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Die
Erfindung betrifft eine Vakuumschaltröhre mit einem Gehäuse mit
mindestens einem keramischen Gehäuseabschnitt
und metallischen Gehäuseteilen,
wobei Übergangsbereiche
zwischen dem mindestens einen keramischen Gehäuseabschnitt und den metallischen
Gehäuseteilen
mittels einer Isolierstoffschicht abgedeckt sind.
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Eine
derartige Vakuumschaltröhre
ist beispielsweise aus der
DE
40 30 806 A1 bekannt. Die dort offenbarte Vakuumschaltröhre mit
einem Gehäuse
aus einem keramischen Gehäuseabschnitt
und metallischen Gehäuseteilen
angeordnet sind, weist an Übergangsbereichen
zwischen dem keramischen Gehäuseabschnitt
und den metallischen Gehäuseteilen
eine Isolierstoffschicht aus Aluminiumoxid (AL2O3) auf, um eine
Isolationsstrecke und damit die Spannungsfestigkeit der Vakuumschaltröhre zu vergrößern.
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Aus
der
EP 1 487 074 A1 ist
es bekannt, bei einer Hochspannungsdurchführung oder einem Kabelendverschluss
ein Feldsteuerungselement auf Basis eines Polymers mit darin eingebetteten
Mikrovaristoren vorzusehen.
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Aufgabe
der vorliegenden Erfindung ist es, eine Vakuumschaltröhre der
eingangs erwähnten
Art weiterzubilden, welche über
verbesserte Eigenschaften bezüglich
ihrer Spannungsfestigkeit verfügt.
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Erfindungsgemäß gelöst wird
diese Aufgabe bei einer Vakuumschaltröhre der eingangs erwähnten Art
dadurch, dass die Isolierstoffschicht ein Isoliermaterial und die
Isolationseigenschaften des Isoliermaterials beeinflussende Zusätze auf weist.
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Eine
derartige Isolierstoffschicht ist besonders vorteilhaft, weil einerseits
durch das Isoliermaterial eine wirksame Isolationsstrecke zwischen
den metallischen Gehäuseteilen
und dem mindestens einen keramischen Gehäuseabschnitt ausgebildet ist, und
andererseits durch Zusätze,
welche die Isolationseigenschaften des Isoliermaterials beeinflussen, in
vorteilhafter Weise gezielt Eigenschaften der Isolierstoffschicht
eingestellt werden können.
Dadurch kann an Übergangsbereichen
zwischen den metallischen Gehäuseteilen
und dem keramischen Gehäuseabschnitt,
an denen normalerweise eine hohe Feldstärke und damit die Gefahr von
Teilentladungen besteht, diese hohe Feldstärke durch die beeinflussten
Isolationseigenschaften verringert werden und damit die Gefahr von
Teilentladungen reduziert werden. Dies führt in vorteilhafter Weise
zu einer höheren
Spannungsfestigkeit der Vakuumschaltröhre und in Folge dessen zu
einer größeren Lebensdauer.
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In
einer vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung sind die Zusätze Metalle
und/oder leitende Metalloxide. Diese Materialien sind vorteilhaft
zur Beeinflussung der Isolationseigenschaften, weil damit eine Einstellung
einer Restleitfähigkeit
möglich
ist, durch die an dem Übergangsbereich
von den metallischen Gehäuseteilen
zu dem keramischen Gehäuseabschnitt
eine Steuerung des elektrischen Feldes im Sinne einer Feldaufweitung
möglich
ist, so dass das elektrische Feld reduziert und die Gefahr von Teilentladungen
verringert ist.
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In
einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung weist die
Isolierstoffschicht eine Restleitfähigkeit im Bereich von 102 bis 1012 Ohm cm
auf. In diesem Bereich der Restleitfähigkeit ist eine Feldsteuerung
am Übergangsbereich
von den metallischen Gehäuseteilen
zu dem keramischen Gehäuseabschnitt
besonders wirksam möglich.
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In
einer anderen vorteilhaften Ausführungsform
der Erfindung sind die Zusätze
Mikrovaristoren.
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Mikrovaristoren
im Sinne der Erfindung sind hierbei beispielsweise kleine, im wesentlichen
kugelförmige
ZnO- Teilchen, gegebenenfalls
mit anderen Metalloxiden oder Oxiden mit Varistoreigenschaften dotiert
und gesintert, die nichtlineare Eigenschaften dahingehend aufweisen,
dass sie normalerweise nicht leitend sind, bei Überschreiten einer bestimmten
Feldstärke
aber eine Leitfähigkeit
aufweisen. Die Anwendung von Mikrovaristoren zur Beeinflussung der
Isolationseigenschaften des Isoliermaterials ist daher ebenfalls
vorteilhaft geeignet zur Feldsteuerung am Übergangsbereich zwischen den
metallischen Gehäuseteilen
und dem keramischen Gehäuseabschnitt,
weil dort bei einer hohen Feldstärke durch
die Mikrovaristoren über
deren dann vorhandene Leitfähigkeit
eine Feldstärkenreduzierung
erreicht wird, in dem durch das Isolationsmaterial die Feldstärkenkonzentration
aufgeweitet wird und damit die Feldstärke verringert wird, so dass
die Gefahr von Teilentladungen reduziert und damit die Spannungsfestigkeit
und die Lebensdauer der Vakuumschaltröhre erhöht wird.
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In
vorteilhafter Weiterbildung der Erfindung liegt ein Füllgrad der
Isolierstoffschicht mit den Mikrovaristoren zwischen 10% und 90%.
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In
weiterer vorteilhafter Ausgestaltung der Erfindung liegt eine Korngröße der Mikrovaristoren zwischen
0,2 μm und
10 μm.
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Die
Erfindung wird im Folgenden anhand der Zeichnung und eines Ausführungsbeispiels
mit Bezug auf die beiliegenden Figuren näher erläutert. Es zeigen:
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1 eine
Querschnittsansicht einer erfindungsgemäßen Vakuumschaltröhre;
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2 eine
Querschnittsansicht eines Ausschnittes einer erfindungsgemäßen Vakuumschaltröhre;
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3 eine
weitere Querschnittsansicht eines Ausführungsbeispiels einer erfindungsgemäßen Vakuumschaltröhre;
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4 eine
weitere Querschnittsansicht eines Ausführungsbeispiels einer erfindungsgemäßen Vakuumschaltröhre;
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5 eine
weitere Querschnittsansicht eines Ausführungsbeispiels der erfindungsgemäßen Vakuumschaltröhre; und
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6 eine
weitere teilweise Querschnittsansicht eines Ausführungsbeispiels der erfindungsgemäßen Vakuumschaltröhre;
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1 zeigt
eine Vakuumschaltröhre 1 mit
einem keramischen Gehäuseabschnitt 2 aus
Keramikzylindern 3 und 4 sowie metallischen Gehäuseteilen in
Form von Endflanschen 5, 6, welche mit dem keramischen
Gehäuseabschnitt 2 zusammen
das Gehäuse
der Vakuumschaltröhre 1 ausbilden,
wobei sich durch den Endflansch 5 ein Kontaktanschluss 7 eines Bewegkontaktes 8 mittels
eines Faltenbalges 9 vakuumdicht hindurch erstreckt und
durch den Endflansch 6 ein Kontaktanschluss 10 eines
Festkontaktes 11 hindurch erstreckt. Zwischen den beiden
Keramikzylindern 3 und 4 sowie an den Enden der
Keramikzylinder 3 und 4 sind metallische Abschirmelemente 12, 13 und 14 zum
Abschirmen der Keramikzylinder gegen metallische Dämpfe, die
während
eines Schaltvorganges und des damit verbundenen Lichtbogens auftreten,
vorgesehen. Der Bewegkontakt 8 ist über seinen Kontaktanschluss 7 mit
einer figürlich
nicht dargestellten Antriebseinheit zum Einleiten einer Antriebsbewegung
in den Bewegkontakt 8 zum Schließen bzw. Öffnen des Kontaktsystems aus
Bewegkontakt 8 und Festkontakt 11 gekoppelt. Außen am Gehäuse der
Vakuumschaltröhre 1 ist
an den Übergangsbereichen 15, 16 und 17,
an denen ein metallisches Ge häuseteil
mit einem keramischen Gehäuseabschnitt
zusammentrifft, zur Verbesserung der Isolationseigenschaften eine
Isolierstoffschicht 18, 19 und 20 vorgesehen,
welche am jeweiligen Übergangsbereich 15, 16, 17 sowohl
das jeweilige metallische Gehäuseteil
als auch den keramischen Gehäuseabschnitt überlappend
abdeckt. Die Isolierstoffschichten 18, 19 und 20 sind
dabei aus einem Isoliermaterial, beispielsweise einem Polyorganosiloxan,
Epoxidharz, Duroplast oder Thermoplast gebildet, welches mit Zusätzen versehen
ist, welche die Isolationseigenschaften des Isoliermaterials dahingehend
beeinflussen, dass die Isolierstoffschicht beispielsweise eine Restleitfähigkeit
zwischen 102 und 1012 Ohm
cm aufweist. Derartige Zusätze
können Metalle
wie Eisen, Gold, Silber, Kupfer oder auch Metalloxide oder andere
leitfähige
Zusatzstoffe sein. Weiterhin können
als Zusätze
auch sogenannte Mikrovaristoren verwendet werden, welche zu nicht
linearen elektrischen Eigenschaften der Isolierstoffschicht dahingehend
führen,
dass die Isolierstoffschicht als Isolator funktioniert, solange
eine bestimmte Feldstärke
nicht überschritten
wird, und beim Überschreiten
von Grenzfeldstärken
eine Leitfähigkeit
durch die Mikrovaristoren ausgebildet wird. Der Füllgrad einer
derartigen Isolierstoffschicht 18, 19, 20 mit
Mikrovaristoren liegt vorteilhafterweise im Bereich zwischen 10%
und 90%, wobei die Korngröße der Mikrovaristoren
zwischen 0,2 μm
und 10 μm liegt,
und als besonders bevorzugtes Material für die Mikrovaristoren Zinkoxid
verwendet wird.
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2 zeigt
eine teilweise Querschnittsansicht einer Vakuumschaltröhre 21,
bei der ein Keramikzylinder 22 an Endflansche 23 und 24 angrenzt, wobei
die Übergangsbereiche 25 und 26 zwischen den
Endflanschen 23 und 24 und dem Keramikzylinder 22 als
keramischen Gehäuseabschnitt
mittels einer Isolierstoffschicht 27 abgedeckt sind, welche
sich über
den ge samten Keramikzylinder 22 sowie über die Endflansche 23 und 24 als
metallische Gehäuseteile
teilweise hinweg erstreckt.
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3 zeigt
eine weitere teilweise Querschnittsansicht einer erfindungsgemäßen Vakuumschaltröhre 31,
mit einem Keramikzylinder 32 und Endflanschen 33 und 34,
wobei im Außenbereich
der Vakuumschaltröhre 31 eine
erste Isolierstoffschicht 35 vorgesehen ist, welche sich über die
Endflansche 33 und 34 teilweise sowie über den
Keramikzylinder 32 komplett hinweg erstreckt, wobei eine
zweite Isolierstoffschicht 36 und eine dritte Isolierstoffschicht 37 vorgesehen
sind, welche die Vakuumschaltröhre 31 teilweise
oder auch komplett umgeben können.
Die Isolierstoffschicht 36 kann dabei beispielsweise eine elastische
Pufferschicht sein, und die Isolierstoffschicht 37 ein
Gießharzgehäuse zur
Ummantelung der Vakuumschaltröhre.
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Die 4, 5 und 6 zeigen
weitere teilweise Querschnittsansichten von Vakuumschaltröhren, bei
denen in Übergangsbereichen
zwischen metallischen Gehäuseteilen
und keramischen Gehäuseabschnitten
in verschiedener Art und Weise eine erhöhte bzw. vergrößerte Isolationsstrecke
ausgebildet ist. In den 4 und 5 sind zwischen dem
keramischen Gehäuseabschnitt 42 und
den metallischen Gehäuseteilen 43 und 44 Stufen
bzw. Kanäle
ausgebildet, welche mit einer Isolierstoffschicht aus einem Isoliermaterial
und darin enthaltenen Zusätzen
gefüllt
ist.
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In
der 6 ist eine Isolierstoffschicht 50 aus einem
Isoliermaterial mit die Isolationseigenschaften beeinflussenden
Zusätzen über einem
Lot 51, welches zur Verbindung von metallischen Gehäuseteilen 52, 53 und
einem keramischen Gehäuseabschnitt 54 vorgesehen
ist, angeordnet.
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- 1
- Vakuumschaltröhre
- 2
- keramischer
Gehäuseabschnitt
- 3,
4
- Keramikzylinder
- 5,
6
- Endflansche
- 7
- Kontaktabschluss
- 8
- Bewegkontakt
- 9
- Faltenbalg
- 10
- Kontaktanschluss
- 11
- Festkontakt
- 12,
13, 14
- Dampfschirm
- 15,
16, 17
- Übergangsbereiche
- 18,
19, 20
- Isolierstoffschichten
- 21
- Vakuumschaltröhre
- 22
- Keramikzylinder
- 23,
24
- Endflansche
- 25,
26
- Übergangsbereiche
- 27
- Isolierstoffschicht
- 31
- Vakuumschaltröhre
- 32
- Keramikzylinder
- 33,
34
- metallische
Gehäuseteile
- 35
- erste
Isolierstoffschicht
- 36
- zweite
Isolierstoffschicht
- 37
- dritte
Isolierstoffschicht
- 42
- keramische
Gehäuseteile
- 43,
44
- metallische
Gehäuseteile
- 45
- Isolierstoffschicht
- 50
- Isolierstoffschicht
- 51
- Lot
- 52,
53
- metallische
Gehäuseteile
- 54
- Keramikzylinder