Hydrodynamische Instabilität von Schmelzbrücken beim Öffnen Stromtragender Kontakte

Abstract:
Der Vorgang des Trennens metallischer Kontakte unter Strombelastung in elektromechanischen Schaltgeräten bestimmt in hohem Maße über die Qualität des Abschaltvorgangs. Die explosive Zerstörung der beim Trennvor-gang zunächst entstehenden metallischen Brücke ist dabei ein wesentlicher Teil des gesamten Kontaktöffnungs-prozesses. In dieser Arbeit berichten wir über den Vergleich von Experimenten, die zum Verständnis dieser Vorgänge durchgeführt wurden, und deren Vergleich mit einem einfachen, eindimensionalen physikalischen Modell. In Experimenten mit Zinndrähten, welche mit impulsförmigen Strömen von Millisekunden Dauer mit Leistungs-dichten bis 100 MW/cm² belastet wurden, konnte der Einsatz magnetohydrodynamischer (MHD) Instabilitäten direkt beobachtet und als Auslöser des nachfolgenden explosionsartigen Zerstörungsprozesses der Schmelzbrü-cke identifiziert werden. Die numerische, kreisgekoppelte Simulation des Aufheiz- und Instabilitätsprozesses ist ab initio möglich, wobei wegen der Einfachheit des Modells die Einführung eines einzigen Fitparameters zur Skalierung der Zeit-struktur der simulierten Rayleigh-Taylor-Instabilität notwendig ist. Dieser Fitparameter ist eine vorwiegend ma-terialabhängige Größe und kann auf einfache Art und Weise experimentell bestimmt werden.