Vakuumschaltröhre mit einer Spule zum Erzeugen eines Magnetfeldes

Beschreibung

[0001] Die Erfindung betrifft eine Vakuumschaltröhre mit einem feststehenden Schaltstück und einem relativ zu diesem geradlinig bewegbar angeordneten beweglichen Schaltstück sowie mit einer von dem zu schaltenden Strom durchflossenen Spule zum Erzeugen eines den Raum zwischen den Schaltstücken axial durchsetzenden Magnetfeldes, wobei die Spule zum Teil ortsfest angeordnet und der verbleibende Teil mit gleichem Windungssinn an dem beweglichen Schaltstück angeordnet ist.

[0002] Eine Vakuumschaltröhre dieser Art ist durch die EP-A-0 073 925 bekannt geworden. Die Spule ist hierbei zu gleichen Teilen Bestandteil der Schaltstücke. In bekannter Weise hat das axial gerichtete Magnetfeld die Aufgabe, beim Schalten hoher Ströme eine Kontraktion des Lichtbogens zu vermeiden. Durch Hilfsschaltstellen innerhalb der Schaltstücke werden die Spulen erst beim Ausschalten wirksam. Dadurch werden Stromwärmeverluste im geschlossenen Zustand der Schaltstücke verringert.

[0003] Sollen jedoch Hilfsschaltstellen vermieden werden, so entsteht das Problem, daß der Leiterquerschnitt der Spulen groß sein muß, wenn eine unzulässige Erwärmung bei hoher Tragfähigkeit für den Nennstrom gering bleiben soll und daß sich die hieraus ergebende größere zu bewegende Masse erhöhte Anforderungen an die Antriebsvorrichtung eines Vakuumschalters stellt.

[0004] Es ist ferner eine Vakuumschaltröhre mit felderzeugenden Spulen bekannt geworden (US-A-3 372 259 = FR-A-1 484 018), bei der zwei konzentrische Ringe als Schaltstücke verwendet werden. Die Kontaktgabe erfolgt dadurch, daß der innere Ring durch eine seitliche Bewegung an der inneren Ringfläche des umgebenden ringförmigen Schaltstückes zur Anlage gelangt. Hierbei steht nur eine relativ kleine Kontaktfläche zur Verfügung, die weder für eine zu fordernde hohe Tragfähigkeit für den Nennstrom noch für die angestrebte Bildung eines diffusen Lichtbogens günstig ist. Die Spulen sind jeweils mit dem Durchmesser des zugehörigen ringförmigen Schaltstükkes ausgebildet und daher unterschiedlich groß. Auch hierbei ist das bewegbare Schaltstück mit einer beträchtlichen zusätzlichen Masse behaftet.

[0005] Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine mit axialem Magnetfeld arbeitende Vakuumschaltröhre der eingangs genannten Art zu schaffen, die verlustarm und mit möglichst geringem magnetischen Restfeld im Stromnulldurchgang arbeitet und die ein massearmes bewegliches Schaltstück aufweist. Diese Aufgabe wird gemäß der Erfindung dadurch gelöst, daß die Spule zum überwiegenden Teil ortsfest angeordnet und der verbleibende Teil an dem beweglichen Schaltstück angeordnet ist. Auf diese Weise wird ohne Verwendung ferromagnetischer Körper erreicht, daß das Magnetfeld den Raum zwischen den Schaltstücken annähernd axial durchsetzt. Obwohl die Spule aus zwei durch den Lichtbogen in Reihe geschalteten Teilstücken besteht, verhält sie sich im wesentlichen wie eine einheitliche Spule. Da an dem beweglichen Schaltstück nur ein geringer Teil der gesamten Amperewindungszahl der Spule unterzubringen ist, läßt sich dieses Schaltstück auf einfache Weise massearm und verlustarm ausführen.

[0006] Der ortsfeste und bewegliche Teil der Spule können in ähnlicher Weise ausgeführt werden, wie dies beim Bau von Vakuumschaltröhren an sich bekannt ist. Insbesondere kann der ortsfeste Teil der Spule als Stromzuführung zu dem feststehenden Schaltstück ausgebildet sein und kann eine geschlitzte Kontaktplatte aufweisen, deren Durchmesser etwa den mittleren Durchmesser der Spulenwindungen der ortsfesten Teilspule entspricht. Durch die Bemessung der Kontaktplatte ist sichergestellt, daß bereits am äußersten Rand der Kontaktplatte ein Magnetfeld ausreichender Stärke vorhanden ist. Für den angestrebten Bereich hoher bis sehr hoher Schaltströme empfiehlt sich eine mehrgängige Ausführung des ortsfesten Teiles der Spule. Dadurch entstehen mehrere parallele Strombahnen. Durch die Schlitzung der Kontaktplatte lassen sich in bekannter Weise magnetische Restfelder zur Zeit des Stromnulldurchganges unterdrücken, die sich ungünstig auf Lichtbogenlöschung auswirken.

[0007] Der verbleibende, an dem beweglichen Schaltstück unterzubringende Teil der Spule kann in bekannter Weise durch eine topfförmige Ausgestaltung des beweglichen Schaltstückes erreicht werden, wobei die Wandung des Schaltstückes schräg geschlitzt und mit einer ebenen Kontaktplatte abgedeckt ist. Wesentlich ist hierbei die Anordnung der Schlitze in der Art, daß das erzeugte Magnetfeld gleichsinnig mit dem Magnetfeld des ortsfesten Spulenteiles verläuft.

[0008] Es empfiehlt sich, die ortsfest angeordnete Teilspule an einem stromführend ausgebildeten Abschlußflansch des Gehäuses der Vakuumschaltröhre zu befestigen. Hierdurch werden sowohl die Stromeinleitung in die ortsfeste Teilspule, insbesondere bei mehrgängiger Ausbildung, als auch eine gute Wärmeableitung sichergestellt.

[0009] Die Erfindung wird im folgenden an Hand des in den Figuren dargestellten Ausführungsbeispieles näher erläutert.

[0010] Die Figur 1 zeigt eine Vakuumschaltröhre schematisch im Schnitt.

[0011] In der Figur 2 ist eine ortsfeste Spule abgewikkelt dargestellt.

[0012] Die Figuren 3 und 4 zeigen Beispiele für geschlitzte Kontaktplatten.

[0013] Die in der Figur 1 gezeigte Vakuumschaltröhre 1 weist ein aus Metallteilen und Keramikteilen zusammengesetztes Gehäuse 2 auf. Ein oberer Abschlußflansch 3 trägt außen einen mit Gewinde versehenden Anschlußbolzen 4 und im Inneren des Gehäuses 2 eine feststehende Teilspule 5. Diese ist mit einem großen Querschnitt ausgeführt, um mit geringen Stromwärmeverlusten ein starkes Magnetfeld erzeugen zu können. Eine den Beanspruchungen entsprechende mechanische Festigkeit der Spule wird durch zwischen den Windungen angeordnete Stützkörper 6 erzielt. Die Spule ist mehrgängig, d.h. im vorliegenden Fall mit vier parallelen Zweigen, ausgeführt, wie dies in der Figur 2 anhand einer Abwicklung verdeutlicht ist. Die parallelen Zweige sind in Figur 2 mit 5a, 5b, 5c und 5d bezeichnet. Die dem Abschlußflansch 3 abgewandte Seite der Teilspule 5 ist mit einem Schaltstück 7 verbunden, dessen Kontaktplatte 8 etwa den mittleren Durchmesser der Spulenwindungen aufweist. Diese Kontaktplatte kann aus einem für das Schalten im Vakuum besonders geeigneten Werkstoff, z.B. einem Chrom-Kupfer-Verbundwerkstoff, bestehen. Ein solcher Werkstoff kann auch auf eine mechanisch festere Trägerplatte aufgebracht sein. Ferner kann im Inneren der Teilspule 5 ein elektrisch nicht leitender oder nur schlecht leitender Stützkörper zur Abstützung der Kontaktplatte 8 angeordnet sein.

[0014] An der dem Abschlußflansch 3 gegenüberliegenden Seite des Gehäuses 2 befindet sich ein unterer Abschlußflansch 9, an dem mit Hilfe eines nicht näher dargestellten Gleitlagers ein beweglicher Stromzuführungsbolzen 10 als Träger eines beweglichen Schaltstückes 11 verschiebbar geführt ist. Ein Federbalg 19 ermöglicht in bekannter Weise die zum Aus- und Einschalten erforderliche Bewegung des Stromzuführungsbolzens 10 in Richtung des Doppelpfeiles 23 und dichtet zugleich den Innenraum der Schaltröhre 1 gegenüber der umgebenden Atmosphäre vollkommen ab. Das bewegliche Schaltstück 11 ist weitgehend wie die bekannten Topfkontaktstücke gestaltet. Die Wandung 12 ist mit schräg zur Schaltstückachse verlaufenden Schlitzen 13 versehen, die den Strom veranlassen, seine Fließrichtung derart zu verändern, daß das Schaltstück die Eigenschaft einer Spulenwindung erhält. An seiner der feststehenden Kontaktplatte 7 zugewandten Seite trägt das bewegliche Schaltstück 11 gleichfalls eine Kontaktplatte 14 mit einem der Kontaktplatte 7 entsprechenden Durchmesser.

[0015] Die Kontaktplatten 8 und 14 können zur Vermeidung von Wirbelströmen geschlitzt sein. Eine solche Schlitzung kann in bekannter Weise beispielsweise gemäß der Figur 3 radial oder gemäß der Figur 4 (Kontaktplatten 18 und 24) so angeordnet sein, daß die Schlitze am Rand der Kontaktplatte beginnen und am Zentrum vorbeiführen. Diese und weitere Beispiele sind der US-PS 39 46 179 zu entnehmen.

[0016] Der die Schaltstücke umgebende Teil des Gehäuses 2 ist durch einen Metallmantel 15 gebildet, an den sich in Richtung zu dem oberen Abschlußflansch 3 ein keramischer Hohlisolator 16 und in Richtung zu dem unteren Abschlußflansch ein weiterer keramischer Hohlisolator 17 anschließt. Die Verbindungen zwischen allen Teilen des Gehäuses 2 können in bekannter Weise durch Löten gebildet sein. An den Übergangsstellen zwischen dem Metallmantel 15 und den Hohlisolatoren 16 und 17 sind zur Vermeidung von Konzentrationen des elektrischen Feldes Schirmringe 20 bzw. 21 angebracht.

[0017] Die beschriebene Schaltröhre wirkt in folgender Weise: Der Einschaltzustand wird durch Aufwärtsbewegung des Stromzuführungsbolzens 10 herbeigeführt. Zwischen dem oberen Anschlußbolzen 4 und dem Gewindezapfen 22 des Stromzuführungsbolzens 10 wird dann eine durchgehende Strombahn gebildet, die den oberen Abschlußflansch 3, die Teilspule 5, die Kontaktplatte 8, die Kontaktplatte 14, die geschlitzte Wandung 12 als bewegliche Teilspule sowie den Stromzuführungsbolzen 10 umfaßt. Die in diesem geschlossenen Zustand auftretenden Stromwärmeverluste werden dadurch verhältnismäßig gering gehalten, daß die Teilspule 5 mit einem bewußt großen Querschnitt ausgeführt ist. Da die Strombahn frei von ferromagnetischen Teilen ist, treten zusätzlichen Verluste nicht auf. Wird der in der Figur 1 gezeigte Ausschaltzustand durch Abwärtsbewegung des Stromzuführungsbolzens 10 herbeigeführt, so entsteht zwischen den Kontaktplatten 8 und 14 der Abschaltlichtbogen. Dieser befindet sich im Bereich des gleichsinnig mit der Längsachse der Schaltstückanordnung verlaufenden Magnetfeldes, das durch die Teilspule 5 und das gleichsinnig mit dieser wirkende bewegliche Schaltstück 11 als bewegliche Teilspule erzeugt wird. Beide Teilspulen sind durch den Lichtbogen in Reihe geschaltet, so daß die Feldlinien - von der Teilspule 5 aus gesehen - erst hinter dem beweglichen Schaltstück 11 ihre Richtung ändern. Ein gewisser Streufluß, der im geöffneten Zustand der Schaltstücke im Raum zwischen denselben auftritt, ist für die Wirksamkeit der Anordnung nur von geringer Bedeutung.

[0018] Wie ohne weiteres zu erkennen ist, kann die beschriebene Kontakt- und Spulenanordnung unabhängig von einer bestimmten Gehäusebauform angewandt werden. Das beschriebene Gehäuse 2 stellt somit nur ein Beispiel dar, das sowohl hinsichtlich der angegebenen Werkstoffe als auch der Bauform abgewandelt werden kann. Ferner kann die an dem beweglichen Schaltstück 11 befindliche Teilspule anders ausgeführt sein, als dies im Ausführungsbeispiel dargestellt ist.

Ansprüche

1. Vakuumschaltröhre (1) mit einem feststehenden Schaltstück (7) und einem relativ zu diesem geradlinig bewegbar angeordneten beweglichen Schaltstück (11) sowie mit einer von dem zu schaltenden Strom durchflossenen Spule (5) zum Erzeugen eines den Raum zwischen den Schaltstükken axial durchsetzenden Magnetfeldes, wobei die Spule zum Teil (5) ortsfest angeordnet und der verbleibende Teil (12) mit gleichem Windungssinn an dem beweglichen Schaltstück (11) angeordnet ist, dadurch gekennzeichnet, daß die Spule zum überwiegenden Teil ortsfest angeordnet (Teilspule 5) und der verbleibende Teil (Wandung 12, Schlitze 13) an dem beweglichen Schaltstück (11) angeordnet ist.

2. Vakuumschaltröhre nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der ortsfeste Teil der Spule (Teilspule 5) als Stromzuführung zu dem feststehenden Schaltstück (7) ausgebildet ist und dieses eine geschlitzte Kontaktplatte (8) aufweist, deren Durchmesser etwa dem mittleren Durchmesser der Spulenwindungen der ortsfesten Teilspule (5) entspricht.

3. Vakuumschaltröhre nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die ortsfeste Teilspule (5) mehrgängig (5a, 5b, 5c, 5d) ausgebildet ist.

4. Vakuumschaltröhre nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das bewegliche Schaltstück (11) zur Bildung des verbleibenden Teiles der Spuletopfförmig mit schräg geschlitzter Wandung (12) und mit einer ebenen geschlitzten Kontaktplatte (14) ausgebildet ist.

5. Vakuumschaltröhre nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die ortsfest angeordnete Teilspule (5) an einem stromführend ausgebildeten Abschlußflansch (3) des Gehäuses (2) der Vakuumschaltröhre (1) befestigt ist.

Claims

1. Vacuum interrupter (1) having a stationary contact piece (7) and a moving contact piece (11), arranged so that it can be moved in a straight line relative to the former, and having a coil (5), through which the current to be switched flows in order to produce a magnetic field axially permeating the space between the contact pieces, the coil in part (5) being arranged so that it is fixed and the remaining part (12) being arranged with the same winding direction on the moving contact piece (11), characterized in that the major part of the coil is arranged in a fixed manner (coil section 5) and the remaining part (wall piece 12, slots 13) is arranged at the moving contact piece (11).

2. Vacuum interrupter according to claim 1, characterized in that the fixed part of the coil (coil section 5) is formed as current supply to the stationary contact piece (7), the latter having a slotted contact plate (8), the diameter of which approximately corresponds to the mean diameter of the coil turns of the fixed coil section (5).

3. Vacuum interrupter according to claim 1, characterized in that the fixed coil section (5) is formed as a multiple winding (5a, 5b, 5c, 5d).

4. Vacuum interrupter according to claim 1, characterized in that the moving contact piece (11) is formed in the shape of a cup with wall piece (12), slotted diagonally, and with a flat slotted contact plate (14), in order to form the remaining part of the coil.

5. Vacuum interrupter according to claim 1, characterized in that the fixed coil section (5) is secured on to an end flange (3) of the housing (2) of the vacuum interrupter (1), the end flange (3) being formed so that it conducts the current.

Revendications

1. Tube interrupteur à vide (1), comprenant une pièce de contact fixe (7) et une pièce de contact (11) montée mobile par rapport à elle suivant un mouvement rectiligne, ainsi qu'une bobine (5), parcourue par le courant à couper, pour engendrer un champ magnétique traversant axialement l'espace entre les pièces de contact/une partie (5) de la bobine étant disposée stationnaire et la partie restante (12) étant disposée avec le même sens d'enroulement sur la pièce de contact mobile (11), caractérisé en ce que la bobine est disposée stationnaire par sa plus grande partie (bobine partielle 5) et la partie restante (paroi 12, fentes 13) est disposée sur la pièce de contact mobile (11).

2. Tube selon la revendication 1, caractérisé en ce que la partie stationnaire de la bobine (bobine partielle 5) est réalisée comme une amenée de courant à la pièce de contact fixe (7) et cette pièce de contact présente une plaque de contact (8) avec des fentes, et dont le diamètre correspond à peu près au diamètre moyen des spires de la partie stationnaire (5) de la bobine.

3. Tube selon la revendication 1, caractérisé en ce que la bobine partielle stationnaire (5) est réalisée à plusieurs enroulements (5a, 5b, 5c, 5d).

4. Tube selon la revendication 1, caractérisé en ce que la pièce de contact mobile (11) est réalisée en forme de pot avec une paroi (12) présentant des fentes obliques et avec une plaque de contact (14) plane, à fentes, en vue de la formation de la partie restante de la bobine.

5. Tube selon la revendication 1, caractérisé en ce que la bobine partielle stationnaire (5) est fixée à une bride terminale (3), traversée par le courant, du corps (2) du tube interrupteur à vice (1).

Zeichnung