DE102008031473B3 - Vakuumschaltröhre - Google Patents
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Abstract
Um 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, weiterzubilden, welche über verbesserte dielektrische Eigenschaften verfügt, wird vorgeschlagen, dass die Isolierstoffschicht ein Isoliermaterial und die Isolationseigenschaften des Isoliermaterials beeinflussende Zusätze aufweist.
Description
- 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.
- 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. - 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. - Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, eine Vakuumschaltröhre der eingangs erwähnten Art weiterzubilden, welche über verbesserte Eigenschaften bezüglich ihrer Spannungsfestigkeit verfügt.
- 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.
- 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.
- 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.
- 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.
- In einer anderen vorteilhaften Ausführungsform der Erfindung sind die Zusätze Mikrovaristoren.
- 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.
- In vorteilhafter Weiterbildung der Erfindung liegt ein Füllgrad der Isolierstoffschicht mit den Mikrovaristoren zwischen 10% und 90%.
- In weiterer vorteilhafter Ausgestaltung der Erfindung liegt eine Korngröße der Mikrovaristoren zwischen 0,2 μm und 10 μm.
- Die Erfindung wird im Folgenden anhand der Zeichnung und eines Ausführungsbeispiels mit Bezug auf die beiliegenden Figuren näher erläutert. Es zeigen:
-
1 eine Querschnittsansicht einer erfindungsgemäßen Vakuumschaltröhre; -
2 eine Querschnittsansicht eines Ausschnittes einer erfindungsgemäßen Vakuumschaltröhre; -
3 eine weitere Querschnittsansicht eines Ausführungsbeispiels einer erfindungsgemäßen Vakuumschaltröhre; -
4 eine weitere Querschnittsansicht eines Ausführungsbeispiels einer erfindungsgemäßen Vakuumschaltröhre; -
5 eine weitere Querschnittsansicht eines Ausführungsbeispiels der erfindungsgemäßen Vakuumschaltröhre; und -
6 eine weitere teilweise Querschnittsansicht eines Ausführungsbeispiels der erfindungsgemäßen Vakuumschaltröhre; -
1 zeigt eine Vakuumschaltröhre1 mit einem keramischen Gehäuseabschnitt2 aus Keramikzylindern3 und4 sowie metallischen Gehäuseteilen in Form von Endflanschen5 ,6 , welche mit dem keramischen Gehäuseabschnitt2 zusammen das Gehäuse der Vakuumschaltröhre1 ausbilden, wobei sich durch den Endflansch5 ein Kontaktanschluss7 eines Bewegkontaktes8 mittels eines Faltenbalges9 vakuumdicht hindurch erstreckt und durch den Endflansch6 ein Kontaktanschluss10 eines Festkontaktes11 hindurch erstreckt. Zwischen den beiden Keramikzylindern3 und4 sowie an den Enden der Keramikzylinder3 und4 sind metallische Abschirmelemente12 ,13 und14 zum Abschirmen der Keramikzylinder gegen metallische Dämpfe, die während eines Schaltvorganges und des damit verbundenen Lichtbogens auftreten, vorgesehen. Der Bewegkontakt8 ist über seinen Kontaktanschluss7 mit einer figürlich nicht dargestellten Antriebseinheit zum Einleiten einer Antriebsbewegung in den Bewegkontakt8 zum Schließen bzw. Öffnen des Kontaktsystems aus Bewegkontakt8 und Festkontakt11 gekoppelt. Außen am Gehäuse der Vakuumschaltröhre1 ist an den Übergangsbereichen15 ,16 und17 , an denen ein metallisches Ge häuseteil mit einem keramischen Gehäuseabschnitt zusammentrifft, zur Verbesserung der Isolationseigenschaften eine Isolierstoffschicht18 ,19 und20 vorgesehen, welche am jeweiligen Übergangsbereich15 ,16 ,17 sowohl das jeweilige metallische Gehäuseteil als auch den keramischen Gehäuseabschnitt überlappend abdeckt. Die Isolierstoffschichten18 ,19 und20 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 Isolierstoffschicht18 ,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. -
2 zeigt eine teilweise Querschnittsansicht einer Vakuumschaltröhre21 , bei der ein Keramikzylinder22 an Endflansche23 und24 angrenzt, wobei die Übergangsbereiche25 und26 zwischen den Endflanschen23 und24 und dem Keramikzylinder22 als keramischen Gehäuseabschnitt mittels einer Isolierstoffschicht27 abgedeckt sind, welche sich über den ge samten Keramikzylinder22 sowie über die Endflansche23 und24 als metallische Gehäuseteile teilweise hinweg erstreckt. -
3 zeigt eine weitere teilweise Querschnittsansicht einer erfindungsgemäßen Vakuumschaltröhre31 , mit einem Keramikzylinder32 und Endflanschen33 und34 , wobei im Außenbereich der Vakuumschaltröhre31 eine erste Isolierstoffschicht35 vorgesehen ist, welche sich über die Endflansche33 und34 teilweise sowie über den Keramikzylinder32 komplett hinweg erstreckt, wobei eine zweite Isolierstoffschicht36 und eine dritte Isolierstoffschicht37 vorgesehen sind, welche die Vakuumschaltröhre31 teilweise oder auch komplett umgeben können. Die Isolierstoffschicht36 kann dabei beispielsweise eine elastische Pufferschicht sein, und die Isolierstoffschicht37 ein Gießharzgehäuse zur Ummantelung der Vakuumschaltröhre. - Die
4 ,5 und6 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 den4 und5 sind zwischen dem keramischen Gehäuseabschnitt42 und den metallischen Gehäuseteilen43 und44 Stufen bzw. Kanäle ausgebildet, welche mit einer Isolierstoffschicht aus einem Isoliermaterial und darin enthaltenen Zusätzen gefüllt ist. - In der
6 ist eine Isolierstoffschicht50 aus einem Isoliermaterial mit die Isolationseigenschaften beeinflussenden Zusätzen über einem Lot51 , welches zur Verbindung von metallischen Gehäuseteilen52 ,53 und einem keramischen Gehäuseabschnitt54 vorgesehen ist, angeordnet. -
- 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
Claims (6)
- Vakuumschaltröhre (
1 ) mit einem einem Gehäuse mit mindestens einem keramischen Gehäuseabschnitt (2 ,22 ,42 ,54 ) und metallischen Gehäuseteilen (5 ,6 ,23 ,24 ,33 ,34 ,43 ,44 ,52 ,53 ), wobei Übergangsbereiche (15 ,16 ,17 ,25 ,26 ) zwischen dem mindestens einen keramischen Gehäuseabschnitt (2 ,22 ,42 ,54 ) und den metallischen Gehäuseteilen (5 ,6 ,23 ,24 ,33 ,34 ,43 ,44 ,52 ,53 ) mittels einer Isolierstoffschicht (18 ,19 ,20 ,27 ,45 ,50 ) abgedeckt sind, dadurch gekennzeichnet, dass die Isolierstoffschicht (18 ,19 ,20 ,27 ,45 ,50 ) ein Isoliermaterial und die Isolationseigenschaften des Isoliermaterials beeinflussende Zusätze aufweist. - Vakuumschaltröhre nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Zusätze Metalle und/oder leitende Metalloxide sind.
- Vakuumschaltröhre nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Isolierstoffschicht (
18 ,19 ,20 ,27 ,45 ,50 ) eine Leitfähigkeit im Bereich von 102 bis 1012 Ohm cm aufweist. - Vakuumschaltröhre nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Zusätze Mikrovaristoren sind.
- Vakuumschaltröhre nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass der Füllgrad der Isolierstoffschicht mit den Mikrovaristoren zwischen 10% und 90% liegt.
- Vakuumschaltröhre nach Anspruch 4 oder 5, dadurch gekennzeichnet, dass der Korngröße der Mikrovaristoren zwischen 0,2 μm und 10 μm liegt.
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