WO1991019308A1 - Kontaktanordnung für eine vakuumschaltröhre - Google Patents

Kontaktanordnung für eine vakuumschaltröhre Download PDF

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Hans Bettge
Roman Renz
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Siemens Aktiengesellschaft
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    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01H—ELECTRIC SWITCHES; RELAYS; SELECTORS; EMERGENCY PROTECTIVE DEVICES
    • H01H33/00—High-tension or heavy-current switches with arc-extinguishing or arc-preventing means
    • H01H33/60—Switches wherein the means for extinguishing or preventing the arc do not include separate means for obtaining or increasing flow of arc-extinguishing fluid
    • H01H33/66—Vacuum switches
    • H01H33/664—Contacts; Arc-extinguishing means, e.g. arcing rings
    • H01H33/6643—Contacts; Arc-extinguishing means, e.g. arcing rings having disc-shaped contacts subdivided in petal-like segments, e.g. by helical grooves

Definitions

  • the invention is in the field of vacuum interrupters and can be used in the structural design of a contact arrangement which consists of two axially opposed plate-like contact electrodes, each contact electrode having slots which run inwards from the outer circumference.
  • a known contact arrangement for a vacuum interrupter consists of two axially opposed plate-like contact electrodes, a circular recess being provided in the middle of the contact surface of each contact electrode and the outer region of the contact surface being conical. Each contact electrode is held by a contact pin. Furthermore, four slots are provided in each contact electrode which are evenly distributed around the circumference and penetrate axially through the contact electrode and extend spirally inwards from the outer circumference of the contact electrode. These slots end in the area of the annular contact surface at a certain distance from the circular recess.
  • each contact electrode In another contact arrangement for a vacuum interrupter, each contact electrode consists of a button-like contact element and a plate-like quenching electrode surrounding the contact element. The contact electrode protrudes beyond the surface of the quenching electrode. To accelerate the light arc is also provided a slit here; each slot has two rectilinear sections, of which the first section runs alone in the quenching electrode and touches the contact electrode, while the second section runs both in the quenching electrode and in the contact electrode and deviates from a radial direction (DE-A-33 03 659).
  • the slots are only provided in the quenching electrode and each consist of a slot running tangentially to the contact element and a bore arranged at the end of each slot (DE-C-23 63 044).
  • the invention is based on the object of providing the contact arrangement with such an effective and easy to produce slit that currents of more than 65 mm with an outer diameter of the contact electrodes of at most 65 mm than 20 kA can be switched.
  • each slot of the two plate-like contact electrodes consists of two sections, of which the first section runs parallel to a tangent to the circumference of the circular recess in the contact surface and of which the second section consists of a Bore exists which in the area of the inner end of the first section breaks through the contact surface between the first section and the circular recess.
  • the contact electrodes With such a configuration of the contact electrodes, eddy currents are completely suppressed in the area of the contact surface, which eddies would otherwise oppose the formation of a sufficiently strong, arc-driving radial magnetic field. Accordingly, an increase in performance can be achieved with the configuration of the contact electrodes provided according to the invention reach about 40 kA. This is also the case with an outer diameter of the contact electrodes of approximately 60 mm. It should be emphasized that the intended contact geometry can be produced very easily in terms of production technology by drilling and straight milling of a one-piece contact electrode.
  • the measures dealt with in subclaims 2 to 8 are provided to optimize the contact geometry. On the one hand, these aim for the most effective possible arch drive and, on the other hand, for the largest possible contact area, in particular when the contact area consists of an annular area which is surrounded by an outer, conical or conical area to improve the extinguishing effect . It is essential that the first, rectilinear section of each slot extends into the actual contact area.
  • FIGS. 1 to 4 Illustrations of the drawing Exemplary embodiments of the new contact arrangement are shown in FIGS. 1 to 4. It shows Figure 1 shows the basic structure of the new contact arrangement, Figures 2 and 3, the possible configurations of the slot and Figure 4 shows a concrete embodiment of the slot.
  • the contact arrangement for a vacuum interrupter consists of two axially opposed contacts 1 and 2, each contact having a current supply pin 3 and a contact electrode 4.
  • Each contact electrode 4 is provided with a circular recess 5 in the middle of the contact surface.
  • each power supply pin 3 has a constriction 6 in the area immediately adjacent to the contact electrode 4.
  • a disc-shaped vapor barrier 7 is placed on the shoulder of the constriction.
  • Such a contact arrangement is a so-called radial field contact, because the constriction and the slot explained below force the current to flow, which leads to the formation of a radial magnetic field driving the arc in the area between the two contact electrodes 4.
  • the contact electrodes have an outer diameter D of approximately 60 mm.
  • the constriction 6 of the power supply bolt is made to approximately 50 to 30% of the original diameter.
  • each slot section 10 axially penetrating the contact electrode are worked into each contact electrode 4 and run parallel to a tangent to the circular recess 5 or to the outer circumference of the contact electrode.
  • the four slot sections are each offset by 90 ⁇ from one another and have a distance a from the center of the contact electrode of approximately 0.25 to 0.4 times the outer diameter D of the contact electrode.
  • the width of each slot is about 2 to 4 mm.
  • the distance between the end of each first section and one perpendicular to this first slot section is at the outer circumference of the Tangent contact electrode is 0.6 to 0.7 times the outer diameter D of the contact electrode.
  • a second slot section in the form of a bore 11 adjoins each rectilinear slot section 10 in the region between the inner end of the slot section and the annular recess 5.
  • This bore can be arranged in such a way that it is located at the point at which there is the smallest distance between the first section 10 of the slot and the circular recess 5.
  • the diameter of the bore 12 is selected so that the inner edge of the slot touches the bore 12, while the diameter of the bore 13 is selected such that the outer edge of the slot 10 touches the bore. You can do that
  • the hole in the area that lies between the end of the first section of the slot and the narrowest point between the first section and the circular recess, as is the case for the hole 11.
  • the diameter of the bore 11 is chosen so that the outer edge of the slot 10 touches the bore 11.
  • FIG. 4 shows an embodiment in which the second section of each slot consists of a bore 13 which is tangent to the outer edge of the respective first slot section 10 and is arranged at the narrowest point between the first section 10 and the annular recess 5. Furthermore, the contact surface on which an arc can ignite when the contact arrangement is switched off is narrowed in that the contact electrode has an outer annular region 8 which, according to the known contact arrangement according to DE-B-28 22 510, is conical to the outside, for example at an angle of about 15 °.
  • the outer diameter d 2 of the actual contact surface is approximately 2/3 of the outer diameter D of the contact electrode, while the diameter d of the annular recess is approximately 0.26 to 0.28 times the outer diameter. knife D of the contact electrode.
  • the straight slot sections 10 are at a distance a (see FIG. 2) from the center of the contact electrode 0.25 times the outer diameter D, their distance 1 (see FIG. 2) is 0.6 x D.

Landscapes

  • High-Tension Arc-Extinguishing Switches Without Spraying Means (AREA)

Abstract

Die Kontaktanordnung besteht aus zwei Kontaktelektroden, jede von einem Stromzuführungsbolzen gehalten, in der Mitte mit einer kreisförmigen Ausnehmung versehen und von mehreren Schlitzen axial durchsetzt. Zur Leistungssteigerung einer solchen Kontaktanordnung mit vorgegebenen Abmessungen besteht jeder Schlitz aus zwei Abschnitten. Der erste Abschnitt verläuft parallel zu einer an den Umfang der kreisförmigen Ausnehmung (5) gelegten Tangente; der zweite Abschnitt besteht aus einer Bohrung (13), die im Bereich des inneren Endes des ersten Abschnittes (10) die Kontaktfläche zwischen dem ersten Abschnitt und der kreisförmigen Ausnehmung durchbricht. Die Bohrung sollte an der engsten Stelle zwischen dem ersten Schlitzabschnitt und der kreisförmigen Ausnehmung liegen. Jede Kontaktfläche kann weiterhin einen äußeren ringförmigen, konisch verlaufenden Bereich (8) aufweisen, dessen Innendurchmesser größer als der Abstand des ersten Schlitzabschnittes von der Achse der Kontaktelektrode ist.

Description

Kontaktanordnung für eine Vakuumschaltröhre
Technisches Gebiet
Die Erfindung liegt auf dem Gebiet der Vakuumschaltröhren und ist bei der konstruktiven Ausgestaltung einer Kontaktanordnung anzuwenden, die aus zwei einander axial gegenüberstehenden plattenartigen Kontaktelektroden besteht, wobei jede Kontakt¬ elektrode Schlitze aufweist, die vom äußeren Umfang nach innen verlaufen.
Stand der Technik
Eine bekannte Kontaktanordnung für eine Vakuumschaltröhre be¬ steht aus zwei einander axial gegenüberstehenden plattenartigen Kontaktelektroden, wobei in der Mitte der Kontaktfläche jeder Koπtaktelektrode eine kreisförmige Ausnehmung vorgesehen ist und der äußere Bereich der Kontaktfläche konisch gestaltet ist. Jede Kontaktelektrode wird von einem Koπtaktbolzen gehalten. Weiterhin sind in jeder Kontaktelektrode vier gleichmäßig am Umfang verteilt angeordnete Schlitze vorgesehen, welche die Kontaktelektrode axial durchsetzen und vom äußeren Umfang der Kontaktelektrode spiralförmig nach innen verlaufen. Diese Schlitze enden im Bereich der ringförmigen Kontaktfläche in einem gewissen Abstand zur kreisförmigen Ausnehmung. Bei einer derartigen Ausgestaltung der Kontaktanordnung wird bei einem Schaltvorgang der Lichtbogen vom mittleren Bereich der Kontakt¬ anordnung zum Randbereich hin beschleunigt und damit die Verweil¬ zeit des Lichtbogens im mittleren Bereich verkürzt. Weiterhin wird der Abbrand der Kontaktelektroden wesentlich verringert und damit die Lebensdauer der Vakuumschaltröhre erhöht (DE-B-28 22 510).
Bei einer anderen Kontaktanordnung für eine Vakuumschaltröhre besteht jede Kontaktelektrode aus einem knopfartigen Kontakt¬ element und einer das Kontaktelement umgebenden plattenartigen Löschelektrode. Die Kontaktelektrode ragt dabei über die Ober¬ fläche der Löschelektrode hinaus. Zur Beschleunigung des Licht- bogens ist auch hier eine Schlitzung vorgesehen; jeder Schlitz weist zwei geradlinig verlaufende Abschnitte aus, von denen der erste Abschnitt allein in der Löschelektrode verläuft und die Kontaktelektrode tangiert, während der zweite Abschnitt sowohl in der Löschelektrode als auch in der Kontaktelektrode verläuft und von einer radialen Richtung abweicht (DE-A-33 03 659) . - Bei einer ähnlich aufgebauten Kontaktanordnung sind die Schlitze nur in der Löschelektrode vorgesehen und bestehen jeweils aus einem tangential zum Kontaktelement verlaufenden Schlitz und einer am Ende jedes Schlitzes angeordneten Bohrung (DE-C-23 63 044).
Die Erfindung
Ausgehend von einer Kontaktanordnung für eine Vakuumschaltröhre mit den Merkmalen des Oberbegriffes des Patentanspruches 1 liegt der Erfindung die Aufgabe zugrunde, die Kontaktaπordnung mit einer so wirksamen und einfach herstellbaren Schlitzung zu ver¬ sehen, daß bei einem Außendurchmesser der Kontaktelektroden von maximal 65 mm Ströme von mehr als 20 kA geschaltet werden können.
Zur Lösung dieser Aufgabe ist gemäß der Erfindung vorgesehen, daß jeder Schlitz der beiden plattenartigen Kontaktelektroden aus zwei Abschnitten besteht, von denen der erste Abschnitt parallel zu einer an den Umfang der kreisförmigen Ausnehmung in der Kontaktfläche gelegten Tangente verläuft und von denen der zweite Abschnitt aus einer Bohrung besteht, die im Bereich des inneren Endes des ersten Abschnittes die Kontaktfläche zwischen dem ersten Abschnitt und der kreisförmigen Ausnehmung durch¬ bricht.
Bei einer derartigen Ausgestaltung der Kontaktelektroden werden im Bereich der Kontaktfläche Wirbelströme vollständig unterdrückt, die sich anderenfalls der Ausbildung eines genügend starken, bogenantreibenden Radialmagnetfeldes entgegenstellen würden. Demzufolge läßt sich mit der gemäß der Erfindung vorgesehenen Ausgestaltung der Kontaktelektroden eine Leistungssteigerung auf etwa 40 kA erreichen. Dies ist auch noch bei einem Außen¬ durchmesser der Kontaktelektroden von etwa 60 mm gegeben. Dabei ist hervorzuheben, daß sich die vorgesehene Kontaktgeometrie fertigungstechnisch sehr einfach durch Bohren und geradliniges Fräsen einer einteiligen Kontaktelektrode herstellen läßt.
Zur Optimierung der Kontaktgeometrie sind die in den Unteran¬ sprüchen 2 bis 8 behandelten Maßnahmen vorgesehen. Diese zielen einerseits auf einen möglichst wirksamen Bpgenantrieb und an- dererseis auf eine möglichst große Kontaktfläche ab, insbeson¬ dere dann, wenn die Kontaktfläche aus einem ringförmigen Bereich besteht, der zur Verbesserung der Löschwirkung von einem äußeren, konisch bzw. kegelig verlaufenden Bereich umgeben ist. Wesent¬ lich dabei ist, daß der erste, geradlinig verlaufende Abschnitt jedes Schlitzes in die eigentliche Kontaktfläche hineinreicht.
Bezüglich der Anordnung der beiden Kontaktelektroden zueinander ist darauf zu achten, daß die Schlitzung der einen Kontaktelek¬ trode spiegelverkehrt zur Schlitzung der anderen Kontaktelek- trode angeordnet ist und daß die ersten Abschnitte der Schlitze beider Kontaktelektroden in Umfangsrichtung um 45 ° versetzt zueinander angeordnet sind, wie es.an sich aus der DE-C-23 63 044 bekannt ist.
Zur Erzeugung eines wirksamen radialen Magnetfeldes empfiehlt es sich weiterhin, den Stromzuführungsbolzen jeder Kontakt¬ elektrode im unmittelbar an die Kontaktelektrode angrenzenden Bereich mit einer Einschnürung zu versehen, wie es an sich aus der DE-A-33 20 901 bekannt ist. Im vorliegenden Fall empfiehlt es sich, auf die Schulter dieser Einschnürung eine scheiben¬ förmige Dampfsperre zur Verhinderung der Bedampfung des Röhren- hinterraumes" anzuordnen.
Abbildungen der Zeichnung Ausführungsbeispiele der neuen Kontaktanordnung sind in den Figuren 1 bis 4 dargestellt. Dabei zeigt Figur 1 den grundsätzlichen Aufbau der neuen Kontaktanordnung, die Figuren 2 und 3 die möglichen Ausgestaltungen der Schlitzung und Figur 4 ein konkretes Ausführungsbeispiel für die Schlitzung.
Ausführungsbeispiele
Gemäß Figur 1 besteht die Kontaktanordnung für eine Vakuumschalt¬ röhre aus zwei einander axial gegenüberstehenden Kontakten 1 und 2, wobei jeder Kontakt einen Stromzuführungsbolzen 3 und eine Kontaktelektrode 4 aufweist. Jede Kontaktelektrode 4 ist in der Mitte der Kontaktfläche mit einer kreisförmigen Aus¬ nehmung 5 versehen. Weiterhin weist jeder Stromzuführungsbolzen 3 im unmittelbar an die Kontaktelektrode 4 angrenzenden Bereich eine Einschnürung 6 auf. Auf die Schulter der Einschnürung ist eine scheibenförmige Dampfsperre 7 aufgesetzt. - Bei einer derartigen Kontaktanordnung handelt es sich um einen sogenannten Radialfeldkontakt, weil mittels der Einschnürung und der weiter unten erläuterten Schlitzung eine Stromführung erzwungen wird, die im Bereich zwischen den beiden Kontaktelektroden 4 zur Aus¬ bildung eines radialen, den Lichtbogen antreibenden Magnetfeldes führt. Die Kontaktelektroden haben einen Außendurchmesser D von etwa 60 mm. Die Einschnürung 6 des Stromzuführungsbolzens wird auf etwa 50 bis 30 % des ursprünglichen Durchmessers vorgenommen.
Gemäß Figur 2 sind in jede Kontaktelektrode 4 vier die Kontakt¬ elektrode axial durchsetzende Schlitzabschnitte 10 eingearbeitet, die parallel zu einer an die kreisförmige Ausnehmung 5 bzw. an den Außenumfang der Kontaktelektrode gelegten Tangente verlaufen. Die vier Schlitzabschnitte sind um jeweils 90 β versetzt zuein¬ ander angeordnet und haben vom Mittelpunkt der Kontaktelektrode einen Abstand a von etwa dem 0,25 bis 0,4-fachen des Außendurch¬ messers D der Kontaktelektrode. Die Breite jedes Schlitzes beträgt etwa 2 bis 4 mm. Weiterhin beträgt der Abstand zwischen dem Ende jedes ersten Abschnittes und einer auf diesem ersten Schlitzabschnitt senkrecht stehenden, an den Außenumfang der Kontaktelektrode gelegten Tangente das 0,6 bis 0,7-fache des Außendurchmessers D der Kontaktelektrode beträgt.
Gemäß Figur 3 schließt sich an jeden geradlinigen Schlitzab- schnitt 10 im Bereich zwischen dem inneren Ende des Schlitz¬ abschnittes und der ringförmigen Ausnehmung 5 ein zweiter Schlitzabschnitt in Form einer Bohrung 11 an. Diese Bohrung kann so angeordnet sein, daß sie sich an derjenigen Stelle be¬ findet, an der zwischen dem ersten Abschnitt 10 des Schlitzes und der kreisförmigen Ausnehmung 5 der geringste Abstand be¬ steht. Dies ist gemäß Figur 3 für die Bohrungen 12 und 13 der Fall. Dabei ist der Durchmesser der Bohrung 12 so gewählt, daß die Innenkante des Schlitzes die Bohrung 12 tangiert, während der Durchmesser der Bohrung 13 so gewählt ist, daß die Außen- kante des Schlitzes 10 die Bohrung tangiert. Man kann die
Bohrung auch in demjenigen Bereich anordnen, der zwischen dem Ende des ersten Abschnittes des Schlitzes und der engsten Stelle zwischen dem ersten .Abschnitt und der kreisförmigen Aus¬ nehmung liegt, wie es für die Bohrung 11 der Fall ist. In diesem Fall ist der Durchmesser der Bohrung 11 so gewählt, daß die Außenkante des Schlitzes 10 die Bohrung 11 tangiert.
Figur 4 zeigt eine Ausführungsform, bei der der zweite Abschnitt jedes Schlitzes aus einer Bohrung 13 besteht, die von der Außen- kante des jeweils ersten Schlitzabschnittes 10 tangiert wird und an der engsten Stelle zwischen dem ersten Abschnitt 10 und der ringförmigen Ausnehmung 5 angeordnet ist. Weiterhin ist die Kontaktfläche, auf der beim Ausschalten der Kontaktanordnung ein Lichtbogen zünden kann, dadurch eingeengt, daß die Kontakt- elektrode einen äußeren ringförmigen Bereich 8 aufweist, der entsprechend der bekannten Kontaktanordnung nach DE-B-28 22 510 nach außen konisch verläuft, beispielsweise unter einem Winkel von etwa 15 °. Der Außendurchmesser d2 der eigentlichen Kontakt¬ fläche beträgt dabei etwa 2/3 des Außendurchmessers D der Kontaktelektrode, während der Durchmesser d, der ringförmigen Ausnehmung bei etwa dem 0,26 bis 0,28-fachen des Außendurch- messers D der Kontaktelektrode liegt. Die geradlinigen Schlitz¬ abschnitte 10 haben vom Mittelpunkt der Kontaktelektrode einen Abstand a (siehe Fig. 2) vom 0,25-fachen des Außendurch¬ messers D, ihr Abstand 1 (siehe Fig. 2) beträgt 0,6 x D.

Claims

Patentansprüche
1. Kontaktanordnung für eine Vakuumschaltröhre, bestehend aus zwei einander axial gegenüberstehenden platten- artigen Kontaktelektroden, die jeweils von einem Stromzuführungs¬ bolzen gehalten sind, wobei in der Mitte der Kontaktfläche der jeweiligen Kontakt¬ elektrode eine kreisförmige Ausnehmung vorgesehen ist und je¬ weils mehrere gleichmäßig am Umfang einer Kontaktelektrode ver- teilt angeordnete, die jeweilige Kontaktelektrode axial durch¬ setzende Schlitze vom äußeren Umfang der Kontaktelektrode nach innen verlaufen, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t , daß bei einem Außendurchmesser jeder Kontaktelektrode (4) von höchstens 65 mm jeder Schlitz aus zwei Abschnitten besteht, von denen der erste Abschnitt (10) parallel zu einer an den Umfang der kreisförmigen Ausnehmung (5) gelegten Tangente verläuft und von denen der zweite Abschnitt aus einer Bohrung (13) besteht, die im Bereich des inneren Endes des ersten Abschnittes die Kontaktfläche zwischen dem ersten Abschnitt (10) und der kreis¬ förmigen Ausnehmung (5) durchbricht.
2. Kontaktanordnung nach Anspruch 1, d a d u r c h g e - k e n n z e i c h n e t , daß die Bohrungen (11,12,13) an denjenigen Stellen angeordnet sind, an denen zwischen dem ersten Abschnitt des Schlitzes und der kreisförmigen Ausnehmung (5) der Kontaktfläche der geringste Abstand besteht.
3. Kontaktanordnung nach Anspruch 1, d a d u r c h g e - k e n n z e i c h n e t , daß die Bohrungen (11,12,13) in denjenigen Bereichen angeordnet sind, die zwischen dem Ende des ersten Abschnittes des Schlitzes (10) und der engstens Stelle zwischen dem ersten Abschnitt des Schlitzes (10) und der kreisförmigen Ausnehmung (5) der Kontaktfläche liegen.
4. Kontaktanordnung nach Anspruch 2 oder 3, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t , daß die jeweilige Bohrung (11) den äußeren Rand des ersten Schlitzabschnittes (10) tangiert.
5. Kontaktanordnung nach einem der Ansprüche 1 bis 4, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t , daß jeder
Plattenkontakt (1) eine ringförmige Kontaktfläche (1) und eine ringförmige Löschfläche aufweist, wobei die Löschfläche die Kontaktfläche umgibt und konisch verläuft.
6. Kontaktanordnung nach Anspruch 5, d a d u r c h g e ¬ k e n n z e i c h n e t , daß der Abstand des ersten Ab¬ schnittes jedes Schlitzes (10) von der Achse der Kontaktelektro¬ de (4) kleiner ist als der halbe Außendurchmesser der Kontakt¬ fläche.
7. Kontaktanordnung nach Anspruch 6, d a d u r c h g e ¬ k e n n z e i c h n e t , daß der Abstand des ersten Ab¬ schnittes jedes Schlitzes (10) von der Achse der Kontaktelektro¬ de (4) das 0,25 bis 0,4-fache des Außendurchmessers der Kontakt- elektrode (4) beträgt.
8. Kontaktanordnung nach Anspruch 5 mit vier Schlitzen, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t, daß der Ab¬ stand zwischen dem Ende des ersten Abschnittes jedes Schlitzes (10) und einer auf dem Schlitz senkrecht stehenden, an den
Außenumfang der Kontaktelektrode (4) gelegten Tangente das 0,6 bis 0,7-fache des Durchmessers der Kontaktelektrode (4) beträgt
9. Kontaktanordnung nach einem der Ansprüche 1 bis 8, d a - d u r c h g e k e n n z e i c h n e t , daß die Schlitzung der einen Kontaktelektrode (4) spiegelverkehrt zur Schlitzung der anderen Kontaktelektrode (4) angeordnet ist und daß die ersten Abschnitte der Schlitze (10) der einen Kontaktelektrode (4) in U fangsrichtung um 45 ° versetzt zu den Schlitzen der anderen Kontaktelektrode (4) angeordnet sind.
10. Kontaktanordnung nach Anspruch 9, d a d u r c h g e ¬ k e n n z e i c h n e t , daß der Stromzuführungsbolzen (3) jeder Koπtaktelektrode (4) im unmittelbar an die Kontaktelek¬ trode (4) angrenzenden Bereich eine Einschnürung (6) aufweist und daß auf der Schulter der Einschnürung (6) eine scheiben¬ förmige Dampfsperre (7) angeordnet ist.
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