DE3144029C2 - - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft eine Vakuumschaltröhre zur Unter­ brechung hoher Gleichströme, insbesondere für Bäder-Kurz­ schließer, in der zwei Elektroden miteinander fluchtend ange­ ordnet sind, in der Anschlußplatten mit einer Anschlußfläche versehen sind, welche deutlich größer ist, als der Querschnitt der Elektroden und in der die Vakuumkammer im wesentlichen durch die Kontaktflächen und zwei in der Bewegungsrichtung der Kontakte verformbare gewellte Federringe gleicher Höhe und zumindest einen zwischen diesen liegenden isolierenden Ring begrenzt ist, wobei ferner zwischen den beiden Elektroden eine elektrisch leitende Scheibe angeordnet ist, welche die Elektroden allseitig überragt.

Eine Vakuumschaltröhre dieser Art ist durch die DE-A-29 36 537 bekannt geworden. Durch die elektrisch leitende Scheibe werden innerhalb der Vakuumschaltröhre zwei elektrisch in Reihe liegende Schaltstrecken gebildet, wodurch die Vakuumschalt­ röhre einen Strom auch dann unterbrechen kann, wenn die Spannung über dem Schalter oberhalb derjenigen Spannung liegt, die normalerweise ausreichen würde, um den Lichtbogen in einem Vakuum zwischen einem einzelnen Paar von Kontakten aufrecht­ zuerhalten.

Während die elektrisch leitende Scheibe im Einschaltzustand der Vakuumschaltröhre mit den beiden Elektroden in Berührung steht und somit die in der Scheibe entstehende Wärmemenge über die Elektroden abgeführt werden kann, muß beim Abschaltvorgang die entstehende Wärme von der Scheibe selbst aufgenommen werden.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, die Bemessung der Scheibe dadurch zu erleichtern, daß die beim Abschaltvorgang entstehen­ de Wärmemenge möglicht gering gehalten wird.

Gemäß der Erfindung wird diese Aufgabe dadurch gelöst, daß die elektrisch leitende Scheibe über zusätzliche Druckfedern mit den Anschlußplatten verbunden ist und daß die zusätzlichen Druckfedern auf den beiden Seiten der Scheibe abgestützt sind und die Elektroden umschließen, daß die zusätzlichen Druck­ federn aus gummielastischem Material bestehen und daß die beiden gewellten Federringe entlang ihrem Umfang unterschied­ liche Federkraft aufweisen.

Durch die entlang dem Umfang unterschiedliche Federkraft der Federringe wird erreicht, daß geringfügige Verschweißungen der Kontaktflächen beim Ab­ schalten zunächst an einer Stelle getrennt werden und daß sich die Trennung durch Keilwirkung sehr schnell über die gesamte Kontaktfläche ausbreitet.

Durch die DE-A-28 07 810 ist es bekannt, bei einem Vakuum­ schalter einen nachgiebigen Isolierring zwischen Anschluß­ platten anzuordnen. Hierdurch soll eine Rückstellkraft auf­ gebracht werden, welche die Arbeitskontakte beim Fehlen einer Schließkraft in Offenstellung hält. Durch korrosive Einflüsse am Einsatzort des Vakuumschalters soll die Rückstellkraft nicht beeinträchtigt werden. Demgegenüber geht die Erfindung von der Verwendung einer zwischen den Elektroden angeordneten elektrisch leitenden Scheibe aus, wobei die beiden Federringe aus gummielastischem Material die gleichzeitige Öffnung der Schaltstrecken zu beiden Seiten der leitenden Scheibe begünstigen.

Die unterschiedliche Federkraft und gleichmäßiges Abheben der Kontakte wird einfach erreicht, indem die Federringe entlang ihrem Umfang eine unterschiedliche Wandstärke aufweisen und indem die Bereichw gleicher Wandstärke der beiden Federringe in axialer Richtung zueinander fluchtend angeordnet sind.

Die elektrisch leitende Scheibe soll möglichst dünn ausge­ führt sein, um einen möglichst kleinen Übergangswiderstand zu den beiden Elektroden zu gewährleisten. Eine ausreichende Wärmekapazität und ein geringer elektrischer Widerstand des Schalters ist gewährleistet, wenn die elektrisch leitende Scheibe zwischen 3 mm und 6 mm stark ist. Die bei 3 mm Wand­ stärke vorhandene Wärmekapazität verhindert bereits eine un­ zulässige Erwärmung der Scheibe, die einen Löschversager beim Ausschaltvorgang zur Folge haben könnte.

Eine Schaltröhre der beschriebenen Art läßt sich beispiels­ weise in einem Vakuumgefäß vakuumdicht verschließen. Für größere Einheiten ist es jedoch vorteilhaft, wenn die Vakuum­ röhre außerhalb eines Vakuumgefäßes zusammengebaut werden kann. In diesem Fall wird üblicherweise ein Pumpstengel vor­ gesehen, durch den die Vakuumkammer des Vakuumschalters nach­ träglich ausgepumpt werden kann. Eine derartige Ausführungs­ form weist vorteilhaft die Merkmale auf, daß die elektrisch leitende Scheibe im außerhalb der Elektroden liegenden Be­ reich Durchbrüche aufweist. Durch diese Durchbrüche kann die Luft abgepumpt werden. Gemäß unserer Erkenntnis ergibt sich jedoch keine Beeinträchtigung des Schaltvorganges beim Be­ trieb, es treten keine Entladungen durch diese Durchbrüche hindurch auf, die Spannungsfestigkeit bleibt gewährleistet.

Eine besondere kompakte Ausführungsform mit geringem Außen­ durchmesser ist gegeben, indem mit der elektrisch leitenden Scheibe zwei isolierende Ringe mechanisch fest und vakuum­ dicht verbunden sind, indem die isolierenden Ringe über ringförmige gewellte Membranen mit den Elektroden vakuum­ dicht verbunden sind und indem innerhalb dieser Ringe auf beiden Seiten der elektrisch leitenden Scheibe Abschirmringe angeordnet sind, welche eine geringere Höhe aufweisen, als die isolierenden Ringe.

Ein gleichzeitiges Abheben der beiden Kontakte von der elek­ trisch leitfähigen Scheibe ist gewährleistet, indem die Feder­ kraft der Druckfedern so auf die Masse der bei der vorgesehen­ en Ausschaltbewegung zu bewegenden Teile abgestimmt ist, daß beide Kontakte gleichzeitig von der elektrisch leitenden Schicht abheben. Diese kann für den Fall der Bewegung nur eines Kontaktes bedeuten, daß die beiden Druckfedern mit unterschiedlicher Federkraft ausgebildet sind, da die zu bewegenden Massen in diesem Fall unterschiedlich sind. Be­ sonders vorteilhaft und insbesondere für universellen Ein­ satz geeignet ist eine Ausführungsform, in der die Masse der elektrisch leitenden Schicht und der mit dieser verbundenen, nicht federnden bzw. nicht gummielastische Teile gegenüber der Gesamtmasse der Vakuumschaltröhre klein und indem die Vakuumschaltröhre zumindest in bezug auf die Massenverteilung zur elektrisch leitenden Schicht symmetrisch gebaut ist. Bei dieser Ausführungsform spielt die träge Masse der elektrisch leitenden Schicht keine nennenswerte Rolle mehr, ein gleich­ zeitiges Abheben der Kontakte ist sowohl bei Bewegung nur eines Kontaktes als auch bei gleichzeitiger Bewegung beider Kontakte gewährleistet.

Die Erfindung wird nun anhand einer Figur näher erläutert. Sie ist nicht nur auf das in der Figur gezeigte Beispiel beschränkt. Die Figur zeigt eine erfindungsgemäße Vakuum­ schaltröhre in teilweise geschnittener und gebrochener Ansicht.

Zwei Elektroden 1 und 2 sind zueinander koaxial angeordnet und liegen im eingeschalteten Zustand mit ihren Kontakt­ flächen 5 und 6 an beiden Seiten einer elektrisch leitenden Scheibe 7 an. Mit der elektrisch leitenden Scheibe sind Ab­ schirmringe 9, 10 einstückig und isolierende Ringe 11 und 12 über einen Zwischenring 8 mechanisch fest verbunden. Die iso­ lierenden Ringe 11 und 12 bestehen vorzugsweise aus Keramik oder Glas. Der Zwischenring 8 besteht aus einem Metall, welches eine vakuumdichte Verbindung mit den beiden isolierenden Ringen 11 und 12 gewährleistet und mit der elektrisch leitfähigen Scheibe 7 hartverlötet oder verschweißt werden kann. Mit den isolierenden Ringen 11 und 12 sind ringförmige ge­ wellte Membranen vakuumdicht verbunden, welche ebenfalls vakuumdicht mit den Elektroden 1 und 2 verbunden sind und somit das vakuumdichte Gehäuse vervollständigen.

Jede der Elektroden 1 und 2 ist in eine ringförmige An­ schlußplatte 3 bzw. 4 eingesetzt, vorzugsweise eingepreßt, welche zusammen mit der von außen zugängigen Seite jeder Elektrode eine Anschlußfläche bildet, die eine wesentlich größere Fläche aufweist, als die Kontaktflächen 5 und 6. Dadurch können äußere Anschlüsse mit einer relativ gerin­ gen spezifischen Strombelastung der Kontaktflächen ange­ bracht werden.

Die ringförmigen Anschlußplatten 3 und 4 sind durch Feder­ ringe 15 und 16 aus gummielastischem Material gegen die isolierenden Ringe 11 und 12 und damit auch gegen die elektrisch leitende Scheibe 7 abgestützt. Die Federringe 13 und 14 weisen gleiche Höhe auf und besitzen eine ent­ lang ihrem Umfang unterschiedliche Wandstärke, wobei die Bereiche gleicher Wandstärke in beiden Federringen in axialer Richtung zueinander fluchtend angeordnet sind. Dadurch entsteht auf einer Seite des Schalters ein erhöh­ ter Federdruck, die beim Einschalten entstehenden gering­ fügigen Verschweißungen werden in den Umfangbereichen großer Wandstärke der Federringe relativ leicht auseinan­ dergezogen, die so entstehende Keilwirkung gewährleistet ein schnelles Abtrennen der gesamten Kontaktfläche 5 und 6 der Elektroden 1 und 2 von der elektrisch leitenden Scheibe 7.

Die elektrisch leitende Scheibe 7 weist eine Stärke zwi­ schen 3 mm und 6 mm auf. Sie verbindet daher einen geringen elektrischen Widerstand mit einer ausreichenden Wärmeka­ pazität zur Aufnahme der beim Ausschalten entstehenden Wärme. Im eingeschalteten Zustand ist ein Abfluß der ge­ speicherten Wärme über die Elektroden 1 und 2 möglich.

Die Abschirmringe 9 und 10, die mit der elektrisch leiten­ den Scheibe einstückig verbunden sind, verhindern den Niederschlag von abgedampftem Metall auf den isolierenden Ringen 11 und 12 und somit eine Verschlechterung der Iso­ lation im Laufe des Gebrauchs.

Die Elektroden 1 und 2 und die elektrisch leitende Schei­ be 7 bestehen im wesentlichen aus Kupfer. Lediglich die Kontaktflächen 5 und 6 sind mit 0,5% bis 2% Wismut oder Tellur legiert. Dadurch werden Kontaktverschweißungen beim Einschalten hoher Ströme weitgehend vermieden. Gleichzeitig ergibt sich ein Potentialanstieg für den Kathodenfall von der Größenordnung von 20 V. Dadurch be­ dingt ergibt der gesamte Aufbau eine Spannungsfestigkeit von über 50 V.

Die elektrisch leitfähige Scheibe 7 kann ebenfalls mit Wismut oder Tellur dotiert sein. Bei den dünnen Wandstär­ ken, die erfindungsgemäß bevorzugt werden, ist dies je­ doch nicht nötig; die Dotierung der Kontaktflächen der Schaltkontakte reicht für ein einwandfreies Schaltverhal­ ten aus.

Claims (7)

1. Vakuumschaltröhre zur Unterbrechung hoher Gleichströme, insbesondere für Bäderkurzschließer, in der zwei Elektroden (1, 2) miteinander fluchtend angeordnet sind, in der An­ schlußplatten (3, 4) mit einer Anschlußfläche versehen sind, welche deutlich größer ist, als der Querschnitt der Elek­ troden (1, 2) und in der die Vakuumkammer durch die Kontakt­ flächen (5, 6) und zwei in der Bewegungsrichtung der Kontakte verformbare gewellte Federringe (13, 14) gleicher Höhe und zumindest einen zwischen diesen liegenden isolierenden Ring (11, 12) begrenzt ist, wobei ferner zwischen den beiden Elektroden (1, 2) eine elektrisch leitende Scheibe (7) an­ geordnet ist, welche die Elektroden (1, 2) allseitig überragt, dadurch gekennzeichnet, daß die elektrisch leitende Scheibe (7) über zusätzliche Druckfedern (15, 16) mit den Anschlußplatten (3, 4) ver­ bunden ist und daß die zusätzlichen Druckfedern (15, 16) auf den beiden Seiten der Scheibe (7) abgestützt sind und die Elektroden (1, 2) umschließen, daß die zusätzlichen Druck­ federn (15, 16) aus gummielastischem Material bestehen und daß die beiden gewellten Federringe (13, 14) entlang ihrem Umfang unterschiedliche Federkraft aufweisen.

2. Vakuumschaltröhre nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die gewellten Federringe (13, 14) entlang ihrem Umfang eine unterschiedliche Wandstärke aufweisen und daß die Bereiche gleicher Wandstärke der beiden Federringe (13, 14) in axialer Richtung zueinander fluchtend angeordnet sind.

3. Vakuumschaltröhre nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die elektrisch leitende Scheibe (7) zwischen 3 mm und 6 mm stark ist.

4. Vakuumschaltröhre nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Röhre einen Pumpstengel (17) aufweist und daß die elektrisch leitende Scheibe (7) im außerhalb der Elektroden liegenden Bereich Durchbrüche (18) aufweist.

5. Vakuumschaltröhre nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß mit der elektrisch leiten­ den Scheibe (7) zwei isolierende Ringe mechanisch fest und vakuumdicht verbunden sind, daß die isolierenden Ringe (11, 12) über die ringförmig gewellten membranartigen Federringe (13, 14) mit den Elektroden (1, 2) vakuumdicht verbunden sind und daß innerhalb dieser Ringe (11, 12) auf beiden Seiten der elek­ trisch leitenden Scheibe Abschirmringe (9, 10) angeordnet sind, welche eine geringere Höhe aufweisen, als die isolierenden Ringe (11, 12).

6. Vakuumschaltröhre nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Federkraft der gewell­ ten Federringe (13, 14) und der zusätzlichen Druckfedern (15, 16) so auf die Masse der bei der vorgesehenen Ausschaltbewegung zu bewegenden Teile abgestimmt ist, daß beide Kontakte gleichzeitig von der elektrisch leitenden Scheibe (7) abheben.

7. Vakuumschaltröhre nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß die Masse der elektrisch leitenden Scheibe (7) und der mit dieser verbundenen nicht federnden bzw. nicht gummielastischen Teile (Ringe 11, 12) gegenüber der Gesamtmasse der Vakuumschaltröhre klein ist und daß die Vakuumschaltröhre zumindest im Bezug auf die Massenverteilung zur elektrisch leitenden Scheibe (7) symmetrisch aufgebaut ist.