DE3507317A1 - Contact arrangement for vacuum switches - Google Patents

Abstract

In a contact arrangement having axial-field contacts, the essentially hollow-cylindrical contact carriers (2) in each case form a chamber (12) which contains a supporting body (16, 17). According to the invention, this chamber (12) contains a profiled body (14) consisting of ferromagnetic material, whose surface facing the contact disc (4) is provided with a recess which contains a projection (15) in the region close to the axis. Furthermore, two supporting bodies (16, 17) consisting of an electrically poorly conductive, non-magnetic material are arranged one behind the other in the axial direction in such a manner that one is arranged in front of and one behind the profiled body (14). This design results in a uniform field distribution between the opened contacts. <IMAGE>

Description

Kontaktanordnung für VakuumschalterContact arrangement for vacuum switch

Die Erfindung bezieht sich auf eine Kontaktanordnung für Vakuumschalter mit koaxial einander gegenüber angeordneten Kontakten, deren Kontaktträger jeweils zwischen einem Kontaktboden und einer Kontaktscheibe angeordnet sind und jeweils eine Seitenwand einer Kammer bilden und mit in den beiden Kontakten gleichsinnig zur Achse geneigten Schlitzen versehen sind. Solche Kontakte bilden ein axiales Magnetfeld.The invention relates to a contact arrangement for vacuum switches with contacts arranged coaxially opposite one another, the contact carriers of which in each case are arranged between a contact base and a contact disk and each form a side wall of a chamber and in the same direction in the two contacts inclined to the axis slots are provided. Such contacts form an axial one Magnetic field.

Es ist bekannt, ein Ansteigen der Lichtbogenspannung und den damit verbundenen hohen Leistungsumsatz in Vakuumschaltern durch ein koaxiales Magnetfeld im Spalt zwischen den geöffneten Kontakten zu verhindern. Zu diesem Zweck kann eine die Schaltkammer zylindrisch umgebende Spule vorgesehen sein, die mit den Schaltkontakten elektrisch in Reihe liegt und ein vom Strom abhängiges axiales Magnetfeld aufbaut, das den Spalt zwischen den Kontakten durchsetzt. Zur Erhöhung der Feldstärke im Kontaktspalt kann die Spule mehrlagig aufgebaut sein. Die Herstellung solcher Vakuumschalter erfordert aber einen verhältnismäßig großen Aufwand.It is known an increase in the arc voltage and with it associated high power consumption in vacuum switches through a coaxial magnetic field to prevent in the gap between the open contacts. For this purpose a the switching chamber can be provided cylindrically surrounding the coil with the switching contacts is electrically in series and creates an axial magnetic field dependent on the current, that penetrates the gap between the contacts. To increase the field strength in the Contact gap, the coil can be constructed in several layers. The manufacture of such vacuum switches but requires a relatively large effort.

Man hat deshalb in einer Ausführungsform einer Kontaktanordnung mit zwei koaxial einander gegenüber angeordneten und im wesentlichen zylindrischen Kontakten den Mantel der Kontakte als Schraubenlinie ausgebildet, die in den beiden Kontakten den gleichen Drehsinn hat.One therefore has in one embodiment a contact arrangement two coaxially opposed and substantially cylindrical contacts the jacket of the contacts is designed as a helical line in the two contacts has the same direction of rotation.

Durch die drehstabähnliche Mantelform des Kontaktes erhält man eine azimutale Komponente des Stromes, die zwischen den Kontakten ein axiales Magnetfeld erzeugt, dessen Feldstärke eine diffuse Lichtbogenform bewirkt.The torsion bar-like jacket shape of the contact results in a azimuthal component of the current, the between contacts axial magnetic field generated, the field strength of which causes a diffuse arc shape.

Um dieses Feld im Kontaktspalt zu konzentrieren, enthalten die Kontakte jeweils einen koaxialen Kern aus ferromagnetischem Material. Durch diese Eisenkerne wird im Kontaktspalt ein Magnetfeld konzentriert, das von der Kontaktachse aus in radialer Richtung abnimmt (DE-OS 31 12 009).To concentrate this field in the contact gap, contain the contacts each has a coaxial core made of ferromagnetic material. Through these iron cores a magnetic field is concentrated in the contact gap, which moves from the contact axis into radial direction decreases (DE-OS 31 12 009).

In einer weiteren bekannten Ausführungsform einer Kontaktanordnung sind etwa schalenförmige, flache Topfkontakte vorgesehen, deren Kontaktträger eine zylindrische Kammer als Seitenwände umgeben, die jeweils durch eine Kontaktscheibe abgedeckt sind. Das Axialfeld erhält man durch gegenüber der Achse geneigte schräge Schlitze in den Kontaktträgern mit in den beiden Kontakten gleichsinniger Drehrichtung. Zwischen der Kontaktscheibe und dem Kontaktboden ist ein Stützkörper vorgesehen, der aus im wesentlichen radial angeordneten Blechen aus ferromagnetischem Material bestehen kann. Dieser Stützkörper bewirkt somit ebenfalls eine Feldkonzentration im achsnahen Bereich der Kontakte (DE-OS 32 27 482).In a further known embodiment of a contact arrangement shell-shaped, flat pot contacts are provided, the contact carrier of which is a cylindrical chamber surrounded as side walls, each by a contact disc are covered. The axial field is obtained by an inclined slope with respect to the axis Slots in the contact carriers with the same direction of rotation in the two contacts. A support body is provided between the contact disk and the contact base, that consists of essentially radially arranged sheets of ferromagnetic material can exist. This support body thus also causes a field concentration in the near-axis area of the contacts (DE-OS 32 27 482).

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Kontaktanordnung der eingangs genannten Art dadurch zu verbessern, daß durch besondere Gestaltungsmerkmale ein weitgehend homogenes Magnetfeld zwischen den geöffneten Kontakten hergestellt wird.The invention is based on the object of a contact arrangement of To improve the type mentioned at the outset that through special design features a largely homogeneous magnetic field is established between the opened contacts will.

Die Erfindung beruht auf der Erkenntnis, daß sowohl eine Feldkonzentration als auch eine Feldverminderung im achsnahen Bereich vermieden werden muß und sie besteht in den kennzeichnenden Merkmalen des Anspruchs 1.The invention is based on the knowledge that both a field concentration and a field reduction in the area close to the axis must be avoided and they consists in the characterizing features of claim 1.

Mit dieser Gestaltung erhält man eine weitgehende Homo- genisierung des axialen Magnetfeldes in radialer Richtung zwischen den geöffneten Kontakten bis nahe an die Kontaktränder. Die erforderliche mechanische Festigkeit wird durch die Anordnung der beiden Stützkörper erreicht, die aus vorzugsweise zylindrischen, elektrisch schlecht leitenden, unmagnetischen Einsätzen bestehen.With this design one obtains a largely homo- genization of the axial magnetic field in the radial direction between the opened contacts until close to the contact edges. The required mechanical strength is achieved by achieved the arrangement of the two support bodies, which are preferably made of cylindrical, electrically poorly conductive, non-magnetic inserts exist.

Von den beiden Profilkörpern ist in Achsrichtung jeweils einer vor und hinter dem Profilkörper angeordnet.One of the two profile bodies is in front of each other in the axial direction and arranged behind the profile body.

Zur weiteren Erläuterung der Erfindung wird auf die Zeichnung Bezug genommen, in deren Figur 1 ein Ausführungsbeispiel eines Kontaktes nach der Erfindung schematisch veranschaulicht ist. Der Verlauf des magnetischen Feldes ist in Figur 2 in einem Diagramm dargestellt. Figur 3 zeigt schematisch die Zuordnung des Profilkörpers zum Diagramm.To further explain the invention, reference is made to the drawing taken, in which Figure 1 shows an embodiment of a contact according to the invention is illustrated schematically. The course of the magnetic field is shown in FIG 2 shown in a diagram. Figure 3 shows schematically the assignment of the profile body to the diagram.

In der Ausführungsform nach Figur 1 besteht ein Kontakt für Vakuumschalter im wesentlichen aus einem hohlzylindrischen Kontaktträger 2 einer Kontaktscheibe 4 und einem Kontaktboden 6, der an einer Stromzuführung 8 in der Form eines zylindrischen Bolzens befestigt ist.In the embodiment according to FIG. 1, there is a contact for a vacuum switch essentially from a hollow cylindrical contact carrier 2 of a contact disk 4 and a contact base 6, which is attached to a power supply line 8 in the form of a cylindrical Bolt is attached.

Der Kontaktträger 2 ist derart mit gegenüber der strichpunktiert angedeuteten Rotationsachse des Kontakts geneigten Schlitzen 10 versehen, daß die zwischen den Schlitzen entstehenden Teile jeweils ein Spulenelement für den Strom bilden. Diese Schlitze 10 sind mit den Schlitzen eines in der Figur nicht dargestellten weiteren Kontaktes der Kontaktanordnung gleichsinnig geneigt, so daß innerhalb der Kontakte und zwischen den geöffneten Kontakten ein axiales Magnetfeld entsteht.The contact carrier 2 is indicated with dash-dotted lines opposite that The axis of rotation of the contact inclined slots 10 provided that the between the Parts created by slots each form a coil element for the current. These Slots 10 are with the slots of another not shown in the figure Contact of the contact arrangement inclined in the same direction, so that within the contacts and an axial magnetic field is created between the opened contacts.

Die Kontaktscheibe 4 besteht im allgemeinen aus sogenanntem Kontaktmaterial, beispielsweise Chrom/Kupfer, und kann an ihrem Rand gegebenenfalls mit einer in der Figur nicht dargestellten Abschrägung und zur Unterdrückung von Wirbelströmen mit radialen Schlitzen versehen sein.The contact disk 4 generally consists of so-called contact material, for example chromium / copper, and can optionally with an in the Figure not shown bevel and for suppression be provided with radial slots by eddy currents.

Der Kontakt träger 2 bildet die Seitenwand einer Kammer 12, die einen ferromagnetischen Profilkörper 14 enthält, der im wesentlichen schalenförmig gestaltet ist, jedoch im achsnahen Bereich mit einer Erhöhung 15 versehen ist. Durch diese Erhöhung 15 ergibt sich ein verminderter "Polschuhabstand" im achsnahen Bereich für das axiale Magnetfeld, wodurch man ein homogenere Strombelastung der Kontaktoberflächen und damit eine entsprechend erhöhte Schaltleistung der Kontaktanordnung erhält. In Achsrichtung vor und hinter dem Profilkörper 14 ist jeweils ein Stützkörper 16 bzw. 17 angeordnet, die aus elektrisch schlecht leitendem, unmagnetischem Material, beispielsweise aus rostfreiem Stahl, bestehen.The contact carrier 2 forms the side wall of a chamber 12, the one contains ferromagnetic profile body 14, which is designed essentially cup-shaped is, however, is provided with an elevation 15 in the area close to the axis. Through this Increase 15 results in a reduced "pole shoe spacing" in the area close to the axis for the axial magnetic field, which results in a more homogeneous current load on the contact surfaces and thus receives a correspondingly increased switching capacity of the contact arrangement. A support body 16 is in each case in front of and behind the profile body 14 in the axial direction or 17 arranged, which are made of electrically poorly conductive, non-magnetic material, for example made of stainless steel.

Der mit dem Boden 6 des Kontakts verbundene, vorzugsweise zylindrische Stützkörper 16 kann zweckmäßig so dimensioniert werden, daß sein Widerstand für axiale Stromrichtung groß ist gegenüber dem Widerstand R sp des als Axialfeldspule wirkenden Kontaktträgers 2. Zu diesem Zweck wird die freie Länge 11 des Stützkörpers 16 so bemessen, daß die Bedingung 11 sehr viel größer als t/4 . t . d2 . Rsp erfüllt ist. Dabei ist r die spezifische elektrische Leitfähigkeit des Stützkörpers 16 und d dessen Durchmesser. Mit einem Stützkörper 16 aus Chrom-Nickel-Stahl mit einer spezifischen elektrischen Leitfähigkeit g =1,4 Sm/mm2 und einem Durchmesser d = 13 mm sowie einem Spulenwiderstand Rsp = 2,3 AQ muß 11 sehr viel größer als 0,43 mm gewählt werden. In der Ausführungsform nach Figur 1 mit einem Kontakt, dessen Außendurch- messer beispielsweise 2 rk = 100 mm beträgt, erfüllt die Länge 11 mit 13 mm diese Bedingung. Der Widerstand des Stützkörpers 16 über die Länge 11 beträgt dabei 70 n, so daß weniger als 3 % des Gesamtstromes durch den Stützkörper 16 fließen und somit über 97 % des Gesamtstromes zur Erzeugung des axialen Feldes genutzt werden können.The one connected to the bottom 6 of the contact, preferably cylindrical Support body 16 can expediently be dimensioned so that its resistance for axial current direction is large compared to the resistance R sp as an axial field coil acting contact carrier 2. For this purpose, the free length 11 of the support body 16 so dimensioned that the condition 11 is much greater than t / 4. t. d2. Rsp met is. Here r is the specific electrical conductivity of the support body 16 and d its diameter. With a support body 16 made of chrome-nickel steel with a specific electrical conductivity g = 1.4 Sm / mm2 and a diameter d = 13 mm and a coil resistance Rsp = 2.3 AQ, 11 must be much greater than 0.43 mm can be chosen. In the embodiment of Figure 1 with a contact whose Outer diameter knife is, for example, 2 rk = 100 mm the length 11 with 13 mm this condition. The resistance of the support body 16 over the length 11 is 70 n, so that less than 3% of the total current through the support body 16 flow and thus over 97% of the total current to generate the axial field can be used.

Im Diagramm der Figur 2 ist die im Spalt zwischen den geöffneten Kontakten erzeugte axiale magnetische Induktion B z pro Ampere-Windungszahl I . W in T/(A.W) in Abhängigkeit vom Radius r aufgetragen. Mit dem Profilkörper 14, welcher die achsennahe Erhöhung 15 besitzt, erhält man einen Feldverlauf, wie er durch die ausgezogene Kurve angegeben ist. Der Feldverlauf mit einem Profilkörper ohne die Erhöhung 15 ist im achsnahen Bereich gestrichelt angedeutet. Man erhält somit eine gleichmäßigere Feldverteilung zwischen den geöffneten Kontakten, wenn der Profilkörper 14 die achsennahe Erhöhung 15 besitzt.In the diagram of FIG. 2, that is in the gap between the open contacts generated axial magnetic induction B z per ampere-turns I. W in T / (A.W) plotted as a function of the radius r. With the profile body 14, which the axially Increase 15, you get a field course, as it is through the extended Curve is indicated. The field course with a profile body without the elevation 15 is indicated by dashed lines in the area close to the axis. One thus obtains a more uniform one Field distribution between the open contacts when the profile body 14 is close to the axis Increase 15 owns.

Der Figur 3 sind die beiden dem Diagramm nach Figur 2 entsprechenden Profile des Profilkörpers 14 und ihre Zuordnung zum Diagramm zu entnehmen.The two corresponding to the diagram according to FIG. 2 are shown in FIG Profiles of the profile body 14 and their assignment to the diagram can be seen.

2 Patentansprüche 3 Figuren2 claims 3 figures

Claims (2)

Patentansprüche 1. Kontaktanordnung für Vakuumschalter mit koaxial einander gegenüber angeordneten Kontakten, deren im wesentlichen hohlzylindrische Kontaktträger (2) jeweils zwischen einem Kontaktboden (6) und einer Kontaktscheibe (4) angeordnet sind und die mit in den beiden Konttakten gleichsinnig zur Achse geneigten Schlitzen (10) versehen sind und jeweils eine Seitenwand einer Kammer bilden, die einen Stützkörper (16, 17) enthält, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t , daß die Kammer einen Profilkörper (14) aus ferromagnetischem Material enthält, dessen der Kontaktscheibe (4) zugewandte Oberfläche mit einer Ausnehmung versehen ist, die im achsnahen Bereich eine Erhöhung (15) enthält, und daß zwei Stützkörper (16, 17) aus elektrisch schlecht leitendem, unmagnetischem Material in Achsrichtung derart hintereinander angeordnet sind, daß einer vor und einer hinter dem Profilkörper (14) angeordnet ist.Claims 1. Contact arrangement for vacuum switch with coaxial contacts arranged opposite one another, their essentially hollow-cylindrical Contact carrier (2) each between a contact base (6) and a contact disk (4) are arranged and those with in the two contacts in the same direction as the axis inclined slots (10) are provided and each have a side wall of a chamber form which contains a support body (16, 17), d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t that the chamber has a profile body (14) made of ferromagnetic material contains, the contact disc (4) facing surface with a recess is provided, which contains an increase (15) in the near-axis area, and that two Support body (16, 17) made of electrically poorly conductive, non-magnetic material are arranged one behind the other in the axial direction that one in front and one behind the profile body (14) is arranged. 2. Kontaktanordnung nach Anspruch 1, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t , daß zwischen dem Kontaktboden (6) und dem Profilkörper (14) ein zylindrischer Stützkörper (16) angeordnet ist, der bemessen ist nach der Bedingung 11 » t/4 . X . d2 . Rsp wobei 11 die freie Länge des Profilkörpers (16) und 7 die spezifische elektrische Leitfähigkeit des Stützkörpers (16) und d der Durchmesser des Stützkörpers (16) und Rsp der elektrische Widerstand des als Axialfeldspule wirkenden Kontaktträgers (2) ist.2. Contact arrangement according to claim 1, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t that between the contact base (6) and the profile body (14) a cylindrical Support body (16) is arranged, which is dimensioned according to the condition 11 »t / 4. X d2. Rsp where 11 is the free length of the profile body (16) and 7 the specific electrical conductivity of the support body (16) and d is the diameter of the support body (16) and Rsp the electrical resistance of the contact carrier acting as an axial field coil (2) is.