DE1967065A1 - Vakuumschalter - Google Patents

Description

Mitsubishi Denki Kabushiki Kaisha, Tokyo / Japan

Vakuumsehalter

(Ausscheidung aus P 19 15 I98.5)

Die Erfindung bezieht sieh auf einen Vakuumschalter mit zwei elektrisch leitfähigen Stangen, welche Kontaktelemente tragen, einem zylindrischen Gehäuse aus rostfreiem Stahl, in welchem die zwei Kontaktelemente angeordnet sind, und mindestens einer elektrischen Isolation in Form eines HohlZylinders, der zumindest an einem Ende des Gehäuses vorgesehen ist und die entsprechende leitfähige Stange vakuumdicht umgibt* wobei das Gehäuse und die Isolation den evakuierten Kolben bilden.=

Ein derartiger Vakuumschalter ist beispielsweise durch die US-PS 3 ,"5Θ3 376 bekannt geworden. Durch die DT-AS 1 I85 689 ist es bekannt geworden, eine Abschirmung teilweise aus rostfreiem Stahl herzustellen*

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Da alle Vakuumschalter im Vakuum arbeiten, kann man erwarten, daß sie folgende Vorteile aufweisen:

1. Die Gesamtabmessung kann sehr verkleinert werden, da bereits ein geringer Abstand zwischen den Kontakten ausreicht, -damit der Unterbrecher hohe Spannungen aushalten kann.

2. Die geringen Abmessungen führen dazu, daß der Betriebsmechanismus einfacher und die Ansprechgeschwindigkeit größer wird. _t. . ,

3>. Aufgrund der hohen Geschwindigkeit, mit der die erzeugten Ionen unmittelbar nach einer Unterbrechung eines Stromes diffundiert und gelöscht werden, wird der Isolierzustand des Unterbrechers schnell wieder hergestellt, und eine erneut auftretende Spannung auszuhälten, wobei sichergestellt wird, daß er schnell und wirksam einen hohen, durch ihn fließenden Strom unterbricht, während seine Arbeitszuverlässigkeit verbessert wird.

Ψ. Beide Kontakte oder Elektroden weisen Oberflächen auf, die fortwährend sauber bleiben und sich berühren können, ohne daß sie oxydiert sind, so daß sie ermöglichen, einen hohen Strom durchzuschicken. Ferner braucht man. nicht zu befürchten, daß das Innere des evakuierten Kolbens verschmutzt werden könnte, so daß die Betriebsfähigkeit des Unterbrechers verschlechtert würde. Somit wird eine lange' Gebrauchslebensdauer gewährleistet ohne besondere Wartung, .

Vaküuttiunterbreeh«r mit den oben aufgeführten Vorteilen wurden bereits beschrieben, beispielsweise in der US-PS

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3 280 286, der US-PS 3 231 705 und der US-PS 3 082 307. Bei aen herkömmlichen Vakuumunterbrechern wurde im allgemeinen der Kolben-mit den "beiden aneinanderbringbaren Kontakten aus einem beliebigen Metall hergestellt, welches bei Erhitzung leicht erweicht und oxydiert, so daß die Festigkeit abnehmen und die Gaspermeabilität bei erhöhten Temperaturen zunimmt. "

Andererseits ist es bekannt, um eine; "außergewöhnlich hohe Spannung an den beiden Kontakten als Folge des zer- ä hackten Stromes bei der Unterbrechung zu vermeiden und um zu verhindern, daß die Kontakte miteinander verschmelzen, in das für die Kontakte gewählte Material ein Metall niedrigen Schmelzpunktes, wie Wismuth, Tellur, Antimon, Silber oder dergleichen, einzubringen, wie in der US-PS 2 975 255 und in der US-PS 3 246 979 beschrieben ist. Solche Metalle mit niedrigem Schmelzpunkt haben in verdampftem Zustand die Neigung, sich leicht auf Metallen, wie Eisen, Nickel etc., niederzuschlagen. Bei einem Gehäuse aus Eisen oder Nickel können solche in den Kontakten- enthaltenen niedrigschmelzenden Metalle, wie oben beschrieben, verdampft werden und sich auf die Innenwand des Gehäuses während des kombinierten . " Aufheiz- und Auspumpvorgangs und währendeiner Lichtbogenbildung zwischen den Kontakten niederschlagen, was jedoch eine Abnahme der Fähigkeit des Unterbrechers· bewirkt, hohe Spannungen auszuhalten.

Um das Gehäuse des Unterbrechers auf Hochvakuum auszu- " pumpen, während es auf einer höheren Temperatur gehalten wird, um die Eigenschaften des Vakuums zu verbessern und die Lebensdauer zu erhöhen, ist es wünschens-

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; für das Gehäuse ein Metall zu wählen mit hohem Wärmewiderstand, welches bei hohen Temperaturen schwer oxydierbar ist und dessen Gaspermeabilität niedrig ist, während gleichzeitig sich ein in dem Gehäuse enthaltenes niedrigschmelzendes Metall nur schwer auf dem Metall niederschlägt. Ferner ist es wünschenswert, das Gehäuse bei erhöhter Temperatur in Hochvakuum zu bringen, um zu verhindern, daß es von der umgebenden Luft deformiert wird.

Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist-die Schaffung eines Vakuumschalters der eingangs beschriebenen Art, welcher bei erhöhter Temperatur auf Hochvakuum ausgepumpt werden kann, um seine Zuverlässigkeit zu erhöhen. Der neue und verbesserte Vakuumschalter soll zwei zusammenbringbare Kontakte enthalten, die ein niedrigschmelzendes Metall enthalten und in einem Metallgehäuse angeordnet sind, welches auf eine höhere Temperatur erhitzt und auf Hochvakuum ausgepumpt werden kann, um auf diese Weise die Zuverlässigkeit des Unterbrechers sowie seine Fähigkeit, Hochspannungen auszuhalten weitgehend zu verbessern.

Die Aufgabe der Erfindung wird dadurch gelöst, daß die Kontakteleraente aus einem elektrisch leitfähigen Material mit einem Metall mit niedrigem Schmelzpunkt wie Wismuth, Tellur, Antimon oder dergleichen gebildet sind, während wenigstens eine Abschirmung in Form einer Abschirmplatte aus rostfreiem Stahl in dem evakuierten Kolben an wenigstens denjenigen Stellen angeordnet ist, wo das elektrische Feld konzentriert ist, wodurch es für das von den Kontaktelementen verdampfte Metall mit niedrigem

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Schmelzpunkt schwierig wird;, an der Absehirmplätte! zu haften. ^: ' - . ;

Die erfindungsgemäße Kombination der Kontaktelemente aus Metall mit niedrigem Schmelzpunkt und einer Abschirmplatte aus rostfreiem Stahl führt zu einer unerwarteten erhöhten Spannungsfestigkeit des Vakuumschalters. Weiter wird durch die Anordnung der Abschirmplatte aus rostfreiem Stahl im Bereich der elektrischen Feldkonzentrationen die Ablagerung von Metall niedrigen Schmelzpunktes von den Kontaktelementen vermieden, so daß die hohe Spannungsfestigkeit des Schalters dauerhaft erhalten bleibt.

Der rostfreie Stahl kann vorzugsweise ein nichtmagnetischer rostfreier austenitischer Stahl sein, welcher mindestens 10 Gew*-$ Chrom, mindestens 6 Gew.-% Nickel und den Rest Eisen enthält, abgesehen von sehr kleinen Mengenanteilen zufälliger "Verunreinigungen. *

Zweckmäßig is.t der Vakuumschalter so aufgebaut, daß zwei der Abschirmplatten zusammen mit Stirnplatten und dem hohlzylindrischen Gehäuse eine Lichtbogenlöschkammer begrenzen und mit Je einer mittigen Öffnung versehen sind, und daß durch diese mittigen Öffnungen die zwei mit je einer weiteren Abschirmplatte versehenen und Kontaktelemente tragenden Stäbe hindurchragen« .

Ein erfindungsgemäßes Verfahren zum Evakuieren derartiger Vakuumschalter besteht darin, daß eine von zwei der Absehirmplatteh definierte Lichtbogenlosehkamrner

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mit Hilfe einer zusätzlichen Heizeinrichtung auf eine höhere Temperatur als die mit Hilfe einer Heizeinrichtung beheizten, .danebenliegenden Isolierkammern beheizt wird. : -■■'.-

Aüsführungsbeispiele der Erfindung sind in der Zeichnung dargestellt und werden im folgenden näher beschrle-A ben« Ih der Zeichnung zeigen:

Pig. 1 einen Aufriß eines Vakuumschalters gemäß der Erfindung, teils im Längsschnitt,

Pig. 2 eine weitere Ausbildungsform der Erfindung

in einer ähnlichen Darstellung wie Pig. 1,

Fig„ j zeigt einen Teilaufriß einer weiteren Ausbildungsform der Erfindung, teils im Längsschnitt, in der ein ruhender Kontakt und die zugehörigen Komponenten dargestellt sind,

Pig. M- zeigt einen Teilaufriß einer weiteren Ausbildungsform der Erfindung, teils im Längsschnitt, wobei ein beweglicher Kontakt und die zugeordneten Komponenten dargestellt sind,

Pig. 5 und 6 weitere Ausbildungsformen der Erfindung irr ähnlichen Darstellungen wie in den Pig. j5 und Ψ, und

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Pig. 7 ein Schnittbiia einer Aufheizvorrichtung,

die zusammen mit der erfindungsgemäßen :Vorrichtung, deren Teile im Aufrißdargestelltsind,-verwendet werden kanne ·

In der Zeichnung, insbesondere in Fig. 1, ist eine Anordnung dargestellt,, die ein kreiszylindrisches Gehäuse 10 aus Metall umfaßt, das nachstehend im einzelnen besehrieben werdensoll. Dieses Gehäuse vielst zwei Stirnplatten 12 oder IJ aus einem geeigneten Metall auf mit Je einer mittig angebrachten-Öffnung 14 j bzw. 15* wobei Je eine Stirnplatte in ein Ende des zy~ - lindrischen Gehäuses 10 eingepaßt ist, um eine mit dem Bezugszeichen 16 gekennzeichnete Funkenlosehkammer zu bilden. Die Stirnplatten 12 und.13 bestehen vorzugsweise"aus dem gleichen Material wie das Gehäuse 10 und zwar sind sie relativ dick, wobei ihre Außenflächen " in etwa mit den entsprechenden Stirnflächen des Gehäuses 10 gleichliegen. Die · Stlrnplat-ten 12 und 13 sind längs ihrer Äußenrander mit den angrenzenden Enden des Gehäuses 10 verschweißt, um eine vakuumdichte Verbindung zwischen Gehäuse und Stirnplatten zu gewährleisten. Je ein Metallbund 20 oder 21 sitzt mit seinem einen Ende vakuumdicht

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in der mittirren Öffnung l'-i- bzw. 15 der Stirnplatte 12 bzw. 13» während'da?.andere Ende des Bundes vakuumdicht mit dem einen Ende einer elektrischen Isolation 22 bzw, 23 in Fora eines Hohlzylinders verbunden ist. Die Isolationen 22 und 23 können aus einem beliebigen elektrisch isolierenden Material, beispielsweise aus Glas oder Keramik, bestehen. Je ein rait einer Öffnung versehener Metalldecke! Zk oder 2.5 in Fora einer Kappe ist vakuumdicht -ait dem anderen Ende der Isolation 22 bzw, 23 so verbunden j daß der Kappenrand der Isolation zugewandt ist. Die beiden Bünde und Deckel bestehen vorzugsweise-aus einem Metall, dessen Wärmeausdehnungskoeffizient demjenigen des für die Isolationen verwendeten Materials etwa entspricht. Der Einfachheit halber können Bünde und Deckel mit den entsprechenden Isolationsstüoken bereits bei deren Giessen vereinigt werden. Die Metallbande, die Isolationen und die Metalldeckel sind koaxial zueinander und zu dem Gehäuse IO angeordnet j um an beiden Enden des Gehäuses bzw _σ der Funkenlöschkammer l6 zwei elektrisch isolierende Kammern zu bilden, die mit dieser in verbindung stehen und allgemein mit den Bezugsζeichen 26 bzw. 27 bezeichnetsind. Die Bauelemente 10, 12, 13, 20, 21, 22, 23» '2k und 26 bilden einen geschlossenen Kolben, der evakuiert werden k&.nn.

Wie in Fig. 1 gezeigt ist, ist ein metallischer Balgen 28 vorgesehen, dessen eines Ende vakuumdicht mit dera einen Deckel, in diesem Beispiel dem unteren Deckel 2-5» -verbunden ist und dessen anderen Ende sich in die su-

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gehörige Isolation 23. erstreckt und mit einer .Metallstirnplatte 30 verschlossen ist.

Eine ruhende Stange 32 aus einem geeigneten elektrisch leitfähigen. Material ragt zentrisch abgedichtet durch den oberen Deekel ?M und erstreckt sieh koaxial ^: durch."die Isolierkammer 26 soweit, bis sie etwa, die· Mitte der Funkenloschicaamer l6 erreicht. Die ruhende Stange 32 trägt einen ruhenden Kontakt 3^ an ihrem, freien, in der Kammer ΐβ befindlichen Ende, Sine ent— sprechendes jedoch bewegliche Stange 33 aus dem glei— chen Material wie dieruhende Stange 32· ragt zentrisch durch den Balgen 26 ung&ie untere Isolationskamraer 2? in die Funkenlöschkammer l6. hineinj wobei die Stange ; durch die Stirnplatte 30 des Balgens abgedichtet ist» ■' In der Funlvenlöschkammer ±6 ist -die bewegliche -Stange 33 genau mit der ruhenden Stange 32 ausgerichtet und. trägt an ihrem freien Ende einen beweglichen Kontakt 35s aer auf den ruhenden Kontakt JM- hin gerichtet ist, : viobei zwischen beiden ein spalt frei bleibt«. Auf diese Weise sind die Kontaltte 3"4 und 35 annähernd in der Mitte der Funkenloschkaismer l6 angeordnet _s Die Kontakte Jk und 35 bestehen vorzugsweise aus Kupfer. ^;

Wie in einer gleichlauf enden US-Anmeldung mit .; •dem Titel ^£:Vakuuinunterbrecher^C!: des gleichen Anmelders wie die voi-liegende Anmeldung ist eine erste Abschirmung 36 iⁿ Form eines dünnen Ringes vorgesehen,- welcher an der Innenfläche der oberen Stirnplatte 12 beispiels·-

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weise verschweißt oder verlötet ist, und ferner eine Abschirmung 38 in Form einer Scheibe fest an der ruhenden Stange 32 angebracht und zwar zwischen der ersten Abschirmung 36 und dem ruhenden Kontakt 3^* Der Zvjeck dieser Abschirmungen wird später klar ersichtlich, Mit ö.e-a Abschirmungen 36 und JS übereinstimmende Abschirmungen 37 und 39 sind funktionell mit der unteren Stirnplatte 13 und der beweglichen Stange 33 in gleicher- Weise wie die Abschirmungen J6 und 38 verbunden. Die zweiten Abschirmungen 37 und 39 weisen beide einen Außendüchmesser auf, welcher größer ist als derjenige der ihnen zugeordneten mittigen Öffnungen I^ bzw, 15 der Stirnplatten 12 bzw, 13 und auch größer als der Innendurchmesser der zugeordneten Isolation 22 bzw* 23, während die mittigen Öffnungen ik und 15 jeweils einen Durchmesser aufweisender kleiner ist als der Innendurchmesser der zugeordneten Isolationen 22 bzw* 23.

. Um die Kammern 16,"-26 und 27 auszupumpen, er-P streckt sich ein Absaugrohr 40 durch die eine der Stirnplatten, im dargestellten Beispiel durch die obere Stirnplatte 12, mit der es abgedichtet ist*«

Nachdem die Anordnung durch das Absaugrohr 40 ausgepumpt und das Absaugrohr abgedichtet ist, kann etiMechanismus (nicht^arg es teilt) betätigt werden ,um die bewegliche Stange.33 auf die ruhende Stange 32 • zu oder von dieser weg zu,-bewegen.-und den beweglichen Kontakt 35 mit dem ruhenden Kontakt Jk in Berührung

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zu bringen bzw. von· diesem zu lösen.' ' '

Die Funkenlöschkammer ld.-sieht, einen Baum vor, in dem man einen Lichtbogen zwischen den Kontakten 3^ und 35 ziehen kann, nachdem man den durch den Unterbrecher fließenden Strom unterbrochen hat,^; Ferner hat der Raum in der Funkenlöschkammer die Aufgabe, die durch den elektrischen Bogen erzeugten und längs des Lichtbogens, nach Abfallen des Stroms auf den Wert RuIl,verbliebenen Ionen schnell zu diffundieren und zu löschen, wobei die dielektrische-Stabilität der Kammer schnell wieder hergestellt wird, um den Ün-. · terbre'chervorgang abzuschließen. Somit dtirfte. anerkannt werden, daß die Punkenlöschkamnier eine ent- \ scheidende Komponente darstellt zur Regelung der Unterbrecher funkt lon des Vakuumaunterbrechers.

.Aucl/die Isolierkamiaern 26 und 2? und -insbesondere die Isolationen 22 und 23 tragen dazu bei, die getremiten Kontakte 3^ und 35 in.einem guten elektrisch isolierenden Zustandzu halten* HierEU ist jede der Isolationen 22 bzvi. 23 so. ausgelest und koh~ •struiert, daß ihre Abmessung eine dielektrische Stabilität liefert, welche ausreicht,um jede Hochspannung, die an den Kontakten 3^' ^uti<l 35 durch den Stromkreis angelest wird^uszuhäfcen.Es ist bekannt, daß man zur Erhöhung der Unterbrecherkapazität die Yakuumunter brech er bis zu einem Hochvakuum auspumpen muß und daß hierzu erforderlich ist, die Komponenten des Unterbre-

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ehers suf eine solche' Temperatur zu erhitzen, welche ausreicht, die an den Komponenten absorbierten oder in diesen eingeschlossenen Gasreste während des Purapvorgangs freizusetzen. Andererseits können die die Funkenlöschka'Qaer l6 zusammen mit den Kontakten 3^' und 35 bildenden. Komponenten den sogenannten Löschfunken berühren und dabei auf eine maximal mögliche Temperatur kommen, welche höher ist als die Temperaturen der übrigen Teile des in Betrieb befindlichen Unterbrechers. Deshalb ist es notwendig, die die Funkenlos chkainmer bildenden Komponenten und. die Kontakte bis auf eine maximale Temperatur, die während des Betriebs erreicht wird, oder noch über diese hinaus zu erhitzen, vjahrond^der Unterbrecher evakuiert wird und zwar während einer Zeitspanne, die ausreicht, um das gewünschte Hochvakuum zu erzielen. Dies führt zu der Notwendigkeit, für das Gehäuse"10 und die die Fünkenlöschkammer bildenden KoTiponenten ein Metall zu verwenden₉ welches eine solche hohe Temperatur während längerer Zeit auszuhalten vermag. Das heißt, das für das Gehäuse iO und vorzugsweise für die Stirnplatten 12 und I.3 verwendete Material sollte einen hohen Wärmewiderstand aufweisen und bei hohen Temperaturen nur schwer oxydierbar sein, während es gleichzeitig eine schlechte Gaspermeabilität aufweisen sollte.

Es wurde festgestellt, daß ein aus rostfreiem Stahl hergestelltes Gehäuse 10 während längerer Zeit

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in evakuiertem Zustand bei hoher temperatur gehalten werden kann. Es wurde ferner festgestellt, daß im Vakuum rostfreie Stähle selbst bei Botglul^hohe mechariisehe Festigkeiten aufwiesen, daß sie 'sehr wenig oxydierten und auch daran gehindert wurden, ihren Aufbau / zu ■verschlechtern. .Außerdem..zeigtet] sio&uch nur einen sehr geringen Gasdurchlaß. Nach all diesem kann somit das aus rostfreiem Stahl hergestellte Gehäuse 10 auf ein hohes Vakuum- ausgepumpt und während längerer Zeit auf erhöhter Temperatur gehalten werden,· lian hat ferner festgestellt, daß das beste Material für das Gehäuse 10 ein nichtmagnetischer.rostfreier austenitischer Stahl ist, der mindestens 10Gev.-% Chrom, Irindestens 6 Gew,-$ Nickel und den Rest Eisen enthält, ^; abgesehen von sehr geringen Anteilen.zufälliger Ver»

Neuerdings besteht die Tendenz, elektrische Kontakte zu verwenden, die ein Metall nit niederem ■-;.-; Schmelzpunkt enthalten, beispicTsweiso Wismüthy Tellur, Antimon, Silber· od.dgl.., um sie in Valiuumunterbrechern zu verwenden.. Dies hat seinen Grund dar in, daß an den, Kon-- · takten das Auftreten einer außserordentlichen Spannung verhindert worden soll, die eine Folge des durch die ·. Unterbrechnung zerhackten Stroms ist und daß ferner verhindert werden soll, daß die Kontakte xaiteinander verschmelzen, wie oben bereits herausgestellt wurde. Es sei auf die US-Patentschriften 2 «355.255 und 3 2^6 °>79 hingewiesen. Metalle mit geringeren Schmelzpunkt haben die. Eigenschaften.,, daß sie bei geringeren Temperaturen schmel-

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- litzen und verdampfen.und einen höheren Dampfdruck als Kupfer aufweisen. Unter diesen.Umständen wird das entsprechende niedrigschmelzende Metall, welches in einem oder in beiden Kontakten enthalten ist, verdampft, um einen hohen Dampfdruck zu erhalten, vorausgesetzt, daß die Kontakte während des kombinier-.ten Erhitzungs- und Pumpvorgangs und/oder während ein elektrischer Lichtbogen vorliegt, erhitzt werden. Solche Metalle sind im allgemeinen dazu geeignet, sich in verdampftorn Zustand auf Sisen, Nickel usvT, niederzuschlagen und verringern deren Fähigkeit, Spannungen auszuhalten. Hat sich daher ein . solches Metall mit geringem Schmelzpunkt an einem Teil oder an Teile des Gehäuses 10 und damit zusammenhängende Teiles wie die Abschirmungen 36, 37» 3$, 39» niedergeschlagen, dann fürt dies zu einer Spannungsabnahme, die ausreicht, daß die Kontakte Jk und 35 und damit die Kontakt stangen 32 und 33 von den Teilen elektrisch isoliert bleiben, auf denen sich das Metall niedergeschlagen hat.

Um diesen Nachteil zu vermeiden, wurden zahlreiche Versuche mit verschiedenen Metallen durenge— führt, um festzusteilen, auf Vielehen der Metalle sich unter den gleichen Bedingungen Metalle mit niedrigem Schmelzpunkt schwerer niederschlagen. Das Ergebnis ist in der nachstehenden Tabelle I aufgeführt.

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Tabelle I

Nicht- Schwachmagnemagnetitischor scher
rostfrei- rostfreier Stahl or Stahl

Kovar- reines raises Kohlen- reines legie-r Nickel Bisen stoff- Kupfer run«; ^ stahl

Wii'rMuth	1 .	2	30	70	• 60	50	n-o
Tellur.	1	2	30	50	6o	6o	70

In Tabelle I sind die Stärken der Mismuth- oder Tellur filme, welchc/sich auf den !'Tetallen niedergeschlagen "haben, durch relative""Größen wiedergegeben, wobei angenoaisen wird, daß der sich auf nichtmagnetisch en, rostfreien Stahl'niedergeschlagene Film die Dicke 1 hat. Aus Tabellq Γ sieht man, daß ¥ismuti-/und Tellur sich nur schwer auf rostfreien Stählen niederschlagen» Dies gilt ■ für j3 en Fall vnn Metallen nit geringen Schmelzpunkt für Wismuth und Tellur. Die Ergebnisse der Versuche zeigen auch, daß das aus rostfreien Stahl hergestellte Gehäuse 10 eine innere Oberfläche aufweist.-, die durch einen hohen Widerstand'" gegenüber der chemischen Einwirkung ,jedes beliebigen verdampften Metalls gekennzeichnet ist, selbst dann., wennd3ssen Dampfdruck bei erhöhter Temperatur ansteigt und bei geringen Verunreinigungen mit den speziellen, von einem oder beiden Kontakten verdaüipften niedrigschmelzenden Metall, äfeh dann, wenn dessen Dampfdruck hoch ist, so daß die Eigonachaft des Unterbrechers, Spannungen auszuhalten gewährleistet und die

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Charakteristik des-.Unterbrechers nicht verschlechtert wird. ■■■■-■

Deshalb sollte bei der Ausführung der Erfindung das Gehäuse 10 aus rostfreiem Stahl, vorzugsweise aus nichtraa.fcnetischom rostfreien Stahl, wie oben dargelegt," hergestellt werden, während die Stirnplatten und 13 vorzugsweise aus einer gleichen rostfreien Stahlart wio das Gehäuse bestehen sollten. Unter diesen Umständen kann ein Kontakt oder beide Kontakte 3^ und 35 ein IiQtall mit niedrigem Schmelzpunkt enthalten, ohne daß man befürchten mußte, die Innenwand der Pnnkenlöschkaniiaer 16 wUrde mit diesem aus dem Kontakt oder den Kontakten austretenden Metall verunreinigt» AuSerdom ist es wünschenswert, dio Abschirmungen J6 bis 39 aus rostfreiem Stahl herzustellen.

Man versteht, daß bei Temperaturen höhor als Zimmerteraperatür die mechanische Festigkeit eines aus rostfreiem Stahl hergestellten Gehäuses 10 abnimmt und die GaspermoalzLitat ansteigt.· Ua zu verhindern, daß das Gehäuse aus rostfreiem -Stahl durch Einwirkung einer von außen aufgeprägten Druckkraft während des kombinierten Aufheiz- und Pumpvorgan^s · deformiert wird, wobei das Gehauseinncre unter dem erforderlichen Hochvakuum schal te· η wird, ist es erfoKbrlich, die Dicke des Gehäuses größer als einen unteren Grenzvrert zu machen. Als Ergebnis von Versuchen, die mit Vakuumunterbrechern der obenbeschric—

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bonen Art vers chi eel oner Abmessungen "-durchgeführt; wurden, zeigte sich, aaS aas Gehäuse IO bei Unterbrechern geringerer Größe .eine Dicke größer gleich 0,5 aus auf-; vreisen sollte. Ferner vmrde festgestellt, daß·, je größer der Außendurchmessor des Gehäuses gewählt wird, desto größer sollte das Verhältnis der Dicke zu dem Außen durchmesser se-iii. Verwendet man nichtmagnetischen rost·- freien austenitischen Stahl "für das Gehäuse, .so" wurde ■'; festgestellt, daß die Dicke T in inn und der Außendurchmesser D in nia der folgenden Beziehung genügen-auß-s ''_:'■

(I)

Ferner vmrde festgestellt, daß die Dicke des Gehäuses der nachstehenden Beziehung genügen huS-, selbst im man zulässige Änderungen der Stahlart, der Erhitzung szeit. der Temperatur, der Güte des Vakuums in dein Gehäuse 10-etc. berücksichtigt;

_T L _0#8 ,JD _(D _ ₂₀₎ g _t (3)

Ferner wurde festgestellt, daß dann, wenn der Außendurchmesser D größer oder gleich 240 mm ist, D in jeder cfer Gleichungen 1, 2 und 3 durch den Kert 2^0 er-

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setzt werden sollte.- Außerdem stellte nan fest, daß ein .Dickenzuwachs des Gehäuses 10 über einen gevrissen Grenzwert einen Anstieg der Kühlwirkung ergibt, so daß sich Verbesserungen der Unterbrecher eigenschaft des sich -daraus ergebenden Vakuumunterbrechers feststellen lassen.

Es ist wicht ig j daß die Längsachsen der ruhen- ■ den und dar .beweglichen Stangen 32 bzw. 33 genau gegeneinander ausgerichtet sind, und daß der ruhende und der bewegliche Kontakt 3^ bzw. 35 Oberflächen aufweisen, die einander gegenüberliegen und genau parallel zueinander ausgerichtet sind, und daß darauf geachtet wird, daß diese Ausrichtungen und Parallelein-" Stellungen sich tatsächlich nicht verändern infolge irgendeiner Deformation dos Gehäuses 10_} die während der ^erschwölßung und während des "Auf heiz- und Purapvorgangs eintreten könnte. Deshalb werden die Innenflächen beider Endabschnitte des Gehäuses 10 vorher mechanisch bearbeitet_} .damit ihre Längsachsen genau miteinander ausgerichtet sind. Die Stirnplatten 12 · und 13 werden in die Endabschnitte des Gehäuses dicht eingepaßt. Die Außenrändor der Stirnplatten liegen vorzugsweise mit den angrenzenden Stirnflächen des Gehäuses in einer Hohe. Dann werden die Ränder der Stirnplatten mit den entsprechenden Stirnflächen des Gehäuses 10 verschweißt.

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Diese ilaßnahrao stellt sicher, daß die Längsachsen der inneren zylindrischen Stirnflächen des Gehäuses IQ "' genau zueinander ausgerichtet sind, während die Stirnflächen des Gehäuses 10 frei von jeder Defomation blciben_ä die während des sich anschließenden SchweiB- ". Vorgangs eintreten könnte, da die Stirriplatten dicht in die Enden des Gehäuses eingepaßt sind» Auch dann, wenn man das Gehäuse 10 bis auf eine solche Temperatur erhitzt_s daß οε während des Pumpvprgangs erweicht," bleibt .jede der Stirnplatten 12 und 13 eingepaßt in des entsprechenden Ende dos Gehäuses 1O₅ wodurch die äußere U^fangsflache der Stirnplatte den Drude auf das Gehäuse trägt. Die Stirnplatten 12 und 13 dienen sosit..-zur Verstärkung des Gehäuses 10 und zur Verhinderung von dessen-Deformation, Somit kann das Gehäuseirmere auf eine höhere Temperatur .gebracht werden, um bis zu einen·. Hochvakuura ausgepumpt werden zu können.

Während-des Betriebs sind die Längsachsen der ru·*- .henden bzw. der beweglichen Stangen 32 bzw. 33 ebenfalls genau zueinander ausgerichtet, während" ;xleichz ei ti? der ruhende imd der bewegliche Kontakt 3^ bzw. 35 S¹^ aneinander anliegen, währ.end ein gleichförmiger Oberflächendruck Über ihrer gesagten Kontaktoberfläche vorliest. Die beiden Kontakte 3^ und 3^ sind auf diese Weise daran gehindert, ¹^i te inander· zu versciraelsen.. Die Zugabe eines Ketalls iüit geringem Schmelzpunkt zu mindestens eines der Kontakte hilft auch ^iit, die Verschnelzun.'? der Kontakte zu verhindern.. Ferner wird auch auf den

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Balgen 28 keine in dessen Längsachs einrichtung wirkende Kraft ausgeübt, was zu einer Erhöhung von dessen Lebensdauer führt. Ferner werden die weiteren Vorteile erzielt, daQ der Aufbau leicht und schnell durchgeführt werden kann. .

Aus Rig, 2 ist zu entnehmen, d.aß jede Stirnplatte :12 oder 13 einen Durchmesser aufweist, der etwas größer ist als dor Außendurchraesser des Gehäuses 10 und daß ein kursr zylindrischer Abschnitt k-2 bzw. k'l vorgesehen ist, der sich rechtwinkcli/zuri Umfang der Stirnplatten erstreckt. Dieser zylindrische Abschnitt ist einstückig mit derPlatte beispielsweise während des Preßvorganzes hergestellt. Die Stirn- * platten sind am Ende ihres jeweiligen zylindrischen Abschnittes sit den angrenzenden Ab'schnitten'&s Gehäuses 10 in einer geringen Entfernung von dessen Ende mittels e'iner 7-chwcißnaht l3 bzw. IQ verschweißt, Im übrigen ist die Anordnung der in Pig, 1 entspre-™ chend. aufgebaut, abgesehen&avon, daß die zweite Abschirmung fehlt.

Bei dem in Fig. 3 dargestellten Gehäuse 10 ist am einen Ende, beispielsweise aία oberen Ende, eine innere, längs des U-nfang-s -verlaufende Ausnehmung kU- vorgesehen* In das erweiterte Stirnende d.es Gehäuses 10

.ist eine Stirnplette 12 dicht eingepaßt, welche ndt einer ringförmigen Rille k-6 auf ihrer freien Ober-

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fläche versehen ist." Ein ring ferniger Draht ^8 befindet sich außerhalb der Rille 46 auf der gleichen Oberfläch^ünd wird auf seinem außengelegenen Umfang von der Innenfläch (/de s Stirnendes des Gehäuses IO berührt. Die äußersten Begrenzungen dos Draiites liegen praktisch auf gleicher EÖhe nit den Stirnende des Üehäuses, so daß sie mit dieser Über eine Schweißnaht 13 verbunden werden können.

Falls ervTünscht, kann eine untere Stirnplätte ähnlicher Gestalt für die oben beschriebene obere . Stirnplatte mit der komplementär ausgestatteten, ' unteren Stirnplatte des Gehäuses verbunden werden. Eine erste Abschirmung 36? welche an der Stirnplatte 12 befestigt ist, enthält einen Hohlzylinder 52» der in die zugehörige Isolationskammer 26 hineinragt, die ihrerseits mit einem flachen Deckel 2Λ verschlossen ist. Eine zweite Abschirmung 33 1ώ Form einer Kappe sitzt auf der ruhenden Stange 3£ so, daß die Kappenöffnung auf den ruhenden Kontakt Jk hin gerichtet ist. In übrigen ©leicht die Anordnung dem entsprechenden Teil der Anordnung nach Fig. 1.

Fig. k zeigt eine weitere Ausbildungsforri der Stirnplatte. Die Stirnplatte,'die-mit dem Bezugszeichen 13 bezeichnet ist, ist längs ihres Umfangs 5Q abgeschrägt und in das untere Ende eines Gehäuses 10 eingesetzt, welches komplementär zu der Stirnplatte aBgebildet is4 und mit diesOm längs der Schweißnaht

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verschweißt, DuhJi die Stirnplatte 13 erstreckt sich zentrisch abgedichtet ein Balgen 28, dessen Innenrand praktisch mit der inneren Oberfläche der Stirnplatte auf einer Höhe liegt. Eine bewegliche Stange-33 ragt durch das vorstehende Ende des Balgens 28 und ist vakuumdicht mit dies ein verbunden. Das frei durch das innere Ende des Balgens ragende Stück der Stange 33 trägt einen beweglichen Kontakt Jb. Eine zweite Abschirmung 3^Q in Form einer Kappe sitzt auf der Kontaktstange 33 ^so> &^Ά® sie zu dem beweglichen Kontakt 35 hin offen ist.

Die in Fig. 5 dargestellte Anordnung umfaßt ein Gehäuse 10 mit einem oberen Stirnende 52,dessen Durchness'er etwas verringert ist, und in das eine Stirnplatte 12 in Form einer flachen Schale dicht so eingesetzt ist, daß der Schalenboden zum Inneren des Gehäuses hin gerichtet ist"» Die Stirnplatte 12 ist längs ihres offenen Randes mit dem sich verengenden Rand des Gehäuses 10 längs der Schweißnaht l8 verbunden, wobei das Stirnende des Gehäuses und der Rand der Platte auf etwa der gleichen Höhe liegen. In übrigen entspricht die Anordnung der in Fig. 3 dargestellten.

Bei der in Fig. 6 dargestellten Anordnung ist das Gehäuse 10 mit einem unteren Endabschnitt 54 versehen, dessen Durchmesser gegenüber dem übrigen

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se etwas vergrößert Ist und in ä.en eine Stirnplatte 13 in Form einer "flachen Schale dicht s(/eingesetzt ist, daß der Schalenboden nach oben gerichtetist, Die Stirnplatte ist mit dem Gehäuserand vakuumdicht. über eine Schweißnaht 19 verbunden ähnlich der Schweißnaht 1-3 in Pig;'. 5, Ein Balgen 28 ist mit seinen einen Ende an.der unteren Stirnplatte 13 vakuumdicht angebracht. Eine bewegliehe Kontaktstange 36 ragt dicht durch das andere Ende des , Balgens und trägt eine zweite Abschirnung'39 iö Form einer Kappe, die so angeordnet ist, daß sie den Balgen 28 umgibt ♦ Die Stange 36 trägt an; ihrem, freien Ende einen beweglichen Kontakt 35.

Bei den in den FIg, 1 bis 6 gezeigten Anordnungen soll-erwähnt werden, -daß die Stirnplatte den angrenzenden Endabsehnltt des Gehäuses 10 längs einer relativ großen Fläche in ATCialrichtung des Gehäuses berührt, um dieses, wie oben beschrieben, zu verstärken, -

Der Zusammenbau des Vakuumunterbrechers wird nachstehend in bezug auf die Fig, I beschrieben.

Der ruhende Kontakt Jh, diQruhende Stange 32, die zvreite Abschirmung 38₁ die erste Abschirmung 36, die Stir'nplatte 12 mit dem Absaugrohr ^O, der Metallbund 20, die Isolation 22 und der kappenformige Dekkel 2k werden zunächstmiteinander verbunden, um eine

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ruhende Untereinheit zu bilden, die r.it dem Bezugszeichen βθ bezeichnet ist. Die Längsachse des äußeren Umfang der Stirnplatte 12 wird genau ausgerichtet auf die Längsachse der Stange 32» Außerdem verläuft sie genau rechtwinkelig zu der Kontaktfläche des ruhenden Kontakts Jk, wie oben beschrieben. Die Komponenten, Vielehe dem beweglichen Kontakt 35 zugeordnet sind, werden entsprechend miteinander verbunden, um eine bewegliche Unterbaueinheit, die mit den Bezugszeichen öl bezeichnet ist, zu bilden« Auch hier ist die Längsachse des äußeren Umfangs der Stirnplatte 13 genau nit der Längsachse der beweglichen Stange 33 ausgerichtet und verläuft genau rechtwinkelig zu der Kontaktfläche des beweglichen-Kontakts" 35.

Anschließend werden die Unterbaueinhelten 6o und 6l Bit den Gehäuse 10 vereinigt, indem die Stirnplatten 12 und 13 in die beiden Stirnenden des Gehäuses 10 dicht so eingesetzt werden, daß der Außenrand jeder Stirnplatte etwa nit dem angrenzenden Bnde des Gehäuses auf einer Höhe liegt. Die Innenflächen der Endabschnitte wurden vorher bearbeitet, damit ihre Längsachsen genau zueinander und zu der Längs-'-achse des Gehäuses ausgerichtet werden können. Anschließend werden die Stirnplatten 12 und 13 vakuumdicht mit den Enden des Gehäuses 10 längs den Schweißnähten l3 und 19 verschweißt.

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Bei dem so zusaiiMöhsebauten unterbrecher veirlaufen die ruhende und die~'bewegliche; spange 32 bzw. 33 SO₅ daß ihre Längsa^hs^hygenaii- zueinander' und zu der Längsachse des-^ekätiSBs lö -aii^eriehtefe" sxnd» ^;- ^; während gleichzeitig die* ^inähder- gegenifbersteh^xuäceii Oberflächen der- Kontakte 3^ tind- 35 exafet parallel^ · zueinander und genau rechtiriinkelig; zu den gesiein·- · samen Längsachsen, der beiden- Stangen;' 32^; utid"^ ver-. laufen. Mit anderen Kcfrten,- die beiden Könfeafetglie-· der sind genarti zentriert und Icönnen sich unter^; eihea Oberflächendruck berühren, der gleichmäßig über deren gesasten Berührungsflächen verteilt ist» Auch die dicht in die angrenzenden Stirnenden des· Ge'häü- ■ ses 10 eingepaßten Stirnplatten 12 und 13 dienen dazu, daß das,Gehäuse 10- durch: Hitzeeinwirkung^ die während des SchweiSTorgangser/zeugt wird, deformiert werden kann, ^{: ;}

Ist dagegen eine kappenförsige Stirnplatte auf das Ende des G^;ehäuses 10 so aufgeschsreißt, wie es in Pig« 2 dargestellt ist, wobei die Stirnplatte,in Äxialrichtung etwas von dem entspreehenden JSndabw schnitt des Gehäuses entfernt ist, dann kann durch die beim Schvreißvorgang erzeugte Hitze das Gehäuge deformiert werden. Ferner kann bei dem SchweiSvorgani^ der bei erhöhter Temperatur durchgeführt wird, das Gehäuse erweicht und beachtlich deformiert werden, da es keinen Einsatz,' wie beispielsweise eine Stirnplatte, aufweist, die in der Lage wäre, einer

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äußeren Kraft,- beispielsweise deöi Druck der umgebenden Luft, entgegenzuwirken, was' zu einem Fehler der relativen 'Bitist ellung en der ruhenden -und- bewegllcheii UnterbaueliShelten #0 imd 6l fiihrt; Deshalb Ist ' der In Fig. * 2- dargestellteii Anordnung der A der Stirnfläche^ die das öehäüse⁵1iberlappt_Y so wie möglich -ausgebildet-, ■■■■-' "^v. .-.■■■;.-. ,/. :_:^--^; .

üa die (Fenattilgitelt, iolt deD?^; die' Ünterbaueln- -^y-- ' heiten 60 -und" 6l- in dem iSehause XCTeingebaut werden können» zu "vergrÖßernV" sind- die Inneren zyllhdri-·-"''■■'^; ^ ' sehen Oberflaöhfen zuiaindes^t an beiden¹ Endenf des Qe^ ^; häuses Torzussvreise maschinell bearbeitet, damit Ihrü liängsachsen genau zueinander ausgerichtet sind/ Die ^ Fig« Is 3 und 4""zeigen Gehäuse, die einer solchen maischinellen Bearbeitung unterworfen wurden» Die in "' Fig. 5 gezeigte Anordnung enthält ein Gehäuse 10, κ dessen Stirnende 52 ^a^f einen Iclelnerea Durchmesser verringert ist, während bei der in FIg. 6 gezeigten Anordnung "zukglelchett Zweck das Gehäuse einen End- ^r abschnitt -5^ aufweist, dessen Durchmesser vergrößert - ist. -■■■■ ■'"■; - ; ■■■;■. " . ■ '■ "■"■■■■ ' ;■. ■"

In Fig■'»-' 7 ist eine Anordnung dargestellt, di & ^! Insbesondere dazu geeignet 1st, den Unterbrecher^ wie oben beschrieben, während des Punipvorgangs aufzuhei-■ zen. Die Artordnung 1st in eine erste Heizvorrichtung: " 62 eingebaut, die einen Gasbrenner oder nehrere Gas—

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brenner (nicht dargestellt) zur.Aufheizung der gesamten Anordnung enthält. Ferner ist eine zweite Heizvorrichtung 64, beispielsweise ein Gasbrenner oder mehrere Gasbrenner, rund um das Gehäuse 10 angeordnet _? um das Gehäuse und die sit ihrn verbundenen Glieder für sich zu erhitzen* Falls gewünscht, kann die zweite Heizvorrichtung auch eine: Hochfrequenzheizung sein. Alternativ kann auch der bewegliche Kontakt 35 tf-it d-.era ruhenden Kontakt 3^ zusammengebracht und ein hoher Strom hindurchgeschickt werden, uiri infolge des KontalctwiderStandes an den Kontaktgli'edern Warne zu erzeugen. Auf jeden Fall kann das Gehäuse 10 und die mit ihm verbundenen Teile auf eine Temperatur erwärmt werden, die höher liegt als die Temperatur, auf die die Komponenten, Vielehe die Isolierkammern l8 und 19 bilden, mithilfe der ersten Heizvorrichtung 62 gebracht werden.

Gleichzeitig wird das Absaugrohr ^O mit einer geeigneten Pumpvorrichtung/ beispielsweise einer 'Vakuumpumpe (ni ent darg est eilt)_s verbunden,um das Innere der Anordnung soweit äuszupunpen, bis das gewünschte Vakuum erreicht ist ..Dann wird das Absaugrohr UrO von der Vakuumpumpe getrennt und gleichzeitig" vakuumdicht verschlossen. -Sodann ist der Vakuumunterbrecher fertiggestellt. .

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Die ersten und zweiten Abschirmungen 36 bis 39 tragen dazu bei, die Funkenlöschkaainer bis auf die gewünschte hohe Temperatur aufzuheizen, während die Isolierkammern auf einer gewünschten niederen Temperatur gehalten werden. Die Abschirmungen können vorzugsweise aus rostfreiem Stahl bestehen und zwar aus dem gleichen Grund, der vorher in Verbindung mit den Gehäuse 10 dargelegt wurde. Sie haben die Aufgabe zu verhindern, daß Metalldampf, der in der Funkenlöschkaiaaer 16 entsteht, in die Isolierkaranern 18 "und 19 eintritt, und sollen ferner Wärmestrahlung aus der Funkenlös chkainmer abschirmen, um eine ijberhitzung der Isolierkamnern zu vermeiden. Deshalb aüssen die Entfernungen zwischen den jeweils ersten Abschirmungen 36 oder 37 und der- zugehörigen Kontaktstange 32 bzw. 33 und zwischen den jeweils ersten Abschirmungen, und den zugehörigen zweiten Abschirmungen 3$ oder JQ so gewählt werden, daß sie in der Läge sind, die Spannungen auszuhälten, die für den Unterbrecher benötigt werden, und daß diese Entfernungen so klein wie möglich sind. Ferner ist es wirksamer, die er- .. sten und zweiten Abschirmungen in der Fnnkenlöschkamnier l6 anzuordnen. Die „zweite Heizvorrichtung 6^ arbeitet nit der Abschirmung zusammen, um das Gehäuse .und die zugehörigen Bauteile auf eine höhere Temperatur aufzuheizen und zvrar während einer langen Zeitspanne bis zur Rotglut, ohne die Isolierkaximern zu überhitzen. Die Abschirmungen sind im einzelnen in der·bereits-erwähnten gleichlaufenden Anmeldung beschrieben.

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Claims (4)

F a fc e η t a ns ρ r ti eh e

1. Valmumsehalter- rait- zwei elektrisch leitfähigen Stangen, welche Kcaitaktelernenne tragen, einem zyliiiärfsehen Gehäuse aus rostfreiem Stahl , irr welchem öle zwei Kontaktelemente angeordnet sind, wan! mindestens einer elektrischen Isolation in Form eines Hohlzylinders, der zumindest an einem Ende des Gehäuses vorgesehen ist und die entsprechendeleitfähige Stange vakuumdicht umgibt, wobei das Gehäuse und die Isolation den.evakuierten Kolben bilden, dadurch g e k en η 2 ei c h η e t, daß die Kontaktelemente (j54₅ 35) aus einem elektrisch leitfähigen Material mit einem Metall mit niedrigem¹ Schmelzpunkt wie Wismuth, Tellur, Antimon oder dergleichen gebildet sind, während wenigstens eine Abschirmung in Form einer Äbsehirmplatte 06, 57> 58* 39) ^^s rostfreiem Stahl in dem evakuierten Kolben an wenigstens denjenigen Stellen angeordnet ist, wo das elektrische Feld konzentriert ist, wodurch es für das von den Kontaktelementen (3% 35) verdampfte Metall mit niedrigem Schmelzpunkt schwierig wird, an der Abschirmplatte O&* 37* 38, 39) zu haften» . .

2. Yakuumunterbrecher nach Anspruch 1, dadurch g e kennzeichnet, daß der rostfreie Stahl ein nichtmagnetischer rostfreier austenitischer Stahl ist, der mindestens 10 Gew.-^ Chrom, mindestens 6 Gew·-% Kickel und den Rest Eisen enthält j abgesehen von geringen Mengenanteilen zufälliger Verunreinigungen» ■". . ■■■-."'

3« Vakuumschalter nach Anspruch 1, dadurch g e -

k e-ti η. ζ e i c h η e t, daß zwei der Abschirmplatten (36, 37) zusammen mit Stirnplatten (12, I3) und dem hohlzylindrischen Ge-' häuse (10) eine Lichtbogenlöschkammer (l6) begrenzen und mit Je

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einer inittigen öffnung versehen sind, und daß durch diese inittigen öffnungen die zwei mit je einer weiteren Absehirmplatte
(38, 39) versehenen und Kontaktelemente (Ji¹I, 35) tragenden Stäbe (32, 22) hindurchragen.

4. Verfahren zum Evakuieren von Vakuumschaltern nach

einem der Ansprüche 1 bis 3» dadurch gekennzei chnet, daß eine von zwei der Abschirmplatten (36, 37) definierte Liohtbogenlöschkamnier (16) mit Hilfe einer zusätzlichen Heizeinrichtung (64) auf eine höhere Temperatur als die mit Hilfe einer Heizeinrichtung (62) beheizten, danebenliegenden Isolierkammern (26,
27) beheizt wird.

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