DE102014211855A1 - Vakuumschaltröhre und Verfahren zur Herstellung einer Vakuumschaltröhre - Google Patents
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Abstract
Um eine Vakuumschaltröhre (1, 1‘) mit einem aus Gehäusebauteilen (5, 6, 7) gebildeten Gehäuse (2) sowie im Inneren des Gehäuses angeordneten, in einem geschlossenen Zustand eines Kontaktsystems (13) der Vakuumschaltröhre (1, 1‘) Strom führenden Teilen (8, 9, 10, 12), weiterzubilden, welche über verbesserte Eigenschaften bezüglich der Stromtragfähigkeit verfügt, wird vorgeschlagen, dass die Strom führenden Teile (8, 9, 10, 12) derart oberflächenbehandelt sind, dass sie eine erhöhte Wärmeabstrahlung aufweisen. Weiterhin wird ein Verfahren zur Herstellung einer solchen Vakuumschaltröhre vorgeschlagen.
Description
- Die Erfindung betrifft eine Vakuumschaltröhre mit einem aus Gehäusebauteilen gebildeten Gehäuse sowie im Inneren des Gehäuses angeordneten, in einem geschlossenen Zustand eines Kontaktsystems der Vakuumschaltröhre Strom führenden Teilen.
- Derartige Vakuumschaltröhren sind aus dem landläufigen Stand der Technik bekannt und weisen ein Gehäuse auf, welches aus Gehäusebauteilen, beispielsweise in Form von Isolierstoffgehäusebauteilen aus Keramik sowie aus metallischen Gehäusebauteilen, beispielsweise in Form von metallischen Deckelteilen, gebildet ist. Im Inneren des Gehäuses der Vakuumschaltröhre ist ein Kontaktsystem angeordnet, welches zum Schalten bzw. zum Unterbrechen eines über die Vakuumschaltröhre geführten Stromes vorgesehen ist, welches üblicherweise bestehend aus einem Bewegkontakt und einem Festkontakt sowie mit dem Bewegkontakt bzw. Festkontakt elektrisch leitend verbundenen Bewegkontaktanschlussbolzen und Festkontaktanschlussbolzen, die jeweils durch Gehäusebauteile der Vakuumschaltröhre vakuumdicht aus dem Inneren des Gehäuses nach außen geführt sind, somit Strom führende Teile aufweist.
- Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, eine Vakuumschaltröhre der eingangs genannten Art weiterzubilden, welche über verbesserte Eigenschaften bezüglich der Stromtragfähigkeit verfügt.
- Erfindungsgemäß gelöst wird diese Aufgabe bei einer Vakuumschaltröhre der eingangs genannten Art dadurch, dass die Strom führenden Teile derart oberflächenbehandelt sind, dass sie eine erhöhte Wärmeabstrahlung aufweisen.
- Durch eine derartige Oberflächenbehandlung der Strom führenden Teile derart, dass sie eine erhöhte Wärmeabstrahlung aufweisen, wird in vorteilhafter Weise die Stromtragfähigkeit der Vakuumschaltröhre insgesamt erhöht, weil durch die erhöhte Wärmeabstrahlung der Strom führenden Teile im Inneren des Gehäuses der Vakuumschaltröhre dort durch den Stromfluss über die Vakuumschaltröhre entstehende Wärme zumindest teilweise durch Wärmeabstrahlung auch dort abgeführt wird, so dass an anderen Stellen eines Schaltgerätes, in welchem die Vakuumschaltröhre eingesetzt ist, eine geringere Wärmeabfuhr nötig ist. Somit sind insgesamt die Wärmeabfuhreigenschaften der Vakuumschaltröhre verbessert, wodurch sich eine höhere Stromtragfähigkeit der Vakuumschaltröhre und damit eines Schaltgerätes, in welchem die Vakuumschaltröhre eingesetzt wird, ergibt.
- Die Vakuumschaltröhren können somit unterschiedlich ausgebildet sein. In einer vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung umfassen die Gehäusebauteile ein zwischen Isolierstoff-Gehäusebauteilen angeordnetes metallisches Gehäusebauteil, welches das Kontaktsystem umgibt. In einer anderen vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung umfassen die Gehäusebauteile ein zwischen Isolierstoff-Gehäusebauteilen befestigtes Schirmelement, welches im Inneren des Gehäuses das Kontaktsystem umgibt. Mit dem zwischen Isolierstoff-Gehäusebauteilen angeordneten metallischen Gehäusebauteil, typischerweise in Form einer metallischen Schaltkammer, welche als metallisches Gehäusebauteil das Kontaktsystem umgibt und die vom Kontaktsystem abgestrahlte Wärme aufnimmt und nach außen abführt, oder durch ein zwischen Isolierstoff-Gehäusebauteilen befestigtes Schirmelement, welches im Inneren des Gehäuses das Kontaktsystem umgibt, und welches zur Abschirmung der Isolierstoff-Gehäusebauteile von bei einem Schaltvorgang entstehenden Metalldampf dient, aber auch zur Aufnahme von vom Kontaktsystem bzw. den Strom führenden Teilen abgestrahlter Wärme dienen kann, ist die Wärmeabfuhr der Vakuumschaltröhre verbessert. Vorteilhafterweise sind dabei die Gehäusebauteile ebenfalls derart oberflächenbehandelt sind, dass sie eine erhöhte Wärmeabstrahlung aufweisen.
- Die Oberflächenbehandlung kann dabei unterschiedlich ausgeführt sein, beispielsweise durch Aufrauen der Oberflächen oder durch Beschichtung der Oberflächen, wobei als Beschichtungsmaterial besonders bevorzugt Chrom oder Ruthenium vorgesehen sind. Durch derartige Oberflächenbehandlungen mittels Aufrauen oder Beschichten mit Chrom oder Ruthenium wird die Wärmeabstrahlung der Strom führenden Teile erhöht, weil sich die Oberflächeneigenschaften im Vergleich zu unbehandelten Oberflächen der Strom führenden Teile entweder durch Vergrößerung der Oberfläche beim Aufrauen oder durch Verwendung eines Materials mit höheren Wärmeabstrahlungskoeffizienten wie Chrom oder Ruthenium erhöht.
- In weiterer vorteilhafter Ausgestaltung der Erfindung ist außen am Gehäuse der Vakuumschaltröhre ein Kühlelement wärmeleitend mit den Gehäusebauteilen verbunden angeordnet. Ein derartiges Kühlelement, beispielsweise in Form eines Kühlkörpers mit Kühlrippen, welcher wärmeleitend mit den Gehäusebauteilen, also dem metallischen Gehäusebauteil oder dem Schirmelement wärmeleitend verbunden angeordnet ist, ist eine Wärmeabfuhr der durch Wärmestrahlung von den Strom führenden Teilen an das Gehäusebauteil übertragenen Wärme in einfacher und wirksamer Weise verbessert.
- Die Erfindung betrifft weiterhin ein Verfahren zur Herstellung einer Vakuumschaltröhre.
- Ein derartiges Verfahren ist ebenfalls aus dem landläufigen Stand der Technik bekannt und umfasst die Verfahrensschritte:
- – Zusammenbauen von Bauteilen der Vakuumschaltröhre sowie
- – Vakuumdichtes Verlöten des Gehäuses mit den Strom führenden Bauteilen.
- Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, ein derartiges Verfahren weiterzubilden, welches die Herstellung von Vakuumschaltröhren mit höherer Stromtragfähigkeit ermöglicht.
- Erfindungsgemäß gelöst wird diese Aufgabe dadurch, dass das Verfahren zur Herstellung der Vakuumschaltröhre vor den Verfahrensschritten des Zusammenbauens und vakuumdichten Verlötens eines Gehäuses mit Strom führenden Bauteilen den Schritt:
- – Oberflächenbehandlung von Strom führenden Bauteilen zur Erhöhung der Wärmeabstrahlung
- Der Verfahrensschritt der Oberflächenbehandlung kann dabei durch Aufrauen oder durch Beschichten mit einem Material erhöhter Wärmeabstrahlungsfähigkeit durchgeführt werden.
- Die Erfindung wird im Folgenden anhand der Zeichnung sowie eines Ausführungsbeispiels mit Bezug auf die beiliegenden Figuren näher erläutert. Es zeigen:
-
1 : ein erstes Ausführungsbeispiel einer erfindungsgemäßen Vakuumschaltröhre; und -
2 : ein zweites Ausführungsbeispiel einer erfindungsgemäßen Vakuumschaltröhre. -
1 zeigt eine Vakuumschaltröhre1 mit einem Gehäuse2 , welches Isolierstoffgehäusebauteile3 und4 in Form von Keramikzylindern aufweist, zwischen denen ein metallisches Gehäusebauteil5 angeordnet ist. Das Gehäuse2 umfasst weiterhin einen ersten metallischen Deckel6 sowie einen zweiten metallischen Deckel7 , so dass durch die Keramikzylinder3 und4 , das metallische Gehäusebauteil5 sowie den ersten metallischen Deckel6 und den zweiten metallischen Deckel7 als Gehäusebauteilen das Gehäuse der Vakuumschaltröhre1 gebildet ist. Durch den ersten metallischen Deckel6 vakuumdicht hindurchgeführt ist ein Festkontaktanschlussbolzen8 , welcher elektrisch leitend verbunden ist mit einem Festkontakt9 , durch den zweiten metallischen Deckel7 erstreckt sich ein Bewegkontaktanschlussbolzen10 mittels eines Faltenbalges11 vakuumdicht beweglich ins Innere des Gehäuses2 der Vakuumschaltröhre1 und ist mit einem Bewegkontakt12 elektrisch leitend verbunden. Der Festkontakt9 und der Bewegkontakt12 bilden ein Kontaktsystem13 der Vakuumschaltröhre1 , welches im Ausführungsbeispiel im geschlossenen Zustand dargestellt ist, so dass über die Vakuumschaltröhre1 ein Strom geführt werden kann, welcher durch Öffnen des Kontaktsystems13 im Falle beispielsweise einer Störung in einem Energieversorgungsnetz unterbrochen werden kann. Ein Lager14 ist dabei zur Führung des Bewegkontaktanschlussbolzens10 vorgesehen, wenn im Falle eines solchen Störfalles eine Bewegung des Bewegkontaktanschlussbolzens10 zum Öffnen des Kontaktsystems13 erfolgt. - Der Festkontaktanschlussbolzen
8 , der Festkontakt9 , der Bewegkontaktanschlussbolzen10 und der Bewegkontakt12 bilden somit im geschlossenen Zustand des Kontaktsystems13 Strom führende Teile, welche derart oberflächenbehandelt sind, dass sie eine erhöhte Wärmeabstrahlung aufweisen. Der Festkontakt9 und der Festkontaktanschlussbolzen8 weisen dazu im Ausführungsbeispiel der1 eine Beschichtung15 auf, der Bewegkontaktanschlussbolzen10 sowie der Bewegkontakt12 weisen ebenfalls eine Beschichtung16 auf, welche vorzugsweise aus Chrom oder aus Ruthenium gebildet ist, wobei anstelle der Beschichtungen15 bzw.16 auch ein Aufrauen der entsprechenden Oberflächen von Festkontaktanschlussbolzen8 , Festkontakt9 , Bewegkontaktanschlussbolzen10 und Bewegkontakt12 möglich ist, welches ebenso zu einer erhöhten Wärmeabstrahlung dieser Strom führenden Teile führt. Das metallische Gehäusebauteil5 ist im Ausführungsbeispiel mit einer inneren Beschichtung17 sowie einer äußeren Beschichtung18 versehen, so dass die von den Strom führenden Teilen abgestrahlte Wärme am metallischen Gehäusebauteil5 besser aufgenommen und nach außen abgestrahlt wird, da das metallische Gehäusebauteil5 die oberflächenbehandelten Strom führenden Teile umgibt, so dass die dort abgestrahlte Wärme am metallischen Gehäusebauteil5 gut aufgenommen wird. Die innere und äußere Beschichtung17 bzw.18 des metallischen Gehäusebauteiles5 ist dabei optional, ebenso wie der im Ausführungsbeispiel gezeigte Kühlkörper19 , welcher anstelle der äußeren Beschichtung18 oder zusätzlich zur äußeren Beschichtung18 am metallischen Gehäusebauteil5 wärmeleitend verbunden mit diesem angeordnet sein kann. -
2 zeigt eine gegenüber der Vakuumschaltröhre1 der1 geringfügig abgewandelte Vakuumschaltröhre1‘ , wobei Bauteile, welche bei der Vakuumschaltröhre1 der1 dargestellt sind, mit gleichem Bezugszeichen versehen sind. Anstelle des metallischen Gehäusebauteiles5 der Vakuumschaltröhre1 der1 , welches bei der Vakuumschaltröhre1‘ der2 nicht vorgesehen ist, weist die Vakuumschaltröhre1‘ ein Schirmelement20 auf, welches zwischen den Keramikzylindern3 und4 des Gehäuses2 der Vakuumschaltröhre1‘ befestigt ist und im Inneren des Gehäuses2 der Vakuumschaltröhre1‘ angeordnet ist. Das Schirmelement20 , welches typischerweise aus einem Metall, beispielsweise Kupfer oder Edelstahl, gebildet ist, ist dabei dazu vorgesehen, den bei einem Schaltvorgang des Kontaktsystems13 auf Grund eines Lichtbogens entstehenden Metalldampf davon abzuhalten, sich auf den Keramikzylindern3 bzw.4 abzusetzen. Im Ausführungsbeispiel der2 sind die Strom führenden Teile ebenfalls mit Beschichtungen wie in der1 versehen. Das Schirmelement20 weist ebenfalls eine optionale innere Beschichtung21 auf und ist über eine Befestigung22 , welche zwischen den Keramikzylindern3 und4 zur Befestigung des Schirmelementes20 am Gehäuse2 vorgesehen ist, mit einem ebenfalls optionalen, außen am Gehäuse angeordneten Kühlkörper23 wärmeleitend verbunden. - Die oberflächenbehandelten Strom führenden Teile der Vakuumschaltröhren
1 bzw.1‘ der1 bzw.2 , welche eine erhöhte Wärmeabstrahlung dieser Strom führenden Teile ermöglichen, führen somit zusammen mit den optionalen inneren Beschichtungen des metallischen Gehäusebauteiles5 bzw. des Schirmelementes20 sowie den ebenfalls optionalen außen angeordneten Kühlkörpern19 bzw.23 zu einer insgesamt verbesserten Wärmeabfuhr der Vakuumschaltröhren1 bzw.1‘ , woraus sich eine erhöhte Stromtragfähigkeit derartig ausgebildeter Vakuumschaltröhren ergibt. - Bezugszeichenliste
-
- 1, 1‘
- Vakuumschaltröhre
- 2
- Gehäuse
- 3, 4
- Keramikzylinder
- 5
- metallisches Gehäusebauteil
- 6
- erster metallischer Deckel
- 7
- zweiter metallischer Deckel
- 8
- Festkontaktanschlussbolzen
- 9
- Festkontakt
- 10
- Bewegkontaktanschlussbolzen
- 11
- Faltenbalg
- 12
- Bewegkontakt
- 13
- Kontaktsystem
- 14
- Lager
- 15
- Beschichtung
- 16
- Beschichtung
- 17
- innere Beschichtung
- 18
- äußere Beschichtung
- 19
- Kühlkörper
- 20
- Schirmelement
- 21
- Beschichtung
- 22
- Befestigung
- 23
- Kühlkörper
Claims (12)
- Vakuumschaltröhre (
1 ,1‘ ) mit einem aus Gehäusebauteilen (3 ,4 ,5 ,6 ,7 ,20 ) gebildeten Gehäuse (2 ) sowie im Inneren des Gehäuses angeordneten, in einem geschlossenen Zustand eines Kontaktsystems (13 ) der Vakuumschaltröhre (1 ,1‘ ) Strom führenden Teilen (8 ,9 ,10 ,12 ), dadurch gekennzeichnet, dass die Strom führenden Teile (8 ,9 ,10 ,12 ) derart oberflächenbehandelt sind, dass sie eine erhöhte Wärmeabstrahlung aufweisen. - Vakuumschaltröhre (
1 ,1‘ ) nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Gehäusebauteile (3 ,4 ,5 ,6 ,7 ,20 ) ein zwischen Isolierstoff-Gehäusebauteilen (3 ,4 ) angeordnetes metallisches Gehäusebauteil (5 ), welches das Kontaktsystem (13 ) umgibt, umfassen. - Vakuumschaltröhre (
1 ,1‘ ) nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Gehäusebauteile (3 ,4 ,5 ,6 ,7 ,20 ) ein zwischen Isolierstoff-Gehäusebauteilen (3 ,4 ) befestigtes Schirmelement (20 ), welches das Kontaktsystem (13 ) umgibt, umfassen. - Vakuumschaltröhre (
1 ,1‘ ) nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass die Gehäusebauteile (5 ,6 ,7 ,20 ) derart oberflächenbehandelt sind, dass sie eine erhöhte Wärmeabstrahlung aufweisen. - Vakuumschaltröhre (
1 ,1‘ ) nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass die Oberflächen aufgeraut sind. - Vakuumschaltröhre (
1 ,1‘ ) nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass die Oberflächen beschichtet sind. - Vakuumschaltröhre (
1 ,1‘ ) nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass das Material der Beschichtung Chrom aufweist. - Vakuumschaltröhre (
1 ,1‘ ) nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass das Material der Beschichtung Ruthenium aufweist. - Vakuumschaltröhre (
1 ,1‘ ) nach einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, dass außen am Gehäuse (2 ) der Vakuumschaltröhre (1 ,1‘ ) ein Kühlelement (19 ,23 ) wärmeleitend mit den Gehäusebauteilen (5 ,20 ) verbunden angeordnet ist. - Verfahren zur Herstellung einer Vakuumschaltröhre (
1 ,1‘ ), welches vor den Verfahrensschritten des Zusammenbauens und vakuumdichten Verlötens eines Gehäuses (2 ) mit Strom führenden Teilen (8 ,9 ,10 ,12 ) den Schritt: – Oberflächenbehandlung von Strom führenden Teilen (8 ,9 ,10 ,12 ) zur Erhöhung der Wärmeabstrahlung umfasst. - Verfahren nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, dass der Schritt der Oberflächenbehandlung durch Aufrauen ausgeführt wird.
- Verfahren nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, dass der Schritt der Oberflächenbehandlung durch Beschichten ausgeführt wird.
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