EP0093414B1

EP0093414B1 - Vakuumschaltröhre

Info

Publication number: EP0093414B1
Application number: EP83104183A
Authority: EP
Inventors: Gerhard Dr. Dipl.-Ing. Peche; Günter Bialkowski
Original assignee: Siemens AG
Current assignee: Siemens AG
Priority date: 1982-04-30
Filing date: 1983-04-28
Publication date: 1987-09-23
Also published as: JPS58198811A; DE3216251A1; US4497990A; EP0093414A2; EP0093414A3

Description

Die Erfindung betrifft eine Vakuumschaltröhre nach dem Oberbegriff des Patentanspruchs 1. Eine derartige Vakuumschaltröhre ist aus der US-A-3,231,704 bekannt. Diese Druckschrift enthält allerdings keine Angaben über die Einrichtungen zur Befestigung der Röhre. Dort ist eine Endplatte über einen verformbaren Ring mit dem Keramikrohr des Gehäuses verbunden. Der verformbare Ring weist einen Lötflansch und einen daran angrenzenden Zylindermantel auf. Der Zylindermantel fängt unterschiedliche Formveränderungen infolge Wärmeschwankungen auf, während der Lötflansch infolge seiner geringen Wandstärke den Änderungen der Abmessungen des Keramikrohres folgt.
Der US-A-3 082 307 sind gewellte Anschlußflansche zur Befestigung von Keramikrohren an einem Stehbolzen einer Vakuumschaltröhre zu entnehmen. Diese Patentschrift enthält jedoch keinen Hinweis auf eine elastische Verbindung zwischen dem Stehbolzen und dem Gehäuse.
Gemäß der DE-A-2 158 037 werden unterschiedliche Wärmedehnungen zwischen keramischen und metallischen Gehäuseteilen durch Ringe, deren Querschnitte gebogene Profile aufweisen, aufgenommen. Die Ringe sind zumindest auf die Keramikteile aufgelötet. Eine Haltevorichtung soll zumindest wahlweise auf der Seite des beweglichen Kontaktes angebracht sein. Dafür sind die Ringe so stabil zu gestalten, daß sie den gesamten Schaltdruck aufnehmen können, ohne daß die Lötstellen zwischen den Ringen und den Keramikteilen aufgerissen werden. Der Aufbau ist schon aus diesem Grunde für hohe Einschaltströme und die dadurch bedingten hohen Schaltdrücke (z. B. 5000N) nicht geeignet.
Die Aufgabe, die der vorliegenden Erfindung zugrundeliegt, besteht in der Verhinderung der Zerstörung des Gehäuses durch die an den Schaltkontakten beim Einschaltvorgang angreifenden, durch den Einschaltstrom hervorgerufenen mechanischen Kräfte auch bei sehr hohen Einschaltstromwerten.
Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß durch die Merkmale des Kennzeichens von Patentanspruch 1 gelöst.
Sehr hohe Einschaltströme führten in der Praxis zur Zerstörung des Gehäuses von Röhren nach dem Stand der Technik. Die Erkenntnis, die unserer Erfindung zugrundeliegt, besteht darin, daß diese Zerstörung des Gehäuses durch eine gegenseitige seitliche Bewegung der beiden Kontakte und durch den damit verbundenen Druck auf das Gehäuse hervorgerufen wird. Versuche, die auftretenden Kräfte durch eine starre Halterung der Kontakte in den entsprechenden Polschuhen abzufangen, führten zu sehr aufwendigen Konstruktionen des Schalters. Demgegenüber ermöglicht die vorliegende Erfindung eine erhebliche Vereinfachung der Konstruktion, ohne die langfristige Aufrechterhaltung des Vakuums in der Vakuumschaltröhre zu gefährden. Hierzu mußten die Einflüsse des Lotmetalls auf die Eigenschaft des federnden Materials ausgeschaltet werden. Dies wurde durch einen zylinderförmigen Teil erreicht, welcher an den Lötflansch angrenzt und aufgrund seiner Zylinderform und der damit verbundenen hohen Steifigkeit bei Biegebeanspruchungen oder bei Beanspruchung in axialer Richtung der Schaltröhre nicht nennenswert verformt wird. In diesem Bereich ist eine Störung des Metallgitters und insbesondere eine Versprödung des Materials unkritisch. Verformt wird praktisch ausschließlich der elastisch leicht verformbare ringförmige Bereich. Bei einer Schweißverbindung entsteht keine schädliche Beeinflussung des Metallgitters, da hierbei kein unterschiedliches Metall in das Metallgitter eingebaut wird. Dementsprechend kann der erste zylinderförmige Bereich des Zwischenstückes relativ klein ausgebildet sein, wenn er mit weiteren Gehäuseteilen verschweißt ist.
Die erfindungsgemäße Vakuumschaltröhre ist unempfindlich gegenüber Längsschwingungen und Biegeschwingungen, die infolge eines Schaltvorganges auftreten können. Sie erfordert daher beim Einbau in einen Leistungsschalter einen wesentlich kleineren Aufwand zur Bedämpfung der Schalterpolschwingungen. Sie kann auch bei höheren Einschaltstromstärken betrieben werden, ohne daß sie durch die dabei an den Schalterpolen auftretenden mechanischen Kräfte zerstört wird.
Der elastisch verformbare ringförmige Bereich ist vorteilhaft eben ausgestaltet, wobei er in einer sich radial zur Schaltröhrenachse erstreckenden Ebene liegt, wenn eine möglichst große Beweglichkeit in beiden Richtungen gewünscht wird. Er kann auch mit dem zweiten zylinderförmigen Bereich einen Winkel unter 90° einschließen, wenn die durch das Vakuum auf den Flansch ausgeübten Kräfte in Form von Zugspannungen durch den Flansch aufgenommen werden sollen.
Die Erfindung wird nun anhand von vier Figuren näher erläutert.

Fig. 1 zeigt eine erfindungsgemäße Schaltröhre in teilweise geschnittener und gebrochener Ansicht.

Die Figuren 2 bis 4 zeigen zwei Ausführungsformen eines erfindungsgemäßen Zwischenstückes in geschnittener Ansicht.
Eine Schaltröhre weist zueinander fluchtende Kontakte 10_'und 11 auf, von denen der feststehende Kontakt 10 an einem Stehbolzen 9 befestigt ist. An dem Stehbolzen ist über einen Gehäusering 12 ein Zwischenstück 8 befestigt, welches einen Keramikring 7 und damit das gesamte Gehäuse der Vakuumschaltröhre trägt.
Das Zwischenstück 8 setzt sich aus einem Lötflansch 1, einem zylinderwandförmigen Bereich 2, einem elastisch leicht verformbaren ringförmigen Bereich 3 und einem zylinderwandförmigen Bereich 4 zusammen. Der Lötflansch 1 ist mit der metallischen Stirnfläche 6 des Keramikrohres 7 hart verlötet. Als Lot dient hierbei vorteilhaft ein AgCu-Eutektikum. Der zylinderwandförmige Bereich 2 ist infolge seiner Form bei Schwingungen des Gehäuses in oder senkrecht zur Richtung der Gehäuseachse steif, er nimmt an diesen Schwingungen nicht merklich teil, eine Störung seines Gittergefüges durch das Lot beeinträchtigt die Lebensdauer der Röhre nicht, auch wenn dadurch zumindest in dem Bereich, der an den Lötflansch angrenzt, eine Versprödung des Materials eintritt. Der elastische, leicht verformbare ringförmige Bereich 3 ist frei von einer derartigen Störung des Gittergefüges. Der daran anschließende zylinderwandförmige Bereich 4 ist mit dem Gehäusering 12 verschweißt. Dadurch ergibt sich keine Störung des Gittergefüges, da beim Schweißen im Gegensatz zum Löten keine fremden Metalle zugeführt werden. Außerdem erfolgt die Schweißung vorteilhaft nur im Stirnbereich, der verbleibende, nicht verschweißte Teil des zylinderwandförmigen Bereiches 4 ergibt einen Abstand von der Schweißnaht zum elastisch verformbaren Ring 3.
Der bewegliche Kontakt 11 ist über einen Bolzen 13 und einen Balgen 14 mit dem Gehäuse vakuumdicht verbunden.
Der elastisch leicht verformbare ringförmige Bereich 3 ist gemäß Fig. 2 eben ausgebildet und liegt in einer sich radial zur Schaltröhrenachse erstreckenden Ebene. Er gewährleistet daher besonders große Beweglichkeit in axialer Richtung. Gemäß Fig. 3 bildet der elastisch leicht verformbare ringförmige Bereich 5 mit dem zylinderförmigen Bereich 4 einen Winkel unter 90°. Diese Ausführungsform nimmt die infolge des im Inneren der Röhre herrschenden Vakuums auf das Gehäuse ausgeübte Druckkraft teilweise als Zugspannung auf. Diese Ausführungsform ermöglicht eine besonders dünne Wandstärke des Zwischenstücks 8.
Der Übergang vom elastisch leicht verformbaren ringförmigen Bereich 3 zum zylinderwandförmigen Bereich 4, der sich an die innere Begrenzung des elastisch leicht verformbaren ringförmigen Bereiches 3 anschließt, bildet gemäß Fig. 4 einen stetig gekrümmten Bereich 6, welcher etwa die Hälfte des Abstandes zwischen dem zylinderwandförmigen Bereich 2 und dem zylinderwandförmigen Bereich 4 erfaßt. Der gekrümmte Bereich 6 hat hierbei einen kreisbogenförmigen Querschnitt. Diese Ausführungsform hat sich als besonders stabil und vorteilhaft bei den auftretenden Schwingungen erwiesen.

Claims

1. Vakuumschaltröhre mit einem ein Keramikrohr (7) aufweisenden Gehäuse, einem festen und einem axial beweglichen Kontakt (10, 11), von denen der feste Kontakt (10) von einem Stehbolzen (9) getragen wird und der bewegliche Kontakt (11) über einen Faltenbalg (14) mit dem Gehäuse vakuumdicht verbunden ist, mit einem den Stehbolzen (9) konzentrisch umgebenden, mit dem Stehbolzen mittel- oder unmittelbar und dem Keramikrohr (7) mechanisch fest und vakuumdicht verbundenen Zwischenstück (8), das bei unterschiedlicher Wärmeausdehnung der benachbarten Teile elastisch verformbar ist, dadurch gekennzeichnet, daß bei einer über den Stehbolzen (9) befestigten Schaltröhre, bei der also das Zwischenstück (8) über das Keramikrohr (7) das gesamte Gehäuse der Vakuumschaltröhre trägt, das Zwischenstück (8) im Anschluß an einen ersten zylinderwandförmigen, der stehbolzenseitigen Befestigung des Zwischenstücks (8) dienenden Bereich (4) einen in axialer Richtung elastisch leicht verformbaren ringförmigen Bereich (3, 5) enthält, an den sich ein zweiter zylinderwandförmiger Bereich (2) und dann ein mit dem Keramikrohr (7) hartverlöteter Lötflansch (1) anschließt und daß die Form und der Elastizitätsmodul des Zwischenstückes (8) so gewählt sind, daß bei den beim Schaltvorgang zu erwartenden Längs- und Biegeschwingungen des Gehäuses nur der ringförmige Bereich (3, 5) elastisch verformt wird, während die übrigen Bereiche des Zwischenstückes (8) gegenüber diesen Schwingungen steif sind.

2. Vakuumschaltröhre nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der elastisch verformbare ringförmige Bereich (3) in einer sich radial zur Schaltröhrenachse erstreckenden Ebene liegt (Fig. 2).

3. Vakuumschaltröhre nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der elastisch verformbare ringförmige Bereich (5) mit dem zweiten zylinderwandförmigen Bereich (2) einen Winkel einschließt, der kleiner als 90° ist (Fig. 3).

4. Vakuumschaltröhre nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der erste zylinderwandförmige Bereich (4) des Zwischenstückes (8) vakuumdicht mit einem Gehäusering (12) verschweißt ist.

5. Vakuumschaltröhre nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß der Übergang vom ersten zylinderwandförmigen Bereich (4) zum elastisch leicht verformbaren ringförmigen Bereich (3) einen stetig gekrümmten Bereich (6) bildet, welcher sich etwa über die Hälfte des Abstandes zwischen dem zweiten zylinderwandförmigen Bereich (2) und dem ersten zylinderwandförmigen Bereich (4) erstreckt (Fig. 4).