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Die
Erfindung betrifft eine Vakuumschaltröhre mit einem ein
erstes Gehäuseteil und ein zweites Gehäuseteil
aufweisenden Röhrengehäuse und mit einem Dampfschirm
zum Schutz von Innenflächen des Röhrengehäuses,
wobei der Dampfschirm ein erstes Schirmteil aufweist, an dessen
einem Ende ein erster radial verlaufender Flansch angeordnet ist, und
der Dampfschirm ein zweites Schirmteil aufweist, an dessen einem
Ende ein zweiter radial verlaufender Flansch angeordnet ist.
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Eine
derartige Vakuumschaltröhre ist aus der deutschen Offenlegungsschrift
DE 195 17 288 A1 bekannt.
Bei dieser bekannten Vakuumschaltröhre sind in dem einen
Flansch am Umfang verteilte Löcher vorhanden, während
der andere Flansch am Umfang verteilte, ausgestanzte Laschen trägt,
die in die Löcher des anderen Flansches eingreifen. Dabei
liegen die Laschen auf der Innenseite der Gehäuseteile
des Röhrengehäuses an. Auf diese Art und Weise
werden die Gehäuseteile und die Schirmteile zueinander zentriert.
Bei dieser Vakuumschaltröhre liegen insbesondere an den
ausgestanzten Laschen und an den durch die Ausstanzung der Laschen
entstandenen Ausnehmungen scharfkantige Ecken vor, welche im elektrischen
Feld zu unerwünschten Felderhöhungen und Durchschlägen
führen können.
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Der
Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Vakuumschaltröhre
anzugeben, bei der die Schirmteile auf eine andere Weise zueinander
ausgerichtet werden.
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Diese
Aufgabe wird gelöst durch eine Vakuumschaltröhre
nach dem Anspruch 1.
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In
den abhängigen Patentansprüchen sind vorteilhafte
Weiterbildungen der Vakuumschaltröhre angegeben.
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Erfindungsgemäß weist
bei einer Vakuumschaltröhre der eingangs genannten Art
eine Stirnfläche des ersten Flansches eine rotationssymmetrische
Stufe auf, die (zur Ausrichtung bzw. Zentrierung der beiden Schirmteile
zueinander) den zweiten Flansch umgreift. Dabei sind vorteilhafterweise
keine Löcher, Laschen oder dergleichen in den Flanschen notwendig,
so dass scharfkantige oder punktförmig hervorstehende Elemente
vermieden werden, an denen unerwünschte Erhöhungen
der Feldstärke auftreten können. Durch die umgreifende
Stufe wird eine zuverlässige Zentrierung (d. h. koaxiale
Ausrichtung) der beiden Schirmteile zueinander sichergestellt.
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Die
Vakuumschaltröhre kann so ausgebildet sein, dass die innere
umlaufende Fläche der rotationssymmetrischen Stufe an der äußeren
umlaufenden Fläche der Schmalseite des zweiten Flansches anliegt.
Dadurch hält die rotationssymmetrische Stufe (z. B. bei
der Montage der Vakuumschaltröhre) den zweiten Flansch
in der vorgesehenen Lage.
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Vorteilhafterweise
kann die Vakuumschaltröhre so ausgestaltet sein, dass der
erste Flansch und/oder der zweite Flansch durchbrechungsfrei sind.
Bei der Ausgestaltung des ersten Flansches und/oder des zweiten
Flansches als durchbrechungsfreie Flansche (d. h. Flansche ohne
Bohrungen, Ausstanzlöcher oder andere Durchbrechungen) wird
zum einen wirkungsvoll eine unerwünschte Feldstärkeüberhöhung
aufgrund scharfer Kanten oder Grate vermieden und zum anderen die
Stabilität der Flansche erhöht.
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Die
Vakuumschaltröhre kann so aufgebaut sein, dass die Dicke
des zweiten Flanschs kleiner oder gleich der Höhe der Stufe ist.
Dadurch wird ermöglicht, dass der zweite Flansch vollständig
von der Stufe umgriffen wird, so dass eine besonders gute Zentrierung
der Schirmteile zueinander ermöglicht ist. Weiterhin wird
dadurch sichergestellt, dass der zweite Flansch nicht über
die Stufe des ersten Flansches hinausragt, so dass eine flächige
Verbindung beider Seiten des ersten Flansches jeweils mit einem Gehäuseteil
ermöglicht wird.
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Die
Vakuumschaltröhre kann auch so ausgestaltet sein, dass
das erste Schirmteil radial nach außen gerichtete Ausbeulungen
aufweist, die an der Innenfläche des ersten Gehäuseteils
anliegen und/oder das zweite Schirmteil radial nach außen
gerichtete Ausbeulungen aufweist, die an der Innenfläche
des zweiten Gehäuseteils anliegen. Die Ausbeulungen des
ersten Schirmteils ermöglichen eine Zentrierung bzw. Ausrichtung
des ersten Schirmteils bezüglich des ersten Gehäuseteils.
Ebenso ermöglichen alternativ oder zusätzlich
die Ausbeulungen des zweiten Schirmteils eine Zentrierung bzw. Ausrichtung
des zweiten Schirmteils bezüglich des zweiten Gehäuseteils.
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Dabei
kann die Vakuumschaltröhre so aufgebaut sein, dass die
Ausbeulungen des ersten Schirmteils und/oder die Ausbeulungen des
zweiten Schirmteils runde Konturen aufweisen. Dadurch werden vorteilhafterweise
scharfe Kanten oder spitze bzw. punktförmige Erhebungen
auf den Schirmteilen vermieden, so dass dadurch Feldstärkeüberhöhungen, die
zu unerwünschten Überschlägen führen
können, vermieden werden.
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Die
Vakuumschaltröhre kann so realisiert sein, dass der erste
Flansch sowohl mit dem ersten Gehäuseteil als auch mit
dem zweiten Gehäuseteil vakuumdicht verbunden, insbesondere
vakuumdicht verlötet, ist. Dadurch wird vorteilhafterweise
eine besonders zuverlässige vakuumdichte Verbindung zwischen
dem ersten Gehäuseteil und dem zweiten Gehäuseteil
hergestellt, weil das erste Gehäuseteil unmittelbar mit
dem ersten Flansch und dieser erste Flansch wieder unmittelbar mit
dem zweiten Gehäuseteil vakuumdicht verbunden ist. So sind
zur vakuumdichten Verbindung der beiden Gehäuseteile miteinander
lediglich zwei Verbindungsstellen notwendig. Dadurch ergibt sich
eine höhere Zuverlässigkeit der Verbindung als
beispielsweise bei drei oder mehr Verbindungsstellen.
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Die
Vakuumschaltröhre kann insbesondere so aufgebaut sein,
dass das erste Schirmteil und/oder das zweite Schirmteil aus Metall,
insbesondere aus Kupfer oder Edelstahl (z. B. aus einem Cr-Ni-Stahl),
bestehen. Insbesondere der Einsatz von Edelstahl ist aufgrund des
geringeren Preises und/oder des geringeren Gewichts von Edelstahl
gegenüber Kupfer vorteilhaft.
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Die
Vakuumschaltröhre kann auch so ausgebildet sein, dass das
erste Schirmteil und/oder das zweite Schirmteil eine Materialdicke
d gemäß 0,9 mm <= d <= 2,1 mmaufweisen.
Bei solchen Materialdicken wird vorteilhafterweise die entstehende
Wärme ausreichend abgeleitet und der Einsatz an Material
und das dadurch entstehende Gewicht hält sich in vertretbaren
Grenzen.
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Nachfolgend
werden anhand eines Ausführungsbeispiels vorteilhafte Ausgestaltungen
der Erfindung näher erläutert. Dazu ist in
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1 in
einer Teilschnittdarstellung eine Vakuumschaltröhre und
in
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2 ein
vergrößerter Ausschnitt aus der 1 dargestellt.
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In 1 ist
in einer Teilschnittdarstellung eine Vakuumschaltröhre
dargestellt. Ein Röhrengehäuse dieser Vakuumschaltröhre
weist ein erstes Gehäuseteil 1 und ein zweites
Gehäuseteil 3 auf. Das erste Gehäuseteil 1 und
das zweite Gehäuseteil 3 ist jeweils als ein Keramik-Hohlzylinder
realisiert. Das erste Gehäuseteil 1 und das zweite
Gehäuseteil 3 umschließen ein Kontaktsystem
der Vakuumschaltröhre, welches aus einem Festkontakt und
einem Bewegkontakt besteht. Der Festkontakt weist ein festes Kontaktstück 5 auf,
das mittels eines festen (feststehenden) Kontaktbolzens 9 mit
einer Gehäusekappe 11 verbunden ist. Die Gehäusekappe
ist mit dem ersten Gehäuseteil 1 vakuumdicht verbunden,
im Ausführungsbeispiel verlötet. Der Bewegkontakt
weist ein bewegliches Kontaktstück 7 auf, das
von einem axial beweglichen Kontaktbolzen 13 getragen wird. Der
axial bewegliche Kontaktbolzen 13 ist in einem Gleitlager 15 axial
schiebebeweglich geführt. Das Gleitlager 15 ist
auf einer zweiten Gehäusekappe 17 angeordnet.
Diese zweite Gehäusekappe 17 ist einerseits vakuumdicht
mit dem zweiten Gehäuseteil 3 verbunden; andererseits
ist die zweite Gehäusekappe 17 vakuumdicht mit
einem Faltenbalg 19 verbunden. Der Faltenbalg 19 ist
ebenfalls vakuumdicht mit dem beweglichen Kontaktbolzen 13 verbunden.
Der Faltenbalg 13 ermöglicht die axiale Verschiebung des
beweglichen Kontaktbolzens 13. Die vakuumdichten Verbindungen
sind als Lötverbindungen ausgeführt.
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Zwischen
dem (aus Bewegkontakt und Festkontakt bestehenden) Kontaktsystem
und dem ersten Gehäuseteil 1 bzw. zweiten Gehäuseteil 3 ist
ein Dampfschirm angeordnet, der ein erstes Schirmteil 21 und
ein zweites Schirmteil 23 aufweist. Das erste Schirmteil 21 und
das zweite Schirmteil 23 sind zwischen den aufeinander
zuweisenden Stirnflächen des ersten Gehäuseteils 1 und
des zweiten Gehäuseteils 3 befestigt. Der Dampfschirm
dient zum Schutz von Innenflächen des ersten Gehäuseteils 1 und
des zweiten Gehäuseteils 3 vor bei Schaltvorgängen
entstehenden Metalldampfabscheidungen: das erste Schirmteil 21 schirmt
die Innenfläche des ersten Gehäuseteils 1 ab,
das zweite Schirmteil 23 schirmt die Innenfläche
des zweiten Gehäuseteils 3 ab.
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Außer
dem ersten Schirmteil 21 und dem zweiten Schirmteil 23 weist
die Vakuumschaltröhre noch ein drittes Schirmteil 25 und
ein viertes Schirmteil 27 auf, welche insbesondere das
von dem Kontaktsystem wegweisende Ende des ersten Gehäuseteils 1 und
des zweiten Gehäuseteils 3 vor Metalldampf abschirmen.
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In 2 ist
in einer Schnittdarstellung ein Ausschnitt aus der 1 vergrößert
dargestellt. Dabei ist insbesondere dargestellt, wie das erste Schirmteil 21 und
das zweite Schirmteil 23 mit dem ersten Gehäuseteil 1 und
dem zweiten Gehäuseteil 3 verbunden sind. Das
erste Schirmteil 21 ist im Wesentlichen rotationssymmetrisch
und weist eine im Wesentlichen hülsenförmige Gestalt
auf. An einem Ende des ersten Schirmteils 21 ist ein erster
Flansch 201 angeordnet, welcher radial von dem hülsenförmigen
Bereich des ersten Schirmteils 21 absteht. Dieser erste
Flansch 201 weist auf seiner endseitigen Stirnfläche
eine rotationssymmetrische Stufe 203 auf. Im Bereich dieser
Stufe ist der erste Flansch 201 sowohl mit dem ersten Gehäuseteil 1 als
auch mit dem zweiten Gehäuseteil 3 vakuumdicht
verbunden, beispielsweise verlötet. Das zweite Schirmteil 23 hat ebenfalls
eine im Wesentlichen hülsenförmige Gestalt, an
dem auf das erste Schirmteil 21 zuweisenden Ende des zweiten
Schirmteils 23 ist ein in radialer Richtung abstehender
zweiter Flansch 205 angeordnet. Der zweite Flansch 205 wird
von der Stufe 203 des ersten Flansches 201 umgriffen,
dadurch werden das erste Schirmteil 21 und das zweite Schirmteil 23 zueinander
zentriert; d. h. das erste Schirmteil 21 und das zweite
Schirmteil 23 werden so ausgerichtet, dass sie koaxial
angeordnet sind. (Mit anderen Worten gesagt, weist der erste Flansch 201 eine
von der Stufe 203 begrenzte kreisringförmige Ausnehmung
(z. B. eine Ausdrehung) auf, in die der zweite Flansch 205 eingreift.)
Die innere umlaufende Fläche 207 der rotationssymmetrischen
Stufe 203 liegt an der äußeren umlaufenden
Fläche 209 der Schmalseite des zweiten Flansches 205 an.
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Die
Stufe 203 kann beispielsweise dadurch hergestellt sein,
dass bei dem ersten Flansch 201 ein innerer kreisringförmiger
Bereich der Flanschscheibe abgedreht bzw. ausgedreht ist. Alternativ
kann die Stufe 203 auch während eines Tiefziehvorganges durch
entsprechende Ausgestaltung der Tiefziehform hergestellt sein. Bis
auf die Ausgestaltung des ersten Flansches 201 und des
zweiten Flansches 205 sind das erste Schirmteil 21 und
das zweite Schirmteil 23 im Wesentlichen gleichartig ausgestaltet.
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Die
auf den ersten Flansch 201 zuweisende Stirnfläche
des zweiten Flansches 205 ist zumindest teilweise mit der
Stirnfläche des ersten Flansches 201 verbunden,
beispielsweise verlötet. Die Dicke des zweiten Flansches 205 ist
dabei im Allgemeinen kleiner (oder gleich) der Höhe der
Stufe 203; im Ausführungsbeispiel ist die Dicke
des zweiten Flansches 205 geringfügig kleiner
als die Höhe der Stufe 203. Dadurch wird sichergestellt,
dass der zweite Flansch 205 vollständig von der
Stufe 203 umgriffen wird und der zweite Flansch 205 nicht über
die Stufe 203 in axialer Richtung hinausragt. Dadurch lässt
sich eine langzeitstabile vakuumdichte Verbindung zwischen dem ersten
Flansch 201 und dem zweiten Gehäuseteil 3 (genauer
gesagt zwischen der Stufe 203 des ersten Flansches 201 und
dem zweiten Gehäuseteil 3) beispielsweise durch
Löten herstellen. Für die Befestigung des ersten
Schirmteils 21 und des zweiten Schirmteils 23 ist
insbesondere kein zusätzlicher Haltering (Mittelring) notwendig.
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Der
erste Flansch 201 und/oder der zweite Flansch 205 bestehen
aus massivem Schirmmaterial und sind durchbrechungsfrei, d. h. sie
weisen keine Bohrungen, Ausstanzungen oder ähnliches auf.
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Das
erste Schirmteil 21 weist radial nach außen gerichtete
Ausbeulungen (z. B. Noppen) 211 auf, die an der Innenfläche
(innere Mantelfläche) des ersten hohlzylinderförmigen
Gehäuseteils 1 anliegen. Ebenso weist das zweite
Schirmteil 23 radial nach außen gerichtete Ausbeulungen 213 (z.
B. Noppen) auf, die an der Innenfläche (innere Mantelfläche)
des zweiten hohlzylinderförmigen Gehäuseteils 3 anliegen.
Das erste Schirmteil 21 trägt beispielsweise sechs
gleichmäßig am Umfang verteilte Ausbeulungen 211,
und das zweite Schirmteil 23 weist z. B. sechs gleichmäßig
am Umfang verteilte Ausbeulungen 213 auf. Die Ausbeulungen 211 und 213 weisen jeweils
runde Konturen auf, dadurch werden scharfkantige Vorsprünge
oder Spitzen vermieden, so dass Überhöhungen der
elektrischen Feldstärke wirksam verhindert werden. In der 2 ist
ein Spalt zwischen Ausbeulung und Gehäuseteil abgebildet,
um deutlich sichtbar zu machen, dass es sich z. B. bei dem zweiten
Gehäuseteil 3 und zweitem Schirmteil 23 um
eigenständige Bauteile handelt. Dieser Spalt dient der
Berücksichtigung der unterschiedlich starken Wärmeausdehnungen
von dem aus Keramik bestehenden Gehäuseteil und dem aus
Metall bestehenden Schirmteil.
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Das
erste Schirmteil und das zweite Schirmteil bestehen im Ausführungsbeispiel
aus Metall, beispielsweise aus Kupfer oder aus Edelstahl. Die Materialstärke
(Materialdicke) des ersten Schirmteils 21 und des zweiten
Schirmteils 23 beträgt im Ausführungsbeispiel
1 mm. Allgemein kann diese Materialstärke vorteilhafterweise
zwischen 0,9 mm und 2,1 mm betragen. Es hat sich herausgestellt,
dass bei solchen Materialstärken vorteilhafterweise ein
Optimum besteht zwischen den einander entgegen gesetzten Forderungen
nach guter Wärmeableitungsfähigkeit des Schirms
einerseits und einem geringen Materialverbrauch verbunden mit einem
geringen Gewicht andererseits.
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Beim
Zusammenbau der Vakuumschaltröhre wird zuerst das erste
Gehäuseteil 1 in die in der 2 dargestellte
Stellung gebracht. Die metallisierte Stirnfläche des ersten
Gehäuseteils 1 wird mit einer kreisringförmigen
Lötfolie belegt, wobei die Breite dieser Lötfolie
in etwa der Breite der waagerecht verlaufenden Stirnfläche
des ersten Gehäuseteils 1 entspricht. Auf die
Lötfolie wird daraufhin der erste Flansch 201 des
ersten Schirmteils 21 aufgelegt. Die Ausbeulung 211 dient
dabei der Zentrierung des ersten Schirmteils 21 innerhalb
des ersten Gehäuseteils 1. Daraufhin wird der
zweite Flansch 205 des zweiten Schirmteils 23 in
die von der Stufe 203 umgebene Ausnehmung des ersten Flansches 201 eingelegt,
so dass die Stufe 203 den zweiten Flansch 205 umgreift. Durch
dieses Umgreifen, d. h. durch das Zusammenwirken von Stufe 203 und
zweitem Flansch 205, wird das zweite Schirmteil 23 bezüglich
des ersten Schirmteils 21 zentriert, d. h. koaxial ausgerichtet. Nun
wird auf die von dem ersten Gehäuseteil 1 wegweisende
Seite des ersten Flansches 201 und auch auf die von dem
ersten Gehäuseteil 1 wegweisende Seite des zweiten
Flansches 205 ein weiterer Lötfolienring aufgelegt,
dessen Breite in etwa der Breite der waagerecht verlaufenden Stirnfläche
des zweiten Isolierteils 3 entspricht. Schließlich
wird das zweite Isolierteil 3 auf den ersten Flansch 201 und
den zwei ten Flansch 205 aufgesetzt. Dabei dient die Ausbeulung 213 als
Zentrierhilfe.
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Daraufhin
wird die Vakuumschaltröhre nach Montage des an den Kontaktbolzen
befestigten festen Kontaktstücks 5 und des beweglichen
Bewegkontaktstücks 7 sowie der übrigen
Teile im Vakuumlötofen verlötet. Dabei wird das
erste Gehäuseteil dauerhaft mit dem ersten Flansch 201 verbunden; das
zweite Gehäuseteil 3 wird dauerhaft mit dem ersten
Flansch 201 verbunden.
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Es
wurde eine Vakuumschaltröhre beschrieben, welche einen
aus zwei Schirmteilen bestehenden Mittelschirm als Dampfschirm aufweist.
Jedes dieser Schirmteile weist jeweils einen radial abstehenden
Flansch auf; beide Flansche sind zwischen dem ersten Gehäuseteil
und dem zweiten Gehäuseteil dauerhaft festgelötet.
Der erste Flansch weist eine Stufe auf, welche den zweiten Flansch
umgreift, dadurch werden die Flansche bzw. die zugehörigen Schirmteile
bei der Montage zueinander zentriert. Durch die Ausbildung des ersten
Flansches mit einer Stufe treten nur zwei Lötflächen
beim vakuumdichten Verbinden des ersten Gehäuseteils mit
dem zweiten Gehäuseteil auf.
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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