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TECHNISCHES GEBIET
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Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf einen Vakuum-Schalter, bei dem die Unterbrechungsleistung bzw. Ausschaltleistung verbessert ist, wobei der Vakuum-Schalter für einen Vakuum-Leistungsschalter verwendet wird und Schaltkontakte aufweist.
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STAND DER TECHNIK
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Ein Vakuum-Schalter besteht aus folgenden Komponenten: einem zylindrischen Vakuumbehälter, der aus einem Isolator gebildet ist, der hinsichtlich seines Materials zum Beispiel aus Keramik- und Glasmaterial hergestellt ist und unter einem hohen Vakuum luftdicht gehalten ist; aus einem Paar Elektroden, die in flächiger Beziehung auf beiden Seiten des Vakuumbehälters vorgesehen sind und miteinander verbunden sowie voneinander getrennt werden können; sowie aus einer rohrförmigen Lichtbogenabschirmung, die in dem Vakuumbehälter, die Elektroden umgebend, vorgesehen ist. Die Funktion des Vakuum-Schalters besteht darin, einen zwischen den Elektroden erzeugten Lichtbogen bei der Trennung der Elektroden voneinander während der Stromunterbrechung auszulöschen.
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Wenn der Lichtbogen jedoch lokal und kontinuierlich erzeugt wird, kommt es zu einem lokalen Schmelzen der Elektrode sowie zu einer Beschädigung derselben. Um diese Erscheinungen zu vermeiden, ist bereits ein Verfahren vorgeschlagen worden, bei dem eine Spule interveniert, um ein vertikales Magnetfeld durch die Spule zu erzeugen; somit wird der während der Stromunterbrechung erzeugte Lichtbogen dazu veranlasst, in einem großen Bereich innerhalb des Durchmessers der Elektrode zu diffundieren, und durch den Lichtbogen erzeugter metallischer Dampf und geladene Teilchen werden unterdrückt, die Unterbrechungsleistung wird verbessert, und ein Schmelzen der Elektrode wird unterbunden.
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Als Maßnahmen zum weiteren Verbessern der Unterbrechungsleistung eines mit einer Spule ausgestatteten Vakuum-Schalters, wie zum Beispiel eines Vakuum-Schalters, wie es in der
JP 2002-150 902 A offenbart ist, wird ein Schlitz ausgebildet, der unter einem vorbestimmten Winkel in der Umfangsrichtung einer Lichtbogenelektrode in eine diese kreuzende Richtung weist, und ein isolierender Einpasskörper ist in den Schlitz eingepasst.
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Somit wird die Isolierungs-Erholungsspannung angehoben, und dadurch wird wiederum die Nennspannung erhöht. Ferner ist ein Isolierbereich mit großer Breite auf der Seite der Spulenelektrode des Einpasskörpers ausgebildet, wobei der Bereich mit großer Breite breiter ist als die Breite des Schlitzes; daher wird es schwierig, den Einpasskörper aus der Lichtbogenelektrode zu ziehen, um die mechanische Zuverlässigkeit zu verbessern.
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Als Maßnahmen zur weiteren Verbesserung der Unterbrechungsleistung eines mit einer Spule ausgestatteten Vakuum-Schalters, wie zum Beispiel eines in der
JP 2008-135 338 A offenbarten Vakuum-Schalters, sind eine Vielzahl von Schlitzen, die die Axialrichtung eines stromführenden Schafts schräg kreuzen, in den außenumfangsseitigen Oberflächen einer becherförmigen Schlitzelektrode gebildet. Selbst wenn die Distanz zwischen den Elektroden verbreitert ist, kann ein starkes vertikales Magnetfeld erzeugt werden, so dass sich die Unterbrechungsleistung verbessern lässt.
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OFFENBARUNG DER ERFINDUNG
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MITTEL ZUM LÖSEN DER PROBLEME
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Bei den Vakuum-Schaltern, die in der
JP 2002-150 902 A und in der
JP 2008-135 338 A angegeben sind, ist die Spule jedoch nur an einem Außenumfangsbereich der Lichtbogenelektrode und des Kontakts vorgesehen (wobei dieser bei der vorliegenden Anmeldungen Kontakten entspricht, die im folgenden jedoch auch einfach als ”Kontakt” bezeichnet werden); somit bestehen Probleme dahingehend, dass ein erzeugtes elektrisches Feld nicht immer gleichmäßig an dem gesamten Kontakt gebildet wird und somit ein erzeugter Lichtbogen nicht ausreichend an dem gesamten Kontakt diffundiert bzw. verbreitert wird und dadurch die Unterbrechungsleistung eingeschränkt wird.
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Aus der
DE 29 02 489 A1 ist ein Vakuum-Schalter mit einem Paar Elektroden bekannt, die in einem Vakuumbehälter derart eingeschlossen sind, dass sie voneinander getrennt und miteinander verbunden werden können, wobei jede der Elektroden folgendes aufweist:
eine Vielzahl von Spulenelektroden, die voneinander verschiedene Außendurchmesser aufweisen und unter Zwischenanordnung eines Isolierelements, das in einen dazwischen vorhandenen Spalt eingesetzt ist, konzentrisch angeordnet sind, wobei die Spulenelektroden jeweils becherförmig ausgebildet sind; einen Elektrodenstab, der an dem einen Ende der Vielzahl der Spulenelektroden befestigt ist, um Strom von dem Vakuumbehälter nach außen zu führen; und einen Kontakt, der an dem anderen Ende der Vielzahl von Spulenelektroden festgelegt ist.
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Aus der
DE 689 05 942 T2 ist ein Vakuumschalter bekannt, bei dem eine erste Spulenelektrode in den Vakuum-Schalter eingebaut ist und einen Zylinderkörper mit einer Öffnung an dem einen Ende aufweist, wobei drei elektrische Verbinder zwischen einer Endrandfläche der Öffnung des Zylinderkörpers und einer Hauptelektrode vorgesehen sind. Eine zweite Spulenelektrode ist mit Schlitzen parallel zu der ersten Spulenelektrode ausgebildet und in einer gegenüberliegenden Anordnung vorgesehen. Bei einem derartigen Vakuum-Schalter kann ein gleichmäßiges axiales Magnetfeld an die Hauptelektrode angelegt werden, und es ist möglich, einen Lichtbogen über die gesamte Oberfläche der Hauptelektrode zu verteilen, sodass günstige Stromunterbrechungseigenschaften erzielt werden können. Dabei sind speichenförmige Verzweigungen im Bodenbereich der Spulenelektroden ausgebildet.
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Weiterhin können schräg ausgebildete Schlitze an den Spulenelektroden bei dem herkömmlichen Vakuum-Schalter vorgesehen sein.
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Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, einen Vakuum-Schalter der in Rede stehenden Art anzugeben, mit dem es möglich ist, die Unterbrechungsleistung zu verbessern, indem die gleichmäßige Ausbildung eines beim Trennen von Kontakten erzeugten Magnetfeldes verbessert wird.
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MITTEL ZUM LÖSEN DER PROBLEME
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Gemäß der Erfindung wird die Aufgabe mit einem Vakuum-Schalter gemäß dem Patentanspruch 1 gelöst. Vorteilhafte Weiterbildungen des erfindungsgemäßen Vakuum-Schalters sind in den Unteransprüchen angegeben.
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VORTEILHAFTE WIRKUNGEN DER ERFINDUNG
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Gemäß der vorliegenden Erfindung zeigen sich bemerkenswerte Effekte darin, dass eine Spule bzw. ein Spulenkörper nicht nur an einem Außenumfangsbereich jedes Kontakts vorgesehen ist, sondern auch an einem Innenumfangsbereich desselben; auf diese Weise wird die gleichmäßige Ausbildung eines Magnetfeldes verbessert, so dass ein erzeugter Lichtbogen dazu veranlasst wird, an dem gesamten Kontakt zu diffundieren bzw. sich auszudehnen, und dadurch die Unterbrechungsleistung bzw. Ausschaltleistung verbessert werden kann.
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KURZBESCHREIBUNG DER ZEICHNUNGEN
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In den Zeichnungen zeigen:
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1 eine Seitenansicht einer beweglichen Elektrode und einer feststehenden Elektrode eines Vakuum-Schalters bei einem Ausführungsbeispiel 1;
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2 Konstruktionsdarstellungen einer beweglichen Elektrode beim Ausführungsbeispiel 1;
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3 eine Darstellung einer Magnetfeldverteilung in Umfangsrichtung, die durch Verbund-Spulenelektroden beim Ausführungsbeispiel 1 erzeugt wird;
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4 Darstellungen zur Erläuterung eines Verfahrens zum Herstellen der Verbund-Spulenelektroden beim Ausführungsbeispiel 1 durch ein Pressbearbeitungsverfahren;
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5 eine Konstruktionsdarstellung einer beweglichen Elektrode beim Ausführungsbeispiel 1;
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6 Darstellungen zur Erläuterung eines Verfahrens zum Herstellen von Verbund-Spulenelektroden bei einem Ausführungsbeispiel 2 durch ein Pressbearbeitungsverfahren;
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7 Konstruktionsdarstellungen einer beweglichen Elektrode bei einem Ausführungsbeispiel 3;
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8 eine Darstellung einer radialen Magnetfeldverteilung, die durch Verbund-Spulenelektroden beim Ausführungsbeispiel 3 erzeugt wird;
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9 Draufsichten in einem Fall, in dem die Anzahl von Zweigen einer Vielzahl von Spulenelektroden beim Ausführungsbeispiel 1 und beim Ausführungsbeispiel 3 unterschiedlich ist; und
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10 eine Draufsicht auf Spulenelektroden in dem Fall, in dem die Positionen von Spulenbereichen von einer Vielzahl der Spulenelektroden beim Ausführungsbeispiel 1 in Umfangsrichtung gleich sind.
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VERFAHRENSWEISEN ZUM AUSFÜHREN DER ERFINDUNG
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Im folgenden werden bewegliche Elektroden von Vakuum-Schaltern bei Ausführungsbeispielen der vorliegenden Erfindung auf der Basis der 1 bis 10 beschrieben.
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Ausführungsbeispiel 1
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1 zeigt eine Seitenansicht einer beweglichen Elektrode und einer feststehenden Elektrode eines Vakuum-Schalters beim Ausführungsbeispiel 1. 2 zeigt Konstruktionsdarstellungen der beweglichen Elektrode; dabei zeigt 2(a) eine auseinandergezogene Perspektivansicht der beweglichen Elektrode, und 2(b) zeigt eine Draufsicht auf Spulenelektroden von oben. Ferner zeigt 3 eine Darstellung der Magnetfeldverteilung in Umfangsrichtung, die durch die Spulenelektroden erzeugt wird.
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Der Vakuum-Schalter, wie er in 1 gezeigt ist, ist aus einem Paar aus einer beweglichen Elektrode 1 und einer feststehenden Elektrode 11 gebildet, die beide in einem unter Vakuum gehaltenen Vakuumbehälter eingeschlossen sind; jedoch weist die bewegliche Elektrode 1 eine ähnliche Konstruktion wie die feststehende Elektrode 11 auf, und aus diesem Grund wird an dieser Stelle nur die Konstruktion der beweglichen Elektrode 1 beschrieben.
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In 2 bezeichnet das Bezugszeichen 1 eine bewegliche Elektrode, die aus folgenden Elementen gebildet ist: einem Kontakt 2; einer becherförmigen Außenumfangs-Spulenelektrode 3 und einer becherförmigen Innenumfangs-Spulenelektrode 4, die beide mit dem Kontakt 2 verbunden sind und konzentrisch angeordnet sind; einem Elektrodenstab 5, der mit der Außenumfangs-Spulenelektrode 3 und der Innenumfangs-Spulenelektrode 4 verbunden ist, um Strom von dem Vakuumbehälter nach außen zu führen (in der Zeichnung nicht dargestellt); einem Verstärkungselement 6, das den Kontakt 2 verstärkt; sowie aus einem Isolierring 7, der eingefügt ist, um die Außenumfangs-Spulenelektrode 3 von der Innenumfangs-Spulenelektrode 4 zu isolieren.
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Die Außenumfangs-Spulenelektrode 3 besitzt Spulenbereiche 3d, die mit kreisbogenförmigen Stromführungspfaden in Umfangsrichtung ausgebildet sind, wobei die Spulenbereiche 3d durch Schlitze 3b getrennt sind, die in becherförmigen Seitenflächen 3a parallel zu der Axialrichtung 1a der beweglichen Elektrode 1 gebildet sind, und mit Speichenbereichen 3c verbunden sind, die von einem Becherbodenbereich in Richtung zum Außenumfang desselben verzweigt sind; Abschlussbereiche 3e zur Verbindung mit dem Kontakt 2; sowie eine Einpassöffnung 3f, in die ein Einpassbereich 5a des Elektrodenstabs 5 eingepasst und festgelegt ist.
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Wie bei der Außenumfangs-Spulenelektrode 3, beinhaltet auch die Innenumfangs-Spulenelektrode 4 Spulenbereiche 4b, die mit kreisbogenförmigen Stromführungspfaden in der Umfangsrichtung ausgebildet sind, wobei die Spulenbereiche 4b durch Schlitze 4b getrennt sind, die in becherförmigen Seitenflächen 4a parallel zu der Axialrichtung 1a gebildet sind, und mit Speichenbereichen 4c verbunden sind, die von einem Becherbodenbereich in Richtung zum Außenumfang desselben verzweigt sind; Abschlussbereiche 4e zur Verbindung mit dem Kontakt 2; sowie eine Einpassöffnung 4f, in die ein Einpassbereich 5b des Elektrodenstabs 5 eingepasst und festgelegt ist.
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Dabei sind die Durchmesser der Einpassöffnungen 3f, 4f der Außenumfangs-Spulenelektrode 3 und der Innenumfangs-Spulenelektrode 4 jeweils der Reihe nach unterschiedlich ausgebildet, und die Außendurchmesser der entsprechenden Einpassbereiche 5a, 5b des Elektrodenstabs 5 sind in entsprechender Weise ebenfalls der Reihe nach unterschiedlich ausgebildet. Somit können die Außenumfangs-Spulenelektrode 3 und die Innenumfangs-Spulenelektrode 4 jeweils in vorbestimmten Positionen festgelegt werden.
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Dabei sind die Positionen der Spulenbereiche 3d, die als Stromführungspfade der Außenumfangs-Spulenelektrode 3 dienen, und die Positionen der Spulenbereiche 4d, die als Stromführungspfade der Innenumfangs-Spulenelektrode 4 dienen, derart angeordnet, dass sie sich in Umfangsrichtung in unterschiedlichen Positionen befinden.
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Ferner ist das Verstärkungselement 6 durch einen Vorsprungbereich 6a in eine Einpassöffnung 5c des Elektrodenstabs 5 eingepasst, und das Verstärkungselement 6 tritt mit der rückwärtigen Oberfläche des Kontakts 2 in Kontakt, um den Kontakt 2 von seiner rückwärtigen Oberfläche her abzustützen und zu verstärken.
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Der Kontakt 2, die Außenumfangs-Spulenelektrode 3, die Innenumfangs-Spulenelektrode 4 und der Elektrodenstab 5 sind aus einem Material der Kupfergruppe mit geringem elektrischen Widerstand hergestellt; und das Verstärkungselement 6 ist aus einem Metall der Edelstahlgruppe mit hohem elektrischen Widerstand oder aus einem Isolator hergestellt.
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Im folgenden wird der Betrieb des Vakuum-Schalters gemäß Ausführungsbeispiel 1 unter Bezugnahme auf die 1 bis 3 beschrieben. Dabei handelt es sich bei den Hauptelementen der vorliegenden Erfindung um die Konfiguration der beweglichen Elektrode und der feststehenden Elektrode. Aus diesem Grund wird auf eine Beschreibung der Ansteuerung der beweglichen Elektrode verzichtet.
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Bei dem Vakuum-Schalter gemäß Ausführungsbeispiel 1 fließt während der Aktivierung ein elektrischer Strom üblicherweise von einem Elektrodenstab 15 der feststehenden Elektrode 11 durch eine Außenumfangs-Spulenelektrode 13 und eine Innenumfangs-Spulenelektrode 14 zu einem Kontakt 12; weiterhin fließt der Strom von dem Kontakt 2 der beweglichen Elektrode 1 durch die Außenumfangs-Spulenelektrode 3 und die Innenumfangs-Spulenelektrode 4 zu dem Elektrodenstab 5.
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Wenn die bewegliche Elektrode 1 zurückbewegt wird, um den Strom zu unterbrechen, wird der Kontakt 2 der beweglichen Elektrode 1 von dem Kontakt 12 der feststehenden Elektrode 11 getrennt, so dass ein Lichtbogen zwischen dem Kontakt 2 und dem Kontakt 12 erzeugt wird. Der durch den Lichtbogen erzeugte Strom fließt in Axialrichtung des Kontakts 2; anschließend fließt der Strom von den Abschlussbereichen 3e zu den Spulenbereichen 3d der Außenumfangs-Spulenelektrode 3 und von den Abschlussbereichen 4e zu den Spulenbereichen 4d der Innenumfangs-Spulenelektrode 4 und fließt dann durch die Speichenbereiche 3c und die Speichenbereiche 4c zu dem Elektrodenstab 5.
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Dabei sind die Spulenbereiche 3d und die Spulenbereiche 4d jeweils kreisbogenförmig ausgebildet, und der Strom fließt in Umfangsrichtung. Somit wird ein vertikales Magnetfeld parallel zu der Axialrichtung 1a der beweglichen Elektrode 1 erzeugt. Der Isolierring 7 ist eingefügt, um eine Störung der Magnetfeldverteilung durch den Umstand zu verhindern, dass der Spulenbereich 3d der Außenumfangs-Spulenelektrode 3 mit dem Spulenbereich 4d der Innenumfangs-Spulenelektrode 4 in Kontakt gelangt.
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3 zeigt eine Darstellung, in der eine durch die Spulenelektroden erzeugte Magnetfeldverteilung in Umfangsrichtung mit einem herkömmlichen Beispiel verglichen wird. Bei der Magnetflussdichte B handelt es sich um eine Magnetflussdichte, die entlang der Richtung eines Pfeils L in 2(b) gemessen wird; in 3 stellt das Bezugszeichen T die Magnetfeldverteilung in Umfangsrichtung dar, die durch herkömmliche Spulenelektroden erzeugt wird, und das Bezugszeichen C stellt die Magnetfeldverteilung in Umfangsrichtung dar, die durch die zusammengesetzten Spulenelektroden bzw. Verbund-Spulenelektroden aus der Außenumfangs-Spulenelektrode 3 und der Innenumfangs-Spulenelektrode 4 des Ausführungsbeispiels 1 erzeugt wird.
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Die Positionen der Abschlussbereiche 3e der Außenumfangs-Spulenelektrode 3 und die Positionen der Abschlussbereiche 4e der Innenumfangs-Spulenelektrode 4 sind derart angeordnet, dass sie sich in der Umfangsrichtung L in unterschiedlichen Positionen befinden.
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Aus diesem Grund ist das durch die Verbund-Spulenelektroden erzeugte Magnetfeld im Vergleich zu dem Fall, in dem das Magnetfeld durch die einzelne Spulenelektrode erzeugt wird, hinsichtlich der Magnetfeldverteilung in Umfangsrichtung beträchtlich verbessert, und außerdem ist auch seine gleichmäßige Ausbildung verbessert.
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Infolgedessen wird der Lichtbogen innerhalb eines Bereichs des Kontakts fokussiert und auf den gesamten Kontakt 2 diffundiert bzw. verbreitert; dadurch ist eine lokale Konzentration des Lichtbogens verhindert, und der Kontakt 2 kann vor Beschädigung geschützt werden.
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Der Isolierring 7 kann auch weggelassen werden, indem ein Spalt zwischen der Außenumfangs-Spulenelektrode 3 und der Innenumfangs-Spulenelektrode 4 vorgesehen wird. Ferner kann anstelle des Isolierrings 7 eine Isolierschicht auf die becherförmige außenseitige Oberfläche der Innenumfangs-Spulenelektrode oder auf die becherförmige innenseitige Oberfläche der Außenumfangs-Spulenelektrode aufgebracht werden. Wenn die Spulenelektroden miteinander in Kontakt gelangen, wird zwar die gleichmäßige Ausbildung des Magnetfeldes beeinträchtigt; es wird jedoch ein gewisser Effekt erzielt.
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Hinsichtlich eines Verfahrens zum Herstellen der Spulenelektroden beim Ausführungsbeispiel 1 sind die bewegliche Elektrode 1 und die feststehende Elektrode 11 durch Kombinieren einer Vielzahl von Spulenelektroden gebildet, wobei die Dicke jeder Spulenelektrode dünn sein kann; aus diesem Grund ist ein Pressbearbeitungsverfahren aus Plattenmaterial effektiv.
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4 veranschaulicht ein Verfahren zum Herstellen der Spulenelektroden durch ein Pressbearbeitungsverfahren. Als erstes werden die Einpassöffnung 3f sowie andere Bereiche als die die Spulenbereiche 3d bildenden Bereiche aus einer ebenen Platte 10 gestanzt (4(a) und 4(b)); anschließend werden die Seitenflächen 3a in einer Becherform bzw. Zylinderform durch Ziehen gebildet (4(c)). Weiterhin werden die in ihrem Außendurchmesser unterschiedlichen Spulenelektroden 3, 4 kombiniert, um dadurch die gewünschten Verbund-Spulenelektroden herzustellen (4(d)).
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Vorliegend ist ein Fall veranschaulicht, in dem die Spulenbereiche 3d der Außenumfangs-Spulenelektrode 3 und die Spulenbereiche 4d der Innenumfangs-Spulenelektrode 4 in der Umfangsrichtung in den gleichen Positionen angeordnet sind. Ferner ist in 4 der Isolierring 7 zwar nicht dargestellt, jedoch wird dieser bei Bedarf eingesetzt.
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Bei einem Verfahren durch Schneiden von Stabmaterial ist eine solche komplizierte Bearbeitung schwierig, und es entstehen auch Herstellungskosten; jedoch können mit dem Pressbearbeitungsverfahren die Verbund-Spulenelektroden kostengünstig hergestellt werden, indem eine Vielzahl von Spulen kombiniert wird.
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Wie vorstehend beschrieben, sind bei dem Vakuum-Schalter bei Ausführungsbeispiel 1 die Schlitze in den becherförmigen Seitenflächen parallel zu der Axialrichtung gebildet; eine Vielzahl der becherförmigen Spulenelektroden, die sich in ihrem Außendurchmesser unterscheiden, sind konzentrisch angeordnet, wobei die Spulenelektroden mit den kreisbogenförmigen Stromführungspfaden in Umfangsrichtung ausgebildet sind; ferner wird die Erzeugung eines Magnetfeldes bewirkt.
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Somit zeigen sich bemerkenswerte Effekte dahingehend, dass die Gleichmäßigkeit der während der Erzeugung eines Lichtbogens erzeugten Magnetfeldverteilung in Umfangsrichtung verbessert ist, eine lokale Konzentration des Lichtbogens verhindert werden kann, der Kontakt vor Beschädigung geschützt ist und die Unterbrechungsleistung bzw. Ausschaltleistung verbessert werden kann.
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Ausführungsbeispiel 2.
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5 zeigt eine auseinandergezogene Perspektivansicht zur Erläuterung einer beweglichen Elektrode eines Vakuum-Schalters gemäß Ausführungsbeispiel 2.
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In 5 bezeichnet das Bezugszeichen 21 eine bewegliche Elektrode, die aus folgenden Elementen gebildet ist: einem Kontakt 22; einer becherförmigen Außenumfangs-Spulenelektrode 23 und einer becherförmigen Innenumfangs-Spulenelektrode 24, die beide mit dem Kontakt 22 verbunden sind und konzentrisch angeordnet sind; einem Elektrodenstab 25, der mit der Außenumfangs-Spulenelektrode 23 und der Innenumfangs-Spulenelektrode 24 verbunden ist, um Strom von dem Vakuumbehälter nach außen zu führen (in der Zeichnung nicht dargestellt); einem Verstärkungselement 26, das den Kontakt 22 verstärkt; und einem Isolierring 27, der zum Isolieren der Außenumfangs-Spulenelektrode 23 gegenüber der Innenumfangs-Spulenelektrode 24 eingefügt ist.
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Die Außenumfangs-Spulenelektrode 23 besitzt Spulenbereiche 23d, die durch Schlitze 23b, welche in den becherförmigen Seitenflächen 23a in bezug auf die Axialrichtung 21a der beweglichen Elektrode 21 schräg ausgebildet sind, mit kreisbogenförmigen Stromführungspfaden in Umfangsrichtung ausgebildet sind; einen Abschlussbereich 23e zur Verbindung mit dem Kontakt 22; sowie eine Einpassöffnung 23f, in die ein Einpassbereich 25a des Elektrodenstabs 25 eingepasst und festgelegt ist.
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Wie die Außenumfangs-Spulenelektrode 23 beinhaltet auch die Innenumfangs-Spulenelektrode 24 Spulenbereiche 24d, die durch Schlitze 24b, welche in den becherförmigen Seitenflächen 24a in bezug auf die Axialrichtung 21a schräg ausgebildet sind, mit kreisbogenförmigen Stromführungspfaden in Umfangsrichtung ausgebildet sind; einen Abschlussbereich 24e zur Verbindung mit dem Kontakt 22; sowie eine Einpassöffnung 24f, in die ein Einpassbereich 25b des Elektrodenstabs 25 eingepasst und festgelegt ist.
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In diesem Fall sind die Positionen der Spulenbereiche 23d, die als Stromführungspfade der Außenumfangs-Spulenelektrode 23 dienen, und die Positionen der Spulenbereiche 24d, die als Stromführungspfade der Innenumfangs-Spulenelektrode 24 dienen, derart vorgesehen, dass sie unter unterschiedlichen Winkeln in der Umfangsrichtung angeordnet sind.
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Weiterhin ist das Verstärkungselement 26 durch einen Vorsprungbereich 26a in eine Einpassöffnung 25c des Elektrodenstabs 25 eingepasst und in dieser befestigt, wobei das Verstärkungselement 26 mit der rückwärtigen Oberfläche des Kontakts 22 in Kontakt tritt, um den Kontakt 22 von seiner rückwärtigen Oberfläche her abzustützen und zu verstärken.
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Wie beim Ausführungsbeispiel 1 sind der Kontakt 22, die Außenumfangs-Spulenelektrode 23, die Innenumfangs-Spulenelektrode 24 sowie der Elektrodenstab 25 aus einem Material der Kupfergruppe mit niedrigem elektrischen Widerstand hergestellt; das Verstärkungselement 26 ist aus einem Metall der Edelstahlgruppe mit hohem elektrischen Widerstand oder aus einem Isolator hergestellt.
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Im folgenden wird die Arbeitsweise des Vakuum-Schalters gemäß dem Ausführungsbeispiel 2 unter Bezugnahme auf 5 beschrieben.
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Wenn bei dem Vakuum-Schalter gemäß Ausführungsbeispiel 2 die bewegliche Elektrode 21 zurückbewegt wird, um den Strom zu unterbrechen, wird die bewegliche Elektrode 21 von einer feststehenden Elektrode (in der Zeichnung nicht dargestellt) getrennt, und dadurch entsteht ein Lichtbogen zwischen dem Kontakt 22 und einem Kontakt der feststehenden Elektrode.
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Der durch den Lichtbogen verursachte Strom fließt in Radialrichtung der Kontakte 22; anschließend fließt der Strom von dem Abschlussbereich 23e zu den Spulenbereichen 23d der Außenumfangs-Spulenelektrode 23 und von dem Abschlussbereich 24e zu den Spulenbereichen 24d der Innenumfangs-Spulenelektrode 24, wobei er dann durch Bodenbereiche der Außenumfangs-Spulenelektrode 23 und der Innenumfangs-Spulenelektrode 24 zu dem Elektrodenstab 25 fließt.
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Die Spulenbereiche 23d, die durch die in den Seitenflächen 23a der becherförmigen Außenumfangs-Spulenelektrode 23 schräg ausgebildeten Schlitze 23b gebildet sind, und die Spulenbereiche 24d, die durch die in den Seitenflächen 24a der becherförmigen Innenumfangs-Spulenelektrode 24 schräg ausgebildeten Schlitze 24b gebildet sind, sind jeweils kreisbogenförmig ausgebildet, und der Strom fließt schräg in Umfangsrichtung. Dadurch wird ein vertikales Magnetfeld parallel zu der Axialrichtung 21a des Elektrodenstabs 25 erzeugt.
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Die Positionen der Spulenbereiche 23d der Außenumfangs-Spulenelektrode 23 und die Positionen der Spulenbereiche 24d der Innenumfangs-Spulenelektrode 24 sind derart vorgesehen, dass diese in Umfangsrichtung unterschiedlich sind; dadurch wird das durch eine Vielzahl von Spulenelektroden erzeugte Magnetfeld im Vergleich zu dem Fall, in dem das Magnetfeld durch eine einzelne Spulenelektrode erzeugt wird, in der Magnetfeldverteilung in Umfangsrichtung verbessert, und die gleichmäßige Ausbildung wird noch weiter verbessert.
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Infolgedessen wird der Lichtbogen innerhalb eines Bereichs des Kontakts fokussiert und an dem gesamten Kontakt 22 diffundiert bzw. verbreitert; auf diese Weise wird eine lokale Konzentration des Lichtbogens verhindert, und der Kontakt 22 kann vor Beschädigung geschützt werden.
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Hinsichtlich eines Verfahrens zum Herstellen der Spulenelektroden gemäß dem Ausführungsbeispiel 2 ist wie beim Ausführungsbeispiel 1 ein Pressbearbeitungsverfahren mit Plattenmaterial effektiv. 6 veranschaulicht ein Verfahren zum Herstellen der Spulenelektroden durch ein Pressbearbeitungsverfahren.
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Als erstes werden die Einpassöffnung 23f und die Schlitze 23b aus einer ebenen Platte 10 ausgestanzt (6(a) und 6(b)); anschließend werden die Seitenflächen 23a in einer Becherform durch Ziehen gebildet (6(c)). Außerdem werden die Spulenelektroden 22 und die Spulenelektroden 23, die voneinander verschiedene Außendurchmesser aufweisen, miteinander kombiniert, um die beabsichtigten zusammengesetzten bzw. Verbund-Spulenelektroden herzustellen (6(d)). Ein Isolierring 27 wird nach Bedarf eingesetzt.
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Wie vorstehend beschrieben, sind bei dem Vakuum-Schalter gemäß dem Ausführungsbeispiel 2 die Schlitze in den becherförmigen Seitenflächen in bezug auf die Axialrichtung schräg ausgebildet; eine Vielzahl der becherförmigen Spulenelektroden, die sich in ihrem Außendurchmesser unterscheiden, sind konzentrisch angeordnet, wobei die Spulenelektroden mit den kreisbogenförmigen Stromführungspfaden in der Umfangsrichtung ausgebildet sind; außerdem wird ein Magnetfeld erzeugt.
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Wie beim Ausführungsbeispiel 1 zeigen sich somit bemerkenswerte Effekte dahingehend, dass die gleichmäßige Ausbildung der während der Erzeugung eines Lichtbogens entstehenden Magnetfeldverteilung in Umfangsrichtung verbessert werden kann, eine lokale Konzentration des Lichtbogens verhindert werden kann, der Kontakt vor Beschädigung geschützt ist und die Unterbrechungsleistung verbessert werden kann.
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Ausführungsbeispiel 3.
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7 zeigt Konstruktionsdarstellungen einer beweglichen Elektrode; dabei zeigt 7(a) eine auseinandergezogene Perspektivansicht der beweglichen Elektrode, und 7(b) zeigt eine Draufsicht auf Spulenelektroden. Ferner zeigt 8 eine Darstellung zur Erläuterung einer durch die Spulenelektroden erzeugten radialen Magnetfeldverteilung.
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Wie in 7 gezeigt, ist ein Vakuum-Schalter gemäß dem Ausführungsbeispiel 3 ähnlich der 1 vom Ausführungsbeispiel 1, mit Ausnahme der Faktoren, dass ein Spalt d zwischen einer becherförmigen Außenumfangs-Spulenelektrode 2 und einer becherförmigen Innenumfangs-Spulenelektrode 4 vorgesehen ist, die beide konzentrisch angeordnet sind, und ferner der Isolierring 7 weggelassen ist; aus diesem Grund wird auf eine Beschreibung der weiteren Bestandteile verzichtet.
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Bei dem vorliegenden Ausführungsbeispiel sind die Positionen der Spulenbereiche 3d, die als Stromführungspfade der Außenumfangs-Spulenelektrode 3 dienen, und die Positionen der Spulenbereiche 4d, die als Stromführungspfade der Innenumfangs-Spulenelektrode 4 dienen, derart vorgesehen, dass diese in Umfangsrichtung unterschiedlich sind.
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Im folgenden wird die Arbeitsweise des Vakuum-Schalters gemäß dem Ausführungsbeispiel 3 unter Bezugnahme auf 7 beschrieben.
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Wie beim Ausführungsbeispiel 1 wird auch bei dem Vakuum-Schalter gemäß dem Ausführungsbeispiel 3 beim Unterbrechen des Stroms ein Kontakt 2 der beweglichen Elektrode 1 von einem Kontakt 12 einer feststehenden Elektrode 11 getrennt, so dass ein Lichtbogen zwischen dem Kontakt 2 und dem Kontakt 12 entsteht.
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Der durch den Lichtbogen verursachte Strom fließt in Radialrichtung des Kontakts 2; dann fließt der Strom von den Abschlussbereichen 3e zu den Spulenbereichen 3d der Außenumfangs-Spulenelektrode 3 und von den Abschlussbereichen 4e zu den Spulenbereichen 4d der Innenumfangs-Spulenelektrode 4 und fließt dann durch Speichenbereiche 3c und Speichenbereiche 4c zu einem Elektrodenstab 5.
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Dabei sind die Spulenbereiche 3d und die Spulenbereiche 4d jeweils kreisbogenförmig ausgebildet, und der Strom fließt in Umfangsrichtung; auf diese Weise wird ein vertikales Magnetfeld parallel zu einer Axialrichtung 1a erzeugt.
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8 zeigt eine Darstellung, bei der eine durch die Verbund-Spulenelektroden gemäß dem Ausführungsbeispiel 3 erzeugte Magnetfeldverteilung in Umfangsrichtung mit einem herkömmlichen Beispiel verglichen wird. Bei der Magnetflussdichte B handelt es sich um eine Magnetflussdichte, die entlang der Radialrichtung eines Pfeils R in 7(b) gemessen wird; das Bezugszeichen T veranschaulicht die durch herkömmliche Spulenelektroden erzeugte Magnetfeldverteilung in Umfangsrichtung; das Bezugszeichen C veranschaulicht die durch die Verbund-Spulenelektroden aus der Außenumfangs-Spulenelektrode 2 und der Innenumfangs-Spulenelektrode 4 des Ausführungsbeispiels 3 erzeugte Magnetfeldverteilung in Umfangsrichtung.
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Die Innenumfangs-Spulenelektrode 4, die in ihrem Außendurchmesser kleiner ist als die Außenumfangs-Spulenelektrode 3, wird unter Ausbildung des Spalts d zwischen diesen angeordnet; dadurch wird das von den Verbund-Spulenelektroden erzeugte Magnetfeld in der radialen Magnetfeldverteilung im Vergleich zu dem Fall verbessert, in dem das Magnetfeld durch die einzelne Spulenelektrode erzeugt wird, wobei ferner auch die gleichmäßige Ausbildung verbessert wird.
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Infolgedessen wird der Lichtbogen innerhalb eines Bereichs des Kontakts fokussiert und an dem gesamten Kontakt 2 diffundiert bzw. verbreitert; auf diese Weise ist eine lokale Konzentration des Lichtbogens verhindert, und der Kontakt 2 kann vor Beschädigung geschützt werden.
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Wie vorstehend beschrieben, sind bei dem Vakuum-Schalter gemäß Ausführungsbeispiel 3 eine Vielzahl von becherförmigen Spulenelektroden, die mit kreisbogenförmigen Stromführungspfaden in der Umfangsrichtung ausgebildet sind und bei denen die Spulenelektroden unterschiedliche Außendurchmesser aufweisen, unter Ausbildung des Spalts zwischen einander konzentrisch angeordnet; es wird ein Magnetfeld erzeugt.
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Somit zeigen sich bemerkenswerte Effekte dahingehend, dass die Gleichmäßigkeit der während der Entstehung eines Lichtbogens erzeugten radialen Magnetfeldverteilung verbessert werden kann, eine lokale Konzentration des Lichtbogens verhindert werden kann, der Kontakt vor Beschädigung geschützt ist und eine Unterbrechungsleistung verbessert werden kann.
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Bei den vorstehend beschriebenen Ausführungsbeispielen ist die Beschreibung unter Bezugnahme auf einen Fall erfolgt, in dem die Verbund-Spulenelektroden durch zwei Spulenelektroden, d. h. die Außenumfangs-Spulenelektrode und die Innenumfangs-Spulenelektrode, gebildet sind; es ist jedoch auch ein Fall möglich, in dem die Verbund-Spulenelektroden aus nicht weniger als drei Spulenelektroden gebildet sind, wobei die Plattenstärke der jeweiligen Spulenelektroden unterschiedlich sein kann.
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Ferner ist in den Ausführungsbeispielen ein Fall beschrieben worden, in dem die jeweiligen Anzahlen von Zweigen (die Anzahl der Spulenbereiche) der Außenumfangs-Spulenelektrode und der Innenumfangs-Spulenelektrode drei beträgt; wie in 9 gezeigt ist, können die Anzahlen der Zweige der jeweiligen Spulenelektroden auch unterschiedlich sein, und die Magnetfeldverteilung kann somit eingestellt werden.
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Weitere Ausführungsbeispiele, bei denen die Anzahlen der Zweige einer Vielzahl von Spulenelektroden unterschiedlich sind, sind in 9(a) im Fall des Ausführungsbeispiels 1 und in 9(b) im Fall des Ausführungsbeispiels 3 dargestellt. Genauer gesagt, es wird dann, wenn die Anzahl der Zweige der Außenumfangs-Spulenelektrode größer ist als die Anzahl der Zweige der Innenumfangs-Spulenelektrode, eine wirksame Verbesserung der Gleichmäßigkeit des Magnetfeldes erzielt.
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Außerdem ist in den Ausführungsbeispielen der Fall beschrieben worden, in dem die Positionen der Spulenbereiche der Außenumfangs-Spulenelektrode und die Positionen der Spulenbereiche der Innenumfangs-Spulenelektrode derart vorgesehen sind, dass sie in Umfangsrichtung in unterschiedlichen Positionen angeordnet sind.
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Jedoch zeigt 10 eine weitere Ausführungsform, bei der die Positionen der Spulenbereiche 3d der Außenumfangs-Spulenelektrode 3 und die Positionen der Spulenbereiche 4d der Innenumfangs-Spulenelektrode 4 im Fall von Ausführungsbeispiel 1 in Umfangsrichtung gleich sind. Selbst wenn die Positionen einer Vielzahl der Spulenbereiche in Umfangsrichtung gleich sind, ist ein verbesserter Effekt der radialen Magnetfeldverteilung zu erwarten.
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Darüber hinaus werden Spulenelektroden mit unterschiedlichem zulässigen Laststrom bereitgestellt, und diese Spulenelektroden werden kombiniert; auf diese Weise können Vakuum-Schalter mit verschiedenen zulässigen Lastströmen bereitgestellt werden.
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Weiterhin ist die vorliegende Erfindung nicht auf die vorstehend beschriebenen Ausführungsbeispiele beschränkt, sondern es versteht sich, dass sie auch die zur Verfügung stehenden Kombinationen beinhaltet.
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Ferner sei erwähnt, dass die gleichen Bezugszeichen in den Zeichnungen gleiche oder entsprechende Elemente bezeichnen.
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Bezugszeichenliste
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- 1
- bewegliche Elektrode
- 2
- Kontakt
- 3
- Außenumfangs-Spulenelektrode
- 3b
- Schlitz
- 3c
- Speichenbereich
- 3d
- Spulenbereich
- 3e
- Abschlussbereich
- 4
- Innenumfangs-Spulenelektrode
- 4b
- Schlitz
- 4c
- Speichenbereich
- 4d
- Spulenbereich
- 4e
- Abschlussbereich
- 5
- Elektrodenstab
- 11
- feststehende Elektrode
- 12
- Kontakt
- 13
- Außenumfangs-Spulenelektrode
- 14
- Innenumfangs-Spulenelektrode
- 15
- Elektrodenstab
- 21
- bewegliche Elektrode
- 22
- Kontakt
- 23
- Außenumfangs-Spulenelektrode
- 24
- Innenumfangs-Spulenelektrode
- 24b
- Schlitz
- 24d
- Spulenbereich
- 24e
- Abschlussbereich
