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Die
Erfindung betrifft eine Vakuumschaltröhre mit einem an
einem festen Kontaktbolzen angeordneten ersten Kontaktstück
und einen an einem axial beweglichen Kontaktbolzen angeordneten zweiten
Kontaktstück und mit mindestens zwei hohlzylinderförmigen
Isolierteilen, welche Teile eines Gehäuses der Vakuumschaltröhre
sind.
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Solche
Vakuumschaltröhren weisen üblicherweise einen
Dampfschirm auf, welcher die Innenflächen der Isolierteile
vor der Abscheidung von bei Schaltvorgängen entstehendem
Metalldampf schützt. Solche Dampfschirme können
aus mehreren Einzelteilen bestehen. So ist aus der deutschen Offenlegungsschrift
DE 196 25 737 A1 eine
Vakuumschaltröhre mit einem Dampfschirm bekannt, der aus zwei
im Wesentlichen zylindrischen, ineinander geschobenen Schirmteilen
besteht.
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Der
Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Vakuumschaltröhre
anzugeben, mit der bei guter Abschirmung der Isolierteile vor Metalldampf
große Ströme geschaltet werden können.
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Diese
Aufgabe wird erfindungsgemäß gelöst durch
eine Vakuumschaltröhre mit einem an einem festen Kontaktbolzen
angeordneten ersten Kontaktstück, einem an einem axial
beweglichen Kontaktbolzen angeordneten zweiten Kontaktstück,
mindestens zwei hohlzylinderförmigen Isolierteilen, zwischen
deren Stirnflächen ein Metallring zur Halterung eines Dampfschirms
befestigt ist, wobei an dem Metallring ein rotationssymmetrisches
Hohlteil des Dampfschirms befestigt ist, an einem offenen Ende des Hohlteils
eine sich verjüngende Endhülse befestigt ist,
und der Durchmesser der Kontaktstücke größer ist als
der kleinste Durchmesser der Endhülse. Hierbei ist besonders
vorteilhaft, dass der Durchmesser der Kontaktstücke größer
ist als der kleinste Durchmesser der Endhülse. Kontaktstücke
mit einem großen Durchmesser weisen eine große
Kontaktfläche auf; mit diesen Kontaktstücken können
hohe Ströme sicher geschaltet werden. Die sich verjüngende
Endhülse umschließt die Kontaktstücke,
da ihr kleinster Durchmesser kleiner ist als der Durchmesser der Kontaktstücke.
Daher schirmt diese Endhülse in Verbindung mit dem Hohlteil
die Kontaktstücke gut ab und verhindert sehr effizient
ein Niederschlagen von bei Schaltvorgängen entstehendem
Metalldampf auf der Innenfläche der hohlzylinderförmigen
Isolierteile. Die Ausgestaltung des Dampfschirms mit einem Hohlteil
und einer sich verjüngenden Endhülse ermöglicht
darüber hinaus eine bequeme Montage der Vakuumschaltröhre,
da zuerst die Kontaktbolzen mit den Kontaktstücken montiert
werden können und erst danach die sich verjüngende
Endhülse an dem Hohlteil angeordnet werden kann.
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Die
Vakuumschaltröhre kann so ausgestaltet sein, dass das rotationssymmetrische
Hohlteil an dem einen offenen Ende einen sich verjüngenden Abschnitt
aufweist, und der sich verjüngende Abschnitt eine rotationssymmetrische,
umlaufende Vertiefung aufweist, die die Endhülse aufnimmt.
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Die
Vakuumschaltröhre kann auch so ausgestaltet sein, dass
das rotationssymmetrische Hohlteil dem sich verjüngenden
Abschnitt gegenüberliegend einen zweiten sich verjüngenden
Abschnitt aufweist, und der zweite sich verjüngende Abschnitt
eine zweite rotationssymmetrische umlaufende Vertiefung aufweist,
die eine zweite Endhülse aufnimmt.
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Mittels
der rotationssymmetrischen Vertiefungen können die jeweiligen
Endhülsen einfach, schnell und präzise montiert werden:
Die Endhülsen werden einfach in die entsprechenden Vertiefungen eingelegt
und später beim Verschlusslöten der Vakuumschaltröhre
mit dem Hohlteil verlötet.
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Die
Vakuumschaltröhre kann auch so ausgestaltet sein, dass
die zweite Endhülse sich verjüngt und der Durchmesser
der Kontaktstücke größer ist als der
kleinste Durchmesser der zweiten Endhülse. Mittels der
zweiten Endhülse wird auch auf der zweiten Seite des Hohlteils
eine effiziente Abschirmung der Kontaktstücke bei gleichzeitig
einfacher Montierbarkeit der Vakuumschaltröhre erreicht.
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Die
Vakuumschaltröhre kann so ausgestaltet sein, dass die rotationssymmetrische
Vertiefung bezüglich der Außenfläche
des Hohlteils vertieft ist, und die zweite rotationssymmetrische
Vertiefung bezüglich der Innenfläche des Hohlteils
vertieft ist.
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Die
Vakuumschaltröhre kann so realisiert sein, dass die Endhülse
an der Außenfläche des Hohlteils anliegt und die
zweite Endhülse an der Innenfläche des Hohlteils
anliegt. Die beiden vorstehenden Ausführungsformen ermöglichen
vorteilhafterweise eine besonders einfache Montage sowohl der ersten
Endhülse als auch der zweiten Endhülse, da sowohl
die erste Endhülse als auch die zweite Endhülse
lediglich auf die (äußere bzw. innere) Oberfläche
des Hohlteils in die entsprechende Vertiefung eingelegt zu werden
braucht und durch die Schwerkraft in dieser Vertiefung gehalten
werden, bis sie beim nachfolgenden Lötprozess mit dem Hohlteil
verlötet werden. Insbesondere ist es nicht notwendig, die
erste Endhülse und/oder die zweite Endhülse bis zum
Verlöten zu befestigen oder zu sichern.
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Die
Vakuumschaltröhre kann so ausgestaltet sein, dass das Hohlteil
und die Endhülsen aus Metallblech bestehen, wobei mindestens
eine der Endhülsen eine geringere Blechdicke aufweist als
das Hohlteil. Dabei ist insbesondere vorteilhaft, dass die Endhülsen
aufgrund ihrer geringeren Blechdicke einfacher bearbeitet werden
können als das Hohlteil. Insbesondere können die
Endhülsen leicht verformt werden, um sie in ihre gewünschte
Form zu bringen. Zusätzlich ermöglicht das aus
dickerem Blech bestehende Hohlteil eine gute Wärmeableitung
von bei Schaltvorgängen entstehender Wärme; auch
dadurch wird eine Vakuumschaltröhre erreicht, mit der hohe
Ströme sicher geschaltet werden können.
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Die
Vakuumschaltröhre kann auch so ausgestaltet sein, dass
die vom Hohlteil wegweisende Seite der ersten und/oder zweiten Endhülse
(z. B. durch Einrollen des Hülsenmaterials) abgerundet
ist. Eine solche Abrundung der Seite der Endhülse lässt
sich insbesondere aufgrund der geringeren Blechdicke der Endhülse
fertigungstechnisch einfach und damit auch kostengünstig
herstellen.
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Die
Ausgestaltung des Dampfschirms als Hohlteil mit einer oder zwei
an den offenen Seiten des Hohlteils befestigten Endhülsen
ist auch deshalb fertigungstechnisch vorteilhaft, weil die Einzelteile des
Dampfschirms, d. h. das Hohlteil und die eine bzw. zwei Endhülsen
für sich betrachtet, einfache geometrische Formen aufweisen
und sich daher relativ einfach und kostengünstig herstellen
lassen. Zusätzlich ist vorteilhaft, dass sich aufgrund
dieser einfachen geometrischen Formen die Teile gut galvanisch bearbeiten
lassen, da sie nur wenige bzw. nur kleine halbeingeschlossene Volumina
(sog. schöpfende Geometrieelemente) aufweisen, welche bei
galvanischen Prozessen aufgrund der daraus schlecht abfließenden
Elektrolytflüssigkeiten Probleme verursachen können.
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Die
Vakuumschaltröhre kann auch so ausgestaltet sein, dass
der kleinste Durchmesser der ersten und/oder zweiten Endhülse
zwischen 50% und 80% des Durchmessers der Kontaktstücke
beträgt. Bei der Wahl dieser Durchmesser lässt
sich eine sehr gute Abschirmung der Isolierteile vor Metalldampf
erreichen und es können aufgrund der bezüglich
der Durchmesser der Endhülsen großen Durchmesser der
Kontaktstücke hohe elektrische Ströme geschaltet
werden.
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Die
Vakuumschaltröhre kann auch so ausgestaltet sein, dass
der feste Kontaktbolzen im Bereich des kleinsten Durchmessers der
Endhülse eine Einschnürung aufweist und/oder der
axial bewegliche Kontaktbolzen im Bereich des kleinsten Durchmessers
der zweiten Endhülse eine Einschnürung aufweist.
Dabei ist der feste Kontaktbolzen entsprechend der Kontur der ersten
Endhülse eingeschnürt. Insbesondere ist der feste
Kontaktbolzen entsprechend der Kontur der abgerundeten Seite der
ersten Endhülse eingeschnürt. Der axial bewegliche
Kontaktbolzen ist entsprechend der Kontur der zweiten Endhülse
eingeschnürt. Insbesondere ist der der axial bewegliche
Kontaktbolzen entsprechend der Kontur der abgerundeten Seite der
zweiten Endhülse eingeschnürt. Dabei ist vorteilhaft,
dass durch die Einschnürung des Kontaktbolzens der Isolationsabstand zwischen
der Endhülse und dem Kontaktbolzen vergrößert
wird, so dass die Spannungsfestigkeit der Vakuumschaltröhre
vergrößert wird.
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Die
Vakuumschaltröhre kann auch so ausgestaltet sein, dass
mindestens eines der Isolierteile an der dem Metallring gegenüberliegenden
Stirnfläche einen weiteren Dampfschirm trägt,
der im Zusammenwirken mit dem an dem Metallring gehalterten Dampfschirm
eine labyrinthartige Trennung bzw. Abschirmung des Isolierteils
von den Kontaktstücken realisiert.
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Durch
das Zusammenwirken des weiteren Dampfschirms mit dem an den Metallring
gehalterten Dampfschirm wird vorteilhafterweise eine besonders gute
Abschirmung der Isolierteile vor Metalldampf erreicht, da der Metalldampf – um
zu der Innenfläche der Isolierteile zu gelangen – einen
labyrinthartigen Weg zwischen den beiden Dampfschirmen zurücklegen
müsste, was nur vergleichsweise wenigen Metalldampfteilchen
gelingt.
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Zur
weiteren Erläuterung der Erfindung wird im Folgenden ein
Ausführungsbeispiel der erfindungsgemäßen
Vakuumschaltröhre beschrieben. Dazu ist in der Figur in
einer teilweisen Schnittdarstellung eine Vakuumschaltröhre
dargestellt.
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In
der Figur ist in einer Schnittdarstellung ein Ausführungsbeispiel
einer erfindungsgemäßen Vakuumschaltröhre 1 dargestellt.
Dabei ist lediglich eine Hälfte der Vakuumschaltröhre 1 im
Schnitt dargestellt, die andere Hälfte ist bezüglich
einer Symmetrieachse bzw. Rotationsachse 3 symmetrisch
ausgestaltet. Die Vakuumschaltröhre 1 weist einen
festen, feststehenden Kontaktbolzen 5 auf, der ein erstes (festes,
feststehendes) Kontaktstück 7 trägt.
An einem axial beweglichen Kontaktbolzen 9 ist ein zweites
(bewegliches) Kontaktstück 11 befestigt. Der axial
bewegliche Kontaktbolzen 9 ist mittels eines Federbalgs 13 axial
beweglich und vakuumdicht mit einer Metallkappe 15 verbunden.
Diese Metallkappe 15 trägt ein Gleitlager 17,
in dem der axial bewegliche Kontaktbolzen 9 geführt
wird. Die mögliche axiale Bewegung des beweglichen Kontaktbolzens 9 ist
mit einem Doppelpfeil 19 angedeutet.
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Die
Metallkappe 15 ist mit einem ersten Isolierteil 21 verbunden,
welches die Form eines Hohlzylinders aufweist und aus Keramik besteht.
Dieses erste Isolierteil 21 ist mit einem gleichartigen
zweiten Isolierteil 23 verbunden. Das zweite Isolierteil 23 ist mit
einer weiteren Metallkappe 25 verbunden, welche das Gehäuse
der Vakuumschaltröhre vervollständigt. Diese weitere
Metallkappe 25 ist starr mit dem festen Kontaktbolzen 5 verbunden,
beispielsweise ist der Kontaktbolzen 5 in die Metallkappe 25 eingelötet.
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Zwischen
zwei aufeinander zuweisenden Stirnflächen des ersten Isolierteils 21 und
des zweiten Isolierteils 23 ist ein Metallring 27 eingelötet,
der im Inneren der Vakuumschaltröhre ein rotationssymmetrisches
Hohlteil 29 trägt; diese rotationssymmetrische
Hohlteil 29 bildet einen Teil eines Dampfschirms (Mitten-Dampfschirm)
der Vakuumschaltröhre 1. Dabei ist der Metallring 27 mit
dem Hohlteil 29 verlötet. Das rotationssymmetrische
Hohlteil 29 verjüngt sich an seinem einen offenen
Ende, das rotationssymmetrische Hohlteil 29 weist an dem
einen offenen Ende einen sich verjüngenden Abschnitt 31 auf (Verjüngung 31).
Dieser sich konisch verjüngende Abschnitt 31 des
Hohlteils 29 weist an dessen offenem Ende eine rotationssymmetrische
Vertiefung (Stufe bzw. Abstufung, Einschnürung, Einbuchtung) 33 auf.
In die Vertiefung 33 ist eine erste Endhülse 35 eingelegt
und mit der Vertiefung des Hohlteils 29 verlötet;
die rotationssymmetrische Vertiefung 33 nimmt also die
erste Endhülse 35 auf bzw. stellt ein Lager, eine
Halterung oder einen Träger für die erste Endhülse 35 dar.
Die erste Endhülse 35 verjüngt sich in Richtung
ihres freien Endes konisch; die von dem Hohlteil 29 wegweisende
Seite der ersten Endhülse 35 ist durch Einrollen
des Hülsenmaterials abgerundet.
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Im
Ausführungsbeispiel ist der Durchmesser d1 Kontaktstücke 7 und 11 größer
als der kleinste Durchmesser d2 der ersten Endhülse 35.
Dadurch wird erreicht, dass bei einer guten Abschirmung der Isolierteile 21 und 23 die
Kontaktstücke 7 und 11 den Innenraum
der Vakuumschaltröhre 1 besser ausnutzen als bei
einer Vakuumschaltröhre, bei der der Durchmesser d1 der
Kontaktstücke 7 und 11 kleiner ist als
der kleinste Durchmesser d2 der ersten Endhülse 35.
Daher weisen die Kontaktstücke 7 und 11 eine
große vom Strom durchflossene Kontaktfläche auf,
so dass mittels der Vakuumschaltröhre vergleichsweise große
Ströme geschaltet werden können.
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Das
rotationssymmetrische Hohlteil 29 ist auch an seiner zweiten
offenen Seite verjüngt, es weist an seinem zweiten offenen
Ende einen zweiten sich verjüngenden Abschnitt 37 auf
(Verjüngung 37). An diesem zweiten sich konisch
verjüngenden Abschnitt 37 ist eine zweite rotationssymmetrische
Vertiefung (Stufe, Abstufung) 39 angeordnet, die eine zweite
Endhülse 41 aufnimmt. Die bezüglich der
inneren Mantelfläche des sich konisch verjüngenden Abschnitts 37 als
umlaufende Vertiefung 39 ausgebildete Abstufung stellt
bezüglich der äußeren Mantelfläche
des sich konisch verjüngenden Abschnitts 37 eine
umlaufende Ausbuchtung dar. Die zweite rotationssymmetrische Vertiefung 39 lagert,
haltert bzw. trägt die zweite Endhülse 41.
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Die
zweite Endhülse 41 verjüngt sich zu ihrem
freien Ende hin; der Durchmesser d1 der Kontaktstücke 7 und 11 ist
größer als der kleinste Durchmesser d2 der zweiten
Endhülse 41. Dabei ist die rotationssymmetrische
Vertiefung 33 bezüglich der Außenfläche
des Hohlteils 29 vertieft, während die zweite
rotationssymmetrische Vertiefung 39 bezüglich
der Innenfläche des Hohlteils 29 vertieft ist.
Dadurch liegt die in die erste Vertiefung 33 eingelegte
erste Endhülse 35 an der Außenfläche
des Hohlteils 29 an, während die in die zweite
Vertiefung 39 eingelegte zweite Endhülse 41 an
der Innenfläche des Hohlteils 29 anliegt.
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Die
zweite Endhülse 41 ist an ihrer vom Hohlteil 29 wegweisenden
Seite durch Einrollen des Hülsenmaterials abgerundet.
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Das
Hohlteil 29, die erste Endhülse 35 und die
zweite Endhülse 41 bestehen aus Metallblech, beispielsweise
aus Kupferblech oder aus Edelstahlblech. Mindestens eine der Endhülsen 35 und 41 weist
eine geringere Blechdicke auf als das Hohlteil 29. Dadurch
lässt sich die Endhülse bzw. die Endhülsen
einfach und kostengünstig herstellen, insbesondere die
endseitigen Abrundungen der Endhülsen lassen sich durch
Einrollen des vergleichsweise dünnen Hülsenmaterials
einfach herstellen.
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Im
Ausführungsbeispiel entspricht der kleinste Durchmesser
der ersten Endhülse 35 dem kleinsten Durchmesser
der zweiten Endhülse 41. In einem anderen Ausführungsbeispiel
können die erste Endhülse 35 und die
zweite Endhülse 41 auch unterschiedlich große
kleinste Durchmesser haben. Besonders vorteilhaft ist es, wenn die
kleinsten Durchmesser d2 der Endhülsen zwischen 50% und
80% des Durchmessers d1 der Kontaktstücke 7 und 11 betragen.
Im Ausführungsbeispiel beträgt dieser kleinste
Durchmesser d2 der Endhülsen 80% des Durchmessers d1 der
Kontaktstücke 7 und 11. Untersuchungen
haben gezeigt, dass bei einem kleinsten Durchmesser der Endhülsen
d2, welcher zwischen 50 und 80% des Durchmessers d1 der Kontaktstücke beträgt,
sich eine Vakuumschaltröhre realisieren lässt,
bei der die (die Kontaktstücke weit umgreifenden) Endhülsen
eine besonders wirksame Abschirmung der Isolierteile vom Metalldampf
gewährleisten. Zusätzlich kann aufgrund der Kontaktstücke,
deren Durchmesser größer ist als der kleinste
Durchmesser der Endhülsen, aufgrund der vergleichsweise großen
Kontaktstückfläche ein großer elektrischer Strom
geschaltet werden.
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Der
feste Kontaktbolzen 5 weist im Bereich des kleinsten Durchmessers
der ersten Endhülse 35 eine Einschnürung 42 auf.
Dabei ist der feste Kontaktbolzen 5 entsprechend der Kontur
der ersten Endhülse 35 eingeschnürt.
Insbesondere ist der feste Kontaktbolzen 5 entsprechend
der Kontur der abgerundeten Seite der ersten Endhülse 35 eingeschnürt. Alternativ
oder zusätzlich weist der axial bewegliche Kontaktbolzen 9 im
Bereich des kleinsten Durchmessers der zweiten Endhülse 41 eine
Einschnürung 44 auf. Dabei ist der axial bewegliche
Kontaktbolzen 9 entsprechend der Kontur der zweiten Endhülse 41 eingeschnürt.
Insbesondere ist der der axial bewegliche Kontaktbolzen 9 entsprechend
der Kontur der abgerundeten Seite der zweiten Endhülse 41 eingeschnürt.
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Zwischen
dem ersten Isolierteil 21 und der Metallkappe 15 ist
ein weiterer Metallring 43 eingelötet, welcher
einen weiteren Dampfschirm 45 trägt. Ebenso ist
zwischen dem zweiten Isolierteil 23 und der weiteren Metallkappe 25 ein
weiterer Metallring 47 eingelötet, welcher einen
weiteren Dampfschirm 49 trägt. Der weitere Dampfschirm 49 bildet
im Zusammenwirken mit dem an dem mittleren Metallring 27 gehalterten
(aus Hohlteil 29, erster Endhülse 35 und
zweiter Endhülse 41 bestehendem) Dampfschirm eine
labyrinthartige Trennung der Kontaktstücke 7 und 11 von
der Innenfläche des zweiten Isolierteils 23. Bei
Schaltvorgängen entstehender Metalldampf müsste
nämlich – um die innere Mantelfläche des
zweiten Isolierteils 23 zu erreichen – einen labyrinthartigen
Weg um die erste Endhülse 35 des Dampfschirms
herum und an dem weiteren Dampfschirm 49 vorbei zur inneren
Mantelfläche des zweiten Isolierteils 23 zurücklegen,
um sich (unerwünschterweise) auf diesem zweiten Isolierteil 23 niederschlagen
zu können. Dies gelingt jedoch nur wenigen Metalldampfteilchen,
so dass eine sehr gute Abschirmung des zweiten Isolierteils 23 vor
Metalldampfniederschlag erreicht wird. Eine gleichartige labyrinth artige
Trennung des ersten Isolierteils 21 von den Kontaktstücken 7 und 11 findet
im entgegen gesetzten (unteren) Teil der Vakuumschaltröhre 1 durch
das Zusammenwirken des weiteren Dampfschirms 45 mit dem
Hohlteil 20 und der zweiten Endhülse 41 statt.
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Beschrieben
wurde eine Vakuumschaltröhre mit einem Dampfschirm, der
ein rotationssymmetrisches Hohlteil und mindestens eine an einem
offenen Ende des Hohlteils befestigte Endhülse aufweist.
Dabei ist der kleinste Durchmesser der sich verjüngenden
Endhülse kleiner als der Durchmesser der Kontaktstücke,
so dass die Endhülse die Kontaktstücke weit umgreift
bzw. umschließt. Dadurch wird eine optimale Abschirmung
bzw. Trennung der Isolierteile der Vakuumschaltröhre von
den Kontaktstücken erreicht. Weiterhin bildet der aus Endhülse
und Hohlteil zusammengesetzte Dampfschirm im Zusammenwirken mit
einem weiteren Dampfschirm der Vakuumschaltröhre eine labyrinthartige
Trennung des Isolierteils von den Kontaktstücken. Die Kontaktstücke
können aufgrund ihres Durchmessers, der größer
als der kleinste Durchmesser der Endhülse ist, vergleichsweise
große elektrische Ströme übertragen.
Die Einzelteile des Mittel-Dampfschirms (Hohlteil, Endhülse) lassen
sich aufgrund ihrer einfachen geometrischen Gestaltung einfach und
kostengünstig herstellen, wozu beiträgt, dass
die Endhülse aus dünnerem Metallblech gefertigt
ist als das Hohlteil.
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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