DE2638700A1

DE2638700A1 - Elektrischer vakuumschalter

Info

Publication number: DE2638700A1
Application number: DE19762638700
Authority: DE
Inventors: Hans Ing Grad Bettge; Hans-Joachim Dr Lippmann; Gerhard Dr Peche
Original assignee: Siemens Corp
Current assignee: Siemens Corp
Priority date: 1976-08-27
Filing date: 1976-08-27
Publication date: 1978-03-02
Also published as: US4438307A; GB1571563A; SE422857B; IT1084512B; DE2638700B2; JPS5328270A; SE7709635L; CH616268A5; DE2638700C3; CA1086804A; FR2363178B1; FR2363178A1

Description

SIEMENS AKTIENGESELLSCHAFT Unser Zeichen

Berlin und München VPA 76 P 11 17 BRD

Elektrischer Vakuumschalter

Die Erfindung betrifft einen elektrischen Vakuumschalter mit zwei aus elektrisch leitfähigem Material bestehenden topfförmigen Schaltkontaktstücken, die jeweils aus einem Kontaktträger mit einem Boden und mit einer zylindermantelförmigen Wand und aus einem auf die Wand an der dem Boden abgewandten Stirnseite aufgesetzten Kontaktring mit einer ringförmigen Kontaktfläche bestehen, wobei die Wand durch schräg zur Kontaktstückachse verlaufende radiale Schlitze in Segmente aufgeteilt ist.

Ein solcher elektrischer Vakuumschalter ist bekannt und beispielsweise in der DT-PS 1 196 751 beschrieben. Es handelt sich um eine Schaltröhre für hohe Schaltleistungen, die insbesondere eine hohe Kurzschlußabschaltleistung haben muß. Zum Abschalten werden die aufeinanderliegenden Kontaktflächen der zwei topfförmigen Kontaktstücke mechanisch voneinander getrennt. Dabei entsteht ein Lichtbogen aus ionisiertem Metalldampf, der sich zum Verhindern von Zerstörungen der Kontaktflächen rasch über diese Flächen bewegen soll. Zu diesem Zweck wird durch Knicken des Strompfades ein resultierendes Magnetfeld senkrecht zur Stromrichtung erzeugt, das den Lichtbogenstrom in der dritten dazu senkrechten Richtung ablenkt und zum Rotieren bringt. Erreicht wird dies durch schräge Schlitzung der Kontaktstücke. Die Kontaktträger sind dadurch in einzelne Segmente zumindest teilweise unterteilt.

RH 12 Pj

26.8.1976 -2-

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·*' 76 P Π WBRD

Beim Abschalten hoher Ströme sind die Kontaktstücke auch mechanisch belastet. Um ihnen höhere Festigkeit zu verleihen, ist in der DT-PS 1 196 75*1 vorgeschlagen, die Schlitzung der Kontaktstücke nicht bis zu den Kontaktflächen durchzuführen. Dadurch entstehen durchgehende Kontaktringe. Das hat außerdem den Vorteil, daß die Rotation des Lichtbogens nicht durch Unterbrechungen der Kontaktflächen gestört ist und daß sich im Bereich der Schlitze nicht doch noch ein relativ starker Abbrand des Kontaktmaterials

einstellt.
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Zu demselben Zweck ist es aus der DT-AS 17 65 263 bekannt, die schräg geschlitzten Kontaktstücke mit einem Hüllkörper aus hochwertigem Kontaktmaterial zumindest auf den Kontaktflächen und den seitlich daran angrenzenden Flächen der Kontaktstücke zu umgeben. Die mechanische Festigkeit und die Lichtbogenrotation erbringt

der geschlitzte Kern der Kontaktstücke. Die günstige Abbrandeigenschaft wird durch den durchgehenden Hüllkörper garantiert, der relativ dünn sein kann und damit eine sparsame Verwendung des hochwertigen Kontaktmaterials gestattet.
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Als Kontaktmaterial dienen Werkstoffe, die im Zonenschmelzverfahren veredelt sind. Die Verwendung solcher Werkstoffe ist erforderlich, um beim Abschaltvorgang zu verhindern, daß zusätzlich zu dem vom Lichtbogen verdampften Metall auch noch Gase aus dem Kontaktmaterial freigesetzt werden. Solche Gase würden das hohe Vakuum beeinträchtigen und ein Wiederzünden des Lichtbogens begünstigen.

Der vorliegenden Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, die Kontaktstücke in einem Vakuumschalter so zu gestalten, daß einerseits durch Formgebung und andererseits durch Materialzusammensetzung ein günstiger Kompromiß zwischen garantierter Schaltleistung bei hoher Lebensdauer und dem dazu erforderlichen Aufwand geschlossen wird. Die Rotation des Lichtbogens soll gesichert sein und damit ein Einbrennen sowie ein Wiederzünden des einmal erloschenen Lichtbogens verhindert sein. Die mechanische Festigkeit der Kontaktstükke soll gewährleistet sein. Der Leistungsverlust bei geschlossenen Kontakten soll möglichst gering sein. Außerdem soll ausreichende Sicherheit gegen Verschweißen der Kontaktflächen bestehen.

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Zur Lösung dieser Aufgabe wird bei einem elektrischen Vakuumschalter der eingangs genannten Art erfindungsgemäß vorgeschlagen, daß sich die elektrische Leitfähigkeit am Übergang vom Kontaktträger

zum Kontaktring mindestens um den Faktor 3 verringert. 5

Ausgehend von dem wesentlichen Merkmal des Leitfähigkeitsverlaufs längs des Stromweges in den KontaktstUckan wird zu einer vorteilhaften Ausgestaltung vorgeschlagen, daß die Kontaktträger aus reinem Kupfer oder aus Kupfer mit Zusatz von Chrom bis zu 1 % und die Kontaktringe aus einer Chrommatrix mit einer Tränkung aus Kupfer mit oder ohne Zusätze von Eisen bis zu 15 % und/oder Kobalt bis zu 20 % bestehen.

Weiter ist vorteilhaft, wenn, wie an sich bekannt, die schrägen .5 Schlitze in den Wänden der Kontaktstücke bis in den Boden reichen. Dabei können sie im Boden bis zu den zentralen Stromzuführungsbolzen gehen, auf denen die Kontaktstücke befestigt sind. Die Stromverteilung wird dadurch besser.

Die Schlitze in den Kontaktträgern sind so dicht vie möglich bis unter die Kontaktoberfläche herangeführt, d.h. die Kontaktringe können relativ zur Höhe der Kontaktträgerwände dünn sein. Das wirkt sich günstig auf die Rotationssicherheit und nicht zuletzt auf den Materialaufwand aus. Eine untere Grenze für die Dicke der Kontaktringe wird durch die notwendige mechanische Festigkeit der Kontaktringe bei unter Kontaktdruck geschlossenen Kontaktstücken sowie durch die für eine geforderte Standdauer notwendige Menge an Abbrandmaterial gegeben.

An Hand der Figuren der Zeichnung soll die Erfindung nachstehend mit weiteren Einzelheiten näher erläutert werden. Es zeigen:
Fig. 1 einen Längsschnitt durch einen schematisch dargestellten Vakuumschalter gemäß der Erfindung, Fig. 2 eine vergrößerte Seitenansicht eines Kontaktstücks und Fig. 3 eine Draufsicht auf den Kontaktträger nach Fig. 2 mit abgenommenem Kontaktring.

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INSPECTED

5 O Ω O O '

Der in Fig. 1 schematisch dargestellte Vakuumschalter wexs£" ein evakuiertes Gehäuse auf, das aus einem zylindrischen Isolierkörper 3 aus Glas oder Keramik und aus zwei die Stirnseiten des Isolierkörpers 3 vakuumdicht verschließenden metallischen Endplatten 4 und 5 besteht. Innerhalb dieses vakuumdichten Gehäuses sind einander gegenüberstehend zwei trennbare Kontaktstücke 1, 2 angeordnet, von denen eines (1)an einem feststehenden massiven Stromzuführungsbolzen 6 und das andere(2) an einem bewegbaren massiven Stromzuführungsbolzen 7 befestigt ist. Die Stromzuführungsbolzen 6, 7 dienen zur Stromzuführung und zur mechanischen Führung der Kontaktstücke 1, 2. Der bewegliche Stromzuführungsbolzen 7 ist mit einem Metallbalg 8 verbunden, der den Vakuumschalter zwischen dem beweglichen Stromzuführungsbolzen 7 und der Endplatte 5 hermetisch abdichtet. Üblicherweise ist in Vakuumschaltern eine Abschirmung

• 5 zum Schutz des Isolierkörpers 3 vor einem Niederschlag von Metallpartikelchen vorgesehen, die beim Abschalten aus den Kontaktstükken 1, 2 verdampfen oder aus diesen herausgerissen werden können.

Die Fig. 2 zeigt in vergrößerter Seitenansicht und die Fig. 3 in vergrößerter Draufsicht von den beiden symmetrisch ausgebildeten Kontaktstücken 1, 2 als Beispiel das Kontaktstück 2. Das Kontaktstück 2 besteht aus einem metallischen Kontaktträger 16 und aus einem dünnen metallischen Kontaktring 15, der in Fig. 3 zur besseren Übersicht weggelassen ist. Der Kontaktträger 16 ist topfförmig ausgebildet und hat einen Boden 14 und eine zylindermanteiförmige Wand 11. Die Wand 11 ist durch radiale schräg zur Achse verlaufende Schlitze 13 in Segmente 12 unterteilt. Das Kontaktstück 2 hat eine Schlitzung, die zu der des Kontaktstückes 1 symmetrisch ist. Diese Symmetrie ist doppelt: einesteils ist in der Ansicht längs der Kontaktstückachse die Neigung der Schlitze 13 zur Achse bei beiden sich gegenüberstehenden Kontaktstücken 1, 2 unterschiedlich (aus Fig. 1 ersichtlich); andernteils verlaufen die Schlitze 13 in der Draufsicht auf beide Kontaktflächen (für das Kontaktstück 2 mit abgenommenem Kontaktring vergl. Fig. 3) gegenüber den Radien um die Achse . verdreht als Teile von Sekanten, und dies bei beiden Kontaktstücken 1, 2 in unterschiedlicher Drehrichtung, so daß bei aufeinanderliegenden Kontaktstücken 1, 2 die Schlitze 13 in ihrem ganzen Verlauf auf den Kontaktflächen aufeinander zu liegen kommen.

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; 76 P U\7

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Aus Fig. 3 ist zu ersehen, daß sich die Schlitze 13T>T Boden 14 fortsetzen.

Der Kontaktring 15 ist aus einem Kontaktmaterial, das eine um mindestens den Faktor 3 geringere elektrische Leitfähigkeit hat als das Material des Kontaktträgers 16. Vorzugsweise ändert sich die Leitfähigkeit an der Übergangsstelle von Kontaktträger 16 zum Kontaktring 15 sprunghaft. Erreicht wird dies durch Hartlöten des Kontaktrings 15 auf den Kontaktträger 16. Als Lot kann ein SiI-ber-Kupfer-Eutektikum verwendet werden, dessen Silberanteil einen verhältnismäßig hohen Dampfdruck hat.

Der Kontaktträger 16 besteht in diesem Ausführungsbeispiel aus Kupfer, dem Chrom bis zu 1 % zugesetzt ist. Der Kontaktring 15 "5 besteht aus einer Chrommatrix, die mit Kupfer mit Zusatz von Chrom bis zu 1 % getränkt ist.

Die Schlitze 13 können beispielsweise durch Einsägen des Kontaktträgers 16 mit einer Kreissäge hergestellt werden. 20

Vorteilhaft ist, wenn die Lotschicht möglichst tief, möglicherweise auf den Boden 14 gelegt wird. Dann kann der Einfluß des Silberdampfes auf den Lichtbogen nahezu ausgeschaltet werden. Die zylindermantelförmige Wand 11 wird dann dadurch entstehen, daß beim Tränken des Matrixmetalls Chrom des Kontaktrings 15 mit dem Tränkmetall Kupfer gleichzeitig die Wand 11 zumindest teilweise aus dem Tränkmetall Kupfer entsteht. Die Verbindung zwischen Kontaktring und Wand 11 entsteht so von allein. Die Verbindung der Wand 11 mit dem Boden 14 erfolgt dann durch Lötung von Kupfer auf Kupfer. Eine solche Lötung ist einfacher durchzuführen als die Lötung des Kontaktrings 15 aus Chrom-Kupfer auf Kupfer bzw. auf das Material der Wand 11. Dieses sogenannte Hintergießen des Kontaktrings 15 bei dem die Wand 11 oder zumindest der dem Kontaktring 15 zugewandte Teil der Wand 11 als Hinterguß aus dem Tränkmetall des Kontaktrings 15 entsteht, hat also den Vorteil des einfacheren Lötens und den der tiefersitzenden Lotschicht. Gegebenenfalls kann das Tränken und Hintergießen auch mit dem Zusatz Chrom bis zu 1 % des Kontaktträgermaterials erfolgen.

4 Patentansprüche,

3 Figuren. ,

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ORIGINAL INSPECTED

Claims

P-a_£_£_n_t_a_n_s_E_r_u_c_h_e 76 P 1 ι ι 7 BRD

1.^Elektrischer Vakuumschalter mit zwei aus elektrisch leitfähigem Material bestehenden topfförmigen Schaltkontaktstücken, die jeweils aus einem Kontaktträger mit einem Boden und mit einer zylindermanteiförmigen Viand und aus einem auf die Wand an der dem Boden abgewandten Stirnseite aufgesetzten Kontaktring mit einer ringförmigen Kontaktfläche bestehen, wobei die Wand durch schräg zur Kontaktstückachse verlaufende radiale Schlitze in Segmente .aufgeteilt ist, dadurch gekennzeichnet, daß sich die elektrische Leitfähigkeit am Übergang vom Kontaktträger (16) zum Kontaktring (15) mindestens um den Faktor 3 verringert.

2. Vakuumschalter nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet , daß die Kontaktträger (16) aus reinem Kupfer oder aus Kupfer mit Zusatz von Chrom bis zu 1 % und die Kontaktringe (15) aus einer Chrommatrix mit einer Tränkung aus Kupfer mit oder ohne Zusätze von Eisen bis zu 15 % und/oder Kobalt bis zu 20 % bestehen.

3. Vakuumschalter nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet , daß die Schlitze in den Wänden (11) bis in die Böden (14) der Kontaktstücke (1, 2) reichen.

4. Vakuumschalter nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet , daß der Kontaktring (15) mit zumindest einem Teil der Wand (11), der aus dem Tränkmaterial des Kontaktrings (15) besteht und gleichzeitig beim Tränken durch sogenanntes Hintergießen entstanden ist, auf den restlichen Teil des Kontaktträgers (16) aufgelötet ist.

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