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Die
Erfindung betrifft eine Vakuumschaltröhre mit einem Dampfschirm zum
Schutz von Innenflächen
des Schaltröhrengehäuses vor
Abscheidungen von bei Schaltvorgängen
entstehendem Metalldampf.
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Eine
derartige Vakuumschaltröhre
ist aus der deutschen Offenlegungsschrift
DE 26 33 543 A1 bekannt.
Derartige Vakuumschaltröhren
werden beispielsweise in Anlagen der Mittelspannungs- und Hochspannungstechnik
zum Schalten von hohen Strömen
und/oder Spannungen eingesetzt.
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Der
Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Vakuumschaltröhre anzugeben,
die eine hohe Abschaltleistung aufweist.
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Diese
Aufgabe wird erfindungsgemäß gelöst durch
eine Vakuumschaltröhre
nach dem Patentanspruch 1.
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Vorteilhafte
Weiterbildungen der erfindungsgemäßen Vakuumschaltröhre sind
in den abhängigen
Patentansprüchen
angegeben.
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Die
oben genannte Aufgabe wird bei einer Vakuumschaltröhre mit
einem Dampfschirm zum Schutz von Innenflächen eines Gehäuses der
Vakuumschaltröhre
vor Abscheidungen von bei Schaltvorgängen entstehendem Metalldampf
dadurch gelöst, dass
der Dampfschirm mindestens eine schlitzartige Durchbrechung aufweist.
Es hat sich nämlich
herausgestellt, dass eine derartige schlitzartige Durchbrechung
einen positiven Einfluss auf das in der Vakuumschaltröhre im Betriebsfall
vorhandene axiale oder radiale Magnetfeld hat. Es hat sich gezeigt,
dass durch die in Vakuumschaltröhren
fließenden
hohen zeitveränderlichen
elektrischen Ströme
ein zeitveränderlicher
magnetischer Fluss entsteht. Durch diesen zeitveränderlichen
magnetischen Fluss wird in dem Dampfschirm eine Spannung induziert
(Induktionsspannung), die zu einem in dem Dampfschirm fließenden Induktionsstrom
führt.
Dieser Induktionsstrom seinerseits erzeugt ein (unerwünschtes)
magnetisches Feld, welches das in der Vakuumschaltröhre bestehende
(gewünschte)
radiale oder axiale Magnetfeld überlagert
und daher die Größe dieses
Magnetfeldes unerwünscht
verändert.
Die schlitzartige Durchbrechung in dem Dampfschirm hat die Wirkung,
dass der in dem Dampfschirm fließende Induktionsstrom verringert
wird, so dass die unerwünschten
Rückwirkungen
auf das Magnetfeld der Vakuumschaltröhre ebenfalls verringert werden.
Dadurch wird das axiale oder radiale Magnetfeld der Vakuumschaltröhre weniger überlagert
und verändert,
d. h. die Funktion der Vakuumschaltröhre weniger negativ beeinflusst,
so dass mit der Vakuumschaltröhre
große
Leistungen abgeschaltet werden können.
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Ein
weiterer positiver Effekt ist, dass aufgrund der geringeren Induktionsströme eine
geringere Erwärmung
des Dampfschirms auftritt, so dass sich die Vakuumschaltröhre insgesamt
weniger stark erwärmt.
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Der
Dampfschirm kann rotationssymmetrisch, beispielsweise im Wesentlichen
hohlzylinderförmig
ausgestaltet sein; er kann an seinen axialen Enden (Stirnseiten)
Einziehungen haben, d. h. Bereiche mit verringertem Durchmesser.
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Die
Vakuumschaltröhre
kann so ausgestaltet sein, dass die mittlere Breite der Durchbrechung
kleiner ist als die Dicke des Materials des Dampfschirms. Dabei
ist vorteilhaft, dass durch die schmale Durchbrechung die mechanische
Stabilität
des Dampfschirms nur wenig beeinträchtigt wird. Außerdem bleibt
bei dem Dampfschirm ausreichend Dampfschirm-Material erhalten, so
dass der Dampfschirm die bei Schaltvorgängen im Inneren der Vakuumschaltröhre entstehende
Wärme gut
abführen
kann. Weiterhin ist vorteilhaft, dass durch die schmale Durchbrechung
nur wenig Metalldampf hindurchtreten kann, so dass der Dampfschirm
seine Schutzfunktion weitgehend behält, d. h. die Innenflächen des
Schaltröhrengehäuses ausreichend
vor Metalldampf-Abscheidungen schützt.
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Die
Vakuumschaltröhre
kann auch so ausgestaltet sein, dass die Durchbrechung den Dampfschirm
in einer Richtung durchdringt, die von der radialen Richtung abweicht.
Bei einer derartigen Durchbrechung, bei der die Durchbrechungsrichtung von
der radialen Richtung abweicht, wird vorteilhafterweise erreicht,
dass Metalldampfteilchen, die von im Zentrum der Vakuumschaltröhre angeordneten Kontaktstücken stammen,
nicht geradlinig durch die Durchbrechung hindurchfliegen und daraufhin
auf das hinter dem Dampfschirm angeordnete Schaltröhrengehäuse auftreffen
können.
Vielmehr trifft der größte Teil
diese Metalldampfteilchen auf die schrägen Begrenzungsflächen der
Durchbrechung auf und schlägt
sich auf diesen nieder. Dadurch wird höchstens eine geringe Anzahl
von Metalldampfteilchen in der Lage sein, die schrägen Durchbrechungen
zu durchqueren und die Innenfläche
des Vakuumschaltröhrengehäuses zu
bedampfen. Dadurch behält
der Dampfschirm seine Schutzfunktion in ausreichendem Maße.
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Die
Vakuumschaltröhre
kann auch so ausgestaltet sein, dass die Durchbrechung mit einem
Bauteil abgedeckt ist. Durch dieses die Durchbrechung abdeckende
Bauteil wird erreicht, dass selbst die wenigen Teilchen, welche
in der Lage sind, die Durchbrechung zu durchqueren, sich auf diesem
Bauteil niederschlagen und nicht die Innenfläche des Schaltröhrengehäuses erreichen.
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Die
Vakuumschaltröhre
kann auch so ausgestaltet sein, dass der spezifische elektrische
Widerstand des Bauteils größer ist
als der spezifische elektrische Widerstand des Dampfschirms. Diese
Ausgestaltung der Vakuumschaltröhre
hat den Vorteil, dass der durch die Durchbrechung am Fließen gehinderte Induktionsstrom
nicht ohne Weiteres über
das die Durchbrechung abdeckende Bauteil weiter fließen kann.
Vielmehr wird der Induktionsstrom durch den vergleichsweise großen spezifischen
elektrischen Widerstand des Bauteils verringert.
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Die
Vakuumschaltröhre
kann auch so aufgebaut sein, dass der Dampfschirm mehrere schlitzartige
Durchbrechungen aufweist. Insbesondere kann ein einstückiger Teil
des Dampfschirms mehrere schlitzartige Durchbrechungen aufweisen.
Durch mehrere schlitzartige Durchbrechungen des Dampfschirms wird
der Induktionsstrom besonders wirkungsvoll am Fließen gehindert
und dessen Stärke verringert.
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Die
Vakuumschaltröhre
kann auch so ausgestaltet sein, dass die Durchbrechungen des Dampfschirms
so angeordnet sind, dass durch diese Durchbrechungen begrenzte Dampfschirmbereiche
für in dem
Dampfschirm fließende
Induktionsströme
einen mäanderförmigen elektrischen
Leiter bilden. Dieser mäanderförmige elektrische
Leiter hat – verglichen mit
einem geradlinigen Leiter – eine
erheblich vergrößerte Länge und
daher einen erheblich vergrößerten elektrischen
Widerstand. Dadurch wird die Stärke des
geringen Induktionsstroms, der trotz der Durchbrechungen in den
Dampfschirm fließen
kann, weiter verringert.
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Die
Vakuumschaltröhre
kann auch so ausgestaltet sein, dass der Dampfschirm aus einem mehrlagigen
Verbundmaterial besteht und eine der Lagen mindestens eine Durchbrechung
(d. h. eine Durchbrechung oder mehrere Durchbrechungen) aufweist. Dabei
kann das Verbundmaterial zwei Lagen, drei Lagen oder mehr als drei
Lagen aufweisen. Ein solcher aus einem mehrlagigen Verbundmaterial
bestehender Dampfschirm weist vorteilhafterweise eine hohe mechanische
Stabilität
und ein gutes Wärmeableitvermögen auf,
wobei aufgrund der mindestens einen Durchbrechung in der einen Lage
nur geringe induzierte Ströme
auftreten.
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Die
Vakuumschaltröhre
kann so aufgebaut sein, dass die eine Lage des Verbundmaterials
die Durchbrechung oder die Durchbrechungen an einer Stelle oder
an Stellen aufweist, an denen eine andere der Lagen durchbrechungsfrei
ist (d. h. die andere Lage weist an diesen Stellen keine Durchbrechungen auf).
Bei einem derart ausgestalteten Dampfschirm wird vorteilhafterweise
erreicht, dass überhaupt
keine Metalldampfteilchen den Dampfschirm durchqueren können, da
diejenigen Metalldampfteilchen, die ggf. durch die Durchbrechung
bzw. Durchbrechungen der einen Lage hindurchfliegen könnten, auf
die andere Lage auftreffen und sich dort niederschlagen. Dadurch
behält
der Dampfschirm seine optimale Schutzwirkung. Weiterhin werden durch
die mindestens zwei Lagen eine hohe mechanische Stabilität und eine
gute Wärmeableitungsfähigkeit
erreicht.
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Dabei
kann die Vakuumschaltröhre
auch so ausgestaltet sein, dass die andere der Lagen vollständig durchbrechungsfrei
ist (d. h. die andere Lage weist keine Durchbrechungen auf). Durch
die vollständig
durchbrechungsfreie andere Lage werden eine besonders hohe mechanische
Stabilität
und eine besonders gute Wärmeableitfähigkeit
des Dampfschirms erreicht.
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Die
Vakuumschaltröhre
kann auch so ausgestaltet sein, dass die eine Lage des Verbundmaterials aus
einem Material besteht, dessen spezifischer elektrischer Widerstand
kleiner ist als der spezifische elektrische Widerstand des Materials
der anderen Lage. Bei einer derart ausgestalteten Vakuumschaltröhre wird
vorteilhafterweise erreicht, dass der in dem Material mit dem kleineren
spezifischen elektrischen Widerstand induzierte Strom nicht ohne
Weiteres über
die andere (durchbrechungsfreie) Lage des Dampfschirms fließen kann,
da diese andere Lage einen größeren spezifischen
elektrischen Widerstand aufweist. Dadurch wird der Induktionsstrom
verringert.
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Die
Vakuumschaltröhre
kann auch so ausgestaltet sein, dass die mittlere Breite der Durchbrechungen
kleiner oder gleich einem Zehntel des mittleren Abstands zwischen
zwei benachbarten Durchbrechungen ist. Eine derartige Dimensionierung
der mittleren Breite der Durchbrechungen im Vergleich zum mittleren
Abstand zwischen zwei benachbarten Durchbrechungen hat sich als
besonders vorteilhaft erwiesen, weil dabei einerseits eine ausreichende mechanische
Stabilität
des Dampfschirms und ein ausreichendes Wärmeableitvermögen des
Dampfschirms erreicht wird, während
andererseits der im Dampfschirm induzierte Strom erheblich reduziert wird.
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Zur
weiteren Erläuterung
der Erfindung wird diese im Folgenden anhand von Ausführungsbeispielen
näher erläutert. Dazu
ist in
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1 eine
Schnittansicht einer Vakuumschaltröhre, in
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2 ein
Ausschnitt aus einem Dampfschirm in dreidimensionaler Darstellung,
in
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3 ein
Schnitt durch den Dampfschirm der 2, in
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4 eine
Draufsicht auf die Innenfläche
eines hohlzylinderförmigen
Dampfschirms, in
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5 Schnittdarstellungen
zweier Vakuumschaltröhrengehäuse mit
einem in diesen angeordneten Dampfschirm, in
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6 eine
dreidimensionale Darstellung eines Dampfschirms, in
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7 eine
weitere Schnittdarstellung eines Schaltröhrengehäuses mit einem in diesem angeordneten
Dampfschirm, in
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8 ein
Ausschnitt aus einem an einem Vakuumschaltröhrengehäuse befestigten Dampfschirm
im Schnitt, in
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9 ein
Ausschnitt aus einem weiteren an einem Vakuumschaltröhrengehäuse befestigten Dampfschirm
im Schnitt und in
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10 eine
Draufsicht auf einen Teil des Dampfschirms nach der 9 dargestellt.
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1 zeigt
in einer Längsschnittdarstellung eine
Vakuumschaltröhre 1.
Diese Vakuumschaltröhre 1 hat
eine im Wesentlichen rotationssymmetrische Form; die Rotationsachse
ist mit dem Bezugszeichen 3 versehen. Die Vakuumschaltröhre 1 weist
einen Festkontakt 5 und einen Bewegkontakt 7 auf.
Der Festkontakt 5 weist ein feststehendes Kontaktstück 9;
der Bewegkontakt 7 weist ein bewegliches Kontaktstück 11 auf.
Der Bewegkontakt 7 ist bezüglich des Festkontaktes 5 axial
beweglich im Inneren der Vakuumschaltröhre 1 angeordnet.
Die axiale Beweglichkeit bei vakuumdichten Abschluss wird durch
einen Faltenbalg 13 ermöglicht,
der den Bewegkontakt 7 mit einem Gehäuse der Vakuumschaltröhre 1 verbindet.
Durch einen Doppelpfeil ist die mögliche Bewegung des Bewegkontaktes 7 angedeutet.
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Der
Festkontakt 5 der Vakuumschaltröhre ist vakuumdicht mit einer
Metallkappe 15 verbunden. Die Metallkappe 15 ist
mit einem elektrisch isolierenden ersten Gehäuseteil 17 verbunden,
insbesondere verlötet.
Das erste Gehäuseteil 17 weist
im Wesentlichen eine Form eines Hohlzylinders auf und besteht aus
Keramik. Das erste Gehäuseteil 17 ist
mit einem elektrisch isolierenden zweiten Gehäuseteil 19 verbunden,
welches ebenfalls im Wesentlichen die Form eines Hohlzylinders aufweist
und aus Keramik besteht. Das zweite Gehäuseteil 19 ist mit
einer weiteren Metallkappe 21 verbunden. Diese Metallkappe 21 ist
mit einem Ende des Faltenbalgs 13 vakuumdicht verbunden;
das andere Ende des Faltenbalgs 13 ist mit dem Bewegkontakt 7 verbunden.
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Zwischen
dem ersten Gehäuseteil 17 und dem
zweiten Gehäuseteil 19 ist
ein Metallring 23 befestigt (verlötet). An dem Metallring 23 ist
ein Dampfschirm 25 angeordnet, der eine im Wesentlichen hohlzylinderförmige Gestalt
hat und das feststehende Kontaktstück 9 und das bewegliche
Kontaktstück 11 umgibt.
Dieser Dampfschirm 25 schützt Innenflächen des ersten Gehäuseteils 17 und
des zweiten Gehäuseteils 19 vor
Abscheidungen von Metalldampf, welcher bei Schaltvorgängen an
dem feststehenden Kontaktstück 9 und
dem beweglichen Kontaktstück 11 entstehen
kann und sich von dort aus in Richtung der Gehäuseteile 17 und 19 bewegt.
Ein Großteil
dieses Metalldampfes schlägt
sich auf der Innenfläche
des Dampfschirms 25 nieder und gelangt daher nicht zu den
Innenflächen
der Gehäuseteile 17 und 19.
Damit wird verhindert, dass sich auf der In nenseite der Gehäuseteile 17 und 19 eine
unerwünschte
leitende Metallschicht bildet.
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In 2 ist
in einer dreidimensionalen Ansicht ein Ausschnitt aus dem Dampfschirm 25 und dem
Metallring 23 dargestellt. Der Dampfschirm 25 hat
eine im Wesentlichen hohlzylinderförmige Gestalt, in 2 ist
lediglich ein Ausschnitt aus dem hohlzylinderförmigen Dampfschirms 25 dargestellt. Der
dargestellte einstückige
Teil des Dampfschirms 25 weist mehrere schlitzartige Durchbrechungen 27, 29 und 31 auf.
Mit diesem einstückigen
Teil 25 des Dampfschirms ist der Metallring 23 verbunden.
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Die
schlitzartigen Durchbrechungen (Schlitze) 27, 29 und 31 erstrecken
sich in axialer Richtung der Vakuumschaltröhre bzw. des Dampfschirms und treten
durch die Mantelfläche
des Dampfschirms 25 hindurch. Die schlitzartigen Durchbrechungen 27, 29 und 31 reduzieren
erheblich das Auftreten von Induktionsströmen in dem Dampfschirm 25.
Solche Ströme
können
sich nämlich
im Wesentlichen lediglich in einem schmalen Streifen Dampfschirmmaterials oberhalb
und unterhalb der Durchbrechungen 27, 29 und 31 ausbreiten.
Der Dampfschirm weist also insgesamt einen höheren elektrischen Widerstand
für solche
Induktionsströme
auf, dadurch wird die Größe der Induktionsströme verringert.
Aufgrund der verringerten Induktionsströme entstehen auch nur verringerte
Magnetfelder, welche demzufolge auch nur im geringen Maße die an
den Kontaktstücken 9 und 11 (vgl. 1)
der Vakuumschaltröhre
ausgebildeten axialen und/oder radialen Magnetfelder stören können. Dadurch
wird eine hohe Abschaltleistung der Vakuumschaltröhre erreicht,
d. h. mit einer solchen Vakuumschaltröhre können hohe elektrische Ströme, insbesondere
hohe Kurzschlussströme,
abgeschaltet werden. (Diese Wirkung tritt besonders stark bei Vakuumschaltröhren mit
einem axialen Magnetfeld an den Kon taktstücken, sogenannten AMF-Kontakten auf,
aber die Wirkung ist auch bei Vakuumschaltröhren mit einem radialen Magnetfeld
an den Kontaktstücken,
sogenannten RMF-Kontakten, feststellbar.) Beim Dampfschirm nach
der 2 haben die Durchbrechungen 27, 29 und 31 die
gleiche Länge
und sind auf gleicher Höhe
des Dampfschirms 25 angeordnet.
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Es
ist deutlich zu erkennen, dass die mittlere Breite der Durchbrechungen 27, 29, 31 kleiner
ist als die Dicke des Materials des Dampfschirms. Durch diese schmale
Durchbrechung wird vorteilhafterweise die mechanische Stabilität des Dampfschirms
nur wenig beeinträchtigt.
Außerdem
bleibt bei dem Dampfschirm ausreichend Dampfschirm-Material erhalten,
so dass der Dampfschirm die bei Schaltvorgängen im Inneren der Vakuumschaltröhre entstehende
Wärme gut
abführen
kann. Weiterhin ist vorteilhaft, dass durch die schmalen Durchbrechungen nur
wenig Metalldampf hindurch treten kann, so dass der Dampfschirm
seine Schutzfunktion weitgehend beibehält, d. h. die Innenflächen des
Schaltröhrengehäuses werden
ausreichend vor Metalldampf-Abscheidungen geschützt.
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In
einem anderen Ausführungsbeispiel
kann der Dampfschirm 25 auch lediglich mit einer einzigen schlitzartigen
Durchbrechung, beispielsweise mit der schlitzartigen Durchbrechung 29 versehen
sein. Die eine schlitzartige Durchbrechung 29 zeigt ähnliche Wirkungen
der oben beschriebenen Art wie die mehreren schlitzartigen Durchbrechungen 27, 29 und 31. Diese
Wirkungen sind lediglich weniger stark ausgeprägt.
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In 3 ist
ein Schnitt durch den Dampfschirm 25 der 2 dargestellt.
Deutlich ist die schlitzartige Durchbrechung 29 zu erkennen,
welche in der Schnittebene liegt.
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In 4 ist
ein weiteres Ausführungsbeispiel eines
Dampfschirms dargestellt. 4 zeigt
eine Draufsicht auf einen Ausschnitt aus der inneren Mantelfläche eines
hohlzylindrischen Dampfschirms 40, wobei diese innere Mantelfläche in die
Ebene des Papiers abgewickelt ist. Bei diesem Ausführungsbeispiel
des Dampfschirms 40 ist deutlich zu erkennen, dass schlitzartige
Durchbrechungen 41 so angeordnet sind, dass durch diese
Durchbrechungen begrenzte Dampfschirmbereiche für in dem Dampfschirm fließende Induktionsströme einen
mäanderförmigen elektrischen
Leiter bilden. Der mäanderförmige elektrische
Leiter bzw. der durch diesen mäanderförmigen elektrischen
Leiter in Mäanderform
fließende
Induktionsstrom ist durch eine schlangenförmige Linie 42 symbolisiert.
Die Durchbrechungen des Dampfschirms sind dabei entlang der Achse
des Hohlzylinders regelmäßig versetzt
angeordnet, wodurch sich die Mäanderform
der durchgehenden Dampfschirmbereiche ergibt.
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5 zeigt
in ihrem oberen Teil einen Querschnitt durch das erste Gehäuseteil 17 mit
einem im Inneren des Gehäuseteils
angeordneten Dampfschirm 50. Der im Zentrum der Vakuumschaltröhre angeordnete
Festkontakt bzw. Bewegkontakt ist nicht dargestellt. Der Dampfschirm 50 weist
durchgehende schlitzartige Durchbrechungen 52 auf, die
sich in radialer Richtung erstrecken. Diese Durchbrechungen 52 sind
jeweils von einem Bauteil 54 abgedeckt. Die Bauteile 54 befinden
sich zwischen Dampfschirm 50 und innerer Mantelfläche des
Gehäuseteils 17.
Die Bauteile 54 verhindern sehr effektiv, dass Metalldampfteilchen
(welche es schaffen, die schlitzartigen Durchbrechungen 52 zu
durchqueren, ohne sich an deren Begrenzungen niederzuschlagen) die
innere Mantelfläche
des ersten Gehäuseteils 17 erreichen. Derartige
Metalldampfteilchen schlagen sich nämlich an dem Bauteil 54 nieder.
Das Bauteil 54 hat hier die Form einer streifenförmigen Abdeckung,
welche entlang einer Längsseite
der schlitzartigen Durchbrechung an dem Dampfschirm 50 befestigt
ist, welche entlang der anderen Längsseite der schlitzartigen Durchbrechung
jedoch offen ist. Durch die Befestigung lediglich entlang der einen
Längsseite
der schlitzartigen Durchbrechung wird erreicht, dass in dem Dampfschirm 50 fließende Induktionsströme daran
gehindert werden, über
das Bauteil 54 zu dem nächsten
durch die Durchbrechung 52 abgetrennten Dampfschirmteil
zu gelangen. Die Bauteile 54 können zusätzlich nahe der beiden Schmalseiten
der schlitzartigen Durchbrechung (d. h. axial oberhalb und unterhalb
der schlitzartigen Durchbrechung) an dem Dampfschirm 50 befestigt
sein, dies ist in der 5 nicht dargestellt.
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Im
unteren Teil der 5 ist als anderes Ausführungsbeispiel
ein Querschnitt durch das erste Gehäuseteil 17 mit einem
im Inneren des Gehäuseteils
angeordneten weiteren Dampfschirm 50' dargestellt. Dieser Dampfschirm 50' unterscheidet
sich von dem Dampfschirm 50 dadurch, dass die schlitzartigen
Durchbrechungen 52 nicht nur von jeweils dem Bauteil 54 abgedeckt
sind, sondern zusätzlich
jeweils von einem weiteren Bauteil 56 abgedeckt sind. Durch das
Zusammenwirken des Bauteils 54 mit dem weiteren Bauteil 56 entsteht
jeweils ein labyrinthartiger Weg zwischen den Durchbrechungen 52 und
der innerer Mantelfläche
des Gehäuseteils 17.
Dieser labyrinthartige Weg hat die Wirkung, dass Metalldampfteilchen
(welche es schaffen, die schlitzartigen Durchbrechungen 52 zu
durchqueren, ohne sich an deren Begrenzungen niederzuschlagen) sich
an dem Bauteil 54 und dem weiteren Bauteil 56 niederschlagen
und daher nicht die innere Mantelfläche des Gehäuseteils 17 erreichen.
Das Bauteil 56 ähnelt
dem Bauteil 54, es ist als streifenförmige Abdeckung ausgestaltet,
die entlang der anderen Längsseite
der schlitzartigen Durchbrechung an dem Dampfschirm 50 befestigt
ist, entlang der einen Längsseite
der schlitzartigen Durchbrechung jedoch offen ist.
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Die
weiteren Bauteile 56 können
zusätzlich nahe
der beiden Schmalseiten der schlitzartigen Durchbrechung (d. h.
axial oberhalb und unterhalb der schlitzartigen Durchbrechung) an
dem Dampfschirm 50' befestigt
sein, dies ist in der 5 nicht dargestellt.
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In 6 ist
in einer dreidimensionalen Darstellung ein Ausschnitt aus einem
Dampfschirm 60 gezeigt, welcher ähnlich dem in 5 dargestellten Dampfschirm 50 aufgebaut
ist. Der Dampfschirm 60 weist schlitzartige Durchbrechungen 62 auf,
welche jeweils von einem Bauteil 64 abgedeckt sind. Das Bauteil 64 ist – ähnlich wie
bei dem Dampfschirm der 5 – eine beabstandet zum Dampfschirm 60 angeordnete
Abdeckung, welche an drei Seiten der Durchbrechung 62 mit
dem Dampfschirm 60 verbunden ist (beispielsweise durch
Punktschweißen);
an der vierten Seite der Durchbrechung ist die Abdeckung jedoch
offen und nicht mit dem Dampfschirm 60 verbunden. Ein derartiges
Bauteil 64 weist also eine Form einer Halbtasche auf, welche – ähnlich einer
Gesäßtasche
einer Hose – an
drei Seiten des Schlitzes 62 mit dem Dampfschirm 60 verbunden sind;
auf der vierten Seite des Schlitzes jedoch offen und nicht mit dem
Dampfschirm 60 verbunden. Die Verbindungsstellen sind als
gestrichelte Linien angedeutet.
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In 7 ist
in einer Querschnittsdarstellung das erste Gehäuseteil 17 und ein
in diesem angeordneter weiterer Dampfschirm 70 dargestellt,
wobei der im Zentrum der Vakuumschaltröhre angeordnete Festkontakt
bzw. Bewegkontakt nicht dargestellt ist. Der Dampfschirm 70 ist
mit schlitzartigen Durchbrechungen 72 versehen, welche – im Unterschied
zu dem Dampfschirm 50 der 5 – den Dampfschirm 70 in
einer Richtung durchdringen, die von der radialen Richtung abweicht.
Durch die von der radialen Richtung abweichende Durchdringungsrichtung
der schlitzartigen Durchbrechungen 72 wird erreicht, dass
sich im Inneren der Vakuumschaltröhre entstehender Metalldampf
größtenteils
an den (durch die nichtradiale Ausrichtung verlängerten) Begrenzungsflächen der
Durchbrechungen 72 niederschlägt und nicht durch die Durchbrechungen 72 hindurch
zur inneren Mantelfläche
des ersten Gehäuseteils 17 gelangt.
Dadurch sind bei dieser Ausgestaltungsform des Dampfschirms 70 Bauteile
zur Abdeckung der Durchbrechungen (ähnlich der Bauteile 54 der 5)
nicht erforderlich.
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In 8 ist
in einer Längsschnittdarstellung ein
Ausschnitt aus einem weiteren Dampfschirm 80 dargestellt,
welcher mittels eines Metallringes 23 an dem ersten Gehäuseteil 17 und
dem zweiten Gehäuseteil 19 befestigt
ist. Dieser Dampfschirm 80 weist eine schlitzartige Durchbrechung 82 auf,
welche (ähnlich
wie bei dem in der 3 dargestellten Dampfschirm)
in der Schnittebene liegt. Der Dampfschirm 80 kann auch
noch weitere Durchbrechungen aufweisen, welche in der 8 nicht
sichtbar sind. Der rotationssymmetrische, im Wesentlichen hohlzylinderförmige Dampfschirm 80 ist
an seinen axialen Enden (Stirnseiten) eingezogen, d. h. er hat in
seinen beiden Endbereichen einen geringeren Durchmesser als im mittleren
Bereich, in dem sich die schlitzartige Durchbrechung 82 befindet.
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In 9 ist
ein weiteres Ausführungsbeispiel eines
Dampfschirms 90 dargestellt. Dieser Dampfschirm 90 besteht
aus einem zweilagigen Verbundmaterial 92, 94.
Eine erste Lage 92 des Verbundmaterials besteht aus einem
Material mit einem geringen spezifischen elektrischen Widerstand,
beispielsweise aus Kupfer. Eine zweite Lage 94 des Verbundmaterials
besteht aus einem Material mit einem höheren spezifischen elektrischen
Widerstand als der spezifische elektrische Widerstand des Materials
der ersten Lage, beispielsweise aus Chrom-Nickel-Edelstahl. Die erste Lage 92 weist
eine schlitzartige Durchbrechung 96 auf, welche (ähnlich der
Darstellung der 8) in der Schnittebene liegt.
Es ist deutlich zu erkennen, dass die zweite Lage 94 an
der Stelle, an der die erste Lage die Durchbrechung aufweist, durchbrechungsfrei
ist. Das heißt,
an der Stelle, an der die erste Lage die Durchbrechung 96 aufweist,
weist die zweite Lage 94 keine Durchbrechung auf. Dadurch wird
erreicht, dass keine Metalldampfteilchen den Dampfschirm durchqueren
können,
da sich die Metalldampfteilchen auf der zweiten Lage 94 niederschlagen.
Dadurch behält
der Dampfschirm seine optimale Schutzwirkung. Weiterhin werden durch
die zwei Lagen eine hohe mechanische Stabilität und eine gute Wärmeableitungsfähigkeit
erreicht.
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Im
Ausführungsbeispiel
ist der Dampfschirm 90 so gestaltet, dass die zweite Lage 94 vollständige durchbrechungsfrei
ist, d. h. dass die zweite Lage 94 überhaupt keine Durchbrechungen
aufweist. Lediglich die erste Lage 92 weist die Durchbrechung 96 auf,
die erste Lage 92 kann auch noch weitere Durchbrechungen
aufweisen, welche in der 9 nicht sichtbar sind. Diese
weiteren Durchbrechungen können
z. B. ähnlich
den in der 2 dargestellten Durchbrechungen
ausgestaltet sein. Die eine Lage 92 weist dann die Durchbrechungen
an Stellen auf, an denen die andere Lage 94 durchbrechungsfrei
ist.
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Bei
dem aus einem Verbundmaterial bestehenden Dampfschirm 90 ist
insbesondere vorteilhaft, dass aufgrund der aus Kupfer bestehenden
ersten Lage 92 eine besonders schnelle Wärmeableitung über den
Dampfschirm gewährleistet
bleibt, wohingegen durch die Durchbrechung 96 das Fließen von
Induktionsströmen
erschwert wird. Die Wärmeableitung
ist dabei deutlich besser als bei einem Dampfschirm, welcher vollständig aus
dem Material der zweiten Lage (d. h. z. B. aus Chrom-Nickel-Edelstahl) aufgebaut
ist.
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10 zeigt
eine Draufsicht auf einen Ausschnitt aus der ersten Lage 92 des
Dampfschirms 90, wobei diese erste Lage in die Ebene des
Papiers abgewickelt ist.
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Die
Breite der schlitzförmigen
Durchbrechungen 96 ist im Ausführungsbeispiel der 10 bei
allen Durchbrechungen gleich groß und mit X bezeichnet. Mit
Y ist der Abstand zwischen zwei benachbarten Durchbrechungen 96 bezeichnet;
im Ausführungsbeispiel
ist der Abstand zwischen den Durchbrechungen jeweils gleich groß. Daher
entspricht die mittlere Breite der schlitzförmigen Durchbrechungen der
Größe X, der
mittlere Abstand zwischen zwei benachbarten Durchbrechungen entspricht
der Größe Y.
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Es
hat sich als vorteilhaft herausgestellt, wenn die mittlere Breite
X der Durchbrechungen kleiner oder gleich einem Zehntel des mittleren
Abstandes Y zwischen zwei benachbarten Durchbrechungen ist. Es gilt
also X <= 1/10·Y. Bei
einer derartigen Ausgestaltung hat der Dampfschirm vorteilhafterweise
eine ausreichende mechanische Stabilität und ein ausreichendes Wärmeableitvermögen, wobei
der im Dampfschirm induzierte Strom aufgrund der Durchbrechungen
erheblich reduziert wird.
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In
einem anderen Ausführungsbeispiel
kann der Dampfschirm auch aus einem drei-, vier- oder mehrlagigen
Verbundmaterial bestehen, bei dem mindestens eine Lage mit einer
oder mehreren schlitzartigen Durchbrechungen (Schlitzen) versehen ist.
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Es
wurde eine Vakuumschaltröhre
beschrieben, deren Dampfschirm mindestens eine schlitzartige Durchbrechung
aufweist. Daher tritt beim Betrieb der Vakuumschaltröhre nur
eine geringe Rückwirkung
(aufgrund der durch die Vakuumschaltröhre fließenden elektrischen Ströme) auf
das sich an den Kon taktstücken
der Vakuumschaltröhre
ausbildende Magnetfeld auf. Dadurch wird das Magnetfeld in der Vakuumschaltröhre nur
wenig gestört,
so dass diese Vakuumschaltröhre
eine hohe Abschaltleistung aufweist.