DE1640202B2 - Vakuum-Schaltröhre für sehr hohe Stromstärken - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft eine Vakuum-Schaltröhre für sehr hohe Stromstärken, die in einem aus im wesentlichen zylinderförmigen Abschnitten bestehenden evakuierten Gefäß mehrere rotationssymmetrisch angeordnete, flächenförmig ausgebildete Elektroden für die Entladungsstrecke aufweist.

Triggerbare Vakuum-Schaltröhren mit Vakuumspalt, mit dessen Hilfe das bisherige Problem der Instabilität und der ungleichförmigen Durchschlagsspannungcn umgangen wird, werden heute häufig angewendet. Die bisherigen Vakuum-Schaltröhren und die übrigen Geräte mit triggerbarem Vakuumspalt sind für die Handhabung großer Leistungen nur beschränkt brauchbar, insbesondere können sie keine Ströme im Bereich von einigen 100 000 A führen, weil die üblichen Anoden einem sie zerstörenden Schmelzvorgang unterliegen, der durch die Bildung intensiver Anodenbrennflecke hervorgerufen wird, die die Fußpunkle einzelner zwischen der Kathode und Anode vorhandener, elektrischer Lichtbögen sind. In Spalten mit eng benachbarten Elektroden tritt dieser zerstörende Vorgang auch an der Kathode auf, obwohl dies kein so ernstes Problem wie das Schmelzen der Anode darstellt.

Aus der US-PS 32 07 947 ist eine Vakuum-Schaltröhre mit zwei großflächigen, einander gegenüber fest an-

⁶S geordneten PrimärelektiOden bekannt, die eine scheibenförmige, in einzelnen Ausführungsformen auch gegeneinander konvex gewölbte Gestalt besitzen. Eine der Primärelektroden besitzt eine Bohrung, in der eine

fjriggejrelelurode mit Ausnahme ihres Endstückes isoaj|ct geführt ist. Benachbart zur Triggerelektrode ist |ü».e Triggerhilfselektrode angeordnet Die Vakuunv schaltröhre geht dann in den strojnfühxen4en Zustand über, wenn zwischen Triggerelektrode und Triggerhilfselektrode ein Auslöselichtbogen erzeugt und dann mittels einer an die Primärelektroden angelegten Hochspannung die Primärelekt;odenstrecke gezündet wird. Dabei treten insbesondere nach längerem Betrieb auf Grund örtlich überhöhter Stromdichten Anodenbrennflecke auf. in deren Bereich die Anvde durch Schmetzvorgänge zerstört wird.

Aufgabe der Erfindung ist es, eine Vakuum-Schaltröhre anzugeben, bei der selbst bei sehr hohen Stromstärken kein Schmelzen der Anode oder Kathode erfolgt, und die. daher eine sehr hohe Lebensdauer besitzt.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß mehrere flügelartig ausgebildete Elektroden vorhanden sind, die derart in einer inneren Gruppe mit von der Zylinderachse ausgehenden Flügeln und in einer äußeren Gruppe mit von der Zylinderwand nach innen verlaufenden Flügeln angeordnet sind, daß zwischen den beiden ineinandergreifenden Elektrodengruppen mehrere elektrisch parallele Entlad'uigsstrekken gebildet sind.

Bei einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung bildet eine Primärelektrode mehrere nach außen ragende, radiale Rippen, die in ihrer Mitte an einem Pfosten festgemacht sind, während die andere Primärelekirode mehrere nach innen ragende, radiale Rippen aufweist, die zwischen den nach außen ragrnden Rippen kammarlig eingreifen und an ihren Außenrändern miteinander in Verbindung stehen, so daß ein elektrisch einheitlicher Elektrodenaufbau gebildet ist.

Bei einer Gruppe der bevorzugten Ausführungsformen sind die Elektroden ortsfest nebeneinander gestellt, so daß mehrere bleibende Spalte begrenzt werden; der Strom wird zwischen den beiden Primärelektroden dadurch in Gang gesetzt, daß eine zugehörige Auslösevorrichtung Impulse abgibt und in den Primärspalten ein geladenes Elektronen-lonenplasma injiziert, so daß ein Durchschlag auftritt.

Bei einer anderen Gruppe der bevorzugten Ausführungsformen sind die Elektrodenanordnungen zueinander verschiebbar, da die mittlere Elektrode relativ zur äuberen entweder in Längsrichtung bewegt oder gedreht werden kann. In allen Fällen wird ein Plasma zur Ausbildung einer Leitungsbahn zwischen den Primärelektroden durch den Bogen hergestellt, der beim Unterbrechen des Stromkreises gezogen wird und das Elektrodenmaterial verdampft und ionisiert. Bei der Trennung der beiden Elektroden wird der anfängliche Bogen gezogen, der sich schnell über die zyhlreichen parallelen Flächen der Elektrodcnanordnungen verteilt, so daß das die Elektroden enthaltende, evakuierte Volumen schnell mit einem Elektronen-lonenplasma gefüllt wird, das einen starken Strom leitet, bis die Stromstärke O erreicht wird, wodurch die Entladung unmittelbar gelöscht wird.

Im folgenden wird die Erfindung an Hand der Zeichnung näher beschrieben. Es zeigt

F i g. 1 einen Vertikalschnitt durch eine triggerbare Vakuum-Schaltröhre mit ortsfestem Spalt,

F i g. 2 einen Horizontalschnitt längs der Linien 2-2 der F i g. 1, wobei die Primärclektroden nebeneinander liegen,

F i g. 3 eine perspektivische Ansicht der zentralen F.lcktrodenanordnung nach F i g. 1, Fig,4, eine andersartige Ausführungsform der Vakuum-Schaltröhre.

F i g. 5 eine perspektivische Ansicht der mittleren Elektrodenanordnung beim Gerät nach F i g." 4,

F ä g. 6 eine weitere Ausführungsform einer Vakuum-Schaltröhre,

F i g, 7 einen Horizontalschnitt längs den Linien 6-6, der den Ort der Elektroden beim Schließen des Stromkreises angibt,

Fig.8 bis 10 andere Ausfühiungsformen der Elektrodenanordnungea

Gemäß der F i g. 1 weist ein auslösbares Gerät mit einem Vakuumspalt eine evakuierte Hülle 1 und zwei Prtmärelektrodenanordnungen 2 und 3 auf, von denen die eine in der Mitte und die andere außen vorgesehen ist. Die mittlere Elektrodenanordnung 2 ist perspektivisch mit allen Einzelheiten in F i g. 3 dargestellt und besitzt mehrere nach außen ragende, radiale, dünnwandige Flügel, deren Dicke, verglichen mit ihrer Länge und Breite, klein ist, und die etwa senkrecht zu einer Querebene gestellt und an ihren untersten Enden mit einer Platte oder Scheibe 5 verbunden sind, die auf einem Elektrodenstützkörper 6 gehaltert ist. Ein Horizontalschnitt durch die Elektrodenanordnung 2 der an den Linien 2-2 der F i g. 1 ausgeführt ist, zeigt in F i g. 2 die Lage der Flügel 4, der Platte 5 und des Stützkörpers 6. Die Schnittebene ist in diesem Fall eine Querebene, zu der die Flügel 4 und 8 etwa senkrecht stehen. Die Elektrodenanordnung 3, die auch mit allen Einzelheiten in F i g. 2 dargestellt ist, enthält einen hohlen, zylindrischen Körper 7 und mehrere nach innen ragende, radiale Flügel 8, die körperlich und elektrisch miteinander verbunden sind. Auch die Flügel 8 sind dünn; ihre Dicke ist ebenfalls im Vergleich zu ihrer Länge und Breite klein, und sie stehen nahezu senkrecht auf derselben Querebene. Die Elektrodenanordnungen stehen dicht nebeneinander, so daß die einzelnen nach innen bezw. außen ragenden Flügel 8 bzw. 4 zwischen sich mehrere elektrisch parallel geschaltete Durchschlagsspalten 9 bilden, die etwa dieselben Abmessungen besitzen. Die Flügel 8 laufen in der Hülle 1 etwa über die gesamte Länge des Entladungsraumes. Die Flügel 4 sind etwas kürzer, um in dem Raum zwischen ihnen und den Abschlußwänden 11 und 12 eine unechte Bogcnbildung zu unterbinden, da sich ja die letzteren auf demselben elektrischen Potential wie die Elektrodenanordnung 3 befinden. Aus praktischen Gründen entspricht die Länge der Flügel 4 mindestens der halben Länge der Flügel 8. Die Dicke der Flügel 4 und 8 ist derart gewählt, daG ihr spezifischer elektrischer Widerstand nicht beträchtlich anwächst, aber eine große Zahl paralleler, primärei Durchschlagsspalte, von denen keiner durch äußerst große Stromdichten überlastet ist, in einem ziemlicl· kleinen Volumen ausgebildet werden kann.

Die Hülle 1 des Gerätes nach F i g. 1 enthält eint metallische, nahezu zylindrische Seitenwand 10, die voi der mit einer Öffnung versehenen, oberen Abschluß wand 11 und der ähnlich ausgebildeten, unteren Ab schlußwand 12 verschlossen ist. Die Teile 10, 11 und i: sind sämtlich aus einem leitenden Metall, vorzugsweisi Kupfer hergestellt. Die Seitenwand 10 kann dabei de zylindrische Körper 7 der äußeren Elektrodenanord nung 3 sein; andererseits kann auch die Elektrodenan Ordnung mit der Innenfläche der Seitenwand mecha nisch und elektrisch verbunden sein. Die Öffnung in de oberen Abschlußwand 11 ist mit einer Auslöseelektrc denanordnung 13 verschlossen, die eine Auslöseanod 15, eine Auslösekatode 14 und einen Auslösespalt (nich

gezeigt) enthält, um einen Impuls aus einem gasförmigen lonen-Elektronenplasma oder verdampftes und ionisiertes Elektrodenmaterial zu liefern, so daß beim Zünden durch ein elektrisches Signal ein Durchschlag zwischen den Primärelektrodenanordnungen 2 und 3 erfolgt. Die Elektrodenanordnung 13 ist mit der Abschlußwand 11 hartverlötet und von einem leitenden Zylinder 16 umgeben, der ebenfalls mit der Abschlußwand U hartverlötet ist und eine elektrische Verbindung zwischen dieser und einem Anschlußstück 17 bilden kann. Eine Zuleitung 18 geht mit Hilfe einer Isolierung 19 durch den Zylinder 16 hindurch und verbindet die Auslöseelektrodenanordnung 13 mit einer Quelle von Spannungsimpulsen (nicht gezeigt).

Der Stützkörper 6 für die mittlere Elektrodenanordnung läuft durch eine Öffnung 20 in der Abschlußwand 12 und durch ein mit Eisenbeschlag versehenes Durchschlagsschild 21 hindurch und ist von einer Abschlußscheibe 22 gehaltert, die an einer keramischen Isolatorhülse 23 hermetisch angeschmolzen ist; die letztere ist ihrerseits mit Hilfe eines ringförmigen Abdichtflansenes 24 aus einer Fernico-Legierung an der Abschlußwand 12 angeschmolzen. Über eine Leitung 25 im Stützkörper 6 kann die Hülle 1 evakuiert werden; diese Leitung 25 wird von einer äußeren Röhre 26 fortgeführt, die durch das Ende des Körpers 6 hindurchgeht und an einer Stelle 27 zum Verschluß der Hülle 1 abgekniffen ist.

F i g. 4 ist ein Vertikalschnitt durch eine weitere Ausführungsform der Erfindung mit abgebrochenen Teilen, der der F i g. 1 ähnlich ist. An der Abschlußscheibc 22 ist ein in Längsrichtung biegsamer Balg 28 angeschweißt, hartverlötet oder auf andere Weise festgemacht und weist eine Kappe in Form eines ringförmigen Abschlußstückes 29 auf, das rund um den Stützkörper 6 hermetisch abgedichtet ist. um die vakuumdichte Hülle abzuschließen. Ein metallischer Ring 31 ruht in elektrischem und mechanischem Kontakt auf der Innenfläche der unteren metallischen Abschlußwand 12 und ist außerdem elektrisch ein Teil der Elektrodenanordnung 3.

Das Grat der F i g. 4 kann ebenfalls durch die mittlere Leitung 25 des Stützkörpers 6 evakuiert werden und bildet einen Vakuumschalter oder Stromunterbrecher. Im Betrieb werden die beiden primären Kontakte durch einen Stoß nach unten auf einen ringförmigen, das untere Ende des Stützkörpers 6 umgebenden Flansch 30 zusammengebracht, wodurch ein Stromkreis geschlossen wird. Am Ende der Bewegung nach unten schlagen nämlich die unteren Kanten der nach außen ragenden Flügel 4 auf den Kontaktring 31 und stellen die elektrische Verbindung her. Wenn auch eine beliebige Anzahl Kontaktflügel Anwendung finden kann, wird der Kontakt an allen Punkten zwischen den Flügeln 4 und dem Ring 31 erleichtert, falls nur drei Flügel aus dem mittleren Pfosten herausragen. Der zu schaltende Stromkreis ist an diesem Gerät angeschlossen; der eine Anschluß befindet sich am unteren Ende dem Stützkörpers 6, wie durch einen Pfeil 32 dargestellt ist; der andere kann an einem Ring 33 vorgesehen sein, der außen an der unteren Abschluß wand 12 festgemacht ist wie durch einen Pfeil 34 angedeutet ist. Zwischen diesen beiden Klemmen kann eine Wechselspannungsquellc in Reihe oder parallel geschaltet sein.

Um den Stromfluß durch das Gerät zu unterbrechen, wird der Stützkörper 6 Ln Längsrichtung so weit nach oben geschoben, wie es der Balg 28 zuläßt wobei sich die unteren Teile der Flügel A von der oberen Fläche des Kontaktringes 31 trennen. Zwischen diesen Flügeln und dem Kontaktring werden hierdurch zahlreiche Bögen gezogen. Da der Stromweg durch den Stützkörper 6, die Elektrodenanordnung 2, den Bogen, den Kontaktring 31, die untere Abschlußwand 12 und den Flansch 30 einen Kreis bildet, bewirken die magnetischen Kräfte eine Flußkonzcniration in der Mitte des Kreises, die den Bogen nach oben zwischen die Flügel der nach innen ragenden, äußeren Elektrodenanordnung und der nach außen ragenden, inneren Elektrodenanordnung drängt, so daß die gesamte Flügeloberfläche als Kontaktflächen für die elektrischen Bögen zur Verfügung stehen.

Der Ort der elektrischen Anschlüsse für die Stromleitung beim Gerät nach F i g. 4 ist äußerst bedeutungsvoll. Wenn auch erkannt worden ist, daß die Unterteilung der Hoehstrombögen in zahlreiche Abschnitte, die sowohl in Reihe als auch parallel liegen können, in diesem Geräten wünschenswert ist, ist eine solche Unter-

jo teilung bislang tatsächlich nie erreicht worden. Ein System, in dem der anfängliche Bogen zwischen zwei Elektroden überschlägt und auf ein anderes Elektrodenpaar übertragen wird, ist nur schwierig zu erstellen, da der Bogen stets den Ort der niedrigsten Energie sucht. Hier werden aber die vom Bogen selbst erzeugten, magnetischen Kräfte in neuartiger Weise ausgenutzt, um den Bogen in dem Raum zwischen die kammartig verzahnten, radialen Flügel zu drängen, die, abgesehen von einer geringen Verschiebung in Längsrichtung zueinander, im wesentlichen ortsfest bleiben, so daß im Betrieb die bogenbildenden Flächen etwa parallel sind. Wenn die Anschlüsse andererseits in Längsrichtung an der Achse des Geräts nach F i g. 1 angebracht sind und die Ausnutzung der Flügel versucht wird, würden die im Gleichgewicht stehenden Magnetfelder, die vom anfänglichen, zwischen den Flügeln 4 und dem Ring 31 gezogenen Bogen aufgebaut sind, den ursprünglichen Bogen daran hindern, daß er von einer magnetischen oder anderen Kraft in die Spalte zwisehen den Flügeln 4 und 8 gebracht wird. Sobald die Entladung zwischen den Elektrodenanordnungen 2 und 3 verteilt ist, werden keine Elektrodenbrennflecke mit hoher Stromdichte, insbesondere keine zerstörende Anodenbrennflecke gebildet, und die gesamte innere Oberfläche der Hülle innerhalb des Bogenbereiches ist mit einem gasförmigen Plasma gefüllt, das die Elektrizität zwischen der äußeren und inneren Elektrodenanordnung leitet. Der Stromfluß dauert so lange an. bis erstmals die Stromstärke O erreicht wird, worauf der Bogen erlischt und die verdampften Metalle, die die Leitungsträger des Stroms bilden, an den kalten Wänden kondensieren, so daß das starke Dielektrikum des Vakuums zurückkehrt und weiterhin die hohen, aber zulässigen Spannungen unterbricht.

In F ϊ g. 5 ist perspektivisch die mittlere Elektrodenanordnung mit den nach außen ragenden, radialen Flügeln 4 für das Gerät der Fig.4 dargestellt. Diese Anordnung stimmt mit der nach Fig.3 nahezu überein, wenn man von der unteren Scheibe 5 absieht, und übernimmt praktisch dieselben Funktionen.

In F i g. 6 ist eine andere Ausführungsform der Erfindung zu sehen-, dieser Vakuumschalter ist in Abhängig keil von einer Drehbewegung der mittleren Elektro denanordnung aus einer Stellung, in der eine elektii

sehe Verbindung besteht in eine Lage bewegbar, in de: der Stromkreis unterbrochen ist Die obere Abschluß wand 11 ist geschlossen und die untere von einer schei benförmigen, mit einem oberen Flansch und einer öff

A

nung versehenen Platte 36 gebildet. Die Teile 1 und 11 bestehen aus einem äußerst gut leitenden Material, z. B. Kupfer und die Platte 36 aus einem gasundurchlässigen, isolierenden Dielektrikum, z. B. einer Tonerdekeramik. Sie ist an der zylindrischen Seitenwand 1 mit Hilfe eines abdichtenden Ringflansches 37 festgemacht, der vorzugsweise aus» einer Fcrnico-Legierung hergestellt ist. Eine vakuumdichte Lagerhülse 38, die eine begrenzte Drehung der mittleren Elektrodenanordnung zuläßt, ist mit dem Stützkörper 6 verbunden und an diesem abgedichtet; an der keramischen Abschlußplatte 36 ist sie mit Hilfe einer ringförmigen Keramik-Metall-Verschmelzung 39 luftdicht abgeschlossen. Eine elektrische Verbindung mit den Primärelektroden entsteht dadurch, daß ein Kontakt am Stützkörper 6, wie durch einen Pfeil 32 angegeben ist, und an einem Ansatz 33 der zylindrischen Seitenwand 1 hergestellt wird, wie durch einen Pfeil 34 angedeutet ist. Eine Wechselstromquelle 43 und eine Impedanz (nicht gezeigt) können in Reihe oder parallel zwischen diesen Punkten angeschlossen sein.

Sobald das Gerät bis auf einen Druck von weniger als 10-^r> mm Hg evakuiert ist, wird es durch eine geringe Drehung der mittleren Elektrodenanordnung aus der Stellung, in der sich die Elektroden nahezu berühren (F i g. 7) und den Stromkreis schließen in die Lage gebracht, in der der Stromkreis unterbrochen ist. Gemäß F i g. 7 besteht der Kontakt zwischen den angeschlossenen dünnen Kontaktflügeln, die sämtlich an den sich berührenden Rändern etwa senkrecht zur selben Querebene stehen. Um den Kontaktbereich zu vergrößern, sind die inneren und äußeren Flügel an ihren Enden abgeschrägt, um sich an dem benachbarten Flügel g'att anlegen zu können. Längs dieser abgeschrägten Flächen werden beim Trennen der Elektroden zahlreiche parallele Bögen gezogen. Wenn der Bogenstrom anwächst, breitet sich die Entladung im wesentlichen über die gesamte Oberfläche der Flügel aus. die die einzelnen Teile der Elektrodenanordnung bilden. Wenn das Gerät in der anderen Stellung den Stromkreis unterbricht, entspricht der Querschnitt durch die Elektroden etwa demjenigen, der in F i g. 2 gezeigt ist. Da der Bogen bei der Abnahme der Stromstärke auf Null erlischt, was bei Zuführung eines Wechselstroms von 60 Hz in weniger als alle 8 msec geschieht, besteht nicht genügend Zeit, die Flügel weit genug zu trennen, so daß sich der Bogen zwischen der Rückfläche eines beweglichen Flügels und der Rückfläche des benachbarten, ortsfesten Flügels ausbreitet. Daher entstehen Bögen 60 nur bei der in F i g. 8 veranschaulichten Ausführungsform. In anderen Spalten werden keine Bögen wegen der Tatsache hervorgerufen, daß die Spalte nicht auf die erforderliche Spaltlänge gebracht werden können, bei der Bögen in weniger als 8 msec überschlagen. Die Ausführungsform der inneren und äußeren Elektrodenanordnung nach F i g. 8 bietet eine größere Berührungsfläche in der den Stromkreis schließenden Lage dar. Bei der Drehbewegung der mittleren Elektrodenanordnung nach Fig.6 entsteht ein solcher Elektrodenabstand, daß eine unbegrenzte Zahl parallele; Strombahnen nicht nur vertikal längs einer Berührungslinie zwischen einem passenden Elektrodenpaar, sondern auch horizontal längs der gesamten Elektrodenfläche zustandekommt. Gemäß F i g. 8 haben die nach innen ragenden, äußeren Elektrodenflügel die Gestalt dünner, abgestumpfter Prismen, die in Richtung der Längsachse zusammenlaufen. In ähnlicher Weise haben die nach außen ragenden, radialen Elektrodenflügel ebenfalls die Gestalt dünner, nach innen gerichteter, abgestumpfter Prismen, die am mittleren Pfosten festgemacht sind, so daß die beiden Elektrodenflügelarten glatt gegeneinander anliegen, wenn vom Gerät der Stromkreis geschlossen wird. Wenn auch der Stromunterbrecher nach F i g. 6 durch eine radiale Bewegung in Betrieb genommen wird, kann die Elektrodenanordnung, deren Querschnitt in F i g. 8 zu sehen ',st, in ähnlicher Weise für die Ausführungsform nach den F i g. 1 ίο und 4 verwendet werden.

Obgleich ein großer Vorteil der Erfindung darin besteht, im Gleichgewicht miteinander stehende Magnetfelder zu erreichen, sobald der Bogen über die Flügelflächen der Primärelektroden verteilt ist und diese Wirij kung für eine mittlere und eine konzentrische Umfangselektrodenanordnung vorteilhaft ist, können auch noch mit anderen Anordnungen gewisse Vorteile erhalten werden.

Die zahlreichen parallelen Bögen, die gleichzeitig zwischen verschiedenen Abschnitten der Primärelektrodenpaare überschlagen, können erhalten werden, wenn die Primärelektroden des Gerätes mit einer Anordnung kammartig ineinandergreifender Flügel versehen werden, wobei die Flügel abwechselnd ein Abschnitt der gegenüberstehenden Primärelektroden sind. Bei der Anordnung nach F i g. 9, die einen Vakuumschalter zeigt, ist eine primäre Bogenelektrode 50 mit einem zylindrischen Metallteil 51 vorgesehen, in dem in gleichen Abständen ebene, mit einer Öffnung versehene, dünne Flügel 52 quer zur Längsachse angeordnet sind und etwa senkrecht zur selben Querebene stehen. Eine andere Primärelektrode 53 weist einen mittleren Pfosten 54 und mehrere in gleichen Abständen voneinander getrennte, dünne, querstehende Flügel 55 auf, die auch nahezu senkrecht zur selben Querebene stehen. Die Hülle ist durch eine mit einer Öffnung versehene Abschlußkappe 56, eine isolierte Hülse 57 und einen biegsamen Balg 58 verschlossen, die ein Teil einer hermetisch abgedichteten Hülle sind. In üblicher Weise besitzt dieses Gerät eine Zylindersymmetrie, obgleich es auch rechteckig sein kann. Im letzteren Falle wäre es zweckdienlicher, wenn die dünnen Flügel von der einen Seite aus in die Flügel der anderen Seile hineingreifen. Diejenigen Flügel, die sich schließlich abnutzen würden, können dann auf unkostspielige Weise entfernt werden, um die Lebensdauer des Gerätes zu verlängern. Ein Vertikalschnitt durch diese Ausführungsform ist in Fig. 10 dargestellt.

Bei allen Ausführungsformen der Erfindung ist das die Elektroden bildende Material äußerst gut leitend und hat einen angemessenen hohen Dampfdruck, damit der Bogen, sobald er gezogen ist, aus Metallionen aufgebaut ist, die aus dem Elektrodenmaterial herausgelöst werden. Unter diesen Betriebsbedingungen läßt sich das Gerät bei einer Stromunterbrechung schnell entionisieren und wieder bereitstellen; beim Auftreten der Stromstärke G wird nämlich der Bogen abgerissen und die Metallionen wandern unmittelbar zur nächster kalten Oberfläche, kondensieren und werden aus dei Hülle entfernt, so daß wieder das starke Dielektrikum des Vakuums entsteht. Ein solches Material ist Kupfei oder Silber. Die für die Hülsen angewendete Keramil ist gasundurchlässig und besitzt eine hohe Durch Schlagsfestigkeit, z. B. die Keramik V-200 von Coor, di< amerikanische Lava T-164 oder eine Forsterilkeramik Das Material für die Metallelektroden soll derart fre von allen Gasen und gasbildenden Stoffen sein, daß be wicderhoUer Bogenbildung ein Druck von 10~⁵ mm H)

509549/12

ader weniger leicht aufrechterhalten werden kann. Dies bedeutet, üaß die Konzentration aller Gase und gasbildender Bestandteile auf weniger als IO~⁷ herabgesetzt werden muß.

Bei den vorliegenden Geräten weisen die Elekiradenaufbauten große Flächen auf, über die sich der Bogen nach seiner Zündung durch eine Injektion eines Impulses in Form eines ionisierten Plasmas oder durch eine Bewegung zur Stromkreisunterbrechung leicht ausbreiten kann, ohne daß insbesondere an der Anode örtliche Brennflecken gebildet werden. Die örtlichen Flecken von hoher Stromdichte verursachen nämlich das zerstörende Schmelzen und begrenzen somit die Möglichkeiten der Stromführung und Leistungshandhabung und die Frequenz, mit der die Geräte betrieben werden können.

Um starke Wechselströme bei einer hohen Spannung zu unterbrechen, besitzen die einzelnen Flügel aus

10

Kupfer bei der Ausführungsform nach F i g. 1 eine Länge von 13,3 cm, eine Breite von 5 cm und eine Dicke von 0,65 cnv, sie werden mit einem Spitzenstrom von 170 000 A bei einer Spannung von annähernd 35 000 V während eines halben Zyklus belastet, ohne daß an den beiden Elektroden ein grobes Schmelzen auftritt. Ein Faktor, der hierzu beiträgt, ist die Elektrodengestalt, bei der alle magnetischen Kräfte, die auf den Stromfluß durch den Spalt zurückzuführen sind, ins Gleichgewicht

ίο gebracht sind, so daß keine Neigung vorhanden ist, die Entladung in radialer oder axialer Richtung zu treiben, wie es häufig bei den bekannten Unterbrechern der Fall ist, bei denen man schnell den Bogen auslöschen möchte. Hierdurch wird die Konzentration des Stromes in einem speziellen Bereich vermieden und der Aufbau zerstörender Elektrodenbrennflecke insbesondere an der Anode unterbunden.

Hierzu 2 Blatt Zeichnungen

A Q15

Claims (10)

Patentansprüche:

1. Vakuum-Schaltröhre für sehr hohe Stromstärken, die in einem aus im wesentlichen zyiinderförmigen Abschnitten bestehenden evakuierten Gefäß mehrere rotationssymmetrisch angeordnete, flächenförmig ausgebildete Elektroden für die Entludungsstrecke aufweist, dadurch gekennzeichnet, daß mehrere flügelartig ausgebildete Elektroden (4, 8; 52, 55) vorhanden sind, die derart in einer inneren Gruppe mit von der Zylinderachse ausgehenden Flügeln (4; 55) und in einer äußeren Gruppe mit von der Zylinderwand (I; 7; 31) nach innen verlaufenden Flügeln (8; 52) angeordnet sind, daß zwischen den beiden ineinandergreifenden Elektrodengruppen mehrere elektrisch parallele Entladungsstrecken gebildet sind,

2. Vakuum-Schaltröhre nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß eine Anordnung (13,14,15) zur Erzeugung eines Elektronen-Ionenplasma:; innerhalb der parallelen Entladungsstrecken vorgesehen ist.

3. Vakuum-Schaltröhre nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die innere Gruppe mit von der Zylinderachse ausgehenden Flügeln (4; 55) bezüglich der äußeren Gruppe mit von der Zylinderwand (1; 7; 51) nach innen verlaufenden Flügeln (8; 52) bewegbar und der Spaltabstand der parallelen Entladungsstrecken veränderbar ist, und daß die Anordnung (13,14,15) zur Erzeugung des Plasmas eine Einrichtung besitzt, mittels der die beweglichen Elektroden (4: 55) aus einer den Stromkreis fließenden Stellung, in der die bewegbaren Flügel (4; 55) glatt an den ortsfesten Flügeln (8; 52) zumindest in einem Teil ihrer Oberflächen anliegen, in eine den Stromkreis unterbrechende Lage bewegbar ist.

4. Vakuum-Schaltröhre nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die innere Gruppe von Flügeln (4; 55) abwechselnd zwischen die von der Zylinderwand (I; 7; 51) nach innen verlaufenden Flügel (8; 52) kammartig eingreifen.

5. Vakuumschaltröhre nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die nach innen verlaufenden Flügel (8; 52) an der Wand eines äußeren Behälters in Form eines Quaders nahezu parallel angeordnet sind und eine rechtwinklige Gestalt besitzen, und daß die Flüge! (4; 55) der inneren Gruppe eine nahezu rechtwinklige Gestalt aufweisen und abwechselnd kammartig zwischen die Flügel (8; 55) der äußeren Gruppe eingreifen, und daß die beiden Gruppen der Flügel elektrisch durch ein starkes Dielektrikum voneinander getrennt sind.

6. Vakuum-Schaltröhre nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Anordnung (13, 14, 15) zur Erzeugung eines Eiektronen-Ionenplasmas eine Auslöseanode (15), eine Auslösekathode (14) und einen Auslösespalt enthält und bei Anlegung eines Spannungsimpulses an den Auslösespalt ein Elektronen-Ionenplasma erzeugt und in die parallelen Entladungsstrecken injiziert.

7. Vakuum-Schaltröhre nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß die nach innen verlaufenden Flügel (8) ortsfest ausgebildet sind, daß auf der unteren Stirnebene (12) des Gefäßes (1) ein Kontaktring (31) vorgesehen ist und mit den nach innen verlaufenden Flügeln (8) mehrere Zündspalte bildet, daß die von der Zylinderachse ausgehenden Flügel (4) in Achsrichtung bewegbar und zur Zündung mehrerer paralleler elektrischer Lichtbögen mit dem Kontaktring (31) in Berührung heranführbar bzw. von diesem trennbar sind, daß Anschlüsse (32, 33) zum Anlegen der Leitungsspannung an die Flügelelektroden (4.8) an demselben Ende des Gerätes ausgebildet sind, und daß bei der Lichtbogenbildung durch Abtrennung der Flügel (4) von dem Kontaktring (31) der Stromfluß durch das Gerät einen magnetischen Blaseffekt hervorruft, der die parallelen Lichtbögen in die elektrisch parallelen Entladungsstrecken zwischen den kammartig ineinandergreifenden Flügeln (4,8) treibt.

8. Vakuum-Schaltröhre nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Ränder der flügelartig ausgebildeten Elektroden (4, 8) abgeschrägt sind und zwischen sich berührenden Flügeln eine vergrößerte Berührungsfläche gegeben ist.

9. Vakuuin-Schaltröhre nach Anspruch 7, dadurch μ gekennzeichnet, daß die flügeiförmig ausgebildeten Elektroden (4, 8) im Querschnitt die Gestalt abgestumpfter Kegel mit einer solchen Neigung aufweisen, daß in dei den Kontakt herstellenden Lage die gesamten, sich über läppenden Flächen der Flügel eng und glatt aneinander anliegen.

10. Vakuum-Schaltröhre nach Anspruch 1. dadurch gekennzeichnet, daß die vo>i der Zylinderachse ausgehenden Flügel (55) längs der Zylinderachse parallel, querliegend angeordnet sind, eine Scheibenform besitzen und in gleichen Abständen nach außen ragen, und daß die von der Zylinderwand nach innen verlaufenden Flügel (52) querliegend angeordnet sind, eine ringförmige Gestalt besitzen und kammartig zwischen die nach außen ragenden Flügel (55) eingreifen.