(Zusatzpatent zum Hauptpatent Nr. 384 053) Elektrischer Vakuumschalter Das Hauptpatent betrifft einen elektrischen Va kuumschalter mit Elektroden, an deren einem Teil ein Lichtbogen geringer Stromstärke anzusetzen bestimmt ist, wobei der Schalter auf weniger als 10-i mm Hg evakuiert ist und wenigstens eine Elektrode an dem genannten Teil aus einem Material besteht, das einen Dampfdruck von weniger als 10-3 mm Hg bei 500 K und eine niedrigere Wärmeleitfähigkeit als Silber be sitzt, von Sauerstoff wenig angegriffen wird und frei von sorbierten Gasen und Verunreinigungen ist.
Beispiele für Kontaktmaterialien, bei welchen der durch diese Massnahmen niedrig gehaltene maximale Abbruchstromwert bei 4 A oder weniger liegt, sind Zinn, Antimon, Blei, Zink, Wismut und Legierungen von diesen Stoffen.
Wenngleich viele von diesen Materialien sich grundsätzlich zur Unterbrechung auch von lichtbogen- bildenden hohen Strömen eignen, existieren andere Materialien, wie beispielsweise reines Kupfer und Sil ber, die insgesamt gesehen für die Unterbrechung von hohen Strömen wesentlich geeigneter sind.
Reines Kupfer beispielsweise kann hohe Ströme besser unter brechen als alle Materialien, die in der Hauptpatent schrift angeführt sind und ist darüberhinaus billiger, mechanisch fester als die meisten dieser Materialien und gibt schliesslich weniger Dämpfe bei Hochstrom lichtbögen ab, als die meisten anderen Materialien. Insbesondere der letzte Gesichtspunkt ist für die Le bensdauer von ausschlaggebender Bedeutung, da die Wahrscheinlichkeit gering ist, dass die Isolation des Unterbrechers durch Dampfkondensation beeinträch tigt wird.
Die hohe Abbruchstromstärke bei einigen Materialien bei der Unterbrechung von kleinen Strö men ist bei der Unterbrechung von grossen Strömen kein ins Gewicht fallender Nachteil. Der relativ hohe Abbruchstromwert bei Vakuumlichtbögen ist nur bei Lichtbögen mit geringen Stromwerten bedeutungsvoll. Die vorliegende Erfindung betrifft eine Verbesserung des eingangs genannten Schalters.
Der elektrische Vakuumschalter gemäss der vor liegenden Erfindung ist dadurch gekennzeichnet, dass die Elektrode ein erstes Elektrodengebiet in der Nähe eines zweiten Elektrodengebietes aufweist, welches aus einem Material besteht, dessen Maximum des Strom abbruchwertes über dem betreffenden Wert des Ma terials des ersten Elektrodengebietes liegt, wobei die bei der Unterbrechung entstehenden Lichtbögen sich auf dem ersten Elektrodengebiet im Augenblick der Zündung befinden, dass das erste Elektrodengebiet eine so grosse Fläche besitzt, die ausreicht,
um die Enden von Lichtbögen bis zu einem Grenzwert bis zu ihrem Erlöschen auf diesem ersten Elektrodengebiet zu halten, und dass die Stromführung derart ist oder derartige Mittel vorgesehen sind, dass sich die Licht bögen einer Stromstärke über dem Grenzwert von dem ersten Elektrodengebiet auf das zweite Elektrodenge- biet zu bewegen.
Der erfindungsgemässe Vakuumschalter soll an- schliessend anhand der beiliegenden Zeichnungen bei spielsweise näher erläutert werden, wobei darstellen: Fig. 1 einen Querschnitt durch einen Vakuum schalter, Fig. la einen Ausschnitt aus Fig. 1 mit dem Kon takt, in grösserem Masstab, Fig. 2 einen Kontakt des in Fig. 1 gezeigten Schal ters in perspektivischer Ansicht und in grösserem Masstab, Fig. 3 den anderen Kontakt des Schalters der Fig. 1 in perspektivischer Ansicht und in grösserem Masstab,
Fig. 4 eine graphische Darstellung zur Erläuterung des Stromabbruchs, Fig. 5 einen Querschnitt durch die Kontakte eines weiteren Ausführungsbeispieles, Fig. 6 die in Fig. 5 gezeigte Kontaktanordnung von rechts gesehen, und Fig. 7 einen Querschnitt durch eine weitere Kon taktanordnung, die bei dem Vakuumschalter gemäss Fig. 1 verwendet werden kann.
Der in Fig. 1 gezeigte Vakuumschalter, der im Fol genden auch mit Unterbrecher bezeichnet wird, be sitzt einen hochevakuierten Behälter 10, der aus einem Gehäuse 11 aus geeignetem Isoliermaterial und zwei metallischen Endkappen 12 und 13 gebildet ist, die die offenen Enden des Gehäuses 11 abschliessen. Zwi schen den metallischen Endkappen und dem Gehäuse sind geeignete Dichtungsorgane 14 vorgesehen, um den Behälter vakuumdicht abzudichten.
Der Druck in dem Behälter 10 liegt bei statischen Bedingungen unter 10-4 mm Hg. Es ist bekannt, dass Vakuum bei der artig niedrigen Drucken eine sehr hohe dielektrische Festigkeit besitzt, da nur so wenig Gasmoleküle vor handen sind, dass sich Elektroden, die sich zwischen den hochspannungsführenden Teilen des Unterbre chers zufolge des elektrostatischen Feldes bewegen, nur mit einer sehr geringen Wahrscheinlichkeit mit einem Gasmolekül zusammentreffen.
In dem Behälter 10 befinden sich zwei trennbare scheibenförmige Kontakte 17 und 18, die in der ge schlossenen Schalterstellung gezeigt sind. Der obere Kontakt 17 ist stationär und mittels einer Stange 17a mit der oberen Endkappe 12 verbunden. Der untere Kontakt 18 ist mit einer Betätigungsstange 18a ver bunden, mittels welcher dieser Kontakt in vertikaler Richtung bewegt werden kann.
Die Stange 18a er streckt sich durch eine Öffnung in der unteren End- kappe 13, wobei ein flexibler metallischer Balg 20 vorgesehen ist, der eine vertikale Bewegung der Be tätigungsstange zulässt und trotzdem einen vakuum dichten Abschluss darstellt.
Wie aus Fig. 1 ersehen werden kann, ist der Balg 20 einerseits mit der Be tätigungsstange 18a und andererseits mit der Endkap- pe 13 verbunden.
Mit dem unteren Ende der Betätigungsstange 18a sind geeignete Betätigungsmittel (nicht dargestellt) ver bunden, die in der Lage sind, den Kontakt 18 nach unten d. h. von dem Kontakt 17 weg zu bewegen; so- dass der Schalter geöffnet wird, und den Kontakt 18 wieder in die gezeigte Stellung zu bewegen, in der der Schalter geschlossen ist.
Im Zusammenhang mit dem Öffnungs- und Schliessmechanismus sei erwähnt, dass der Strom durch den Unterbrecher von einer End- kappe über die Teile 17a, 17, 18 und 18a fliesst. Die Betriebsweise des Schalters soll später mehr im einzel nen erläutert werden.
Bei dem in Fig. 1 gezeigten Schalter sind die beiden Kontakte scheibenförmig, wo bei ein grosser Flächenteil mit dem entsprechenden Flächenteil des anderen Kontaktes in Berührung steht. Die Mittelzone jedes Kontaktes besitzt eine Ausneh- mung 29, wobei die den Kontakt bildende Fläche 30 diese Ausnehmung ringförmig umgibt.
Bei jedem Kon takt ist die kontaktbildende Fläche 30 ein Teil der Oberfläche eines Ringes 31, der mit dem übrigen Teil des Kontaktes fest verbunden ist. Fig. 1 zeigt eine Löt verbindung 33, die den Ring 31 und den übrigen Kontakt miteinander verbindet, wie dies später noch mehr im einzelnen beschrieben werden soll.
Es sei darauf hingewiesen, dass nur ein Teil der Oberfläche des Ringes 31 zur Kontaktgabe dient, wäh rend ein weiterer Teil 30a des Ringes abgeschrägt oder auf anderen Wegen derart geformt ist, dass er nicht mit der Kontaktfläche des Gegenkontaktes in Berüh rung kommen kann. Beim Trennen der Kontakte ent stehen Lichtbögen somit an der radial am weitesten innen gelegenen Stelle des abgeschrägten Teiles 30a. Der Ring 31 und übrige Teil des Kontaktes bestehen aus elektrisch leitendem Material; die beiden leitenden Materialien sind jedoch nicht identisch und besitzen bezüglich des Stromabbruchs unterschiedliche Eigen schaften wie nachfolgend noch ausgeführt werden soll.
Die sich aussen an den Ring 31 anschliessende Fläche 32 soll anschliessend als Lichtbogenabwande- rungsfläche bezeichnet werden. Die Abwanderungs fläche 32 erstreckt sich vom äusseren Rand des Rin ges 31 bis an die Aussenfläche der Kontaktscheiben 17- bzw. 18. Die nach aussen offene Fläche 30, 30a des Ringes 31 wird nachfolgend auch als erstes Elek- trodengebiet, und die Lichtbogenabwanderungsfläche 32 auch als zweites Elektrodengebiet bezeichnet.
Die beiden ringförmigen Kontaktflächen 30 der beiden Kontakte 17 und 18 liegen in der Schliess- stellung (Fig. 1) eng aneinander an und besitzen einen derartigen Innendurchmesser, dass der Strom einer gebogenen, mit L bezeichneten Bahn folgen muss. Die Bahn L ist in Fig. 1 gestrichelt eingezeichnet. Diese Bahn hat den bekannten magnetischen Effekt der Ver längerung der Schleife zur Folge.
Bei der Öffnung des Schalters wandern die zwi schen den Flächen 30 entstehenden Lichtbögen daher radial nach aussen zu der Abwanderungsfläche 32.
Um zu gewährleisten dass die Schleife L die rich tige Form besitzt, ist es erforderlich, dass die Lötver- bindung zwischen dem Ring 31 und dem übrigen Kon taktkörper an der richtigen Stelle sitzt. Die Lötverbin- dung muss an der Rückfläche des Ringes vorgesehen sein und sich von innen mindestens so weit radial nach aussen erstrecken wie die Kontaktfläche 30. An der Aussenfläche des Ringes darf keine Lötverbindung oder irgend eine andere Verbindung vorgesehen sein.
Bei der Herstellung der Lötverbindung muss darauf geachtet- werden, dass die Schleife L für den Gross teil des Stromes keine radial nach innen gebogenen Teile in dem Gebiet der Kontaktfläche 30 erhält. Ein nach innen ausgebogener Teil der Schleife würde eine magnetische Kraft erzeugen, die bestrebt ist, den Lichtbogen radial nach innen zu bewegen und die der gewünschten nach aussen gerichteten Kraft entgegen wirkt. Die Geschwindigkeit, mit der sich der Lichtbogen nach aussen zu den Abwanderungsflächen 32 bewegt, hängt direkt von der Höhe des Lichtbogenstromes ab.
Relativ stromstarke Lichtbögen wandern somit sehr schnell nach aussen zu den Abwanderungsflächen 32, während Lichtbögen von relativ geringer Stromstärke entsprechend langsamer abwandern. Die nach aussen offenen Oberflächen 30 und 30a des Ringes 31 er strecken sich so weit nach aussen, dass alle Lichtbö gen, deren Spitzenstromwerte unter einem Grenzwert von mehreren Hundert Ampere liegen, auf der Ober fläche des Ringes 31 verbleiben. Die erwähnten Licht bögen mit geringen Stromwerten wandern so langsam nach aussen, dass sie zufolge des nächsten natürlichen Stromnullpunktes erlöschen, bevor sie den Ring 31 ver lassen haben. Diese Lichtbögen sind somit erloschen bevor sie die Abwanderungsfläche 32 erreichen.
Nur die Lichtbögen, deren Stromstärke über dem Grenz wert von mehreren Hundert Ampere hinaus geht, wan dern mit so grosser Geschwindigkeit nach aussen ab, dass deren Endpunkte auf die Abwanderungsfläche 32 gelangen. Die Bedeutung dieses Zusammenhanges geht aus der nachfolgenden Besprechung des Abbruchphä nomens bei Vakuumunterbrecherschaltern hervor.
Wie bereits im Hauptpatent ausgeführt, findet bei der Unterbrechung von niedrigen Wechselströmen in Vakuumunterbrecherschaltern ein Stromabbruch statt, d. h. der Strom wird vor Erreichen des natürlichen Stromnullpunktes plötzlich unterbrochen und sinkt auf Null ab. Dieser Vorgang ist in Fig. 4 schematisch dar gestellt, in welcher der Strom gegen die Zeit aufge tragen ist. Es kann angenommen werden, dass die Kontakte zum Zeitpunkt B geöffnet werden, sodass in diesem Augenblick ein Lichtbogen entsteht. Der Lichtbogen brennt nun bis zum Zeitpunkt 0, wobei er bis zu diesem Zeitpunkt im wesentlichen der natür lichen Stromkurve folgt. Zum Zeitpunkt 0 geht der Strom plötzlich auf Null zurück und zwar bevor der natürliche Strom-Nulldurchgang erreicht ist.
Dieser plötzliche Rückgang des Stromes auf Null wird mit Stromabbruch bezeichnet. Der Strom zum Zeitpunkt des Abbruches ist mit I" bezeichnet. Dieser Wert wird nachfolgend auch Abbruchstromwert oder Abbruch stromstärke genannt.
Der Abbruchstromwert hängt von dem verwende ten Kontaktmaterial ab und ist nicht bei allen Strom unterbrechungen gleich. Es hat sich jedoch ergeben, dass bei einer Reihe von Unterbrechungen von Strö men unter 50 A mit einem Kontaktmaterial, welches weitgehend frei ist von Verunreinigungen, die Ab bruchstromwerte in einem Relativbereich von 30 % des Durchschnittswertes liegen. Der Maximalwert der bei derartigen Unterbrechungen von niedrigen Strö men gewöhnlich auftritt, soll nachfolgend als repräsen tativer Maximalwert bezeichnet werden. Bei dem ge zeigten Unterbrecher besteht der Ring 31 aus einem Material, dessen repräsentatives Maximum des Ab bruchstromwertes unter dem Maximalwert liegt, wel cher in dem induktiven Stromkreis, den der Schalter unterbrechen soll, gerade noch zulässig ist.
Die Ab- wanderungsfläche 32 des Kontaktes wird von einem Material gebildet, welches insbesondere für die Unter brechung von hohen Strömen geeignet ist und dessen repräsentatives Maximum des Abbruchstromwertes über dem entsprechenden Maximum des Materials des Ringes 31 liegt.
Die Tatsache, dass die Lichtbogenabwanderungs- fläche 32 aus einem Material besteht, das bei niedri gen Strömen zu relativ hohen Abbruchstromwerten führen könnte, ist kein ins Gewicht fallender Nach teil, da bei dem gezeigten Unterbrecherschalter die En den der Lichtbögen mit niedrigen Stromwerten die Abwanderungsflächen 32 nicht erreichen können. Wie oben bereits ausgeführt wurde, bleiben diese Lichtbö gen mit geringen Stromwerten auf dem Ring 31 wäh rend nur die Hochstromlichtbögen mit Stromwerten über mehreren Hundert A auf die Abwanderungsflä che 32 gelangen.
Der Stromabbruch ist bei dieser Klasse von Licht bögen kein Problem; da die auftretenden Probleme auf die Lichtbögen mit geringen Stromwerten beschränkt sind. Die Lichtbögen, welche die Abwanderungsfläche 32 erreichen, können somit zufolge ihrer hohen Strom werte keinen ins Gewicht fallenden Stromabbruch her vorrufen. Der Stromwert, oberhalb von welchem die mit dem Stromabbruch auftretenden Probleme ver nachlässigt werden können, hängt einerseits von dem Material ab, und andererseits von der Art des Strom kreises, in dem der Schalter arbeitet. Bei den meisten Kontaktmaterialien findet ein Stromabbruch bei Licht bögen nicht statt, deren Spitzenstromwert über etwa 500 A liegt.
Bei dem in Fig. 1 gezeigten Schalter wird vorzugsweise das Verhältnis von Innendurchmesser zu Aussendurchmesser des Ringes 30 so gewählt, dass die Stromschleife L nur die Lichtbögen auf die Abwande rungsfläche 32 treibt, deren Spitzenstromwerte über 500 A liegen. Es ist bekannt, dass Lichtbögen mit Spitzenwerten unter 500 A, beispielsweise in dem Be reich zwischen 200 und 500 A, ebenfalls relativ ge ringe Abbruchstromwerte zeigen; der Grenzstromwert von 500 A schliesst jedoch einen Sicherheitsbereich ein, sodass auf alle Fälle gewährleistet ist, dass alle Lichtbögen unter etwa 200 A bei den Ringen 31 un terbrochen werden.
Andererseits sei darauf hingewie sen, dass grundsätzlich kein Nachteil damit verbunden ist, wenn Lichtbögen in dem Strombereich zwischen 200 und 500 A auf den Ringen 31 unterbrochen wer den, da diese Lichtbögen relativ leicht auf dem Ma terial unterbrochen werden können, aus dem die Rin ge 31 bestehen. Tatsächlich können auch Lichtbö gen mit Stromwerten, die erheblich über 5000 A lie gen, ohne weiteres auf vielen Materialien unterbro chen werden, die einen relativ geringen Abbruch stromwert für Lichtbögen geringer Stromstärke be sitzen, so dass tatsächlich auch keine Nachteile auf treten, wenn zufällig Lichtbögen von Stromstärken über 500 A auf dem Ring 31 verbleiben.
Entschei dend ist nur, dass praktisch alle Lichtbögen, deren Spitzenströme niedrig genug sind, um nachteilige Stromunterbrechungen hervorzurufen, wenn sie auf das Material der Abwanderungsfläche 32 gelangen, auf dem Ring 31 verbleiben und hier unterbrochen werden.
Das Hauptpatent gibt Kriterien an, nach denen das Material ausgewählt werden muss, das für die Herstellung des Ringes 31 geeignet ist. Im Hauptpa tent wurde ausgeführt, dass der Vakuumschalter auf weniger als 10-mm Hg evakuiert ist und wenigstens eine Elektrode an dem Teil, an welchem ein Licht bogen geringer Stromstärke anzusetzen bestimmt ist, aus einem Material besteht, das einen Dampfdruck von weniger als 10-3 mm Hg bei 500 K und eine niedrigere Wärmeleitfähigkeit als Silber besitzt,
von Sauerstoff wenig angegriffen wird und frei von sor- bierten Gasen und Verunreinigungen ist.
Es ist jedoch nicht erforderlich, dass das Material, welches die oben erwähnten Anforderungen erfüllt, aus einem einzigen Metall besteht. Eine Legierung oder Mischung, die ein derartiges Metall enthält, kann ohne weiteres verwendet werden, vorausgesetzt, dass dieses Metall einen so grossen Anteil bildet, dass es den Abbruchstromwert unter dem zulässigen Maxi mum erhält, welches bei 4 A angenommen werden kann.
Wenn der maximal zulässige Abbruchstromwert unter 4 A liegt, beispielsweise bei 2 A, können die erforderlichen Abbruchseigenschaften dann erreicht werden, wenn für das Lichtbogengebiet ein Material verwendet wird, das alle oben erwähnten Anforde rungen erfüllt und welches zusätzlich als Metallkom ponente mit hohem Dampfdruck ein Metall enthält, dessen Dampfdruck mindestens so gross ist wie der jenige von Blei.
Wenn dieses Metall mit hohem Dampfdruck mit einem anderen Metall kombiniert oder legiert wird, muss das Metall mit dem hohen Dampfdruck einen so grossen Anteil ausmachen, dass der Abbruchstromwert unter dem Maximalwert ge halten wird, welcher bei dem angenommenen Fall 2 A beträgt.
Bei Berücksichtigung der oben angegebenen Richt- linien kann der Ring 31 beispielsweise aus einer Mi schung von Wismut und Kupfer bestehen. Mit einer Mischung von 20 Gew: % Wismut und 80 Gew.-% Kupfer wurde ein repräsentatives Maximum des Ab bruchstromwertes von unter 2 A erreicht.
Dieses Ma terial kann somit bei Unterbrechern für Stromkreise verwendet werden, in denen der zulässige Maximal- abbruchstromwert 2 A oder weniger beträgt.
Kontakte aus Zinn ergeben repräsentative maxi male Abbruchstromwerte von weniger als 3 A; der bzw. die Ringe 31 können daher bei den Unterbre chern aus Zinn bestehen, die für Stromkreise be stimmt sind, in denen der maximale zulässige Ab bruchstromwert 3 oder 4 A beträgt.
Für Stromkreise, bei denen der höchst zulässige Abbruchstromwert 3 oder 4 A beträgt, kann für den Unterbrecher auch ein Kontaktmaterial verwendet werden, das aus einem schwer schmelzbaren porösen Körper, beispielsweise aus Wolfram, Molybdän oder den Karbiden von diesen Metallen besteht, und der mit Zinn oder Antimon getränkt ist.
In dem Hauptpatent sind weitere Materialien an gegeben, aus denen der Ring 31 beispielsweise be stehen kann. Besonders vorteilhaft ist es, als Material für den Ring ein schwer schmelzbares Metall oder eine Verbindung hiervon zu verwenden, beispielsweise Wolfram, Molybdän oder deren Karbide, wobei diese Materialien mit einem oder mehreren der oben er wähnten Beimengungen mit hohem Dampfdruck kom biniert wird. Schwer schmelzbare Materialien sind im vorliegenden Zusammenhang besonders günstig, weil sie eine grosse mechanische Festigkeit besitzen und nicht zu Kontaktverschmelzungen neigen.
Die Bei mengung bei hohem Dampfdruck muss jedoch auf alle Fälle vorhanden sein, weil sonst der Abbruch stromwert unzulässig hoch wird; bekanntlich besitzen urlegierte schwer schmelzbare Metalle Abbruch stromwerte, die in dem Bereich von 10 und 40 A liegen.
Wenngleich viele Materialien mit geringen Ab bruchstromwerten zur Unterbrechung von Hochstrom lichtbögen geeignet sind, wird die Abwanderungs fläche 32 von einem Material gebildet, welches für diesen Zweck wesentlich besser geeignet ist. Für den genannten Zweck eignet sich insbesondere Kupfer.
Kupfer besitzt eine grössere Unterbrechungskapazität als die meisten Materialien, die einen geringeren Ab bruchstromwert zeigen, gibt bei der Unterbrechung von Hochstromlichtbögen nur geringe Dampfmengen frei und ist darüber hinaus billig und mechanisch fester als die meisten anderen Materialien. Der re präsentative maximale Abbruchstromwert von Kup fer liegt etwa bei 6 A;
dies ist jedoch auch bei den Anwendungen kein Nachteil, bei denen Abbruch stromwerte von weniger als 6 A gefordert werden, da Lichtbögen mit geringen Stromstärken wie bereits aus geführt wurde, nicht zu der Lichtbogenabwande- rungsfläche 32 gelangen können. Die Lichtbogen, die zu der Abwanderungsfläche 32 gelangen, besitzen der artig hohe Stromstärken, dass praktisch kein Strom abbruch an der Kupferfläche stattfindet.
Bei Unterbrechern, die Stromstärken bis über 500 A unterbrechen sollen, muss das die Fläche 32 bildende Material frei von schwer schmelzenden Be standteilen sein. Bei geringen Stromstärken, d. h. Stromstärken unter 500 A, sind die Abbrucheigen schaften von schwerschmelzbaren Metallen, die mit Materialien mit hohem Dampfdruck imprägniert wor den sind, ähnlich den Abbrucheigenschaften von die sen Materialien allein.
Diese zusammengesetzten Ma terialien können die Abbruchstromwerte relativ nied rig halten und sind daher für den Ring 31 ohne wei teres geeignet. Derartige zusammengesetzte Materia lien wirken jedoch bei der Unterbrechung von Strom stärken Lichtbögen, d. h. von Lichtbögen mit Stro mer über 2000 A ähnlich wie die schwer schmelz bare Komponente allein.
Schwer schmelzbare Me talle neigen dazu, thermische Ionen zu emittieren und zwar auch nachdem der Stromnulldurchgang erreicht worden ist, da die Temperaturen von stromstarken Lichtbögen ausserordentlich hoch sind. Diese Emis sion von thermischen Ionen beeinträchtigen jedoch die di-elektrische Festigkeit des Vakuums auch nach dem Nulldurchgang. Das Material, welches die Abwande rungsfläche 32 für die Lichtbogen von derart grossen Stromstärken bildet, soll daher praktisch frei von schwer schmelzbaren Bestandteilen sein.
Das Kon taktgebiet, welches die Abwanderungsfläche 32 ent hält, soll weiterhin frei von adsorbierten Gasen und Verunreinigungen sein und zwar mindestens in dem gleichen Ausmass wie dies für das Material des Rin ges 31 gefordert wurde. Wenn Gase und Verunreini gungen vorhanden sind, besteht die Gefahr, dass sie während der Unterbrechung von hohen Strömen frei werden und die di-elektrische Festigkeit des Vakuums in dem Augenblick beeinträchtigen, wenn die maxi- male di-elektrische Festigkeit erforderlich ist, um die Lichtbogenrückzündung nach dem Nulldurchgang zu vermeiden.
Die Unterbrechung von Hochstromlichtbogen kann dadurch erleichtert werden, dass man die Licht bogenenden mit hoher Geschwindigkeit über die Oberfläche der Elektroden bzw. der Kontakte wan dern lässt. Durch eine derartige Bewegung wird die freiwerdende Menge von Metalldampfen herabgesetzt, die aus den Elektroden durch den Lichtbogen erzeugt werden. Eine Wanderung der Lichtbögen erhöht wei terhin die Diffusion der gebildeten Dampfe.
Diese Eigenschaften ermöglichen eine schnelle Wiederher stellung der di-elektrischen Festigkeit nach dem Null durchgang, wodurch die Wahrscheinlichkeit einer Rückzündung des Lichtbogens in dieser kritischen Zeitspanne herabgesetzt ist.
Um die Enden von Hochstromlichtbögen auf der Abwanderungsfläche 32 relativ schnell wandern zu lassen und hierdurch die Unterbrechung zu erleich tern, werden in den Kontakten 17 und 18 Schlitze 34 vorgesehen, die sich vom äusseren Rand jeder Schei be nach innen erstrecken. Diese Schlitze teilen jede Kontaktscheibe bzw. eine Reihe von einzelnen Seg menten 36, die um das Kontaktgebiet 30 herum an geordnet sind. Bei dem in den Fig. 2 und 3 gezeigten Ausführungsbeispielen verlaufen die Schlitze spiral förmig und enden bei 37 am äusseren Umfang der Scheibe.
Jeder Schlitz erstreckt sich von dem äusse- ren Ende 37 am äusseren Rand der Scheibe bis zu einem Punkt, der in radialer Richtung etwa mit dem äusseren Ende 37 des nächsten Schlitzes zusammen fällt. Vorzugsweise überlappen sich benachbarte Schlitze jedoch etwas wie dies in den Fig. 2 und 3 gezeigt ist.
Wenn ein Lichtbogen, der von der Kontaktfläche 30 stammt, so weit nach aussen getrieben worden ist, dass er das ausserhalb der Kontaktfläche liegende Ge biet erreicht hat, liegt jedes Lichtbogenende auf einem Segment 36. Eine typische Lage des unteren Licht bogenendes, welches mit 38 bezeichnet ist, kann aus Fig. 2 ersehen werden. Es soll zunächst der untere Kontakt 18 in Betracht gezogen werden. Es ist zu ersehen, dass zufolge der Schlitze 34 praktisch der gesamte Strom zwischen dem Leiter 18a und dem Lichtbogenende in dem betreffenden Segment 36 kon zentriert ist, das das Lichtbogenende trägt.
Zufolge der Spiralform der Schlitze 34 muss der Strom einem Pfad folgen, der bogenförmig in dem Gebiet des Lichtbogens verläuft, wie dies durch die gestrichelte Linie 38' gezeigt ist. Eine Folge dieser gebogen ver laufenden Stromlinie ist, dass die magnetische Schlei fe eine tangentiale Kraftkomponente erhält. Diese tangentiale Komponente verleiht dem Lichtbogen ei ne Winkelbewegung bzw. eine Bewegung in Umfangs richtung um den Kontakt, so dass er zu dem Ende des Kontaktsegmentes 36 geführt wird und über den Schlitz 34 zu dem nächsten Segment 36 springt.
Der Stromfluss zu dem Lichtbogen konzentriert sich nun in dem nächsten Segment, wobei sich zufolge der Form auch dieses Segmentes eine neue, teilweise in tangentialer Richtung verlaufende Stromschleife bil det, die die Bewegung des Lichtbogens entlang dem Umfang des Kontaktes erneut unterstützt. Bei jedem Segment 36 entsteht eine Kraftkomponente in tan- gentialer Richtung in derselben Winkelrichtung, so- dass der Lichtbogen mit hoher Geschwindigkeit sich in Umfangsrichtung weiter bewegt bis er endgültig erlischt.
Wenngleich den bei 36 gezeigten Einbuchtungen zum Antrieb des Lichtbogens der Vorzug zu geben ist, können andere Formen mit ähnlichem Erfolg an gewendet werden. In ähnlicher Weise kann die Dre hung des Lichtbogens durch eine Spule erzeugt wer den, die ein radial gerichtetes magnetisches Feld er zeugt, das zufolge des magnetischen Feldes um den Lichtbogen herum die tangential gerichtete Kraft be wirkt, wie dies allgemein bekannt ist.
Die Fig. 5 und 6 zeigen ein weiteres Ausfüh rungsbeispiel eines Unterbrecherschalters. Der Un- terbrecherschalter ist zum Teil gleich ausgebildet wie der in den Fig. 1, 2 und 3 gezeigte Unterbrecher schalter, weswegen gleiche Teile mit gleichen Bezugs zeichen versehen sind. Das Ausführungsbeispiel der Fig. 5 und 6 unterscheidet sich von demjenigen der Fig. 1 - 3 darin, dass die beiden Kontakte nicht als vollständige Scheiben ausgebildet sind, sondern nur als Scheibensegmente, die sich radial nur in einer Richtung von dem Ausgangspunkt der Lichtbogen nach aussen erstrecken.
Alle Lichtbogen werden in einem ersten Elektrodengebiet 50 gebildet und gelan gen dann zu einem weiter aussen gelegenen zweiten Elektrodengebiet 53 zufolge der magnetischen Wir kung einer Stromausbuchtung L, die der gleich bezeich neten Stromausbuchtung bei dem Ausführungsbeispiel der Fig. 1 entspricht. Für die Gebiete 50 und 53 des Unterbrechers der Fig. 5 und 6 werden die gleichen Materialien wie für den Ring 31 bzw. die Abwande- rungsfläche 32 der Fig. 1 verwendet.
Der Einsatz, der das Elektrodengebiet 50 bildet, ist mit dem übrigen Teil des Kontaktes nur mit dem Teil seiner Rückflä che verbunden, der sich in radialer Richtung so weit nach aussen erstreckt wie der Teil des Gebietes 50, der in der Schliesstellung den Kontakt herstellt. Die Grün de für diese Massnahme sind anhand von Fig. 1 er läutert worden.
Wenngleich bei dem Unterbrecher der Fig. 5 und 6 keine Mittel vorgesehen sind, die den Lichtbogen auf einer Kreisbahn bewegen, sind doch Kräfte vorhanden, die den Lichtbogen entlang den Abwanderungsflä- chen 53 nach aussen treiben. Die Anordnung der Fig. 5 kann daher dort verwendet werden, wo geringere Lichtbogengeschwindigkeiten zulässig sind.
Bei den Ausführungsbeispielen der Fig. 1-5 waren die benachbarten Elektroden bzw. Elektrodengebiete jedes Kontaktes fest miteinander verbunden. Es sei jedoch darauf hingewiesen, dass auch andere Kontakt konstruktionen möglich sind. So ist es beispielsweise auch möglich, die Elektrodengebiete eines Kontaktes so auszubilden, dass sie relativ zueinander bewegt wer den können.
Ein derartiges Ausführungsbeispiel ist in Fig. 7 dargestellt, wobei gleiche Bezugszeichen ver wendet worden sind wie bei dem Ausführungsbeispiel der Fig. 5. Der untere Kontakt besitzt bei Fig. 7 eine bewegliche Stange 18a, mit der das erste Elektroden gebiet 50 verbunden ist.
Die Stange 18a, die in der Öffnungsstellung des Schalters dargestellt ist, kann nach oben bewegt werden, sodass sich die Elektroden gebiete 50 des oberen und des unteren Kontaktes be- rühren und hierdurch den Schalter schliessen. Der Un terbrecher wird dadurch geöffnet, dass die Stange 18a wieder nach unten in die in Fig. 7 gezeigte Lage be wegt wird.
Die Abwanderungsfläche 53 des unteren Kontaktes ist jedoch mit dem den Kontakt herstellen den Gebiet 50 nicht verbunden, sondern als stationä res Organ 60 ausgebildet, sodass nur das Kontaktge biet 50 bei dem Öffnungs- und Schliessvorgang bewegt wird. Beim Unterbrechen eines Stromkreises wird ein stromstarker Lichtbogen von dem ersten Elektroden gebiet 50 auf das zweite Elektrodengebiet 53 in glei cher Weise bewegt, wie dies anhand der Fig. 1- 5 erläutert wurde.
Lichtbögen mit geringer Stromstärke können das Gebiet 53 nicht erreichen, wie dies anhand von Fig. 1- 5 erläutert worden ist. Der stationäre Teil 60 ist vorzugsweise an der unteren Endkappe 13 befestigt und auf diesem Wege auch elektrisch mit der Stange 18a verbunden. Die gleichen Materialien, die bei dem Ausführungsbeispiel der Fig. 1 für den Ring 31 bzw. für die Abwanderungsfläche 32 verwendet werden, sind auch bei dem Ausführungsbeispiel der Fig. 7 für die Gebiete 50 und 53 verwendet.
Wenngleich es vorteilhaft ist, die sich berührenden Kontakte aus der gleichen Materialkombination herzu- stellen, muss dies nicht unbedingt der Fall sein. Bei spielsweise kann bei dem Unterbrecher der Fig. 1 das Elektrodengebiet 30, 30a eines Kontaktes aus einem Material mit geringerem Abbruchstromwert bestehen, während das entsprechende Elektrodengebiet 30,
30a des anderen Kontaktes aus einem anderen Material mit ebenfalls einem geringen Abbruchstromwert bestehen kann. Gemäss einem weiteren Ausführungsbeispiel kann bei einigen Anwendungen nur einer der Kontakte 17 bzw. 18 mit einem Ring aus einem Material mit ei- nein geringen Abbruchstromwert versehen sein, wäh rend die mit dem Lichtbogen in Kontakt kommende Fläche des anderen Kontaktes aus dem gleichen Ma terial besteht wie die Lichtbogenabwanderungsfläche bei den dargestellten Beispielen, z. B. aus Kupfer.
In Zusammenhang mit dem letzterwähnten Unterbrecher kann erwähnt werden, dass das Stromabbruchphäno- men in erster Linie von der Kathode aus geht. Wenn vorher bestimmt ist, welche von den beiden Elektro den bei der Unterbrechung von geringen Strömen als Kathode dient, ist es ausreichend, wenn nur diese Elek trode mit einem Ring aus einem Material mit niedrige rem Stromabbruchswert versehen ist.
Bei sehr kurzen Lichtbogenspalten ist es auch aus reichend, wenn nur das Anodenmaterial einen gerin gen Abbruchstromwert besitzt. Wenn der Lichtbogen spalt kurz ist, liefert die Anode allein den Dampf, der erforderlich ist, um den Abbruchsstrom auf einem Wert zu halten, der sich dem Wert annähert, der er reicht wird, wenn dieses Material als Kathode dient. Es ist ohne weiteres zu ersehen, dass es bei derartigen Anwendungen ausreicht, wenn nur eine von den beiden Elektroden mit einem Ring versehen ist, dessen Ma terial einen geringeren Abbruchstromwert erzeugt.