EP4055620A1 - Verfahren und vorrichtung zum konditionieren von kontaktstücken für elektroden einer vakuumschaltröhre - Google Patents

Verfahren und vorrichtung zum konditionieren von kontaktstücken für elektroden einer vakuumschaltröhre

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Publication number
EP4055620A1
EP4055620A1 EP20816116.6A EP20816116A EP4055620A1 EP 4055620 A1 EP4055620 A1 EP 4055620A1 EP 20816116 A EP20816116 A EP 20816116A EP 4055620 A1 EP4055620 A1 EP 4055620A1
Authority
EP
European Patent Office
Prior art keywords
arc
conditioning
contact pieces
magnetic
field
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.)
Pending
Application number
EP20816116.6A
Other languages
English (en)
French (fr)
Inventor
Martin Koletzko
Thomas RETTENMAIER
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 Energy Global GmbH and Co KG
Original Assignee
Siemens Energy Global GmbH and Co KG
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
Application filed by Siemens Energy Global GmbH and Co KG filed Critical Siemens Energy Global GmbH and Co KG
Publication of EP4055620A1 publication Critical patent/EP4055620A1/de
Pending 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
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01H—ELECTRIC SWITCHES; RELAYS; SELECTORS; EMERGENCY PROTECTIVE DEVICES
    • H01H1/00—Contacts
    • H01H1/02—Contacts characterised by the material thereof
    • H01H1/0203—Contacts characterised by the material thereof specially adapted for vacuum switches
    • H01H1/0206—Contacts characterised by the material thereof specially adapted for vacuum switches containing as major components Cu and Cr
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01H—ELECTRIC SWITCHES; RELAYS; SELECTORS; EMERGENCY PROTECTIVE DEVICES
    • H01H1/00—Contacts
    • H01H1/02—Contacts characterised by the material thereof
    • H01H1/0203—Contacts characterised by the material thereof specially adapted for vacuum switches
    • H01H2001/0205—Conditioning of the contact material through arcing during manufacturing, e.g. vacuum-depositing of layer on contact surface

Definitions

  • the invention is based on a method for conditioning contact pieces for electrodes of a vacuum interrupter by generating an arc between the contact pieces spaced along an axis, the arc being specifically moved over a changeable magnetic cross field during conditioning.
  • the invention is also based on a device for conditioning contact pieces for electrodes of a vacuum interrupter by generating an arc between the contact pieces spaced along an axis, the device being a coil arrangement with at least one coil or a permanent magnet arrangement with at least one permanent magnet for generation has a variable magnetic transverse field, by means of which the Lichtbo gene can be moved in a targeted manner during conditioning.
  • the quality of the surfaces of the contact pieces of the electrodes plays a decisive role in determining the dielectric strength of an electrode arrangement in a vacuum. Since technical surfaces usually have flaws or microscopic tips, these surfaces must be specially treated after the vacuum interrupters have been installed so that the desired tensile strength can be achieved. As a rule, electrical voltages are applied to the vacuum interrupters for this purpose and flashovers are deliberately provoked. The arcs that occur during these flashovers melt or evaporate the imperfections on the surfaces, which gradually increases the dielectric strength.
  • Another method of conditioning electrode surfaces is to make the surface to be conditioned longer Time to treat with an electric arc (current conditioning), usually small voltages are used, since no flashover has to be generated, but the current flow begins when the contacts are closed and an arc is only established after the contacts have opened. In this case, the externally applied voltage only has to cover the voltage requirement of the arc.
  • current conditioning usually small voltages are used, since no flashover has to be generated, but the current flow begins when the contacts are closed and an arc is only established after the contacts have opened. In this case, the externally applied voltage only has to cover the voltage requirement of the arc.
  • the document DE 19714 655 C2 describes a method for conditioning contact pieces of electrodes of a vacuum interrupter, in which the arc is moved in a targeted manner by means of a rotating transverse field.
  • This magnetic transverse field can be used to specifically control the position / movement of the arc on the surface of the contact piece to be conditioned. In this way it can be ensured that the center of gravity of the arc is a selected surface area on a specific path run over.
  • the path can only be controlled with a certain degree of precision, which limits the quality of the conditioning. This limitation is particularly noticeable in the case of high-current arcs.
  • the invention is based on the object of specifying a method and an apparatus for conditioning such contact pieces that overcome the stated difficulties.
  • the changeable magnetic transverse field controls the position / movement of the arc on the surface of the contact piece to be conditioned. In this way it can be ensured that the arc traverses a selected surface area on a specific path.
  • the contact area of the arc with the surface to be conditioned of the contact piece can be greater than the extent of the path.
  • the contact area of the arc with the surface of the contact piece is larger. This ensures that the surface of the corresponding contact piece is covered / passed over by the arc as completely as possible, with the overmelting being at the same time quite uniform.
  • the arc can be set so diffusely that almost complete coverage - and thus over-melting - of the contact surfaces occurs during the conditioning process.
  • longitudinal field or transverse field refers to the (imaginary) axis on which the contact pieces are arranged. For many vacuum interrupters, this coincides with their longitudinal axis.
  • the arc is a high-current arc with a current intensity I in the range of 2 kA ⁇ I ⁇ 100 kA.
  • a high-current arc preferably has a current intensity I of a few individual kA up to a few tens of kA (kA: kiloampere).
  • Such high-current arcs usually have a smaller contact area with the contact piece to be conditioned. This contact area can now be enlarged by means of the longitudinal field.
  • the changeable magnetic transverse field is a rotating magnetic transverse field.
  • a rotating magnetic transverse field is well known from the patent DE 19714 655 C2 mentioned at the beginning.
  • the magnetic transverse field and / or the magnetic longitudinal field is generated by means of a coil arrangement with at least one coil.
  • the at least one coil can be an air-core coil and / or a coil with a core.
  • the rotating magnetic transverse field is a two-phase or three-phase magnetic rotating field.
  • a two-phase rotating magnetic field for example, two coil ends Orders arranged so that the central axes of the two coil assemblies run ver at an angle of 90 ° to each other.
  • the currents that flow in both Spulenanord voltages can be 90 ° out of phase with each other, creating the two-phase rotating magnetic field.
  • the magnetic transverse field and / or the magnetic longitudinal field is generated by means of a permanent magnet arrangement with at least one permanent magnet.
  • the current flow begins when the contact pieces are closed and the arc is only established after the contact pieces have been opened. This is typical of the so-called current conditioning described at the beginning.
  • At least one of the contact pieces is designed as a contact disk.
  • the use of contact disks in the electrodes of vacuum interrupters has proven itself.
  • the device for conditioning contact pieces for electrodes of a vacuum interrupter by generating an arc between the contact pieces spaced along an axis
  • the device is a coil arrangement with at least one coil or egg ne permanent magnet arrangement with at least one permanent magnet for generating a variable magnetic Has transverse field, by means of which the arc can be moved in a targeted manner during conditioning
  • the device also has a coil arrangement with at least one coil or a permanent magnet arrangement with at least one permanent magnet for generating a variable magnetic longitudinal field, by means of which the arc during Conditioning can be made more diffuse in a targeted manner.
  • the position / movement of the arc on the surface of the contact piece to be conditioned can be controlled in a targeted manner by means of the device. In this way it can be ensured that the arc traverses a selected surface area on a specific path. In the case of a more diffuse, i.e. wider, arc, an overlap area of the web can be set. This ensures that the surface of the corresponding contact piece is passed over as completely as possible by the arc, with the overmelting being quite uniform at the same time.
  • the device is in particular a device for implementing the above-mentioned method.
  • the features mentioned in connection with the embodiments of the method should also apply accordingly to the device.
  • the device according to the invention further comprises a direct current source for generating the arc.
  • the resulting de arc is preferably a high-current arc with a current I in the range of 2 kA ⁇ I ⁇ 100 kA.
  • the direct current source is designed for a corresponding current strength (2 kA ⁇ I ⁇ 100 kA).
  • FIG. 1 A device for conditioningnapstü cken for electrodes of a vacuum interrupter according to an embodiment of the invention in a cal matic representation.
  • the FIGURE shows a schematic representation of a device 10 for conditioning contact pieces 12, 14
  • Vacuum interrupters 20 In the example shown here, the contact pieces 12, 14 can be conditioned by means of the conditioning device 10 in completely assembled vacuum interrupters 20.
  • the contact pieces 12, 14, shown here only schematically, are designed in particular as contact disks. Alternatively, it would also be conceivable for the individual contact piece 12 to be conditioned to be mounted in a corresponding vacuum chamber of the device 10.
  • the vacuum interrupter 20 shown here essentially has a cylinder housing 22 made of insulating material, wel Ches extends with respect to a longitudinal axis 22 and is closed at the two corresponding ends via a metallic cover 26, 28 each.
  • One of the electrodes 16 is fixedly attached to the one metallic cover 26.
  • This Electrode 16 is the stationary electrode with the stationary Kon contact piece 12.
  • One end of a bellows 30 is attached to the lower cover 28, the other end of which is connected to the electrode 18, which is designed as a movable electrode and which carries the movable contact piece 14.
  • An approximately cylindrical shield 32 is located inside the housing 22.
  • a current source 34 is electrically connected to the two electrodes 16, 18, with which direct current of both polarities can be generated (direct current source).
  • the device 10 further comprises a coil arrangement configured as a coil pair.
  • a coil arrangement configured as a coil pair.
  • coils 36, 38 of this coil pair which run parallel to one another or their axes are aligned with one another, whereby a transverse field 40 can be generated, which according to FIG The direction of the arrow runs from the left coil 36 to the right coil 38.
  • the contact material is Cu / Cr, which is present as a sintered structure.
  • a direct current is applied to the electrodes 16, 18 of the vacuum interrupter 20, first with one polarity and then with the other polarity, so that the current flow in the arc 42 runs in one and the other direction - one after the other.
  • the coils 36, 38 can also be assigned to the vacuum interrupter 20 in such a way that the central axes of the two coils 36, 38 extend at an angle of 90 ° to one another.
  • the currents that flow in the two coils can be phase-shifted by 90 ° to one another, which creates the "two-phase" rotating magnetic field.
  • Such an arrangement of the coils 36, 38 is known from DE 19714 655 C2 mentioned at the beginning a three-phase rotating field be procreated. In this case, the coils 36, 38 - deviating from the representation of the figure. (In place) are fixed.
  • the coils 36, 38 of the coil pair are arranged on a base 44 rotatably mounted about the axis 24 via corresponding arms 46, 48 about the vacuum interrupter 20 rotatably.
  • the base 44 is firmly built on a rotating support 50, which in turn is rotatably mounted via a pivot bearing 52 and is driven via a drive motor 54.
  • a correspondingly rotating transverse field 40 can be generated not only by means of a coil arrangement with coils 36, 38 but also by means of a (not shown here) Permanent magnet arrangement can be generated with at least one permanent magnet.
  • a corresponding structure is also known from DE 19714 655 C2 mentioned at the beginning.
  • the device 10 has a further coil arrangement, which is also Cisco det here in the example as a coil pair.
  • the coil arrangement / the coil pair has two coils 56, 58 for generating a variable magnetic longitudinal field 60, by means of which the arc 42 during conditioning can be made more diffuse, i.e. widened, in a targeted manner.
  • the axes of the coils 56, 58 of this further coil arrangement are aligned with one another and with the axis 24 of the vacuum interrupter 20.
  • the diffusivity of the high-current arc 42 is set for conditioning via the strength of the longitudinal field 60 generated.
  • the device 10 also has current sources (not shown) for the coils 36, 38; 56, 58 and a control device (also not shown) for coordinated implementation of the conditioning.
  • a control device is also referred to as a control device. This control device controls the various power sources, including the direct current source 34.
  • the arc movement is controlled specifically by external magnetic fields 40 in accordance with the invention.
  • Particularly suitable here are rotating magnetic fields directed radially to the desired direction of the arc (two-phase or three-phase). This method is particularly advantageous, since the converted charge (current intensity I x time) is significantly reduced during the conditioning and, as a result, the vapor deposition of ceramic insulators is also considerably reduced.
  • the conditioning is in particular a so-called current conditioning.
  • conditioning device 12 contact piece 14 contact piece 16 electrode (fixed)

Landscapes

  • High-Tension Arc-Extinguishing Switches Without Spraying Means (AREA)

Abstract

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Konditionieren von Kontaktstücken (12, 14) für Elektroden (16, 18) einer Vakuumschaltröhre (20) durch Erzeugen eines Lichtbogens (42) zwischen den entlang einer Achse (24) beabstandet angeordneten Kontaktstücken (12, 14), wobei der Lichtbogen (42) beim Konditionieren über ein veränderbares magnetisches Querfeld (40) gezielt bewegt wird. Es ist vorgesehen, dass der Lichtbogen (42) beim Konditionieren über ein einstellbares magnetisches Längsfeld (60) gezielt diffuser gemacht wird. Die Erfindung betrifft weiterhin eine entsprechende Vorrichtung (10) zum Konditionieren von Kontaktstücken (12, 14) für Elektroden (16, 18) einer Vakuumschaltröhre (20), insbesondere zur Durchführung des genannten Verfahrens.

Description

Beschreibung
Verfahren und Vorrichtung zum Konditionieren von Kontaktstü cken für Elektroden einer Vakuumschaltröhre
Die Erfindung geht aus von einem Verfahren zum Konditionieren von Kontaktstücken für Elektroden einer Vakuumschaltröhre durch Erzeugen eines Lichtbogens zwischen den entlang einer Achse beabstandet angeordneten Kontaktstücken, wobei der Lichtbogen beim Konditionieren über ein veränderbares magne tisches Querfeld gezielt bewegt wird.
Die Erfindung geht weiterhin aus von einer Vorrichtung zum Konditionieren von Kontaktstücken für Elektroden einer Vaku- umschaltröhre durch Erzeugen eines Lichtbogens zwischen den entlang einer Achse beabstandet angeordneten Kontaktstücken, wobei die Vorrichtung eine Spulenanordnung mit mindestens ei ner Spule oder eine Permanentmagnetanordnung mit mindestens einem Permanentmagneten zur Erzeugung eines veränderbaren magnetischen Querfeldes aufweist, mittels dessen der Lichtbo gen beim Konditionieren gezielt bewegbar ist.
Für die elektrische Spannungsfestigkeit einer Elektrodenan ordnung im Vakuum spielt neben der Qualität des Vakuums vor allem die Güte der Oberflächen von Kontaktstücken der Elekt roden eine entscheidende Rolle. Da technische Oberflächen in der Regel Fehlstellen oder Mikrospitzen aufweisen, müssen diese Oberflächen, nach der Montage der Vakuumschaltröhren, speziell behandelt werden, damit die gewünschte Spannungsfes tigkeit erreicht werden kann. In der Regel werden hierzu elektrische Spannungen an die Vakuumschaltröhren angelegt und bewusst Überschläge provoziert. Die Lichtbögen, die bei die sen Überschlägen entstehen, schmelzen oder verdampfen die Fehlstellen auf den Oberflächen wodurch die Spannungsfestig keit schrittweise erhöht wird.
Eine weitere Methode Elektrodenoberflächen zu konditionieren besteht darin, die zu konditionierende Oberfläche längere Zeit mit einem Lichtbogen zu behandeln (Stromkonditionie rung), dabei werden in der Regel kleine Spannungen verwendet, da hierbei kein Überschlag erzeugt werden muss, sondern der Stromfluss bei geschlossenen Kontakten beginnt und sich ein Lichtbogen erst nach der Öffnung der Kontakte etabliert. Die extern angelegte Spannung muss in diesem Fall nur den Span nungsbedarf des Lichtbogens decken.
Bislang wird bei der sogenannten Stromkonditionierung durch Auswahl geeigneter Parameter (Kontakthub, Stromstärke, Anzahl der Pulse, Pulsdauer, Polaritätswechsel) versucht eine gleichmäßige und vollständige Überschmelzung der Kontakt scheiben zu erreichen. Ziel ist es auf diese Weise nicht nur die die dielektrische Festigkeit der Kontaktstrecke zu erhö hen, sondern auch die störende Röntgenemission zu reduzieren, welche durch die Kontaktpaare erzeugt wird. Wird die Lichtbo genbewegung nicht aktiv gesteuert, so ist sie weitgehend zu fällig. Daher kann es zu einem großen Ladungsumsatz während der Stromkonditionierungsprozedur kommen, bis die Kontakt oberflächen ausreichendend flächig überschmolzen worden sind. Während ein Lichtbogen im Vakuum brennt wird Metalldampf er zeugt, welcher sich wiederum auf den Oberflächen des Vakuum schalters niederschlägt. Wenn sich dieser Metalldampf auf den Keramikisolatoren niederschlägt, kann es zu einer dielektri schen Abwertung der Vakuumschaltröhre kommen, die dem Sinn der Konditionierung entgegensteht oder gegebenenfalls die Le bensdauer der Vakuumschaltröhre herabsetzt.
Die Druckschrift DE 19714 655 C2 beschreibt ein Verfahren zum Konditionieren von Kontaktstücken von Elektroden einer Vakuumschaltröhre, bei dem der Lichtbogen mittels eines ro tierenden Querfeldes gezielt bewegt wird.
Durch dieses magnetische Querfeld kann die Position/Bewegung des Lichtbogens an der Oberfläche des zu konditionierenden Kontaktstücks gezielt gesteuert werden. Auf diese Weise kann dafür gesorgt werden, dass der Schwerpunkt des Lichtbogens einen gewählten Oberflächenbereich auf einer bestimmten Bahn überfährt. Die Bahn kann dabei jedoch nur mit einer gewissen Präzision gesteuert werden, was die Qualität der Konditionie rung beschränkt. Diese Limitierung macht sich insbesondere bei stromstarken Lichtbögen bemerkbar.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren und eine Vorrichtung zum Konditionieren von derartigen Kontakt stücken anzugeben, die die angegebenen Schwierigkeiten über winden.
Die Aufgabe wird erfindungsgemäß durch die Merkmale der unab hängigen Ansprüche gelöst. Vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung sind Gegenstand der Unteransprüche.
Bei dem erfindungsgemäßen Verfahren zum Konditionieren von Kontaktstücken für Elektroden einer Vakuumschaltröhre durch Erzeugen eines Lichtbogens zwischen den entlang einer Achse beabstandet angeordneten Kontaktstücken, bei dem der Lichtbo gen beim Konditionieren über ein veränderbares magnetisches Querfeld gezielt bewegt wird, ist vorgesehen, dass der Licht bogen beim Konditionieren über ein einstellbares magnetisches Längsfeld gezielt diffuser gemacht wird.
Durch das veränderbare magnetische Querfeld wird die Positi on/Bewegung des Lichtbogens an der Oberfläche des zu konditi onierenden Kontaktstücks gezielt gesteuert. Auf diese Weise kann dafür gesorgt werden, dass der Lichtbogen einen gewähl ten Oberflächenbereich auf einer bestimmten Bahn überfährt. Die Kontaktfläche des Lichtbogens mit der zu konditionieren den Oberfläche des Kontaktstücks kann dabei größer sein als die Ausdehnung der Bahn.
Bei einem diffuseren, also breiteren, Lichtbogen ist auch die Kontaktfläche des Lichtbogens mit der Oberfläche des Kontakt stücks größer. Auf diese Weise wird sichergestellt, dass die Oberfläche des entsprechenden Kontaktstücks möglichst voll ständig vom Lichtbogen abgedeckt/überfahren wird, wobei das Überschmelzen gleichzeitig recht gleichmäßig ist. Der Lichtbogen kann insbesondere so diffus eingestellt wer den, dass sich eine nahezu komplette Bedeckung - und somit Überschmelzung - der Kontaktoberflächen während des Konditio niervorgangs einstellt.
Die Angabe Längsfeld bzw. Querfeld bezieht sich jeweils auf die (gedachte) Achse, auf der die Kontaktstücke angeordnet sind. Diese fällt für viele Vakuumschaltröhren mit deren Längsachse zusammen.
Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung ist der Lichtbogen ein stromstarker Lichtbogen mit einer Stromstärke I im Bereich von 2 kA < I < 100 kA. Ein solcher stromstarker Lichtbogen weist bevorzugt eine Stromstärke I von einigen einzelnen kA bis zu einigen zehn kA auf (kA: Kiloampere). Solche stromstarken Lichtbögen haben in der Regel eine klei nere Kontaktfläche mit dem zu konditionierenden Kontaktstück. Diese Kontaktfläche kann nun mittels des Längsfeldes vergrö ßert werden.
Gemäß einer weiteren bevorzugten Ausführungsform der Erfin dung ist das veränderbare magnetische Querfeld ein rotieren des magnetisches Querfeld. Ein solches rotierendes magneti sches Querfeld ist aus der eingangs erwähnten Patentschrift DE 19714 655 C2 durchaus bekannt.
Gemäß noch einer weiteren bevorzugten Ausführungsform der Er findung wird das magnetische Querfeld und/oder das magneti sche Längsfeld mittels einer Spulenanordnung mit mindestens einer Spule generiert. Die mindestens eine Spule kann eine Luftspule und/oder eine Spule mit Kern sein.
Dabei ist insbesondere vorgesehen, dass das rotierende magne tisches Querfeld ein zweiphasiges oder dreiphasiges magneti sches Drehfeld ist. Zur Erzeugung derartiger Drehfelder wer den zwei bzw. drei Spulenanordnungen benötigt. Bei einem zweiphasigen magnetischen Drehfeld sind z.B. zwei Spulenan- Ordnungen so angeordnet, dass die Mittelachsen der beiden Spulenanordnungen unter einem Winkel von 90° zueinander ver laufen. Dabei können die Ströme, die in beiden Spulenanord nungen fließen, 90° zueinander phasenverschoben sein, wodurch das zweiphasige magnetische Drehfeld entsteht.
Alternativ oder zusätzlich ist mit Vorteil vorgesehen, dass das magnetische Querfeld und/oder das magnetische Längsfeld mittels einer Permanentmagnetanordnung mit mindestens einem Permanentmagneten generiert wird.
Weiterhin ist bevorzugt vorgesehen, dass der Stromfluss bei geschlossenen Kontaktstücken einsetzt und sich der Lichtbogen erst nach dem Öffnen der Kontaktstücke etabliert. Dies ist typisch für die eingangs beschriebene sogenannte Stromkondi tionierung .
Gemäß noch einer weiteren bevorzugten Ausführungsform der Er findung ist zumindest eines der Kontaktstücke als Kontakt scheibe ausgebildet. Die Verwendung von Kontaktscheiben bei den Elektroden von Vakuumschaltröhren hat sich bewährt.
Bei der erfindungsgemäßen Vorrichtung zum Konditionieren von Kontaktstücken für Elektroden einer Vakuumschaltröhre durch Erzeugen eines Lichtbogens zwischen den entlang einer Achse beabstandet angeordneten Kontaktstücken, bei dem die Vorrich tung eine Spulenanordnung mit mindestens einer Spule oder ei ne Permanentmagnetanordnung mit mindestens einem Permanent magneten zur Erzeugung eines veränderbaren magnetischen Quer feldes aufweist, mittels dessen der Lichtbogen beim Konditio nieren gezielt bewegbar ist, ist vorgesehen, dass die Vor richtung weiterhin eine Spulenanordnung mit mindestens einer Spule oder eine Permanentmagnetanordnung mit mindestens einem Permanentmagneten zur Erzeugung eines veränderbaren magneti schen Längsfeldes aufweist, mittels dessen der Lichtbogen beim Konditionieren gezielt diffuser gemacht werden kann. Durch das veränderbare magnetische Querfeld kann mittels der Vorrichtung die Position/Bewegung des Lichtbogens an der Oberfläche des zu konditionierenden Kontaktstücks gezielt ge steuert werden. Auf diese Weise kann dafür gesorgt werden, dass der Lichtbogen einen gewählten Oberflächenbereich auf einer bestimmten Bahn überfährt. Bei einem diffuseren, also breiteren, Lichtbogen kann ein Überlappungsbereich der Bahn eingestellt werden. Auf diese Weise wird sichergestellt, dass die Oberfläche des entsprechenden Kontaktstücks möglichst vollständig vom Lichtbogen überfahren wird, wobei das Über schmelzen gleichzeitig recht gleichmäßig ist.
Die Vorrichtung ist insbesondere eine Vorrichtung zur Durch führung des vorstehend genannten Verfahrens. Die im Zusammen hang mit den Ausführungsformen des Verfahrens genannte Merk male sollen entsprechend auch für die Vorrichtung gelten.
Schließlich ist bei der erfindungsgemäßen Vorrichtung mit Vorteil vorgesehen, dass diese weiterhin eine Gleichstrom quelle zum Erzeugen des Lichtbogens umfasst. Der resultieren de Lichtbogen ist bevorzugt ein stromstarker Lichtbogen mit einer Stromstärke I im Bereich von 2 kA < I < 100 kA. Gerade für solche stromstarken Lichtbögen ist es wichtig, bei einem überlappenden Randbereich eine geringere Diffusität des Lichtbogens zu haben. Die Gleichstromquelle ist für eine ent sprechende Stromstärke (2 kA < I < 100 kA) ausgelegt.
Die oben beschriebenen Eigenschaften, Merkmale und Vorteile dieser Erfindung sowie die Art und Weise, wie diese erreicht werden, werden klarer und deutlicher verständlich im Zusam menhang mit der folgenden Beschreibung von einem Ausführungs beispiel, das im Zusammenhang mit der Zeichnung näher erläu tert wird. Dabei zeigt die
Fig. eine Vorrichtung zum Konditionieren von Kontaktstü cken für Elektroden einer Vakuumschaltröhre gemäß einer Ausführungsform der Erfindung in einer sche matischen Darstellung. Die Fig. zeigt in einer schematischen Darstellung eine Vor richtung 10 zum Konditionieren von Kontaktstücken 12, 14
(kurz: Konditionier-Vorrichtung) für Elektroden 16, 18 von
Vakuumschaltröhren 20. Im hier gezeigten Beispiel können die Kontaktstücke 12, 14 mittels der Konditionier-Vorrichtung 10 in komplett montierten Vakuumschaltröhren 20 konditioniert werden. Die hier nur schematisch dargestellten Kontaktstücke 12, 14 sind insbesondere als Kontaktscheiben ausgebildet. Al ternativ wäre es auch denkbar, dass das einzelne zu konditio nierende Kontaktstück 12 in einer entsprechenden Vakuumkammer der Vorrichtung 10 montiert wird.
Die hier gezeigte Vakuumschaltröhre 20 besitzt im Wesentli chen ein Zylindergehäuse 22 aus isolierendem Material, wel ches sich bezüglich einer Längsachse 22 erstreckt und an den beiden entsprechenden Enden über je einen metallischen Deckel 26, 28 verschlossen ist. An dem einen metallischen Deckel 26 ist eine der Elektroden 16 ortsfest angebracht. Diese Elekt rode 16 ist die ortsfeste Elektrode mit dem ortsfesten Kon taktstück 12.
An dem unteren Deckel 28 ist ein Ende eines Faltenbalges 30 befestigt, dessen anderes Ende mit der als bewegbare Elektro de ausgebildeten Elektrode 18 verbunden ist, die das bewegba re Kontaktstück 14 trägt. Innerhalb des Gehäuses 22 befindet sich eine etwa zylinderförmige Abschirmung 32.
An die beiden Elektroden 16, 18 ist eine Stromquelle 34 elektrisch angeschlossen, mit der Gleichstrom beider Polari täten erzeugt werden kann (Gleichstromquelle).
Die Vorrichtung 10 umfasst weiterhin eine als Spulenpaar aus gestaltete Spulenanordnung. Beidseitig zu dem Gehäuse 22 be finden sich Spulen 36, 38 dieses Spulenpaares, die parallel zueinander verlaufen bzw. deren Achsen miteinander fluchten, wodurch ein Querfeld 40 erzeugt werden kann, welches gemäß Pfeilrichtung von der linken Spule 36 zur rechten Spule 38 verläuft.
Wenn zwischen den geöffneten Kontaktstücken 12, 14 mit geeig neter Stromstärke I ein diffuser Lichtbogen 42 entsteht, dann werden durch den diffuse Lichtbogen 42 auf der Oberfläche des entsprechenden Kontaktstücks 12 bzw. der Kontaktstücke 12, 14 befindliche Schmutzpartikel jeder Art aufgeschmolzen, ver dampft und nach außen auf die Abschirmung 32, die Getterwir kung besitzt, bewegt, sodass sie dort niederschlagen. Darüber hinaus werden auch Teile der Kontaktstückoberfläche der bei den Kontaktstücke 12, 14 aufgeschmolzen und verdampft, durch welchen Metalldampf die reinen Kupferteile beispielsweise der Elektroden 16, 18 mit dem Kontaktmaterial beschichtet werden. In besonders vorteilhafter Ausgestaltung ist das Kontaktmate rial Cu/Cr, welches als Sinterstruktur vorhanden ist.
Zur Konditionierung werden die Elektroden 16, 18 der Vakuum schaltröhre 20 mit einem Gleichstrom zunächst mit der einen und danach mit der anderen Polarität beaufschlagt, sodass der Stromfluss im Lichtbogen 42 in der einen und in der anderen Richtung - nacheinander - verläuft.
Aufgrund des Querfeldes 40 werden die einzelnen Lichtbogenab schnitte des diffusen Lichtbogens 42 über die Oberfläche des entsprechenden Kontaktstücks 15 bewegt, wodurch ein systema tisches Entfernen der Schmutzpartikel über die gesamte Ober fläche ermöglicht wird.
Die Spulen 36, 38 können der Vakuumschaltröhre 20 auch so zu geordnet sein, dass die Mittelachsen der beiden Spulen 36, 38 unter einem Winkel von 90° zueinander verlaufen. Dabei können die Ströme, die in beiden Spulen fließen, 90° zueinander pha senverschoben sein, wodurch das „zweiphasige" magnetische Drehfeld entsteht. Eine derartige Anordnung der Spulen 36, 38 ist aus der eingangs erwähnten DE 19714 655 C2 bekannt. In entsprechender Weise kann auch ein dreiphasiges Drehfeld er- zeugt werden. In diesem Fall sind die Spulen 36, 38 - abwei chend von der Darstellung der Fig. (orts-)fest angeordnet.
Im Beispiel der Fig. sind die Spulen 36, 38 des Spulenpaares an einer um die Achse 24 drehbar gelagerten Basis 44 über entsprechende Arme 46, 48 um die Vakuumschaltröhre 20 rotier bar angeordnet. Die Basis 44 ist dabei auf einer Drehstütze 50 fest aufgebaut, die ihrerseits über ein Drehlager 52 dreh bar gelagert ist und über einen Antriebsmotor 54 angetrieben wird.
Mittels einer derartigen mechanischen Drehanordnung mit den Komponenten Basis 44, Arme 46, 48, Drehstütze 50, Drehlager 52 und Antriebsmotor 54 kann ein entsprechend rotierendes Querfeld 40 nicht nur mittels einer Spulenanordnung mit Spu len 36, 38 sondern auch mittels einer (hier nicht gezeigten) Permanentmagnetanordnung mit mindestens einem Permanentmagne ten erzeugt werden. Ein entsprechender Aufbau ist ebenfalls aus der eingangs erwähnten DE 19714 655 C2 bekannt.
In der eingangs erwähnten Patentschrift DE 19714 655 C2 wird weiterhin erwähnt, dass mit einer Stromstärke des von der Gleichstromquelle 34 erzeugten Gleichstroms von ca. 0,1 kA bis 2 kA, einer Einwirkdauer, bei dem der Lichtbogen 24 bren nen soll, von zwischen 0,5 Sekunden bis 200 Sekunden und ei nem Abstand der beiden Kontaktstücke 12, 14 zwischen 1 mm und 3 mm gute Konditionierungsergebnisse erzielt werden können.
Möchte man nun einen stromstarken Lichtbogen 42 mit deutlich mehr als 2kA verwenden, z.B. mit 2,5 kA < I < 100 kA so muss man die Diffusität dieses stromstarken Lichtbogens 42 zur Konditionierung erhöhen.
Dazu weist die Vorrichtung 10 eine weitere Spulenanordnung auf, die hier im Beispiel ebenfalls als Spulenpaar ausgebil det ist. Die Spulenanordnung/das Spulenpaar weist zwei Spulen 56, 58 zur Erzeugung eines veränderbaren magnetischen Längs feldes 60 auf, mittels dessen der Lichtbogen 42 beim Konditi- onieren gezielt diffuser gemacht, also aufgeweitet, werden kann. Die Achsen der Spulen 56,58 dieser weiteren Spulenano rdnung fluchten miteinander und mit der Achse 24 der Vakuum schaltröhre 20.
Die Diffusität des stromstarken Lichtbogens 42 wird zur Kon ditionierung über die Stärke des generierten Längsfeldes 60 eingestellt.
Neben den dargestellten und bereits genannten Komponenten weist die Vorrichtung 10 weiterhin (nicht dargestellte) Stromquellen für die Spulen 36, 38; 56, 58 und eine (eben falls nicht dargestellte) Kontrolleinrichtung zum koordinier ten Durchführen der Konditionierung auf. Eine solche Kontrol leinrichtung wird auch als Steuergerät bezeichnet. Diese Kon trolleinrichtung steuert die diversen Stromquellen, darunter auch die Gleichstromquelle 34, an.
Im Folgenden sollen entscheidende Aspekte der Erfindung noch einmal mit anderen Worten wiedergegeben werden:
Um in verhältnismäßig kurzer Zeit eine gleichmäßige Konditio nierung zu erreichen, wird die Lichtbogenbewegung erfindungs gemäß gezielt durch externe Magnetfelder 40 gesteuert. Beson ders geeignet sind hier radial zur gewünschten Laufrichtung des Lichtbogens gerichtete magnetische Drehfelder (zweiphasig oder dreiphasig). Besonders vorteilhaft ist dieses Verfahren, da die umgesetzte Ladung (Stromstärke I x Zeit) während der Konditionierung deutlich reduziert wird und in der Folge auch die Bedampfung von Keramikisolatoren erheblich reduziert wird.
Weiterhin ist die Erhöhung der Diffusität eines stromstarken Lichtbogens 42 (einige einzelne kA bis einige zehn kA) zur Konditionierung der Kontaktstücke 12, 14 durch ein zusätzli ches axiales Magnetfeld 60 vorgesehen. Eine höhere Diffusität des Lichtbogens 42 hat zur Folge, dass sich eine nahezu kom- plette Bedeckung (und somit Überschmelzung) der Kontaktober flächen während des Konditioniervorgangs einstellt.
Die Konditionierung ist insbesondere eine sogenannte Strom- konditionierung.
Bezugszeichenliste:
10 Konditionier-Vorrichtung 12 Kontaktstück 14 Kontaktstück 16 Elektrode (fest)
18 Elektrode (bewegbar)
20 Vakuumschaltröhre 22 Gehäuse 24 Achse 26 Deckel 28 Deckel 30 Faltenbalg 32 Abschirmung 34 Gleichstromquelle 36 Radialspule 38 Radialspule 40 Querfeld 42 Lichtbogen 44 Basis 46 Arm
48 Arm
50 Drehstütze 52 Drehlager 54 Antriebsmotor 56 Axialspule 58 Axialspule 60 Längsfeld

Claims

Patentansprüche
1. Verfahren zum Konditionieren von Kontaktstücken (12, 14) für Elektroden (16, 18) einer Vakuumschaltröhre (20) durch Erzeugen eines Lichtbogens (42) zwischen den entlang einer Achse (24) beabstandet angeordneten Kontaktstücken (12, 14), wobei der Lichtbogen (42) beim Konditionieren über ein verän derbares magnetisches Querfeld (40) gezielt bewegt wird, dadurch gekennzeichnet, dass der Lichtbogen (42) beim Konditionieren über ein einstellba res magnetisches Längsfeld (60) gezielt diffuser gemacht wird.
2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Lichtbogen ein Lichtbogen mit einer Stromstärke I im Bereich von 2 kA < I < 100 kA ist.
3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass das veränderbare magnetische Querfeld (40) ein rotierendes magnetisches Quer feld (40) ist.
4. Verfahren nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass das rotierende mag netisches Querfeld (40) ein zweiphasiges oder dreiphasiges magnetisches Drehfeld ist.
5. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass das magnetische Querfeld (40) und/oder das magnetische Längsfeld (60) mittels einer Spulenanordnung mit mindestens einer Spule (36, 38, 56, 58) generiert wird.
6. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass das magnetische Querfeld (40) und/oder das magnetische Längsfeld (60) mittels einer Permanentmagnetanordnung mit mindestens einem Perma nentmagneten generiert wird.
7. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass der Stromfluss bei geschlossenen Kontaktstücken (12, 14) einsetzt und sich der
Lichtbogen erst nach dem Öffnen der Kontaktstücke etabliert.
8. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, dass zumindest eines der Kontaktstücke (12, 14) als Kontaktscheibe ausgebildet ist.
9. Vorrichtung (10) zum Konditionieren von Kontaktstücken (12, 14) für Elektroden (16, 18) einer Vakuumschaltröhre (20) durch Erzeugen eines Lichtbogens (42) zwischen den entlang einer Achse (24) beabstandet angeordneten Kontaktstücken (12, 14), insbesondere zur Durchführung des Verfahrens nach einem der Ansprüche 1 bis 7, wobei die Vorrichtung (10) eine Spu lenanordnung mit mindestens einer Spule (36, 38) oder eine Permanentmagnetanordnung mit mindestens einem Permanentmagne ten zur Erzeugung eines veränderbaren magnetischen Querfeldes (40) aufweist, mittels dessen der Lichtbogen (42) beim Kondi tionieren gezielt bewegbar ist, dadurch gekennzeichnet, dass die Vorrichtung (10) weiterhin eine Spulenanordnung mit min destens einer Spule (56, 58) oder eine Permanentmagnetanord nung mit mindestens einem Permanentmagneten zur Erzeugung ei nes veränderbaren magnetischen Längsfeldes (60) aufweist, mittels dessen der Lichtbogen (42) beim Konditionieren ge zielt diffuser gemacht werden kann.
10. Vorrichtung nach Anspruch 9, gekennzeichnet durch eine Gleichstromquelle (34) zum Erzeugen des Lichtbogens (42).
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