DE1933438A1

DE1933438A1 - Hochvakuumschaltgeraet

Info

Publication number: DE1933438A1
Application number: DE19691933438
Authority: DE
Inventors: Rich Joseph Anthony
Original assignee: General Electric Co
Current assignee: General Electric Co
Priority date: 1968-07-01
Filing date: 1969-07-01
Publication date: 1970-01-15
Also published as: DE1933438C3; DE1933438B2; JPS4732265B1; FR2012123A1; US3509404A; GB1277056A

Description

699 - (RD-1993) General Electric Company, 1 River Road, Schenectady, N.Y., USA

SS = SSSSSSSSSSSS = SSSSSSZSSSSSSSSSSSSSSSSSSSSSSSSSSiSSSS Hochvakuumschaltgerät SSSSCS33SSXSSS9SSZSSS3SSSSSS3«βSZZZZSSSSSSSSSZSZSSSSSXSSBSSSSS

Bei Hochvakuumachaltgeräten wie beispielsweise bei steuerbaren Vakuumfunkenstrecken oder bei Vakuumsehalterη ergibt sieb eine obere Grenze für den Strom, der maximal geführt werden kann, aus der Bildung von Anodenbrennflecken, die die Anoden sum Schmelzen bringen können, üb die Bildung solcher Brennflecken zu umgehen» sind Versuche bekannt geworden, großflächige Bodenelektrode su verwenden sowie die Elektroden so auszubilden» daß eine Rotation des Lichtbogens auftritt. Die·» Versuche waren jedoch wenig erfolgreich.

Kin anderer Vorschlag sur Vermeidung von Brennflecken beruht auf

firennf lecken die Bündelung der Stromlinien iii Lichtbogen «wischen grofiflächigen Elektroden ist, die durch die orthogonale Kraft hervorgerufen wird, die durch das Vektorprodukt aus der Stromdichte und dem magnetischen Feld der Ströme innerhalb der Bogenelektroden bedingt ist. Dieser Vorschlag besteht darin, bei einer koaxialen Elektrodenstruktur die innere Elektrode in der Form zweier konsentrischer Hohlzylinder auszubilden, die nur an einer Stirnfläche durch einen Kreisring miteinander verbunden sind. Eine solche Elektrode soll als "eingestülpte" Elektrode bezeich-

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net werden. Durch diese Elektrodenstruktur wird das azimuthale Magnetfeld zwischen den koaxialen Elektroden stark herabgesetzt, so daß auch die Kräfte klein werden, die den stromführenden Lichtbogen bündeln und somit wesentlich zur Bildung von Elektroden-, insbesondere von Anodenbrennflecken beitragen. Bei Vakuumschaltgeräten, die auf diesem Vorschlag beruhen, konnten die zulässigen Ströme bereits erheblich gesteigert werden. Trotzdem erscheint es wünschenswert, die Stromlinien beziehungsweise die Stromwege weiterhin zu verbessern und die Ströme noch weiterhin zu erhöhen, die für Vakuumsehaltgeräte mit Elektroden einer vorgegebenen Geometrie oder Größe zulässig sind. Eine Möglichkeit hierfür besteht darin, Maßnahmen zu treffen, die Stromwege oder Linien, die eich bilden, rotieren zu lassen, um die Wahrscheinlichkeit für die Bildung von Anodenbrennflecken weiter herabsusetsen. Dieses ist jedoch besonders dann eine schwer su lösende Aufgabe, wenn es sich um Vakuuaichaltgeräte mit koaxialen Elektroden handelt, die als eingestülpte Elektroden auegebildet sind, wie es der oben erwähnte Vorschlag vorschreibt.

Diese Aufgabe will die Erfindung lösen.

Die Erfindung beinhaltet also ein Vakuuaschaltgerät wie eine steuerbareYakuu»funken*trecke oder einen Vakuumschalter mit koaxialen Elektroden, bei den erfindung*ge*ÄÄ nicht nur die innere, soadern auch die Äußere elektrode ale "eingestülpte" Elektrode ausgebildet 1st» find bei de* der AuAentylinder der Aitfteren "eittgeitülpten" Elektrode mit wendelfindg verlaufenden Sthlitsen versehen ist. Die innere Elektrode ist deswegen al· "eingestülpte" Elektrode ausgebildet, im das azim»thale Magnetfeld, innerhalb der Bogenetrecke Möglichst klein *u halten. Die wendelförmig verlaufenden Schlitze in dem Außenzylinder der äußeren Elektrode haben die Wirkung, daß der Strom im Außensylinder wie in einer multifilaren Magnetspule w*läuft so daß der Strom im Außenzylinder auch in er eigentlichen Funkenstrecke ein Magnetfeld hervorruft, das dem Magnetfeld einer Magnetspule ähnlich ist und eine Rotation des Lichtbogens innerhalb der Fun-

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kenstrecke hervorruft. Der Innenzylinder der "eingestülpt" ausgebildeten Außenelektrode schirmt nun den Außenzylinder der äußeren Elektrode von dem Lichtbogen ab, da sich die Fußpunkte des Lichtbogens an diesem Innenzylinder bilden, so daß die scharfen Kanten der Schlitze im Außenzylinder der äußeren Elektrode nicht mehr bevorzugte Ausgangspunkte von, Lichtbögen sein können,' was sonst der Fall wäre.

Im folgenden soll die Erfindung in Verbindung mit den Zeichnungen an Hand von Äusführungsbeispielen im einzelnen beschrieben werden.

Figur 1 ist ein Längsschnitt durch eine steuerbare Vakuumfunkenstrecke, die eine Ausführungsform der Erfindung ist.

Figur 2 ist ein Längsschnitt durch einen Vakuumschalter, der eine andere Ausführungsform der Erfindung darstellt.

Figur 3 ist ein Querschnitt längs der Linie 3 - 3 aus Figur 2..

In der Figur 1 ist mit "10" eine steuerbare Vakuumfunkenstrecke bezeichnet worden, auf die die Erfindung angewendet worden ist. Diese Vakuumfunkenstrecke 10 weist ein vollständig dichtes Gehäuse 11 auf, das bis auf einen Druck von 10~⁵ torr oder weniger evakuiert ist. Die Seitenwand 12 des Gehäuses 11 ist aus einem passenden Isoliermaterial hergestellt worden, beispielsweise aus Pyrex- oder Nonex-Glas oder auch aus einer keramischen Masse wie beispielsweise aus einer Keramik auf Aluminiumoxydgrundlage. Die Seitenwand 12 ist durch zwei Stirnwände 13 und 14 verschlossen, die vakuumdicht oben und unten an die Seitenwand vakuumdicht angeschmolzen worden sind. Innerhalb des Gehäuses 11 sind zwei eingestülpte Elektroden 15 und 16 angeordnet, die zueinander und zur Längsachse des Schaltgerätes koaxial angebracht sind. Die innere Elektrode 16 ragt weit in die äußere Elektrode 15 hinein, so daß sich ein zylindrischer Ringspalt bildet, der die eigentliche Funkenstrecke 17 darstellt, in der ein Lichtbogen brennen

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kann. In Längsrichtung nimmt der Ringspalt 17 einen großen Teil der gesamten Länge des Schaltgerätes 10 ein.

In der Stirnwand 14 ist eine mit einem Plansch versehene öffnung vorgesehen, in die eine Zündelektrode 18 eingesetzt ist. Diese Zündelektrode 18 steht einem Teil des Ringspaltes 17 gegenüber. Wenn an die Zündelektrode 18 ein passender Spannungsimpuls angelegt wird, so emittiert die Zündelektrode 18 ein Elektronen-Ionen-Plasma in die Funkenstrecke 17 hinein, so daß das Schaltgerät unmittelbar darauf zündet. Die Stirnwände 13 und 14 sind mit Stromanschlüssen 19 und 20 versehen, die mit den Stirnwänden zusammen aus einem Stück hergestellt sind, so daß das Schaltgerät an ein Netz, eine Last oder an einen Verbraucher angeschlossen werden kann.

Die äußere der beiden koaxialen Elektroden 15 weist einen Außenzylinder 21 auf, der elektrisch und mechanisch mit der Stirnwand 13 verbunden ist. Die äußere Elektrode 15 ist parallel zur Seitenwand 11 des Schaltgerätes angeordnet. Die äußere Elektrode 15 weist darüber hinaus noch einen Innenzylinder 22 auf, der nicht an der Stirnwand 13 befestigt ist, sondern statt dessen mittels eines Kreisringes 23 am unteren Ende des Außenzylinders 21 gehaltert ist. Die innere der beiden koaxialen Elektroden 16 weist einen Innenzylinder 24 auf,' der elektrisch und mechanisch mit der Stirnwand 14 verbunden ist, sowie einen Außenzylinder 25, der nicht direkt mit der Stirnwand 14 in Verbindung steht, sondern am oberen Ende mittels eines Kreisringes 26 am oberen Ende des Innenzylinders 24 befestigt ist. Es handelt sich also um zwei konzentrisch angeordnete "eingestülpte" Elektroden. Der Innenzylinder 22 der äußeren Elektrode 15 und der Außenzylinder 25 der inneren Elektrode 16 bilden zusammen den hohlen, zylindrischen Ringraum 17, dessen Länge größer als die halbe Länge jeder der beiden Elektroden und größer als die halbe Länge des ganzen Schaltgerätes ist. Nach dem Zünden des Schaltgerätes bilden sich in diesem Ringraum 17 zwischen der Innenfläche der äußeren Elektrode und der Außenfläche der inneren Elektrode zahlreiche kleine Lichtbögen aus, so daß der ganze Ringraum 17 mit einem Plasma

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gefüllt wird. Diese kleinen Lichtbögen sind in der Figur 1 bei "27" angedeutet worden. Zur vollständigen Isolierung ist es günstig, wenn die Höhe der Seitenwand 12 aus Isoliermaterial mindestens der Höhe des Ringraumes 17 entspricht.

Der Außenzylinder 21 der äußeren der beiden koaxialen Elektroden 15 ist mit einer Anzahl von parallelen, wendelförmig verlaufenden Schlitzen 28 versehen, so daß eine Wendel mit mehreren parallel verlaufenden Wendelgliedern gebildet wird. Hierdurch fließen alle Ströme in dem Innenzylinder 22 der äußeren Elektrode 15, die ja alle durch den Außenzylinder 21 abfließen müssen, eine wendeiförmige Bahn entlang und erzeugen wie eine Magnetspule im Ringraum 17 ein hauptsächlich längs verlaufendes Magnetfeld. Da die hier interessierenden Schaltgeräte für sehr hohe Ströme und für sehr hohe Spannungen bestimmt sind, also für Stromstärken von zehntausenden von Ampere und für Spannungen von zehntausenden von Volt, sind die magnetischen Kräfte, die auf die Elektroden einwirken, sehr erheblich, und außerdem sind die Elektroden deswegen auch recht schwer. Die Wendel mit den parallel verlaufenden Wendelgliedern darf daher nicht flexibel sein, was der Fall wäre, wenn man, wie bei einigen bekannten Schaltgeräten, die Wendel nur aus einem einzigen, fortlaufenden Leiter herstellen würde, um den Lichtbogen rotieren zu lassen. Es wurde gefunden, daß eine recht erhebliche Bogenrotation auftritt, wenn man den Außenzylinder der äußeren der beiden koaxialen Elektroden 15 mit wendeiförmigen Schlitzen versieht, von denen jeder in der Projektion von oben nicht mehr als einen Halbkreis beschreibt. Trotz der Schlitze bleibt die ganze Elektrode stabil genug, so daß weder durch das Gewicht der Elektrode noch durch die Kräfte, die beim Zünden und durch die Lichtbögen auf die Elektrode ausgeübt werden, Verformungen der Elektrode auftreten.

Durch die Stromfaltung, die in der "eingestülpten" inneren Elektrode 16 auftritt, heben sich die Azimuthaikomponenten der Magnetfelder weitestgehend gegenseitig auf, die von den Strömen in der inneren Elektrode hervorgerufen werden. Die Ströme, die nach

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der Ausbildung der Lichtbögen zwischen den Zylindern 22 und 25 fließen, fließen nämlich in den Zylindern 25 und 24 in entgegengesetzten Richtungen. In der Näherung, in der die entgegengesetzt fließenden Ströme in den sich überlappenden Teilen der Zylinder 24 und 25 gleich groß sind, ist die azimuthale Magnetfeldkomponente innerhalb des Ringraumes 17 gleich Null, in dem die Lichtbögen brennen. Diese Verhältnisse liegen im Gebiet "A" des Ringraumes 17 vor, da radial außerhalb dieses Gebietes der gesamte Lichtbogenstrom sowohl im Zylinder 24 als auch (entgegengesetzt) im Zylinder 25 fließt. Im Gebiet ¹¹B" des Ringraumes 17 heben sich dagegen die Azimuthaikomponenten des Magnetfeldes weniger gut auf, da neben diesem Gebiet B der Strom im Zylinder 25 geringer als im Zylinder 24 ist. Die nicht allzugroße, nach innen gerichtete Konzentration der Stromwege innerhalb des Ringraumes 17, die durch das geringe Ungleichgewicht im Gebiet "B" hervorgerufen wird, reicht jedoch, wie man gefunden hat, nicht aus, die Lichtbögen über Gebühr zu bündeln. Die Lichtbogenstromlinien sind" vielmehr auf dem nach unten hängenden Außenzylinder der inneren Elektrode innerhalb eines Gebietes gleichförmig verteilt, das länger als die halbe Länge der inneren Elektrode 16 ist. Dabei ist die Stromdichte im Verhältnis zum gesamten Strom sehr niedrig, so daß erst von wesentlich höheren Stromstärken an die Bildung von destruktiven Anodenbrennflecken zu befürchten ist.

Die Stromschwelle, von der an die Bildung von zerstörenden Anodenbrennf lecken zu befürchten ist, kann nun weiterhin erhöht werden, wenn man dafür sorgt, daß die Stromwege in den Lichtbögen innerhalb des Ringraumes 17 unter dem Einfluß der Längskomponepte eines Magnetfeldes der Feldstärke H rotieren, die senkrecht auf den Stromwegen 27 steht. Hierdurch wird eine Rotationskraft erzeugt, die senkrecht auf der Zeichnungsebene steht und eine Rotation um die innere der beiden konzentrischen Elektroden hervorruft.

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Die Abmessungen eines Schaltgerätes, wie es in Figur 1 dargestellt ist, hängen von den Nennströmen und den Betriebsspannungen ab, für die das Schaltgerät ausgelegt werden soll. Wenn das Schaltgerät für höhere Ströme und für höhere Spannungen verwendet werden soll, müssen die Durchmesser der inneren und der äußeren Elektrode größer gemacht werden, um die Fläche des hohlen Ringraumes 17 zu vergrößern, in dem die Lichtbögen brennen. Auf die Breite des Ringraumes 17 kommt es dagegen nicht sonderlich an, da die Durchschlagsfestigkeit des Vakuums genügend hoch ist, um für vernünftige Längen des Ringraumes 17 direkte Durchschläge auszuschließen.

Als Beispiel für ein erfindungsgemäßes Schaltgerät nach Figur 1 sollen die Abmessungen einer speziellen Ausfuhrungsform angegeben werden. Als Seitenwand 12 wurde ein Pyrex-Glaszylinder verwendet mit einer Höhe und einem Durchmesser von jeweils etwa 15 cm, dessen Wandstärke etwa 9,5 mm betrug. Die Wandstärke der beiden koaxialen Elektroden betrug 3,2 mm. Der Außendurchmesser des Zylinders 21 betrug etwa 12,7 cm, der Innendurchmesser des Zylinders 22 etwa 10,2 cm, der Außendurchraesser des Zylinders 25 etwa 7,6 cm und der Durchmesser des inneren Zylinder 24 betrug etwa 3,8 cm. In den Außenzylinder 21 der äußeren Elektrode 15 waren 8 Schlitze 28 mit einer-Schlitzbreite von etwa 3₉2 mm eingeschnitten worden, deren kürzester Abstand von Mitte zu Mitte etwa 12,7 mm betrug. Die Länge der gesamten, dadurch gebildeten Wendel betrug 10,2 cm. Der Ringraum 17 wies eine Länge von 10,2 cm auf, der Spalt zwischen den beiden koaxialen Elektroden betrug 12,7 mm. Wenn an die Zündelektrode 18 ein 200 Volt-Impuls angelegt wurde, der fünf MikroSekunden lang war, und wenn die Anschlüsse 19 und 20 mit einer auf 10 KV aufgeladene Kondensatorbatterie verbunden waren, wurden bei typischen Stromunterbrechungen durch Lichtbögen mehrere Perioden lang ein Spitzenstrom von 50 000 Ampere geführt, dessen Verlauf sinusförmig mit einer Frequenz von 60 Hz war, ohne daß sich Anodenbrennflecke bildeten, die die Anode zum Schmelzen brachten. Auch bei wiederholten Zündungen oder Durchschlägen traten keine Brennflecke auf, die die Anode anschmolzen.

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Die Bogenelektroden 15 und 16 sind sehr hohen Strömen ausgesetzt und werden auf sehr hohe Tmepraturen aufgeheizt. Sie müssen daher gasfrei sowie frei von allen Verunreinigungen sein, die Gase bilden können, um zu verhindern, daß die Lichtbogen Gase an den Elektroden freisetzen, die das Vakuum in dem Schaltgerät beeinträchtigen. Während die Lichtbögen brennen, herrscht im Schaltgerät kein Vakuum, da von den Elektroden große Mengen von Metall verdampft oder zerstäubt werden. Es ist nun notwendig, daß sich diese Metallmengen nach dem Erlöschen der Lichtbogen sehr schnell wieder kondensieren, damit sich der Restdruck in dem Gehäuse 11 des Schaltgerätes wieder auf einen Wert von weniger als 10 torr einstellt. Sonst ist die Durchschlagsfestigkeit des Vakuums gegenüber den zwischen den Bogenelektroden liegenden hohen Spannungen nicht mehr gewährleistet. Aus welchen Materialien die Elektroden hergestellt werden können, ist bekannt. Man kann sie .beispielsweise aus Kupfer, Beryllium oder auch aus Legierungen zwischen diesen beiden Elementen herstellen. Dieses ist beispielsweise in den US-Patentschriften 2 975 236,

2 975 255, 3 016 435, 3 l40 373 und 3 246 979 beschrieben worden. In diesen Patentschriften sind auch andere Materialien zur Herstellung solcher Elektroden angegeben. Diese Materialien werden vorzugsweise in hochreinem Zustand hergestellt, beispielsweise durch mehrstufiges Zonenschmelzen oder durch ein besonderes Zonenschmelzverfahren,₅ das in der US.Patentschrift

3 234 351 beschrieben worden ist.

Die Zündelektrode 18 weist eine eingekrbteMetall- oder Hydridschicht auf, die auf einer keramischen Isolierscheibe 29 aufgebracht ist. Der äußere Teil der Scheibe 29, der als Zündkathode dient, ist mit der Stirnwand 14 verbunden. Als Zündanode dient ein keramischer Stab 28, der mit einer Metall- oder Hydridschicht überzogen worden ist. Das obere Ende des Stabes 28 ist überzogen und mit einem Draht verbunden, der in der Mitte durch den Stab 28 hindurchläuft und unten aus dem Stab als Zündleitung austritt, an der eine Zündimpulsquelle 32 angeschlossen werden kann. Solche Zündelektroden sind schon mehrere Male vorgeschlagen worden.

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In der Figur 2 ist nun ein Hochvakuumschalter dargestellt, der eine andere Ausführungsform der Erfindung ist. Der Hochvakuumschalter 40 aus Figur 2 weist ein evakuierbares Gehäuse 41 aus einer isolierenden, zylindrischen Seitenwand 42 auf, an die oben und unten Stirnwände 43 und 44 vakuumdicht angeschmolzen sind. Die untere Stirnwand 44 besteht aus einer quer verlaufenden Scheibe 45 und aus einem Zylinderstutzen 46, der nach innen und oben ragt.

Von der Stirnwand 43 ragt eine äußere, koaxiale Bogenelektrode nach innen in das Schaltergehäuse 41 hinein. Diese koaxiale Bogenelektrode 47 ist so wie die äußere Elektrode 15 nach Figur 1 aufgebaut. Die äußere Elektrode 47 weist einen wendelförmig geschlitzten Außenzylinder 49 und einen Innenzylinder 50 auf, der an seinem unteren Ende mittels eines Kreisringes 52 am unteren Ende des wendelförmig geschlitzten Außenzylinders 49 befestigt ist. Der Kreisring 52 weist eine flach ausgebildete Fläche 52 auf, die eine Kontaktfläche ist. Die ganze äußere Elektrode ist mit dem oberen Ende des wendelförmig geschlitzten Außenzylinders an der oberen Stirnwand 43 befestigt.

Die innere der beiden koaxialen Bogenelektroden 48 weist eine Grundplatte 53 auf, die quer über das untere Ende der zylindrischen Seitenwand verläuft. Diese Grundplatte ist zwischen dem unteren Ende der zylindrischen Seitenwand und dem Zylinderstutzen 46 der untere Stirnwand 44 vakuumdicht eingelötet oder eingeschmolzen worden. An der Grundplatte 53 ist ein Innenzylinder der inneren Bogenelektrode befestigt. Am oberen Ende des Innenzylinders 54 befindet sich ein nach außen ragender Kreisring 56, von dessen äußerem Rand ein Außenzylinder 55 der inneren Elektrode herabhängt. Die innere Bogenelektrode 48 ist mittels eines flexiblen Leiters 58 mit einer Kontaktbrücke 57 elektrische verbunden. Die Kontaktbrücke 57 weist eine quer verlaufende Kontaktplatte 59 auf, von der mehrere Kontaktfinger 60 nach oben ragen, beispielsweise 2, 3 oder 4. Diese Kontaktfinger 60 ragen durch öffnungen 61 in der Grundplatte 53 der Bogenelektrode 48

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nach oben hindurch und enden in Kontaktflächen 62. Diese Kontaktflächen 62 sind so ausgebildet, daß sie an der Kontaktfläche 52 des Kreisringes 51 an der äußeren koaxialen Bogenelektrode 47 anliegen können, so daß der Strom ungehindert durch den Vakuumschalter fließen soll, und daß sie von der Kontaktfläche 52 weggezogen werden können, um einen Lichtbogen auszulösen, wenn der Strom durch den Schalter unterbrochen werden soll.

Die geschlossene Schalterstellung ist diejenige Schalterstellung, bei der die Kontaktflächen 52 und 62 einander berühren und aneinander liegen. Aus dieser Stellung kann die Kontaktbrücke 57 mittels einer Schaltstange 63 zurückgezogen werden. Die Schaltstange 63 ist mit der Scheibe 45 der unteren Stirnwand 44 mit- . tels eines Pederbalges 64 elektrisch und vakuumdicht verbunden, so daß die Stange auf und ab bewegt werden kann. Der Federbalg 64 soll so gewählt sein, daß man die Schaltstange 63 so viel verschieben kann, daß der Abstand zwischen den Kontaktflächen 52 und 62 bei ganz herabgezogener Schaltstange größer als der Abstand zwischen der Innenfläche des Zylinders 50 und der Außenfläche des Zylinders 55 ist, damit die zu Beginn zwischen den verhältnismäßig kleinen Kontaktflächen 62 und der Kontaktfläche 52 gezogenen Lichtbogen von der Funkenstrecke 67, also von dem Ringraum zwischen den beiden koaxialen Elektroden, übernommen werden können. Dieses wird durch die magnetischen Kräfte bewirkt, durch die auch die Rotation der Stromwege im Lichtbogen zu Stande kommt.

Um den Vakuumschalter 40 an ein Netz oder einen bestimmten Netzteil anschließen zu können, der vor Spannungs- oder Stromstößen geschützt werden soll, sind an der oberen Stirnwand 43 der An schluß 65 und an der unteren Stirnwand 44 der Anschluß 66 vorgesehen, die jeweils mit ihrer Stirnwand aus einem Stück hergestellt sein können. Wenn ein Spannungs- und/oder .Stromstoß auftritt, wird die Schaltstange 63 nach unten gezogen, so daß die Kontaktflächen 62 von der Kontaktfläche 52 abgezogen werden. Dabei werden Lichtbögen gezogen. Wenn der Abstand zwischen den

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Kontaktflächen 62 und der Kontaktfläche 52 den Abstand zwischen den beiden koaxialen Bogenelektroden, also die Breite des Funkenstreckenspaltes 67 übersteigt, geht der Fußpunkt eines Lichtbogens von einer Kontaktfläche 62 auf die Außenfläche des Innenzy- ' linders 55 über. Damit wird der ganze hohe Strom von der großen Fläche des Funkenstreckenspaltes 67 übernommen, da sich der Strom beziehungsweise der Lichtbogen schnell und gleichförmig über den ganzen Ringraum 67 ausbreitet, wie es auch beim Schaltgerät nach Figur 1 der Fall war. Wenn ein Stromnulldurchgang erfolgt, erlischt der Lichtbogen und der Stromkreis wird geöffnet.

Man kann einen stromleitenden Lichtbogen zwischen der äußeren und der inneren der beiden koaxialen Elektroden 47 und 48 auch durch einen Plasmastoß auslösen, der von einer Zündelektrode emittiert wird, wie sie in Figur 1 bei "18" dargestellt ist. Eine solche Zündelektrode kann entweder in die Stirnwand 43 eingesetzt werden, so daß sie dem Ringraum 67 gegenüber steht, oder aber in die Stirnwand 44, derart, daß sie dann neben den Kontaktflächen 52 und 62 liegt, an denen sich beim öffnen des Schalters die ersten Lichtbögen bilden. Dieses Zünden mittels einer Zündelektrode kann durchgeführt werden, wenn der Schalter offen ist, jedoch sehr rasch geschlossen werden soll, während die mechanische Schalterbetätigung die Elektroden aufeinander schiebt, damit sie sich schließlich berühren und aufeinander liegen.

Die Figur 3 stellt einen Querschnitt längs der Linie 3 - 3 aus Figur 2 dar und zeigt, wie die Kontaktfinger 60 durch die öffnungen 6l in der Grundplatte 53 hindurchragen, so daß sie an der Kontaktfläche 52 des Kreisringes 51 der äußeren der beiden koaxialen Elektrode anliegen können. Das Ausführungsbeispiel nach Figur 3 weist 4 Kontaktfinger auf. Weiterhin ist in Figur 3 eine Zündelektrode 68 vorgesehen, die ein Elektronen-Ionen-Plasma durch die Stirnwand 44 hindurch in den Ringraum zwischen den beiden koaxialen Elektroden emittieren kann. Dadurch kann der Zeitpunkt genau festgelegt werden, zu dem ein Bogen gezündet werden soll, um den Schalter zu schließen.

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Ein Zündimpuls kann im besonderen immer dann verwendet werden, wenn der Vakuumschalter normalerweise offen ist und zum Schutz eines Netzes oder eines Streckenabschnittes gegen Überspannungen diesem Netz oder Streckenabschnitt parallel geschaltet ist. In einem solchen Fall wird der Vakuumschalter beim Auftreten eines Überspannungsstoßes geschlossen, um den zu schützenden Streckenabschnitt kurzzuschließen. Hierzu kann beim Auftreten eines Überspannungsstoßes ein Zündimpuls hervorgerufen werden, durch den eine Elektronen-Ionen-Plasmawolke in den Ringraum 67 zwischen den beiden koaxialen Elektroden injiziert wird. Dadurch wird elektrisch zum Ableiten des Überspannungsstoßes ein Lichtbogen eingeleitet, der sich dank des Zündimpulses in Mikrosekunden aufbauen kann. Gleichzeitig kann die Kontaktbrücke 57 von der Schaltstange 63 mechanisch nach vorne geschoben werden, so daß die Kontaktflächen 62 auf der Kontaktflache 52 aufliegen und somit der Schalter ¹IO geschlossen ist und den überstrom ableiten kann.

Erfindungsgemäße Schaltgeräte sind von großem Wert, da sie die Vorteile der koaxialen, "eingestülpten" Elektroden, also die Vorteile eines sehr geringen azimuthalen Magnetfeldes in der eigentlichen Funkenstrecke, mit den Vorteilen der großflächigen Bogenelektroden verbinden, die auf niedrige Stromdichten führen, so daß die Bildung von Anodenbrennflecken erst bei sehr hohen Stromstärken einsetzt. Zusätzlich wird der Stromwert, von dem an die Bildung von Brennflecken zu befürchten ist, noch weiter erhöht, da die Stromlinien im Lichtbogen zwischen den beiden Elektroden durch magnetische Kräfte rotieren.. Trotzdem sind die geschlitzten Elektrodenzylinder, durch die diese magnetischen Kräfte bedingt sind, von den Lichtbögen abgeschirmt, so daß von den Kanten der Elektrodenschlitze keine Lichtbögen ausgehen können. Erfindungsgemäße Schaltgeräte können auf verschiedene Weise konstruiert werden. Man kann beispielsweise, wie in Figur 1, eine einzige Zündelektrode verwenden. Man kann aber auch mehrere Zündelektroden benutzen. Zur Auslösung der Lichtbögen kann man die Zündelektroden entweder an den Stirnwänden des Schalterge-

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hauses oder an der Seitenwand anordnen. Bei einem Vakuumschalter nach Figur 2, der mit einer mechanisch bewegbaren Kontaktbrücke versehen ist, um den Schalter zu Offnen und zu schließen, kann man ebenfalls zusätzlich eine Zündelektrode verwenden, wie es in Figur 3 dargestellt ist.

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Claims

Patentansprüche

IJ Hochvakuumschaltgerät mit einem evakuierten Gehäuse, in dem zwei koaxial angeordnete, zylindrische Elektroden angeordnet sind, dadurch gekennzeichnet, daß jede der beiden Elektroden aus zwei konzentrisch angeordneten Zylindern aufgebaut ist, die an ihren in das Schaltergehäuse hineinragenden Enden durch einen Kreisring miteinander verbunden sind, daß der Strom der Innenelektrode über den inneren Zylinder und der Strom der Außenelektrode dem Außenzylinder direkt zuführbar ist, und daß in den Außenzylinder der äußeren Elektrode mehrere parallel zueinander angeordnete wendelförmig verlaufende Schlitze
eingeschintten sind.
2. Hochvakuumschaltgerät nach Anspruch 1, dadurch
gekennzeichnet, daß die innere der beiden
koaxial angeordneten Elektroden so weit in die äußere dieser beiden Elektroden hineingeschoben ist, das die Länge des Ringraumes zwischen den beiden koaxialen Elektroden größer als die halbe
Länge einer der beiden Elektroden ist.
3. Hochvakuumschaltgerät nach Anspruch 1, dadurch
gekennzeichnet, daß die Länge des isolierenden Teils der Seitenwand des Gehäuses größer als die Länge des
Ringraumes zwischen den beiden koaxial angeordneten Elektroden ist.
4. Hochvakuumschaltgerät nach Anspruch 1, dadurch

g e k e η η ζ e i c h η e t , daß die wendelförmig verlaufenden Schlitze in dem Außenzylinder der äußeren Elektrode einen azimuthalen Winkel von nicht mehr als l80° umfassen.
5. Hochvakuumschaltgerät nach Anspruch 1, dadurch
gekennzeichnet, daß die beiden koaxial angeordneten Elektroden feststehend angeordnet sind, und daß eine Zündelektrode vorgesehen ist.

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6. Hochvakuumschaltgerät nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die eine der beiden koaxialen Elektroden zum öffnen und Schließen des Schaltgerätes mit einer längs verschiebbaren Kontaktbrücke versehen ist, deren Kontaktflächen an Kontaktflächen der anderen der beiden koaxial angeordneten Elektroden anliegen, wenn das Schaltgerät geschlossen ist.
7. Hochvakuumschaltgerät nach Anspruch 6, gekennzeichnet durch eine zusätzliche Zündelektrode, durch die ein Elektronen-Ionen-Plasma in den Ringraum zwischen den beiden koaxial angeordneten Elektroden injizierbar ist.
8. Hochvakuumsehaltgerät nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der kleinste auftretende Abstand zwischen den beiden koaxial angeordneten Elektroden höchstens gleich der Breite des Ringraumes zwischen den beiden Elektroden ist.
9. Hochvakuumsehaltgerät nach Anspruch 6 oder 8, dadurch gekennzeichnet, daß die Kontaktbrücke soweit zurückziehbar ist, daß der Abstand zwischen den Kontaktflächen der Brücke und den Kontaktflächen an der einen Elektrode größer als die Breite des Ringraumes zwischen den beiden koaxial angeordneten Elektroden ist.

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L e e r s e i t e