DE3815805C2 - - Google Patents

Description

Die Erfindung bezieht sich auf einen Vakuumschalter mit mindestens einer Schaltkammer, deren isolierendes Zylin­ dergehäuse mittels metallener Deckel verschlossen ist, die von relativ zueinander beweglichen, Schaltkontakt­ stücke tragenden Leiterstengeln durchgriffen werden, wobei zwischen dem beweglichen Leiterstengel und einem damit zusammenwirkenden Antriebsgestänge eine Kontakt­ druckfeder angeordnet ist, über die beim Einschalten die Einschaltkraft übertragen wird und das Antriebsgestänge beim Ausschalten - nach Zurücklegung eines gewissen Be­ schleunigungsweges - den Leiterstengel schlagartig mitnimmt.The invention relates to a vacuum switch at least one switching chamber, its insulating cylinder the housing is closed with a metal cover, that of relatively movable switching contact pieces carrying ladder stems are penetrated, being between the movable ladder stem and a thus interacting drive linkage a contact compression spring is arranged over which when switching on Inrush force is transmitted and the drive linkage when switching off - after a certain amount has been covered acceleration path - suddenly takes the ladder stalk with it.

Solche Schalter sind bekannt (Calor-Emag-Mitteilungen, Heft I/1983, Seite 4, sowie DE-OS 20 21 574). Der dem beweglichen Leiterstengel erteilte Impuls erzwingt eine relativ große Anfangsbeschleunigung der trägen Massen. Gleichwohl ist eine wesentliche Aufgabe des Beschleunigungsimpulses darin zu sehen, zusammenklebende bzw. verschweißte Schaltkontaktstücke mit relativ geringer Antriebskraft - quasi schlagartig - auseinanderzureißen. Such switches are known (Calor-Emag messages, Issue I / 1983, page 4, and DE-OS 20 21 574). The one that moves Ladder stems given impose a relative large initial acceleration of the inertial masses. Nevertheless, an essential task of the acceleration pulse to see in it, glued or welded Switch contact pieces with relatively low driving force - almost suddenly - to tear apart.  

In der Dissertation von F. D. Althoff, "Über die Elektrodenerosion beim Schalten großer Wechselströme im Hochvakuum", Technische Universität Carolo-Wilhelmina, Braunschweig, 1970, Seite 20, 21 und Bild 9, ist die Beschleunigung des beweglichen Kontaktstückes einer Vakuumschaltröhre in einem Weg-Zeit-Diagramm dargestellt. Dabei wird die Trennbeschleunigung bis zum Erreichen des Trennabstandes betrachtet und mit 250 m/s² angegeben. In the dissertation by F. D. Althoff, "On Electrode Erosion when switching large alternating currents in high vacuum ", Technical University Carolo-Wilhelmina, Braunschweig, 1970, page 20, 21 and picture 9, is the acceleration the movable contact piece of a vacuum interrupter represented in a path-time diagram. Doing so the separation acceleration until the separation distance is reached considered and stated with 250 m / s².  

Zum Abschalten hoher Ströme werden häufig Radialfeldkon­ taktstücke eingesetzt. Dabei wird durch geeignet ange­ ordnete Schlitze im Kontaktkörper das Eigenmagnetfeld des fließenden Kammerstromes so geformt, daß der kontra­ hierte Lichtbogen nach der Kontakttrennung um das Kon­ taktstück rotiert. Dadurch verteilt sich die Heizlei­ stung des Lichtbogens gleichmäßig auf das Kontaktstück.To switch off high currents, radial field con beats used. It is indicated by suitable ordered slots in the contact body the own magnetic field of the flowing chamber stream so shaped that the contra arc after the contact separation around the Kon clock rotates. This distributes the Heizlei arc evenly on the contact piece.

Unter Umständen löst sich der Lichtbogen jedoch nicht von dem Ort der letzten Metallbrücke ab und schmilzt das Kontaktstück an dieser Stelle stark auf. Dies kann zum Versagen des Schalters führen.However, the arc may not be released under certain circumstances from the location of the last metal bridge and melts it Contact piece strongly at this point. This can lead to Failure of the switch.

Die Aufgabe der Erfindung besteht nun darin, eine hohe Abschaltleistung des Vakuumschalters zu verstetigen.The object of the invention is now a high Switching power of the vacuum switch to steady.

Es wurde gefunden, daß für das Phänomen des Versagens des Schalters sowohl bei Verwendung von Radial- als auch bei Axialfeldkontaktstücken u.a. die Bewegungskurve des Schaltkontaktstückes direkt nach der Kontakttrennung (Startausschaltgeschwindigkeit) von entscheidender Be­ deutung ist. Danach reicht es nicht aus, zur Charakteri­ sierung des Vakuumschaltantriebes die übliche Durch­ schnittsausschaltgeschwindigkeit anzugeben, die etwa zwischen 5 und 95% der Kontaktstücköffnung gemessen wird.It has been found that for the phenomenon of failure of the switch both when using radial and for axial field contact pieces the movement curve of the Switch contact piece directly after the contact separation (Start switch-off speed) of decisive importance interpretation is. After that, it is not enough for character sation of the vacuum switching drive the usual through cut-off speed, which is about measured between 5 and 95% of the contact piece opening becomes.

Die Erfindung schlägt daher eine Trenngeschwindigkeit der Kontaktstücke vor, gemäß der nach spätestens 1,3 Millisekunden ein Öffnungsweg von mindestens 1 mm er­ reicht ist.The invention therefore proposes a separation speed of the contact pieces before, according to the after 1.3 An opening path of at least 1 mm is enough.

Als besonders günstig hat sich bei Radialfeldkontakt­ stücken eine Kontaktstücktrenngeschwindigkeit von 2 m/s, die nach 0,8 Millisekunden erreicht ist, herausgestellt. Has proven particularly favorable for radial field contact a contact piece separation speed of 2 m / s, which is reached after 0.8 milliseconds.  

Die hohe Anfangsbeschleunigung des beweglichen Kontakt­ stückes kommt durch einen mechanischen Impulsübertrag zustande. Von Bedeutung dabei ist die der gespannten Kontaktdruckfeder innewohnende Kraft. Größe und Baulänge dieser Feder ist meist vorgegeben und läßt sich nicht beliebig vergrößern. Die Erfindung schlägt zur Sicher­ stellung einer hohen Anfangsbeschleunigung vor, den Im­ pulsübertrag zu optimieren. Hierzu ist es notwendig, etwa gleichgroße Massen für den Leiterstengel ein­ schließlich Kontaktstück einerseits und vorbeschleunig­ ten Massen der Antriebsglieder andererseits vorzusehen.The high initial acceleration of the moving contact piece comes through a mechanical pulse transmission conditions. Of importance is that of the tense Contact spring inherent force. Size and overall length this spring is usually given and can not be enlarge as desired. The invention beats for sure introducing a high initial acceleration, the Im optimize pulse transmission. For this it is necessary about the same size for the ladder stem finally contact piece on the one hand and pre-accelerated provide masses of the drive members on the other hand.

Für besondere Schalterausführungen, dann nämlich, wenn Kontaktstückverschweißungen zu erwarten und beim Aus­ schalten aufzubrechen sind, kann die Masse der vorbe­ schleunigten Antriebsglieder größer als diejenige des Leiterstengels gewählt werden.For special switch designs, namely when Contact piece welding is to be expected and when it goes out switch to break open, the mass of vorbe accelerated drive links larger than that of the Ladder stems can be selected.

In der Regel besitzen bei ausgeführten Vakuumleistungs­ schaltern und mit solchen beschäftigt sich die Erfindung im besonderen, die aus Vollkupfer gebildeten Leitersten­ gel einschließlich Kontaktstück eine größere Masse als die vorbeschleunigten Antriebsglieder. Es ist dann rela­ tiv einfach, den Massenausgleich durch Anbringung einer Zusatzmasse von hohem spezifischen Gewicht an einem oder dem Antriebsglied herzustellen. Um Reibungsverluste in Lagern kleinzuhalten, sollte die Zusatzmasse jedoch un­ mittelbar an dem mit den Leiterstengel zusammenwirkenden Antriebsgestänge befestigt sein.Usually have vacuum performance when running switch and the invention is concerned with such in particular, the ladder made of solid copper gel including contact piece a larger mass than the pre-accelerated drive links. Then it is rela tiv simple, the mass balance by attaching a Additional mass of high specific weight on one or to manufacture the drive link. To reduce friction in To keep storage small, the additional mass should be un indirectly on the one interacting with the ladder stem Drive linkage must be attached.

Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung ist nachfolgend beschrieben. An embodiment of the invention is as follows described.  

Es zeigen:Show it:

Fig. 1 eine Wirkprinzipdarstellung eines Vakuumschal­ ters; Fig. 1 shows an operating principle of a vacuum scarf age;

Fig. 2 die Bewegungskurve des Schaltkontaktstückes. Fig. 2 shows the movement curve of the switching contact piece.

Der Vakuumschalter setzt sich aus der evakuierten Schaltkammer K sowie den dafür erforderlichen Antrieb einschließlich Auslöseorganen, Verriegelungen, Anschluß­ kontakten usw. zusammen. Der Übersichtlichkeit halber ist nur das für das Verständnis der Erfindung Wesentli­ che dargestellt. Die Schaltkammer K ist aus einem iso­ lierenden Zylindergehäuse gebildet, das beidseitig von metallischen Deckeln 8 und 9 abgeschlossen ist. Diese werden von Leiterstengeln 1, 2 vakuumdicht durchgriffen. Dabei übernimmt ein Federrohr 10 die Abdichtung zwischen dem beweglichen Leiterstengel 2 und dem Deckel 9. Im Inneren der Schaltkammer tragen die Leiterstengel stumpf aufeinanderstoßende Schaltkontaktstücke 11, 12.The vacuum switch consists of the evacuated switching chamber K and the drive required for it, including release elements, locks, connection contacts, etc. For the sake of clarity, only what is essential for understanding the invention is shown. The switching chamber K is formed from an insulating cylinder housing, which is closed on both sides by metallic covers 8 and 9 . These are penetrated by ladder stems 1 , 2 in a vacuum-tight manner. A spring tube 10 takes over the sealing between the movable conductor stem 2 and the cover 9 . In the interior of the switching chamber, the stems carry switch contact pieces 11 , 12 that abut one another.

Die Antriebskraft zum Einschalten wird über Antriebs­ glieder 5, 6 eingebracht. Dabei ist der von einem An­ triebsorgan 7 bewegbare und an einem Festdrehpunkt 14 gelagerte Hebel 6 mit dem einen Ende an dem Antriebsge­ stänge 5 angelenkt. Letzteres wirkt auf den beweglichen Leiterstengel 2 auf besondere Weise ein. Das freie Ende des Antriebsgestänges 5 läuft in einen Zylinder 3 aus, der eine Führungsbohrung für den Eingriff des Leiter­ stengels 2 aufweist. Das innerhalb des Zylinders 3 lie­ gende Ende des Leiterstengels 2 trägt eine aus dessen Durchmesser herausragende kolbenartige Erweiterung 13. Zwischen dieser Erweiterung und dem Boden des Zylinders 3 ist eine Kontaktdruckfeder 4 eingesetzt. The driving force for switching on is introduced via drive elements 5, 6 . In this case, from a drive member 7 movable and mounted at a fixed pivot point 14 lever 6 with one end to the Antriebsge rods 5 is articulated. The latter acts on the movable ladder stem 2 in a special way. The free end of the drive linkage 5 runs out into a cylinder 3 which has a guide bore for the engagement of the conductor stem 2 . The lie within the cylinder 3 lying end of the conductor stem 2 carries a piston-like extension 13 protruding from its diameter. A contact pressure spring 4 is inserted between this extension and the bottom of the cylinder 3 .

Zum Einschalten wird das Antriebsorgan 7 in die darge­ stellte Position verdreht. Der Hebel 6 verschwenkt um den Festdrehpunkt 14 und verschiebt das Antriebsgestänge 5 in Richtung der Schaltkammer K. Die Schubkraft wird über die Kontaktdruckfeder 4 an die Erweiterung 13 und somit an den Leiterstengel 2 weitergeleitet. Nach Anle­ gen des Kontaktstückes 12 an das Fixkontaktstück 11 wird das Antriebsgestänge 5 noch um ein gewisses Maß in Ein­ schaltrichtung weitergeschoben. Dabei taucht der Leiter­ stengel 2 mit seiner Erweiterung 13 weiter in den Zylin­ der 3 ein und die Kontaktdruckfeder 4 erhält durch Zu­ sammenpressen eine größere Vorspannung.To turn on the drive member 7 is rotated into the Darge presented position. The lever 6 pivots about the fixed pivot point 14 and displaces the drive linkage 5 in the direction of the switching chamber K. The thrust force is transmitted via the contact pressure spring 4 to the extension 13 and thus to the ladder stem 2 . After applying the contact piece 12 to the fixed contact piece 11 , the drive linkage 5 is pushed to a certain extent in the switching direction. Here, the head stem 2 dips with its extension 13 further into the cylinder 3 and the contact pressure spring 4 receives by pressing together a greater bias.

Zum Ausschalten wird das Antriebsorgan 7 rasch um ca. 90° verdreht. Dabei wird der Abstand vom Hebel 6 zum Drehpunkt des exzentrischen Antriebsorgans 7 verringert und der Hebel 6 ist zum Verschwenken freigegeben. Die Kontaktdruckfeder 4 kann sich nunmehr entspannen und treibt das Antriebsgestänge 5 sowie den Hebel 6 in Pfeilrichtung von der Schaltkammer weg. Nach einem ge­ wissen Beschleunigungsweg trifft das die Führungsbohrung des Zylinders 3 umgebende Deckelstück 15 schlagartig auf die Erweiterung 13 des Leiterstengels 2 auf und nimmt diesen samt Schaltkontaktstück 12 in Ausschaltrichtung mit.To switch off, the drive member 7 is quickly rotated by approximately 90 °. The distance from the lever 6 to the fulcrum of the eccentric drive member 7 is reduced and the lever 6 is released for pivoting. The contact pressure spring 4 can now relax and drives the drive linkage 5 and the lever 6 away from the switching chamber in the direction of the arrow. After a ge known acceleration path, the cover piece 15 surrounding the guide bore of the cylinder 3 abruptly strikes the extension 13 of the conductor stem 2 and takes it together with the switch contact piece 12 in the switch-off direction.

Zur Berechnung der Ausschaltgeschwindigkeit des Leiter­ stengels 2 lassen sich die Gesetze des Stoßes zweier starrer Körper anwenden. Dabei setzt sich einerseits die Stoßmasse aus den vorbeschleunigten Antriebsgliedern, nämlich dem Hebel 6 sowie dem Antriebsgestänge 5 zusam­ men; die gestoßene Masse andererseits ist der Leiter­ stengel 2 mit seinem Schaltkontaktstück 12. Es läßt sich nachweisen, daß der Stoß und damit die Anfangsbeschleu­ nigung des Leiterstengels 2 am wirkungsvollsten ist, wenn Stoßmasse sowie gestoßene Masse etwa gleich groß sind. Bei diesem Impulsübertrag ist vorausgesetzt, daß Verschweißkräfte zu vernachlässigen sind. Sind größere Verschweißungen der Kontaktstücke aufzubrechen, so soll­ te die Stoßmasse größer als die gestoßene Masse gewählt werden.The laws of impact of two rigid bodies can be used to calculate the switch-off speed of the conductor stem 2 . On the one hand, the impact mass consists of the pre-accelerated drive elements, namely the lever 6 and the drive linkage 5 ; the impacted mass, on the other hand, is the conductor stem 2 with its switching contact piece 12 . It can be demonstrated that the impact and thus the initial acceleration of the stalk 2 is most effective when the impact mass and the impacted mass are approximately the same size. This impulse transfer assumes that welding forces are negligible. If larger welds of the contact pieces are to be broken open, the impact mass should be selected larger than the impact mass.

Grundsätzlich verändern sich die Verhältnisse nicht, wenn der Hebel 6 von Ein- und Ausschaltfedern betätigt wird, wie dies in der eingangs genannten, bekannten Schrift gezeigt ist.Basically, the conditions do not change when the lever 6 is actuated by switch-on and switch-off springs, as is shown in the known document mentioned at the beginning.

In Fig. 2 ist der Geschwindigkeitsverlauf des bewegli­ chen Kontaktstückes dargestellt. Auf der waagerechten Achse ist mit t die Zeit und auf der senkrechten Achse der Weg x aufgetragen.In Fig. 2, the speed profile of the movable contact piece is shown. Time is plotted on the horizontal axis and t is the path x on the vertical axis.

Die Schaltkontaktstücke trennen sich bei t = o. Nach einer Zeit t₂ sollte die gestoßene Masse (d.h. der Leiterstengel 2) die hohe AnfangsgeschwindigkeitThe switch contact pieces separate at t = o. After a time t ₂ , the impacted mass (ie the conductor stem 2 ) should be the high initial speed

erreicht haben. v₁ ist durch eine Tangente gekenn­ zeichnet, die an die tatsächlich verlaufende Bewe­ gungskurve x(t) bei einer Kontaktöffnung von 1 mm gelegt ist.achieved. v ₁ is characterized by a tangent that is attached to the actually running movement curve x (t) with a contact opening of 1 mm.

Definiert man als Verharrungszeit t₁ den t-Achsen­ schnittpunkt der Tangente an die Bewegungskurve des be­ weglichen Kontaktstückes bei einem Kontaktstücköffnungs­ weg von 1 mm, so sollte diese 0,6 Millisekunden nicht überschreiten. Die Geschwindigkeit v₁ ist dann größer als 1,5 m/s.If the t-axis intersection point of the tangent to the movement curve of the movable contact piece with a contact piece opening of 1 mm is defined as the dwell time t ₁ , this should not exceed 0.6 milliseconds. The speed v ₁ is then greater than 1.5 m / s.

Claims (5)

1. Vakuumschalter mit mindestens einer Schaltkam­ mer (K), deren isolierendes Zylindergehäuse mittels metallener Deckel (8, 9) verschlossen ist, die von relativ zueinander beweglichen, Schaltkontaktstücke (11, 12) tragenden Leitersten­ geln (1, 2) durchgriffen werden, wobei zwischen dem beweglichen Leiterstengel (2) und einem damit zusammenwirkenden An­ triebsgestänge (5, 6) eine Kontaktdruckfeder (4) angeordnet ist, über die beim Einschalten die Einschaltkraft übertragen wird und das Antriebsgestänge (5, 6) beim Ausschalten - nach Zurücklegung eines gewissen Beschleunigungsweges - den beweglichen Leiterstengel (2) schlagartig mitnimmt, gekennzeichnet durch eine Trenngeschwindigkeit der Kontaktstücke (11, 12), bei der diese 1 mm Öffnungsweg nach spätestens 1,3 Millisekunden erreicht haben.1. Vacuum switch with at least one Schaltkam mer (K), the insulating cylinder housing is closed by means of a metal cover ( 8 , 9 ), which are movable relative to each other, switch contact pieces ( 11 , 12 ) carrying conductor rods ( 1 , 2 ), whereby between the movable conductor stem ( 2 ) and a cooperating drive rod ( 5, 6 ) a contact pressure spring ( 4 ) is arranged, via which the switch-on force is transmitted when switching on and the drive rod ( 5, 6 ) when switching off - after covering a certain acceleration path - Suddenly takes the movable conductor stem ( 2 ) with it, characterized by a separation speed of the contact pieces ( 11 , 12 ), at which they have reached 1 mm opening travel after 1.3 milliseconds at the latest. 2. Schalter nach Anspruch 1, dadurch gekennzeich­ net, daß die Kontaktstücktrenngeschwindigkeit 2 m/s beträgt, welche spätestens 0,8 Millisekunden nach der Kontakttrennung erreicht wird. 2. Switch according to claim 1, characterized net that the contact separation speed 2 m / s, which is 0.8 milliseconds at the latest contact separation is achieved.   3. Schalter nach einem der Ansprüche 1 oder 2, da­ durch gekennzeichnet, daß zur Erreichung der gewünschten Kontaktstücktrenngeschwindigkeit der bewegliche Leiter­ stengel (2) einschließlich seines Schaltkontaktstückes (12) etwa die gleiche Masse aufweist wie die beim Aus­ schalten vorbeschleunigten Antriebsglieder (5, 6). 3. Switch according to one of claims 1 or 2, characterized in that to achieve the desired contact separation speed of the movable conductor stem ( 2 ) including its switching contact piece ( 12 ) has approximately the same mass as that when switching off pre-accelerated drive elements ( 5 , 6 ). 4. Schalter nach einem der Ansprüche 1 oder 2, da­ durch gekennzeichnet, daß die Masse der vorbeschleunig­ ten Antriebsglieder (5, 6) größer gewählt ist als jene des beweglichen Leiterstengels (2) einschließlich seines Schaltkontaktstückes (12).4. Switch according to one of claims 1 or 2, characterized in that the mass of the pre-accelerated th drive members ( 5, 6 ) is chosen larger than that of the movable conductor stem ( 2 ) including its switching contact piece ( 12 ). 5. Schalter nach einem der Ansprüche 3 oder 4, da­ durch gekennzeichnet, daß zur Herstellung des Massenaus­ gleiches am mit dem beweglichen Leiterstengel (2) zusam­ menwirkenden Antriebsgestänge (5) eine Zusatzmasse ange­ bracht ist.5. Switch according to one of claims 3 or 4, characterized in that for the production of the same mass balance with the movable conductor stem ( 2 ) co-operating drive linkage ( 5 ) an additional mass is introduced.