DE2754547B2 - Vakuumschalter - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft einen Vakuumschalter für Wechselstrom mit einem aus einem isolierenden Hohlzylinder und aus mit dessen beiden Enden luftdicht verbundenen Endplatten bestehenden Vakuumgefäß, mit relativ zueinander in der konzentrisch im Hohlzylinder verlaufenden Schalterachse bewegbaren ersten und zweiten Kontakten, von denen der erste Kontakt fest und der zweite beweglich im Vakuumgefäß gelagert ist, und mit einem mit einer der Endplatten und dem zweiten Kontakt verbundenen Balg, mit einer ersten Metallplatte mit einer ersten zentrischen öffnung und einem zurückspringenden, den ersten Kontakt umges benden ersten Zylinderteil, der sich von der ersten öffnung koaxial zu dem isolierenden HohlzyKnder erstreckt, mit einer zweiten Metallplatte mit einer zweiten zentrischen öffnung und einpj.T zweiten zurückspringenden Zylinderteil, der sich von der

ίο zweiten öffnung aus koaxial zum Hohlzylinder erstreckt, mit Ringzonen an der ersten und der zweiten Metallplatte, die einander gegenüberliegend mit Abstand in Ebenen senkrecht zur Schaltcrachse parallel zueinander verlaufen, und mit einer Betätigungsvorrichtung zur Trennung der Kontakte voneinander (DE-OS 24 07 001).

Es ist ein Vakuumschalter der genannten Art bekannt, bei welchem der bewegliche Kontakt in einem Zuge in die vorgegebene endgültige Trennstellung bringbar ist

M In dieser Trennstellung liegen die Kontakte vergleichsweise nahe der jeweiligen öffnung der Zylinderteile, so daß durch die vom Lichtbogen aufgerauhten Kontaktflächen die Spannungsfestigkeit des geöffneten Schalters beeinträchtigt ist Um eine Metallablagerung durch den Lichtbogen auf dem isolierenden Hohlzylinder zu vermeiden, sind innere, die die Kontakte aufnehmende

Zylinderteile umgehende Lichtbogeiischutzelemente

erforderlich.

Es sind ferner Vakuumschalter bekannt (DE-PS

10 56 698; JA-GM 51-95 279/76), bei denen die Kontakte nicht in besonderen Zylinderteilen von Metallplatten angeordnet sind, so daß hier die vom Lichtbogen aufgerauhten Kontaktflächen die Spannungsfestigkeit des geöffneten Schalters beeinträchtigen. Auch hier ist eine die geöffneten Kontakte umgebende Schürze erforderlich, welche einen Niederschlag des verdampfenden Metalls auf der Innenseite des Vakuumgefäßes verhindern soll.
Es ist schließlich auch ein elektrischer Vakuumschalter bekannt (DE-OS 1615643), bei welchem der bewegliche Kontakt in einem ersten Schritt schnell bewegt wird, um einen Unterbrechungs-Kontaktspalt zu erzeugen, während er in einem zweiten Schritt langsam bewegt wird, um den Kontaktabstand zu vergrößern und einen Isolierspalt auszubilden, der beim Auftreten einer Impulsspannung eine Wiederzündung eines Lichtbogens verhindert Hier sind weder die Kontakte aufnehmende Metallzylinder noch irgendwelche Lichtbogenscnitzelemente vorgesehen, die eine Metallablagerung auf dem isolierenden Gehäuse verhindern. Bei diesem Schalter wird somit die Spannungsfestigkeit durch die aufgerauhten Kontakte beeinflußt Außerdem lagert sich Metall auf dem isolierenden Gefäß ab, wodurch die Spannungsfestigkeit weiter beeinträchtigt wird.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, einen Vakuumschalter für Wechselstrom der eingangs genannten Art zu schaffen, bei welchem die Spannungsfestigkeit durch die aufgerauhten Kontakte nicht beeinträchtigt ist Dies wird erfindungsgemäß dadurch erreicht, daß sich die Kontakte in der Schließstellung des Vakuumschalters innerhalb des zurückspringenden ersten Zylinderteils befinden und der bewegbare Kontakt beim Öffnen des Vakuumschalter von der Betätigungsvorrichtung in eine erste innerhalb des zurückspringenden ersten Zylinderteils liegende Trennstellung bringbar ist und dort mindestens während einer Halbperiode der Wechselspannung verbleibt, bevor er

von der Betätigungsvorrichtung in eine zweite innerhalb des zweiten zurückspringenden ZylinderteiJs liegende Trennstellung bringbar ist Hierdurch wird erreicht, daß die durch den Lichtbogen aufgerauhten Kontaktflächen keinen Einfluß auf die Spannungsfestigkeit des geöffneten Schalters haben. Außerdem wird eine Metallablagerung auf dem isolierenden Hohlzylinder vermieden, ohne daß hierzu besondere I.ichtbogenscbutzelemente erforderlich sind.

Vorzugsweise ist eine der Metallplatten an der Innenfläche des isolierenden Hohlzylinders befestigt, und sie weist ein Potential auf, das in der Mitte zwischen den Potentialen der Kontakte liegt Hierdurch kann die äußere Isolationsfestigkeit erhöht werden.

Zweckmäßig kann der den Spalt zwischen den geöffneten Kontakten umgebende Teil des Hohlzylinders aus einem eine Einsicht in das Innere des Vakuumgefäßes ermöglichenden durchsichtigen Material bestehen. Hierdurch ist es möglich, den Schaltzustand des Schalters von außen festzustellen.

Die Erfindung ist im folgenden anhand der Zeichnung an Ausführungsbeispielen näher erläutert. In der Zeichnung zeigt

F i g. 1 einen vertikalen Querschnitt eines bekannten Vakuumschalters,

Fig.2 einen vertikalen Querschnitt di rch ein Ausführungsbeispiel des erfindungsgemäßen Vakuumschalters,

Fig.3 und 4 vertikale Querschnitte durch abgewandelte Ausführungsbeispiele des erfindungsgemäßen Schalters,

F i g. 5 eine Seitenansicht eines Schalters mit Betätigungsvorrichtung, wobei die Betätigungsvorrichtung im Schnitt dargestellt ist,

Fig.6 und 7 vertikale Querschnitt durch weitere J5 Ausführungsbeispiele des erfindungsgemäßen Schalters,

F i g. 8 einen Querschnitt durch ein Ausführungsbeispiel eines erfindungsgemäßen Vakuumschalters, der mit ringförmigen Metallformstücken versehen ist, die an den Endplatfn befestigt sind und die an der Innenwand des Isolationszylinders des Vakuumgefäßes befestigt sind,

Fig.9a bis 9c Abwandlungen des Schalters nach Fig. 8,

Fig. 10 einen vertikalen Querschnitt eines weiterer. Ausführunfsbeispieb der Erfindung, bei welchem ein Evakuierung?- und Abdichtrohr vorgesehen ist

F i g. 1 zeigt einen üblichen Vakuumschalter, der ein Vakuumgefäß enthält, das durch einen isolierenden Hohlzylinder 1 gebildet -.«ird, der aus einem anorganisehen Material, wie aus Keramik oder Glas, und aus Endplatten 2 und 2' besteht In dem Gefäß sind ein feststehender Kontakt 4, der an dem Ende einer feststehenden Stange 3 angeordnet ist, und ein beweglicher Kontakt 6 vorgesehen, der an dem Ende einer beweglichen Stange 5 befestigt ist und der deft) feststehenden Kontakt gegenüberliegt Ferner ist eine Metallabschirmung 8 um die Kontakte herum vorgesehen, um den durch den elektrischen Lichtbogen während der Stromunterbrechung entstehenden Metalldampf zu kondensieren. Ferner ist ein Metallbalg 7 vorgesehen, welcher das Öffnen und Schließen der Kontakte 4 und 6 ermöglicht, während die Abdichtung aufrcchterhalsen wird. Ein solcher Vakuumschalter kann den Strom unterbrechen, indem die Kontakte leicht ^h"> voneinander getrenn', werden, und zwar durch Bewegung der beweglichen Stnnge 5 aus dem Vakuumbehälier heraus, und er kann unter dem Vakuum nach der Stromunterbrechung eine ausreichende Isolationsfestigkeit aufrechterhalten.

Bei derii Vakuumschalter nach Fig,2 sind die Endplatten 2 und 2' des Vakuumgefäßes als Metallplatten ausgebildet und so angeordnet daß sie sich nach einwärts in Richtung auf die Kontakte 4 und 6 erstrecken, und sie sind ferner zurück nach auswärts gebogen, so daß Vorsprünge 10 und 11 und zurückspringende Zylinderteile 40 und 60 gebildet werden. Für den zurückspringenden Zylinderteil 60 der Metallplatte 2' ist eine öffnung vorgesehen, so daß die bewegbare S lange

5 durch diese öffnung hindurch auf den feststßhenden zweiten Kontakt 4 zu und von diesem weg bewegt werden kann.

Der Vakuumschalter ist so ausgebildet, daß zur öffnung des Stromkreises der bewegbare erste Kontakt

6 zuerst in eine »geöffnete Unterbrechungsstellung« bewegt wird, wie sie durch strichpunktierte Linien in Fig.2 dargestellt ist wobei der bewegliche erste Kontakt G sich in dem zurückspringenden Zylinderteil 40 der Metallplatte 2 befindet 'vorauf er in eine »geöffnete Trennstellung« bewegt wird, wie sie durch ausgezogene Linien dargestellt ist, wobei sich der bewegliche Kontakt in dem zurückspringenden Jylinderteil 60 der Metallplatte 2' befindet die mit dem bewegbaren Kontakt 6 elektrisch verbunden ist Der Balg 7 ist mit einem Ende an der bewegbaren Stange 5 montiert während das andere Ende an dem vorspringenden Teil 11 der Metallplatte 2" befestigt ist

Bei dem Ausführungsbeispiel nach Fig.2 ist die bewegbare Stange 5 von einer Öffnungsfeder 12 umgeben, und es sind eine isolierende Kupplung 13 und eine Druckfeder 14 an der bewegbaren Stange befestigt, durch die eine Schließkraft auf den bewegbaren Kontakt aufgebracht wird, und zwar mit Hilfe eines Nocken 16, der um eine Hauptwelle 15 drehbar ist wobei der Nocken gegen die Kraft der Öffnungsfeder wirkt

Die Arbeitsweise des in F i g. 2 gezeigten Vakuumschalters ist folgende:

Wenn sich der bewegbare erste Kontakt 6 in der Lage befindet wie sie durch ausgezogene Linien dargestellt ist und wenn der Nocken 16 im Gegenuhrzeigersinn gedreht wird, so daß der hohe Punkt A des Nockens die Stellung erreicht, in der er das unfre Ende der bewegbiren Stange 5 berührt wird die Stange nach aufwärts gedrängt, und es wird ebenso der bewegbare Kontakt gegen den festen zweiten Kontakt 4 bewegt, so daß er diesen berührt wodurch ein Strom durch eine Klemme und einen Strom führenden Leiter (nicht dargestellt), und durdi die Kontakte 4 und 6 fließt Wenn der Nocken 16 in gleicher Richtung weitergedreht wird, ist zur Zeit der Stromunterbrechung der bewegliche erjte ivOntakt 6 vom festen zweiten Kontakt 4 getrennt, und zwar durch die Öffnungskraft der Öffnungsfede^r 12. Aber während des Zeitraumes von der Zeit wenn der Zwischenpunkt B das untere Ende der Stange 5 angreift bis zu der Zeit, zu der der Punkt Cdie Stange 5 angreift, wird der bewegliche erste Kontakt 6 nicht bewegt, sondern in einer Lage gehalten, in welcher er etwas von dem festen zweiten Kontakt 4 entfernt ist. Diese Stellung des ersten Kontaktes 6 ist mit strichpunktierten Linien in F i g. 2 als »geöffnete Unterbrechungsstellung« dargestellt. Wenn der Nocken 16 weiter gedreht wird. so daß er mit dem Pu"kt Ddas untere Ende der Stange 5 berührt, nimmt der erste Kontakt 6 eine Lage ein, die durch ausgezogene Linien als »geöffnete Trennstellung« gezeigt ist. Der bewegliche erste Kontakt 6 nimmt

diese Stellung solange ein, bis ein Befehl zur Ausführung der nächsten Schließoperation an die Betätigungsvorrichtung (nicht dargestellt) gegeben wird.

Wenn ein Vakuumschalter in stromleitendem Zustand geöffnet wird, wird ein elektrischer Lichtbogen zwischen dem beweglichen ersten und dem festen zweiten Kontakt erzeugt, und es wird dieser Lichtbogen im Nulldurchgang des Stromes gelöscht, wodurch der Strom unterbrochen wird. Andererseits wird der erfindungsgemäße Vakuumschalter durch eine Betätigungsvorrichtung so betätigt, daß der bewegliche Kontakt in der »geöffneten Unterbrechungsstellung« zumindest während der Zeit gehalten wird, während welcher der Lichtbogen zwischen den Kontakten 4 und 6 besteht. Infolgedessen wird Dampf nicht an der Innenwand des isolierenden Hohlzylinders 1 kondensieren, und es wird seine Isolationsfestigkeit nicht erniedrigt, da aufgrund des Lichtbogens Metalldampf auf der Metallwand 5 des zurückspringenden Zylinderteiles 40 niederschlägt und kondensiert. Nach dem Erlöschen des Lichtbogens, wird der bewegbare Kontakt in die »geöffnete Trennstellung« bewegt, und es ist die Öffnungsbewegung beendet. In diesem Zustand befindet sich der feststehende Kontakt in dem zurückspringenden Zylinderteil 40 der Metallplatte 2, während der bewegliche erste Kontakt 6 in den zurückspringenden Zylinderteil 60 der Metallplatte 2' bewegt ist, wodurch das elektrische Feld in der Nähe der Oberflächen der Kontakte 4 und 6 verringert wird. Infolgedessen wird ein Überschlag über die Kontakte 4 und 6 nicht, auftreten, und zwar auch dann, wenn diese Kontaktflächen durch den Lichtbogen aufgerauht sind, und es wird die gewünschte Isolationsfestigkeit durch die Vorsprünge 10 und 11 der Metallplatten 2 und 2' aufrechterhalten, welche durch den Lichtbogen nicht aufgerauht sind.

Auch wenn der Abstand zwischen den voll geöffneten Kontakten vergrößert ist, um die Isolationsfestigkeit zu erhöhen, wird die Unterbrecherwirkung nicht erniedrigt, weil die Stromunterbrechung in der »geöffneten Unterbrechungsstellung« ausgeführt worden ist, in welcher der bewegliche ersu- Kontakt noch nicht soweit von dem festen zweiten Kont ikt entfernt isL

Es ist erwünscht, der Bedienungsperson den geöffneten Zustand der Kontakte sichtbar zu machen, um so eine Inspektion und Wartung des Vakuumschalters zu ermöglichen. Zu diesem Zweck kann bei dem Vakuumschalter der isolierende Hohlzylinder 1 aus einem durchsichtigen Glas hergestellt sein, so daß das Innere des Zylinders unmittelbar sichtbar ist Infolgedessen kann die Bedienungsperson im geschlossenen Zustand des Schalters einen Teil der beweglichen Stange 5 in dem Raum zwischen den vorspringenden Teilen 10 und 11 sehen, während er im voll geöffneten Zustand diesen Teil nicht sehen kann. Somit kann die Bedienungsperson die Wartung und die Inspektion des Vakuum jchalters sorgfältig durchführen- Außerdem kann bei einer schlechten Vakuumbedingung das Licht einer Glimmentladung durch den Spalt festgestellt werden.

F i g. 3 zeigt ein anderes Ausfühnmgsbeispiel nach der Erfindung, bei welchem die Metallplatten 2 und 7 an einem Zwischenpunkt der Innenwand des IsoBerzylinders 1 dichtend befestigt sind, wodurch die äußere Isolationsfestigkeit gegenüber dem Ausführungsbeicpiel nach Fi g. 2, bei welchem die Metallplatte!! 2 und 2* an den beiden Enden des Isolierzyünders 1 dichtend befestigt sind, beträchtlich erhöht ist

F i g. 4 zeigt ein anderes Ausfuhrungsbeispiel nach der

Erfindung, bei welch, m der feste zweite Kontakt 4 nicht von der Metallplatte 2 umgeben ist, sondern von einer zylindrischen Metallabschirmung 8 mit einem horizontalen Flansch, der an der Innenfläche des Isolierzylin-

■> ders 1 dicht befestigt ist. Dabei ist die »geöffnete Unterbrechungsstellung« in der zylindrischen Metall· wand gebildet, wie es durch strichpunktierte Linien dargestellt ist. Die Metallabschirmung 8 ist sowohl von dem beweglichen Kontakt als auch von dem festen

in Kontakt isoliert und weist ein Potential auf, das zwischen dem Potential über beiden Kontakten liegt. Die Abschirmung 8 bildet ferner einen geöffneten zurückspringenden Zylinderteil 80, in welchem sich der feststehende zweite Kontakt und der bewegliche erste

r> Kontakt in der »geöffneten Unterbrechungsstellung« befinden. In diesem Ausführungsbeispiel ist die den festen zweiten Kontakt tragende Metallplatte 2 an einer anderen .Stelle befestigt als in den früheren Ausführungsbeispielen. Es ist aber die Metallplatte T an der Innenfläche des Hohlzylinders I an einem Zwischenpunkt befestigt. Der Vakuumschalter mit einer solchen Konstruktion ist für Stromkreise mit hoher Spannung geeignet.

Fig.5 zeigt eine Ausführung, bei welcher der

Vakuumschalter mit Hilfe eines Druckmittels betätigt wirci, beispielsweise durch hydraulischen oder pneumatische" Druck. Wenn in diesem Falle Druckmittel durch eine Hinlaßleitung 101 zugeführt wird, wird ein Kolben 102 nach abwärts bewegt, so daß der bewegbare

jo Kontakt beginnt, sich von dem festen Kontakt zu trennen. Wenn dann der bewegliche Kontakt die »geöffnete Unterbrechungsstellung« erreicht beginnt der Kolben 102 in einen erweiterten Teil 103 eines Zylinders 100 einzutreten. In diesem Teil 103 wird die Geschwindigkeit der Abwärtsbewegung des Kolbens zeitweise reduziert, und zwar aufgrund des vergrößerten Volumens der Zylinders. Wenn der erweiterte Teil mit Druckmittel unter hohem Druck gefüllt ist wird der Kolben erneut nach abwärts in den Boden des Zylinders 100 eingebracht Somit unterbricht der Kolben 102 seine Bewegung am Boden des Zylinders, und es nimmt dann der bewegbare Kontakt die »geöffnete Trennste'lung« ein.

Um den Schalter zu schließen, wird Druckmittel

durch die andere Einlaßleitung 104 eingebracht und es wird dann, wenn ein Ventil 105 vorher geöffnet worden ist um den erweiterten Teil 103 des Zylinders 100 mit Druckmittel zu füllen, der bewegliche erste Kontakt 6 ohne Anhalten seiner Bewegung kontinuierlich geschlossen.

Fig.6 zeigt ein weiteres Ausführungsbeispiel eines erfindungsgemäßen Vakuumschalters, bei weichem die Seite des feststehenden zweiten Kontaktes die gleiche Konstruktion hat wie diejenige nach Fig.4, während die Seite des beweglichen ersten Kontaktes die gleiche Konstruktion hat wie bei dem Schalter nach Fig. 2. In Fig.7 ist der bewegliche erste Kontakt 6 in der zylindrischen Metallabschirmung 8 bewegbar, die ein Potential aufweist das zwischen dem Potential Ober dem festen Kontakt und dem bewegfichen ersten Kontakt liegt

Fig.8 zeigt ein weiteres Ausfühnmgsbeispiel nach der Erfindung, bei welchem ringförmige Metaüpaßstükke 20 und 20* an jeweils einem Ende an der Innenwand

es des Hohlzytinders 1 luftdicht angeschweißt oder angelötet sind und mit dem anderen Ende an jeweils einem Ende der Metallplatten 2 und 2" befestigt sind. Die beiden Enden des Hohlzylinders 1 erstrecken sich nach

auswärts über die Endteile der Paßstücke hinaus, so daß diese Paßstücke nicht aus der Außenseite des isolierten Hohlzylinders I herausragen.

Die Fig.9j bis 9c zeigen weitere Ausführungsbeispiele für die Befestigung der ringförmigen Metallpaßstücke 20 und 20' nach F i g. 8.

Fig. 10 zeigt ein weiteres Ausführungsbeispiel des Vi-'ujumschalters, bei welchem ein Evakuierungs- und AbcJichtungsrohr 17 für die Endplatte 2 oder 2' vorgesehen ist, und zwar derart, daß sie nicht über das Ende des Isolierzylinders 1 hinausragt.

Bei den Ausführungsbeispielen nach den F i g. 8 und 10 ist eine elektrostatische Abschirmung 21 vorgesehen, welche die Metallplatten 2 und 2' umgibt, um die Verteilung des elektrischen Feldes zwischen diesen Endplatten zu steuern.

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Da ringförmige Metailpaßstücke 20 und 20', wie in Fig.8 gezeigt, durch den isolierenden Hohlzylinder umgeben sind, wird das elektrische Feld verringert, wodurch der Zwischenphasen-lsHationsabstand bei einem Dreiphasen-Stromkreisunterbrecher und der Isolationsabstand von Masse beträchtlich verkürzt werden können. Infolgedessen kann ein kleiner und kompakter Vakuumschalter hergestellt werden.

Da ferner das Evakuierungs- und Abdichtrohr 17 für die nach rückwärts und einwärts geschaltete Endplatte des Isolierzylinders 1 so vorgesehen ist, daß das obere Ende 18 des Rohres 17 nicht über das Ende des Hohlzylinders 1 hinausragt, wird es während der Installation und während des Transportes des Vakuumschalters nicht beschädigt.

Hierzu 10 Blatt Zeichnungen

Claims (4)

1. Patentansprüche:

   J, Vakuumschalter für Wechselstrom mit einem aus einem isolierenden Hohlzylinder und aus mit dessen beiden Enden luftdicht verbundenen Endplatten bestehenden Vakuumgefäß, mit relativ zueinander in der konzentrisch im Hohlzylinder verlaufenden Schalterachse bewegbaren ersten und zweiten Kontakten, von denen der erste Kontakt fest und der zweite beweglich im Vakuumgefäß gelagert ist, und mit einem mit einer der Endplatten und dem zweiten Kontakt verbundenen Balg, mit einer ersten Metallplatte mit einer ersten zentrischen öffnung und einem zurückspringenden, den ersten Kontakt umgebenden ersten Zylinderteil, der sich von der ersten öffnung koaxial zu dem isolierenden Hohlzylinder erstreckt, mit einer zweiten Metallplatte mit einer zweiten zentrischen öffnung und einem zweiten zurückspringenden Zylinderteil, der sich von der zweiten öffnung aus koaxial zum Hohlzylinder erstreckt, mit Ringzonen an der ersten und der zweiten Metallplatte, die einander gegenüberliegend mit Abstand in Ebenen senkrecht zur Schalterachse parallel zueinander verlaufen, und mit einer Betätigungsvorrichtung zur Trennung der Kontakte voneinander, dadurch gekennzeichnet, daß sich die Kontakte (4, 6) Ji der Schließstellung des Vakuumschalters innerhalb des zurückspringenden ersten Zylinderteils (9) befinden und der bewegbare Kontakt (6) beim Öffnen des Vakuumschalters von der Betätigungsvorrichtung in eine erste innerhalb des zurückspringenden ersten Zylinderteils (9) liegerde Trt-jistellung bringbar ist und dort mindestens während einer Halbperiode der Wechselspannung verbleibt, ί ;vor er von der Betätigungsvorrichtung in eine zweite innerhalb des zweiten zurückspringenden Zylinderteils liegende Trennstellung bringbar ist
2. 2. Vakuumschalter nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der erste Kontakt (4) elektrisch mit der ersten Endplatte (2) und der ersten Metallplatte und der zweite Kontakt (5) mit der zweiten Endplatte und der zweiten Metallplatte jeweils elektrisch verbunden ist.
3. 3. Vakuumschalter nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß eine der Metallplatten (2,8) an der Innenfläche des isolierenden Hohlzylinders (I) befestigt ist und ein Potential aufweist, das in der Mitte zwischen den Potentialen der Kontakte (4,6) liegt.
4. 4. Vakuumschalter nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der den Spalt zwischen den geöffneten Kontakten (4, 6) umgebende Teil des Hohlzylinders (1) aus einem eine Einsicht in das Innere des Vakuumgefäßes ermöglichenden durchsichtigen Material besteht