EP0187951A1 - Schaltkontakt für eine Vakuumschaltröhre - Google Patents

Schaltkontakt für eine Vakuumschaltröhre Download PDF

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EP0187951A1
EP0187951A1 EP85115664A EP85115664A EP0187951A1 EP 0187951 A1 EP0187951 A1 EP 0187951A1 EP 85115664 A EP85115664 A EP 85115664A EP 85115664 A EP85115664 A EP 85115664A EP 0187951 A1 EP0187951 A1 EP 0187951A1
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contact
connections
conductor loops
axis
switching
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Günter Bialkowski
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Siemens AG
Siemens Corp
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Siemens AG
Siemens Corp
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    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01H—ELECTRIC SWITCHES; RELAYS; SELECTORS; EMERGENCY PROTECTIVE DEVICES
    • H01H33/00—High-tension or heavy-current switches with arc-extinguishing or arc-preventing means
    • H01H33/60—Switches wherein the means for extinguishing or preventing the arc do not include separate means for obtaining or increasing flow of arc-extinguishing fluid
    • H01H33/66—Vacuum switches
    • H01H33/664—Contacts; Arc-extinguishing means, e.g. arcing rings
    • H01H33/6644—Contacts; Arc-extinguishing means, e.g. arcing rings having coil-like electrical connections between contact rod and the proper contact
    • H—ELECTRICITY
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    • H01H33/00—High-tension or heavy-current switches with arc-extinguishing or arc-preventing means
    • H01H33/60—Switches wherein the means for extinguishing or preventing the arc do not include separate means for obtaining or increasing flow of arc-extinguishing fluid
    • H01H33/66—Vacuum switches
    • H01H33/664—Contacts; Arc-extinguishing means, e.g. arcing rings
    • H01H33/6643—Contacts; Arc-extinguishing means, e.g. arcing rings having disc-shaped contacts subdivided in petal-like segments, e.g. by helical grooves

Definitions

  • the present invention relates to a switch contact for a vacuum interrupter according to the preamble of claim 1.
  • the first of the above-mentioned embodiments which allows the current to pass into the contact piece in the region of the outer circumference of the conductor loop, results in a field strength of the axial magnetic field which is dependent on the distance of the arc from the edge of the conductor loop. This non-uniformity in the magnetic field is not desirable.
  • the second embodiment avoids this unevenness of the magnetic field, but is relatively complex to manufacture, since a horizontal slot must be made within a ring, for which a special tool is required.
  • this embodiment does not allow dimensioning to the highest load on the material, since the webs leading to the center of the ring and thus to the contact surfaces can have only a small part of the height of the conductor loops in the region of the circumference.
  • the present invention has for its object to make a switch contact according to the preamble of claim 1 easier to manufacture, to make the conductor loops mechanically stable and thereby reduce their weight with the same size and load capacity of the contact piece and a large part of the contact area with the generated axial field capture.
  • the characterizing features of claim 1 Due to the arrangement of the connections of the conductor loops distributed over the end face of the contact bolt or over a corresponding contact surface of the contact piece, the webs of the conductor loops can have an extension in the axial direction that is independent of the height of their part remote from the axis. Their cross-sections can therefore be designed for the maximum current load in each section.
  • the slots that separate the contact surfaces can also be placed obliquely or asymmetrically, provided that contact surfaces lying next to one another only in the circumferential direction and support surfaces arise on the non-contacted end face.
  • Simple manufacture is ensured if the slots are parallel to a plane which contains the axis of rotation of the switching contact.
  • a symmetrical and therefore particularly highly resilient embodiment is achieved if the plane of symmetry of the slots contains the axis of rotation of the switching contacts.
  • an embodiment is advantageous in which intermediate layers with low electrical conductivity are arranged on the side of the connections which is not contacted with low resistance.
  • Such intermediate layers can consist of ceramic or also of high-resistance metals, for example of stainless steel. From a mechanical point of view, they are only subjected to pressure.
  • the conductor loops advantageously consist of a common circular ring and webs integrally formed thereon, the webs having the same extent in the axial direction as the circular ring.
  • the webs preferably have twice the width of the circular ring, so that the webs and the circular ring are equally loaded when all loops are subjected to a uniform current.
  • the support surfaces are set back in the axial direction with respect to the surface of adjacent connections and if the intermediate layers are flush with the adjacent connections in the axial direction .
  • the intermediate layers are advantageously used in the form of platelets in corresponding depressions or the recessed parts of the connections.
  • the recessed parts of the connections can be formed by machining deformation, by stamping or, if necessary, when casting the conductor loops.
  • the contact pin essentially has to be dimensioned according to the current carrying capacity, not so much according to the mechanical strength, it is advantageous that a part with an enlarged cross section adjoining the end face is formed on the contact pin and that the connections of the conductor loops cover this enlarged cross section. As a result, thermal overloading of the material is avoided in the area of the current transfer from the contact pin to the connections of the conductor loops, although only a part of the end face of the contact pin is available for low-resistance contacting of the connections in this area.
  • a contact pin 1 has a part 13 adjoining its end face 14 with an enlarged cross section.
  • An arrangement 2 of conductor loops 11, 12 is applied to the end face 14 of the contact bolt 1.
  • the connections 6 of the conductor loops 11, 12 are electrically conductively connected to the end face 14 of the contact bolt 1, for example welded onto the end face 14.
  • a contact piece 3 is placed on the arrangement 2 of conductor loops 11, 12.
  • the contact piece 3 is electrically conductively connected to the connections 7 of the conductor loops 11, 12, for example welded (FIG. 2).
  • the connections 6, 7 are mechanically supported via electrically poorly or non-conductive intermediate layers 8 against the end face 14 of the contact pin 1 or against the contact piece 3 on their sides which are not connected to the contact piece or the contact pin, the support surfaces 24.
  • the intermediate layers 8 can consist of ceramic or of poorly conductive metal. They are only subjected to pressure in the embodiment according to the invention, so that no special requirements with regard to their strength have to be made of the material of these intermediate layers.
  • the embodiment shown results in four conductor loops, each of which two conductor loops lying opposite one another with respect to the axis of rotation of the contact generate a magnetic field of the same direction and are therefore numbered 11 and 12 with the same designation.
  • the adjacent conductor loops create a magnet field of opposite direction.
  • the individual conductor loops 11, 12 do not have to be insulated from one another, so that the compact, mechanically fixed embodiment according to the invention is possible.
  • the number of conductor loops generated in this way is basically not limited. For example, two semicircular conductor loops can advantageously also be formed.
  • a pot contact 3 with an obliquely slotted cylinder wall and a contact disk 4 is shown as the contact piece, the contact disk 4 being a circular disk or a ring with a coaxial hole that is relatively small compared to the circumference.
  • a plate contact can also be used, for example, whereby the overall height of the contact and thus its mass can be reduced.
  • connections 6, 7 with the intermediate layers 8 and the conductor loops 11, 12 have the same dimensions in the axial direction. Not only is it possible to make contact with flat surfaces of the connecting bolt or the contact piece, but also a very small distance from the contact piece. This results in a relatively large field strength in the axial direction in the region of the contact surface, in particular in the case of flat contact pieces.
  • the coaxial bore 16 serves as a centering bore when welding or soldering the conductor loops onto the contact bolt or the contact piece.
  • the bore 16 can also serve to hold a fastening screw which connects the contact piece and the conductor loops with the contact bolt.
  • FIG. 4 An embodiment with great mechanical stability and a small electrical shunt to the conductor loops through the intermediate layers is provided if the intermediate layers according to FIG. 4 are formed in one piece for two connections 20, 21 opposite each other with respect to the contact axis and the shape of two ring sectors 18 have, which are connected to each other by a web 19 enclosing the contact axis 17.
  • a bore 16 in the web 18 and in the connections 20 to 23 below it serves to center the intermediate layer 18 and 19, the connections 20 to 23 and possibly the contact piece 3 and the contact pin 1.

Landscapes

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

Abstract

Zur Erzeugung eines axialen Magnetfeldes über den Kontaktflächen in Vakuumschaltröhren werden hinter den Kontaktstücken Leiterschleifen angeordnet, die ähnlich einem Speichenrad aufgebaut sind. Um derartige Leiterschleifen mit geringem Querschnitt dimensionieren und dazu einfach herstellen zu können, wird vorgeschlagen, daß die Leiterschleifen (11, 12) zumindest annähernd kreissektorförmige Anschlüsse (6, 7) enthalten, daß diese Anschlüsse (6, 7) in Stege (10) übergehen und daß in Umfangrichtung aufeinanderfolgende Anschlüsse (6, 7) abwechselnd mit der Stirnfläche eines Kontaktbolzens bzw. mit der Anschlußfläche eines Kontaktstückes niederohmig elektrisch leitend verbunden sind.

Description

  • Die vorliegende Erfindung betrifft einen Schaltkontakt für eine Vakuumschaltröhre gemäß dem Oberbegriff von Patentanspruch 1.
  • Eine derartige Vakuumschaltröhre ist aus der US-PS 4 196 327 bekannt. Aus dieser Patentschrift sind im wesentlichen zwei Ausführungsformen zu entnehmen, von denen eine den Strom im Bereich des äußeren Umfanges in ein Kontaktstück übergehen läßt, während die zweite den Strom in die Nähe der Rotationsachse des Kontaktes zurückführt und dort in entsprechende Kontaktflächen des Kontaktstückes übergehen läßt.
  • Die erste der genannten Ausführungsformen, die den Strom im Bereich des äußeren Umfanges der Leiterschleife in das Kontaktstück übergehen läßt, ergibt eine vom Abstand des Lichtbogens vom Rand der Leiterschleife abhängige Feldstärke des axialen Magnetfeldes. Diese Ungleichmäßigkeit des Magnetfeldes ist nicht erwünscht. Die zweite Ausführungsform vermeidet diese Ungleichmäßigkeit des Magnetfeldes, ist aber relativ aufwendig in der Herstellung, da ein waagerechter Schlitz innerhalb eines Ringes hergestellt werden muß, wozu ein Spezialwerkzeug erforderlich ist. Diese Ausführungsform läßt andererseits eine Dimensionierung auf höchste Belastung des Werkstoffes nicht zu, da die zum Mittelpunkt des Ringes und damit zu den Kontaktflächen führenden Stege nur einen kleinen Teil der Höhe der Leiterschleifen im Bereich des Umfanges besitzen können. Eine sehr breite Ausführung der Stege würde die vom Axialfeld durchsetzte Fläche unzulässig verkleinern. Somit muß bei dieser Ausführungsform ein im Vergleich zur Leistung hches Gewicht der Leiterschleife in Kauf genommen werden. Der vorliegenden Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, einen Schaltkontakt gemäß dem Oberbegriff von Patentanspruch 1 einfacher herstellbar zu machen, die Leiterschleifen mechanisch stabil zu gestalten und dabei deren Gewicht bei gleicher Größe und Belastbarkeit des Kontaktstückes zu verkleinern und einen großen Teil der Kontaktfläche mit dem erzeugten Axialfeld zu erfassen.
  • Diese Aufgabe wird durch die kennzeichnenden Merkmale von Patentanspruch 1 gelöst. Durch die über die Stirnfläche des Kontaktbolzens bzw. über eine entsprechende Kontaktfläche des Kontaktstückes verteilte Anordnung der Anschlüsse der Leiterschleifen können die Stege der Leiterschliefen eine von der Höhe ihres achsfernen Teiles unabhängige Ausdehnung in axialer Richtung besitzen. Ihre Querschnitte können daher in jedem Teilstück auf die maximale Strombelastung ausgelegt werden.
  • Im Rahmen der Belastbarkeit der Kontaktflächen können die Schlitze, welche die Kontaktflächen trennen, auch schräg oder unsymmetrisch gelegt werden, sofern nur in Umfangsrichtung nebeneinanderliegende Kontaktflächen und auf der nicht kontaktierten Stirnseite Stützflächen entstehen. Eine einfache Fertigung ist gewährleistet, wenn die Schlitze parallel zu einer Ebene liegen, welche die Rotationsachse des Schaltkontaktes enthält. Eine symmetrische und daher besonders hoch belastbare Ausführungsform ist erreicht, wenn die Symmetrieebene der Schlitze die Rotationsachse der Schaltkontakte enthält. Um die mechanischen Kräfte beim Schaltvorgang vorteilhaft übertragen zu können, ist eine Ausführungsform vorteilhaft, in der auf der nicht niederohmig kontaktierten Seite der Anschlüsse Zwischenlagen mit geringer elektrischer Leitfähigkeit angeordnet sind. Derartige Zwischenlagen können aus Keramik oder auch aus hochohmigen Metallen bestehen, beispielsweise aus rostfreiem Stahl. Sie werden in mechanischer Hinsicht nur auf Druck beansprucht.
  • Die Leiterschleifen bestehen vorteilhaft aus einem gemeinsamen Kreisring und an diesen angeformten Stegen, wobei die Stege dieselbe Ausdehnung in axialer Richtung besitzen wie der Kreisring. Dabei weisen die Stege vorzugsweise die doppelte Breite auf wie der Kreisring, so daß bei gleichmäßiger Strombelastung aller Schleifen die Stege und der Kreisring gleich stark belastet sind.
  • Um eine ebene Oberfläche der Leiterschleifen zu erhalten und einen möglichst geringen Zwischenraum zum Kontaktstück zu ermöglichen, ist es vorteilhaft, wenn die Stützflächen gegenüber der Oberfläche benachbarter Anschlüsse in axialer Richtung zurückgesetzt sind und wenn die Zwischenlagen in axialer Richtung in einer Ebene mit den benachbarten Anschlüssen abschließen. Die.Zwischenlagen werden hier vorteilhaft in Form von Plättchen in entsprechende Vertiefungen bzw. die zurückgesetzten Teile der Anschlüsse eingesetzt. Die zurückgesetzten Teile der Anschlüsse können durch spanabhebende Verformung, durch Prägen oder ggf. beim Gießen der Leiterschleifen angeformt sein.
  • Sofern der Kontaktbolzen im wesentlichen nach der Strombelastbarkeit, nicht so sehr nach der mechanischen Festigkeit dimensioniert werden muß, ist es vorteilhaft, daß an den Kontaktbolzen ein an die Stirnfläche angrenzender Teil mit vergrößertem Querschnitt angeformt ist und daß die Anschlüsse der Leiterschleifen diesen vergrößerten Querschnitt überdecken. Dadurch wird auch im Bereich des Stromübergangs vom Kontaktbolzen zu den Anschlüssen der Leiterschleifen eine thermische Überlastung des Materials vermieden,'obwohl in diesem Bereich nur ein Teil der Stirnfläche des Kontaktbolzens zur niederohmigen Kontaktierung der Anschlüsse zur Verfügung steht.
  • Die Erfindung wird nun anhand von vier Figuren näher erläutert. Sie ist nicht auf die in den Figuren gezeigten Beispiele beschränkt.
    • Fig. 1 zeigt einen erfindungsgemäßen Schaltkontakt in teilweise gebrochener Ansicht,
    • Fig. 2 bis 4 zeigen erfindungsgemäße Anordnungen von Leiterschleifen in Draufsicht bzw. in einem radialen Schnitt.
  • Ein Kontaktbolzen 1 weist einen an seine Stirnfläche 14 angrenzenden Teil 13 mit vergrößertem Querschnitt auf. Auf die Stirnfläche 14 des Kontaktbolzens 1 ist eine Anordnung 2 von Leiterschleifen 11, 12 aufgebracht. Die Anschlüsse 6 der Leiterschleifen 11, 12 sind mit der Stirnfläche 14 des Kontaktbolzens 1 niederohmig elektrisch leitend verbunden, beispielsweise auf die Stirnfläche 14 aufgeschweißt. Auf die Anordnung 2 von Leiterschleifen 11, 12 ist ein Kontaktstück 3 aufgesetzt. Das Kontaktstück 3 ist mit den Anschlüssen 7 der Leiterschleifen 11, 12 niederohmig elektrisch leitend verbunden, beispielsweise verschweißt (Fig. 2).
  • Die Anschlüsse 6, 7 sind über elektrisch schlecht- oder nichtleitende Zwischenlagen 8 gegen die Stirnfläche 14 des Kontaktbolzens 1 bzw. gegen das Kontaktstück 3 auf ihren jeweils nicht niederohmig mit dem Kontaktstück bzw. dem Kontaktbolzen verbundenen Seiten, den Stützflächen 24, mechanisch abgestützt. Die Zwischenlagen 8 können aus Keramik oder aus schlechtleitendem Metall bestehen. Sie werden in der erfindungsgemäßen Ausführungsform nur auf Druck beansprucht, so daß an das Material dieser Zwischenlagen keine besonderen Anforderungen bezüglich ihrer Festigkeit gestellt werden müssen.
  • Die gezeigte Ausführungsform ergibt vier Leiterschleifen, von denen jeweils zwei einander bezüglich der Rotationsachse des Kontaktes gegenüberliegende Leiterschleifen ein Magnetfeld derselben Richtung erzeugen und daher mit derselben Bezeichnung 11 bzw. 12 numeriert sind. Die jeweils benachbarten Leiterschleifen erzeugen ein Magnetfeld entgegengesetzter Richtung. Bei dieser Anordnung müssen die einzelnen Leiterschleifen 11, 12 nicht gegeneinander isoliert sein, so daß die kompakte, mechanisch feste Ausführungsform gemäß der Erfindung möglich ist. Die Zahl der so erzeugten Leiterschleifen ist grundsätzlich nicht begrenzt. Vorteilhaft können beispielsweise auch zwei halbkreisförmige Leiterschleifen gebildet werden.
  • Als Kontaktstück ist im gezeigten Beispiel ein Topfkontakt 3 mit einer schräg geschlitzten Zylinderwand und ' einer Kontaktscheibe 4 gezeigt, wobei die Kontaktscheibe 4 eine Kreisscheibe oder ein Ring mit einem im Vergleich zum Umfang relativ kleinen koaxialen Loch sein kann. Anstelle des geschlitzten Topfkontaktes kann auch beispielsweise ein Plattenkontakt eingesetzt werden, wobei sich die Bauhöhe des Kontaktes und damit seine Masse verringern läßt.
  • Durch die Anordnung der Schlitze 9 zwischen den einzelnen Anschlüssen 6, 7 ist eine einfache Herstellbarkeit . des Kontaktes gewährleistet und gleichzeitig die Möglichkeit eröffnet, die Ausdehnung der Stege 10 in axialer Richtung an die Ausdehnung der Ringbereiche 5 anzugleichen. Im gezeigten Beispiel weisen die Anschlüsse 6, 7 mit den Zwischenlagen 8 und die Leiterschleifen 11, 12 in axialer Richtung dieselben Abmessungen auf. So ist nicht nur eine Kontaktierung mit ebenen Flächen des Anschlußbolzens bzw. des Kontaktstückes möglich, sondern auch ein sehr geringer Abstand zum Kontaktstück. Dadurch ergibt sich insbesondere bei flachen Kontaktstücken eine relativ große Feldstärke in axialer Richtung im Bereich der Kontaktfläche.
  • Die koaxiale Bohrung 16 dient als Zentrierbohrung beim Aufschweißen oder Auflöten der Leiterschleifen auf den Kontaktbolzen bzw. das Kontaktstück. Die Bohrung 16 kann auch zur Aufnahme einer Befestigungsschraube dienen, welche das Kontaktstück und die Leiterschleifen mit dem Kontaktbolzen verbindet.
  • Eine Ausführung mit großer mechanischer Stabilität und einem kleinen elektrischen Nebenschluß zu den Leiterschleifen durch die Zwischenlagen hindurch ist gegeben, wenn die Zwischenlagen gemäß Fig. 4 für je zwei einander bezogen auf die Kontaktachse gegenüberliegende Anschlüsse 20, 21 einstückig ausgebildet sind und die Form von zwei Ringsektoren 18 besitzen, die durch einen die Kontaktachse 17 umschließenden Steg 19 miteinander verbunden sind. Eine Bohrung 16 im Steg 18 und in den darunterliegenden Anschlüssen 20 bis 23 dient zur gegenseitigen Zentrierung der Zwischenlage 18 und 19, der Anschlüsse 20 bis 23 und evtl. des Kontaktstückes 3 und des Kontaktbolzens 1.
  • 9 Patentansprüche
  • 4 Figuren

Claims (9)

1. Schaltkontakt für eine Vakuumschaltröhre mit einer Einrichtung zur Erzeugung eines axialen Magnetfeldes, welcher einen Kontaktbolzen und ein Kontaktstück mit zumindest einer Kontaktfläche aufweist und auf der von der Kontaktfläche abgewandten Seite zwei oder mehr Leiterschleifen enthält, wobei die Leiterschleifen über der Kontaktfläche ein in axialer Richtung verlaufendes Magnetfeld erzeugen, wobei die Leiterschleifen vom Kontaktbolzen ausgehen und zu einem achsnahen Bereich des Schaltstückes zurückführen und durch einen Schlitz voneinander getrennte. Anschlüsse aufweisen, wobei die Anschlüsse der Leiterschleifen durch einen elektrisch schlecht- oder nichtleitenden Stützkörper in Richtung und in der Nähe der Achse des Kontaktbolzens abgestützt sind und wobei die Leiterschleifen zumindest in ihrem achsfernen Teil miteinander einstückig verbunden sind, dadurch gekennzeichnet, daß die Leiterschleifen (11, 12) zumindest annähernd kreissektorförmige Anschlüsse (6, 7) enthalten, daß diese Anschlüsse (6, 7) in Stege (10) übergehen, welche jeweils zwei benachbarten Leiterschleifen (11, 12) zugehören und daß in Umfangsrichtung aufeinanderfolgende Anschlüsse (6, 7) abwechselnd mit der Stirnfläche (14) des Kontaktbolzens (1) bzw. mit der Anschlußfläche (15) des Kontaktstückes (3) niederohmig elektrisch leitend verbunden sind und daß die Schlitze (9) zwischen den Anschlüssen (6, 7) der niederohmig kontakttierten.Seite gegenüberliegende relativ hochohmig Kontaktievte stützflächen (24)abtrennen.
2. Schaltkontakt nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet , daß die Schlitze (9) parallel zu einer Ebene liegen, welche die Rotationsachse des Schaltkontaktes enthält.
3. Schaltkontakt nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet , daß die Symmetrieebene der Schlitze (9) die Rotationsachse der Schaltkontakte enthält.
4. Schaltkontakt nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet,daß auf den Stützflächen der micht niederohmig kontaktierten Seite der Anschlüsse Zwischenlagen aus einem nichtleitenden oder schlechtleitenden Material angeordnet sind.
5. Schaltkontakt nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Leiterschleifen einen gemeinsamen Kreisring und an diesen angeformte Stege bilden und daß die Stege dieselbe Ausdehnung in axialer Richtung besitzen wie der Kreisring.
6. Schaltkontakt nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß die Stege doppelt so breit sind wie der Kreisring.
7. Schaltkontakt nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß die Anschlüsse gegenüber der Oberfläche benachbarter Anschlüsse in axialer Richtung zurückgesetzte Stützflächen besitzen und daß die Zwischenlagen in axialer Richtung in einer mit den benachbarten Anschlüssen gemeinsamen Ebene abschließen.
8. Schaltkontakt nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß Zwischenlagen für je zwei einander bezogen auf die Kontaktachse gegenüberliegende Anschlüsse einstückig ausgebildet sind und die Form von zwei Ringsektoren besitzen, die durch einen durch die Kontaktachse verlaufenden Steg miteinander verbunden sind.
9. Schaltkontakt nach einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, daß den Kontaktbolzen ein an die Stirnfläche angrenzender Teil mit vergrößertem Querschnitt angeformt ist und daß die Anschlüsse der Leiterschleifen diesen vergrößerten Querschnitt überdecken.
EP85115664A 1984-12-18 1985-12-09 Schaltkontakt für eine Vakuumschaltröhre Expired EP0187951B1 (de)

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