DE542963C - High vacuum switch for high performance - Google Patents

Description

Es ist bekannt, daß die Leistungsfähigkeit von Schaltern erheblich gesteigert wird, wenn die Kontakte im Hochvakuum getrennt werden. Für Wechselstrom hat es sich dabei als zweckmäßig erwiesen, für die Kontakte ein Material mit niederem Schmelzpunkt, wie Kupfer, zu wählen, für Gleichstrom dagegen ein Material mit hohem Schmelzpunkt, wie Wolfram, vorzusehen. Außer von der Wahl des Kontaktmaterials ist aber die Schaltleistung auch in hohem Maße von der Güte des Vakuums abhängig. Die Notwendigkeit, die Schaltbewegung in das Innere des Vakuumgefäßes zu übertragen, erfordert nun die Verwendung von elastischen Wandungsteilen, die besonders an ihren Einschmelzstellen zu Undichtigkeiten neigen. Auch die Einschmelzstellen der festen Kontaktstangen sind durch das Gewicht der Zuleitungen und die beim Schalten auftretenden Stöße besonders gefährdet. Namentlich ist dies der Fall bei Schaltern für große Leistungen, bei denen wegen der hohen zu führenden Ströme die Zuleitungen besonders kräftig dimensioniert werden müssen und daher auch ein entsprechend hohes Gewicht aufweisen. Durch die großen zu bewegenden Massen werden die Beanspruchungen an den Einschmelzstellen weiterhin erhöht.It is known that the performance of switches is significantly increased when the contacts are separated in a high vacuum. For alternating current it has turned out to be Proven to be useful for the contacts, a material with a low melting point, such as Copper, to choose, for direct current, on the other hand, a material with a high melting point, such as Tungsten to be provided. Apart from the choice of the contact material, however, the switching capacity is important also highly dependent on the quality of the vacuum. The need to move the switching movement into the interior of the To transfer the vacuum vessel, now requires the use of elastic wall parts, which are particularly at their melting points tend to leak. The melting points of the fixed contact rods are also due to the weight of the leads and the shocks occurring when switching are particularly at risk. This is the case in particular in switches for large capacities where, because of the high currents to be carried, the Supply lines must be dimensioned particularly strong and therefore also a correspondingly be heavy. Due to the large masses to be moved, the stresses on the melting points are reduced continues to increase.

Die beim Schalten zu bewegenden Massen können bei einer bekannten Anordnung, bei der im Innern des Vakuumgefäßes feststehend angeordnete Kontakte durch eine von außen bewegbare Strombrücke überbrückt werden, deswegen klein gehalten werden, weil von allen bewegten Teilen nur die Strombrücke zur Stromleitung dient. Durch die Schaltbewegung treten aber dennoch Stöße bei den feststehenden Kontakten auf, die deren Einschmelzstellen leicht gefährden können.The masses to be moved during switching can, in a known arrangement, at the fixed contacts inside the vacuum vessel by one from the outside movable current bridge are bridged, therefore kept small because of all moving parts are only used by the power bridge to the power line. By the switching movement however, shocks still occur in the fixed contacts, which are their melting points can easily endanger.

Erfindungsgemäß werden diese Nachteile dadurch beseitigt, daß bei einer derartigen Anordnung die festen Kontakte im Innern des \^rakuumgefäßes fest abgestützt und gleichzeitig an den Einführungsstellen elastisch mit dem Vakuumgefäß verbunden sind. Als Dichtung für die Leitungseinführung der feststehenden Kontakte eignet sich besonders ein Glasrohr, das in an sich bekannter Weise mit zwei Metallmanschetten verbunden ist, von denen die eine mit der Wandung des Vakuumgefäßes, die andere mit der Zuleitung verschweißt ist, wobei die Manschette aus einem Metall mit annähernd gleichem Wärmeausdehnungskoeffizienten wie Glas besteht. Dadurch ist es möglich, die Metallteile mit der Dichtung zu verschmelzen und so eine dichte und haltbare Vereinigung herzustellen, die gleichzeitig elastisch genug ist, um mechanische Stöße auf die Wandungen nicht zu übertragen. Weiterhin ist es zweckmäßig, die Rolle des beweglichen Kontaktes um ihreAccording to the invention these disadvantages are eliminated in that the fixed contacts in the interior of the \ ^r akuumgefäßes firmly supported in such an arrangement, and are elastically connected simultaneously to the insertion sites with the vacuum vessel. A glass tube is particularly suitable as a seal for the cable entry of the stationary contacts, which is connected in a known manner with two metal sleeves, one of which is welded to the wall of the vacuum vessel and the other to the supply line, the sleeve being made of a metal with approximately the same coefficient of thermal expansion as glass. This makes it possible to fuse the metal parts with the seal and thus create a tight and durable union that is at the same time elastic enough not to transmit mechanical impacts to the walls. Furthermore, it is useful, the role of the movable contact to their

Achse frei drehbar und um eine senkrecht hierzu liegende Achse schwenkbar anzuordnen, so daß sie sich leicht, ohne zu ecken oder zu kanten, zwischen die Kontakte legt, so daß auch hierdurch Schaltstöße nach Möglichkeit vermieden werden.To arrange the axis freely rotatable and pivotable about an axis perpendicular to it, so that it lies easily between the contacts without kinking or edging, so that this also avoids switching surges as far as possible.

In Abb. ι ist ein Schalter nach der Erfindung dargestellt, ι bezeichnet das aus Metall bestehende und zweiteilig ausgeführte Vaxo kuumgehäuse, in dessen Innern auf einer Platte 2 die als Kontaktträger dienenden Isolatoren 3 befestigt sind. Die zwei vorzugsweise aus Kupfer bestehenden Kontakte 4 und 5 sind an den als Stromzuführung dienenden Stangen 6 angebracht, die ihrerseits von den Isolatoren abgetragen werden. Jeder Isolator ist mit einer Schutzhaube 7 versehen, die ihn vor metallischen Niederschlägen, welche Überschläge hervorrufen könnten, schützt. Die einander gegenüberliegenden Kontaktflächen 8 sind rechtwinklig zueinander geneigt und werden bei geschlossenem Schalter durch den beweglichen Kontakt 9 überbrückt, der aus einer am Ende der Schaltstange 10 beweglich befestigten Rollen besteht. Es hat sich gezeigt, daß bei Vakuumschaltern die gleitende Bewegung der Kontakte aufeinander größere Kräfte erfordert als beispielsweise bei Luftschaltern. Die Ursache ist wahrscheinlich der Umstand, daß bei Vakuumschaltern kein Lufthäutchen zwischen den Gleitflächen vorhanden ist. Deshalb ist die Anordnung so getroffen, daß die gleitende Bewegung zwischen den Kontakten möglichst gering zu sein braucht. Die Kontaktflächen der beiden Kontakte 4 und 5 sind deshalb um 45° g^eg^en die Bewegungsrichtung der Kontaktrolle 11 geneigt und bilden demgemäß miteinander einen rechten Winkel. Da die Kontaktfläche der Rolle 11 einen Zylinder bildet, so richtet sich die Rolle selbst aus und wälzt sich auf den beiden festen Kontakten ab. Ein Beispiel für die bewegliche Befestigung der Rolle an der Kontaktstange 10 ist in Abb. 2 dargestellt. In der Gabel 12, die am Ende der Kontaktstange 10 befestigt ist, wird eine Achse 13 geführt, die eine Kugel 14 enthält. Auf diese Kugel ist die Rolle 11 aufgeschoben und wird durch die Platte 15 so gehalten, daß sie sich einerseits um ihre Achse drehen kann und gleichzeitig eine begrenzte Bewegung um eine senkrecht hierzu stehende Achse möglich ist. Die Kontaktstange 10 ist mit Hilfe eines Wellrohres 16 vakuumdicht durch den Boden des Vakuumgefäßes 1 hindurchgeführt und besitzt im Innern des Gehäuses eine Führung 17. Um den Betätigungsmechanismus gegen die Hochspannung zu isolieren, ist in die Kontaktstange ein bei 18 schematisch angedeutetes isolierendes Zwischenstück eingefügt.In Fig. Ι a switch according to the invention is shown, ι denotes the existing metal and two-part Vaxo vacuum housing, in the interior of which on a plate 2 serving as a contact carrier insulators 3 are attached. The two contacts 4 and 5, which are preferably made of copper, are attached to the rods 6 which serve as a power supply and which in turn are removed by the insulators. Each insulator is provided with a protective hood 7 which protects it from metallic deposits which could cause flashovers. The opposing contact surfaces 8 are inclined at right angles to one another and, when the switch is closed, are bridged by the movable contact 9, which consists of a roller movably attached to the end of the switching rod 10. It has been shown that with vacuum switches the sliding movement of the contacts on one another requires greater forces than, for example, with air switches. The cause is probably the fact that there is no air membrane between the sliding surfaces of vacuum switches. The arrangement is therefore made so that the sliding movement between the contacts needs to be as small as possible. The contact surfaces of the two contacts 4 and 5 are, therefore, inclined at 45 ° g ^s g ^s, the moving direction of the contact roller 11 and accordingly form together a right angle. Since the contact surface of the roller 11 forms a cylinder, the roller aligns itself and rolls on the two fixed contacts. An example of the movable attachment of the roller to the contact rod 10 is shown in FIG. In the fork 12, which is attached to the end of the contact rod 10, an axis 13 is guided, which contains a ball 14. The roller 11 is pushed onto this ball and is held by the plate 15 in such a way that on the one hand it can rotate about its axis and at the same time a limited movement is possible about an axis perpendicular thereto. The contact rod 10 is passed through the bottom of the vacuum vessel 1 in a vacuum-tight manner using a corrugated tube 16 and has a guide 17 inside the housing.

Zur Betätigung des beweglichen Kontaktes ist eine Antriebsvorrichtung vorgesehen, wie sie ähnlich bei Schnellschaltern angewendet wird. Sie besteht aus dem Hebel 30, der über ein Zwischenglied 31 mit der Kontaktstange 10 drehbar verbunden ist, und einer Feder 32, welche den beweglichen Kontakt entgegen der Zugkraft eines Haltemagneten 37 in die Ausschaltstellung zu bringen sucht. Der Haltemagnet besitzt eine von einer Gleichstromquelle 43 gespeiste Haltewicklung 38 sowie eine Auslösewicklung 39, die an zwei in Gegenschaltung angeordnete und über einen Widerstand 44 verbundene Stromwandler 41 und 42 angeschlossen ist. Die Primärwicklungen der Stromwandler liegen im Zuge der durch den Schalter zu unterbrechenden Leitung. Die Sekundärwicklungen der Stromwandler und gleichzeitig die Auslösewicklung 39 werden von einem Gleichstrom durchflossen, dessen Größe durch einen Begrenzungswiderstand 45 eingestellt werden kann. Zum Schließen des Schalters dient eine Einschaltspule 35, die über einen Hebel 33 auf das Schaltergestänge wirkt und deren Stromkreis ^durch einen Betätigungsschalter 48 geschlossen werden kann.To actuate the movable contact, a drive device is provided, such as it is applied similarly to quick switches. It consists of the lever 30, which is about an intermediate member 31 is rotatably connected to the contact rod 10, and a spring 32, which moves the movable contact against the tensile force of a holding magnet 37 in the switch-off position is looking to bring. The holding magnet has a holding winding 38 fed by a direct current source 43 as well a trigger winding 39, which is arranged on two in counter-circuit and via one Resistor 44 connected to current transformers 41 and 42 is connected. The primary windings the current transformers are in the course of the line to be interrupted by the switch. A direct current flows through the secondary windings of the current transformers and at the same time the tripping winding 39, the size of which can be adjusted by a limiting resistor 45. A closing coil is used to close the switch 35, which acts on the switch linkage via a lever 33 and whose circuit ^ is closed by an actuating switch 48 can be.

Um den Vakuumschalter zu schließen, wird zunächst die Wicklung 38 des Haltemagneten go erregt, alsdann der Schalter 48 geschlossen. Hierdurch werden die Hebel 31 und 30 gehoben, bis der an letzteren angebrachte Anker den Haltemagneten 37 berührt, wo er festgehalten wird. Die Kontaktstelle 11 berührt jetzt die festen Kontakte 4 und 5 noch nicht, sondern erst dann, wenn der Schalter 48 wieder geöffnet wird, wobei die Feder 32 den Hebel 31 im Uhrzeigersinn dreht.To close the vacuum switch, the winding 38 of the holding magnet is first go excited, then switch 48 closed. This lifts levers 31 and 30, until the anchor attached to the latter touches the holding magnet 37, where it is held will. The contact point 11 now does not touch the fixed contacts 4 and 5, but only when the switch 48 is opened again, the spring 32 den Lever 31 turns clockwise.

Da die beiden Stromwandler 41 und 42 durch den in ihren Sekundärwicklungen fließenden Gleichstrom vormagnetisiert und ihre Sekundärwicklungen gegeneinandergeschaltet sind, so wird jede anormal hohe Stromwelle im Hauptstromkreis, gleichgültig wie sie gerichtet ist, in jedem Falle einen Stromstoß gleicher Richtung in der Auslösewicklung 39 hervorrufen. Die letztere ist nun so angeordnet, daß der Stromstoß den Kraftfluß aus dem Anker des Haltemagneten in den Polzwischenraum hineinverschiebt, so daß in diesem Falle durch die Feder 32 der Anker abgerissen und der Hebel 31 nach unten gezogen wird. Die Schalterkontakte beginnen sich auch augenblicklich zu trennen und werden mit großer Geschwindigkeit in die Öffnungsstellung des Schalters gebracht. Da der bewegliche Kontakt nur aus der Rolle 11 besteht, der mit der Schaltstange 10 zusammen nur verhältnismäßig klein und leicht ist, so wird mit Rücksicht auf die geringen zu bevegenden Massen eine hohe Schaltgeschwin-Since the two current transformers 41 and 42 by the in their secondary windings flowing direct current is pre-magnetized and their secondary windings are switched against one another are, every abnormally high current wave in the main circuit, regardless of how it is directed, will in any case be one Cause a current surge in the same direction in the triggering winding 39. The latter is now arranged so that the current surge the power flow from the armature of the holding magnet in the Pole space shifts in, so that in this case by the spring 32 of the armature torn off and the lever 31 is pulled down. The switch contacts begin also instantly separate and move into the open position at great speed the switch brought. Since the moving contact consists only of the roller 11, which is only relatively small and light together with the shift rod 10, so In consideration of the small masses to be moved, a high switching speed

digkeit erreicht. Besonders günstig ist auch der Umstand, daß der Schaltweg des beweglichen Kontaktes nur sehr klein zu sein braucht und daß besondere Hilfs- oder Abbrennkontakte außer den Hauptkontakten nicht benötigt werden. Da fernerhin die Kontakte des Schalters keinen oxydierenden, sondern eher reduzierenden Einflüssen unterworfen sind, so bleiben die Kontaktflächen glatt undreached. The fact that the switching path of the movable Contact only needs to be very small and that special auxiliary or burning contacts except for the main contacts are not required. Since furthermore the contacts of the switch are not oxidizing, but are more likely to be subject to reducing influences, the contact surfaces remain smooth and

ίο sauber. Infolgedessen kann man kleinere Kontakte verwenden als bei den sonst üblichen Schaltertypen, wo die Kontaktflächen der Verschmutzung und dem Abbrand unterworfen sind.ίο clean. As a result, you can get smaller Use contacts than with the usual switch types, where the contact surfaces of the Are subject to pollution and burn-up.

L^Tm das Vakuum im Schaltergehäuse aufrechtzuerhalten, kann man eine Evakuierungseinrichtung anschließen, ähnlich wie sie bei Großgleichrichtern benutzt werden. Diese Einrichtung besteht im vorliegenden Fall z. B.L ^T m to maintain the vacuum in the switch housing, you can connect an evacuation device, similar to that used with large rectifiers. This facility consists in the present case, for. B.

aus einer Vorvakuumpumpe 50 und einer Quecksilberdampfstrahlpumpe, die durch ein Rohr mit dem Schaltergehäuse verbunden sind. Um jederzeit die Güte des Vakuums beurteilen zu können, kann man eine Vakuummeßvorrichtung 53 an sich bekannter Art einbauen.from a backing pump 50 and a mercury vapor jet pump, which by a Pipe are connected to the switch housing. A vacuum measuring device can be used to assess the quality of the vacuum at any time Install 53 of a known type.

Mit Rücksicht auf die besondere Bedeutung, die das Vakuum für die Betriebssicherheit des Schalters besitzt, ist es wichtig, die Durchführungssteilen für die Stromzuführungen so abzudichten, daß sie mit Sicherheit bei der rauhen Behandlung, der ein Schalter im Betrieb ausgesetzt ist, keinen Schaden nehmen und zu Undichtigkeiten keine Veranlassung geben. Mit Rücksicht hierauf sind die Durchführungen so ausgebildet, daß die Dichtungsstellen von den Stößen, die bei der Betätigung des Schalters auftreten, entlastet sind.With regard to the special importance that the vacuum has for the operational safety of the Switch, it is important to have the bushing parts for the power leads like this to seal that they are safe in the rough handling of a switch in operation is exposed, does not suffer damage and does not give rise to leaks. With this in mind, the bushings are designed so that the sealing points are relieved of the impacts that occur when the switch is operated.

Wie in Abb. 1 dargestellt, besteht die Dichtung aus einem Metallzylinder 55, der in der seitlichen Öffnung des Gehäuses dicht befestigt ist. Das vorzugsweise aus Glas bestehende Isolierrohr 56 ist einerseits mit dem Zylinder 55 und anderseits mit dem fmgerhutartig ausgebildeten Verschlußstück $γ verschmolzen, welch letzteres dicht an dem kurzen, starren Stück 58 der Leitung 60 befestigt ist. Die Teile 55 und 57 bestehen aus Kupfer oder einem anderen Material, dessen Wärmeausdehnung annähernd die gleiche ist wie die des aus Glas bestehenden Rohres 56. Ein biegsames Stück 59 in der Leitung gestattet eine geringe Bewegung des im Innern des Vakuumgehäuses befindlichen Teiles der Leitung 60 und verhindert Temperaturspannungen. Um Beschädigungen der Dichtungsstellen zu vermeiden, werden die äußeren Anschlußteile 60 der Leitungen starr an dem Gehäuse befestigt. Zu diesem Zweck ist ein hohler Isolator 61 vorgesehen, der einerseits von dem Gehäuse getragen wird und anderseits mit dem Leitungsende 60 durch die metallene Manschette 62 verbunden ist. Zwischen den Teilen 58 und 60 ist ein zweites biegsames Leiterstück 63 angeordnet, um die Dichtung vor mechanischen Beanspruchungen durch den Leitungsträger zu bewahren. Der Zwischenraum zwischen dem Isolator und der Dichtung wird zweckmäßig mit Öl gefüllt, daß sowohl zur Isolation als auch zur Kühlung dient.As shown in Fig. 1, the seal consists of a metal cylinder 55 which is tightly fastened in the side opening of the housing. The insulating tube 56, which is preferably made of glass, is fused on the one hand to the cylinder 55 and on the other hand to the closure piece $ γ , which is designed in the manner of a cap and which is tightly attached to the short, rigid piece 58 of the line 60. The parts 55 and 57 are made of copper or some other material, the thermal expansion of which is approximately the same as that of the tube 56 made of glass. A flexible piece 59 in the conduit allows slight movement of the part of the conduit 60 and located inside the vacuum housing prevents temperature stress. In order to avoid damage to the sealing points, the outer connection parts 60 of the lines are rigidly attached to the housing. For this purpose, a hollow insulator 61 is provided which, on the one hand, is carried by the housing and, on the other hand, is connected to the line end 60 through the metal sleeve 62. A second flexible conductor piece 63 is arranged between the parts 58 and 60 in order to protect the seal from mechanical stresses from the conductor carrier. The space between the insulator and the seal is expediently filled with oil that serves both for insulation and for cooling.

Das beschriebene Ausführungsbeispiel bezieht sich auf einen Schalter für Wechselstrom. Der Schalter ist jedoch auch für Gleichstrom brauchbar, wenn die Kontakte aus einem Material hohen Schmelzpunktes, wie z. B. Wolfram, hergestellt werden und anstatt der beschriebenen Auslösevorrichtung eine solche für Gleichstrom vorgesehen wird.The embodiment described relates to a switch for alternating current. However, the switch can also be used for direct current if the contacts are made of a material with a high melting point, such as B. tungsten, are produced and instead of the release device described one is provided for direct current.

Claims (4)

80 Patentansprüche:80 claims: 1. Hochvakuumschalter für große Leistungen mit zwei feststehenden, mit den Zuleitungen verbundenen und durch eine von außen bewegbare Strombrücke überbrückten Kontakte, dadurch gekennzeichnet, daß die festen Kontakte im Innern des Vakuumgefäßes fest abgestützt und gleichzeitig an den Einführungsstellen elastisch mit dem Vakuumgefäß verbunden sind.1. High vacuum switch for large capacities with two fixed ones, with the Connected supply lines and bridged by an externally movable current bridge Contacts, characterized in that the fixed contacts are firmly supported in the interior of the vacuum vessel and at the same time are elastically connected to the vacuum vessel at the insertion points. 2. Hochvakuumschalter nach Anspruch i, dadurch gekennzeichnet, daß die Dichtung für die Leitungseinführung aus einem Glasrohr (56) besteht, das in an sich bekannter Weise mit zwei Metallmanschetten (55, 57) aus einem Metall mit annähernd gleichem Wärmeausdehnungskoeffizienten wie Glas verbunden ist, von denen die eine mit der Wandung des Vakuumgefäßes, die andere mit der Zuleitung verschweißt ist. 2. High vacuum switch according to claim i, characterized in that the seal for the cable entry consists of a glass tube (56) which is connected in a manner known per se with two metal collars (55, 57) made of a metal with approximately the same coefficient of thermal expansion as glass, one of which is welded to the wall of the vacuum vessel, the other to the supply line. 3. Hochvakuumschalter nach Anspruch ι und 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Dichtungshülse (56) im Innern eines als Träger für die äußeren An-Schlüsse dienenden und mit einer Isolierflüssigkeit gefüllten Isolators angeordnet ist.3. High vacuum switch according to claim ι and 2, characterized in that that the sealing sleeve (56) inside as a carrier for the outer connections is arranged serving and filled with an insulating liquid insulator. 4. Hochvakuumschalter nach Anspruch ι bis 3, dadurch gekennzeichnet, n° daß die Rolle des beweglichen Kontaktes um ihre Achse frei drehbar und um eine senkrecht hierzu liegende Achse schwenkbar angeordnet ist.4. High vacuum switch according to claim ι to 3, characterized in n ° that the roller of the movable contact is freely rotatable about its axis and pivotable about an axis perpendicular thereto is arranged. Hierzu 1 Blatt Zeichnungen1 sheet of drawings