DE1765425A1 - Vakuum-Lichtbogenvorrichtung - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft eine Vakuum-Lichtbogenvorrichtung mit einem auf einen Unterdruck von 10"-⁷ mm Hg evakuierten, teilweise aus dielektrischem Material bestehenden Gefäß, einer ersten primären Elektrodenanordnung aus einer Vielzahl dünner,. im wesentlichen ebener und vom Gehäuse nach innen sich, erstrekkender -Rippen, die senkrecht zu einer quer durch das Gehäuse verlaufenden Ebene angeordnet sind, einer zweiten primären Elektrodenanordnung aus einer Vielzahl dünner, im wesentlichen ebener und gegen das Gehäuse sich erstreckender Rippen, die ebenfalls senkrecht zu der quer durch das Gehäuse verlaufenden Ebene angeordnet sind und zwischen die Rippen der ersten Elektrodenanordnung derart hineinragen, daß eine Vielzahl von Überschlagsrrbrecken entsteht, an denen sich eine Vielzahl von Durchbrüchen unber Vermeidung einer hohen Stromdichte ausbilden, Einrichtungen, um die rHekbrodenanordnung an ein Versorgungsnetz anzu-

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schließen und mit Einrichtungen, um in einer vorgegebenen Zeit eine ausreichende Menge eines Elektronen-Ionenplasma zwischen ien Überschlagsstrecken auszubilden, wodurch eine Vielzahl elektrischer parallelliegender Lichtbogen innerhalb des Gefäßes entsteht, die eine hohe Energie ohne Ausbildung von die Elektroden zerstörenden Anodenpunkten übertragen.

Vakuum-Lichtbogenvorrichtungen und insbesondere Vakuumschalter sowie feststehende triggerbare ÜberSchlagsstrecken in einem Vakuum sind in neuerer Zeit Gegenstand besonderer technologischer Entwicklungen geworden. Nach nahezu 40 Jahren Entwicklungszeit werden neuerdings Vakuumschalter für hohe Leistungen kommerziell gefertigt. Bei derartigen Vakuumschaltern wurden bereits die Schwierigkeiten eines instabilen und nicht gleichmäßigen Durchbruches überwunden, jedoch ist ihre Verwendung insbesondere bei sehr hoher Leistung, wenn z.B. Ströme in der Größenordnung von 100 000 Amperes und mehr für langer als eine halbe Periode übertragen werden sollen, durch die Unfähigkeit der Anoden,zerstörerischen Schmelzvorgangen zu widerstehen, stark begrenzt. Derartige Schmelzvorgänge werden durch intensive Anodenpunkte gebildet, welche sich auf der Anodenseite eines jeden elektrischen Lichtbogens ausbilden. Bei Überschlagsstrecken, die nur sehr wenig voneinander entfernt sind, treten auch an der Kathodenelektrode zerstörerische ochmelzerscheinungen auf, die eine Folge der intensiven Wärmestrahlung der benachbarten Anodenpunkte ist.

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Bei einer bekannten. Yakuum-Lichtbogenvorrichtung "bestellt eine primäre Elektrodenanordnung aus einer Vielzahl von einem Zentrum radial nach außen verlaufenden Rippen, welche zwischen die Rippen einer zweiten Elektrodenanordnung eingreifen, die an einem Umfangsteil befestigt sind und radial nach innen ragen. Auf Grund dieser Anordnung werden viele Lichtbogen geschaffen, so daß selbst bei größeren Strömen die Stromdichte verhältnismäßig klein bleibt.

Es wurde jedoch festgestellt, daß unter bestimmten Umständen insbesondere bei extrem hohen Strömen eine Konzentration der Lichtbogen in bestimmten Teilen der Elektroden auftritt, so daß, obwohl eine Vielzahl von Lichtbogen vorhanden ist, die Anhäufung der Anodenpunkte in einem bestimmten Bereich eine Begrenzung des maximalen Betriebsstromes erforderlich macht.

Der Erfindung liegt deshalb die Aufgabe zugrunde, eine triggerbare Vakuum-Lich.tboge'nvorrichtung zu schaffen, die für die Verwendung sehr hoher Ströme bei sehr hoher Spannung geeignet ist, ohne daß bei derartigen Betriebsbedingungen zerstörerisch wirkende Anodenpunkte auftreten.

Ausgehend von der eingangs erwähnten Vorrichtung wird diese .Aufgabe im wesentlichen dadurch gelöst, daß die Rippen von zumindest einer Elektrodenanordnung Schlitze aufweisen, die zumindest über einen wesentlichen Teil der Rippe in einem radial gelegenen Bereich derselben verlaufen und einen Stromverlauf

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mit rückläufiger Stromumlenkung bedingen, wodurch magnetische Felder erzeugt werden, die eine Verteilung der Lichtbogen über große Oberflächenteile der Rippe erzwingen.

Bei einer nach den Merkmalen der Erfindung ausgeführten Vakuum-. Lichtbogenvorrichtung erfährt der Strom in der die Elektrode bildenden Rippe eine rückläufige Umlenkung, so daß ein magnetisches Feld erzeugt wird, das die in dem Spalt zwischen den Elektroden sich ausbildenden Lichtbogen über einen großen Elektrodenbereich verbreitet und dadurch jegliche Tendenz einer Ansammlung von Lichtbogen in einem Bereich verhindert, wodurch eine hohe Stromdichte und damit zerstörerisch wirkende Anodenpunkte beseitigt werden.

Bei einer besonderen Ausführungsform der Erfindung ist der Elektrodenaufbau derart ausgebildet, daß die Elektroden in gleichbleibendem Abstand' zueinander stehen und damit eine Vielzahl von feststehenden Überschlagsstrecken gebildet wird. Der Strom zwischen den beiden Primärelektroden wird durch das Pulsen einer Triggereinrichtung ausgelöst, die mit der Primärelektrodenanordnung verbunden ist. Durch diese Triggereinrichtung wird das im Bereich der Überschlagestrecken befindliche Elektronen-Ionenplasma mit einem Überschlag injiziert und damit der Durchbruch ausgelöst.

Entsprechend einer weiteren vorteilhaften Ausbildung der Erfindung ist der Elektrodenaufbau derart, daß die eine Elektro-

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denanordnung gegnüber der anderen Elektrodenanordnung verschiebbar ist. Diese Verschiebung kann in Form einer Longitudinalverschiebung oder einer Drehbewegung ausgeführt werden. Dies ist insbesondere der Fall, wenn das Plasma,um den Lichtbogen zwischen den primären Elektrodenanordnungen aufzubauen, durch eine Stromkreisunterbrechung erzeugt wird, die mit dem Aufbau des Lichtbogens eine Verdampfung und Ionisierung des Elektrodenmaterials auslöst. Der anfängliche Lichtbogen ergibt sich beim Trennen der beiden Elektroden. Dieser Lichtbogen breitet sich . rasch über die gesamten parallelliegenden Oberflächen der Elektrodenanordnungen aus, so daß das gesamte evakuierte Gefäß, das die Elektroden enthält, sehr rasch mit einem Elektronen-Ionenplasma ausgefüllt wird, das einen hohen Strom bei einem hohen Leistungsniveau bis zum Auftreten des Nulldurchgangs führt, bei welchem die Stromleitung zusammenbricht.

Beispielsweise Ausführungsformen der Erfindung sind in der Zeichnung dargestellt; es zeigen:

Fig.1 einen im allgemeinen vertikalen Schnitt durch eine triggerbare Vakuum-Lichtbogenvorrichtung gemäß der Erfindung}

Fig.2 eine perspektivische Ansicht der inneren Elektrodenanordnung der Vorrichtung gemäß Fig.1;

Fig.? einen im allgemeinen vertikalen Schnitt durch eine weitere Ausführungsform eines Vakuum-Lichtbogenschalters gemäß der Erfindung mit veränderlicher Spaltbreite}

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Fig.4 einen im allgemeinen vertikalen Schnitt durch

eine v/eitere Ausführungsform einer Vakuum-Lichtbogenvorrichtung gemäß der Erfindung;

Fig.5) 6, 7) 8 und 9 verschiedene Aufbaumöglichkeiten der unteren zentralen Elektrodenanordnung der Ausführungsform gemäß Fig.2;

Fig.10 einen im allgemeinen vertikalen ochnitt durch

eine weitere Ausführungsform einer Vakuum-Lichtbogenvorrichtung gemäß der Erfindung.

Eine gemäß Fig.1 aufgebaute triggerbare Vakuum-Lichtbogenvorrichtung gemäß der Erfindung umfaßt ein evakuierbares Gefäß 1, in dem paarweise Primärelektroden angeordnet sind, die aus einer zentralen Elektrodenanordnung 2 und einer äußeren Elektrodenanordnung 5 bestehen. Die zentrale Elektrodenanordnung 2 umfaßt eine Vielzahl radial nach auLen stehender Hippen 4, die im Vergleich zu ihrer Länge und Breite dünn ausgeführt sind und im wesentlichen senkrecht zu einer querliegenden Fläche verlaufen. Die rippenförmigen Elektroden sind an ihrem untersten Ende mit einer Scheibe 5 verbunden, die von einer Elektrodenhalterung getragen werden und mit dieser verbunden sind.

Die zentrale Elektrodenanordnung 2 ist auch in Fig.2 perspektivisch dargestellt, wobei die Darstellung die Zuordnung der Hippen 4,der Scheibe 5 und der Elektrodenhalterung 6 zueinander erkennen läßt.

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Die äußere Elektrodenanordnung 3 gemäli Fig.1 umfaßt einen hohlzylindrischen Teil 7 und eine Vielzahl radial nach innen gerichteter Rippen 8, die mit dem hohlzylindrischen Teil 7 mechanisch und elektrisch verbunden sind. Die Rippen 8 sind ebenfalls im Verhältnis zu ihrer Länge und Breite dünn und stehen im wesentlichen senkrecht zu der genannten quer verlaufenden Ebene. Die Elektro.denanordnungen 2 und 3 sind derart nebeneinander angeordnet, daß die einzelnen nach innen gerichteten Hippen 8 und die einzelnen nach außen gerichteten Rippen 4 eine Vielzahl parallelliegender Lichtbogenstrecken umfassen. Die einzelnen Lichtbogenstrecken besitzen im wesentlichen gleiche Abmessungen. Die Rippen 8 der Elektrodenanordnung 3 erstrecken sich im wesentlichen über die gesamte Länge des Entladungsraumes innerhalb des evakuierbaren Gefäßes 1. Die Rippen 4 der Elektrodenanordnung 2 sind etwas kürzer ausgebildet, da es notwendig ist, den nötigen Abstand zwischen der Elektrodenanordnung 2 und den mit öffnungen versehenen Stirnwänden 9 und 10 einzuhalten, um ungewollte Lichtbogenerscheinungen zu verhindern, da die Stirnwände 9 und 10 auf demselben elektrischen Potential wie die Elektrodenanordnung 3 liegen. Aus praktischen Gründen sind jedoch die Rippen 4 zumindest halb so lang wie die Rippen 8. Die Rippen 4 und 8 werden so dünn ausgeführt,

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daß im wesentlichen keine merkliche Zunahme des elektrischen , Widerstandes feststellbar ist, jedoch sollen sie dünn genug sein, um eine große Anzahl parallel verlaufender primärer Spalte in einem verhältnismäßig kleinen Volumen für den Überschlag zu schaffen, wobei keiner dieser Spalte durch eine ·

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extrem hohe Stromdichte überbeansprucht wird.

Jede der Rippen 4 der Elektrodenanordnung 2 ist gemäß der Erfindung geschlitzt, und zwar ist ein horizontal.verlaufender Schlitz 11 in einem Abstand von zumindest zwei Drittel der Länge der Rippen 4 von dem Ende derselben·vorgesehen, an welchem der Durchbruch zuerst auftritt. Ein vertikal verlaufender Schlitz 12 geht in den horizontal verlaufenden Schlitz 11 über und ist ungefähr in einem Bereich angeordnet, der ein Viertel der Breite vom Zentrum entfernt ist. Durch die Schlitze 11 und 12 wird in den Rippen 4 eine Umlenkung des Stromflusses bewirkt. So verläuft z.B. der von den Rippen 8 der Elektrodenanordnung 3 auf einen Teil der Rippe 4 der Elektrodenanordnung 2 übertragene Strom nach oben um das obere Ende des Schlitzes 12 und dann entlang dem Zentrumsbereich nach unten, so daß der Stromverlauf eine rückläufige Umlenkung erfährt. Dies er rücklauf!ge Abschnitt des Utromverlaufes verursacht magnetische Feldlinien, die das von dem innerhalb der äußeren Elektrodenanordnung 3 verursachte Magnetfeld verstärken und damit die Lichtbogen vom Punkt des ursprünglichen Durchbruches im Bereich der Quelle des zwischen die Elektroden eingeführten Plasmas radial nach außen und nach oben entlang der großen Bereiche der Rippen 4 und 8 verschieben. Dies führt zu einer Ansammlung der Lichtbogen an der Ecke der dünnen Rippe 4 der Anordnung 2 und verursacht eine hohe Dichte von Anodenpunkten an dieser Stelle, welche eine Erosion und Beschädigungen verursachen können und damit einen Ausfall der Vorrichtung.

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Die Umhüllende 1 der Vorrichtung gemäß ]?ig.1 besteht aus einer metallischen im wesentlichen zylindrischen, Seitenwand 7 mit zwei einander gegenüberliegenden Stirnwänden 9 und 10. Die Seitenwand sowie die Stirnwände sind aus einem geeigneten leitenden Material, z.B. aus einem chemisch sehr reinen Kupfer,hergestellt. Die zylindrische Seitenwand kann gleichzeitig der zylindrische Teil der äußeren Elektrodenanordnung sein, jedoch kann die Elektrodenanordnung auch mechanisch und elektrisch fest an dessen Innenseite befestigt sein. Die Öffnung in der oberen Stirnwand 9 wird mit einer geeigneten Triggerelektrodenanordnung 13 hermetisch abgeschlossen. Diese Triggerelektrodenanordnung umfaßt eine Triggeranode 14-, eine Triggerkathode 15 und einen nicht dargestellten luftspalt, um ein gasförmiges Ionen-Elektronen-Plasma oder ein verdampftes und ionisiertes Elektrodenmaterial pulsförmig zuzuführen, um den Durchschlag zwischen den Primärelektrodenanordnungen 2 und 3 auf Grund eines geeigneten an die Triggerelektrodenanordnung 13 angelegten elektrischen Signals auszulösen. Die Elektrodenanordnung 13 ist in geeigneter Weise mit der Stirnwand 9 hartverlötet.

Die Triggerelektrodenanordnung 13 wird von einem leitfähigen zylindrischen Teil 16 umgeben, der ebenfalls mit der Stirnwand 9 hartverlötet ist und welcher eine elektrisch leitende Verbindung vom Anschluß 1? zur Lichtbogenvorrichtung bewirkt. Eine isolierte Zuführungsleitung 18 zur Triggerelektrodenan-r Ordnung führt durch den Zylinder 16, so daß dieser mit einijr geeigneten Energiequelle verbunden werden kann, die Spannungsimpulse liefert.

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Die zentrale Elektrodenhalterung 6 verläuft durch eine öffnung 20 in der unteren Stirnwand 10, eine hülsenförmige Durchschiagabschirmung 21 und wird von einer Abschlußacheibe 22 gehaltert, die vakuumdicht mit einer keramischen Durchführung 23 verbunden ist, welche ihrerseits wiederum vakuumdicht mit der Stirnwand 10 über einen geeigneten Flansch 24· verbunden ist, der aus einem Chrom-Eisenring oder einer anderen äquivalenten Legierung bestehen kann. In der Halterung 6 ist eine zentral verlaufende Rohrleitung 25 vorgesehen, über die das Gefäß 1 evakuiert werden kann, welche mit einem äußeren Rohrstutzen 26 verlängert ist und im Bereich 27 nach dem Evakuieren des Gefäßes zusammengedrückt wird.

In Fig.3 ist eine weitere Ausführungsform der Erfindung dargestellt. Diese Ausführungsform besitzt eine Anzahl konstruktiver Merkmale, die der Ausführungsform gemäß Fig.1 entsprechen. Derartige Merkmale sind mit gleichen Bezugszeichen versehen. Die Umhüllende 1 oder das evakuierbare Gefäß besteht aus einem zylindrischen Metallteil mit Stirnwänden 9 und 10. Die in der Stirnwand 10 angebrachte öffnung ist vakuumdicht mit einem ringförmigen Flansch 28 verbunden, der aus einer geeigneten Eisen-Nickel-Kc/baldlegierung oder einem äquivalenten Material besteht und an,einer keramischen Durchführung 29 befestigt ist.

Die keramische iDurchführung 29 ist ihrerseits durch eine Abschlußplatte 30 hermetisch abgeschlossen, die in ihrer Mitte eine öffnung trägt, in welche in geeigneter Weise ein langgestreckter flexibler Faltbalg 31 befestigt ist. Der Faltbalg

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wird mit einer Endplatte 32 verschlossen, der seinerseits dieelektrische Halterung 6 im Zentrumsbereich aufnimmt. Da sämtliche Verbindungsstellen vakuumdicht verlötet, verschweißt oder sonstwie miteinander verbunden sind, entsteht ein vakuumdichtes Gefäß 1. Im Inneren des Gefäßes gemäß Fig.3 ist eine erste primäre Elektrodenanordnung 2 zentral gehaltert, die aus einer Vielzahl radial nach außen sich erstreckender Rippen 4 besteht, die geschlitzt sind und zwischen die sich nach innen erstreckenden Rippen 8 der äußeren Elektrodenanordnung 3 eingreifen, die im wesentlichen in derselben Weise wie bei der Ausführungsform gemäß Fig.1 ausgeführt und elektrisch sowie mechanisch mit dem äußeren zylindrischen Teil verbunden sind. Die, wie bereits beschrieben, dünn ausgebildeten Rippen 4 und 8 begrenzen eine Vielzahl elektrisch parallel geschalteter Überschlagsstrecken und stehen im wesentlichen senkrecht zu einer querverlaufenden Ebene. Die Rippen 4 sind mit horizontal und vertikal verlaufenden Schlitzen 11 und 12 versehen, die entsprechend der Ausführungsform gemäß Fig.1 und 2 angeordnet sind. Die Schlitze verursachen einen Stromverlauf in den Rippen, der rückläufig umgelenkt wird und eine gegenseitige Beeinflussung der magnetischen Felder auslöst. Durch die Beeinflussung der magnetischen Felder wird der Stromverlauf vom Zentrum nach außen und entlang der Oberflächen der Rippen 4 und 8 nach unten gedrängt, wodurch eine Konzentration an irgendeinem beliebigen Punkt, insbesondere im Bereich der Ecken der Rippen 4, durch elektromagnetische Bündelung verhindert wird. Dadurch wird auch die Ausbildung von Anodenpunkten auf der Peripherie der Rippe

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verhindert, die eine Erosion und ein Abschmelzen derselben auslösen. Zusätzlich sind die Rippen 4 mit der Elektrodenhalterung 6 nur an dem oberen Teil derselben befestigt, so daH eine zweifache rückläufige Umlenkung des Stromes erfolgt.

Ein metallischer Hing 33 ließt auf der inneren Oberfläche der unteren stirnwand 10 und ist mit diesem elektrisch sowie mechanisch verbunden. Er ist ebenfalls elektrisch mit der ..!Üektrodenanordnung 3 verbunden.

Die Anordnung gemäi· Fig. 3 kann durch eine zentrale Rohrleitung in der Halterung h, die in einen rohrförmigen Fortsatz übergeht, evakuiert werden. Der rohrförmige Fortsatz wird nach dem Evakuieren durch Zusammennuetschen abgedichtet. Die Vorrichtung geinäii Fig. 3 ist als Vakuumschalter oder -Jchaltkreisunterbrecher· ausgeführt. Zum Schalten werden die zwei primären Elektrodenanordnungen 32 und 33 in eine eine elektrische Verbindung herstellende Position gebracht, indem die Elektrodenhalterung i.iit Hilfe des Flansches 34, der das untere Ende der Elektrodenhalterung umgibt, nach unten gezogen wird. Diese Bewegung konn auch durch eine andere entsprechend auf die Elektrodenhalterung aufgebrachte Kraft ausgeführt v/erden. Am Ende der Abwärtsbewegung berühren die unteren Kanten der radial nach aui:en gerichteten Hippen 4 der zentralen Elektrodenanordnung 2 den Kontaktring 33, wodurch die elektrische Verbindung hergestellt wird. Obwohl eine beliebige Vielzahl von Rippen verwendet '..erden Icoim, wird die Kontaktgabe zwischen den Rippen 4 und dem Hing 33 dann

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"besonders ,einfach, wenn nur drei nach außen stehende Rippen "Verwendung finden. Die von dem Vakuumschalter zu beeinflussende schaltung wird an das mit A bezeichnete untere Ende der Elektrodenhalterung 6 einerseits und an geeignete mit B bezeichnete Kontaktstutzen an der Unterseite der Stirnwand 10 andererseits angeschlossen, So kann z.B. zwischen die beiden Anschlüsse eine elektrische Stromquelle in Serie zu einem Verbraucher geschaltet werden, der mit Hilfe des Vakuumschalters an die Stromquelle anschlieBbar ist.

Um den Stromfluß durch den Vakuumschalter zu unterbrechen, wird die Elektrodenhalterung 6 nach oben bewegt, wodurch, sich die unteren Teile der Rippen 4 der Elektrodenanordnung 2 von der Oberfläche des Kontaktringes 33 lösen. Die Longitudinalbewegung der Elektrodenhalterung 6 ist auf Grund des Faltbalges 31 möglich.Beim Ablösen der Rippen 4 bildet sich eine Vielzahl von elektrischen Lichtbogen zwischen den Rippen und dem Kontaktring aus. Da der Strompfad über die Elektrodenhalterung 6, die Elektrodenanordnung 2, den Lichtbogen, den Kontaktring 33, die untere Stirnwand 10 und die Vielzahl der auf der Unterseite der Stirnwand 10 angebrachten Klemmen B einen schleifenförmigen Verlauf aufweist, verursachen die magnetischen Kräfte eine Flußkonzentration im Zentrum der Schleife, welche die Lichtbogen zv/ischen den ßippen der nach innen und nach außen gerichteten Elekbrodenanordnungen nach oben abdrängt, wodurch versucht wird, die gesamte überfläche der Rippen als Kontaktfläche für den elektrischen Lichtbogen auszunützen. Um diese Kraft zu ver-

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stärken, sind Schlitze 11 und 12 in den RipOen 4 vorgesehen, so daß der Stromverlauf eine rückläufige Umlenkung erfährt. Dadurch wird das in Verbindung mit den Lichtbogenstrecken zwischen den Elektroden wirksame Magnetfeld verstärkt, das versucht, alle Anhäufungen von Überschlagsstrecken an den Ecken der Rippen 4 der Elektrodenanordnung 2 zu verhindern und die »Stromübergänge über die gesamte Oberfläche der "Rippen 4 nach oben zu verteilen.

Die Anordnung der elektrischen Stromanschlüsse, wie sie in Fig.3 dargestellt sind, ist äußerst wichtig. Obwohl seit langem eine Verteilung der Überschlagsstrecken mit hoher stromdichte auf eine Vielzahl in üerie und parallel angeordnete Jegmente angestrebt wird, war es bisher nicht möglich, eine derartige Verteilung wirklich zu erreichen. Bei jedem System, bei welchem der Lichtbogen zwischen zwei Elektroden auftritt, ist die Überführung des Lichtbogens auf ein anderes Elektrodenpaar schwierig zu erreichen, da der Lichtbogen immer die Lage mit dem niedersten Energieinhalt sucht. Im vorliegenden Fall werden die magnetischen vom Lichtbogen selbst erzeugten Kräfte in neuartiger Weise dazu benutzt, um den Lichtbogen in den Raum zwischen die radial verlaufenden Rippen abzudrängen. Mit Hilfe der Schlitze 11 und 12 werden die Überschlags strecken zwischen den Rippen von zwei Elektrodenanordnungen gezwungen, sich nach oben über die gesamte Oberfläche der Rippen 4 und 8 zu verteilen. Wenn andererseits die Anschlußklemmen an zwei otellen der Longitudinalach.se

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der Vorrichtung entsprechend Fig.i angeordnet sind und versucht wird, die Riooen in der erwähnten ^T..^Teise zu verwenden, dann v-ürden die sich auf Grund des anfänglichen Lichtbogens zwischen den Rippen und dem Hing 53 einstellenden magnetischen Felder den anfänglich erzeugten Lichtbogen dars.n hindern, sich auf Grund der magnetischen Kraft oder eines anderen Antriebs gleichnä/ig über den gesamten Bereich der Überschlagsstrecken zwischen den Rippen 4 und δ auszubreiten.

'•;oun in den Rippen M- der inneren Elektrodenanordnung 2 die schlitze T! und T-' nicht vorgesehen sind, vürde die auf die ■.".tromüberschläge wirksame verteilte Kraft lediglich versuchen, die Lichtbogen nach euHen gegen die Eckkanten der Rippen M- zu verschieben. Der Lichtbogen würde dort stehenbleiben und auf Grund der hohen stromdichte Anodenpunkte bilden, die die Rippen zerstören. Das Abwandern der 3tromüberschlage nach oben, um die gesamte Oberfläche der Rippe M- zu überdecken, wird durch diese Kraft nicht bewirkt. Wenn dagegen die Entladung über die gesamten Elektrodenanordnungen 2 und M- verteilt wird, entstehen keine Elektrodenpunkte mit hoher 3tromdichte, insbesondere werden die sehr zerstörerisch wirkenden Anodenpunkte vermieden und außerdem wird die gesamte innere Oberfläche des Gefäßes innerhalb des Überschlagsbereichs mit einem Gasplasma ausgefüllt, das den elektrischen Strom zwischen den nach innen und nach außen gerichteten Elektrodenanordnungen überträgt. Der otrom fliegt so lange, bis der erste Hulldurchgang auftritt, bei welchem die ^tromüberschläge verschwinden und das ver-.

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dampfte Metall, das die Ladungsträger bildet, gegen die kalten Wände abwandert, wo es kondensiert, so daß sich das hohe Dielektrikum des ursprünglichen Vakuums wieder ausbildet und hohe, jedoch zulässige Spannungen abhält.

In Fig.4 ist eine mehrstufige, kaskadenförmig angeordnete und triggerbare Vakuum-Lichtbogenvorrichtung gemäß der Erfindung im Schnitt dargestellt. Das evakuierbare Gehäuse 35 umfaßt zwei zylindrische Seitenwände 36 und 37 aus einem Isolationsmaterial, die axial zueinander angeordnet und mit einer Hingelektrode 38 verbunden sind. Die Ringelektrode besitzt zwei ringförmige Flansche für eine Keramik-Metallverbindung 39 und 40. Die Enden des Gefäßes 35 sind mit Kappen 41 und 42 verschlossen, die öffnungen aufweisen und an dem benachbarten zylindrischen Körper über einen ringförmigen Kranz 43 und einen Flansch 44 für die Metall-Keramikverbindung befestigt sind. Eine Triggerelektrbdenanordnung 45 ist in einer öffnung der Kappe 41 angebracht und damit vakuumdicht, verbunden. Eine weitere Triggerelektrodenanordnung 46 ist innerhalb der Kappe 42 angeordnet und mit dieser vakuumdicht verbunden. Über eine Zuführungsleitung 47 wird ein elektrisches Signal an die Triggerelektrodenanordnung 45 und über eine Zuführungsleitung 48 wird ein elektrisches Signal an die Triggerelektrodenanordnung 46 angelegt. Die Zuführungsleitungen 47 und 48 werden durch die Elektrodenanordnung 45 oder 46 Jeweils durch entsprechende hülsenförmige Durchführungen 49 und 50 geführt.

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Die Teile innerhalb des von dem Zylinder 36 umgebenen Gehäuses 35 bilden die erste triggerbare Vakuum-Lichtbogenvorrichtung 60, wogegen die Teile innerhalb dee zylindrischen Gehäuses 37 zu einer zweiten triggerbaren Vakuum-Lichtbogenvorrichtung 70 gehören. Die erste otufe 60 umfaßt eine äußere Elektrodenanordnung 61, die aus einem zylindrischen Teil 62 und einer Vielzahl relativ dünner sich radial nach innen erstreckender Rippen 63 besteht, die parallel zur Längsachse verlaufen. Diese Längsachse verläuft durch das Zentrum der Triggerelektrodenanordnungen 4-5' und 46, um die die zylindrischen Teile 36 und 37 koaxial angeordnet sind. Eine zweite Elektrodenanordnung 64 ist innerhalb der Stufe 60 vorgesehen und besteht aus einer Vielzahl sich radial nach außen erstreckender Rippen 65, die verhältnismäßig dünn sind und eine verhältnismäßig große Fläche aufweisen. Die Rippen 65 sind zwischen den Rippen 63 derart angeordnet, daß sie voneinander etwa gleichen Abstand besitzen. Die Länge der nach außen ragenden Rippen ist geringfügig kürzer als die Länge der nach innen ragenden Rippen 63 der äußeren Elektrodenanordnung 61. Die Rippen 65 der inneren Elektrodenanordnung sind jeweils mit .Schlitzen 11 und 12 versehen, wie diese im Zusammenhang mit Fig.1 beschrieben sind. Durch diese Schlitze wird sichergestellt, daß die elektrische Entladung innerhalb der Stufe 60 gleichmäßig über die gesamte Oberfläche der Rippen verteilt wird. Die Elektrodenanordnung 64· ist mechanisch und elektrisch mit einem ringförmigen Teil 66 verbunden, der seinerseits wiederum mit der Ringscheibe 38 verbunden i3t und von dieser gestützt wird. Im Vcrbindunßfjbereich des ringförmigen Teiles 66 mit der Ring-

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scheibe 38 ist ferner eine zylindrische Durchschlagabschirmung 67 angeordnet. Der Hauptzweck dieser Abschirmung besteht in der Abschirmung metallischer Teilchen, die aus dem Raum innerhalb dor Elektroden austreten und sich auf der Oberfläche der zylindrischen Isolierung 36 ablagern und damit ..inen Kurzschluß bewirken können. Obwohl eine verhältnismäßig kurze Abschirmung dargestellt ist, kann hierfür Jede beliebige Länge und Formgebung benutzt werden, um ein elektrisches PeId von dem Bereich abzuhalten, in dem die zylindrische Isolierung mit dem Ringflansch 39 verbunden ist.

Der Aufbau der zweiten triggerbaren Vakuum-Lichtbogenvorrichtung, d.h. der Stufe 70, ist im wesentliehen gleich der der Stufe 60. Aus diesem Grund sind die entsprechenden Teile mit Bezugszeichen zwischen 70 und 79 versehen, die den Bezugszeichen zwischen 60 und 69 mit der gleichen Einerziffer entsprechen. In der in Fig.4· dargestellten Stufe 60 sind die nach innen ragenden äußeren Rippen in der vollen Ansicht dargestellt, wogegen die inneren nach außen ragenden Rippen teilweise geschnitten sind. In der Stufe 70 sind dagegen die inneren nach außen ragenden Rippen der Elektrodenanordnung in der Gesamtansicht dargestellt und verdecken einen Toil der äußeren nach innen ragenden Rippen. Ein das Plasma übertragender Rohrstutzen 80 ist zwischen den die inneren Elektroden tragenden Halterungen 66 und 67 angeordnet und verbindet die inneren Elektrodenanordnungen 64;und 74 elektrisch. Dadurch entsteht ein offener, ungehinderter Durchgang für das Ionen-Elektronenplasma zwischen

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den unter gegenseitiger Einwirkung stehenden Räumen der Stufe' 60 und 70 während des Betriebs.

über Kontaktanschlüsse 81 und 82 wird die Vorrichtung mit einem elektrischen Verbraucher verbunden, der entweder ge-. schützt,umgeschaltet oder in anderer Weise durch die Wirkung der triggerbaren Vakuum-Lichtbogenvorrichtung gesteuert werden soll. Zwei Kondensatoren· 83 und 84 sind in Spannungsteilerschaltung zwischen die Kontaktanschlüsse 81 und 82 geschaltet und sind mit ihrem gemeinsamen Verbindungspunkt 85 an die Ringscheibe 38 angeschlossen. Einrichtungen, um einen Triggerimpuls an die Triggerelektrodenanordnungen 45 und 46 anzulegen, sind in Form zweier verschiedener, Jedoch gleichzeitig gesteuerter Impulsquellen 86 vorgesehen, welche mit der zugeordneten Zuführungsleitung 49 oder 50 bzw. Kappe 41 oder 42 verbunden sind.

Das für den Aufbau gemäß Fig.4 verwendete Material entspricht im wesentlichen dem Material, das für die entsprechenden Teile der Vorrichtung gemäß Fig.1 Verwendung findet. So wird z.B. für die Hochspannungsisolatören 36 und 37 eine Fosterit-Keramik oder hochverdichtetes Aluminiumoxyd verwendet. Die Elektrodenanordnungen 61, 64 und 71 sowie die Teile 66, 67, 76, 77 und 74 werden aus einem extrem reinen, vorzugsweise in einem JSonensohmelzverfahren gereinigten Material hergestellt, das z.B. '- aus Kupfer bestehen kann, in dem weniger als 1 Teil in 10⁶ Teilen gasförmiger oder gasbildender Verunreinigungen enthalten Bind, wobei insbeeondere Sauerstoff oder Sauerstoff enthaltente

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Verunreinigungen in Betracht kommen. Die übrigen metallischen Teile, wie z.B. die Kappen 43 und 44 sowie die Ringscheibe 38, sollten aus einem Metall hoher Reinheit hergestellt werden, wie z.B. Kupfer, rostfreiem Stahl oder Nickel, die entgast sind, um Gaseinschlüsse oder gasbildende Materialien auszuschließen. Diese Metalle brauchen jedoch nicht die hohe Reinheit der Elektrodenmaterialien aufzuweisen. Vor der Inbetriebnähme wird die Anordnung auf einen Druck von 10. mm Hg oder weniger evakuiert, um die durch ein gutes Vakuum bedingten Eigenschaften zu erhalten*

Für den Betrieb wird angenommen, daß die Vorrichtung zur Umschaltung vom nichtleitenden in den leitenden Zustand verwendet wird,, wobei an den Klemmen 81 und 82 eine hohe Spannung liegt. Die an diese Klemmen 81 und 82 angelegte Spannung wird durch die Kondensatoren 85 und 84 geteilt, so daß ein Teil der angelegten Spannung an den beiden in Serie liegenden Überschlagsstrecken der Stufen 60 und 70 liegt. So liegt z.B. ungefähr die Hälfte der angelegten Spannung am Kondensator 83 und somit an den Rippen der Elektrodenanordnungen 61 und 64. Die andere Hälfte der angelegten Spannung liegt am Kondensator 84 und ist somit an den Hippen der Elektrodenanordnungen 71 und 74 wirksam.

Wenn die Vorrichtung betrieben werden soll, um ζ·Β. die Spannung zwischen den Klemmen 81 und 62 kurzeuschließen oder umzuschalten, wird mit einer vorgegebenen Steuerung ein positiver

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Impuls von 50 bis 5000 Volt verursacht, jenachdem, wie große die abgehaltene Spannung und die Abmessungen der Überschlagsstrecken zwischen den Elektroden sind. Wenn die angelegte Netzspannung eine einseitig wirkende Spannung ist, ist nur eine der primären Elektrodenanordnungen 61 oder 71 mit den beiden Triggeranordnungen 45 und 46 verbunden und ist negativ. Eine positive an die mit der negativen Elektrode verbundene Triggeranordnung angelegte Triggerspannung verursacht einen Durchbruch zwischen der Elektrodenanordnung und der Anode der zugeordneten Triggeranordnung. Wenn dagegen die an die Klemmen 81 und 82 angelegte Spannung eine Wechselspannung ist, ist die eine der beiden Elektrodenanordnungen 61 und 71 negativer als die andere und die zugeordnete Triggeranordnung 45 oder 46 erfährt einen Durchbruch, wodurch ein Elektronen-Ionenplasma in den Raum zwischen den Elektroden der zugeordneten primären Elektrodenanordnung injiziert wird. Nimmt man an, daß der anfängliche Durchbruch im Spalt zwischen den Elektrodenanordnungen 61 und 64 erfolgt, dann wird ein Puls eines Elektronen-Ionenplasmas in den Raum zwischen den Elektroden der Anordnungen 61 und 64 injiziert und verursacht den Aufbau eines Hochspannungs-Lichtbogens. Beim Aufbau des Lichtbogens entlädt sich der Kondensator 83 über die entsprechenden Verbindungen der zugeordneten Elektroden, wodurch das Auslöschen des Lichtbogens verhindert wird und der Aufbau eines über die Gesamtfläche der schmalen Rippen 63 und 65 der Elektrodenanordnungen 61 und 64 verteilten Lichtbogens ermöglicht wird. Nachdem sich der volle Lichtbogen an der übirschlagsstrecke zwischen den Elektrodenanordnungen

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und 64 ausgebildet hat, wird das dabei erzeugte Elektronen-Ionenplasma durch den Rohrstutzen 80 in den Raum zwischen den Rippen der Elektrodenanordnungen 71 und 74 der getriggerten Stufe 70 gedrängt. Mit der Ausbildung des Lichtbogens zwischen den Elektroden 61 und 64 wird im wesentlichen die gesamte Spannung zwischen den Klemmen 81 und 82 am Kondensator 84 wirksam. Wenn diese hohe Spannung in Anwesenheit des von der in der Stufe 60 in die Stufe 70 verdrängten Elektronen-Ionenplasmas an die Elektroden 71 und 74 angelegt wird, bildet sich innerhalb einer Zeit von weniger als 1 Mikrosekunde nach dem anfänglichen Durchschlag in der Stufe 60 ein Lichtbogen zwischen diesen Elektroden 71 und 74. aus. Nachdem sich der Lichtbogen zwischen den Elektrodenanordnungen 71 und 74 aufgebaut hat, entlädt sich der Kondensator 83 -über diesen Lichtbogen, so daß der Strom von der Klemme 81 über die Überschlagsstrecke zwischen den Elektroden 61 und 64 und dann über die Überschlagsstrecke zwischen den Elektroden 71 und 74 zur Klemme 82 fließt. Dabei verteilt sich die Spannung im wesentlichen gleich über die beiden Lichtbogenstrecken, so daß die sich an den Elektroden ausbildende Erosion nicht größer ist als diejenige, welche sich bei einer Lichtbogenstrecke zwischen den Klemmen ausbilden würde. Wie bereits erwähnt, kann die Erosionserscheinung an einer Elektrode verringert und im wesentlichen eliminiert werden, indem Schlitze an der inneren nach außen sich erstreckenden Elektrodenanordnung vorgesehen! werden, durch welche ein rückläufiger Strom- ;rlauf ausgebildet wird. Dieser rückläufige Stromverlauf ver- <

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ursacht ein resultierendes Magnetfeld, das den Lichtbogenstrom' gleichmäßig über die Oberflächen der entsprechenden Elektrodenrippen verteilt und eine Häufung an den Ecken der Elektrodenrippen verhindert, durch welche die zerstörerischen und die Elektrodenrippe erodierenden Anodenpunkte verursacht werden.

Diese Ausfuhrungsform der Erfindung gewährleistet beim Betrieb, / daß durch die Hintereinanderschaltung einer Vielzahl getrigger-. ter Vakuum-Lichtbogenvorrichtungen das Auftreten hoher Spannungen verhindert werden kann, da sich die angelegte Spannung gleichmäßig über die Anzahl der hintereinandergescnalteten Überschlagsstrecken verteilt, so daß die an der einzelnen Überschlagsstrecke auftretende Spannung kleiner wird und sich im wesentlichen keine Anodenpunkte ausbilden, die eine Erosion bewirken.

In Fig.5 ist eine abgeänderte Ausführungsform der geschlitzten unteren Anodenanordnung 7^ der Stufe 70 gemäß Fig.4 dargestellt. Aus dem Vergleich der Darstellungen gemäß Pig.5 und Fig.6, welche eine Ansicht der Elektrodenanordnung 74- gemäß Fig.4- ist, geht hervor, daß die Schlitze 12 bei der Ausführungsform gemäß Fig.5 nicht so weit wie bei der Ausführungsform gemäß Fig.6 ^; nach oben verlaufend ausgebildet sind, bei der auoh die horizontal verlaufenden Schlitze in einem Abstand von zumindeat zwei Drittel der Gesamtlänge von der unteren Kante der Rippe '"entfernt angeordnet Bind. Bei der Schi it ζ anordnung gemäß Fig. 5 hat sich jedoch eine geringfügige Erosionsausbildung gezeigt,

/ßich
obwofrr ein rückläufiger Stromverlauf in der beschriebenen Weise

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ausbildet. Dies ist der Fall, da die nach innen gerichteten Rippen 8 der Elektrodenanordnung 4 gemäß Fig.1 im wesentlichen im Bereich der vertikalen Schlitze 12 gemäß Fig.5 enden, so daß sich eine Tendenz für die Ausbildung der Anodenpunkte im Bereich der vertikalen Schlitze 12 ergibt. Auf Grund des Experiments hat sich ergeben, daß die vertikalen Schlitze 12 die Ebene der Elektroden 4 nicht in einem Bereich durchsetzen sollen, der nahe bei der inneren Kante der nach innen gerichteten Rippen 8 der Elektrodenanordnung 4 liegt. Obwohl dies bei der dargestellten Ausfuhrungsform gemäß Fig.6 der Fall ist, ist es offensichtlich, daß die Anordnung der vertikalen Schlitze in der Fig.6 nur für eine bestimmte Konfiguration des Gesamtaufbaus von Nachteil sein können. Die Schlitze sind deshalb jeweils der Konfiguration des speziellen Aufbaus entsprechend anzuordnen. Es genügt in diesem Zusammenhang darauf hinzuweisen, daß die vertikalen Schlitze in die nach außen gerichteten Rippen eingeschnitten werden sollten, so daß sie die Oberfläche der Rippe nicht in einem Bereich durchsetzen, der in der Nähe der innenliegenden Kante der nach innen gerichteten Rippen 8 der äußeren Elektrodenanordnung 4· liegt.

Die Anordnung der Schlitze in den dargestellten Rippen ist zur Vermeidung der Ausbildung von Anodenpunkten vorteilhaft geeignet. Dies ist insbesondere unabhängig von dem für die Herstellung der Elektroden verwendeten Materialien der Fall. Insbesondere brauchen keine weiteren Maßnahmen getroffen wer-

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den, wenn die Elektroden aus einer Legierung hergestellt sind, die besonders hart ist, z.B. aus Kupfer mit geringen Anteilen aus Berylium, Nickel, Zinn oder Blei. Ss sei jedoch hervorgehoben, dal' dieselben magnetischen Kräfte, die die Verschiebung des Lichtbogens um die Kanten der inneren nach außen gerichteten Hippen verursachen und damit die Ausbildung von Anodenpunkten im Bereich der äußeren Kante der Rippe verhindern, ebenfalls enorme Kräfte entwickeln, die von den Sippen selbst aufgenommen /erden müssen. Die vorausstehend genannten Kupferlegierungen und andere hochbeanspruchbare Materialien sind ausreichend ™ starr und nachgiebig, um diesen magnetischen Kräften zu xiiderstehen. Insbesondere wurden keine schädlichen Wirkungen festgestellt, uenri die Cchlitze nicht zu tief und in der Längs ausdehnung nicht zu hoch verlaufen (siehe Fig.5)· Wenn {jedoch ^lekbroden aus sehr reinem Kupfer oder sehr reinem Zinn hergestellt v/erden, oder ein anderes, relativ weiches Material in vorh'jltnismä'-'ig reinem Zustand oder relativ weiche Legierungen verwendet werden, und wenn außerdem die Schlitzführung derart in!;, da.ß die mechanische Festigkeit; der Hi open geschwächt wird, m k^;.>nnen die mechanischen Kräfte, die infolge der rückläufigen .-br ότι führung in der Hippe von den Magnetfeldern erzeugt v/ordon, versuchen, dan von dem horizonbal und vertikal verlaufendem -chlitz umgebenon lV;il V;v :ii:>ne n-ioh außen zu biegen. \.ltv~. dorarbige Vopbiegun^ der Hi roe k.-mn unterbunden werden, wenn keine v/eiche I⁷Ni-Ori.rtli'-_;n verwendet v/erden und die i'-chlitzführung derart i:;¹., d-'.: keine .-/or; en bliche .clr-'ächunp; auftritt.

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In Fig.7 ist eine Ausfuhrungsform der zentralen Elektrodenanordnung dargestellt, die die vorher genannten Schwierigkeiten. überwindet. Bei dieser Ausführungsform verläuft der horizontale schlitz 11 nicht ganz bis zur Kante der Rippe 4, sondern endet innerhalb eines Bereiches von etwa 2,5 cm vor der Kante. Im übrigen entspricht die Schlitzführung der der Ausführungsform gemäß Fig.6. Durch Versuche hat sich ergeben, daS der btromverlauf im wesentlichen dem sich bei der A.us führungs form gemäf-Fig.5 ergebenden Stromverlauf entspricht. Dies ist der Fall, da der otromverlauf vom unteren zum oberen Teil der Rippe über den schmalen nicht geschlitzten Bereich am Ende des horizontalen Schlitzes 11 nur sehr gering ist, im Vergleich zu dem über die rückläufige Strecke sich ergebenden Stromverlauf, woraus sich auch keine wesentliche nachteilige Veränderung des Magnetfeldes ergibt, das von dem rückläufigen otromverlauf abhängig ist.

In Fig. 8 ist eine weitere Aus führungs form der /,chlit ζ führung gt in der inneren Elektrodenanordnung dargestellt. Bei .'ar./endungsfällen, bei denen sich der durch den nicht eingeschnittene/i ¹Jcil ergebende .Stromfluß verhältnismäßig hoch ist, oder wenn v.u., Fabrikationsgründen der schlitz möglichst zweckmä¹". in; und i:o' i.ensparend hergestellt werden soll, kann der ^clilitz mit z.3. eLnor Bandsäge, wie bei der Auoführungsform gemäß Fig.5 ausgeführt './erden und von oben in die Rippe ein -boch 90 gebohrt werden,

G durch den ;Jchlita I'¹ hindurch nach unten verläuft. In dieses Loch 90 wird ein rostfreier .'tahlntift 9'¹ eingeco t.zt;,

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der einen darchmesserverengten Bereich 92 aufweist. Der Stift uird so weit eingeführt, daß der durchmesεerverengte Bereich 92 im Bereich des Schlitzes liegt und keinen unmittelbaren Kontakt mit Teilen der Hippe aufweist. Da der rostfreie Stahlstift 91 verhältnismäßig stabil ist und eine sehr schlechte elektrische Leitfähigkeit besitzt, bietet er einen ausreichenden Widerstand gegen die magnetischen Kräfte, die die Rippe zu verbiegen suchen und überträgt andererseits nur einen geringen elektrischen Strom, so daß die Wirkungsweise der geschlitzten Rippe im wesentlichen der gemäß Fig.6 entspricht, wobei jedoch eine Deformierung auf Grund des magnetischen Feldes und dessen Einfluß auf die Rippe verhindert wird. An stelle eines rostfreien Stahls kann für den Stift jedes andere Material Verwendung finden, das eine ausreichend schlechte elektrische Leitfähigkeit aufweist und genügend widerstandsfähig gegen eine Verbiegung ist.

In Fig.9 ist eine weitere Ausführungsform der Schlitzführung dargestellt, bei der der Schlitz in Form einer weich verlaufenden Kurve ausgeführt ist. Eine derartige Schlitzführung ist vom Standpunkt der Herstellung aus äußerst geeignet und kann mit Hilfe einer Bandsäge leicht ausgeführt werden. Die funktioneile Wirkungsweise dieses Schlitzmusters gemäß Fig.9 entspricht im wesentlichen den Schlitzausführungen gemäß Fig.5 und 6. Da jedoch dieselben Kräfte auf die Rippe einwirken und diese bei einer Ausführung mit einem verhältnismäßig weichen Material zu verbiegen suchen, ist es ratsam, die an Hand

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von Fig.8 beschriebene Maßnahme zu übernehmen, um dies zu verhindern. Zu diesem Zweck wird ein Loch durch die nicht dargestellte Scheibe 5 in die Rippe 4- gebohrt und ein geeigneter rostfreier Stahlstift eingesetzt. An Stelle des Stahlstiftes kann auch ein anderes Material Verwendung finden, das ausreichend hart ist und geringe elektrische Leitfähigkeit besitzt.

In Fig.10 ist ein Vakuumschalter als weitere Ausführungsform der Erfindung dargestellt. Der Vakuumschalter wird von der Position der Kontaktgabe zur Kontaktunterbrechung verdreht, indem die zentrale Elektrodenhalterung 6 gedreht wird. Das Vakuumgefäß der Ausführungsform gemäß Fig.10 besteht im wesentlichen aus einem zylindrischen metallförmigen Teil 100 einer oberen geschlossenen Abschlußkappe 101 und einer unteren tiefgezogenen und mit einer öffnung versehenen Platte 102. Der Teil 100 besteht aus einem gut leitfähigem Material, wie z.B. Kupfer. Die Teile 101 und 102 sind aus einem geeigneten gasdichten isolierenden dielektrischen Material, wie z.B. einer Aluminiumoxydkeramik, hergestellt. Der mit einer öffnung versehene Teil 102 ist mit der zylindrischen Seitenwand 100 über einen Ringflansch 105, der vorzugsweise aus einer Fernico-Legierung besteht, vakuumdicht verbunden. Ein vakuumdichtes Hülsenlager 104 ermöglicht eine begrenzte Verdrehung der zentralen Elektrodenhalterung. Die Anordnung besteht aus einer stabförmigen Halterung 105, auf der eine Hülse 106 angeordnet ist, die vakuumdicht mit Hilfe eines keramischen

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Ringflansches 107 mit der Abschlußkappe 102 verbunden ist. Der elektrische Anschluß erfolgt über die Elektrodenhalterung 105 und ist durch einen entsprechenden Pfeil 108 in der Zeichnung dargestellt. Der zweite Anschluß,der durch einen Pfeil 110 angedeutet ist, erfolgt über die Anschlußstifte 109 an der zylindrischen Seitenwand 100. Wie in der Fig.10 schematisch dargestellt, kann an diese Anschlüsse eine mit einem Verbraucher 112 in Serie geschaltete Stromquelle 111 angeschlossen werden.

Im Bebrieb wird die nach der Fabrikation auf einen Druck von weniger als 10"-^ mm Hg evakuierte Vorrichtung dazu benutzt, um einen geschlossenen Stromkreis, in welchem sich die Elektroden berühren, durch eine leichte Drehung der zentralen Elektrodenhalterung zu unterbrechen. Die Kontaktgabe wird dadurch hergestellt, daß sich die Rippen, die im wesentlichen senkrecht zu derselben ^uerebene stehen, gegenseitig berühren. Um den KontaktbereicL zu vergrößern, können sowohl die inneren als auch die äußeren Rippen an den Enden geballt ausgeführt sein, damit sie bündig aneinander anliegen. Es ist auch eine Folge dieser ballig verlaufenden Oberflächen, daß eine Vielzahl paralleler Lichtbogen beim Trennen der Elektroden auftreten. Mit zunehmendem Lichtbogenstrom breitet sich die Entladung im wesentlichen über die gesamte Oberfläche der Rippen aus. Da der Lichtbogen beim ersten Nulldurchgang erlöscht, was bei einem 60 Hz Wechselstrom in einer Zeit von weniger als 8 Millisekunden der Fall ist, haben die Rippen nicht ge-

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nügend Zeit, sich so weit zu trennen, daß sich der Lichtbogen über die rückwärtige Oberfläche der beweglichen Rippe und die rückwärtige Oberfläche der feststehenden benachbarten Rippe ausbreiten kann. Damit bildet sich der Lichtbogen in dem Schalter nur zwischen den aneinander anliegenden Rippen aus, die beim Unterbrechen des Stromkreises durch die Drehbewegung voneinander getrennt v/erden. Der Lichtbogen kann sich nicht v;oanders ausbilden auf Grund der Tatsache, daß es mechanisch nicht durchführbar ist, den zwischen der rückwärtigen oeite der feststehenden und beweglichen Rippen befindliche .Jpalt innerhalb einer Zeit von weniger als 8 Millisekunden soweit zu verringern, daß sich ein Überschlag ausbilden kann.

Die Erfindung bietet den Vorteil, daß bei einer Vorrichtung nach den Ausführungsformen gemäß den Fig.1 bis 9 auf Grund der Schlitze 11 und 12 in den nach außen gerichteten Rippen der inneren Elektrodenanordnung magnetische Kräfte auftreten, die die Lichtbogen über die gesamte Oberfläche der entsprechenden Rippen ausbreiten und dadurch die Ausbildung von zerstörerisch wirkenden Anodenpunkten verhindern.

Wie aus dem vorausgehenden erkenntlich, bietet die Erfindung die Möglichkeit, bei Vakuum-Lichtbogenvorrichtungen, v/ie z.B. triggerbaren Vakuumschaltern oder triggerbaren Oberschlagsstrecken, die Elektroden derart auszubilden, daß die Entstehung von Anodenpunkten, die die Oberfläche der Elektroden zerstören, verhindert wird. Dies wird durch eine geeignete

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Schlitzführung in den Rippen der inneren Elektrodenanordnung erreicht, wodurch sich eine rückläufige otromführung ausbildet, die ein Magnetfeld erzeugt, das die überSchlagsstrecken gleichmäßig über die gesamte Fläche der Elektrodenrippen ausbreitet. Durch diese Verteilung über die gesamte Elektrodenfläche wird die Stromdichte verhältnismäßig niedrig gehalten. Damit vfird der Grenzwert des Stromes nicht überschritten, der für die Entstehung von Anodenpunkten erforderlich ist. Auf Grund dieser vorteilhaften Ausbildung können Vakuum-Lichtbogenvorrichtungen mit einem viel höheren Strom beaufschlagt werden, ohne daß eine zerstörerische Erosion auftritt.

Patentansprüche

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Claims (9)

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1. Vakuum-Lichtbogenvorrichtung mit einem auf einen Unterdruck von 10"-³ mm Hg evakuierten teilweise aus dielektrischem Material bestehenden Gefäß, einer ersten primären Elektrodenanordnung aus einer Vielzahl dünner, im wesentlichen ebener und vom Gehäuse nach innen sich erstreckender Rippen, die senkrecht zu einer quer durch das Gehäuse verlaufenden Ebene angeordnet sind, einer zweiten primären Elektrodenanordnung aus einer Vielzahl dünner, im wesentlichen ebener und gegen das Gehäuse sich erstreckender Rippen, die ebenfalls senkrecht zu der quer durch das Gehäuse verlaufenden Ebene angeordnet sind und zwischen die Rippen der ersten Elektrodenanordnung derart hineinragen, daß eine Vielzahl von Überschlags strecken entsteht, an denen sich eine Vielzahl von Durchbrüchen unter Vermeidung einer hohen Stromdichte ausbildet, Einrichtungen, um die Elektrodenanordnungen an ein Versorgungsnetz anzuschließen, und mit Einrichtungen, um in einer vorgegebenen Zeit eine ausreichende Menge eines Elektronen-Ionenplasmas zwischen den überschlagsstrecken auszubilden, wodurch eine Vielzahl elektrischer, parallelliegender Lichtbogen innerhalb des Gefäßes entsteht, die ■ eine hohe Energie ohne Ausbildung von die Elektroden zerstörenden Anodenpunkten übertragen, dadurch g e k e η η -

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zeichnet, daß die Rippen von zumindest einer Elektrodenanordnung Schlitze aufweisen, die zumindest über einen wesentlichen Teil der Rippe in einem radial gelegenen Bereich derselben verlaufen und einen Stromverlauf mit rückläufiger Stromumlenkung bedingen, wodurch magnetische Felder erzeugt werden, die eine Verteilung der Lichtbogen über große Oberflächenteile der Rippen erzwingen.

2. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeich'-n e t, daß die schlitze in den Rippen der inneren Elektrodenanordnung angebracht sind.

3. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Schlitze in den inneren und äußeren Elektrodenanordnungen angebracht sind.

4-, Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Schlitze aus einem ersten, im wesentlichen senkrecht zur Längsachse der Vorrichtung verlaufenden Teil und einem zweiten, im wesentlichen parallel zur Längsachse der Vorrichtung verlaufenden Teil bestehen, die ineinander übergehen, und daß der senkrecht zur Längsachse der Vorrichtung verlaufende Schlitz ungefähr um zumindest zwei Drittel der Gesamtlänge der Elektrodenanordnung von dem Ende der Anordnung entfernt ist, an welchem das Elektronen-Ionenplaama zuerst erzeugt wird.

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5. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Schlitze aus einem ersten, im wesentlichen senkrecht zur Längsachse der Anordnung und einem zweiten, im wesentlichen parallel zur Längsachse der Anordnung verlaufenden Schlitzabschnitt "bestehen, die ineinander übergehen und in einem Abstand von ungefähr zumindest zwei Drittel des Abstandes von der aktiven Kante angeordnet sind, v;elche der anderen Elektrodenanordnung am nächsten liegt.

6. Vorrichtung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Schlitze aus einem ersten, im wesentlichen senkrecht zur Längsachse der Vorrichtung verlaufenden Schlitz und einem zv/eiten, im v/esentlichen parallel zur Längsachse der Vorrichtung verlaufenden Schlitz bestehen, daß der erste Schlitz in einem Abstand von ungefähr zumindest zwei Drittel der Länge der Kippe von demjenigen Ende angeordnet ist, an welchem das Elektronen-Ionenplasma zuerst auftritt, daß der zweite Schlitz in einem Abstand von zumindest etwa zv/ei Drittel der Breite der Rippe von der Kante derselben angeordnet ist, welche der außenliegenden Elektrodenanordnung am nächsten liegt, und daß der erste und der zweite Schlitz ineinander übergehen.

7. Vorrichtung nach Anspruch 6, dadurch gekennzeich net, daß der erste Schlitz nicht ganz bis zur Kante der Rippe verläuft und in einem Abstand davon endet, welcher aus reichend ist, um eine Verbindung der durch den Schlitz ge-

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trennten Teile der Rippe zu schaffen, die mechanisch ausreichend fest ist, um eine Deformation der Rippe infolge konzentrierter magnetischer Kräfte zu vermeiden und die schmal genug ist, so daß sie auf die rückläufige 3tromumlenkung in der Rippe einen vernachlässigbaren Einfluß ausübt.

8. Vorrichtung nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, da£ der erste Schlitz bis zur Kante der Rippe verläuft, und daß eine Bohrung in der Rippe vorgesehen ist, die im wesentlichen parallel zur Längsachse der Vorrichtung verläuft und einen ^tift hoher mechanischer Biegefestigkeit aufnimmt, der eine Deformation der Rippe während der Einwirkung der magnetischen Kräfte verhindert und außerdem eine schlechte elektrische Leitfähigkeit aufweist.

9. Vorrichtung nach Anspruch 8, dadurch gekennze ichn e t, daß der Stift aus rostfreie» Stahl und die Elektrode aus Kupfer hoher Reinheit besteht.

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