DE2443141A1

DE2443141A1 - Vakuumunterbrecher oder -schutzschalter

Info

Publication number: DE2443141A1
Application number: DE2443141A
Authority: DE
Inventors: Minoru Murano; Hiroshi Ohhashi; Hiroyuki Okumura; Nobuyuki Takahashi; Toru Tamagawa; Satoru Yanabu
Original assignee: Tokyo Shibaura Electric Co Ltd
Current assignee: Toshiba Corp
Priority date: 1973-09-10
Filing date: 1974-09-10
Publication date: 1975-07-31
Also published as: CA1017777A; DE2443141C3; DE2443141B2; SE7411346L; SE392781B; FR2279216B1; GB1478702A; CH574672A5; FR2279216A1; US3946179A

Description

HENKEL, KERN, FEILER&HÄNZEL

BAYERISCHE HYPOTHEKEN- UNO

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Tokyo Shibaura Electric Co., Ltd.
Kawasaki-shi, Japan

Vakuumunterbrecher oder -schutzschalter

Die Erfindung betrifft einen Vakuumunterbrecher bzw. -schutzschalter mit einem Vakuumgehäuse, zwei miteinander fluchtenden, stromführenden Stäben, die jeweils mit dem einen Ende in das Innere des Vakuumgehäuses ragen und von denen mindestens einer axial bewegbar ist, zwei Hauptelektroden, die jeweils am einen Ende jedes stromführenden Stabs befestigt sind, und einer zwischen die Hauptelektrode und den stromführenden Stab eingefügten Spulenelektrode zur Erzeugung eines Magnetfelds senkrecht zur Elektrodenoberfläche der Hauptelektrode, wodurch ein zwischen den Hauptelektroden erzeugter Lichtbogen gleichmäßig und stabil verteilt wird.

Wenn ein Laststrom einen Vakuumunterbrecher durchfließt, werden zwei Hauptelektroden praktisch in Kontakt miteinander gehalten. Wenn dabei die Hauptelektroden durch einen zweckmäßigen Betätigungsmechanismus auseinander bewegt werden, tritt ein Lichtbogen auf, der durch das von einer Kathode emittierte Plasma aufrechterhalten wird. Im Nörmalfall wird das Auftreten des Plasmas beendet, wenn der elektrische Strom auf Null abfällt. Infolgedessen kann der Lichtbogen nicht aufrechterhalten werden, so daß der Stromfluß unterbrochen wird. Im Fall eines großen Laststromflusses

Hz/Bl/ro . -

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tritt jedoch ein intensiver Lichtbogen auf. Hierbei wirkt das entstehende Magnetfeld, das sich aus einem durch den Lichtbogen selbst erzeugten Magnetfeld und den von anderen Schalt- oder Stromkreisen, z.B. den äußeren Leitungen, an welche die beiden stromführenden Stäbe angeschlossen sind, erzeugten Magnetfeldern zusammensetzt, auf den Lichtbogen selbst ein, so daß dieser instabil wird. Dadurch konzentriert sich der Lichtbogen lokal am Umfang der Elektrodenfläche oder in deren Nähe, wobei der betreffende Elektrodenflächenabschnitt lokal überhitzt wird und eine große Plasmamenge erzeugt. Folglich wird die Größe des im Vakuumgehäuse herrschenden Vakuums herabgesetzt und mithin die UnterbrechungsfäMgkeit vermindert.

Zur Vermeidung dieser Nachteile ist bereits versucht worden, die Oberfläche der Hauptelektrode zu vergrößern und dadurch die Dichte des elektrischen Stroms herabzusetzen oder in der Oberfläche der Hauptelektrode Spiraleinschnitte vorzusehen, um den Lichtbogen sich längs der Spiralnut auswärts verlagern zu lassen. Im erstgenannten Fall besteht jedoch immer noch die Möglichkeit dafür, daß sich der Lichtbogen an der Umfangsflache der Hauptelektrode konzentriert, während der Lichtbogen im zweitgenannten Fall nicht gleichmäßig über die Gesamtfläche der Hauptelektrode verteilt werden kann. In jedem Fall ist es dabei unmöglich, einen stabilen, gleichmäßig verteilten Lichtbogen zu erzeugen.

Wenn das Plasma aus dem Bereich zwischen den Hauptelektroden nach außen entweicht und kein für die stabile Aufrechterhaltung des Lichtbogens ausreichendes Plasma erzielt wird, wird die Oberfläche der Hauptelektrode lokal überhitzt, was zu einer lokalisierten Verschmelzung führt. Wenn nämlich das zwischen den Hauptelektroden vorhandene Plasma entweicht, erhöht sich die Lichtbogenspannung unter Aufrechterhaltung

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des elektrischen Stroms. Hierdurch wird eine große Energiemenge an die Hauptelektrode angelegt, so daß letztere eine lokale Überhitzung mit davon herrührender lokaler Verschmelzung erfährt.

Zur Vermeidung dieses Zustande ist es bekannt, ein Magnetfeld senkrecht zur Oberfläche der Hauptelektrode anzulegen. Es wird angenommen, daß dabei Elektronen, neutrale Atome und ionisierte Atome in einem Verhältnis von etwa 100:10:1 vom Kathodenfleck des Lichtbogens emittiert werden, wobei die' Elektronen und die ionisierten Atome zur Aufrechterhaltung des Lichtbogens nötig sind. Bei einem senkrecht zur Oberfläche der Hauptelektrode angelegten Magnetfeld werden Elektronen und ionisierte Atome eingeschlossen, so daß sie an einer Auswärtsverteilung aus dem Bereich zwischen den Elektroden gehindert werden.

Wenn die Elektroden derart zwischen den Hauptelektroden eingeschlossen sind, wird die Zahl der aus dem Bereich zwischen den Hauptelektroden entweichenden Elektronen verringert, so daß der Lichtbogen stabilisiert wird. Durch die Bewegung der Elektronen wird ihr Weg zur Anode verlängert. Während dieser Bewegung der Elektronen zur Anode vergrößert sich die Wahrscheinlichkeit dafür, daß die Elektronen eine Ionisierung von neutralen Atomen verursachen und dabei ein unzureichen-Plasma verstärken und den Lichtbogen stabilisieren. Die sich zur Kathode bewegenden ionisierten Atome bewirken ebenfalls eine Stabilisierung des Lichtbogens. Auf diese Weise wird der Lichtbogen unter dem Einfluß des Magnetfelds zwischen den Elektroden festgelegt oder eingeschlossen.

Zur Anlegung eines Magnetfelds senkrecht zur Oberfläche der Hauptelektrode wird eine Erregerspule um den Außenumfang eines Vakuumgehäuses herum angeordnet und zwischen die Hauptelektrode

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und einen stromführenden Stab eingeschaltet, oder aber ein Teil des stromführenden Stabs kann innerhalb des Vakuumgehäuses in Form einer Spule gewickelt und an die Hauptelektrode angeschlossen sein. Im zuerst genannten Fall ist es jedoch schwierig, ein Magnetfeld zu erzielen, das eine ausreichende Wirkung zeigt, da die Erregerspule und die Elektrode weit voneinander entfernt sind. Außerdem ist dabei eine ziemlich große Erregerspule erforderlich, die zu einem aufwendigen, sperrigen und schweren Vakuumunterbrecher führt. Im zweitgenannten Fall wird die Konstruktion des stromführenden Stabs kompliziert, so daß er schwierig herzustellen ist. Außerdem wird auch der Innenaufbau kompliziert, so daß der Vakuumunterbrecher insgesamt schwer und groß wird.

Es hat sich auch gezeigt, daß dann, wenn ein Magnetfeld

wirdc

senkrecht zur Oberfläche der Hauptelektrode erzeugte infolge des Magnetfelds ein Wirbel- oder Streustrom in der Hauptelektrode hervorgerufen wird, wodurch die Hauptelektrode überhitzt oder das Magnetfeld durch eine vom Wirbel- oder Streustrom erzeugte magnetomotorische Kraft geschwächt wird.

Der Erfindung liegt damit die Aufgabe zugrunde, einen Vakuumunterbrecher zu schaffen, welchem die Nachteile der bekannten Vorrichtungen nicht mehr anhaften und bei dem eine starre oder robuste, kompakte und leichte Spulenelektrode sowie zwei Hauptelektroden vorgesehen sind, von denen erstere ein senkrecht zur Oberfläche der Hauptelektrode erzeugtes Magnetfeld stabilisiert und einen gleichmäßig zwischen den Hauptelektroden eingeschlossenen Lichtbogen gewährleistet, während die Hauptelektrode die Entstehung von über sie fließenden Wirbel- oder Streuströmen vermindert und den Lichtbogenstromfluß auf die Hauptelektrode beschränkt, so daß eine Schwächung des Magnetfelds durch den Streustrom und den Lichtbogenstrom verhindert wird.

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Diese Aufgabe wird bei einem Vakuumunterbrecher bzw. -schutzschalter mit einem Vakuumgehäuse, zwei miteinander fluchtenden und mit dem einen Ende in das Innere des Vakuumgehäuses hineinreichenden stromführenden Stäben, von denen mindestens einer axial verschiebbar ist, zwei Hauptelektroden, die jeweils mit einem Ende der stromführenden Stäbe verbunden sind, und einer zwischen die Hauptelektrode und den betreffenden stromführenden Stab eingefügten Spulenelektrode zur Erzeugung eines Magnetfelds senkrecht zur Elektrodenfläche der Hauptelektrode, wobei das Magnetfeld den zwischen den Hauptelektroden erzeugten Lichtbogen gleichmäßig und stabil zu verteilen vermag, erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß die Spulenelektrode mehrere praktisch radial von ihrem Mittelteil abgehende erste Leiter, über welche die vom Lichtbogenstrom abgezweigten Ströme zu ihrem Umfang fließen können, mehrere zweite Leiter, die vom Vorderende des ersten Leiters unter einem Bogen in jeweils gleicher Richtung zum Vorderendabschnitt des benachbarten ersten Leiters verlaufen und dazwischen einen Zwischenraum oder Spalt festlegen, sowie mehrere dritte Leiter aufweist, über welche die verschiedenen zweiten Leiter jeweils einzeln mit dem zugeordneten Abschnitt der Hauptelektrode verbunden sind, daß die ersten, zweiten und dritten Leiter durch die sie durchfließenden verzweigten bzw. Zweigströme ein Magnetfeld senkrecht zur Elektrodenfläche der Hauptelektrode mit mehreren sich von ihrem Umfang zu ihrem Hittelabschnitt erstreckenden Schlitzen versehen ist, welche die durch das Magnetfeld auf der Oberfläche der Hauptelektrode erzeugten Wirbel- oder Streuströme wirksam unterdrücken und die Zweigströme auf der Hauptelektrode, durch deren Mittelabschnitt leiten, wodurch eine Schwächung des Magnetfelds durch die Streuströme und die Zweigströme verhindert wird.

Im folgenden sind bevorzugte Ausführungsformen der Erfindung anhand der beigefügten Zeichnung näher erläutert. Es zeigen: V zu erzeugen vermögen, und tie.? die Hauptelektrode

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Fig. 1A eine Teilschnittansicht des Aufbaus eines Vakuum« Unterbrechers gemäß der Erfindung,

Fig. 1B eine Fig. 1A ähnelnde Ansicht eines abgewandelten Vakuumunte rbre ehe rs,

Fig. 2A und 2B eine Seitenansicht bzw. eine Aufsicht zur Veranschaulichung einer zusammengesetzten oder Verbundelektrode gemäß einer Ausführungsform der Erfindung,

Fig. 3A und 3B eine Seitenansicht bzw. eine Aufsicht auf eine der Verbundelektrode gemäß den Fig. 2A und 2B zugeordneten Spulenelektrode,

Fig. 4 eine Aufsicht auf ein Ausführungsbeispiel der Hauptelektrode ,

Fig. 5 eine in vergrößertem Maßstab gehaltene Seitenansicht eines beispielhaften Abstandstücks,

Fig. 6 eine Aufsicht zur Erläuterung des Wegs des durch eine Hauptelektrode ohne Schlitze fließenden Lichtbogenstroms ,

Fig. 7 eine Aufsicht zur Erläuterung des Wegs des durch eine Hauptelektrode mit Schlitzen fließenden Lichtbogenstroms ,

Fig. 8A eine Seitenansicht einer abgewandelten zusammengesetzten oder Verbundelektrode,

Fig. SB eine Aufsicht auf eine Spulenelektrode gemäß Fig. 8A,

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Fig. 9 eine Aufsicht auf eine abgewandelte Spulenelektrode mit Spiralschlitzen,

Fig. 1OA und 1OB eine Seitenansicht bzw. eine Aufsicht auf eine weiter abgewandelte zusammengesetzte oder Verbundelektrode,

Fig. 11A und 11B eine Seitenansicht bzw. eine Aufsicht auf eine bei der Elektrode gemäß den Fig. 1OA und 1OB verwendete Spulenelektrode,

Fig. 12 bis 14 Aufsichten auf abgewandelte Ausführungsformen der zusammengesetzten oder Verbundelektrode,

Fig. 15A-15B, 16A-16B, 17A-17B, 18A-18B und 19A-19B im Schnitt gehaltene Seitenansichten bzw. Aufsichten auf zusammengesetzte bzw. Verbundelektroden mit Verstärkungsglied, wobei die Seitenansichten im Schnitt längs der Linien X₁-X₁, X₂-X₂* ^X3~^X3> ^X4~^X4 bzw. X5-X5 in den betreffenden Aufsichten gehalten sind,

Fig. 20 eine Seitenansicht einer weiter abgewandelten Ausführungsform einer zusammengesetzten bzw. Verbundelektrode j,

Fig. 21, 22 und 23 Aufsichten auf ein Spulenglied, eine äußere Elektrode bzw. eine Hauptelektrode gemäß Fig. 20,

Fig, 24 eine Aufsicht auf eine Spulenelektrode mit einem Verstärkungsglied,

Fig. 25 eine in vergrößertem Maßstab gehaltene perspektivische Teilansicht des Verstärkungsglieds gemäß Fig.24 und

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Fig. 26 eine schaubildliche Darstellung von zwei in einer gewünschten Position angeordneten zusammengesetzten bzw. Verbundelektroden.

Fig. 1A veranschaulicht einen Vakuumunterbrecher bzw. -schutzschalter gemäß einer Ausführungsform der Erfindung, wobei ein Vakuumgehäuse 30 einen zylindrischen Körper 32 aus einem Isoliermaterial mit oberer und unterer Endkappe 34A bzw. 34B sowie zusammengesetzte oder Mehrschicht- bzw. Verbundelektroden 38A und 38B aufweist, die an den freien Enden von stromführenden Stäben 36A bzw. 36B montiert sind, welche die obere bzw. die untere Endkappe durchsetzen. Der Stab 36B und mithin die Elektrode 38B sind durch eine nicht dargestellte Betätigungseinrichtung verstellbar, so daß sie hin- und hergehend in und außer Kontakt mit der zugeordneten Verbundelektrode 38A bewegbar sind, um den Laststrom des Vakuumunterbrechers durchzulassen oder zu unterbrechen. Wenn zwischen den Elektroden 38A und 38B ein Lichtbogen auftritt, fließt der Lichtbogenstrom durch die stromführenden Stäbe 36A und 36b. Die Auf- und Abbewegung des Stabs 36B erfolgt über einen Balgen 44, so daß das Vakuum im Gehäuse erhalten bleibt. Bei 46A-46C sind um die Verbundelektroden 38A und 38B herum angeordnete Abschirmungen angedeutet. Die Elektroden 38A und 38B sind jeweils praktisch gleich aufgebaut, weshalb sich die folgende Beschreibung auf die Elektrode 38A beschränkt.

In den Fig. 2A und 2B ist eine zusammengesetzte bzw. Verbundelektrode 38A dargestellt, die eine Spulenelektrode 40 und eine Hauptelektrode 42 aufweist. Die Fig. 3A und 3B veranschaulichen die Spulenelektrode 40. Die Spulenelektrode 40 weist erste Leiter in Form von Armen 50 auf, die einen am freien Ende des stromführenden Stabs 36A angebrachten, kreisförmigen Anbauabschnitt 48 aufweisen und von diesem in vier Richtungen abgehen. Vier zweite Leiter in Form von Bogenab-

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schnitten 54 erstrecken sich jeweils in die gleiche Richtung unter Festlegung eines Spalts 52 zwischen ihrem freien Ende und dem benachbarten Arm 50 längs eines um den stromführenden Stab 36A als Mittelpunkt beschriebenen Kreises. An der vom stromführenden Stab 36A abgewandten Seite stehen von den freien Endabschnitten der Bogenabschnitte dritte Leiter in Form von Vorsprüngen oder Ansätzen 56 ab. Die Hauptelektrode 42 besteht aus einem kreisförmigen Element mit praktisch dem gleichen Außendurchmesser wie demjenigen der Spulenelektrode 40, und sie ist mit sechs Schlitzen 58 (Fig. 4) versehen, die von ihrem Außenumfang in Richtung auf ihren Mittelbereich verlaufen. Gemäß den Fig. 2A und 2B ist die Hauptelektrode 42 an der Seite der Spulenelektrode angebracht, an welcher die Ansätze 56 vorgesehen sind. Die Anbringung der Hauptelektrode 42 an der Spulenelektrode 40 erfolgt unter Zwischenfügung eines zentral angeordneten Abstandstücks, wobei die vier Ansätze 56 an der Hauptelektrode 42 anliegen. Der stromführende Stab 36A, die Spulenelektrode 40 und die Ansätze bzw. "Vorsprünge 56 bestehen sämtlich aus Kupfer, während die Hauptelektrode 42 aus einer Kupferlegierung besteht. Die Verbindung zwischen dem Stab 36A und der Spulenelektrode 40 sowie zwischen den Ansätzen 56 und der Hauptelektrode 42 ist dabei so hergestellt, daß ein niedriger elektrischer Widerstand gewährleistet wird, Das Abstandstück ist starr zwischen der Spulenelektrode 40 und der Hauptelektrode 42 in der Weise montiert, daß an ihm ein hoher elektrischer Widerstand vorhanden ist. Aus diesem Grund besteht das Abstandstück 60 aus einem mechanisch starren, einen hohen elektrischen Widerstand besitzenden Werkstoff, beispielsweise aus rostfreiem Stahl. Gemäß Fig. 2A ist die Hauptelektrode 42 in der Weise mit der Spulenelektrode 40 gekoppelt, daß sich mindestens ein Schlitz zwischen den Ansätzen 56 der Spulenelektrode 40 befindet und kein Schlitz 58 von einem der Ansätze 56 der Spulenelektrode 40 überlagert wird. Folglich kann die Zahl der Schlitze 58

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der Zahl der Arme 50 der Spulenelektrode 40 entsprechen oder größer sein als diese Zahl. Fig. 5 veranschaulicht in vergrößertem Maßstab eine beispielhafte Ausführungsform eines solchen Abstandstücks 60.

Wenn bei dem auf diese Weise ausgebildeten Vakuumunterbrecher der stromführende Stab 36B durch eine nicht dargestellte Betätigungseinrichtung betätigt wird, um die Elektrode 38B außer Kontakt mit der Elektrode 38A zu bewegen, entsteht zwischen beiden Elektroden 38A und 38B ein Lichtbogen. Gemäß den Fig. 2A und 2B fließt dabei der Lichtbogenstrom vom stromführenden Stab 36a in die Spulenelektrode 40. Dies bedeutet, daß der Lichtbogenstrom in praktisch gleich große Stromanteile aufgeteilt wird und vom Anbauabschnitt 48 über die vier Arme 50 zu den vier betreffenden Bogenabschnitten 54 und sodann über die jeweiligen Ansätze 56 in die Hauptelektrode 42 fließt, wie dies durch die Pfeile angedeutet ist.

Da. der elektrische Strom über die vier getrennten Bogenabschnitte 54 fließt, wird durch die Zweigströme insgesamt ein Magnetfeld in einer Richtung senkrecht zur Elektrodenfläche der Hauptelektrode 42 erzeugt, welches praktisch gleich einem Magnetfeld ist, das dann erzeugt wird, wenn der die jeweiligen Bogenabschnitte 54 durchfließende Zweigstrom durch eine gedachte Spule mit einer einzigen Windung hindurchgeleitet wird, die durch Verbindung der einzelnen Bogenabschnitte erhalten wird. Der auf diese Weise in die Hauptelektrode 42 fließende elektrische Strom fließt weiterhin über einen Lichtbogen zur anderen Elektrode 38B, an welcher auf die gleiche Weise wie bei der Elektrode 38A ein Magnetfeld erzeugt wird. Das zwischen den beiden Elektroden 38A und 38B erzeugte Magnetfeld schließt den Lichtbogen zwischen sich ein und verhindert ein Entweichen von Plasma aus dem Lichtbogen, so daß kein unzureichendes bzw. ungenügendes Plasma auftritt. In-

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folgedessen ist der Lichtbogen stabil und gleichmäßig über die Oberfläche der Hauptelektrode 42 verteilt, wodurch eine verbesserte Unterbrechungsfähigkeit des Vakuumunterbrechers gewährleistet wird.

Das auf diese Weise erzeugte Magnetfeld wird jedoch durch den elektrischen Strom geschwächt, wodurch die Unterbrechungsfähigkeit des Vakuumunterbrechers verringert wird. Zur Ausschaltung dieses Mangels sind die Schlitze 58 in der Hauptelektrode 42 vorgesehen.

Das Magnetfeld wird beispielsweise durch die folgenden elektrischen Ströme geschwächt:

1. Es fließt ein Streustrom durch die Hauptelektrode 42 unter Erzeugung eines dem genannten Magnetfeld entgegengesetzten Magnetfelds, wodurch das zuerst genannte Magnetfeld geschwächt wird. Da die Schlitze 58 quer zu einem Weg verlaufen, über welchen der Streustrom fließt, wird das Auftreten eines solchen Streustroms beschränkt, so daß eine Schwächung des genannten Magnetfelds verhindert wird.

2. Von den Zweigströmen, welche von der Spulenelektrode 40 über die jeweiligen Ansätze 56 in die Hauptelektrode 42 fliessen, fließt ein Teil durch die Hauptelektrode 42 in Gegenparallelrichtung zur Richtung des elektrischen Stromflusses über die Bogenabschnitte 54 der Spulenelektrode 40. Dieser Zweigstrom bewirkt ebenfalls eine Schwächung des genannten Magnetfelds.

Der unter 2. erläuterte Strom wird später in Verbindung mit den Fig. 6 und 7 noch näher erklärt werden. Zur Vereinfachung der Beschreibung ist in den Fig. 6 und 7 der Fall..dargestellt, in welchem der Lichtbogenstrom über die Hauptelektrode 42

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fließt und in vier Ströme verzweigt wird, die über die vier Ansätze 56 weiter zur Spulenelektrode 40 fließen.

Auch wenn der elektrische Strom die entgegengesetzte Polarität besitzt, ist eine gewisse Löschungswirkung gegenüber der magnetomotorischen Kraft vorhanden, wie dies noch näher erläutert werden wird. Fig. 6 veranschaulicht den Fall, in welchem ein Lichtbogen an einem schraffierten, kreisförmigen Abschnitt einer Hauptelektrode ohne Schlitze erzeugt wird und der Lichtbogenstrom über diesen Abschnitt in eine Hauptelektrode 42 fließt. Der Lichtbogenstrom wird sodann in vier Ströme aufgeteilt, wobei er über die Ansätze 56 und sodann über die betreffenden Bogenabschnitte 54 in jeweils gleicher Richtung fließt und durch die jeweiligen Arme 50 am Anbauabschnitt 48 der Spulenelektrode 40 gesammelt wird, wo er zum stromführenden Stab weitergeleitet wird. Ein durch die vier Zweigströme, welche die zugeordneten vier Bogenabschnitte 54 durchfließen, auf der Elektrodenfläche der Hauptelektrode erzeugtes Magnetfeld ist praktisch gleich einem Magnetfeld, das durch einen Zweigstromfluß durch eine gedachte Spule mit einer Windung erzeugt wird, welche durch Verbindung der betreffenden Bogenabschnitte erhalten wird. Wie erwähnt, wird dieses Magnetfeld durch den über die Oberfläche der Hauptelektrode 42 fließenden Lichtbogenstrom geschwächt. Im folgenden sind nunmehr zwei repräsentative Zweigströme der vier über die vier Ansätze 56 fließenden Zweigströme betrachtet. Der eine Zweigstrom fließt entgegen dem Uhrzeigersinn vom Abschnitt a über den Umfangsabschnitt der Hauptelektrode 42 zu dem mit b bezeichneten Ansatz 56 und dann im Uhrzeigersinn über den Bogenabschnitt 54 zurück zu einem Punkt c und hierauf über den Arm 50 in der Richtung d in den stromführenden Stab. Der andere Zweigstrom fließt im Uhrzeigersinn vom Abschnitt a zu dem mit e bezeichneten Ansatz 56 und hierauf im Uhrzeigersinn über den Bogenabschnitt 54 zu einem Punkt f, von welchem

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aus er über den Arm 50 in der Richtung g zum stromführenden Stab weiterfließt.

Im Strompfad a-d liegen die Nebenpfade a-b und b-c dicht nebeneinander, wobei der entgegen dem Uhrzeigersinn über den Nebenpfad a-b fließende Zweigstrom und der im Uhrzeigersinn über den Nebenpfad b-c fließende Zweigstrom einander aufheben. Infolgedessen heben sich die am betreffenden Bogenabschnitt 54 erzeugten magnetomotorischen Kräfte nahezu gegenseitig auf, wodurch ein senkrecht zur Hauptelektrode erzeugtes Magnetfeld geschwächt wird. Im anderen Strompfad a-e-f-g ist keine derartige Unterdrückungs- bzw. Löschwirkung vorhanden.

Bei der zusammengesetzten bzw. Verbundelektrode 38A gemäß Fig. 7 weist die Hauptelektrode 42 vier Schlitze 58 auf. Diese vier Schlitze 58 sind jeweils im Uhrzeigersinn ein gewisses Stück vom betreffenden Ansatz bzw. Vorsprung 56 versetzt angeordnet, und sie erstrecken sich geradlinig vom Umfang der Hauptelektrode 42 in Richtung auf deren Zentrum. Im allgemeinen ist es erforderlich, daß die Zahl der Schlitze 58 der Zahl der Ansätze 56 entspricht oder größer als diese ist. Diese Schlitze 58 sind so angeordnet, daß sich zwischen den Vorsprüngen bzw. Ansätzen 56 jeweils mindestens ein Schlitz 58 befindet und keiner dieser Schlitze von einem der Ansätze 56 überspannt wird. Ein schraffierter Bereich h bezeichnet die Stelle, an welcher der Lichtbogen erzeugt wird.

Ein abgezweigter Lichtbogenstrom fließt vom Abschnitt h in die Hauptelektrode 42, d.h. über das innerste Ende i des Schlitzes 58 in den Ansatz 56 bei j, sodann über den Bogenabschnitt 54 zu einem Vorderende k des Arms und schließlich über den Arm 50 in der Richtung 1 zum Anbauabschnitt 48, wobei der Pfad dieses Stromflusses im folgenden als erster Strom-

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pfad bezeichnet wird. Der andere Zweigstrom fließt vom Abschnitt h in den bei m angedeuteten Ansatz 56, sodann über den Bogenabschnitt 54 zu einem Vorderende η des Arms 50 und schließlich über den Arm 50 in der Richtung ο zum Anbauabschnitt 48; der Pfad dieses Zweigstroms wird im folgenden als zweiter Strompfad bezeichnet. Da der erste Strompfad lang und der zweite Strompfad kurz ist, ist der über den zweiten Strompfad fließende Zweigstrom größer als der über den ersten Strompfad fließende Zweigstrom. Da der über den ersten Strompfad geleitete Zweigstrom im Gegensatz zum Lichtbogenstromfluß gemäß Fig. 6 vom Abschnitt h über den Abschnitt i nahe des Mittelabschnitts der Hauptelektrode in den Vorsprung j fließt, wird die durch den über den Bogenabschnitt 54 fliessenden Zweigstrom erzeugte magnetomotorische Kraft weniger stark unterdrückt bzw. gelöscht. Andererseits ist der über den zweiten Strompfad fließende Zweigstrom keinerlei Löschung bzw. Unterdrückung unterworfen. Da die über die beiden anderen Ansätze bzw. Vorsprünge 56 geleiteten Zweigströme um die Enden der jeweiligen Schlitze 58 herum fließen, sind die an den betreffenden Bogenabschnitten 54 erzeugten magnetomotorischen Kräfte in geringerem Maße einer Löschung unterworfen.

Wie aus der vorstehenden Erläuterung hervorgeht, wird durch die Anordnung der Schlitze 58 in der Hauptelektrode 42 eine Schwächung der genannten magnetischen Kraft durch einen Streustrom oder den über die Hauptelektrode 42 fließenden Lichtbogenstrom verhindert. Hierdurch wird eine hohe Unterbrechungsfähigkeit eines Vakuumunterbrechers bzw. -schutzschalters gewährleistet. Zur Erzielung einer einwandfreien Stromunterbrechungsfähigkeit ist jeder Schlitz so bemessen, daß seine Länge 50 bis 70% des Radius der Hauptelektrode 42 entspricht, wobei in der Hauptelektrode so viele Schlitze vorgesehen sind, wie dies aus konstruktiven Gründen möglich ist.

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Bei der zusammengesetzten bzw. Verbundelektrode 38A ist die einfach aufgebaute Spulenelektrode 40 unmittelbar hinter der Hauptelektrode 42 vorgesehen, so daß an ihrer Elektrodenfläche ein Magnetfeld erzeugt werden kann, und da die Hauptelektrode 42 so ausgebildet ist, daß eine Schwächung des Magnetfelds durch die vorher erwähnten, unerwünschten elektrischen Ströme, welche über die Hauptelektrode fließen, verhindert wird, kann die Spulenelektrode 40 ohne weiteres kompakt ausgebildet sein, so daß ein leichter und kompakt gebauter Vakuumunterbrecher mit hohem Unterbrechungsvermögen gewährleistet wird.

Wie nachstehend noch näher erläutert werden wird, können die Spulenelektrode 40 und die Hauptelektrode 42, die gemeinsam die Verbundelektrode 38A bilden, vielfach unterschiedliche Formen besitzen.

Bei der Verbundelektrode 38A gemäß Fig. 8A und der Spulenelektrode 40 gemäß Fig. 8B ist die Spulenelektrode 40 mit vier geraden Schlitzen 62 versehen. Diese, mit jeweils gleicher Länge eingestochenen und sich am Umfang der Spulenelektrode 40 öffnenden Schlitze sind jeweils gleich weit vom Mittelpunkt der Spulenelektrode und unter einem rechten Winkel zueinander angeordnet, wobei zwischen.ihnen vier Bogenabschnitte festgelegt werden. Die Ansätze bzw. Vorsprünge 56 sind dabei an den spitzwinkligen Endabschnitten der Bogenabschnitte der Spulenelektrode angeordnet, welche sich an den offenen Enden der Schlitze 62 befinden. Die Ansätze 56 der Spulenelektrode 40 werden bei der Montage mit der Hauptelektrode 42 verbunden. Der über den stromführenden Stab 36A zugeführte elektrische Strom fließt radial längs der Bogenabschnitte der Spulenelektrode 40 und sodann über die betreffenden Ansätze 56 in die Hauptelektrode 42. Diese einfache Spulenelektrode 40 kann ohne weiteres durch Anbringung

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von vier geraden Schlitzen gebildet werden, so daß die den Armen 50 und den Bogenabschnitten 54 gemäß den Fig. 2A und 2B entsprechenden Abschnitte gleichzeitig gebildet werden.

Die in Fig. 9 dargestellte Spulenelektrode 40 weist vier spiralige Schlitze 64 auf, die bogenförmig in jeweils die gleiche Richtung verlaufen und sich unter Festlegung von vier Bogenabschnitten zwischen ihnen am Umfang der Elektrode öffnen. Die Vorsprünge bzw. Ansätze 56 sind hierbei an den spitzen Außenendabschnitten der Bogenabschnitte der Spulenelektrode 40 vorgesehen, die sich an den offenen Enden der Schlitze 64 befinden. Beim Zusammenbau der Verbundelektrode werden die Ansätze 56 der Spulenelektrode 40 mit der nicht dargestellten Hauptelektrode verbunden. Der über den nicht dargestellten stromführenden Stab zugeführte elektrische Strom wird dabei in vier Ströme aufgezweigt, wobei die Zweigströme in Radialrichtung längs der Bogenabschnitte der Spulenelektrode 40 und sodann über die betreffenden Ansätze 56 in die Hauptelektrode fließen. Bei dieser Konstruktion entspricht der Bogenabschnitt zwischen den Schlitzen 64 dem Arm 50 und dem Bogenabschnitt 54 gemäß den Fig. 2A und 2B.

Die beiden zusammengesetzten bzw. Verbundelektroden 38A, 38B können auf die in Fig. 1A gezeigte Weise angeordnet sein. Gewünschtenfalls kann aber auch eine einzige Verbundelektrode, z.B. die Elektrode 38A, auf die in Fig. 1B gezeigte Weise angeordnet sein.

Da der bewegbare, stromführende Stab bei diesem Vakuumunterbrecher über eine biegsame Leitung mit einer Sammelschiene verbunden ist, wird die im Vakuumunterbrecher erzeugte Hitze schlecht abgeführt. Der vorrichtungsfeste, stromführende Stab ist über eine große Klemme mit einer Sammelschiene verbunden,

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wodurch die im Vakuumunterbrecher erzeugte Wärme besser verteilt wird. Infolge des Vorhandenseins der Spulenelektrode erzeugt die zusammengesetzte bzw. Verbundelektrode eine grössere Wärmemenge als eine Hauptelektrode. Wenn eine Verbundelektrode und eine Hauptelektrode als Elektrodenpaar in einem Vakuumunterbrecher verwendet werden, empfiehlt es sich, die Verbundelektrode 38A mit dem feststehenden, stromführenden Stab 36A zu verbinden, während die Hauptelektrode 42 mit einem bewegbaren, stromführenden Stab 36B verbunden werden sollte. Durch diese Anordnung wird eine ausgeglichene Wärmeableitung gewährleistet, während der Temperaturanstieg auf einem niedrigeren Wert gehalten werden kann.

Die Spulenelektrode 40 kann ein Magnetfeld erzeugen, das praktisch einem Magnetfeld entspricht, welches durch das Hindurchleiten des über den Bogenabschnitt der Spulenelektrode fliessenden Zweigstroms durch eine gedachte bzw. angenommene Spule mit einer einzigen Windung erzeugt wird, welche durch gegenseitige Verbindung der einzelnen Bogenabschnitte. erhalten wird. Wenn die Intensität des Magnetfelds geändert werden soll, läßt sich dies durch Änderung der Zahl der Bogenabschnitte 54 erreichen. Wenn mit I ein durch den stromführenden Stab 36A fließender elektrischer Strom bezeichnet wird, so wird der über den Bogenabschnitt 54 fließende elektrische Ström gleich 1/4. Wenn die Bogenabschnitte in Zahlen von 2, 3 .... η vorhanden sind, so besitzt das an der Spulenelektrode erzeugte Magnetfeld eine Intensität entsprechend dem 4/2-> 4/3-....4/nfachen.

Die Form, die Zahl und die Position der Schlitze 58 sowie die Stellen, an denen die Ansätze 56 mit der Hauptelektrode verbunden sind, können auf später noch näher zu erläuternde Weise variiert werden.

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Die Fig. 1OA und 10B veranschaulichen eine zusammengesetzte bzw. Verbundelektrode 38A, bei welcher eine Spulenelektrode 40 der in den Fig. 11A und 11B dargestellten Form vorgesehen ist. Die Form der in der Hauptelektrode 42 ausgebildeten Schlitze 58a und 58b ist deutlich aus Fig. 1OB ersichtlich. Gemäß Fig. 11B besteht ein dritter Leiter zur Verbindung der abstehenden bzw. freien Enden der Bogenabschnitte 54 mit der Hauptelektrode 42 aus jeweils einem Abschnitt 66, welcher parallel zum benachbarten Arm 50 verläuft und von dessen freiem Ende ein Vorsprung bzw. Ansatz 56 in Richtung auf die Hauptelektrode 42 ragt. Die jeweiligen, die betreffenden Bogenabschnitte 54 der Spulenelektrode 40 durchfließenden Zweigströme fließen über die betreffenden Ansätze 56, die vom Randabschnitt in Richtung auf den Mittelabschnitt der Hauptelektrode gerichtet sind, in die Hauptelektrode 42. Die Schlitze 58 sind jeweils auf gleiche Winkelabstände voneinander verteilt, und sie bestehen aus vier vergleichsweise langen, geraden Schlitzen 58a sowie vier Sätzen von Schlitzen 58b, die ihrerseits jeweils aus 'drei kurzen, geradlinigen Schlitzen zwischen den langen, geraden Schlitzen 58a bestehen. Jeder Ansatz 56 ist dabei zwischen den Schlitzen 58a angeordnet und an einer näher als ein kurzer Schlitz 58b zum Zentrum der Hauptelektrode hin gelegenen Stelle mit der Hauptelektrode 42 verbunden. Die Ansätze 56 sind dabei so angeordnet, daß keiner der Schlitze 58a oder 58b von ihnen überspannt wird. Die Spulenelektrode 40 und die Schlitze 58a, 58b der zusammengesetzten bzw. Verbundelektrode 38A entsprechen bezüglich Arbeitsweise und Wirkung den entsprechenden Teilen der Verbundelektrode gemäß den Fig. 2A und 2B. Bei der zusammengesetzten bzw. Verbundelektrode 38A gemäß den Fig. 1OA und 1OB bieten die zahlreichen Schlitze 58a, 58b den Vorteil einer Unterdrückung der Erzeugung von Wirbel- oder Streuströmen. Außerdem fließt infolge des Vorhandenseins der zahlreichen Schlitze 58a, 58b

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sowie der Position, in welcher die Ansätze 56 angeordnet sind, kein vom Lichtbogenstrom abgezweigter Strom längs des betreffenden Bogenabschnitts 54 der Spulenelektrode 40. Selbst wenn an einem Abschnitt der Hauptelektrode 42 ein Lichtbogen auftritt, wird eine Schwächung des Magnetfelds durch die genannten Ströme wirksam verhindert. Infolgedessen wird der Lichtbogen gleichmäßig und stabil über die Elektrodenfläche der Hauptelektrode 42 verteilt. Wenn die Spulenelektrode und die Hauptelektrode 42 paarweise im Vakuumunterbrecher verwendet werden, sind die einander zugeordneten Verbundelektroden in der Weise an die jeweiligen stromführenden ' Stäbe 36a und 36B angeschlossen, daß die Schlitze 58a der einen Hauptelektrode mit den Schlitzen 58a der anderen Hauptelektrode übereinstimmen.

Fig. 12 veranschaulicht eine abgewandelte Ausführungsform der zusammengesetzten bzw. Verbundelektrode 38A gemäß Fig. 10B, bei welcher die den Abschnitten 66 der Spulenelektrode 40 gemäß Fig. 11A entsprechenden Abahnitte an einer weiter zum Zentrum der Hauptelektrode 42 hin gelegenen Stelle mit letzterer verbunden sind. In die Hauptelektrode 42 sind Schlitze 58 mit jeweils gleicher Länge eingestochen, die zum Zentrum der Hauptelektrode 42 hin verlaufen. Diese Anordnung gewährleistet eine gegenüber der Anordnung gemäß der Anordnung gemäß Fig. 10B verbesserte Wirkung.

Bei der zusammengesetzten bzw. Verbundelektrode gemäß Fig.13 sind die Vorsprünge bzw. Ansätze 56, ebenso wie die der Abwandlung gemäß Fig. 12, dicht am Mittelbereich einer Hauptelektrode angeordnet. Die Hauptelektrode 42 weist dabei einander abwechselnde, radial verlaufende lange Schlitze 58b und kurze Schlitze 58o. auf.

Fig. 14 veranschaulicht eine Hauptelektrode 42 mit bogen-

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förmig verlaufenden Spiralschlitzen 58. Wenn die Hauptelektrode 42 beispielsweise in Verbindung mit der Spulenelektrode 40 gemäß den Fig. 12 und 13 verwendet wird, bietet sie die gleichen Wirkungen, wie sie mit den vorher beschriebenen Ausführungsformen der Erfindung realisiert wurden.

Bei den vorher beschriebenen Ausführungsformen ist die Spulenelektrode 40 über das Abstandstück 60 (Fig. 2A und 5) bzw. über die Ansätze 56 unter Festlegung eines Spalts mit der Hauptelektrode 42 verbunden. Das Abstandstück 60 besteht üblicherweise aus einem Werkstoff mit hoher mechanischer Festigkeit und hohem Widerstand, beispielsweise aus rostfreiem Stahl. Im Gegensatz dazu besteht die Elektrode 40 aus Kupfer und die Hauptelektrode 42 aus einer Kupferlegierung mit guter elektrischer Leitfähigkeit und folglich geringer mechanischer Festigkeit. Beim Öffnen und Schließen des Vakuumunterbrechers kann es vorkommen, daß^iie Spulenelektrode 40 unter den durch die zusammengesetzte bzw. Verbundelektrode 38A ausgeübten Aufprallkräften verformt wird, so daß sie die Hauptelektrode 42 nur noch teilweise kontaktiert. Zur Vermeidung einer solchen Verformungsbeschädigung kann zusammen mit dem Abstandstück 60 ein Verstärkungsglied zwischen der Hauptelektrode 42 und der Spulenelektrode 40 angeordnet werden. Als Verstärkungsmaterial wird dabei rostfreier Stahl verwendet. Indem das Abstandstück und das Verstärkungsmaterial aus einem hochfesten Werkstoff hergestellt und die zwischen die Hauptelektrode 42 und die Spulenelektrode 40 einzusetzenden Teile schlank bzw. dünn ausgebildet werden, kann nur ein geringer Anteil des Lichtbogenstroms über diese Teile fließen. Mit anderen Worten: Der größte Teil des Lichtbogenstroms fließt über die Ansätze bzw. Vorsprünge in die Spulenelektrode 40.

Die Fig. 15A und 15B, 16A und 16B, 17A und 17B, 18A und 18B

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sowie 19A \and 19B veranschaulichen zusammengesetzte bzw. Verbundelektroden, in welche Verstärkungsglieder eingesetzt sind.

Die zusammengesetzte bzw. Verbundelektrode 38A gemäß den Fig. 15A und 15B weist in ihrem Mittelbereich ein zwischen eine Spulenelektrode 40 und eine Hauptelektrode 42 eingesetztes Abstandstück 60 auf, um welches herum mit einem Abstand davon ein Verstärkungsglied 68 angeordnet ist. Das Abstandstück 60 ist mit beiden Enden in zugeordnete Vertiefungen 70 und 72 in der Spulenelektrode 40 bzw. in der Hauptelektrode 42 eingesetzt. Das Abstandstück besitzt in seinem Mittelbereich einen verkleinerten Durchmesser, so daß zwischen seinen Enden ein hoher elektrischer Widerstand erzeugt wird. Das Verstärkungsglied 68, das eine ringförmige Gestalt und einen T-förmigen Querschnitt besitzt, ist mit seinem einen Ende, d.h. seiner einen Seite in eine zugeordnete Ringnut in der Hauptelektrode 42 eingesetzt, während es mit seinem anderen Ende bzw. seiner anderen Seite 74 an der Oberfläche der Spulenelektrode 40 anliegt. Durch die Form des Verstärkungsglieds wird die Spulenelektrode 40 an einer Berührung mit der Hauptelektrode infolge einer Verformung gehindert. Da das Verstärkungsglied 68 einen dünneren oder schlankeren Wandabschnitt besitzt, wird zwischen der Spulenelektrode 40 und der Hauptelektrode 42 ein hoher elektrischer Widerstand gewährleistet.

Bei der in den Fig. 16A und 16B dargestellten Elektrodenanordnung 38A ist ein Verstärkungsglied 76 einstückig mit einem Abstandstück 60 der Art gemäß Fig. 15A und 15B ausgebildet, wobei um das Abstandstück herum eine Ringausnehmung festgelegt ist. Der kombinierte Einsatz ist dabei mit seiner einen Seite in eine Hauptelektrode 42 eingelassen. An seiner

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anderen Seite ist dieser Einsatz mit seinem Mittelteil in eine Spulenelektrode 40 eingesetzt, während er mit seinem ringförmigen Randabschnitt an der Spulenelektrode anliegt.

Bei der Elektrodenanordnung gemäß den Fig. 17A und 17B ist das Verstärkungsglied wiederum einstückig mit einem Abstandstück ausgebildet. Dieser kombinierte Einsatz besitzt dabei Scheibenform und einfache Konstruktion, so daß er einfach herstellbar ist.

Bei der in den Fig. 18A und 18B dargestellten Elektrodenanordnung 38A ist ein Verstärkungsglied 80 wiederum einstückig mit einem Abstandstück ausgebildet. Dieser kombinierte Einsatz, der zwischen einer Hauptelektrode 42 und einer Spulenelektrode 40 angeordnet ist, weist dabei längs der Arme der Spulenelektrode 40 verlaufende Arme auf. Dieser kombinierte Einsatz 80 ermöglicht eine Materialeinsparung und besitzt vergleichsweise einfache Konstruktion.

Bei der Elektrodenanordnung 38A gemäß den Fig. 19A und 19B ist ein Verstärkungsstück wiederum materialeinheitlich mit einem Abstandstück ausgebildet. Dieser kombinierte Einsatz bedeckt praktisch vollständig die Gesamtfläche einer Spulenelektrode 40 bzw. einer Hauptelektrode 42, jedoch mit der Ausnahme, daß die den Ansätzen 56 der Spulenelektrode 40 entsprechenden Bereiche halbkreisförmig ausgeschnitten sind. Durch diesen Einsatz kann die Elektrodenanordnung 38A besonders starr ausgebildet werden.

Selbstverständlich sind noch weitere Abwandlungen des Verstärkungsglieds möglich. In jedem Fall gewährleistet die Verwendung eines solchen Verstärkungsglieds einen dauerhaften Vakuumunterbrecher, welcher einer bei seinem Öffnen und Schliessen auftretenden Schlag- bzw. Aufprallkraft, unter welcher die

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Spulenelektrode verformt werden könnte, zu widerstehen vermag.

Fig. 20 zeigt noch eine weitere Abwandlung einer erfindungsgemäßen Elektrodenanordnung 38A, die eine Spulenelektrode 84, eine Hauptelektrode 86 und einen an der Elektrodenfläche der Hauptelektrode 86 vorgesehenen Kontakt 98 aufweist, welcher ein lokales Verschweißen der Hauptelektrode 86 verhindert. Die Spulenelektrode 84 weist eine Außenelektrode 88 und ein Spulenglied 93 auf, die jeweils aus einem parallel zur Außenelektrode 88 in jeweils die gleiche Richtung verlaufenden , Bogenabschnitt 92, einem von eineVf\ Abschnitt des Bogenabschnitts abstehenden und mit der Außenelektrode 88 verbundenen ersten Ansatz bzw. Vorsprung 90 sowie einem zweiten Ansatz bzw. Vorsprung 94 bestehen, welcher vom anderen Endteil des Bogenabschnitts 92 absteht und mit der Hauptelektrode 86 verbunden ist. Bei der dargestellten Ausführungsform sind vier Bogenabschnitte 92 vorgesehen. Fig. 21 veranschaulicht die Form und Anordnung der ersten Ansätze 90a bis 9Od, der Bogenabschnitte 92a bis 92d sowie der zweiten Vorsprünge bzw. Ansätze 94a bis 94d, die sämtlich zwischen einer Außenelektrode 88 und einer Hauptelektrode 86 angeordnet sind. Fig. 22 zeigt eine Aufsicht auf die Außenelektrode 88, während Fig. eine Aufsicht auf die Hauptelektrode 86 zeigt. Die Ansichten gemäß den Fig. 21 bis 23 sind dabei jeweils von der Seite des stromführenden Stabs 36A her gesehene Darstellungen. Die Einzelteile werden dabei in einer angegebenen Richtung zusammengesetzt. Die Außenelektrode 88 gemäß Fig. 22 weist vier geradlinig verlaufende Schlitze 96 auf, die auf gleiche Winkelabstände voneinander verteilt sind und sich zu ihrem Zentrum hin erstrecken. In Fig. 22 geben die schraffierten Rechtecke 19Ck bis 19Od, welche entgegen dem Uhrzeigersinn neben dem offenen Ende des betreffenden Schlitzes eingezeichnet sind, die Positionen an, in welchen die ersten Ansätze 90a bis 9Od mit der Außenelektrode 88 verbunden sind.

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Die Hauptelektrode 86 gemäß Fig. 23 weist vier geradlinige Schlitze 100 auf, die auf gleiche Winkelabstände voneinander verteilt sind und in Richtung auf den Mittelpunkt dieser Elektrode verlaufen. In Fig. 23 bezeichnen die im Uhrzeigersinn neben den offenen Enden der Schlitze eingezeichneten, schraffierten Rechtecke 194a bis 194d die Stellen, an denen die zweiten Ansätze 94a bis 94d mit der Hauptelektrode 86 verbunden sind. In den Fig. 21 bis 23 dienen die mit den angehängten Buchstaben a-d versehenen Bezugsziffern zur Erleichterung des Verständnisses des genauen Aufbaus der Elektrodenanordnung 38A. Die Außenelektrode 88 ist am Vorderende des stromführenden Stabs 36A montiert. Die Spulenteile 93 sind zwischen der Außenelektrode 88 und der Hauptelektrode 86 angeordnet, wobei die ersten Ansätze 90a, 90b, 90c und 9Od mit den schraffierten Bereichen 190a, 190b, 190c bzw. 19Od der Außenelektrode 88 und die zweiten Ansätze 94a, 94b, 94c und 94d mit den schraffierten Bereichen 194a, 194b, 194c bzw. 194d verbunden sind. Bei auf die beschriebene Weise zusammengesetzter Elektrodenanordnung 38A fließt ein über den stromführenden Stab 36A zugeführter Lichtbogenstrom in die Außenelektrode 88, in welcher er in vier Einzelströme verzweigt wird. Der Zweigstrom fließt dabei längs des Umfangs der Außenelektrode 88 und sodann über die ersten Ansätze 90a-90d in die Bogenabschnitte 92a-92d. Nachdem der Zweigstrom entgegen dem Uhrzeigersinn über die Bogenabschnitte 92a-92d geflossen ist, gelangt er über die zweiten Ansätze 94a-94d in die Hauptelektrode 86, worauf er von dieser über den Lichtbogen in die zugeordnete Hauptelektrode fließt. Ein hierbei durch die über die Bogenabschnitte 92a-92d fließenden Zweigströme auf der Elektrodenfläche der Hauptelektrode 86 erzeugtes Magnetfeld entspricht dabei praktisch einem Magnetfeld, das dann erzeugt wird, wenn der Zweigstrom durch eine Spule mit einer Windung fließt, die in der Position der Bogenabschnitte 92a-92d angeordnet ist. Die in der Außenelektrode

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und in der Hauptelektrode 86 vorgesehenen geradlinigen Schlitze 96 bzw. 100 lassen den über die Elektroden 88, 86 fließenden elektrischen Strom in Radialrichtung zur Außenelektrode 88 und zur Hauptelektrode 86 fließen, wobei sie die Erzeugung von Wirbel- bzw. Streuströmen vermindern. Bei dieser Ausführungsform der Erfindung besteht mithin die Elektrodenanordnung 38A aus der Außenelektrode 88, der Hauptelektrode 86 und den· zwischen diesen beiden Elektroden angeordneten, aus den Bogenabschnitten 92, den ersten Ansätzen 90 und den zweiten Ansätzen 94 gebildeten Spulenglied 93. Da das Spulenglied 93 getrennt von der Außenelektrode 88 und der Hauptelektrode 86 ausgebildet ist, läßt sich die Elektrodenanordnung 38A leicht zusammensetzen. Wenn die Intensität des Magnetfelds variiert werden soll, braucht nur das Spulenglied 93 mit seinen Einzelgliedern durch ein gewünschtes anderes Spulenglied ersetzt zu werden.

Bei der Ausführungsform gemäß der Fig. 2B ist beispielsweise das freie Ende des Bogenabschnitts 54 der Spulenelektrode 40 neben dem ersten Leiter bzw. Arm 50 der Spulenelektrode angeordnet, wobei zwischen beiden Teilen ein Spalt oder Zwischenraum 52 vorhanden ist. Dies stellt vom konstruktiven Standpunkt eine geschwächte Stelle dar. Zur Versteifung dieser geschwächten Stelle wird der Spulenelektrode 40 gemäß den Fig. 3A und 3B ein Verstärkungsstück 102 (Fig. 24 und 25) hinzugefügt. Bei dieser Ausführungsform wird das freie Ende des Bogenabschnitts 54 über das Verstärkungsstück 102 mit dem benachbarten Arm 50 verbunden, so daß die Spulenelektrode 40 als Ganzes versteift bzw. verstärkt wird. In Fig. 25 ist das Versteifungsstück 102 veranschaulicht. Dieses befindet sich zwischen dem freien Ende des Bogenabschnitts 54 und dem Vorderende des benachbarten Arms 50, wobei zwischen beiden Teilen ein Spalt bzw. eine Ausnehmung 104 verbleibt.

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Das Verstärkungsstück 102 bildet somit eine Brücke an der Unterseite der Ausnehmung 104. Lage, Dicke usw. des Verstärkungsstücks 102 können zweckmäßig gewählt werden. Da jedoch der Bogenabschnitt 54 und der benachbarte Arm 50 durch das Verstärkungsstück 102 kurzgeschlossen sind und mithin das Magnetfeld entsprechend reduziert wird, wird der Querschnitt des Verstärkungsstücks 102 unter Berücksichtigung der Verringerung des Magnetfelds und des Ausmaßes der Verstärkung oder Versteifung der Spulenelektrode 40 bestimmt. Wenn kein starkes Magnetfeld erforderlich ist, kann der Querschnitt des Verstärkungsstücks 102 breiter sein, so daß der gewünschte Magnetfluß auch dann erhalten wird, wenn das Verstärkungsstück 102 von einem Kurzschlußstrom durchflossen wird.

Das Verstärkungsstück 102 kann auch bei der Elektrode 40 gemäß den Fig. 3A und 3B vorgesehen sein.

Fig. 26 veranschaulicht das Lagenverhaltnis zwischen den paarweise angeordneten Verbundelektroden bzw. Elektrodenanordnungen 38A und 38B gemäß Fig. 1A, mit welchen bei Verwendung eines Vakuumunterbrechers mit den Elektrodenanordnungen 38A und 38B effektiv ein Magnetfeld erzeugt werden kann. Wie erwähnt, wird das Magnetfeld zwischen den zugeordneten Hauptelektroden durch den den Bogenabschnitt 54 der Spulenelektrode 40 durchfließenden Zweigstrom erzeugt. Da der Zweigstrom bei seinem Durchfluß durch den Arm 50 eine magnetomotorische Kraft erzeugt, sollte diese Kraft vorzugsweise verringert oder unterdrückt werden,, damit das Magnetfeld ungestört bleibt. Eine einfache Möglichkeit hierfür läßt sich in Verbindung mit den Elektrodenanordnungen gemäß den Fig. 2A und 2B erläutern. Zur Vereinfachung dieser Erläuterung ist die Spulenelektrode 40 in Fig. 26 von der Hauptelektrode 42 getrennt dargestellt, und die Schlitze der Haupt-

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elektrode sind weggelassen. Fig. 26 veranschaulicht den Fall, in welchem ein elektrischer Strom vom stromführenden Stab 36b in die Elektrodenanordnung 36B und sodann über einen Lichtbogen Q in die Elektrodenanordnung 38A fließt, um dann über den stromführenden Stab 36A abzufließen. Die Elektrodenanordnungen 38A und 38B sind hierbei so angeordnet, daß die Arme 50 der einen Elektrodenanordnung auf die Arme 50 der anderen ausgerichtet sind. Der. in der Richtung PI durch den stromführenden Stab 36B fließende elektrische Strom wird an den Armen 50 der Spulenelektrode 40 in vier Ströme verzweigt. Der verzweigte Strom fließt über die Arme 50 in der Richtung P2 und sodann über die Bogenabschnitte 54 der Spulenelektrode 40 entgegen dem Uhrzeigersinn, d.h. in Richtung von P3. Der Strom fließt dann weiter vom Bogenabschnitt 54 über den Ansatz bzw. Vorsprung 56 in der Richtung P4 in die untere Hauptelektrode 42 und sodann über den Lichtbogen Q in die zugeordnete obere Hauptelektrode 42. Sodann fließt er von der oberen Hauptelektrode 42 über den Ansatz bzw. Vorsprung 56 der Spulenelektrode 40 in der Richtung R1 zum Bogenabschnitt 54 der Spulenelektrode 40. Weiterhin fließt der Strom vom Bogenabschnitt 54 entgegen dem Uhrzeigersinn, d.h. in der Richtung R2 zum Arm 50. Nach dem Durchfließen der Arme 50 in der Richtung R3 vereinigen sich die Zweigströme am stromführenden Stab 36a. Dabei werden alle durch die Bogenabschnitte 54 der Verbundelektroden bzw. Elektrodenanordnungen 38A und 38B entgegen dem Uhrzeigersinn fließenden Zweigströme unter Erzeugung eines Magnetfelds vereinigt. Da der den Arm 50 der Elektrodenanordnung 38B durchfließende Zweigstrom entgegengesetzt zu dem den Arm 50 der Elektrodenanordnung 38A durchfließenden Zweigstrom fließt, heben die entsprechenden, an den Armen 50 der Elektroden 38B und 38A erzeugten liiagnetomotorischen Kräfte einander auf. Infolgedessen wird eine Störung des Magnetfelds durch diese magnetomotorischen Kräfte verhindert.

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Claims

Patentansprüche

1./Vakuumunterbreeher bzw. -schutzschalter mit einem Vakuumgehäuse, zwei miteinander fluchtenden und mit dem einen Ende in das Innere des Vakuumgehäuses hineinrei-• chenden stromführenden Stäben, von denen mindestens einer axial verschiebbar ist, zwei Hauptelektroden, die jeweils mit einem Ende der stromführenden Stäbe verbunden sind, und einer zwischen die Hauptelektrode und den betreffenden stromführenden Stab eingefügten Spulenelektrode zur Erzeugung eines Magnetfelds senkrecht zur Elektrodenfläche der Hauptelektrode, wobei das Magnetfeld den zwischen den Hauptelektroden erzeugten Lichtbogen gleichmäßig und stabil zu verteilen vermag, dadurch gekennzeichnet , daß die Spulenelektrode (40, 84) mehrere praktisch radial von ihrem Mittelteil abgehende erste Leiter (50), über welche die vom Lichtbogenstrom abgezweigten Ströme zu ihrem Umfang fließen können, mehrere zweite Leiter (54, 92), die vom Vorderende des ersten Leiters (50) unter einem Bogen in jeweils gleicher Richtung zum Vorderabschnitt des benachbarten ersten Leiters (50) verlaufen und dazwischen einen Zwischenraum oder Spalt festlegen, sowie mehrere dritte Leiter (56, 94) aufweist, über welche die verschiedenen zweiten Leiter (54, 92) jeweils einzeln mit dem zugeordneten Abschnitt der Hauptelektrode (42, 86) verbunden sind, daß die ersten, zweiten und dritten Leiter durch die sie durchfließenden verzweigten bzw. Zweigströme ein Magnetfeld senkrecht zur Elektrodenfläche der Hauptelektrode (42, 86) zu erzeugen vermögen, und daß die Hauptelektrode (42, 86) mit mehreren sich von ihrem Umfang zu ihrem Mittelabschnitt erstreckenden Schlitzen (58, 58a, 58b, 100) versehen ist, welche die durch das

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Magnetfeld auf der Oberfläche der Hauptelektrode (42, 86) erzeugten Wirbel- oder Streuströme wirksam unterdrücken und die Zweigströme auf der Hauptelektrode (42, 86) durch deren Mittelabschnitt leiten, wodurch eine, Schwächung des Magnetfelds durch die Streuströme und die Zweigströme verhindert wird.

2. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Schlitze (58, 58a, 58b, 100) der Hauptelektrode (42, 86) so angeordnet sind, daß sich mindestens ein Schlitz zwischen den dritten Leitern (56, 94) befindet und kein Schlitz von diesen dritten Leitern (56, 94) überbrückt wird.

3. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der dritte Leiter ein Vorsprung oder Ansatz (56, 94) ist, der vom Vorderende des zweiten Leiters (54, 92) in Richtung auf die Hauptelektrode (42, 86) absteht.

4. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der dritte Leiter aus einer sich vom Vorderende des zweiten Leiters (54, 92) in Richtung auf den stromführenden Stab (36a, 36b) erstreckenden Verlängerung (66) und einem an deren freiem Ende vorgesehenen und mit der Hauptelektrode (42, 86) verbundenen Vorsprung oder Ansatz (56) besteht.

5. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß mindestens ein Verstärkungsglied (76, 78, 80, 82) aus einem hochfesten Werkstoff vorgesehen ist, das in einem Zwischenraum zwischen der Hauptelektrode (42, 86) und der Spulenelektrode (40, 84) angeordnet ist.

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6. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die verschiedenen ersten Leiter mehrere Abschnitte sind, die durch eine entsprechende Zahl von Schlitzen (96) unterteilt sind, die in einer einen Körper der Spulenelektrode (84) bildenden Außenelektrode (88) ausgebildet sind und sich vom Umfang in Richtung auf das Zentrum der Außenelektrode (88) erstrecken, daß die verschiedenen zweiten Leiter aus- mehreren Bogenabschnitten (92) bestehen, die zwischen der Außenelektrode (88) und der Hauptelektrode (86) angeordnet sind und sich längs des Umfangs der Außenelektrode (88) jeweils in die gleiche Richtung erstrecken, wobei jeder Bogenabschnitt (92) an seinem einen Ende mit Abstand mit einem Abschnitt der Außenelektrode (88) verbunden ist, und daß die verschiedenen dritten Leiter mehrere Vorsprünge oder Ansätze (94) sind, die mit dem anderen Ende des Bogenabschnitts (92) verbunden sind und sich zur Hauptelektrode (86) hin erstrecken.

7. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet,daß mehrere Verstärkungsstücke (102) vorgesehen sind, welche das freie Ende jedes zweiten Leiters (54, 92) mit dem Vorderende des betreffenden ersten Leiters (50) verbinden.

8. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der eine stromführende Stab (36A oder 36B) bewegbar und der andere vorrichtungsfest ist und daß die Spulenelektrode (40, 84) zwischen dem zweitgenannten stromführenden Stab (36A oder 36B) und der betreffenden Hauptelektrode (42, 86) angeordnet ist.

9. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die paarweise angeordneten Spulenelektroden (40, 84) jeweils die gleiche Konfiguration besitzen und so angeordnet sind, daß der erste Leiter (50) der einen Spulen-

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elektrode (4θ, 84) parallel zum ersten Leiter (50) der anderen Spulenelektrode (40, 84) verläuft und der zweite Leiter (54, 92) der einen Spulenelektrode (40, 84) sich indie entgegengesetzte Richtung erstreckt wie der zweite Leiter (54, 92) der anderen Spulenelektrode (40, 84).

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