DE19718107C2 - Vakuumschaltrohr - Google Patents
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Description
Die vorliegenden Erfindung betrifft ein Vakuumschaltrohr,
insbesondere eine verstärkende Struktur für eine erste
Endkappe eines Vakuumschaltrohrs.
Fig. 7 ist eine Teilansicht, die ein herkömmliches
Vakuumschaltrohr illustriert, das beispielsweise in der
JP 60-205929 A
offenbart ist.
In der Zeichnung besteht ein isolierender Behälter 1 aus
Aluminiumoxid-Keramik und ist zylinderförmig ausgebildet,
dessen beide Enden mit einer metallisierten Schicht (nicht
gezeigt) ausgestattet sind, die ungefähr 20 µm ist und aus
Mo-Mn zusammengesetzt ist. Eine erste Endkappe 2 und eine
zweite Endkappe 3 sind entsprechend koaxial an beiden Enden
des isolierenden Behälters 1 durch Löten angebracht. Der
Zusammenbau wird in erster Linie mit einem auf Silber
basierenden Lötfüllmetall durchgeführt. Eine feste
Stabelektrode 4 ist mit der ersten Endkappe 2 verbunden, bzw.
eine bewegliche Stabelektrode 5 ist mit der zweiten Endkappe
3 über ein Faltelement 6 durch Löten verbunden. Ein Paar
Elektroden 7 und 8 sind entsprechend mit der festen
Stabelektrode 4 und der beweglichen Stabelektrode 5 mittels
Löten verbunden, und sie sind so angeordnet, dass sie
einander gegenüberliegen.
Faltelement 6 ist aus einem dünnen Blatt aus rostfreiem Stahl
gemacht; dies erlaubt die bewegliche Stabelektrode 5 zu
bewegen, während Luftdichtigkeit aufrecht erhalten wird.
Abschirmungen 9 und 10 sind angeordnet, um die innere
Oberfläche des isolierenden Behälters 1 und das Faltelement 6
zu bedecken, um so die innere Oberfläche des isolierenden
Behälters 1 und das Faltelement 6 vor dem Kontaminieren des
durch einen Lichtbogen erzeugten Metalldampfes zu schützen.
Eine harzartige Führung 11, die die bewegliche Stabelektrode
5 wenn sie bewegt wird führt, ist mit einer Schraube oder
dergleichen (nicht gezeigt) an einer
Führungsbefestigungsplatte 12 angebracht, die an der zweiten
Endkappe 3 gesichert ist, nachdem der Zusammenbau der
Vakuumschaltröhre mittels Löten abgeschlossen ist.
Die erste Endkappe 2 und die zweite Endkappe 3 sind an den
isolierenden Behälter 1 gelötet, der aus Aluminiumoxid-
Keramik besteht; deshalb verwenden sie als Material dafür
eine Fe-Ni-Co-Legierung oder Fe-Ni Legierung, die einen
thermischen Ausdehnungskoeffizienten ähnlich dem der
Aluminiumoxid-Keramik hat, oder eine Cu-Ni Legierung oder
dergleichen, die einen von der Aluminiumoxid-Keramik
erheblich verschiedenen thermischen Ausdehnungskoeffizienten
hat, aber deren Restbelastung aufgrund plastischer
Deformation abnimmt.
Egal welche Art von Legierung benutzt wird, die Legierung ist
im allgemeinen dünn, ungefähr 0,5 mm bis ungefähr 1 mm, da
ein großer Lötbereich auf der Keramik zu einer größeren
Restbelastung führt, die häufig die Keramik bricht, und auch
weil das Material teuer ist.
Wenn das so konfigurierte Vakuumschaltrohr für eine
Hochspannung oder Starkstromanwendung benutzt wird, ist es
nötig, dass die erste Endkappe 2 eine hohe Festigkeit hat.
Insbesondere wenn es für eine Hochspannungsanwendung benutzt
wird, funktioniert das bewegliche Kontaktstück 8 zum
Schaltzeitpunkt schnell und die erste Endkappe 2 wird
wiederholt einer axialen Last unterworfen. Wenn ein großer
Strom angelegt wird, so wird eine große elektromagnetische
Kraft in senkrechter Richtung zu der Achse erzeugt; zu diesem
Zeitpunkt ist die bewegliche Stabelektrode 5 einer Kraft in
senkrechter Richtung von der Achse unterworfen, und die Kraft
wird weitergeleitet von der harzartigen Führung 11, zu der
Führungsbefestigungsplatte 12, zu der zweiten Endkappe 3, zu
dem isolierenden Behälter 1 und der ersten Endkappe 2 in
aufgelisteter Reihenfolge. Eine große Biegebelastung wirkt
auf die erste Endkappe 2 ein mit der festen Stabelektrode 4
als Drehpunkt.
Somit hat das herkömmliche Vakuumschaltrohr dahingehend ein
Problem, dass die Last oder Biegebelastung, die wiederholt
auf die erste Endkappe 2 einwirkt, zu einer beschädigten
Vakuumluftdichtigkeit der gelöteten Verbindung zwischen der
festen Stabelektrode 4 und der ersten Endkappe 2 führt.
Des weiteren, da beide Enden des isolierenden Behälters 1 mit
einer metallisierten Schicht versehen sind, die ungefähr 20 µm
ist und aus Mo-Mn zusammengesetzt ist, wenn das
Vakuumschaltrohr für eine Hochspannungsanwendung benutzt
wird, und wenn das Vakuumschaltrohr für eine
Hochspannungsanwendung benutzt wird, stellen die scharfen
Ränder des isolierenden Behälters 1 ein Problem dahingehend
dar, dass eine extrem hohe elektrische Feldstärke resultiert.
Um das Problem der beschädigten Vakuumluftdichtigkeit an der
gelöteten Verbindung zwischen der festen Stabelektrode 4 und
der ersten Endkappe 2 zu lösen, ist in der Vergangenheit im
allgemeinen ein Verfahren verwendet worden, wobei ein
verstärkendes Element 13 mittels Löten zwischen der ersten
Endkappe 2 und der festen Stabelektrode 4 zum Zwecke der
Verstärkung hinzugefügt wird.
Insbesondere ist ein Abschnitt mit kleinem Durchmesser 4a an
am Rand der festen Stabelektrode 4 vorgesehen, ein Loch durch
welches der Abschnitt mit kleinem Durchmesser 4a geführt wird
ist in der Mitte der ersten Endkappe 2 ausgebildet, und ein
Mittelloch durch welches der Abschnitt mit kleinem
Durchmesser 4a geführt wird, ist in der Mitte des
scheibenförmigen verstärkenden Elementes 13 ausgebildet. Zu
diesem Zeitpunkt teilen die Mittellöcher, die in der ersten
Endkappe 2 und in dem verstärkenden Element 13 ausgebildet
sind, den gleichen Innendurchmesser.
Dann wird die Endkappe 2 über dem verstärkenden Element 13
angebracht und der Abschnitt mit kleinem Durchmesser 4a der
festen Stabelektrode 4 wird durch die Mittellöcher, wie in
Fig. 9 gezeigt, geführt. Das verstärkende Element 13 und die
erste Endkappe 2 sind an dem Abschnitt mit kleinem
Durchmesser 4a der festen Stabelektrode 4 positioniert, so
dass sie koaxial angebracht sind. Ein Lötfüllmetall 16b wird
zwischen dem abgestuften Bereich, der zwischen einem
Abschnitt mit großem Durchmesser 4b und dem Abschnitt mit
kleinem Durchmesser 4a der festen Stabelektrode 4 gelegen
ist, und dem verstärkenden Element 13 angebracht, und ein
Lötfüllmetall 16a wird zwischen dem verstärkenden Element 13
und der ersten Endkappe 2 angebracht, dann werden die
Lötfüllmetalle 16a und 16b in einer
Hochtemperaturreduktionsatmosphäre zum Verbinden der
Komponenten geschmolzen.
Herkömmlicherweise ist ein Feldrelaxationsring, wie in Fig.
10 gezeigt, verwendet worden, um das Problem der extrem hohen
elektrischen Feldstärke an beiden Enden des isolierenden
Behälters 1 zu lösen.
Insbesondere ist ein Abschnitt mit kleinem Durchmesser 4a an
einem Ende der festen Stabelektrode 4 vorgesehen, und ein
Mittelloch, in das der Abschnitt mit kleinem Durchmesser 4a
eingeführt wird, ist in der Mitte der ersten Endkappe 2
ausgebildet. Ein zylindrischer Feldrelaxationsring 17 mit
Boden hat ein Mittelloch in der Mitte von dessen
Bodenoberfläche, durch welches der Abschnitt mit kleinem
Durchmesser 4a geführt wird. Die in der ersten Endkappe 2 und
in dem Feldrelaxationsring 17 ausgebildeten Mittellöcher
haben den gleichen Innendurchmesser.
Wie in Fig. 10 gezeigt, wird dann die erste Endkappe an dem
Feldrelaxationsring 17 angebracht und der Abschnitt mit
kleinem Durchmesser 4a der festen Stabelektrode 4 wird durch
die Mittellöcher geführt. Der Feldrelaxationsring 17 und die
erste Endkappe 2 werden nahe dem Abschnitt mit kleinem
Durchmesser 4a der festen Stabelektrode 4 positioniert, so
dass sie koaxial angeordnet sind. Das Lötfüllmetall 16b
(nicht gezeigt) wird zwischen dem abgestuften Bereich, der
zwischen dem Abschnitt mit großem Durchmesser 4b und dem
Abschnitt mit kleinem Durchmesser 4a der festen Stabelektrode
4 gelegen ist, und dem Feldrelaxationsring 17 angebracht, und
das Lötfüllmetall 16a (nicht gezeigt) wird zwischen dem
Feldrelaxationsring 17 und der ersten Endkappe 2 angebracht,
dann werden die Lötfüllmetalle 16a und 16b in einer
Hochtemperaturreduktionsatmosphäre zum Verbinden der
Komponenten geschmolzen. Zu diesem Zeitpunkt erstreckt sich
der Feldrelaxationsring 17 nach außen entlang der ersten
Endkappe 2 und knickt dann nach unten, um sich in die
Innenseite des isolierenden Behälters 1 zu erstrecken. Das
Ende des isolierenden Behälters 1 wird mit dem
Feldrelaxationsring 17 abgedeckt, was verhindert, dass das
elektrische Feld an dem Ende des isolierenden Behälters 1
groß wird. Der Feldrelaxationsring 17 ist durch Löten mit der
inneren Wandoberfläche der ersten Endkappe 2 verbunden, um
die erste Endkappe zu verstärken.
Die zuvor beschriebene verstärkende Struktur der elektrischen
Feldrelaxationsstruktur ist für die erste Endkappe 2 der
herkömmlichen Vakuumschaltrohre verwendet worden, wohingegen
der an die feste Stabelektrode 4 gelötete Bereich benötigt
wird, um ebene, lötfreie Hohlräume zu haben, weil es
entscheidend mit der Vakuumluftdichtigkeit zu tun hat. In der
Tat ist es jedoch schwer, ebenes Löten über den gesamten
Lötbereich zwischen der ersten Endkappe 2 und dem
verstärkenden Element 13 oder dem Feldrelaxationsring 17 zu
erreichen, da der Lötbereich groß ist. Ein weiteres Problem
hat darin bestanden, dass präzise Flachheit benötigt wird, um
keine Lücken zwischen überlappenden Komponenten zu
versichern, was unvermeidlich zu hohen Kosten führt.
Die DE 39 26 619 A1 offenbart ebenfalls ein bekanntes
Vakuumschaltrohr, umfassend einen zylindrischen, isolierenden
Behälter, eine erste Endkappe und eine zweite Endkappe, die
jeweils an einem Ende des isolierenden Behälters zum
Verschließen der Enden angebracht sind. Eine feste
Stabelektrode ist vorgesehen, in der ein Abschnitt mit
kleinem Durchmesser auf einem axialen Ende des Abschnitts
mit großem Durchmesser ausgebildet ist, der Abschnitt mit
kleinem Durchmesser durch ein Mittelloch der ersten Endkappe
geführt wird, ein abgestufter Bereich zwischen dem Abschnitt
mit kleinem Durchmesser und dem Abschnitt mit großem
Durchmesser luftdicht durch Löten um das Mittelloch der
ersten Endkappe verbunden ist, und ein festes Kontaktstück an
dem anderen axialen Ende befestigt und in dem isolierenden
Behälter positioniert ist. Außerdem ist eine bewegliche
Stabelektrode vorgesehen, die ein bewegliches Kontaktstück an
deren einem Ende befestigt hat, das luftdicht über ein
Faltelement an der zweiten Endkappe befestigt ist, so dass
das bewegliche Kontaktstück im isolierenden Behälter
positioniert wird, und die das bewegliche Kontaktstück zu
oder von dem festen Kontaktstück wegbewegt.
Die vorliegende Erfindung ist in Hinsicht der Lösung der oben
beschriebenen Probleme gemacht worden, und es ist eine
Aufgabe der Erfindung, ein ökonomisches Vakuumschaltrohr
bereitzustellen, das höchst zuverlässig im Hinblick auf
Vakuumluftdichtigkeit ist und das hohe Festigkeit aufweist,
wobei gleichzeitig die Tendenz des Vakuumschaltrohrs und
insbesondere der festen Stabelektrode reduziert wird, sich
bezüglich der Achse des Vakuumschaltrohrs zu neigen.
Die oben genannte Aufgabe wird gelöst durch ein
Vakuumschaltrohr gemäß dem Patentanspruch 1. Demzufolge ist
ein scheibenförmiges verstärkendes Element, das ein
Mittelloch mit einem größeren Durchmesser als dem des
Mittellochs der ersten Endkappe hat, an der
Außenwandoberfläche der ersten Endkappe angebracht, so dass
die Mittellöcher koaxial angeordnet sind und durch Löten mit
der Außenwandoberfläche der ersten Endkappe verbunden sind.
Fig. 1 ist eine Teilansicht, die ein Vakuumschaltrohr
gemäß der ersten Ausführungsform der vorliegenden
Erfindung zeigt;
Fig. 2 ist eine Teilansicht, die eine feste
Teilkonstruktion in dem Vakuumschaltrohr, gemäß der
ersten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung
zeigt;
Fig. 3 ist eine Teilansicht, die eine bewegliche
Teilkonstruktion des Vakuumschaltrohres, gemäß der
ersten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung
zeigt;
Fig. 4 ist eine Teilansicht, die eine Konstruktion des
isolierenden Behälters in dem Vakuumschaltrohr,
gemäß der ersten Ausführungsform der vorliegenden
Erfindung zeigt;
Fig. 5 ist eine Teilansicht, die ein Vakuumschaltrohr,
gemäß einer zweiten Ausführungsform der
vorliegenden Erfindung zeigt;
Fig. 6 ist eine Teilansicht, die ein Vakuumschaltrohr,
gemäß einer dritten Ausführungsform der
vorliegenden Erfindung zeigt;
Fig. 7 ist eine Teilansicht, die ein herkömmliches
Vakuumschaltrohr zeigt;
Fig. 8 ist eine Teilansicht, die ein anderes herkömmliches
Vakuumschaltrohr zeigt;
Fig. 9 ist eine Teilansicht, die eine Konstruktionseinheit
in einem anderen herkömmlichen Vakuumschaltrohr
zeigt, und
Fig. 10 ist eine Teilansicht, die noch ein anderes
herkömmliches Vakuumschaltrohr zeigt.
Die Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung werden jetzt
im Zusammenhang mit den begleitenden Abbildungen diskutiert.
Fig. 1 ist eine Teilansicht, die ein Vakuumschaltrohr gemäß
der ersten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung zeigt;
die identischen oder entsprechenden Komponenten zu denen der
in Fig. 7 bis Fig. 10 gezeigten herkömmlichen
Vakuumschaltrohre sind mit gleichen Bezugsziffern bezeichnet,
und auf deren Beschreibung wird verzichtet.
In der Zeichnung hat ein scheibenförmiges verstärkendes
Element 13 in dessen Mittel ein Mittelloch, das einen
größeren Durchmesser hat als ein in einer ersten Endkappe
ausgebildetes Mittelloch.
Das Herstellungsverfahren für das Vakuumschaltrohr gemäß der
ersten Ausführungsform wird nun beschrieben.
Bezugnehmend auf Fig. 2 wird der Montagevorgang einer festen
Komponenteneinheit beschrieben.
Ein Lötfüllmetall 14b wird auf dem abgestuften Abschnitt
zwischen einem Abschnitt mit kleinem Durchmesser 4a und einem
Abschnitt mit großem Durchmesser 4b einer festen
Stabelektrode 4 angebracht, und der Abschnitt mit kleinem
Durchmesser 4a wird in das Mittelloch einer ersten Endkappe 2
eingeführt, um die erste Endkappe 2 anzubringen. Dann wird
ein Lötfüllmetall 14a auf der ersten Endkappe 2 angebracht,
und der Abschnitt mit kleinem Durchmesser 4a wird in das
Mittelloch eines verstärkenden Elements 13 von oberhalb des
Lötfüllmetalls 14a eingeführt, um somit das verstärkende
Element 13 anzubringen. Des weiteren wird eine aus Keramik
gemachte zylindrische Spannvorrichtung 15 in den Abschnitt
mit kleinem Durchmesser 4a zum Positionieren des
verstärkenden Elements 13 eingeführt. Der Innendurchmesser
der Spannvorrichtung 15 ist nahezu gleich dem
Außendurchmesser des Abschnittes mit kleinem Durchmesser 4a,
und dessen Außendurchmesser ist nahezu gleich dem Durchmesser
des Mittelloches des verstärkenden Elements 13. Somit ist das
Mittelloch des verstärkenden Elements 13 an die
Spannvorrichtung 15 angepasst, so dass das verstärkende
Element 13 koaxial bezüglich des Abschnittes mit kleinem
Durchmesser 4a angebracht ist, während das Mittelloch der
ersten Endkappe 2 an den Abschnitt mit kleinem Durchmesser 4a
angepasst ist, so dass die erste Endkappe 2 koaxial bezüglich
des Abschnittes mit kleinem Durchmesser 4a angebracht ist.
Eine festes Kontaktstück 7 wird an einem Ende der festen
Stabelektrode 4 über ein Lötfüllmetall 14c bereitgestellt.
Danach werden die Lötfüllmetall 14a, 14b und 14c in einer
Hochtemperaturreduktionsatmosphäre geschmolzen, um die erste
Endkappe 2, die feste Stabelektrode 4 und das verstärkende
Element 13 zu verbinden, und um die feste Stabelektrode 4 und
das feste Kontaktstück 7 zu verbinden, um somit die feste
Komponenteneinheit zusammenzusetzen.
Bezugnehmend auf Fig. 3 wird nun der Montagevorgang einer
beweglichen Komponenteneinheit beschrieben.
Eine zweite Endkappe 3 und eine Abschirmung 10 sind über
Lötfüllmetalle an beiden Enden von Federn 6 angebracht, und
ein bewegliches Kontaktstück 8 und die Abschirmung 10 sind
mit der beweglichen Stabelektrode 5 über Lötfüllmetalle
verbunden. Dann werden die Lötfüllmetalle in einer
Hochtemperaturreduktionsatmosphäre geschmolzen, um die
bewegliche Stabelektrode 5, das bewegliche Kontaktstück 8,
und die Abschirmung 10 zu verbinden, um somit die bewegliche
Komponenteneinheit zusammenzubauen.
Jetzt bezugnehmend auf Fig. 4 wird der Montagevorgang einer
Einheit des isolierenden Behälters beschrieben.
Metallisierte Schichten, die ungefähr 20 µm sind und aus Mo-
Mn zusammengesetzt sind, werden an beiden Enden eines
isolierenden Behälters 1 ausgebildet. Die Innenwandoberfläche
des isolierenden Behälters ist mit einer Stufe ausgestattet,
und eine Abschirmung 9 ist an der Stufe durch Abdichten oder
Schweißen befestigt, um somit die Einheit des isolierenden
Behälters zusammenzusetzen.
Danach werden die feste Komponenteneinheitsanordnung und die
bewegliche Komponenteneinheitsanordnung entsprechend auf den
Enden der Einheitsanordnung des isolierenden Behälters
angebracht, Lötfüllmetalle werden dann auf den Enden des
isolierenden Behälters 1 angebracht, bevor sie in einen
Vakuumofen gelegt werden. Der Vakuumofen wird auf ein hohes
Vakuum von 10-4 Torr oder weniger evakuiert, und die gesamte
Anordnung wird bei einer hohen Temperatur, die zwischen 400
und 600°C liegt, gebacken, um eine ausreichende Entgasung zu
versichern, die Temperatur wird dann auf den Schmelzpunkt des
Lötfüllmetalls erhöht, um das Lötfüllmetall auf beiden Enden
des isolierenden Behälters 1 zu schmelzen, und die gesamte
Anordnung wird vor der Durchführung des endgültigen
luftdichten Verschlusses gekühlt. In dem letzten Schritt wird
eine Führungsbefestigungsplatte 12 an der äußeren Oberfläche
der zweiten Endkappe 3 befestigt, und eine harzartige Führung
wird an die bewegliche Stabelektrode 5 angepasst und an der
Führungsbefestigungsplatte 12 befestigt, um somit das
Vakuumschaltrohr zusammenzubauen.
In der so zusammengebauten festen Komponenteneinheit des
Vakuumschaltrohres ist der Durchmesser des Mittelloches des
verstärkenden Elements 13 größer als das Mittelloch der
ersten Endkappe 2, und das verstärkende Element 13 ist durch
Löten mit der äußeren Oberfläche der Endkappe 2 verbunden, um
somit die erste Endkappe mit hoher Stabilität
bereitzustellen. Sogar wenn die Last oder Biegebelastung
wiederholt auf die erste Endkappe 2 einwirkt, wird somit die
Vakuumluftdichtigkeit an der gelöteten Verbindung, wo die
feste Stabelektrode 4 und die erste Endkappe verbunden sind,
nicht beschädigt, was eine höhere Zuverlässigkeit der
Vakuumluftdichtigkeit erlaubt.
In der festen Komponenteneinheit des Vakuumschaltrohrs ist
das verstärkende Element 13 durch Löten mit der äußeren
Oberfläche der ersten Endkappe 2 verbunden, so dass das
verstärkende Element 13 nicht an der Vakuumluftdichtigkeit
beteiligt ist; somit braucht das Löten nicht eben und
perfekt, ohne Hohlräume zu sein. Somit kann der Gebrauch von
kostspieligen Lötfüllmetallen reduziert werden, und des
weiteren wird die Flachheit nur für die verbindenden
Oberflächen zwischen dem abgestuften Bereich des Abschnitts
mit kleinem Durchmesser und dem Abschnitt mit großem
Durchmesser 4b der festen Stabelektrode 4 und der ersten
Endkappe 2 benötigt, die an der Vakuumluftdichtigkeit
beteiligt sind, was somit eine einfachere Bearbeitung der
Komponenten erlaubt, von denen die feste Komponenteneinheit
mit resultierenden niedrigeren Kosten besteht.
Im Fall des in Fig. 8 gezeigten herkömmlichen
Vakuumschaltrohrs werden die Faktoren, die für die Neigung
des Vakuumschaltrohrs bezüglich der Achse verantwortlich
sind, hauptsächlich durch Ebenheitsunterschiede des
abgestuften Bereichs zwischen dem Abschnitt mit kleinem
Durchmesser 4a und dem Abschnitt mit großem Durchmesser 4b
der festen Stabelektrode 4, der Ebenheit der ersten Endkappe
2, der Ebenheit des verstärkenden Elements 13 verursacht, und
durch den Grad des Absinkens der zwei Lötfüllmetalle 16a und
16b, wenn sie schmelzen. In der ersten Ausführungsform sind
die zuvor genannten Faktoren nur durch die
Flachheitsunterschiede des abgestuften Bereichs zwischen dem
Abschnitt mit kleinem Durchmesser 4a und dem Abschnitt mit
großem Durchmesser 4b der festen Stabelektrode 4, der
Ebenheit der ersten Endkappe eliminiert, und durch den Grad
des Absenkens des Lötfüllmetall 14, wenn es schmelzt. Gemäß
der ersten Ausführungsform kann deswegen die Neigung des
Vakuumschaltrohrs bezüglich der Achse reduziert werden.
Falls der Durchmesser des Mittellochs des verstärkenden
Elements 13 auf einen Wert zwischen Außendurchmessern des
Abschnitts mit kleinem Durchmesser 4a und dem Abschnitt mit
großem Durchmesser 4b der festen Stabelektrode 4 gesetzt
wird, dann wird der Mittelteil der ersten Endkappe 2, mit
welcher das verstärkende Element 13 verbunden ist, keine
dünnen Flecken haben, was eine hohe Festigkeit bezüglich
eines Drehmoments versichert. Somit sollte der Durchmesser
des Mittellochs des verstärkenden Elements 13 auf eine
Abmessung zwischen Außendurchmessern des Abschnitts mit
kleinem Durchmesser 4a und des Abschnitts mit großem
Durchmesser 4b der festen Stabelektrode 4 eingestellt werden.
Fig. 5 ist eine Teilansicht, die ein Vakuumschaltrohr gemäß
der zweiten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung zeigt.
In der zweiten Ausführungsform hat eine erste Endkappe 18 in
dessen Mitte ein Mittelloch, das einen Durchmesser hat, der
fast gleich dem des Außendurchmessers des Abschnitts mit
kleinem Durchmesser 4a ist; sie ist mit einer
Positionierverlängerung 18a ausgestattet, die nach außen von
deren Außenrand hervorsteht.
Der Rest der Konfiguration der zweiten Ausführungsform ist
gleich der der ersten Ausführungsform.
In der zweiten Ausführungsform ist das Lötfüllmetall 14b
(nicht gezeigt) an dem abgestuften Bereich zwischen dem
Abschnitt mit kleinem Durchmesser 4a und dem Abschnitt mit
großem Durchmesser 4b der festen Stabelektrode 4 angebracht,
und der Abschnitt mit kleinem Durchmesser 4a wird in das
Mittelloch der ersten Endkappe 18 zum Anbringen der ersten
Endkappe 18 eingeführt. Dann wird das Lötfüllmetall 14a
(nicht gezeigt) auf der ersten Endkappe 18 angeordnet, und
der Abschnitt mit kleinem Durchmesser 4a wird in das
Mittelloch des verstärkenden Elements 13 von oberhalb des
Lötfüllmetalls 14a eingefüllt, um somit das verstärkende
Element 13 anzubringen. Das Mittelloch der ersten Endkappe 18
ist an den Abschnitt mit kleinem Durchmesser 4a angepasst, so
dass die erste Endkappe 18 koaxial bezüglich des Abschnitts
mit kleinem Durchmesser 4a positioniert ist, während die
Außenrandoberfläche des verstärkenden Elements 13 mit der
Positionierverlängerung 18a eingreift, so dass das
verstärkende Element 13 koaxial zu dem Abschnitt mit kleinem
Durchmesser 4a positioniert wird.
Das feste Kontaktstück 7 ist an einem Ende der festen
Stabelektrode 4 über das Lötfüllmetall 14c (nicht gezeigt)
vorgesehen.
Danach werden die Lötfüllmetalle 14a, 14b und 14c in einer
Hochtemperaturreduktionsatmosphäre geschmolzen, um die erste
Endkappe 18, die feste Stabelektrode 4 und das verstärkende
Element 13 zu verbinden, und um die feste Stabelektrode 4 und
das feste Kontaktstück 7 zu verbinden, und somit die feste
Komponenteneinheit zusammenzubauen.
Gemäß der zweiten Ausführungsform kann somit der Bedarf der
Spannvorrichtung 15 zum Positionieren des verstärkenden
Elements 13 vermieden werden, wenn die feste
Komponenteneinheit zusammengebaut wird, wodurch zur
verbesserten Zusammenbaufähigkeit beigetragen wird.
Fig. 6 ist eine Teilansicht, die ein Vakuumschaltrohr gemäß
der dritten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung zeigt.
In der dritten Ausführungsform ist der Außendurchmesser eines
Feldrelaxationsrings 19 größer als der des Abschnitts mit
großem Durchmesser 4a der festen Stabelektrode 4; der
Feldrelaxationsring 19 ist als nach unten geschlossene
zylindrische Form ausgebildet, die an dem Außenrand von
dessen Boden nach innen gebogen ist, und sich soweit wie der
Innendurchmesserabschnitt erstreckt, der etwas kleiner als
der Innendurchmesser des isolierenden Behälters 1 ist und
dann in eine Richtung senkrecht zu dessen Boden gebogen ist.
In der Mitte des Bodens ist ein Mittelloch vorgesehen, das
einen Durchmesser hat, der nahezu gleich dem Außendurchmesser
des Abschnitts mit kleinem Durchmesser 4a ist. Das in der
Mitte des verstärkenden Elements 20 ausgebildete Mittelloch
ist kleiner als der Bodenaußendurchmesser des
Feldrelaxationsrings 19, und größer als der Außendurchmesser
des Abschnitts mit großem Durchmesser 4b der festen
Stabelektrode 4.
Der Rest der Konfiguration dieser Ausführungsform ist der
gleiche wie die Konfiguration der ersten Ausführungsform.
In der dritten Ausführungsform ist ein Lötfüllmetall an dem
abgestuften Bereich zwischen dem Abschnitt mit kleinem
Durchmesser 4a und dem Abschnitt mit großem Durchmesser 4b
der festen Stabelektrode 4 angebracht, und der Abschnitt mit
kleinem Durchmesser 4a wird in das Mittelloch des
Feldrelaxationsrings 19 eingeführt, um den
Feldrelaxationsring 19 anzubringen. Danach wird ein
Lötfüllmetall an dem Feldrelaxationsring 19 angebracht, und
der Abschnitt mit kleinem Durchmesser 4a wird in das
Mittelloch der ersten Endkappe 2 von oberhalb des
Lötfüllmetalls eingeführt, um somit die erste Endkappe 2
anzubringen. Ein Lötfüllmetall ist auf der ersten Endkappe 2
aufgetragen, und der Abschnitt mit kleinem Durchmesser 4a
wird in das Mittelloch des verstärkenden Elements 20 von
oberhalb des Lötfüllmetalls eingeführt, um das verstärkende
Element 20 anzuordnen. Dann wird eine zylindrische, aus
Keramik gemachte Spannvorrichtung (nicht gezeigt) in den
Abschnitt mit kleinem Durchmesser 4a eingeführt, um das
verstärkende Element 20 zu positionieren. Der
Innendurchmesser der Spannvorrichtung ist nahezu gleich dem
Außendurchmesser des Abschnitts mit kleinem Durchmesser 4a,
und deren Außendurchmesser ist nahezu gleich dem Durchmesser
des Mittellochs des verstärkenden Elements 20. Somit ist das
Mittelloch des verstärkenden Elements 20 an die
Spannvorrichtung angepasst, so dass das verstärkende Element
20 koaxial bezüglich dem Abschnitt mit kleinem Durchmesser 4a
positioniert ist, während die Mittellöcher der ersten
Endkappe 2 und des Feldrelaxationsrings 19 an den Abschnitt
mit kleinem Durchmesser 4a angepasst sind, so dass sie
koaxial bezüglich des Abschnitts mit kleinem Durchmesser 4a
angeordnet sind.
Das feste Kontaktstück 7 ist an einem Ende der festen
Stabelektrode 4 über ein Lötfüllmetall vorgesehen.
Danach werden die Lötfüllmetalle in einer
Hochtemperaturreduktionsatmosphäre geschmolzen, um den
Feldrelaxationsring 19, die feste Stabelektrode 4 und die
erste Endkappe 2 zu verbinden, und um die erste Endkappe 2
und das verstärkende Element 20 zu verbinden, und um die
feste Stabelektrode 4 und das feste Kontaktstück 7 zu
verbinden und somit die feste Komponenteneinheit
zusammenzubauen.
Somit ist in der festen Komponenteneinheit des
Vakuumschaltrohrs gemäß der dritten Ausführungsform der
Durchmesser des Mittellochs des verstärkenden Elements 20
kleiner als der maximale Durchmesser der Lötverbindung,
wodurch der Feldrelaxationsring 19 und die erste Endkappe 2
miteinander verbunden werden, aber größer als der
Außendurchmesser des Abschnitts mit großem Durchmesser 4b der
festen Stabelektrode 4 ist, und das verstärkende Element 20
ist mit der Außenoberfläche der ersten Endkappe 2 verbunden;
deshalb kann die erste Endkappe sehr stark gemacht werden und
die Zuverlässigkeit einer Vakuumluftdichtigkeit kann auch
verbessert werden, wie im Fall der ersten Ausführungsform.
Zusätzlich ist das verstärkende Element 20 durch Löten mit
der Außenoberfläche der ersten Endkappe 2 verbunden, so dass
das verstärkende Element 20 nicht an der
Vakuumluftdichtigkeit beteiligt ist; somit braucht das Löten
kein ebenes, hohlraumfreies, perfektes Löten zu sein. Somit
kann der Gebrauch von kostspieligem Lötfüllmetall reduziert
werden.
Des weiteren kann der Lötbereich, in dem der
Feldrelaxationsring 19 und die erste Endkappe 2 miteinander
verbunden sind, und deshalb an der Vakuumluftdichtigkeit
beteiligt sind, minimiert werden, um ein perfektes Löten zu
erlauben, d. h. hohlraumfreies, ebenes Löten. Das heißt, dass
die Zuverlässigkeit der Vakuumluftdichtigkeit nicht
beeinflusst wird.
Es gibt noch einen weiteren Vorteil: Die Ebenheit ist nur
notwendig für die verbindenden Oberflächen zwischen dem
Feldrelaxationsring 19 und der ersten Endkappe 2, und für die
verbindenden Oberflächen zwischen dem abgestuften Bereich des
Bereichs mit kleinem Durchmesser 4a und des Bereichs mit
großem Durchmesser 4b der festen Stabelektrode 4 und dem
Feldrelaxationsring 19, was somit eine einfachere Bearbeitung
der Komponenten ermöglicht, von denen die feste
Komponenteneinheit mit resultierenden niedrigeren Kosten
besteht. In der dritten Ausführungsform ist der Durchmesser
des Mittellochs des verstärkenden Elements 20 größer als der
Außendurchmesser des Abschnitts mit großem Durchmesser 4b der
festen Stabelektrode 4; jedoch kann der Durchmesser des
Mittellochs des verstärkenden Elements 20 beliebige
Abmessungen haben, solange er größer als der Außendurchmesser
des Abschnitts mit kleinem Durchmesser 4a der festen
Stabelektrode 4 ist.
Gemäß der vierten Ausführungsform wird das gleiche Material
für das verstärkende Element 13 für die erste Endkappe 2
benutzt, wie in der ersten Ausführungsform beschrieben.
Wenn der thermische Ausdehnungskoeffizient der ersten
Endkappe 2 signifikant verschieden von dem des verstärkenden
Elements 13 ist, wird der Rückgang der beiden Komponenten
während des Abkühlprozesses nach dem Löten differieren;
deswegen wird sich die erste Endkappe 2 ein wenig
deformieren, entsprechend dem Unterschied der thermischen
Ausdehnungskoeffizienten. In der vierten Ausführungsform kann
jedoch, da das verstärkende Element 13 und die erste Endkappe
2 das gleiche Material einsetzen, die Verformung minimiert
werden, was ein sehr genaues Herstellen eines
Vakuumschaltrohrs erlaubt.
In der vierten Ausführungsform benutzen das verstärkende
Element 13 und die erste Endkappe 2 das gleiche Material;
jedoch können das verstärkende Element 13 und die erste
Endkappe 2 unter Verwendung verschiedener Materialien
hergestellt werden. Eine optimale Kombination von
verschiedenen Materialien für die erste Endkappe 2 ist
Monelmetall, was eine Cu-Ni Legierung ist, und SUS310 für das
verstärkende Element 13. Ein auf Austenit basierender
rostfreier Stahl weist im allgemeinen eine hohe
Widerstandsfähigkeit gegenüber Rost auf und gute
Bearbeitungsfähigkeit; SUS310 bietet insbesondere eine
exzellente Vielseitigkeit und hat einen thermischen
Ausdehnungskoeffizienten, der dem des Monelmetalls am
nächsten kommt. Dies ermöglicht ein Vakuumschaltrohr mit
hoher Genauigkeit und minimaler Verformung herzustellen.
Die vorliegende Erfindung ist wie oben beschrieben
konfiguriert und bietet deshalb die unten dargestellten
Vorteile.
Ein Vakuumschaltrohr ist bereitgestellt, das ausgestattet ist
mit: einem zylindrischen, isolierenden Behälter; einer ersten
Endkappe und einer zweiten Endkappe, die entsprechend an
beiden Enden des isolierenden Behälters zum Verschließen der
Enden angebracht sind; eine feste Stabelektrode, in der ein
Abschnitt mit kleinem Durchmesser auf einem axialen Ende des
Abschnitts mit großem Durchmesser ausgebildet ist, der
Abschnitt mit kleinem Durchmesser durch ein Mittelloch der
ersten Endkappe durchgeführt wird, ein abgestufter Bereich
zwischen dem Abschnitt mit kleinem Durchmesser und einem
Abschnitt mit großem Durchmesser luftdicht durch Löten um das
Mittelloch der ersten Endkappe verbunden ist, und ein festes
Kontaktstück an dem anderen axialen Ende befestigt ist und in
dem isolierenden Behälter positioniert ist; und eine
bewegliche Stabelektrode, die ein bewegliches Kontaktstück,
an deren einem Ende befestigt hat, die luftdicht an der
zweiten Endkappe über Faltelemente angebracht ist, so dass
das bewegliche Kontaktstück in dem isolierenden Behälter
positioniert wird, und die das bewegliche Kontaktstück zu
oder von dem festen Kontaktstück weg bewegt; wobei ein
scheibenförmiges verstärkendes Element, das ein Mittelloch
mit einem größeren Durchmesser als der des Mittelloches der
ersten Endkappe hat, an der Außenwandoberfläche der ersten
Endkappe angebracht ist, so dass die Mittellöcher koaxial
angeordnet sind und durch Löten mit der Außenwandoberfläche
der ersten Endkappe verbunden sind. Deshalb ist die erste
Endkappe stärker, die Möglichkeit einer missglückten
Verbindung einer an Vakuumluftdichtigkeit beteiligten
Lötverbindung kann unterdrückt werden, der die
Vakuumluftdichtigkeit betreffende Lötbereich kann reduziert
und hohlraumfrei gemacht werden, ein gleichförmiges Löten
kann erreicht werden, was somit das Herstellen eines
Vakuumschaltrohrs ermöglicht, das eine höhere Zuverlässigkeit
der Vakuumluftdichtigkeit bereitstellt. Da keine extreme
Flachheit unter Komponenten, aus denen die feste
Komponenteneinheit besteht, benötigt wird, kann das
Vakuumschaltrohr zusätzlich zu niedrigeren Kosten hergestellt
werden.
Der Durchmesser des Mittellochs des verstärkenden Elements
wird gleich einer Abmessung zwischen dem Außendurchmesser des
Abschnitts mit kleinem Durchmesser und dem Außendurchmesser
des Abschnitts mit großem Durchmesser der festen
Stabelektrode gesetzt. Deshalb entwickelt der Mittelteil der
ersten Endkappe, mit der das verstärkende Element verbunden
ist, keine dünnen Flecken. Dies versichert eine höhere
Festigkeit der ersten Endkappe, was zu höherer
Zuverlässigkeit der Vakuumluftdichtigkeit führt.
Des weiteren ist der wie ein geschlossener Zylinder geformte
Feldrelaxationsring, der ein Mittelloch mit einem Durchmesser
nahe zu dem des Mittellochs in der ersten Endkappe hat,
zwischen dem abgestuften Bereich des Abschnitts mit kleinem
Durchmesser und dem Abschnitt mit großem Durchmesser und der
ersten Endkappe bereitgestellt; die Innenwandoberfläche des
das Mittelloch umgebenden Bodens ist luftdicht durch Löten
mit dem abgestuften Bereich des Abschnitts mit kleinem
Durchmesser und dem Abschnitt mit großem Durchmesser
verbunden; die Bodenaußenwandoberfläche ist luftdicht durch
Löten mit der Innenwandoberfläche der ersten Endkappe
verbunden; und der Durchmesser des Mittellochs des
verstärkenden Elements wird festgelegt, so dass er kleiner
als der maximale Lötbereich ist, wo der Feldrelaxationsring
und die erste Endkappe verbunden sind, aber größer als der
Außendurchmesser des Abschnitts mit kleinem Durchmesser der
festen Stabelektrode. Deswegen hat der Mittelteil der ersten
Endkappe, mit dem das verstärkende Element verbunden ist,
keine dünnen Flecken. Diese versichert höhere Festigkeit der
ersten Endkappe, was zu einer höheren Zuverlässigkeit der
Vakuumluftdichtigkeit führt.
Da die erste Endkappe und das verstärkende Element aus
demselben Material zusammengesetzt sind, kann die Verformung
der ersten Endkappe, die während des dem Löten folgenden
Abkühlprozesses auftritt, aufgrund des Unterschiedes im
thermischen Ausdehnungskoeffizienten, unterdrückt werden.
Des weiteren, da die erste Endkappe aus Monelmetall ist und
das verstärkende Element aus SUS310, kann die Verformung der
ersten Endkappe, die während dem des Löten folgenden
Abkühlprozesses folgt aufgrund des Unterschiedes des
thermischen Ausdehnungskoeffizienten, unterdrückt werden.
Claims (5)
1. Ein Vakuumschaltrohr, umfassend:
einen zylindrischen, isolierenden Behälter (1);
eine erste Endkappe (2) und eine zweite Endkappe (3), die jeweils an einem Ende des isolierenden Behälters zum Verschließen der Enden angebracht sind;
eine feste Stabelektrode (4), in der ein Abschnitt mit kleinem Durchmesser (4a) auf einem axialen Ende des Abschnitts mit großem Durchmesser (4b) ausgebildet ist, der Abschnitt mit kleinem Durchmesser durch ein Mittelloch der ersten Endkappe geführt wird, ein abgestufter Bereich zwischen dem Abschnitt mit kleinem Durchmesser und dem Abschnitt mit großem Durchmesser luftdicht durch Löten um das Mittelloch der ersten Endkappe verbunden ist, und ein festes Kontaktstück (7) an dem anderen axialen Ende befestigt und in dem isolierenden Behälter positioniert ist; und
eine bewegliche Stabelektrode (5), die ein bewegliches Kontaktstück (8) an deren einem Ende befestigt hat, das luftdicht über ein Faltelement (6) an der zweiten Endkappe (3) befestigt ist, so dass das bewegliche Kontaktstück (8) im isolierenden Behälter positioniert wird, und die das bewegliche Kontaktstück (8) zu oder von dem festen Kontaktstück (7) wegbewegt;
wobei ein scheibenförmiges verstärkendes Element (13, 20), das ein Mittelloch mit einem größeren Durchmesser als dem des Mittellochs der ersten Endkappe hat, an der Außenwandoberfläche der ersten Endkappe angebracht ist, so dass die Mittellöcher koaxial angeordnet sind und durch Löten mit der Außenwandoberfläche der ersten Endkappe verbunden sind.
einen zylindrischen, isolierenden Behälter (1);
eine erste Endkappe (2) und eine zweite Endkappe (3), die jeweils an einem Ende des isolierenden Behälters zum Verschließen der Enden angebracht sind;
eine feste Stabelektrode (4), in der ein Abschnitt mit kleinem Durchmesser (4a) auf einem axialen Ende des Abschnitts mit großem Durchmesser (4b) ausgebildet ist, der Abschnitt mit kleinem Durchmesser durch ein Mittelloch der ersten Endkappe geführt wird, ein abgestufter Bereich zwischen dem Abschnitt mit kleinem Durchmesser und dem Abschnitt mit großem Durchmesser luftdicht durch Löten um das Mittelloch der ersten Endkappe verbunden ist, und ein festes Kontaktstück (7) an dem anderen axialen Ende befestigt und in dem isolierenden Behälter positioniert ist; und
eine bewegliche Stabelektrode (5), die ein bewegliches Kontaktstück (8) an deren einem Ende befestigt hat, das luftdicht über ein Faltelement (6) an der zweiten Endkappe (3) befestigt ist, so dass das bewegliche Kontaktstück (8) im isolierenden Behälter positioniert wird, und die das bewegliche Kontaktstück (8) zu oder von dem festen Kontaktstück (7) wegbewegt;
wobei ein scheibenförmiges verstärkendes Element (13, 20), das ein Mittelloch mit einem größeren Durchmesser als dem des Mittellochs der ersten Endkappe hat, an der Außenwandoberfläche der ersten Endkappe angebracht ist, so dass die Mittellöcher koaxial angeordnet sind und durch Löten mit der Außenwandoberfläche der ersten Endkappe verbunden sind.
2. Ein Vakuumschaltrohr nach Anspruch 1, dadurch
gekennzeichnet, dass der Durchmesser des Mittellochs des
verstärkenden Elements (13) gleich der Abmessung
zwischen dem Außendurchmesser des Abschnitts mit kleinem
Durchmesser (4a) und dem Außendurchmesser des Abschnitts
mit großem Durchmesser (4b) der festen Stabelektrode (4)
gesetzt wird.
3. Ein Vakuumschaltrohr nach Anspruch 1, weiterhin
umfassend:
einen wie ein geschlossener Zylinder geformter Feldrelaxationsring (19), der ein Mittelloch mit einem Durchmesser nahezu gleich dem des Mittellochs der ersten Endkappe (2) hat, und der zwischen dem abgestuften Bereich des Abschnitts mit kleinem Durchmesser (4a) und dem Abschnitt mit großem Durchmesser (4b) und der ersten Endkappe bereitgestellt ist,
wobei die Innenwandoberfläche des Bodens um das Mittelloch von dessen Ring luftdicht durch Löten mit dem abgestuften Bereich zwischen dem Abschnitt mit kleinem Durchmesser und dem Abschnitt mit großem Durchmesser verbunden ist;
die Bodenaußenwandoberfläche des Rings luftdicht durch Löten mit der Innenwandoberfläche der ersten Endkappe verbunden ist; und
der Durchmesser des Mittellochs des verstärkenden Elements (20) so gewählt ist, dass er kleiner als die maximale Abmessung des Lötbereichs ist, wo der Feldrelaxationsring und die erste Endkappe verbunden sind, aber größer als der Außendurchmesser des Abschnitts mit kleinem Durchmesser der festen Stabelektrode ist.
einen wie ein geschlossener Zylinder geformter Feldrelaxationsring (19), der ein Mittelloch mit einem Durchmesser nahezu gleich dem des Mittellochs der ersten Endkappe (2) hat, und der zwischen dem abgestuften Bereich des Abschnitts mit kleinem Durchmesser (4a) und dem Abschnitt mit großem Durchmesser (4b) und der ersten Endkappe bereitgestellt ist,
wobei die Innenwandoberfläche des Bodens um das Mittelloch von dessen Ring luftdicht durch Löten mit dem abgestuften Bereich zwischen dem Abschnitt mit kleinem Durchmesser und dem Abschnitt mit großem Durchmesser verbunden ist;
die Bodenaußenwandoberfläche des Rings luftdicht durch Löten mit der Innenwandoberfläche der ersten Endkappe verbunden ist; und
der Durchmesser des Mittellochs des verstärkenden Elements (20) so gewählt ist, dass er kleiner als die maximale Abmessung des Lötbereichs ist, wo der Feldrelaxationsring und die erste Endkappe verbunden sind, aber größer als der Außendurchmesser des Abschnitts mit kleinem Durchmesser der festen Stabelektrode ist.
4. Ein Vakuumschaltrohr nach einem der Ansprüche 1 bis 3,
dadurch gekennzeichnet, dass die erste Endkappe (2) und
das verstärkende Element (13, 20) aus dem gleichen
Material zusammengesetzt sind.
5. Ein Vakuumschaltrohr nach einem der Ansprüche 1 bis 3,
dadurch gekennzeichnet, dass die erste Endkappe (2) aus
Monelmetall und das verstärkende Element (13, 20) aus
SUS310 ist.
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