DE1088132B

DE1088132B - Vakuumschalter

Info

Publication number: DE1088132B
Application number: DEG28207A
Authority: DE
Inventors: Thomas Henry Lee; Harold Nathan Schneider
Original assignee: General Electric Co
Current assignee: General Electric Co
Priority date: 1958-07-24
Filing date: 1959-10-22
Publication date: 1960-09-01
Also published as: CH384053A; GB915560A; NL241568A; FR76858E; DE1074120B; FR1234382A; GB922012A; ES250963A1; BE580492A; CH423925A; CH424918A; NL244627A; ES251010A2; DE1081950B; BE580532R; FR76868E; GB915559A; US2975255A; NL241567A; US3016436A

Description

Die Erfindung liegt auf dem Gebiet der Vakuumschalter und bezieht sich im einzelnen auf eine Kontakt- oder Elektrodenkonstruktion der in der Hauptpatentanmeldung G 27419 VIIIb/21c beschriebenen Schalterart.

In der Hauptpatentanmeldung sind bestimmte Materialien für die Kontakte von Vakuumschaltern beschrieben, welche bei allen Augenblicksstromstärken des Lichtbogens oberhalb des zulässigen Abreißstromes eine gewisse Dampfmenge entwickeln, deren Druck mindestens so groß wie der im Sinne einer Zusammenziehung des Lichtbogens wirksame magnetische Druck an den Lichtbogenenden ist. Für Abreißströme von 4 Ampere oder weniger erfüllen die Materialien Zinn, Antimon, Blei, Zink, Wismut und geeignete Legierungen dieser Materialien diese Bedingungen.

Während viele dieser Materialien sehr große Lichtbogenströme unterbrechen können, eignen sich andere Materialien, beispielsweise reines Kupfer und Silber, aus allgemeinen Gründen besser für die Unterbrechung hoher Ströme. Reines Kupfer kann beispielsweise höhere Ströme unterbrechen als die meisten der in der Hauptpatentanmeldung aufgezählten Materialien, ist ferner weniger kostspielig, mechanisch fester und entwickelt bei hohen Lichtbogenströmen weniger Dampf als die meisten dieser Materialien. Aus dem letzteren Grunde wird auch die Lebensdauer eines solchen Schalters verlängert, da nämlich eine geringere Wahrscheinlichkeit besteht, daß die Schalterisolation in einem schädlichen Ausmaß mit einem Dampfniederschlag bedeckt wird. Der hohe Abreißstrom bestimmter Materialien bei der Unterbrechung niedriger Ströme ist kein ausgesprochener Nachteil für die Unterbrechung hoher Ströme. Der Abreißeffekt bei einem Vakuumlichtbogen scheint vielmehr eine Erscheinung zu sein, die nur bei niedrigen Lichtbogenströmen auftritt.

Die Erfindung bezieht sich auf eine verbesserte Kontaktkonstruktion, bei welcher für die Unterbrechung niedriger Ströme ein Material benutzt werden kann, das einen niedrigen Abreißstrom besitzt, und bei welcher für die Unterbrechung hoher Ströme ein Material benutzt werden kann, das bei hohen Strömen überlegen ist, obwohl es möglicherweise für niedrige Abreißströme nachteilig sein mag.

Gemäß der Erfindung wird eine Elektrodenkonstruktion vorgeschlagen, welche nebeneinanderliegende erste und zweite Elektrodenbereiche von verschiedener Leitfähigkeit besitzt. Das Material des ersten Bereichs hat einen erheblich niedrigeren Abreißstrom als das Material des zweiten Bereichs, und es werden magnetische Mittel dazu benutzt, den auf dem ersten Elektrodenbereich ansetzenden Lichtbogen

Vakuumschalter

Zusatz zur Patentanmeldung G27419VIIIb/21c
(Auslegeschrift 1 074 120)i

Anmelder:

General Electric Company,
Schenectady, N. Y. (V. St. A.)

Vertreter: Dr.-Ing. E. Sommerfeld, Patentanwalt,
München 23, Dunantstr. 6

Beanspruchte Ptiorität:
V. St. v. Amerika vom 23. Oktober 1958

Thomas Henry Lee, Media, Pa.,
und Harold Nathan Schneider,

Springfield, Pa. (V. St. Α.),
sind als Erfinder genannt worden

auf den zweiten Elektrodenbereich zu verlagern. Dies geschieht mit einer Geschwindigkeit, die von der Stärke des zu unterbrechenden Stromes abhängt. Die magnetischen Mittel bzw. die magnetische Vorrichtung bewirken die Verlagerung des Lichtbogens hoher Stromstärke mit einer genügend hohen Geschwindigkeit, so daß der Ansatzpunkt des Lichtbogens während eines beträchtlichen Teils der Lichtbogendauer auf dem zweiten Elektrodenbereich liegt. Bei einem niedrigen Strom kann jedoch die magnetische Vorrichtung den Lichtbogen nicht auf den zweiten Elektrodenbereich verlagern, bevor derselbe erlischt.

Fig. 1 stellt einen senkrechten Schnitt durch einen Vakuumschalter mit Elektroden nach der Erfindung dar;

Fig. 1 a ist eine vergrößerte und im Schnitt gehaltene Teildarstellung eines Teiles der Kontaktkonstruktion nach Fig. 1;

Fig. 2 ist eine vergrößerte perspektivische Ansicht eines der Kontakte in Fig. 1;

Fig. 3 ist eine vergrößerte perspektivische Ansicht des anderen Kontaktes in Fig. 1;

Fig. 4 dient zur Erläuterung der oben erwähnten Abreiß effekte;

Fig. 5 ist eine im Schnitt gehaltene Darstellung einer anderen Ausführungsform der Kontaktkon-

009 589/338

struktion für einen Vakuumschalter nach Art desjenigen in Fig. 1;

Fig. 6 ist eine Darstellung der in Fig. 5 dargestellten Kontakte, von rechts gesehen.

Fig. 7 ist eine im Schnitt gehaltene Darstellung einer anderen Ausführungsform der Kontakte für die Benutzung in. einem Schalter nach Fig. 1.

Fig. 1 zeigt ein im ganzen mit 10 bezeichnetes und auf hohes Vakuum entlüftetes Gefäß, das aus einem Zylinder 11 aus geeignetem Isoliermaterial und zwei metallischen Endkappen 12 und 13 besteht. Zwischen diesen Endkappen und dem Zylinder sind geeignete Dichtungen 14 vorhanden. Der Druck im Gefäß 10 liegt im Ruhezustand unterhalb 10~⁴mm Hg. Bekanntlich hat bei einem so niedrigen Druck der Vakuumraum eine sehr hohe Durchschlagsfestigkeit, da unter diesen Verhältnissen so wenige Gasmoleküle vorhanden sind, daß die Elektronen den ganzen zwischen den Elektroden bestehenden Raum mit einer geringen Wahrscheinlichkeit eines Zusammentreffens mit einem Gasmolekül durchlaufen können.

Innerhalb des Gefäßes 10 sind zwei Scheibenelektroden 17 und 18 vorhanden, die sich in Fig. 1 berühren. Die obere Elektrode 17 ist an dem leitenden Stab 17© befestigt, der seinerseits an der Kappe 12 befestigt ist. Die untere Elektrode 18, die an einem Stabl8a befestigt ist, kann sich vermöge der Ausdehnung eines Metallbalges 20, dessen oberes Ende an einer Mittelöffnung der Kappe 13 angebracht ist, bewegen.

Eine am unteren Ende des Stabes 18a angebrachte (nicht mit dargestellte) Betätigungseinrichtung erlaubt es, die Elektroden 17 und 18 voneinander zu trennen und wieder miteinander in Berührung zu bringen.

Bei der Ausführungsform nach Fig. 1 ist jede Elektrode scheibenförmig ausgebildet und in der Mitte mit einer Vertiefung 29 versehen, in der ein Kontaktring 31 vorgesehen ist. Die Kontaktfläche 30 ist die Berührungsfläche zweier Ringe 31., die mit den Elektroden fest vereinigt sind.

Fig. 1 a zeigt eine geeignete Schweißstelle 33 für die Verbindung eines Ringes 31 mit der Elektrode 17.

Nur ein Teil der Unterseite des Ringes 31 dient als Elektrodenberührungsfläche, da die Fläche 30 a abgeschrägt ist und daher den Gegenkontaktring nicht berühren kann. Der Lichtbogen wird daher innerhalb des inneren Begrenzungskreises der Fläche 30 ansetzen, wenn die Kontakte sich trennen. Sowohl der Ring 31 wie der Rest der Elektrode bestehen aus verschieden gut leitenden Materialien für verschiedene Abreißströme.

Außerhalb des Ringes 31 hat jeder Kontakt eine Ringfläche 32, die im folgenden Lichtbogenlauffläche oder Bogenlauffläche genannt werden sollen. Diese Fläche 32 erstreckt sich vom Außenumfang des Ringes 31 zum äußeren Umfang der Elektrodenscheibe 17 bzw. 18. Die Oberfläche des Ringes 31 wird im folgenden vielfach als erster Elektrodenbereich bezeichnet, während die Lichtbogenlauffläche 32 als zweiter Elektrodenbereich bezeichnet ist.

Die zwei ringförmigen Kontaktflächen 30 der Kontakthälften 17 und 18 haben einen solchen Innendurchmesser, daß der die Kontakte passierende Strom den durch die punktierte Linie L in Fig. 1 angedeuteten gebogenen Weg nimmt. Das mit dem Strom verknüpfte magnetische Feld ist in an sich bekannter Weise bestrebt, diese Strombahn zu verlängern. Wenn die Kontakte sich voneinander entfernen und daher ein Lichtbogen zwischen den Kontaktflächen entsteht, wird somit dieser Lichtbogen in radialer Richtung nach außen auf die Flächen 32 getrieben.

Um dem Stromweg L die richtige Form zu erteilen, muß die Schweißstelle zwischen dem Ring 31 und dem Hauptteil der Kontakthälfte an der geeigneten Stelle liegen. Dies bedeutet, daß die Schweißstelle an den Rückseite des Ringes liegen muß und wenigstens dieselbe radiale Ausdehnung haben soll wie die Kontaktberührungsfläche 30. Es soll ferner keine Schweißverbindung oder andere Art von leitender Verbindung am Außenumfang des Ringes vorhanden sein. Bei dieser Anordnung der Schweißstelle wird sichergestellt, daß der Stromweg L in der unmittelbaren Nähe der Kontaktberührungsfläche 30 keine nach innen gebogenen Teile enthält. Solche nach innen gebogenen Teile würden nämlich eine nach innen gerichtete magnetische Kraft erzeugen und würden also der gewünschten nach außen gerichteten Bewegung des Lichtbogens entgegenwirken.

Die Geschwindigkeit der Bewegung des Lichtbogens nach außen, d. h. in Richtung der Fläche 32, hängt von der Größe des Lichtbogenstromes ab und nimmt mit ihr zu. Bei einem verhältnismäßig hohen Lichtbogenstrom wandert der Lichtbogen also schnell auf die Fläche 32, während bei niedrigerem Lichtbogenstrom diese Wanderungsgeschwindigkeit geringer ist. Die Flächen 30 und 30 a des Ringes 31 erstrecken sich so weit nach außen, daß für alle Lichtbogenströme der Lichtbogenansatzpunkt bei der Kontakttrennung auf dem Ring 31 liegt. Die Geschwindigkeit, mit welcher sich bei niedrigem Lichtbogenstrom der Lichtbogen nach außen bewegt, ist aber zu klein, um den Lichtbogen vom Ring 31 zu entfernen, bevor der Strom durch Null geht. Ein Lichtbogen geringer Stromstärke erlischt also, bevor er die Fläche 32 erreicht. Nur ein Lichtbogen, dessen Spitzenwert über einigen 100 Ampere liegt, wird bis auf die Fläche 32 wandern. Die Bedeutung dieser Gesetzmäßigkeit wird im folgenden noch näher besprochen.

Wie in der Hauptpatentanmeldung erläutert, neigt ein Wechselstromlichtbogen mit geringer Stromstärke zum Abreißen, d. h. zur plötzlichen Verminderung des Stromes bis auf Null, bevor der natürliche Nulldurchgang erreicht wird. Dieser Abreißvorgang wird an Hand der Fig. 4 erläutert, in welcher der zwischen den Kontakten übergehende Strom über der Zeit dargestellt ist. Es sei angenommen, daß die Kontakte sich im Zeitpunkt B voneinander trennen und somit in diesem Zeitpunkt ein Lichtbogen entsteht. Der Lichtbogen brennt dann bis zum Zeitpunkt 0 mit der durch die ausgezogene Kurve dargestellten Stromstärke. Im Zeitpunkt 0 reißt der Lichtbogenstrom jedoch plötzlieh ab. Dieser Vorgang ist in der vorliegenden Beschreibung als Abreißvorgang bezeichnet. Die Stromstarke im Punkt 0 ist mit I₀ bezeichnet und wird im folgenden »Abreißstrom« genannt.

Dieser Abreiß strom hängt von dem speziellen verwendeten Kontaktmaterial ab und kann sich bei demselben niedrigen Strom zwischen einer Unterbrechung und der nächstfolgenden verändern. Es ist jedoch eine typische Erscheinung, daß bei einer größeren Anzahl von Unterbrechungen desselben Stromes von weniger als 50 Ampere bei demselben Kontaktmaterial, das frei von Verunreinigungen sein möge, nahezu alle Abreißstöme innerhalb eines Bereichs von 30% des Durchschnittswertes liegen. Der maximale Abreißstrom innerhalb dieser Werte für die Unterbrechung eines niedrigen Stromes wird im folgenden als der

»charakteristische Maximalwert« bezeichnet. Bei dem j eiligen von Silber für₍ gegebene Temperaturen bein Fig. 1 dargestellten Vakuumschalter besteht der sitzt.

Ring 31 aus einem Material, das einen charakteristi- Es ist ferner nicht notwendig, daß das verwendete

sehen maximalen Abreißwert unterhalb des für in- Material vollständig aus einem die obigen Anfordeduktive Stromkreise zulässigen Maximalwertes hat. 5 rangen erfüllenden Metall besteht. Man kann viel-Die Fläche 32 des Kontaktes besteht aus einem an- mehr au,ch eine Legierung oder Mischung, in der ein deren Material, das sich insbesondere für hohe Strom- derartiges Metall in genügender Menge vorhanden ist, stärken eignet und einen höheren charakteristischen verwenden.

Abreißwert besitzt als das Material des Ringes 31. Wenn der maximal zulässige Abreißstrom unter-

Die Tatsache, daß die Fläche 32 aus einem Mate- io halb 4 Ampere liegt und beispielsweise nur 2 Ampere rial besteht, welches bei niedrigen Strömen einen ver- beträgt, so kann man annehmbare Verhältnisse dahältnismäßig hohen Abreißwert besitzt, ist nicht ein durch herbeiführen, daß man für die Lichtbogenbeachtlicher oder ausschlaggebender Nachteil des er- brennstelle ein Material wählt, das alle obigen Anfmdungsgemäßen Vakuumschalters, da die Lichtbögen forderungen erfüllt und zusätzlich noch ein Metall geringer Stromstärke gar nicht bis zur Fläche 32 15 hohen Dampfdrucks enthält, der mindestens so groß wandern. Diese Lichtbogen mit geringer Stromstärke ist wie derjenige von Blei. Wenn dieses Metall mit bleiben vielmehr auf dem Ring 31, und nur Licht- einem anderen Metall gemischt oder legiert wird, bögen mit einem Spitzenstrom über einigen 100 Am- muß das den hohen Dampfdruck besitzende Metall in pere gelangen auf die Fläche 32. Die Erscheinung des genügender Menge in der Legierung vorhanden sein, Abreißens stellt bei diesen letzteren Stromstärken 20 um den Abreißstrom auf dem zulässigen Maximalkein Problem dar, da die Abreißvorgänge auf Bögen wert zu halten.

von geringer Stromstärke beschränkt sind. Ein Licht- Unter Berücksichtigung der oben angegebenen Kri-

bogen, der bis zur Fläche 32 wandert, führt also terien besteht ein geeignetes Material für den Ring 31 wegen seiner hohen Stromstärke nicht zu einem merk- aus einer Mischung von Wismut und Kupfer. Eine liehen oder störenden Abreißvorgang. Der genaue 25 Mischung aus 20 Gewichtsprozent Wismut und 80 Ge-Stromwert, oberhalb dessen die Abreiß vorgänge von wichtsprozent Kupfer ergab einen charakteristischen Bedeutung werden, schwankt von einem Material zum Abreiß wert von weniger als 2 Ampere. Diese Mischung nächsten und hängt auch von dem betreffenden Strom- läßt sich daher für solche Stromkreise verwenden, in kreis ab. Für die meisten Kontaktmaterialien tritt denen der maximal zulässige Abreißstrom 2 Ampere kein störender Abreißvorgang bei Lichtbogen, deren 30 oder weniger beträgt.

Spitzenstrom über etwa 500 Ampere liegt, auf. Ge- Kontakte aus Zinn haben charakteristische Abreiß-

mäß einem bevorzugten Ausführungsbeispiel der Er- werte unterhalb 3 Ampere ergeben, und der Ring 31 findung werden der innere und äußere Durchmesser kann daher für Stromkreise mit einem zulässigen des Ringes 31 so bemessen, daß der Stromweg L nur Abreißwert von 4 oder 3 Ampere aus. Zinn gefertigt Lichtbogen mit Spitzenströmen über etwa 500Am- 35 werden.

pere bis zur Fläche 32 verlagern kann. Natürlich Ein feuerfestes schwammartiges Material, das beikönnen bei Lichtbogen mit Spitzenströmen unter spielsweise aus Wolfram, Molybdän oder aus Karbi-500 Ampere (beispielsweise zwischen 300 und den dieser Metalle-besteht und mit Zinn oder Antimon 500 Ampere) auch Abreiß vorgänge auftreten, jedoch imprägniert ist, eignet sich ebenfalls für Stromkreise wird durch die Bemessung auf 500 Ampere eine ge- 40 mit einem maximal zulässigen Abreißstrom von 4 oder nügende Sicherheit geschaffen, da alle Lichtbögen selbst 3 Ampere.

unter etwa 200 Ampere bereits auf dem Ring 31 ge- Andere Materialien mit niedrigen Abreiß strömen,

löscht werden. Es liegt auch kein ausschlaggebender die sich für den Ring 31 eignen, sind in der Haupt-Nachteil darin, daß Lichtbogen mit 200 bis 500 Am- Patentanmeldung aufgezählt. Wenn man den Ring 31 pere auf dem Ring 31 erlöschen, da bei diesen Strom- 45 aus einem feuerfesten Metall oder aus einer Verbinstärken eine Löschung auf dem Ring 31 ohne Schwie- dung solcher Metalle (beispielsweise aus Wolfram, rigkeiten möglich ist. Tatsächlich können mit irgend- Molybdän oder Karbiden dieser Metalle) in Kombieinem Material von geringem Abreiß strom Licht- nation mit einem oder mit mehreren der obengenannbögen erheblich über 500 Ampere ohne Schwierigkeit ten Stoffe von hohem Dampfdruck herstellt, so erzielt abgeschaltet werden, und es schadet also fast nichts, 50 man besonders günstige Verhältnisse, da diese Matewenn zufällig einmal Lichtbogen über 500 Ampere rialien an der Kontaktstelle nur sehr schwer verauf dem Ring 31 bleiben. Es kommt vielmehr in erster schweißen und eine gute mechanische Festigkeit Linie darauf an, daß praktisch alle Lichtbogen mit so besitzen. Der Bestandteil mit hohem Dampfdruck geringem Strom, daß auf der Fläche 32 störende Ab- muß aber auf alle Fälle vorhanden sein, wenn ein reißströme auftreten würden, auf dem Ring 31 unter- 55 unzulässig hoher Abreißstrom vermieden werden soll, brachen werden. da nämlich feuerfeste Metalle Abreiß ströme von etwa

In der Hauptpatentanmeldung sind bestimmte Kri- 10 bis 40 Ampere besitzen, wenn man sie in reiner terien angegeben, nach denen ein geeignetes Material Form verwendet.

für den Ring 31 ausgewählt werden kann. Dort wurde Obwohl viele der Materialien, welche niedrige Abnämlich ausgeführt, daß die Abreißströme unterhalb 60 reißströme aufweisen, sich für die Unterbrechung 4 Ampere liegen, wenn das Material am Lichtbogen- von Hochstromlichtbogen eignen, soll doch voTzugsfußpunkt erstens im Vergleich zu Aluminium, Ma- weise die Fläche 32 aus einem Material bestehen, das gnesium und Kalzium von Sauerstoff wenig ange- sehr gut für die Unterbrechung hoher Ströme gegriffen wird, zweitens frei von adsorbierten Gasen eignet ist. Ein solches Material ist Kupfer. Kupfer und Verunreinigungen ist und drittens ein Metall ist, 65 kann nämlich höhere Ströme unterbrechen als die dessen Dampfdruck bei Temperaturen oberhalb von meisten Materialien mit niedrigerem Abreißstrom, 2000⁰K wenigstens gleich demjenigen von Zinn ist entwickelt ferner bei einem Hochstromlichtbogen und eine thermische Leitfähigkeit besitzt, die kleiner weniger Dampf und ist schließlich billiger und tnechaist als diejenige von Kupfer und Silber, sofern das nisch fester als andere geeignete Materialien. Der Metall einen Dampfdruck gleich oder kleiner als dem- 70 maximale charakteristische Abreißstrom von Kupfer

7 8

beträgt etwa 6 Ampere, jedpch ist dies kein aus- nächsten Schlitzes wenigstens benachbarten Punkt, schlaggebender Nachteil selbst in Stromkreisen, in Vorzugsweise sollen benachbarte Schlitze sieh etwas denen der zulässige Abreißstrom weniger als 6 Am- überlappen, wie in Fig. 2 und 3 dargestellt, pere ist, weil Lichtbogen geringer Stromstärke die Wenn ein an der Berührungsfläche 30 entstandener

Fläche 32 ja gar nicht erreichen. Diejenigen Licht- 5 Lichtbogen genügend weit nach außen verlagert ist, bögen, die mit ihren Fußpunkten bis zur HLäche32 Hegt jeder Lichtbogenfußpunkt auf einem der Segwandern, haben einen so hohen Strom, daß gar kein mente 36. Eine typische Lage des unteren Lichtbogenoder ein geringfügiger Abreiß strom auftritt. fußpunktes ist bei 38 in Fig. 2 dargestellt. An der Für Vakuumschalter, welche Ströme über 5000 Am- unteren Kontakthälfte 18 wird wegen der Schlitze 34 pere unterbrechen sollen, soll die Fläche 32 aus einem io praktisch der ganze zwischen dem Stab 18 a und dem Material bestehen, das praktisch frei von feuerfesten Lichtbogenfußpunkt fließende Strom in demjenigen oder schwer schmelzbaren Bestandteilen ist. Für Segment 36 konzentriert, auf dem der Lichtbogenfußniedrige Ströme, d. h. für Ströme unterhalb 500 Am- punkt ruht. Wegen der Spiralform der Schlitze 34 pere, sind die Abreißvorgänge bei schwer schmelz- muß dieser Strom einem Weg folgen, der weitgehend baren Metallen, die mit Bestandteilen hohen Dampf- 15 tangential zum Umfang der Scheibe verläuft, wie drucks "imprägniert sind, weitgehend dieselben wie durch die punktierte Linie 38 in Fig. 2 angedeutet ist. die Abreißvorgänge bei reinen Materialien mit hohem Wegen dieser Form der Strombahn entsteht eine Dampfdruck. Solche zusammengesetzten Materialien tangentiale Kraftkotnponente. Diese Kraftkomponente besitzen daher einen verhältnismäßig niedrigen Ab- treibt den Lichtbogen in der Umfangsrichtung auf reißstrom und eignen sich somit für den Ring 31. 20 das Ende des Segmentes 36 zu und bewirkt ein Über-Für Hochstromlichtbögen, d. h. für Lichtbogen über springen des Schlitzes 34 zu dem nächsten Segment36. 2000 Ampere, spielt sich der Unterbrechungsvorgang Der zum Lichtbogenfußpunkt fließende Strom wird ebenso ab wie bei dem schwer schmelzenden Material. dann in diesem nächsten Segment konzentriert, und Schwer schmelzbare Metalle neigen zu einer thermio- wegen der Form dieses Segmentes wird der Lichtnischen Emission nach dem Verschwinden des Stromes, 25 bogen weiterhin längs des Kontaktumfanges getrieben, wenn sie sich auf einer hohen Temperatur befinden, Für jedes der Segmente 36 existiert eine tangentiale wie sie in Hochstromlichtbögen vorkommt. Eine der- Kraftkomponente, die den Lichtbogen stets in derartige Emission wirkt der Wiederherstellung einer selben Richtung treibt, der Lichtbogen läuft daher hohen elektrischen Durchschlagsfestigkeit nach dem mit hoher Geschwindigkeit auf der Fläche 32 um, bis Verschwinden des Stromes entgegen. Daher soll für 30 er schließlich erlischt.

die Fläche 32, welche so hohen Strömen ausgesetzt Neben der in Fig. 2 dargestellten bevorzugten Form

ist, vorzugsweise ein Material verwendet werden, das der Schlitze 34 können auch andere Schlitzformen zur praktisch frei von schwer schmelzbaren Bestandteilen Erreichung desselben Effekts verwendet werden, ist. Ferner kann die erstrebte Lichtbogenbewegung auch

Die Fläche 32 soll auch frei von sorbierten Gasen 35 durch eine Spule erreicht werden, welche in an sich und frei von Verunreinigungen sein, und zwar wenig- bekannter Weise ein radiales magnetisches Feld erstens in demselben Maße wie der Ring 31. Wenn die zeugt, das mit dem magnetischen Eigenfeld des Licht-Fläche 32 nämlich sorbierte Gase und Verunreinigun- bogens zusammenwirkt.

gen enthält, können diese während der Unterbrechung Fig. 5 und 6 veranschaulichen eine andere Aus-

eines hohen Stromes freigesetzt werden und würden 40 führungsform der Erfindung. Diese Ausführungsform daher gerade in demjenigen Augenblick, in dem eine ist derjenigen nach Fig.l bis 3 ähnlich, und es sind Wiederherstellung der guten Durchschlagsfestigkeit daher für die bereits in Fig. 1 bis 3 vorkommenden von dem Schalter verlangt wird, um eine neue Zün- Bestandteile entsprechende Bezugszeichen verwendet, dung des Lichtbogens nach dem Verschwinden des Die Ausführungsform nach Fig. 5 und 6 unterscheidet Stromes zu verhindern, die Durchschlagsfestigkeit 45 sich von derjenigen nach Fig. 1 bis 3 darin, daß jede herabzusetzen. Kontakthälfte nicht als eine vollständige Scheibe,

Die Unterbrechung eines Hochstromlichtbogens sondern nur als ein Scheibensegment oder Block ausläßt sich dadurch unterstützen, daß man die Ansatz- gebildet ist, der von demjenigen Gebiet, in welchem punkte oder Fußpunkte des Lichtbogens mit hoher die Zündung des Lichtbogens stattfindet, sich in nur Geschwindigkeit längs der Elektroden oder Kontakte 50 einer Richtung erstreckt. Alle Lichtbogen, die zwibewegt. Durch eine derartige Bewegung wird die sehen den Elektroden 50 entstehen, werden nach einer Menge des von den Elektroden abgegebenen Metall- Elektrode 53 durch den magnetischen Effekt einer dampfes vermindert und auch die Verteilung der ent- Strombahn L verschoben, die der Strombahn L in wickelten Dämpfe unterstützt. Die hohe Durchschlags- Fig. 1 entspricht. Die an Hand der Fig. 1 erwähnten, festigkeit eines solchen Schalters wird also nach der 55 für den Ring 31 und für die Fläche 32 verwaideten Trennung der Kontakthälften schnell wiederher- Materialien können auch für die Bereiche 50 und 53 gestellt. in Fig. 5 und 6 verwendet werden. Die Teile 50 sind

Zur Bewegung der Fußpunkte eines Hochstromlicht- mit ihren Trägern nur längs begrenzter Stellen verbogens längs der Fläche 32 werden die Kontakte 17 schweißt, die in der Richtung der Berührungsflächen und 18 mit Schlitzen 34 versehen, die vom Umfang 60 der Teile 50 liegen, und zwar aus denselben Gründen, jeder Kontaktscheibe nach innen verlaufen. Diese wie an Hand der Fig. 1 a erläutert. Schlitze teilen jede Kontaktscheibe in eine Reihe von Obgleich bei einem Schalter nach Fig. 5 und 6 der

radialen Segmenten 36 auf, die um die Kontaktfläche Lichtbogen nicht bewegt wird, findet doch eine geherum beabstandet sind. In der in Fig. 2 und 3 wisse und erwünschte Bewegung des Lichtbogens bei dargestellten bevorzugten Ausführungsform der Er- 65 der Verlagerung der Lichtbogenfußpunkte nach außen findung haben diese Schlitze 34 einen im ganzen längs der Flächen 53 statt. Die Ausführungsform spiralförmigen Verlauf und enden bei 37 am Umfang nach Fig. 5 und 6 ist daher für geringere Wanderungsder Kontaktscheibe. Jeder Schlitz 34 verläuft von der geschwindigkeiten des Lichtbogens gut verwendbar. Stelle 37 tangential zum Umfang der Kontaktscheibe Bei den zwei Ausführungsformen in Fig. 1 und 5

und endet an einem der Winkellage des Beginns des 7° sind die nebeneinanderliegenden Elektrodengebiete

jeder Kontakthälfte fest miteinander verbunden. Die Erfindung ist jedoch nicht auf so konstruierte Kontakthälftea beschränkt. Sie ist vielmehr auch auf Anordnungen anwendbar, bei weichen die Elektrodenbereiche einer Kontakthälfte relativ zueinander beweglich sind. Eine derartige Anordnung ist in Fig. 7 dargestellt, deren, Bezugszeichen denjenigen nach Fig. S entsprechen. Die untere Kontakthälfte in Fig. 7 enthält einen beweglichen Stab 18a, mit der eine erste Elektrode 50 verbunden ist. Dieser Stab 18 a kann nach oben bewegt werden, und der Teil 50 der unteren Kontakthälfte berührt dann den Teil 50 der oberen Kontakthälfte. Zur Öffnung des Schalters wird der Stab 18a nach unten bewegt. Die Lichtbogenlauffläche 53 der unteren Kontakthälfte besteht aus einem stationären Teil 60. Bei der öffnung des Schalters wandert der untere Lichtbogenfußpunkt vom Teil 50 auf die untere der Flächen 53 in derselben Weise, wie oben an Hand der Fig. 1 und 5 beschrieben. Lichtbogen, geringer Stromstärke werden von der Lauffläche 53 in praktisch derselben Weise ferngehalten, wie oben an Hand der Fig. 1 und 5 erläutert. Der feste Teil 60 wird vorzugsweise fest mit der unteren Kappe 13 verbunden und ist somit auch mit dem Stab 18 a in leitender Berührung. Die für den Ring 31 und die Fläche 32 in Fig. 1 erwähnten Materialien können auch für die Teile 50 und 53 in Fig. 7 verwendet werden.

Neben der Herstellung beider Kontakthälften aus derselben Materialkombination ist aber grundsätzlich die Verwendung einer solchen gleichen Materialkombination für beide Kontakthälften nicht unbedingt notwendig. Als ein Beispiel dafür, wie der Vakuumschalter nach Fig. 1 in dieser Beziehung abgeändert werden kann, sei erwähnt, daß die Elektrodenbereiche 30, 30 a der einen Kontakthälfte aus einem bestimmten Material mit niedrigem Abreiß strom und die entsprechenden Elektrodenbereiche der anderen Kontakthälfte aus einem anderen Material, jedoch ebenfalls mit niedrigem Abreiß strom hergestellt werden können. Als ein weiteres Beispiel sei erwähnt, daß es bei manchen Arten von Stromkreisen ausreichend ist, wenn nur eine der Kontakthälften 17 und 18 mit einem Ring aus einem Stoff niedrigen Abreiß stromes ausgerüstet wird, während die andere Kontakthälfte über ihre gesamte Fläche, längs der der Fußpunkt des Lichtbogens wandert, aus dem gleichen Material bestehen kann, wie es für die Lichtbogenlauffläche verwendet wird, beispielsweise aus Kupfer. Im Zusammenhang mit dieser letzteren Alternative ist zu beachten, daß das Phänomen des Abreißens eines Lichtbogens in erster Linie an der kathodenseitigen Kontakthälfte eingeleitet wird. Wenn sich von vornherein voraussagen läßt, welche der beiden Kontakthälften während der Unterbrechung eines niedrigen Stromes als Kathode arbeiten wird, so kann man lediglich diese Kontakthälfte mit einem Ring aus einem Stoff mit niedrigem Abreiß strom herstellen.

Wenn es sich um einen Vakuumschalter mit einem sehr kurzen Kontaktweg handelt, so reicht es aus, wenn nur die Anode einen niedrigen Abreiß strom aufweist. Wenn nämlich der Kontaktweg kurz ist, liefert nur die Anode den Metalldampf, der den Abreißstrom auf einem Wert hält, der dem Abreiß strom dieses Materials bei Benutzung als Kathode nahekommt. In diesen Fällen kann man daher nach Belieben eine der beiden Elektroden mit dem Ring aus einem Stoff niedrigen Abreißstromes ausrüsten.

Claims

Patentansprüche:

1. Vakuumschalter nach Patentanmeldung G 27419 VIIIb/21 c mit wenigstens einem Kontakt aus einem Stoff, der im Vakuum einen hohen Dampfdruck aufweist, dadurch gekennzeichnet, daß dieser Kontakt zwei Bereiche (31, 32) besitzt, von denen der zweite Bereich (32) sich an den ersten Bereich (31) anschließt, wobei der zweite Kontaktbereich aus einem Stoff mit höherem maximalem charakteristischem Abreißstrom besteht als der erste Kontäktbereich, daß bei der öffnung des Vakuumschalters der entstehende Lichtbogen mit seinem Fußpunkt auf dem ersten Kontaktbereich (31) liegt, daß dieser Kontaktbereich an seiner Oberfläche aus einem Stoff besteht, der ein Verbleiben des Lichtbogenfußpunktes auf diesem Bereich bis zum Erlöschen des Lichtbogens bei Abschaltströmen von bis etwa 500 Ampere gewährleistet, und daß ein magnetisches Mittel (L) vorgesehen ist, um einen Hochstromlichtbogen vom ersten Kontäktbereich auf den zweiten mit einer Wanderungsgeschwindigkeit zu verlagern, die den Ansatz eines Hochstromlichtbogens auf dem zweiten Kontaktbereich während des größeren Teils der Lichtbogendauer ermöglicht.

2. Vakuumschalter nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das magnetische Treibmittel derart bemessen ist, daß es bei der Unterbrechung eines Niederstromlichtbogens diesen Lichtbogen nicht vom ersten Kontaktbereich entfernen kann, bevor er erlischt.

3. Vakuumschalter nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß das magnetische Treibmittel (L) durch entsprechende Ausbildung des ersten Kontaktbereichs (31) aus einer radial nach außen wirkenden Strombahn besteht.

4. Vakuumschalter nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß der erste und der zweite Kontaktbereich jeweils Ringform haben.

5. Vakuumschalter nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß der erste Kontaktbereich gegenüber dem zweiten beweglich angeordnet ist.

6. Vakuumschalter nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß der zweite Kontäktbereich mit Lichtbogenlaufflächen ausgerüstet ist, die durch spiralförmige Schlitze begrenzt sind.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen