DE4447391C1 - Vakuumschalter - Google Patents

Description

Die Erfindung liegt auf dem Gebiet der elektrischen Schalter und ist bei der konstruktiven Ausgestaltung von Hochstrom­ schaltern anzuwenden, deren Kontaktstücke in einer evakuier­ ten Schaltkammer angeordnet und auch zum Schalten von Gleichströmen geeignet sind.

Die beim Schalten von Gleich- und nieder- oder hochfrequenten Wechselströmen zwischen den geöffneten Kontaktstücken auftre­ tenden Lichtbögen müssen durch geeignete Maßnahmen zum Erlö­ schen gebracht werden. Im Niederspannungsbereich sind hierzu Lichtbogen-Löscheinrichtungen gebräuchlich, die aus einer seitlich der Schaltstrecke angeordneten Löschkammer bestehen, die aus sogenannten Löschblechen aufgebaut ist. In diese Löschkammer wird der sich zwischen den Kontaktstücken ausbil­ dende Lichtbogen z. B. mittels einer ein Magnetfeld erzeugen­ den Blasspule über die Lichtbogen-Löschbleche bzw. Leitbleche getrieben. Hierbei erfährt der Lichtbogen durch die Lösch­ bleche eine Aufteilung in mehrere kurze, in Reihe brennende Teillichtbögen, denen an den kalten Blech- und Wandoberflä­ chen der Löschkammer Energie entzogen wird; gleichzeitig wird durch die Reihenschaltung der Teillichtbögen die Lichtbogen­ brennspannung auf einen mehrfachen Wert angehoben. Der durch den intensiven Energieentzug entstehende hohe Lichtbogengra­ dient führt somit zum Erlöschen des Lichtbogens.

Zum Schalten von Wechselströmen im Nieder- und Mittelspan­ nungsbereich sind darüber hinaus Schalter in Gebrauch, deren eigentliches Schaltelement von einer Vakuumschaltkammer gebildet wird, die im wesentlichen aus einem evakuierten Gehäuse mit zwei innerhalb des Gehäuse angeordneten Kontakten besteht; von diesen Kontakten ist der eine unter Verwendung eines Faltenbalges bewegbar angeordnet. Bei einem derartigen Schaltelement wird das Erlöschen des Schaltlichtbogens über­ wiegend durch den periodisch wiederkehrenden Stromnulldurch­ gang bewirkt, wobei die elektrische Isolierfestigkeit des Vakuums das Wiederzünden des Schaltlichtbogens über die Schaltstrecke bei wiederkehrender Spannung verhindert.

Man hat bereits versucht, Vakuumschaltkammern bzw. -röhren auch zum Schalten von Gleichströmen einzusetzen. Hierbei wird der Vakuumschaltkammer als eigentlichem Schaltelement eine Reihenschaltung aus einem Kondensatorkreis und einem weiteren Schaltelement parallel geschaltet. Mit Hilfe des weiteren Schaltelementes wird beim Schaltvorgang über die geöffnete Schaltstrecke der Vakuumschaltkammer eine dem zu unterbre­ chenden Strom entgegengesetzt gerichtete Entladung des Kon­ densatorkreises eingeleitet, die über die Schaltstrecke der Vakuumschaltkammer einen synthetischen Stromnulldurchgang erzwingt (Zwangskommutierung).

Für die hierbei verwendeten Kondensatorkreise sind Kondensator-Batterien erforderlich, deren Kapazitäten in der Größenordnung von mehreren µF liegen (DE 26 08 264 A1, EP 0 178 733 A2, Aufsatz "DC Braking Tests up to 55 kgA in a single vacuum interrupter", IEEE Trans­ actions on power delivery, Vol. 3, No. 4, 1988, Seiten 1732 bis 1738, US 3 548 256).

Zum Schalten von Gleichströmen mit einer Stromstärke bis zu etwa 100 A mittels einer Vakuumschaltröhre ohne eine parallel zur Schaltstrecke angeordnete Kondensatorkreisbatterie ist weiterhin ein Schalter bekannt, der in üblicher Weise ein den Schaltantrieb für das eigentliche Schaltelement enthaltendes Gehäuse aufweist und bei dem die das Schaltelement bildende Vakuumschaltröhre in ebenfalls üblicher Weise eine Schalt­ strecke aufweist, die von einem feststehenden Kontaktstück und einem dazu axial bewegbaren Kontaktstück gebildet ist. Bei dieser Vakuumschaltröhre sind die Kontaktflächen der beiden Kontaktstücke in zwei zueinander parallelen Ebenen angeordnet. Die beiden Kontaktstücke sind darüber hinaus unterschiedlich ausgebildet, um den beim Schaltvorgang auf­ tretenden Lichtbogen zu beeinflussen. So ist das eine zylin­ drisch ausgebildete und als Kathode geschaltete Kontaktstück an seiner Stirnfläche mit einer zylindrischen Ausnehmung versehen, in deren Bodenbereich radial nach außen verlaufende Bohrungen oder eine flache Hinterdrehung angeordnet sind. Das andere, ebenfalls zylindrisch ausgebildete und als Anode geschaltete Kontaktstück ist an seiner Stirnseite mit einer zylindrischen Erhebung versehen, deren Durchmesser kleiner als der Durchmesser der zylindrischen Ausnehmung in dem als Kathode geschalteten Kontaktstück gewählt ist. Durch das vom Lichtbogen erzeugte Magnetfeld sollen die Lichtbogenpfade in die radial verlaufenden Bohrungen bzw. in die Hinterdrehung hineingetrieben werden, wobei die Lichtbogenfußpunkte zum Erlöschen kommen und somit der Lichtbogen-Entladungsstrom zu fließen aufhört. Zur Verstärkung der Wirkung des erzeugten Magnetfeldes können in den zylindrischen Kontaktstücken zentrisch angeordnete Permanentmagnete vorgesehen sein (US 3 131 276). - Diese theoretisch bekannte Ausgestaltung eines Vakuumschalters hat zu keiner allgemein praktizierten Anwendung geführt.

An sich ist weiterhin eine Vakuumschaltröhre bekannt, deren Kontaktstücke jeweils aus einem Kontaktträger aus einem gut stromleitenden Material und aus einem aufgesetzten Kontaktelement bestehen, wobei die Kontaktflächen der Kontaktelemente in zwei zueinander parallelen Ebenen angeordnet sind und die beiden Kontaktelemente zusätzlich mit zwei konzentrisch zueinander angeordneten, käfigartigen Stromführungselementen versehen sind, zwischen denen ein Lichtbogen geführt werden kann (JP 56-63 723).

Ausgehend von einem elektrischen Schalter mit den Merkmalen des Oberbegriffes des Patentanspruches 1 liegt der Erfindung die Aufgabe zugrunde, die Vakuumschaltkammer so auszubilden, daß mit ihr ebenfalls Gleichströme auch oberhalb von 100 A ohne Einsatz einer Zwangskommutierung sicher unterbrochen werden können.

Zur Lösung der genannten Aufgabe sind gemäß der Erfindung folgende Maßnahmen vorgesehen: Die Kontaktelemente bestehen aus einem Material mit einem Schmelzpunkt oberhalb 1200°C und mit positiver magnetischer Suszeptibilität; weiterhin weist der von den Kontaktträgern und den Kontaktelementen gebildete Strompfad zur Erzeugung eines sowohl axial als auch radial als auch in Umfangsrichtung ausgerichteten Magnetfel­ des im Bereich der Schaltstrecke zwei radial verlaufende Abschnitte auf, deren axiale Entfernung von der zwischen den Kontaktelementen befindlichen Lichtbogenbrennstrecke unterschiedlich ist; schließlich sind elektrisch parallel zur Schaltstrecke ein oder mehrere Kondensatoren angeordnet, deren Gesamtkapazität wenigstens das 10²-Fache und höchstens das 10⁵-Fache der Kapazität der beiden im Abstand des Schalthubes zueinander befindlichen Kontaktelemente beträgt.

Zum Auffinden dieser Lösung wurde zunächst ein theoretisches Erklärungsmodell erstellt, das die bislang bestehenden Hinde­ rungen und Schwierigkeiten beim Schalten von Gleichströmen mittels Vakuumschaltkammern erklären kann. Danach führen die beim Öffnen der Kontaktstelle auftretenden plötzlichen Ände­ rungen der Strom- und Spannungsverhältnisse zu hochfrequenten elektrischen Schwingvorgängen (Ausgleichsschwingungen). Frequenzen und Amplituden dieser Ausgleichsschwingungen werden von den elektrischen Kenngrößen aller einzelnen Ele­ mente des gesamten Schaltkreises bzw. aller am Ausschaltvor­ gang beteiligten Stromkreise bestimmt, wobei sich die einzel­ nen Ausgleichsvorgänge zu einem Gesamtausgleichsvorgang überlagern. Von den einzelnen Ausgleichsvorgängen sind die des Schaltelementes mit geöffneten Kontakten und die des sich zwischen den Kontaktelementen ausbildenden Lichtbogens von besonderer Bedeutung. Beide Ausgleichsvorgänge liegen in einem relativ hohen Frequenzbereich (MHz-Bereich), überlagern sich resonanzartig und führen zu lokalen Wiederzündungen von Lichtbögen. Die gemäß der Erfindung vorgesehenen Maßnahmen zielen daher darauf ab, diese beiden verschiedenen, jedoch elektrisch gekoppelten Schwingungsvorgänge frequenzmäßig zu entkoppeln, ihre Einzel-Amplituden zu dämpfen und damit insgesamt die zwischen den beiden Kontakten anstehende Ge­ samtamplitude zu verringern.

Bei einer gemäß der Erfindung ausgestalteten Vakuumschaltkam­ mer wird somit einerseits durch die Verwendung von hoch­ schmelzendem und damit abbrandfestem Kontaktmaterial mit positiver magnetischer Suszeptibilität und durch die Erzeu­ gung von den Lichtbogen beeinflussenden Magnetfeldern die Frequenz der durch den Lichtbogen bedingten Schwingvorgänge herabgesetzt und deren Amplitude verringert; andererseits werden durch die Parallelschaltung eines oder mehrerer Kon­ densatoren zur Schaltstrecke die Frequenz und die Amplitude des schaltkreisbedingten Schwingvorganges derart reduziert, daß sich die Frequenzen der beiden Schwingvorgänge um eine oder mehrere Größenordnungen voneinander unterscheiden. Auf diese Weise werden die Möglichkeit zur Ausbildung hoher Schwingungsamplituden, die eine lokale Wiederzündung von Lichtbogenpfaden herbeiführen können, erheblich reduziert und damit die energetischen Bedingungen herbeigeführt, welche ein sicheres Erlöschen des Lichtbogens innerhalb von wenigen ms (kleiner 30 ms) ermöglichen.

Mit Versuchsanordnungen, die nur eine begrenzte Belastung zuließen, wurden bereits Gleichströme von 1600 A bei 50 V, von 340 A bei 370 V und von 300 A bei 440 V zuverlässig geschaltet. Bei entsprechender Dimensionierung der Vakuum­ schaltkammer können auch größere Ströme bei ebenfalls größe­ ren Spannungen geschaltet werden. - Da sich beim Schalten von Standard-Wechselströmen periodisch ein Nulldurchgang ergibt, der das Erlöschen des Lichtbogens begünstigt bzw. herbeifüh­ ren kann, können mit der neuen Vakuumschaltkammer auch Wech­ selströme geschaltet werden. Weiterhin können auch hochfre­ quente Wechsel- oder Impulsströme mit Frequenzen bis in den 100 kHz-Bereich geschaltet werden.

Die im Rahmen der Erfindung vorgesehene Ausgestaltung des Strompfades im Bereich der Kontaktstücke führt mit der Erzeu­ gung sowohl eines axialen als auch radialen als auch in Umfangsrichtung gerichteten Magnetfeldes im Bereich der Schaltstrecke einerseits zu einer möglichst diffusen Ausbil­ dung des Lichtbogens und andererseits zu einer Verdrängung des diffusen Lichtbogens auf den Randbereich,der Kontaktele­ mente. Dort kann durch weitere konstruktive Maßnahmen eine Blaswirkung auf den Lichtbogen ausgeübt werden und demzufolge der Lichtbogengradient erhöht und damit eine weitere Erhöhung der Schaltleistung erreicht werden. Eine solche konstruktive Maßnahme besteht darin, konzentrisch zu den beiden Kontakt­ stücken einen hohlzylindrischen Dampfschirm anzuordnen, dessen radialer Abstand von den Kontaktstücken etwa dem axialen Abstand der Kontaktelemente bei geöffneter Schalt­ strecke entspricht und der elektrisch fest mit dem - beim Schalten von Gleichströmen - als Kathode geschalteten Kon­ taktstück verbunden ist. Durch diese Maßnahme stellt sich im Umfeld des als Anode geschalteten Kontaktstückes eine gleich­ mäßige elektrische Feldstärke ein, die beim radialen Auswan­ dern des Schaltlichtbogens aus dem Schaltspalt aufgrund des erzeugten Magnetfeldes eine Ausblasung des Lichtbogens be­ wirkt. Im übrigen bildet dieser Dampfschirm zusammen mit dem als Anode geschalteten Kontaktstück einen Kondensator, dessen Kapazität die Grundkapazität der Schaltstrecke erhöht. - Der Dampfschirm besteht zweckmäßig - im Sinne der Werkstoffaus­ wahl für die Kontaktelemente - ebenfalls aus einem Werkstoff, dessen Schmelzpunkt oberhalb von 1200°C liegt und der eine positive magnetische Suszeptibilität aufweist. Weiterhin empfiehlt es sich, bei Verwendung eines Dampfschirmes die gut stromleitenden Kontaktträger aus beispielsweise Kupfer wenig­ stens im Bereich des Schaltspaltes am äußeren Umfang mit Werkstoffen positiver magnetischer Suszeptibilität abzu­ decken. Dies kann - insbesondere bei Ausgestaltung der Kon­ taktelemente als Kontaktplatten - mit einer sich in Achsrich­ tung erstreckenden am äußeren Kontaktelement umlaufenden Schürze realisiert werden. Dadurch wird ein Verdampfen von Kupferwerkstoff des Kontaktträgers sowie ein Verdampfen von silber- und /oder kupferhaltigem Lötmaterial, mit welchem das jeweilige Kontaktelement und der Kontaktträger verlötet sind, verhindert und ein entsprechender Niederschlag auf den Kon­ taktelementen unterbunden.

Für die gemäß der Erfindung vorgesehene Werkstoffauswahl für die auf die Kontaktstücke gesetzten Kontaktelemente sind die hohe Schmelz- und Siedetemperatur, das Vorliegen einer posi­ tiven magnetischen Suszeptibilität und das diesen Werkstoffen eigene hohe Atomgewicht charakteristisch. Geeignete derartige Werkstoffe, die allein oder in Kombination mit anderen geeig­ neten Werkstoffen verwendet werden können, sind insbesondere Wolfram und Molybdän, deren Schmelztemperatur über 2500°C und deren Siedetemperatur über 5500°C liegt, wobei deren spezifische Suszeptibilität bei etwa +3 bzw. etwa +9 g×cm^-3×10^-6 liegt. Die Werkstoffe müssen dabei einen möglichst geringen Gehalt an gasförmigen Materialien bzw. an Materia­ lien mit geringerem Siedepunkt als 1200°C aufweisen, da solche Materalien das Schaltvermögen auch aufgrund ihrer negativen magnetischen Suszeptibilität und ihres geringen Atomgewichtes negativ beeinflussen. Die genannten Werkstoffe können in Form eines gesinterten Verbundwerkstoffes oder in Form einer Legierung mit Werkstoffen wie Kobalt, Eisen, Nickel, Chrom, Rhenium oder Vanadium kombiniert werden, deren magnetische Suszeptibilität höher als die von Wolfram und Molybdän ist, so daß die spezifische Suszeptibilität des Verbundwerkstoffes bzw. der Legierung gegenüber der des Grundwerkstoffes Wolfram bzw. Molybdän erhöht ist. Als Kombi­ nationswerkstoffe kommen auch Tantal, Niob, Platin, Rhodium und Palladium sowie gegebenenfalls Zirkon, Titan und Mangan in Betracht. Weiterhin kann der Werkstoff des Kontaktelemen­ tes Beimengungen von Lantanoiden oder Aktinoiden aufweisen, deren spezifische magnetische Suszeptibilität noch höher liegt.

Die Verwendung von Werkstoffen mit einem Schmelzpunkt ober­ halb 1200°C zur Herstellung von Kontaktelementen für Vakuum­ schaltkammern ist an sich bekannt. So hat man beispielsweise bei einem Vakuumrelais das Kontaktelement des beweglichen Schaltstückes aus Tantal oder einer Tantallegierung und das Kontaktelement des feststehenden Schaltstückes aus Molybdän oder einer Molybdänlegierung gefertigt (DE 10 25 042 A). Weiterhin ist als Kontaktwerkstoff für Vakuumschalter eine gesinterte Metallmatrix bekannt, deren Hauptkomponente aus Wolfram, Molybdän, Chrom, Nickel oder Eisen besteht und als Versprödungszusatz Aluminium oder Zinn enthält. Diese Metall­ matrix wird anschließend mit einer Tränksubstanz aus Kupfer, Silber oder Legierungen dieser Metalle getränkt (DE 23 57 333 A1). Es ist weiterhin bekannt, für Vakuum-Leistungsschalter ein Kontaktmaterial einzusetzen, das als abbrandfeste Be­ standteile Molybdän und Wolfram und als elektrisch leitfähige Komponente Kupfer enthält (DE 35 05 303 A1). Darüber hinaus ist es bekannt, die Elektroden einer Vakuumschaltröhre aus einem Eisenwerkstoff herzustellen, dessen Härte, Streck­ grenze, Duktilität und gasförmige bzw. gasbildende Verunrei­ nigungen gewissen Randbedingungen genügen. Beispielsweise kann es sich bei dem Eisenwerkstoff um einen temperaturgehär­ teten Kohlenstofflegierungsstahl handeln, der neben etwa 0,4% Kohlenstoff 5% Chrom, 3% Molybdän und 0,5% Vanadium enthält (DE 24 31 058 A1). Bei allen diesen bekannten Kon­ taktstücken bzw. Kontaktelementen werden als Kontaktmaterial wenigstens teilweise Werkstoffe verwendet, deren Schmelztem­ peratur über 1200°C liegt und die eine positive magnetische Suszeptibilität aufweisen. Dabei ist jedoch unbekannt geblie­ ben, daß das Vorliegen einer ausschließlich positiven magne­ tischen Suszeptibilität - Kupfer und Silber weisen beispiels­ weise eine negative magnetische Suszeptibilität auf - für die erfolgreiche Konstruktion von Vakuumschaltkammern zum Schal­ ten von Gleichströmen eine wesentliche Voraussetzung ist.

Es ist im übrigen weiterhin allgemein bekannt, hochschmel­ zende Werkstoffe wie Platin, Wolfram, Molybdän, Rhodium und Rhenium für Kontaktzwecke zu verwenden ("Werkstoffe für elek­ trische Kontakte" A. Keil, Springerverlag, 1960, Seiten 170 bis 177; "Elektrische Kontakte und ihre Werkstoffe", A. Keil u. a., Springerverlag, 1984, Seiten 166 bis 186), für die Elektroden von Glühkatodenröhren eine Eisenlegierung mit Nickel, Chrom oder Kobalt als Legierungskomponenten auf der (DE-PS 3 31 414), für Vakuumschalterkontakte Legierungen Basis von Lanthan oder Cer oder Mangan mit Aluminium, Kupfer, Zinn oder Wismut, als Kontaktwerkstoff für Vakuumschaltröhren zusätzliche zu Kupfer und Tellur, Wismut oder Blei als Hilfsmetall Cer, Lanthan, Titan und Zirkon (DE-AS 21 24 707) oder einen reinen Chrom-Nickel-Stahl (DE 38 32 493 A1) zu verwenden.

Die zur Erzeugung des erwähnten Magnetfeldes vorgesehene unterschiedliche Ausgestaltung der beiden Kontaktstücke, die darin besteht, daß der von den Kontaktstücken gebildete Strompfad zwei radial verlaufende Abschnitte aufweist, deren axiale Entfernung von der Entladungs- bzw. Schaltstrecke unterschiedlich ist, gewährleistet, daß die in radialer Richtung nach außen verlaufenden Abschnitte und die in radialer Richtung nach innen verlaufenden Abschnitte des Strompfades sich infolge der entgegengesetzten Stromrichtung in ihrer Wirkung, nämlich im Bereich der Schaltstrecke bzw. des Schaltspaltes auch ein axiales Magnetfeld zu erzeugen, nicht gegenseitig aufheben.

Für die konstruktive Ausgestaltung der Kontaktstücke erweist es sich als vorteilhaft, wenn die Kontaktelemente als Kon­ taktplatten - vorzugsweise als Kontaktplatten gleichen Durch­ messers - ausgebildet sind; in diesem Fall lassen sich radial verlaufende Abschnitte des Strompfades dadurch ausbilden, daß man der einen Kontaktplatte einen topfartigen Kontaktträger zuordnet, der etwa den gleichen Außendurchmesser wie die zugehörige Kontaktplatte aufweist, und daß man den Kontakt­ träger der anderen Kontaktplatte im wesentlichen als Vollzy­ linder ausbildet, dessen Durchmesser wesentlich kleiner als der Durchmesser der Kontaktplatte ist. Bei einer derartigen Ausgestaltung wird ein radial verlaufender Abschnitt des Strompfades vom Boden des topfartigen Kontaktträgers und ein anderer radial verlaufender Abschnitt des Strompfades von einer oder beiden Kontaktplatten gebildet. Da die Stromrich­ tung in den beiden radial verlaufenden Abschnitten des Strom­ pfades entgegengesetzt ist, sollte der Abstand des Bodens des topfartigen Kontaktträgers von der zugehörigen Kontaktplatte so groß wie konstruktiv möglich gewählt werden, um die durch die gegenläufigen Stromrichtungen bedingte Minderung des erwünschten axialen Magnetfeldes zwischen den geöffneten Kontaktplatten so gering wie möglich zu halten. - Die Aus­ bildung des radial verlaufenden Abschnittes des Strompfades im Bereich der Kontaktplatten wird begünstigt, wenn der vollzylindrische Kontaktträger unmittelbar unterhalb der Kontaktplatte mit einer zentrischen, zylindrischen Ausnehmung versehen ist. - Der Durchmesser des als Vollzylinder ausge­ bildeten Kontaktträgers sollte vorzugsweise etwa 25 bis 60% des Durchmessers der zugehörigen Kontaktplatte betragen.

Bei einer derartigen Ausgestaltung der Schaltstücke können weiterhin der topfartige Kontaktträger mit einem vom Rand radial nach innen ragenden Stützflansch und der vollzylin­ drische Kontaktträger mit einem radial nach außen ragenden Stützflansch für die jeweilige Kontaktplatte versehen sein. Dies erhöht die mechanische Stabilität der Kontaktanordnung Bei einer solchen Ausgestaltung sind die Stützflansche gleichzeitig Bestandteil der radial verlaufenden Abschnitte des Strompfades.

Zur Erzeugung und/oder Verstärkung des erwünschten axialen Magnetfeldes kann im übrigen auch wenigstens einer der beiden Kontaktträger geschlitzt sein und/oder der Stromzuführungs­ bolzen eines Kontaktstückes mit einer wendelförmig verlaufen­ den Nut und im Bereich der Nut mit einer mittigen axialen Bohrung versehen sein, wie es für sogenannte Axial-Magnet­ feldkontakte an sich bekannt ist.

Die bereits erwähnt, ist im Rahmen der Erfindung auch die Anordnung eines oder mehrerer Kondensatoren vorgesehen, die elektrisch parallel zur Schaltstrecke geschaltet sind. Hier­ bei kann es sich um einen getrennt zur Schaltstrecke angeord­ neten Kondensator handeln, dessen Anschlüsse direkt mit den beiden Anschlüssen der Vakuumschaltkammer verbunden sind, oder um einen vollständig in die Vakuumschaltkammer inte­ grierten Kondensator oder um eine Kombination von beiden. Die vollständige oder teilweise Integration des Kondensators in die Vakuumschaltkammer kann dadurch erreicht werden, daß man die Ladungsflächen konzentrisch zu den Kontaktstücken anord­ net. Hierzu kann der Kondensator beispielsweise aus wenig­ stens zwei innerhalb der Vakuumschaltkammer mit möglichst geringem Abstand konzentrisch zueinander angeordneten metal­ lenen Hohlzylindern bestehen, die abwechselnd mit dem einen und dem anderen Kontaktstück elektrisch verbunden sind. Hierbei besteht auch die Möglichkeit, daß die metallenen Hohlzylinder von Metallisierungen gebildet werden, die auf die Mantelflächen eines keramischen Hohlzylinders aufgebracht sind. Der Kondensator kann aber auch von einem hohlzylindri­ schen, außen und innen mit einer teilweisen Metallisierung versehenen Isolierkörper der Vakuumschaltkammer gebildet sein. Darüber hinaus besteht die Möglichkeit, konzentrisch zu den Kontaktstücken mehrere kreisringförmige Plattenkondensa­ toren in Achsrichtung gestaffelt und elektrisch parallel geschaltet anzuordnen. - Die Gesamtkapazität der parallel geschalteten Kondensatoren hängt von der Kapazität der Kon­ taktelemente bei geöffneter Schaltstrecke ab. Wenn die Kapa­ zität der geöffneten Schaltstrecke bei etwa 1 bis 5 pF liegt und die Kapazität der Vakuumschaltkammer etwa 15 bis 40 pF beträgt, sollte die Kapazität der zusätzlich angeordneten Kondensatoren wenigstens 200 bis 500 pF, zweckmäßig etwa 1 bis 20×10³ pF betragen.

Zur kapazitiven Steuerung der Spannungsverteilung innerhalb einer Vakuumschalt­ röhre ist es an sich bekannt, zwischen dem auf Hochspannungspotential liegenden Kontaktstück und dem geerdeten Metallgehäuse einen zylindrischen Schirmkörper anzuordnen, der auf floatendem Potential liegt (DE 41 29 008, DE 41 39 227, DE 42 19 428).

Zur Verbesserung der Spannungsfestigkeit von Vakuumschaltröh­ ren ist es an sich bekannt, innerhalb einer Vakuumschaltröhre wenigstens zwei Kontaktpaare elektrisch in Reihe zu schalten (DE 33 44 376 A1, US 3 178 541, US 3 283 101). Bei einer derartigen Anordnung sind im einfachsten Fall zwei ortsfest angeordnete Kontaktstücke und ein diesen beiden Kontakt­ stücken zugeordnet es bewegliches isoliert angeordnet es Kon­ taktstück vorgesehen. Die beiden fest angeordneten Kontakt­ stücke können dabei radial symmetrisch zur Achse der Vakuum­ schaltröhre angeordnet sein, während für das bewegliche Kontaktstück eine kreis- oder kreisringförmige Ausgestaltung in Betracht kommt. - Eine solche Maßnahme, die im wesent­ lichen zu zwei elektrisch hintereinander angeordneten Schalt­ strecken führt, kann auch bei einem gemäß der Erfindung ausgebildeten elektrischen Schalter vorgesehen werden. Dies führt dann in Weiterbildung der Erfindung zu einer Ausgestal­ tung, bei der die weitere, ebenfalls aus je einem feststehen­ den und einem dazu axial bewegbaren Kontaktstück bestehende Schaltstrecke konzentrisch oder axial symmetrisch zu der aus den beiden an sich vorhandenen Kontaktstücken bestehenden Schaltstrecke angeordnet und mit dieser elektrisch in Reihe geschaltet ist, wobei die axial bewegbaren Kontaktstücke der beiden Schaltstrecken zu einem einzigen bewegbaren Kontakt­ stück vereinigt sind. Bei konzentrischer Anordnung der weite­ ren Schaltstrecke empfiehlt es sich dabei, die Kontaktelemen­ te der ersten Schaltstrecke als Kontaktplatten gleichen Durchmessers und die Kontaktelemente der weiteren Schalt­ strecke als Kreisringe gleicher Durchmesser auszubilden, wo bei das Stromzuführungselement für den Kontaktträger des feststehenden Schaltelementes der weiteren Schaltstrecke im wesentlichen aus einer zylindrischen Wandung besteht. Um bei einer solchen Ausgestaltung die gewünschte Kondensatorkapazi­ tät zur Verfügung zu stellen, kann auch elektrisch parallel zur weiteren Schaltstrecke und koaxial zu deren Kontakt­ stücken ein weiterer Kondensator angeordnet sein. Weiterhin kann man elektrisch parallel zur Reihenschaltung der beiden Schaltstrecken zusätzlich einen Kondensator anordnen, der aus zwei axial versetzt zu den kreisringförmigen Kontaktelementen der weiteren Schaltstrecke angeordneten Kreisringplatten besteht.

Ausführungsbeispiele der Erfindung sind in den Fig. 1 bis 12 dargestellt. Dabei zeigt

Fig. 1 eine Ansicht eines Vakuumschalters mit Gehäuse, Schaltantrieb und dem aus einer Vakuumschaltröhre bestehenden Schaltelement sowie einem elektrisch parallel zum Schaltelement angeordneten Kondensator,

Fig. 2 und 3 ein erstes Ausführungsbeispiel einer Vakuumschaltröhre mit einer alternativen Ausführungsform der Kontaktstücke,

Fig. 4 bis 7 mehrere Varianten für die Integration eines Kondensators in die Vakuumschalt­ röhre und

Fig. 8 bis 12 mehrere Ausführungsbeispiele für eine Vakuumschaltkammer mit jeweils zwei innerhalb der Kammer elektrisch hinter­ einander angeordneten Schaltstrecken.

Der Vakuumschalter gemäß Fig. 1 weist ein aus einem Isolierstoff hergestelltes Gehäuse 1 auf, das mit Rippen und Kammern zur Aufnahme der elektrischen Bauelemente versehen ist. Im linken Teil des Gehäuses ist der Schaltantrieb 2 angeordnet, der aus dem Antriebsmagneten 3, dem als zweiarmi­ ger Hebel ausgebildeten Anker 4 mit dem auf das Schaltelement einwirkenden Hebelarm 5 und aus dem Antriebsbolzen 6 zur Ankopplung des Schaltantriebes an das Schaltelement 10 be­ steht. Im rechten Teil des Gehäuses ist das als Vakuumschalt­ röhre ausgebildete Schaltelement 10 angeordnet. Unter der Kammer für das Schaltelement 10 befindet sich eine Kammer 7, die einen Kondensator 8 aufnimmt, der über Zuleitungen 9 elektrisch parallel zum Schaltelement 10 geschaltet ist. Die Kapazität dieses keramischen Scheibenkondensators beträgt 10⁴ pF.

Gemäß Fig. 2 ist das Schaltelement 10 als Vakuumschaltröhre ausgebildet, deren Gehäuse aus den beiden kappenartigen Metallteilen 11 und 12 und dem dazwischen angeordneten ring­ förmigen Isolator 13 besteht. In das kappenartige Metallteil 11 ist das feststehende Kontaktstück 14 eingelötet, das beim Schalten von Gleichstrom als Kathode geschaltet ist und das aus dem Stromzuführungsbolzen 15 mit dem Kontaktträger 16 und dem als ebene Scheibe bzw. Platte ausgebildeten Kontaktele­ ment 17 besteht. - Das kappenartige Metallteil 12 ist mit einem Lager 27 für das bewegbare Kontaktstück 18 versehen, das aus dem Stromzuführungsbolzen 19, dem topfförmigen Kon­ taktträger 20 und dem ebenfalls dem als ebene Scheibe bzw. Platte ausgebildeten Kontaktelement 21 besteht. Zwischen dem bewegbaren Kontaktstück und dem kappenartigen Metallteil 12 ist der Faltenbalg 22 angeordnet, der mittels einer Abschir­ mung 23 geschützt ist. - Konzentrisch zu den beiden Kontakt­ stücken 14 und 18 ist ein als Hohlzylinder ausgebildeter Dampfschirm 24 angeordnet, der mechanisch mit dem kappenarti­ gen Metallteil 11 und damit elektrisch mit dem feststehenden Kontaktstück 14 verbunden ist. Dieser Dampfschirm umgibt die beiden Kontaktstücke mit einem radialen Abstand r, der etwa dem Kontakthub des bewegbaren Kontaktstückes 18 entspricht. - Im geöffneten Zustand der von den Kontaktstücken 14 und 18 gebildeten Schaltstrecke bilden die beiden Kontaktelemente 17 und 21 einen Kondensator, dessen Kapazität etwa 2,5 pF be­ trägt.

Bei dem dargestellten Ausführungsbeispiel bestehen die beiden Stromzuführungsbolzen 15 und 19 sowie die Kontaktträger 16 und 20 aus einem gut stromleitenden Material wie insbesondere Kupfer. Die beiden als ebene Platten bzw. Scheiben ausgebil­ deten Kontaktelemente 17 und 21 bestehen aus reinem Molybdän oder auch aus einer handelsüblichen Mo5Re- oder Mo41Re-Legie­ rung und sind jeweils mit einer am Rand umlaufenden Schürze 25 bzw. 26 versehen und haben insgesamt einen Durchmesser D. Den gleichen Durchmesser weist der topfförmige Kontaktträger 20 des bewegbaren Kontaktstückes 18 auf. Der als Vollzylinder ausgebildete Kontaktträger 16 des feststehenden Kontakt­ stückes 14 weist dagegen nur einen Durchmesser d auf, der etwa 40% des Durchmessers des Kontaktelementes 17 beträgt. Weiterhin ist der Kontaktträger 16 zentrisch mit einer zylin­ drischen Ausnehmung 28 versehen. Dadurch ist gewährleistet, daß beim Betrieb der Vakuumschaltröhre der durch das festste­ hende Kontaktstück 14 fließende Strom direkt axial durch den Kontaktträger 16 in das Kontaktelement 17 fließt.

Durch die Ausgestaltung des Kontaktträgers 20 des bewegbaren Kontaktstückes 18 als Topf wird erreicht, daß der durch das bewegbare Kontaktstück fließende Strom eine Stromschleife bildet, die durch radial verlaufende Abschnitte im Bereich des Bodens des topfförmigen Kontaktträgers 20 sowie im Be­ reich der Kontaktelemente 17 und 21 charakterisiert ist. Da die beiden Stromrichtungen dieser radialen Strombahnabschnit­ te einander entgegengesetzt gerichtet sind, ist es zweckmä­ ßig, die Höhe H des topfförmigen Kontaktträgers 20 möglichst groß zu wählen, um die Auswirkungen des Strompfades im Boden des Kontaktträgers 20 auf das im Bereich der Schaltstrecke sich ausbildende axiale Magnetfeld so gering wie möglich zu halten.

Gemäß Fig. 3 kann sowohl der topfartige Kontaktträger 30 als auch der vollzylindrische Kontaktträger 32 mit einem radial nach innen ragenden Stützflansch 31 bzw. mit einem radial nach außen ragenden Stützflansch 33 versehen sein, um eine mechanisch sicherere Auflagefläche für das jeweilige Kontakt­ element 17 bzw. 21 zu bilden.

Gemäß der Darstellung in Fig. 4 sind konzentrisch zu dem Dampfschirm 36 mit geringem radialen Abstand zwei weitere hohlzylindrische Metallteile 37 und 38 angeordnet, die je­ weils abwechselnd mit dem kappenartigen Metallteilen 34 bzw. 35 des Gehäuses der Vakuumschaltröhre mechanisch und elek­ trisch verbunden sind. Der hohlzylindrische Dampfschirm 36 und die beiden weiteren Hohlzylinder 37 und 38 bilden einen Kondensator, dessen Kapazität in bekannter Weise vom Abstand der Zylinderflächen, der Länge der gegenseitigen Überlappung und der Dielektrizitätskonstante des in der Vakuumschaltröhre erzeugten Vakuums bestimmt wird. Bei entsprechender Dimensio­ nierung der hohlzylindrischen Metallteile kann die Kapazität der Vakuumschaltröhre wenigstens das 10²fache der Kapazität der geöffneten Kontaktelemente betragen, also beispielsweise 250 pF bei einer Kapazität der geöffneten Schaltelemente von 2,5 pF.

Gemäß Fig. 5 kann der in die Vakuumschaltröhre integrierte Kondensator auch von einem keramischen Hohlzylinder 40 gebil­ det sein, der auf seiner Innenseite und seiner Außenseite mit einer Metallisierung 41 bzw. 42 versehen ist und der sich jeweils über Stützringe 43 und 44 an den kappenartigen Me­ tallteilen des Gehäuses der Vakuumschaltröhre abstützt und über diese Stützringe zugleich elektrisch kontaktiert wird. Dieser Kondensator kann auch so angeordnet werden, daß die innere Metallisierung 41 zugleich den Dampfschirm für die Kontaktstücke bildet. Mit einer solchen Anordnung können - je nach verwendetem Keramikwerkstoff - Kapazitäten realisiert werden, die das 10³- bis 10⁴fache der Kapazität der geöffne­ ten Kontaktelemente betragen.

Gemäß Fig. 6 wird der in die Vakuumschaltröhre integrierte Kondensator von einem hohlzylindrischen Keramikisolator 45 gebildet, der zugleich die beiden kappenartigen Metallteile des Gehäuses der Vakuumschaltröhre gegeneinander isoliert.

Hierzu ist der Keramikisolator 45 jeweils nur auf einem Teil seiner axialen Länge außen und innen mit einer Metallisierung 46 bzw. 47 versehen, während der übrige Teil der Länge zusam­ men mit einer radialen Nut die innere bzw. äußere Isolier­ festigkeit der Vakuumschaltröhre bildet. Die beiden Metalli­ sierungen 46 und 47 werden dabei durch die Lötverbindung mit den kappenartigen Metallteilen 48 und 49 elektrisch kontak­ tiert.

Bei dem Ausführungsbeispiel gemäß Fig. 7 sind konzentrisch zu den nicht näher dargestellten Kontaktstücken zwei metal­ lene Hohlzylinder 50 und 51 angeordnet, von denen der eine mit der oberen Kappe 52 und der andere mit der unteren Kappe 53 des Gehäuse der Vakuumschaltröhre verbunden ist. Mit jedem Hohlzylinder sind mehrere Ringscheiben 54 bzw. 55 verbunden, die radial in den zwischen den beiden Hohlzylindern 50 und 51 bestehenden Spalt hineinragen und abwechselnd ineinander greifen, wobei die Ringscheiben der beiden Hohlzylinder mittels keramischer, ringförmiger Abstandhalter 56 gegenein­ ander isoliert angeordnet sind.

Die Vakuumschaltkammer gemäß Fig. 8 weist ein Gehäuse auf, das aus der unteren Platte 60, der oberen Platte 61, der unteren zylindrischen Seitenwand 62, der oberen zylindrischen Seitenwand 63 und dem die beiden Ober- und Unterteile gegen­ einander isolierenden ringförmigen Keramikisolator 64 be­ steht. In die obere Platte 61 ist mittels des Haltebleches 75 ein Lager 74 eingelassen, durch das ein Stößel 73 geführt ist, der das bewegliche Kontaktstück 72 trägt. Zwischen das bewegliche Kontaktstück 72 und das aus Keramik bestehende Lager 74 ist der Faltenbalg 76 eingelötet.

In die untere Stromzuführungsplatte 60 ist ein erstes fest­ stehendes Kontaktstück 65 eingelötet, dessen Kontaktträger 66 als Vollzylinder ausgebildet ist und das ein scheibenförmi­ ges, mit einer umlaufenden Schürze versehenes Kontaktelement 67 trägt.

Ein zweites feststehendes Kontaktstück 68 ist elektrisch mit der oberen Stromzuführungsplatte 61 verbunden und wird von der hohlzylindrischen Stromzuführung 69 getragen. Auf dem als Ringscheibe ausgebildeten Kontaktträger 70 ist das Kontakt­ element 71 angeordnet, das ebenfalls kreisringförmig ausge­ bildet ist und im Querschnitt ein flaches U-Profil aufweist.

Das bewegliche Kontaktstück 72 ist topfförmig gestaltet und mit zwei Kontaktträgern versehen, von denen das eine von der inneren hohlzylindrischen Wandung 78 und das andere von der konzentrisch dazu angeordneten äußeren hohlzylindrischen Wandung 79 gebildet wird. Auf der inneren Wandung 78 sitzt das innere Kontaktelement 80 auf, das scheibenförmig mit einer umlaufenden Schürze ausgebildet ist, während auf der äußeren hohlzylindrischen Wandung 79 ein kreisringförmiges Kontaktelement 81 aufsitzt, das ebenfalls wie das Kontaktele­ ment 71 als flaches U-Profil ausgebildet ist. Gegebenenfalls kann das Kontaktstück 72 im Bereich der Wandung 79 und des zugehörigen Bodenteiles in Achsrichtung federnd ausgebildet sein. Die Kontaktelemente können hierbei z. B. aus einer handelsüblichen W3Fe6,5Ni-Legierung oder einer W4, 85Ni2, 4FeO, 25Co-Legierung bestehen.

Konzentrisch zu den beiden von den Kontaktelementen 67 und 80 bzw. 71 und 81 gebildeten und elektrisch in Reihe geschalte­ ten Schaltstrecken sind metallische Hohlzylinder 82, 83, 84 und 85 angeordnet, die als Dampfschirme und/oder als Leit­ bleche zum Ausblasen der beim Schaltvorgang entstehenden Lichtbögen dienen und jeweils mit einem der feststehenden Kontaktstücke bzw. dem beweglichen Kontaktstück verbunden sind.

Weiterhin konzentrisch zum feststehenden Kontaktträger 66 ist ein Kondensator angeordnet, der aus den beiden ringscheibenförmi­ gen Platten 86 und 87 besteht, von denen die eine an die untere Stromzuführungsplatte 60 und die andere über die hohlzylindrische Stromzuführung 69 an die obere Stromzufüh­ rungsplatte 61 elektrisch angebunden ist.

Fig. 9 zeigt ein Vakuumrelais, das als Ein-/Ausschalter aufgebaut ist. Das Vakuumrelais besteht aus zwei feststehen­ den Kontaktstücken 101 und 102, die mittels eines hohlzylin­ drischen Isolators 103 gegeneinander isoliert sind. Ein zweiter, mit dem feststehenden Kontaktstück 102 verlöteter hohlzylindrischer Isolator 104 trägt das Antriebssystem 105, dessen Gehäuse 106 vakuumdicht mit dem Isolator 104 verbunden ist und u. a. eine Kammer 107 zur Aufnahme einer Magnetisie­ rungsspule aufweist, wobei Teil des magnetischen Pfades der Anker 108 ist, auf dem sich über einen Isolierring 109 der Schaltstab 110 abstützt. Der Schaltstab trägt an seinem freien Ende eine mehrarmige Kontaktbrücke 111, deren Arme radial angeordnet, U-förmig und federnd ausgebildet sind und an ihren freien Enden Kontaktelemente 112 tragen.

Jedes der beiden in gewisser Weise axial symmetrisch angeord­ neten Kontaktstücke 101 und 102 besteht aus einem kreisring­ förmigen Stromzuführungsteil 121, einem hohlzylindrischen Wandteil 122 mit einem anschließenden kreisringförmigen Bodenteil 123 und einem auf das Bodenteil aufgesetzten eben­ falls kreisringförmigen Kontaktelement 124, wobei das hohlzy­ lindrische Wandteil, das kreisringförmige Bodenteil und das Kontaktelement sich jeweils über einen Umfangswinkel von etwa 120° erstrecken. - Konzentrisch zu der Kontaktanordnung sind zwei hohlzylindrische Schirme 125 und 126 angeordnet, die abwechselnd mit den beiden Kontaktstücken 101 und 102 elek­ trisch verbunden sind und einen Kondensator bilden.

Auf das kreisringförmige Tragteil 121 ist im übrigen der kappenförmige Deckel 127 aufgelötet, der die Vakuumschaltkam­ mer nach oben hin abschließt.

Fig. 10 zeigt eine Vakuumschaltkammer ohne integriertes Antriebssystem für das bewegliche Schaltglied. Das Gehäuse der Schaltkammer wird von einer unteren flachen Kappe 140, einer oberen hutartigen Kappe 141, dem dazwischen angeordne­ ten oberen Kontaktring 131, dem unteren Kontaktring 134, den sich jeweils anschließenden Stützringen 137 und 138 und dem hohlzylindrischen Isolator 139 gebildet. Der obere festste­ hende Kontaktring 131 geht in einen kreisringförmigen Kon­ taktträger 132 über, der sich über einen Umfangswinkel von etwa 120° erstreckt. Auf diesem Kontaktträger 132 ist das ebenfalls kreisringförmige Kontaktelement 133 angeordnet. - Mit dem unteren feststehenden Kontaktring 134 ist der hohlzy­ lindrische Kontaktträger 135 verbunden, der sich ebenfalls über einen Umfangswinkel von etwa 120° erstreckt und axial gegenüberliegend zum Kontaktträger 132 angeordnet ist. Der Kontaktträger 135 trägt das kreisringförmige Kontaktelement 136.

Den beiden feststehenden Kontaktelementen 133 und 136 ist das bewegliche Kontaktstück 142 zugeordnet, das einen topfförmi­ gen Kontaktträger 143 mit radial nach innen ragendem Rand aufweist, auf den das kreisringförmige Kontaktelement 144 aufgelötet ist. Am beweglichen Kontaktstück ist weiterhin der Führungsbolzen 146 befestigt, der aus einem isolierenden Werkstoff besteht und durch die obere Kappe 141 nach außen geführt ist. Zwischen dem Kontaktträger 143 und der oberen Kappe 141 ist der Faltenbalg 145 angeordnet. -

Auch bei diesem Ausführungsbeispiel weist der von dem oberen feststehenden Kontaktring 133 zum unteren feststehenden Kontaktring 134 verlaufende Strompfad sowohl in Achsrichtung als auch in radialer Richtung verlaufende Abschnitte auf, wobei die in radial er Richtung verlaufenden Abschnitte des Strompfades von der zwischen dem Kontaktelement 144 und den Kontaktelementen 133 und 135 gebildeten Schaltstrecke in Achsrichtung unterschiedlich weit entfernt sind.

Konzentrisch zur Schaltstrecke ist noch der Abschirmzylinder 147 angeordnet, während die koaxial zur Schaltstrecke ange­ ordneten und abwechselnd mit dem oberen feststehenden Kon­ taktring 131 und dem unteren feststehenden Kontaktring 134 mechanisch und elektrisch verbundenen Hohlzylinder 148 und 149 einen Kondensator bilden.

Die Vakuumschaltkammer gemäß Fig. 11 unterscheidet sich von der Vakuumschaltkammer gemäß Fig. 10 im wesentlichen da­ durch, daß für die Ausgestaltung der beiden feststehenden Kontakte gleichartige Bauteile verwendet sind, so daß die Kontaktanordnung im wesentlichen axial symmetrisch aufgebaut ist. Jedes feststehende Kontaktstück besteht hierzu aus einer kreisringförmigen Stromzuführung 151, an die sich ein hohlzy­ lindrisches Teil 152 und ein kreisringförmiges Teil 153 des Kontaktträgers anschließt. Auf dem kreisringförmigen Teil des Kontaktträgers ist das ebenfalls kreisringförmige Kontaktele­ ment 154 angeordnet, wobei sich Kontaktträger und Kontaktele­ ment jeweils über einen Umfangswinkel von 120° erstrecken. Die konzentrisch zur Kontaktanordnung angeordneten Hohlzylin­ der 155 und 156 bilden einen Kondensator. - Sowohl die hohlzylindrischen Teile 152 der Kontaktträger als auch der topfförmige Kontaktträger des beweglichen Kontaktstückes können mit Schlitzen 157 bzw. 158 versehen sein, um im Be­ reich des Kontaktträgers eine bestimmte Stromrichtung und damit die Ausgestaltung eines gewünschten Magnetfeldes zu erzwingen.

Bei dem Ausführungsbeispiel gemäß Fig. 12 sind in ähnlicher Weise wie bei dem Ausführungsbeispiel gemäß Fig. 8 die beiden elektrisch hintereinander geschalteten Schaltstrecken konzentrisch zueinander angeordnet. Weiterhin ist für dieses Ausführungsbeispiel charakteristisch, daß sowohl die beiden Kontaktelemente 161 und 162 der äußeren Schaltstrecke als auch die beiden Kontaktelemente 163 und 164 der inneren Schaltstrecke kreisringförmig ausgebildet sind; weiterhin ist der Kontaktträger 165 des feststehenden Kontaktstückes der inneren Schaltstrecke, der an sich als zylindrischer Bolzen ausgebildet ist, mit einer wendelförmigen Nut 166 und einer zentrischen Bohrung 167 versehen, um im Bereich des Kontakt­ trägers eine bestimmte Stromzuführungsbahn zu erzwingen.

Claims (17)

1. Vakuumschalter mit einer zylindrisch ausgebildeten Vakuum­ schaltkammer und einem die Vakuumschaltkammer (10) und den Schaltantrieb aufnehmendem Gehäuse,
bei dem die Vakuumschaltkammer (10) eine Schaltstrecke auf­ weist, die von einem feststehenden Kontaktstück (14) und ei­ nem dazu axial bewegbaren Kontaktstück (18) gebildet ist, bei dem die Kontaktflächen der beiden Kontaktstücke (14, 18) in zwei zueinander parallelen Ebenen angeordnet sind und die beiden Kontaktstücke (14, 18) zur Beeinflussung des beim Schaltvorgang auftretenden Lichtbogens unterschiedlich ausge­ bildet sind,
und bei dem jedes Kontaktstück (14, 18) aus einem Kontaktträ­ ger (16, 20) mit einem aufgesetzten Kontaktelement (17, 21) besteht, wobei die Kontaktträger (16, 20) aus einem gut stromleitenden Material bestehen, dadurch gekennzeichnet,
daß die Kontaktelemente (17, 21) aus einem Material mit einem Schmelzpunkt oberhalb 1200°C und mit positiver magnetischer Suszeptibilität bestehen,
daß der von den Kontaktträgern (16, 20) und den Kontaktelemen­ ten (17, 21) gebildete Strompfad zur Erzeugung eines sowohl axial als auch radial als auch in Umfangsrichtung ausgerich­ teten Magnetfeldes im Bereich der Schaltstrecke zwei radial verlaufende Abschnitte aufweist, deren axiale Entfernung von der zwischen den Kontaktelementen (17, 21) befindlichen Lichtbogenbrennstrecke unterschiedlich ist,
und daß elektrisch parallel zur Schaltstrecke ein oder meh­ rere Kondensatoren (8; 36, 37, 38) angeordnet sind, deren Ge­ samt-Kapazität wenigstens das 10²-Fache und höchstens das 10⁵-Fache der Kapazität der beiden im Abstand des Schalthubes zueinander befindlichen Kontaktelemente (17, 21) beträgt.

2. Vakuumschalter nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Kontaktelemente (17, 21) aus einem Verbund oder einer Legierung aus wenigstens zwei Metallen mit jeweils positiver magnetischer Suszeptibilität bestehen.

3. Vakuumschalter nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Kontaktelemente (17, 21) aus Wolfram und/oder Molybdän in Kombination mit einem oder mehreren der Werkstoffe Kobalt, Eisen, Nickel, Chrom, Vanadium, Palladium, Platin, Rhenium, Rhodium, Niob oder Tantal bestehen.

4. Vakuumschalter nach Anspruch 2 oder 3, dadurch gekennzeichnet, daß der Kontaktwerkstoff zusätzlich mit Lantanoiden oder Actinoiden dotiert ist.

5. Vakuumschalter nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet,
daß die Kontaktelemente als Kontaktplatten (17, 21) ausgebil­ det sind,
daß der eine radial verlaufende Abschnitt des Strompfades vom Boden eines topfartigen Kontaktträgers (20) gebildet wird, der etwa den gleichen Außendurchmesser (D) wie die zugehörige Kontaktplatte (21) aufweist,
und daß der andere radial verlaufende Abschnitt des Strompfa­ des von einer oder beiden Kontaktplatten (17, 21) gebildet wird, wobei der andere Kontaktträger (16) als Vollzylinder ausgebildet ist, dessen Durchmesser (d) wesentlich kleiner als der Durchmesser (D) der Kontaktplatte (17) ist.

6. Vakuumschalter nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß die Kontaktelemente als Kontaktplatten (17, 21) gleichen Durchmessers (D) ausgebildet sind.

7. Vakuumschalter nach Anspruch 5 oder 6, dadurch gekennzeichnet, daß der vollzylindrische Kontaktträger (16) unmittelbar un­ terhalb der Kontaktplatte mit einer zentrischen, zylindri­ schen Ausnehmung (28) versehen ist.

8. Vakuumschalter nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß der topfartige Kontaktträger (30) mit einem vom Rand ra­ dial nach innen ragenden Stützflansch (31) und der vollzylin­ drische Kontaktträger (32) mit einem am Ende des Zylinders radial nach außen ragenden Stützflansch (33) versehen ist.

9. Vakuumschalter nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet,
daß konzentrisch zu den beiden Kontaktstücken ein hohlzylin­ drischer Dampfschirm (24) angeordnet ist, dessen radialer Ab­ stand (r) von den Kontaktstücken etwa dem axialen Abstand der Kontaktstücke (14, 18) bei geöffneter Schaltstrecke (Kontakthub) entspricht und der elektrisch mit dem beim Schalten von Gleichstrom als Kathode geschalteten Kontakt­ stück (14) verbunden ist,
wobei der Dampfschirm (24) aus einem Material besteht, dessen Schmelzpunkt oberhalb von 1200°C liegt und eine positive ma­ gnetische Suszeptibilität aufweist.

10. Vakuumschalter nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß einer oder mehrere der Kondensatoren (8) außerhalb der Vaku­ umschaltröhre in dem Schaltgehäuse (1) angeordnet sind.

11. Vakuumschalter nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß einer oder mehrere der elektrisch parallel zur Schalt­ strecke angeordneten Kondensatoren (36, 37, 38; 40, 41, 42) kon­ zentrisch zu den Kontaktstücken angeordnet sind.

12. Vakuumschalter nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, daß der Kondensator aus wenigstens zwei innerhalb der Vakuum­ schaltröhre mit Abstand konzentrisch zueinander angeordneten metallenen Hohlzylindern (36, 37, 38) besteht, die abwechselnd mit dem einen und dem anderen Kontaktstück elektrisch verbun­ den sind.

13. Vakuumschalter nach Anspruch 12, dadurch gekennzeichnet, daß die metallenen Hohlzylinder aus Metallisierungen (41, 42) bestehen, die auf die Mantelflächen eines keramischen Hohlzy­ linders (40) aufgebracht sind.

14. Vakuumschalter nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, daß der Kondensator von dem hohlzylindrischen, außen und in­ nen mit einer Metallisierung (46, 47) versehenen Isolierkörper (45) der Vakuumschaltkammer gebildet wird.

15. Vakuumschalter nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet,
daß konzentrisch oder axialsymmetrisch zu der aus den beiden Kontaktstücken bestehenden Schaltstrecke eine weitere, eben­ falls aus je einem feststehenden und einem dazu axial beweg­ baren Kontaktstück bestehende Schaltstrecke angeordnet und mit der erstgenannten Schaltstrecke elektrisch in Reihe ge­ schaltet ist,
wobei die axial bewegbaren Kontaktstücke (78, 80; 79, 81) der beiden Schaltstrecken zu einem einzigen bewegbaren Schaltstück (72) vereinigt sind.

16. Vakuumschalter nach Anspruch 15 mit axialsymmetrisch an­ geordneter weiterer Schaltstrecke, dadurch gekennzeichnet, daß die Kontaktelemente der beiden feststehenden Schaltstücke als halbkreisförmige Kontaktringe (133; 136) und das Kon­ taktelement des bewegbaren Schaltstückes als kreisförmiger Kontaktring (144) ausgebildet sind.

17. Vakuumschalter nach Anspruch 15 mit konzentrisch angeord­ neter weiterer Schaltstrecke, dadurch gekennzeichnet,
daß die Kontaktelemente der ersten Schaltstrecke als Kontakt­ platten (67, 80) gleichen Durchmessers und die Kontaktelemente der weiteren Schaltstrecke als Kreisringe (71, 81) gleichen Durchmessers ausgebildet sind,
wobei das Stromzuführungselement für den Kontaktträger des feststehenden Schaltelementes (81) der weiteren Schaltstrecke in wesentlichen aus einer zylindrischen Wandung (69) besteht (Fig. 8).