalt entsteht, wie er in Fig. 3 dargestellt ist.
  • Ein besonders einfaches Verfahren zum Herstellen des Kontaktes besteht darin, daß der Kontaktträger 4 zugleich mit dem Tränken des Matrixmetalles des Kontaktringes 12 durch sogenanntes Hintergießen entsteht. Beim Hintergießen ist die Aussparung 14 beispielsweise nach Fig. 4 mit einem Formkörper gefüllt, der so geformt sein kann, daß er nach dem Gießen des Trägerkörpers 4 wieder entfernt werden kann. Die Metallmatrix des Kontaktringes 12, beispielsweise Chrom-Kupfer, und das Tränkmetall des Kontaktträgers, beispielsweise Kupfer, gegebenenfalls mit vorbestimmten Zusätzen, sind dann fest miteinander verschmolzen. Anschließend wird der Kontaktträger 4 mit seiner aus zwei konzentrischen Ringflächen bestehenden Stirnfläche am Boden 6 des Kontaktes befestigt, beispielsweise mit einem Hartlot angelötet. Zur Zentrierung dieses aus Kontaktring 12 und Kontaktträger 4 gebildeten gemeinsamen Körpers kann der Boden 6 mit einem entsprechenden und in der Figur nicht näher bezeichneten ringförmigen Fortsatz versehen sein, dessen radiale Breite gleich der radialen Breite der Aussparung 14 ist.
  • Unter Umständen kann es zweckmäßig sein, den erwähnten Formkörper als Einlage für die Aussparung 14 zu verwenden. Er kann dann von dem Material des Kontaktträgers 4 und dem Kontaktring 12 eingeschlossen sein.
  • Die Schlitze 10 können sich auch noch wenigstens durch einen Teil des Bodens 6 erstrecken.
  • In der Ausführungsform der Kontaktanordnung nach Figur 5 ist entsprechend der Gestaltung nach Figur 3 die dem Kontaktring 12 zugewandte Oberfläche des Kontaktträgers 4 mit einer Aussparung 14 versehen, die den zu schaltenden Strom in Strompfade aufteilt, deren Komponenten im Kontaktring 12 im wesentlichen radial verlaufen. Die Aussparung 14 ist mit einer Einlage 16 versehen. Diese Einlage 16 wird durch einen ringförmigen, flanschartigen Fortsatz des Kontaktringes 12 gebildet. Er ragt derartig in die Aussparung 14 hinein, daß seine freie Stirnfläche vom Boden 6 des Topfkontaktes 2 noch einen geringen Abstand hat. In der dargestellten Ausführungsform hat die Aussparung 14 etwa die gleiche Tiefe wie der Kontaktträger 4. Die Tiefe der Aussparung 14 und damit die Höhe der Einlage 16 kann aber unter Umständen auch wesentlich geringer gewählt werden als die Höhe des Kontaktträgers 4.
  • Mit zunehmender Verformung durch die großen Andruckkräfte bei geschlossenem Schalter kann der in der Figur zwischen der Stirnfläche der Einlage 16 und dem Boden 6 dargestellte Spalt geschlossen werden, so daß die Stirnfläche dann unmittelbar an dem Boden 6 anliegt. In diesem Falle wird ein Stromübertritt vom Boden 6 zur Einlage 16 durch die elektrisch isolierende Zwischenlage 20 verhindert. Falls die Einlage 16 aus dem gleichen Material wie der Kontaktring 12 besteht, kann die Zwischenlage 20 beispielsweise aus einer elektrisch isolierenden Oberflächenschicht, vorzugsweise aus einem Metalloxid, bestehen. In Verbindung mit einem Kontaktring 12, der Chrom und Kupfer als wesentliche Bestandteile enthält, kann diese Oberflächenschicht beispielsweise aus Chromoxid bestehen.
  • Unter Umständen kann es zweckmäßig sein, auch noch die Seitenflächen der Einlage 16 mit einer elektrisch isolierenden Oberflächenschicht zu versehen, damit auch dort ein Stromübertritt zur Einlage 16 verhindert werden kann.
  • In der Ausführungsform nach Figur 6 besteht die Einlage 16 aus einem eingelegten Ring aus elektrisch schlecht leitendem Material, beispielsweise Eisen. In dieser Ausführungsform kann beispielsweise die gesamte Oberfläche der ringförmigen Einlage 16 mit der elektrisch isolierenden Auflage 22 versehen sein. Unter Umständen kann es ausreichend sein, nur die am Kontaktring 12 anliegende Oberfläche der Einlage 16 mit einer elektrisch isolierenden Auflage oder einer besonderen Zwischenlage zu versehen, die einen Stromübertritt von der Einlage 16 zum Kontaktring 12 verhindert.

Claims (23)

1. Kontaktanordnung für Vakuumschalter mit koaxial zueinander angeordneten Topfkontakten (2), deren geschlitzter Kontaktträger (4) mit einem geschlossenen Kontaktring (12) versehen ist, dessen Stirnfläche die Kontaktauflagefläche (13) bildet, dadurch gekennzeichnet, daß die freie Oberfläche des Kontaktringes (12) radial nach innen und nach außen jeweils mit einer Abschrägung versehen ist und daß der Kontaktring (12) und/oder der an den Kontaktring (12) angrenzende Teil des Kontaktträgers (4) eine mittlere Zone (14) mit gegenüber dem Material des Kontaktträgers (4) wesentlich verminderter elektrischer Leitfähigkeit enthalten.
2. Kontaktanordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Breite (d) der Zone (14) in radialer Richtung größer ist als die Breite (c) der Kontaktauflagefläche (13).
3. Kontaktanordnung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Zone aus einer Aussparung (14) besteht.
4. Kontaktanordnung nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Aussparung (14) mit einer Einlage (16) versehen ist.
5. Kontaktanordnung nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Einlage (16) aus ferromagnetischem Material besteht.
6. Kontaktanordnung nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Einlage (16) aus einem Isolator besteht.
7. Kontaktanordnung nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Einlage (16) aus einem Metall mit hohem elektrischen Widerstand besteht.
8. Kontaktanordnung nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß die Einlage (16) aus Chrom oder Chrom-Kupfer besteht.
9. Kontaktanordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Zone aus dem Material des Kontaktringes (12) mit wenigstens einem den elektrischen Widerstand erhöhenden Zusatzmaterial besteht.
10. Kontaktanordnung nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, daß das Zusatzmaterial Zinn oder Wismut oder Phosphor oder Arsen oder mehrere dieser Materialien ist.
11. Kontaktanordnung nach einem der Ansprüche 3 bis 8, dadurch gekennzeichnet, daß der Kontaktträger (12) mit der Aussparung (14) versehen ist, und daß die Einlage (16) am Kontaktring (12) befestigt ist.
12. Kontaktanordnung nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, daß die Einlage (16) aus dem Material des Kontaktringes (12) besteht.
13. Kontaktanordnung nach Anspruch 12, dadurch gekennzeichnet, daß die Einlage (16) mit dem Kontaktring (12) ein gemeinsames Teilstück bildet.
14. Kontaktanordnung nach Anspruch 12 oder 13, dadurch gekennzeichnet, daß die Einlage (16) mit dem Kontaktträger (4) oder dessen Boden (6) einen Spalt (8) bildet.
15. Kontaktanordnung nach Anspruch 14, dadurch gekennzeichnet, daß die Breite des Spalts (8) kleiner ist als die axiale Komponente der Breite der Schlitze (10) des Kontaktträgers (4).
16. Kontaktanordnung nach Anspruch 14 oder 15, dadurch gekennzeichnet, daß die Breite des Spaltes (8) mindestens 0,2 mm beträgt.
17. Kontaktanordnung nach einem der Ansprüche 1 bis 12, dadurch gekennzeichnet, daß der Kontaktring (12) aus einer Chrom-Kupfer-Matrix und der Kontaktträger (4) aus Kupfer besteht.
18. Kontaktanordnung nach einem der Ansprüche 1 bis 17, dadurch gekennzeichnet, daß die elektrische Leitfähigkeit des Kontaktringes (12) wesentlich geringer ist als die Leitfähigkeit des Kontaktträgers (4).
19. Kontaktanordnung nach Anspruch 18, dadurch gekennzeichnet, daß der Kontaktring (12) bis zu 15 % Eisen oder bis zu 20 % Kobalt oder Eisen und Kobalt enthält.
20. Kontaktanordnung nach Anspruch 1 oder einem der Ansprüche 7 bis 16, dadurch gekennzeichnet, daß zwischen dem Boden (6) oder dem Kontaktträger (4) des Topfkontaktes (2) und der Einlage (16) und/oder dem Kontaktring (12) und der Einlage (16) eine elektrisch isolierende Zwischenlage (20) vorgesehen ist.
21. Kontaktanordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Zwischenlage (20) eine Oberflächenschicht der Einlage (16) ist.
22. Kontaktanordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß als Einlage (16) ein metallischer Ring mit wenigstens teilweise oxidierter Oberfläche vorgesehen ist.
23. Verfahren zum Herstellen einer Kontaktanordnung nach einem der Ansprüche 17 bis 19, dadurch gekennzeichnet, daß der Kontaktring (12) und der Kontaktträger (4) mit der Aussparung (14) durch Hintergießen entstehen, und daß dann der Kontaktträger (4) mit den Schlitzen (10) versehen und anschließend an dem Boden (6) befestigt wird.
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