DE4015135A1 - Kontaktanordnung fuer vakuumschaltroehren - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft eine Kontaktanordnung gemäß Ober­ begriff des Anspruches 1.

Derartige Kontaktanordnungen für Vakuumschaltröhren sind bereits bekannt, insbesondere aus der DE-OS 34 11 784. Um eine Stauchung der Zylinderwand durch den Kontakt­ druck zu verhindern, hat man dort eine Stütze in Form eines Kreiszylinders bzw. eines hohlen Kegelstumpfes im Inneren des Topfkontaktstückes - an dessen Zylinderwand anliegend - plaziert. Eine solche Konstruktion erfordert eine aufwendige Herstellung und ergibt Probleme wegen der unterschiedlichen Ausdehnungskoeffizienten der Mate­ rialien. Schließlich wird durch die relativ massive Stütze ein nicht unerheblicher Stromanteil geführt wer­ den, der den Stegen zur Bildung eines Magnetfeldes ent­ zogen wird.

Bei der Kontaktanordnung der DE-OS 29 47 562 hat man ei­ ne Stütze in Form eines zylindrischen Ringes in eine um­ laufende Stirnnut der Kontaktträgerwand eingesetzt. Um eine Stromführung durch die Stütze zu unterbinden, soll diese gegenüber der Trägerwand isoliert sein, was einen zusätzlichen Aufwand darstellt.

Die Aufgabe der Erfindung besteht darin, eine Stütze zu schaffen, die sich einfach herstellen und montieren läßt, hohe Kontaktdrücke zu übertragen in der Lage ist und dennoch nur mit geringem Querschnitt auskommt.

Die Lösung gelingt mit den kennzeichnenden Merkmalen des Anspruches 1.

Die überwiegend in den Bohrungen verlaufenden Stifte sind in Axialrichtung des Kontaktstückes mit einer er­ heblichen Flächenpressung belastbar. Die Bohrung läßt sich leicht herstellen und am Sacklochboden erhält der Stift einen sicheren Anschlag zur Übertragung von Axial­ kräften. In den dem Sackloch jeweils gegenüberliegenden Stegteilen mit einer Durchgangsbohrung kann der Stift, sofern er aus einem metallischen oder metallisiertem ke­ ramischen Werkstoff besteht, einfach durch Lötung fest­ gesetzt werden.

Ist die Bohrung von der Stirnseite aus in die Zylinder­ wand eingebracht, so wird der Stift zweckmäßigerweise bis zur Stirnseite geführt. Er liegt dann an dem auf die Stirnwand aufgesetzten Kontaktelement an und braucht nicht weiter im angrenzenden Stegteil befestigt sein. Für diese Anordnung eignen sich besonders Stifte aus Ke­ ramik bzw. Keramikverbundmaterial, die dann für eine Lö­ tung nicht besonders präpariert zu werden brauchen.

Bei Verwendung von Stahlstiften wird die ohnehin zwi­ schen dem Kontaktelement sowie der Stirn der Zylinder­ wand eingelegte Lötfolie für ein Mitverlöten im angren­ zenden Stegteil Sorge tragen.

Soll der Stift (bei entsprechender Steigung der Schlit­ ze) mehrere Schlitze überbrücken, so stellt dies kein Problem dar.

Bei entsprechender Länge der Schlitze können pro Schlitzlänge zwei oder mehrere Stifte erforderlich wer­ den. Wesentlich dabei ist, daß ein Stift in der Nähe des Schlitzbeginnes an der Stirnseite der Zylinderwand pla­ ziert wird, da dieser Bereich für eine axiale Stauchung am empfindlichsten ist. Bei Verwendung von Keramikstif­ ten empfiehlt es sich, nur solche mit einer erhöhten Bruchzähigkeit einzusetzen. Diese sind in der Regel aus Keramikverbundwerkstoffen entsprechend den Unteransprü­ chen 8 und 9 gefertigt.

Die Erfindung wird anhand eines Ausführungsbeispieles näher erläutert.

Es zeigen:

Fig. 1 eine Kontaktanordnung mit zwei Topfkontakt­ stücken in Einschaltstellung,

Fig. 2 eine Draufsicht auf ein Topfkontaktstück bei abgenommenem Kontaktelement.

Die Topfkontaktstücke 11 bzw. 12 bestehen im wesentli­ chen aus dem Topfboden 13, 14, in dem die Stromzuleitun­ gen 15, 16 eingesetzt sind. Am Topfboden sind jeweils die als Kontaktträger fungierenden Zylinderwände 17, 18 angeformt. Auf deren Stirnseite 19 sind Kontaktelemente 20, 21 in Form von Scheiben bzw. Ringscheiben aufge­ setzt. Deren Material unterscheidet sich von dem der Zy­ linderwände, da es dem Schaltlichtbogen unmittelbar aus­ gesetzt ist. Es besitzt daher bezüglich Abreißstrom, Kontaktwiderstand, Schweißneigung und Abbrand günstige Eigenschaften. Die übrigen Teile der Kontaktanordnung bestehen in der Regel aus hochentgastem Kupferwerkstoff.

In die Zylinderwände 17, 18 sind Schlitze 22 einge­ bracht, die an der Stirnseite 19 beginnen und bis in den Topfboden 13, 14 bzw. dessen Nähe geführt sind. Sie sind zur Rotationsachse 23 der Kontaktanordnung bzw. der Kon­ taktstücke geneigt. Dadurch entstehen Stege 24, 25 für den Stromfluß, der immer eine gegenüber der Rotations­ achse 23 geneigte Richtungskomponente enthält. Bei dem dargestellten Verlauf der Stege in den sich gegenüber­ stehenden Topfkontaktstücken 11, 12 wird ein zwischen den Kontaktelementen entstehender Lichtbogen eine Strom­ schleife bilden, deren magnetische Kraft den Lichtbogen zwischen den Kontaktelementen rotieren läßt.

Die Anzahl der Stege sowie deren Neigung zur Rotations­ achse ist beliebig wählbar. Beim Einschalten werden sie mit sehr großen mechanischen Kräften in axialer Richtung belastet. Diese Kräfte bewirken neben einer Stauchung auch eine gewisse Verbiegung der einzelnen Stege zu ih­ rer über den Topfboden überhängenden Seite hin. Dabei verkürzen sich die Zylinderwände 17, 18 in axialer Rich­ tung und die Stege schließen sich kurz. Zur Verhinderung dieser schädlichen Auswirkungen ist in die Zylinderwan­ dungen 17, 18 jeweils pro Schlitz 22 eine Bohrung 26, also insgesamt vier Bohrungen, eingebracht. Sie werden von den Stirnseiten 19 aus in die Zylinderwandungen nie­ dergebracht, derart, daß der der Stirn 19 nahegelegene Stegteil durchbohrt und der darunter liegende, jenseits des Schlitzes 22 gelegene Stegteil mit einem Sackloch versehen ist. Zwischen dem Sackloch und dem Topfboden 13, 14 sollte sich in axialer Richtung kein Schlitz mehr befinden. Das Sackloch kann auch im Topfboden selbst en­ den.

Die Bohrungen befinden sich im allgemeinen auf einem mittleren Kreisdurchmesser der Zylinderwandung (siehe Fig. 2).

In die Bohrungen sind zylindrische Stifte 27 eingesetzt. Sie durchdringen jeweils den bzw. die Stegteile, die zwischen der Stirn 19 sowie dem Stegteil mit dem Sack­ loch sich befinden und reichen bis zum Grund des Sacklo­ ches. Sie schließen andererseits mit der Stirn 19 der Zylinderwände bündig ab. Nach Auflötung der Kontaktele­ mente 20, 21 auf die Stirn 19 sind die Stifte 27 gegen Herausfallen gesichert und fest fixiert. Diese Art der Plazierung hat den Vorteil, daß die Stifte nicht unbe­ dingt eine Lötverbindung eingehen müssen, d. h., es kann auf eine Metallisierung bei Verwendung von Keramikstif­ ten verzichtet werden.

Gleichwohl kann es zweckmäßig sein, die Stifte auf jeden Fall in dem stirnnahen Stegteil mit einzulöten. Dies hat den Vorteil, daß Bohrungs- und Stiftlänge mit größeren Toleranzen wählbar sind. Wesentlich ist, daß die Stifte die Kontaktkraft übertragen und unzulässige Stauchungen bzw. Verbiegungen der Stege verhindern.

Für größere Kontaktstückdurchmesser können bei entspre­ chend langen Stegen pro Schlitz auch zwei Stifte einge­ setzt werden. Dabei ist in jedem Falle ein Stift in der Nähe des Schlitzanfanges zu plazieren. Der andere kann in der Nähe des Schlitzendes eingesetzt werden.

Als metallischer Werkstoff für die Stifte bietet sich Edelstahl mit ausreichend geringer elektrischer Leitfä­ higkeit an. Dieser Werkstoff ist lötfähig, und der Stift wird ohne weitere Maßnahmen in die Lötverbindung der Kontaktelemente 20, 21 mit der entsprechenden Zylinder­ wand mit einbezogen. Der durch die in die Stege einge­ brachten metallischen Stifte entstehende Leitungsneben­ schluß ist aufgrund der geringen elektrischen Leitfä­ higkeit des metallischen Werkstoffes in bezug auf die Funktion des Kontaktes ohne Bedeutung und somit vernach­ lässigbar. Metallische Werkstoffe, z. B. Edelstahl, ha­ ben gegenüber den keramischen Werkstoffen den Vorteil, daß sie kostengünstiger sind und bei mechanischer Über­ belastung nicht brechen.

Bei Verwendung von keramischen Werkstoffen für die Stif­ te sollte insbesondere auf Keramikverbundwerkstoffe mit einer hohen Bruchzähigkeit zurückgegriffen werden. Kera­ mische Werkstoffe können durch Einlagerung von Verstär­ kungskomponenten wie Y₂O₃ (Yttriumoxyd), TiC (Titancar­ bid), TiN (Titannitrid), ZrO₂ (Zirkonoxyd) zu Verbund­ werkstoffen ertüchtigt werden. Als besonders geeignetes Material hat sich Al₂O₃ mit dispers eingelagerten SiC (Siliciumcarbid)-Fasern aufgrund seiner besonders hohen Bruchzähigkeit herausgestellt.

Keramische Werkstoffe haben gegenüber metallischen Werk­ stoffen den Vorteil, daß sie, zumindest im jüngfräuli­ chen Zustand, zwischen den einzelnen Stegen keinen Ne­ benschluß erzeugen.

Claims (9)

1. Kontaktanordnung für elektrische Vakuumschalt­ röhren, mit koaxial zueinander angeordneten Topfkontakt­ stücken, deren an den Topfboden sich anschließende, als Kontaktträger fungierende Zylinderwand durch zur Rotati­ onsachse des Kontaktstückes schräg verlaufende Schlitze in Stege (Strompfade) aufgeteilt und die Stirn der Zy­ linderwand mit einem scheiben- bzw. ringförmigen Kon­ taktelement abgedeckt ist und daß die Schlitze mittels einer, gegenüber dem Kontaktträger schlechter leitenden Stütze überbrückt sind, dadurch gekennzeichnet, daß die Stütze von mindestens einem zylindrischen Stift (27) ge­ bildet ist, der in eine annähernd parallel zur Rotati­ onsachse (23) des Kontaktstückes (11, 12) sich erstrec­ kenden Bohrung (26) der Zylinderwand (17, 18) eingesetzt ist, wobei der Stift (27) - in Einschieberichtung gese­ hen - in dem jenseits der bzw. des Schlitzes (22) gele­ genen Stegteil in ein Sackloch eingreift und in dem dem Sackloch in axialer Richtung gegenüberliegenden Steg­ teil, in das er zuerst eingreift - den bzw. die Schlitze mechanisch überbrückend - festgesetzt ist.

2. Anordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeich­ net, daß der Stift von der Stirnseite (19) der Zylinder­ wand (17, 18) aus eingesetzt und das Sackloch sich in einem topfbodennahen Stegteil befindet.

3. Anordnung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeich­ net, daß der Stift (27) bündig mit der Stinrseite (19) der Zylinderwand (17, 18) abschließt.

4. Anordnung nach einem der Ansprüche 1 bis 3, da­ durch gekennzeichnet, daß der Stift (27) in dem Steg­ teil, in dem er zuerst eingreift, durch Lötung festge­ setzt ist.

5. Anordnung nach einem der Ansprüche 1 bis 4, da­ durch gekennzeichnet, daß zwei oder mehrere Stifte (27) pro Schlitzlänge eingesetzt sind, von denen einer in un­ mittelbarer Nähe des Schlitzanfanges an der Stirnseite (19) der Zylinderwand (17, 18) plaziert ist.

6. Anordnung nach einem der Ansprüche 1 bis 5, da­ durch gekennzeichnet, daß ein Edelstahlstift verwendet ist.

7. Anordnung nach einem der Ansprüche 1 bis 5, da­ durch gekennzeichnet, daß ein Stift (27) aus Keramik verwendet ist.

8. Anordnung nach Anspruch 7, dadurch gekennzeich­ net, daß der Stift (27) aus einem Keramikverbundwerk­ stoff besteht, wobei in die Keramik Verstärkungskompo­ nenten wie Y₂O₃, TiC, TiN, ZrO₂ eingelagert sind.

9. Anordnung nach Anspruch 7, dadurch gekennzeich­ net, daß in das Material des Keramikstiftes SiC-Fasern eingelagert sind.