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Die
Erfindung betrifft eine Vakuumschaltröhre mit einem an einem festen
Kontaktbolzen angeordneten ersten Kontaktstück und einen an einem axial
beweglichen Kontaktbolzen angeordneten zweiten Kontaktstück und mit
mindestens zwei hohlzylinderförmigen
Isolierteilen, welche Teile eines Gehäuses der Vakuumschaltröhre sind.
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Solche
Vakuumschaltröhren
weisen üblicherweise
einen Dampfschirm auf, welcher die Innenflächen der Isolierteile vor der
Abscheidung von bei Schaltvorgängen
entstehendem Metalldampf schützt.
Solche Dampfschirme können
aus mehreren Einzelteilen bestehen. So ist aus der deutschen Offenlegungsschrift
DE 196 25 737 A1 eine
Vakuumschaltröhre
mit einem Dampfschirm bekannt, der aus zwei im Wesentlichen zylindrischen,
ineinander geschobenen Schirmteilen besteht.
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Aus
der internationalen Offenlegungsschrift
WO 2007/068218 A1 ist
eine Vakuumschaltröhre
bekannt, die ein an einem festen Kontaktbolzen angeordnetes erstes
Kontaktstück,
ein an einem axial beweglichen Kontaktbolzen angeordnetes zweites
Kontaktstück
und zwei hohlzylinderförmige
Isolierteile aufweist, zwischen deren Stirnflächen ein Metallring zur Halterung
eines Dampfschirms befestigt ist. Dabei ist an dem Metallring ein
rotationssymmetrisches Hohlteil des Dampfschirms befestigt. An einem
offenen Ende des Hohlteils ist eine sich verjüngende Endhülse angeordnet, die einstückiger Bestandteil des
Dampfschirms ist.
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Aus
der Patentschrift
US 3,777,089 ist
eine Vakuumschaltröhre
bekannt, bei der der Dampfschirm aus zwei Hälften besteht. Die obere Hälfte des Dampfschirms
weist eine endseitige Verjüngung
auf, wobei der Durchmesser der Kontaktstücke größer ist als der kleinste Durchmesser
der Verjüngung.
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Der
Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Vakuumschaltröhre anzugeben,
mit der bei guter Abschirmung der Isolierteile vor Metalldampf große Ströme geschaltet
werden können.
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Diese
Aufgabe wird erfindungsgemäß gelöst durch
eine Vakuumschaltröhre
mit einem an einem festen Kontaktbolzen angeordneten ersten Kontaktstück, einem
an einem axial beweglichen Kontaktbolzen angeordneten zweiten Kontaktstück, mindestens zwei
hohlzylinderförmigen
Isolierteilen, zwischen deren Stirnflächen ein Metallring zur Halterung
eines Dampfschirms befestigt ist, wobei an dem Metallring ein rotationssymmetrisches
Hohlteil des Dampfschirms befestigt ist, an einem offenen Ende des Hohlteils
eine sich verjüngende
Endhülse
befestigt ist, und der Durchmesser der Kontaktstücke größer ist als der kleinste Durchmesser
der Endhülse.
Hierbei ist besonders vorteilhaft, dass der Durchmesser der Kontaktstücke größer ist
als der kleinste Durchmesser der Endhülse. Kontaktstücke mit
einem großen
Durchmesser weisen eine große
Kontaktfläche auf;
mit diesen Kontaktstücken
können
hohe Ströme sicher
geschaltet werden. Die sich verjüngende
Endhülse
umschließt
die Kontaktstücke,
da ihr kleinster Durchmesser kleiner ist als der Durchmesser der Kontaktstücke. Daher
schirmt diese Endhülse
in Verbindung mit dem Hohlteil die Kontaktstücke gut ab und verhindert sehr
effizient ein Niederschlagen von bei Schaltvorgängen entstehendem Metalldampf
auf der Innenfläche
der hohlzylinderförmigen
Isolierteile. Die Ausgestaltung des Dampfschirms mit einem Hohlteil
und einer sich verjüngenden
Endhülse
ermöglicht
darüber
hinaus eine bequeme Montage der Vakuumschaltröhre, da zuerst die Kontaktbolzen
mit den Kontaktstücken
montiert werden können
und erst danach die sich verjüngende
Endhülse
an dem Hohlteil angeordnet werden kann.
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Die
Vakuumschaltröhre
kann so ausgestaltet sein, dass das rotationssymmetrische Hohlteil
an dem einen offenen Ende einen sich verjüngenden Abschnitt aufweist,
und der sich verjüngende
Abschnitt eine rotationssymmetrische, umlaufende Vertiefung aufweist,
die die Endhülse
aufnimmt.
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Die
Vakuumschaltröhre
kann auch so ausgestaltet sein, dass das rotationssymmetrische Hohlteil dem
sich verjüngenden
Abschnitt gegenüberliegend einen
zweiten sich verjüngenden
Abschnitt aufweist, und der zweite sich verjüngende Abschnitt eine zweite
rotationssymmetrische umlaufende Vertiefung aufweist, die eine zweite
Endhülse
aufnimmt.
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Mittels
der rotationssymmetrischen Vertiefungen können die jeweiligen Endhülsen einfach, schnell
und präzise
montiert werden: Die Endhülsen werden
einfach in die entsprechenden Vertiefungen eingelegt und später beim
Verschlusslöten
der Vakuumschaltröhre
mit dem Hohlteil verlötet.
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Die
Vakuumschaltröhre
kann auch so ausgestaltet sein, dass die zweite Endhülse sich
verjüngt und
der Durchmesser der Kontaktstücke
größer ist als
der kleinste Durchmesser der zweiten Endhülse. Mittels der zweiten Endhülse wird
auch auf der zweiten Seite des Hohlteils eine effiziente Abschirmung der
Kontaktstücke
bei gleichzeitig einfacher Montierbarkeit der Vakuumschaltröhre erreicht.
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Die
Vakuumschaltröhre
kann so ausgestaltet sein, dass die rotationssymmetrische Vertiefung
bezüglich
der Außenfläche des
Hohlteils vertieft ist, und die zweite rotationssymmetrische Vertiefung
bezüglich
der Innenfläche
des Hohlteils vertieft ist.
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Die
Vakuumschaltröhre
kann so realisiert sein, dass die Endhülse an der Außenfläche des Hohlteils
anliegt und die zweite Endhülse
an der Innenfläche
des Hohlteils anliegt.
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Die
beiden vorstehenden Ausführungsformen
ermöglichen
vorteilhafterweise eine besonders einfache Montage sowohl der ersten
Endhülse
als auch der zweiten Endhülse,
da sowohl die erste Endhülse
als auch die zweite Endhülse
lediglich auf die (äußere bzw.
innere) Oberfläche
des Hohlteils in die entsprechende Vertiefung eingelegt zu werden braucht
und durch die Schwerkraft in dieser Vertiefung gehalten werden,
bis sie beim nachfolgenden Lötprozess
mit dem Hohlteil verlötet
werden. Insbesondere ist es nicht notwendig, die erste Endhülse und/oder
die zweite Endhülse
bis zum Verlöten
zu befestigen oder zu sichern.
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Die
Vakuumschaltröhre
kann so ausgestaltet sein, dass das Hohlteil und die Endhülsen aus
Metallblech bestehen, wobei mindestens eine der Endhülsen eine
geringere Blechdicke aufweist als das Hohlteil. Dabei ist insbesondere
vorteilhaft, dass die Endhülsen
aufgrund ihrer geringeren Blechdicke einfacher bearbeitet werden
können
als das Hohlteil. Insbesondere können
die Endhülsen
leicht verformt werden, um sie in ihre gewünschte Form zu bringen. Zusätzlich ermöglicht das
aus dickerem Blech bestehende Hohlteil eine gute Wärmeableitung
von bei Schaltvorgängen
entstehender Wärme;
auch dadurch wird eine Vakuumschaltröhre erreicht, mit der hohe
Ströme
sicher geschaltet werden können.
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Die
Vakuumschaltröhre
kann auch so ausgestaltet sein, dass die vom Hohlteil wegweisende
Seite der ersten und/oder zweiten Endhülse (z. B. durch Einrollen
des Hülsenmaterials)
abgerundet ist. Eine solche Abrundung der Seite der Endhülse lässt sich insbesondere
aufgrund der geringeren Blechdicke der Endhülse fertigungstechnisch einfach
und damit auch kostengünstig
herstellen.
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Die
Ausgestaltung des Dampfschirms als Hohlteil mit einer oder zwei
an den offenen Seiten des Hohlteils befestigten Endhülsen ist
auch deshalb fertigungstechnisch vorteilhaft, weil die Einzelteile des
Dampfschirms, d. h. das Hohlteil und die eine bzw. zwei Endhülsen für sich betrachtet,
einfache geometrische Formen aufweisen und sich daher relativ einfach
und kostengünstig
herstellen lassen. Zusätzlich
ist vorteilhaft, dass sich aufgrund dieser einfachen geometrischen
Formen die Teile gut galvanisch bearbeiten lassen, da sie nur wenige
bzw. nur kleine halbeingeschlossene Volumina (sog. schöpfende Geometrieelemente)
aufweisen, welche bei galvanischen Prozessen aufgrund der daraus
schlecht abfließenden
Elektrolytflüssigkeiten
Probleme verursachen können.
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Die
Vakuumschaltröhre
kann auch so ausgestaltet sein, dass der kleinste Durchmesser der
ersten und/oder zweiten Endhülse
zwischen 50% und 80% des Durchmessers der Kontaktstücke beträgt. Bei
der Wahl dieser Durchmesser lässt
sich eine sehr gute Abschirmung der Isolierteile vor Metalldampf
erreichen und es können
aufgrund der bezüglich
der Durchmesser der Endhülsen
großen
Durchmesser der Kontaktstücke
hohe elektrische Ströme
geschaltet werden.
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Die
Vakuumschaltröhre
kann auch so ausgestaltet sein, dass der feste Kontaktbolzen im
Bereich des kleinsten Durchmessers der Endhülse eine Einschnürung aufweist
und/oder der axial bewegliche Kontaktbolzen im Bereich des kleinsten
Durchmessers der zweiten Endhülse
eine Einschnürung
aufweist. Dabei ist der feste Kontaktbolzen entsprechend der Kontur
der ersten Endhülse
eingeschnürt. Insbesondere
ist der feste Kontaktbolzen entsprechend der Kontur der abgerundeten
Seite der ersten Endhülse
eingeschnürt.
Der axial bewegliche Kontaktbolzen ist entsprechend der Kontur der
zweiten Endhülse
eingeschnürt.
Insbesondere ist der der axial bewegliche Kontaktbolzen entsprechend
der Kontur der abgerundeten Seite der zweiten Endhülse eingeschnürt. Dabei
ist vorteilhaft, dass durch die Einschnürung des Kontaktbolzens der
Isolationsabstand zwischen der Endhülse und dem Kontaktbolzen vergrößert wird,
so dass die Spannungsfestigkeit der Vakuumschaltröhre vergrößert wird.
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Die
Vakuumschaltröhre
kann auch so ausgestaltet sein, dass mindestens eines der Isolierteile
an der dem Metallring gegenüberliegenden
Stirnfläche einen
weiteren Dampfschirm trägt,
der im Zusammenwirken mit dem an dem Metallring gehalterten Dampfschirm
eine labyrinthartige Trennung bzw. Abschirmung des Isolierteils
von den Kontaktstücken realisiert.
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Durch
das Zusammenwirken des weiteren Dampfschirms mit dem an den Metallring
gehalterten Dampfschirm wird vorteilhafterweise eine besonders gute
Abschirmung der Isolierteile vor Metalldampf erreicht, da der Metalldampf – um zu
der Innenfläche der
Isolierteile zu gelangen – einen
labyrinthartigen Weg zwischen den beiden Dampfschirmen zurücklegen
müsste,
was nur vergleichsweise wenigen Metalldampfteilchen gelingt.
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Zur
weiteren Erläuterung
der Erfindung wird im Folgenden ein Ausführungsbeispiel der erfindungsgemäßen Vakuumschaltröhre beschrieben. Dazu
ist in der
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Figur
in einer teilweisen Schnittdarstellung eine Vakuumschaltröhre dargestellt.
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In
der Figur ist in einer Schnittdarstellung ein Ausführungsbeispiel
einer erfindungsgemäßen Vakuumschaltröhre 1 dargestellt.
Dabei ist lediglich eine Hälfte
der Vakuumschaltröhre 1 im
Schnitt dargestellt, die andere Hälfte ist bezüglich einer
Symmetrieachse bzw. Rotationsachse 3 symmetrisch ausgestaltet.
Die Vakuumschaltröhre 1 weist
einen festen, feststehenden Kontaktbolzen 5 auf, der ein
erstes (festes, feststehendes) Kontaktstück 7 trägt. An einem
axial beweglichen Kontaktbolzen 9 ist ein zweites (bewegliches)
Kontaktstück 11 befestigt.
Der axial bewegliche Kontaktbolzen 9 ist mittels eines
Federbalgs 13 axial beweglich und vakuumdicht mit einer
Metallkappe 15 verbunden. Diese Metallkappe 15 trägt ein Gleitlager 17,
in dem der axial bewegliche Kontaktbolzen 9 geführt wird.
Die mögliche
axiale Bewegung des beweglichen Kontaktbolzens 9 ist mit
einem Doppelpfeil 19 angedeutet.
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Die
Metallkappe 15 ist mit einem ersten Isolierteil 21 verbunden,
welches die Form eines Hohlzylinders aufweist und aus Keramik besteht.
Dieses erste Isolierteil 21 ist mit einem gleichartigen
zweiten Isolierteil 23 verbunden. Das zweite Isolierteil 23 ist mit
einer weiteren Metallkappe 25 verbunden, welche das Gehäuse der
Vakuumschaltröhre
vervollständigt. Diese
weitere Metallkappe 25 ist starr mit dem festen Kontaktbolzen 5 verbunden,
beispielsweise ist der Kontaktbolzen 5 in die Metallkappe 25 eingelötet.
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Zwischen
zwei aufeinander zuweisenden Stirnflächen des ersten Isolierteils 21 und
des zweiten Isolierteils 23 ist ein Metallring 27 eingelötet, der im
Inneren der Vakuumschaltröhre
ein rotationssymmetrisches Hohlteil 29 trägt; diese
rotationssymmetrische Hohlteil 29 bildet einen Teil eines
Dampfschirms (Mitten-Dampfschirm) der Vakuumschaltröhre 1.
Dabei ist der Metallring 27 mit dem Hohlteil 29 verlötet. Das
rotationssymmetrische Hohlteil 29 verjüngt sich an seinem einen offenen
Ende, das rotationssymmetrische Hohlteil 29 weist an dem
einen offenen Ende einen sich verjüngenden Abschnitt 31 auf (Verjüngung 31).
Dieser sich konisch verjüngende Abschnitt 31 des
Hohlteils 29 weist an dessen offenem Ende eine rotationssymmetrische
Vertiefung (Stufe bzw. Abstufung, Einschnürung, Einbuchtung) 33 auf.
In die Vertiefung 33 ist eine erste Endhülse 35 eingelegt
und mit der Vertiefung des Hohlteils 29 verlötet; die
rotationssymmetrische Vertiefung 33 nimmt also die erste
Endhülse 35 auf
bzw. stellt ein Lager, eine Halterung oder einen Träger für die erste
Endhülse 35 dar.
Die erste Endhülse 35 verjüngt sich
in Richtung ihres freien Endes konisch; die von dem Hohlteil 29 wegweisende
Seite der ersten Endhülse 35 ist
durch Einrollen des Hülsenmaterials
abgerundet.
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Im
Ausführungsbeispiel
ist der Durchmesser d1 Kontaktstücke 7 und 11 größer als
der kleinste Durchmesser d2 der ersten Endhülse 35. Dadurch wird
erreicht, dass bei einer guten Abschirmung der Isolierteile 21 und 23 die
Kontaktstücke 7 und 11 den Innenraum
der Vakuumschaltröhre 1 besser
ausnutzen als bei einer Vakuumschaltröhre, bei der der Durchmesser
d1 der Kontaktstücke 7 und 11 kleiner ist
als der kleinste Durchmesser d2 der ersten Endhülse 35. Daher weisen
die Kontaktstücke 7 und 11 eine
große
vom Strom durchflossene Kontaktfläche auf, so dass mittels der
Vakuumschaltröhre
vergleichsweise große
Ströme
geschaltet werden können.
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Das
rotationssymmetrische Hohlteil 29 ist auch an seiner zweiten
offenen Seite verjüngt,
es weist an seinem zweiten offenen Ende einen zweiten sich verjüngenden
Abschnitt 37 auf (Verjüngung 37). An
diesem zweiten sich konisch verjüngenden
Abschnitt 37 ist eine zweite rotationssymmetrische Vertiefung
(Stufe, Abstufung) 39 angeordnet, die eine zweite Endhülse 41 aufnimmt.
Die bezüglich
der inneren Mantelfläche
des sich konisch verjüngenden Abschnitts 37 als
umlaufende Vertiefung 39 ausgebildete Abstufung stellt
bezüglich
der äußeren Mantelfläche des
sich konisch verjüngenden
Abschnitts 37 eine umlaufende Ausbuchtung dar. Die zweite
rotationssymmetrische Vertiefung 39 lagert, haltert bzw. trägt die zweite
Endhülse 41.
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Die
zweite Endhülse 41 verjüngt sich
zu ihrem freien Ende hin; der Durchmesser d1 der Kontaktstücke 7 und 11 ist
größer als
der kleinste Durchmesser d2 der zweiten Endhülse 41. Dabei ist
die rotationssymmetrische Vertiefung 33 bezüglich der
Außenfläche des
Hohlteils 29 vertieft, während die zweite rotationssymmetrische
Vertiefung 39 bezüglich
der Innenfläche
des Hohlteils 29 vertieft ist. Dadurch liegt die in die
erste Vertiefung 33 eingelegte erste Endhülse 35 an
der Außenfläche des
Hohlteils 29 an, während
die in die zweite Vertiefung 39 eingelegte zweite Endhülse 41 an
der Innenfläche
des Hohlteils 29 anliegt.
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Die
zweite Endhülse 41 ist
an ihrer vom Hohlteil 29 wegweisenden Seite durch Einrollen
des Hülsenmaterials
abgerundet.
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Das
Hohlteil 29, die erste Endhülse 35 und die zweite
Endhülse 41 bestehen
aus Metallblech, beispielsweise aus Kupferblech oder aus Edelstahlblech.
Mindestens eine der Endhülsen 35 und 41 weist
eine geringere Blechdicke auf als das Hohlteil 29. Dadurch
lässt sich
die Endhülse
bzw. die Endhülsen
einfach und kostengünstig
herstellen, insbesondere die endseitigen Abrundungen der Endhülsen lassen
sich durch Einrollen des vergleichsweise dünnen Hülsenmaterials einfach herstellen.
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Im
Ausführungsbeispiel
entspricht der kleinste Durchmesser der ersten Endhülse 35 dem
kleinsten Durchmesser der zweiten Endhülse 41. In einem anderen
Ausführungsbeispiel
können
die erste Endhülse 35 und
die zweite Endhülse 41 auch
unterschiedlich große
kleinste Durchmesser haben. Besonders vorteilhaft ist es, wenn die
kleinsten Durchmesser d2 der Endhülsen zwischen 50% und 80% des
Durchmessers d1 der Kontaktstücke 7 und 11 betragen.
Im Ausführungsbeispiel
beträgt
dieser kleinste Durchmesser d2 der Endhülsen 80% des Durchmessers d1
der Kontaktstücke 7 und 11.
Untersuchungen haben gezeigt, dass bei einem kleinsten Durchmesser
der Endhülsen
d2, welcher zwischen 50 und 80% des Durchmessers d1 der Kontaktstücke beträgt, sich
eine Vakuumschaltröhre
realisieren lässt,
bei der die (die Kontaktstücke
weit umgreifenden) Endhülsen
eine besonders wirksame Abschirmung der Isolierteile vom Metalldampf
gewährleisten.
Zusätzlich
kann aufgrund der Kontaktstücke,
deren Durchmesser größer ist
als der kleinste Durchmesser der Endhülsen, aufgrund der vergleichsweise großen Kontaktstückfläche ein
großer
elektrischer Strom geschaltet werden.
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Der
feste Kontaktbolzen 5 weist im Bereich des kleinsten Durchmessers
der ersten Endhülse 35 eine
Einschnürung 42 auf.
Dabei ist der feste Kontaktbolzen 5 entsprechend der Kontur
der ersten Endhülse 35 eingeschnürt. Insbesondere
ist der feste Kontaktbolzen 5 entsprechend der Kontur der
abgerundeten Seite der ersten Endhülse 35 eingeschnürt. Alternativ
oder zusätzlich
weist der axial bewegliche Kontaktbolzen 9 im Bereich des
kleinsten Durchmessers der zweiten Endhülse 41 eine Einschnürung 44 auf.
Dabei ist der axial bewegliche Kontaktbolzen 9 entsprechend
der Kontur der zweiten Endhülse 41 eingeschnürt. Insbesondere
ist der der axial bewegliche Kontaktbolzen 9 entsprechend
der Kontur der abgerundeten Seite der zweiten Endhülse 41 eingeschnürt.
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Zwischen
dem ersten Isolierteil 21 und der Metallkappe 15 ist
ein weiterer Metallring 43 eingelötet, welcher einen weiteren
Dampfschirm 45 trägt. Ebenso
ist zwischen dem zweiten Isolierteil 23 und der weiteren
Metallkappe 25 ein weiterer Metallring 47 eingelötet, welcher
einen weiteren Dampfschirm 49 trägt. Der weitere Dampfschirm 49 bildet
im Zusammenwirken mit dem an dem mittleren Metallring 27 gehalterten
(aus Hohlteil 29, erster Endhülse 35 und zweiter
Endhülse 41 bestehendem)
Dampfschirm eine labyrinthartige Trennung der Kontaktstücke 7 und 11 von
der Innenfläche
des zweiten Isolierteils 23. Bei Schaltvorgängen entstehender
Metalldampf müsste
nämlich – um die
innere Mantelfläche des
zweiten Isolierteils 23 zu erreichen – einen labyrinthartigen Weg
um die erste Endhülse 35 des Dampfschirms
herum und an dem weiteren Dampfschirm 49 vorbei zur inneren
Mantelfläche
des zweiten Isolierteils 23 zurücklegen, um sich (unerwünschterweise)
auf diesem zweiten Isolierteil 23 niederschlagen zu können. Dies
gelingt jedoch nur wenigen Metalldampfteilchen, so dass eine sehr
gute Abschirmung des zweiten Isolierteils 23 vor Metalldampfniederschlag
erreicht wird. Eine gleichartige labyrinth artige Trennung des ersten
Isolierteils 21 von den Kontaktstücken 7 und 11 findet
im entgegen gesetzten (unteren) Teil der Vakuumschaltröhre 1 durch
das Zusammenwirken des weiteren Dampfschirms 45 mit dem
Hohlteil 20 und der zweiten Endhülse 41 statt.
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Beschrieben
wurde eine Vakuumschaltröhre mit
einem Dampfschirm, der ein rotationssymmetrisches Hohlteil und mindestens
eine an einem offenen Ende des Hohlteils befestigte Endhülse aufweist.
Dabei ist der kleinste Durchmesser der sich verjüngenden Endhülse kleiner
als der Durchmesser der Kontaktstücke, so dass die Endhülse die
Kontaktstücke weit
umgreift bzw. umschließt.
Dadurch wird eine optimale Abschirmung bzw. Trennung der Isolierteile der
Vakuumschaltröhre
von den Kontaktstücken
erreicht. Weiterhin bildet der aus Endhülse und Hohlteil zusammengesetzte
Dampfschirm im Zusammenwirken mit einem weiteren Dampfschirm der
Vakuumschaltröhre
eine labyrinthartige Trennung des Isolierteils von den Kontaktstücken. Die
Kontaktstücke
können
aufgrund ihres Durchmessers, der größer als der kleinste Durchmesser
der Endhülse
ist, vergleichsweise große
elektrische Ströme übertragen.
Die Einzelteile des Mittel-Dampfschirms (Hohlteil, Endhülse) lassen
sich aufgrund ihrer einfachen geometrischen Gestaltung einfach und
kostengünstig
herstellen, wozu beiträgt,
dass die Endhülse
aus dünnerem
Metallblech gefertigt ist als das Hohlteil.