EP0104134A2

EP0104134A2 - Vakuumschaltröhre mit Ringteil und diametralem Steg der Schaltstücke

Info

Publication number: EP0104134A2
Application number: EP83730080A
Authority: EP
Inventors: Karl Dr. rer. nat. Zückler
Original assignee: Siemens AG; Siemens Corp
Current assignee: Siemens AG; Siemens Corp
Priority date: 1982-09-21
Filing date: 1983-08-19
Publication date: 1984-03-28
Also published as: DE3235298A1; US4508945A; JPS5978419A; EP0104134A3

Abstract

Eine Vakuumschaltröhre besitzt Schaltstücke (6, 12), von denen jedes einen Ringteil (13, 19) und einen diametralen Steg (14, 18) besitzt, der mit einem Stromzuführungsbolzen (5, 6) verbunden ist. An jedem der Schaltstücke gehen in rechtwinkliger Stellung zu dem Quersteg (14) von dem Ringteil (13) Arme (15, 17) aus, an denen eine Kontaktplatte (16) angebracht ist. Diese besitzt einen Außendurchmesser, der etwa dem Innendurchmesser des Ringteiles (13) entspricht. Die Schaltstücke besitzen bei leichter Herstellbarkeit und guter mechanischer Festigkeit die Eigenschaft, daß auf der gesamten Kontaktfläche ein axiales Magnetfeld erzeugt wird, dessen Polarität von Quadrant zu Quadrant wechselt. Die Schaltstücke eignen sich besonders für Leistungsschalter im Bereich mittlerer Spannungen.

Description

Die Erfindung betrifft eine Vakuumschaltröhre mit zwei relativ zueinander bewegbaren Schaltstücken, die jeweils einen Ringteil und einen diesen mit einem Stromzuführungsbolzen verbindenden diametralen Steg sowie eine zylinderscheibenförmige Kontaktplatte aufweisen, die mit dem Ringteil durch von diesem ausgehende Vorsprünge mechanisch und elektrisch leitend verbunden ist.
Eine Vakuumschaltröhre mit diesen Merkmalen ist beispielsweise durch die DE-A-29 46 800 bekanntgeworden. Die Wirkungsweise dieser Anordnung beruht auf der Erzeugung eines bezüglich der Achse der Schaltstückanordnung axial gerichteten Magnetfeldes, das einer Kontraktion der Schaltlichtbögen bei hohen Stromstärken entgegenwirkt. Die Lichtbögen bleiben infolgedessen diffus und können keinen starken örtlichen Abbrand an den Kontaktplatten hervorrufen. Durch ihren mehrteiligen Aufbau erweisen sich jedoch Schaltstücke dieser Art als verhältnismäßig schwierig herstellbar. Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, die Herstellbarkeit und zugleich die Wirksamkeit der Schaltstücke zu verbessern.
Gemäß der Erfindung wird diese Aufgabe dadurch gelöst, daß an jedem der Schaltstücke die Kontaktplatte ungeschlitzt ausgeführt ist und einen geringeren Durchmesser als der Ringteil besitzt und daß die Vorsprünge als zum Rand der Kontaktplatte führende Arme ausgebildet sind. Durch den Wegfall der Schlitzung gewinnt die Kontaktplatte an mechanischer Stabilität; obwohl sich wegen des Fehlens der Schlitze eine weniger vorherbestimmbare Stromverteilung ergibt, ist dennoch eine verbesserte Wirkungsweise dadurch sichergestellt, daß ein größerer Teil der Fläche der Kontaktplatte von dem axialen Magnetfeld durchsetzt wird als bisher. Hier ist nämlich am äußeren Umfang der Kontaktplatte das Magnetfeld sehr schwach, weil dieses erst am inneren Umfang des Ringteiles in voller Höhe ansteht.
Es erweist sich als für die Wirksamkeit und für die Herstellbarkeit gleichermaßen zweckmäßig, wenn der Außendurchmesser der Kontaktplatte etwa dem Innendurchmesser des Ringteiles entspricht. Bei dieser Bemessung der Kontaktplatte und des Ringteiles ist das axiale Magnetfeld bereits am Rand der Kontaktplatte in voller Höhe vorhanden. Zugleich können bei dieser Gestaltung der Ringteil und die Kontaktplatte als einheitlicher Körper, z. B. als Gußstück, herge- _'stellt werden. An sich ist es bereits bekannt, bei Vakuumschaltröhren mit einem Ringteil jeden Schaltstückes und einem diametralen Steg zu diesen rechtwinklig verlaufende Arme vorzusehen, die bis nahe an den diametralen Steg reichen und an denen die Kontaktplatte angebracht ist (IEEE Trans. Power Apparatus and Systems , Vol. PAS 99, 6 (1980), Seiten 2079 bis 2085). Auch bei dieser Anordnung ist das axiale Magnetfeld in vier Quadranten einander entgegengesetzter Polarität unterteilt. Günstig ist hieran die Schwächung des Restmagnetfeldes in der Kontaktplatte zur Zeit des Stromnulldurchganges. Dies erleichtert die Löschung des Lichtbogens, da die restlichen Ladungsträger schneller wegdiffundieren können., wenn sie nicht mehr magnetisch abgelenkt werden. Andererseits ist der mechanische Aufbau dieses bekannten Schaltstückes komplizierter und mechanisch weniger belastbar.
Nach einer Weiterbildung der Erfindung können zwei nach der Erfindung gestaltete Schaltstücke einander derart gegenüberstehend angeordnet und geführt werden, daß sich die diametralen Stege der Ringteile rechtwinklig kreuzen. Man erreicht auf diese Weise, daß die von den Schaltstücken erzeugten Magnetfelder überall die gleiche Richtung haben und infolgedessen anziehende Kräfte auftreten. Dadurch werden unerwünschte Abhebungen der Schaltstücke unter dem Einfluß von Stoßströmen vermieden.
Die Erfindung wird im folgenden anhand des in den Figuren dargestellten Ausführungsbeispieles näher erläutert.
Die Fig. 1 zeigt eine Vakuumschaltröhre in vereinfachter Darstellung im Schnitt.
Die Fig. 2 zeigt eine perspektivische Darstellung eines Viertels eines der in der Fig. 1 gezeigten Schaltstücke.
Die Fig.- 3 zeigt in einer auseinandergezogenen Darstellung eine Draufsicht auf den Ringteil eines Schaltstückes und die zugehörige Kontaktplatte sowie die auftretenden Richtungen des magnetischen Feldes.
Die Vakuumschaltröhre 1 gemäß der Fig. 1 weist einen mittleren Metallzylinder 2 und hieran beidseitig anschließend Isolierkörper 3 auf. Mit einer unteren Abschlußplatte 4 ist ein Stromzuführungsbolzen 5 verbunden, dessen äußeres Ende mit einer Anschlußvorrichtung für den zu schaltenden Stromkreis zu verbinden ist. An dem inneren Ende des Stromzuführungsbolzens 5 befindet sich ein feststehendes Schaltstück 6 mit einem Ringteil 13 und einem diametralen Steg 14. Der obere Isolierkörper 3 ist mit einer weiteren Abschlußplatte 7 versehen, in der ein weiterer Stromzuführungsbolzen 10 in axialer Richtung verschiebbar geführt ist. Zur Abdichtung der Vakuumschaltröhre 1 gegenüber der Umgebung dient ein Faltenbalg 11, dessen eines Ende mit der Abschlußplatte 7 und dessen anderes Ende mit dem Stromzuführungsbolzen 10 verbunden ist. In bekannter Weise kann je nach der gewählten Ausführung der Teile der elektrische Anschluß an der Abschlußplatte 7 oder an dem äußeren Ende des Stromzuführungsbolzens 10 erfolgen. An dem inneren Ende dieses Stromzuführungsbolzens befindet sich ein bewegbares Schaltstück 12, das gleichfalls einen Ringteil 18 und einen diametralen Steg 19 besitzt. Die diametralen Stege 14 und 19 werden im folgenden verkürzt als Querstege bezeichnet.
In der Fig. 2 ist ein Viertel des in der Fig. 1 gezeigten Schaltstückes 6 perspektivisch dargestellt. Wie man erkennt weist das Schaltstück 6 einen Ringteil 13 auf, der mit dem Stromzuführungsbolzen 5 über einen Quersteg 14 in Verbindung steht. Der Quersteg 14 ist niedriger als der Ringteil 13 und besitzt etwa dessen halbe Höhe. An seiner Unterseite ist der Quersteg 14 zu dem Stromzuführungsbolzen 5 abgeschrägt ausgebildet, um gute Festigkeitseigenschaften .der Anordnung zu erzielen. In rechtwinkliger Erstreckung zu dem Quersteg 14 geht vom oberen Rand des Ringteiles 13 ein abgewinkelter Arm 15 aus, der die Verbindung zu einer Kontaktplatte 16 bildet. Es ist zu beachten, daß ein weiterer Arm 17 vorhanden ist, der in Fig. 2 wegen der perspektivischen Vierteldarstellung nicht erkennbar ist, dessen Anordnung jedoch aus der Fig. 3 hervorgeht. Sowohl die Fig. 2 als auch die Fig. 3 zeigt, daß die Kontaktplatte 16 so bemessen ist, daß ihr Außendurchmesser dem Innendurchmesser des Ringteils 13 entspricht. In bekannter Weise ist die Kontaktplatte 16 mit einer für das Schalten im Vakuum besonders geeigneten Auflage 20 versehen, die vorzugsweise aus einem Chrom-Kupferverbundwerk stoff bestehen kann.
Zum Verständnis der Wirkungsweise der neuen Vakuumschaltröhre sei angenommen, daß ein Strom in den Stromzuführungsbolzen 5 von unten eintritt. Dieser Strom verteilt sich über den Quersteg 14 gemäß den in Fig. 3 eingetragenen Pfeilen. Wie man erkennt, gelangt der Strom über die als Einspeisestellen wirkenden Arme 15 und 17 zu der Kontaktplatte 16. Auf diese Weise wechselt die Stromrichtung innerhalb des Ringteiles 13 von Quadrant zu Quadrant, so daß axialgerichtete Magnetfelder erzeugt werden, deren Richtungen gleichfalls von Quadrant zu Quadrant wechseln. Die Richtungen der Ströme und der Magnetfelder sind praktisch unabhängig von der Stelle, an der beim Schalten der Lichtbogen zwischen den Kontaktplatten 16 bzw. der Kontaktauflage 20 der Schaltstücke 6 und 12 (Fig. 1) steht. Eine Ausnahme bildet der Fall, daß ein Schaltlichtbogen unmittelbar über einer der Einspeisestellen, d, h. an der Einmündung eines der Arme 15. oder 17 in die Kontaktplatte 16 entsteht. In diesem Fall fließt der gesamte Strom nur über die eine Hälfte des Ringteiles 13. Schädliche Folgen der Zündung des Lichtbogens an diesen Stellen werden jedoch dadurch vermieden, daß die zusammenwirkenden Schaltstücke 6 und 12 relativ zueinander um 90 gedreht montiert sind. Dies ist in der Fig. 1 an der Stellung des Quersteges 14 des Schaltstückes 6 und des Quersteges 19 des Schaltstückes 12 erkennbar. Hierdurch wird erreicht, daß der Lichtbogen der Wirkung des von dem Quersteg des gegenüberliegenden Schaltstückes erzeugten radialen Magnetfeldes ausgesetzt wird, das den Lichtbogen bewegt und verhindert, daß das Kontaktmaterial zu stark aufgeschmolzen wird.
Die Versetzung der zusammenwirkenden Schaltstücke um 90° hat die weitere vorteilhafte Folge, daß in den sich jeweils gegenüberliegenden Quadranten der Ringteile der Schaltstücke in gleicher Richtung fließende Ströme vorhanden sind. Infolgedessen ziehen sich die Schaltstücke an, wodurch Kontaktabhebungen unter dem Einfluß von Stoßströmen vermieden werden. Ferner herrscht im ganzen Kontaktzwischenraum das erwünschte axiale Magnetfeld. Dieses ist im übrigen bereits am äußeren Rand der Kontaktplatten 16 voll wirksam, weil der Durchmesser der Kontaktplatten etwa dem Innendurchmesser der Ringteile entspricht.
Die verhältnismäßig einfache Form der neuen Schaltstücke ermöglicht eine wirtschaftliche Herstellung nach verschie-denen bekannten Verfahren. Bei geeigneter Gestaltung einer Form können die Schaltstücke z. B. als einteilige Gußkörper hergestellt werden, auf die nur noch die Kontaktauflagen aufzubringen sind. Ferner ist eine zweiteilige Herstellung möglich, bei der z. B. der Ringteil mit dem Quersteg und dem Armen als Gußkörper hergestellt wird an dem anschließend die Kontaktplatte befestigt wird.

Claims

1. Vakuumschaltröhre (1) mit zwei relativ zueinander bewegbaren Schaltstücken (6,12), die jeweils einen Ringteil (13, 18) und einen diesen mit einem Stromzuführungsbolzen verbindenden diametralen Steg (14, 19) sowie eine zylinderscheibenförmige Kontaktplatte (16) aufweisen, die mit dem Ringteil durch von diesem ausgehende Vorsprünge mechanisch und elektrisch leitend verbunden ist, dadurch gekennzeichnet , daß an jedem der Schaltstücke (z.B. 6) die Kontaktplatte (16) ungeschlitzt ausgeführt ist und einen geringeren Durchmesser als der Ringteil (13) besitzt und daß die Vorsprünge als zum Rand der Kontaktplatte (16) führende Arme (15, 17) ausgebildet sind.

2. Vakuumschaltröhre nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet , daß der Außendurchmesser der Kontaktplatte (16) etwa dem Innendurchmesser des Ringteiles (13) entspricht.

3. Vakuumschaltröhre nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet , daß beide zusammenwirkenden Schaltstücke (6, 12) einander derart gegenüberstehend angeordnet und geführt sind, daß sich die diametralen Stege (14, 18) der Ringteile (13, 19) rechtwinklig kreuzen.