DE102015214509A1

DE102015214509A1 - Electrical switching chamber with increased dielectric strength and its manufacturing process

Info

Publication number: DE102015214509A1
Application number: DE102015214509.3A
Authority: DE
Inventors: Ulf Schümann; Stephan Wethekam
Original assignee: Siemens AG
Current assignee: Siemens Energy Global GmbH and Co KG
Priority date: 2015-07-30
Filing date: 2015-07-30
Publication date: 2017-02-02
Also published as: WO2017016843A1

Abstract

Die Erfindung bezieht sich auf eine elektrische Schaltkammer (1) und deren Herstellung, mit einem Gehäuse (2) und wenigstens einem ersten und wenigstens einem zweiten elektrischen Kontaktstück (20, 21) zum Schalten von elektrischer Spannung. Wenigstens einer der wenigstens einen ersten und wenigstens einen zweiten Kontaktstücke (20, 21) ist beweglich gelagert und das Gehäuse (2) umschließt die Kontaktstücke (21, 22) gasdicht. Das Gehäuse (2) umfasst wenigstens einen Bereich aus Isolationsmaterial (4, 6), wobei eine Oberfläche des Isolationsmaterials zumindest in einem Abschnitt mit einem Material beschichtet ist, welches eine höhere dielektrische Spannungsfestigkeit aufweist, verglichen mit der Spannungsfestigkeit des Isolationsmaterials.The invention relates to an electrical switching chamber (1) and its manufacture, with a housing (2) and at least one first and at least one second electrical contact piece (20, 21) for switching electrical voltage. At least one of the at least one first and at least one second contact pieces (20, 21) is movably mounted and the housing (2) surrounds the contact pieces (21, 22) in a gastight manner. The housing (2) comprises at least one region of insulating material (4, 6), wherein a surface of the insulating material is coated at least in a portion with a material having a higher dielectric withstand voltage compared to the dielectric strength of the insulating material.

Description

Die Erfindung bezieht sich auf eine elektrische Schaltkammer und ein Verfahren zu deren Herstellung, mit einem Gehäuse und wenigstens einem ersten und wenigstens einem zweiten elektrischen Kontaktstück zum Schalten von elektrischer Spannung. Wenigstens einer der wenigstens einen ersten und wenigstens einen zweiten Kontaktstücke ist beweglich gelagert und das Gehäuse umschließt die Kontaktstücke gasdicht. Das Gehäuse umfasst wenigstens einen Bereich aus Isolationsmaterial. The invention relates to an electrical switching chamber and a method for the production thereof, with a housing and at least one first and at least one second electrical contact piece for switching electrical voltage. At least one of the at least one first and at least one second contact pieces is movably mounted and the housing surrounds the contact pieces in a gastight manner. The housing comprises at least a region of insulating material.

Derartige elektrische Schaltkammern, insbesondere nach Art einer Vakuumschaltröhre, sind z. B. aus der DE 10 2012 215 245 A1 bekannt. Vakuumschaltröhren werden unter anderem zum Schalten mittlerer und hoher Spannungen im kV-Bereich eingesetzt, mit Nennspannungen von bis zu 52 kV und darüber. Dabei können bei Nennströmen von bis zu 7000 A Kurzschluss-Ausschaltströme von über 63 kA auftreten. Beim Schalten kann kurzzeitig ein Lichtbogen zwischen zwei Schaltkontaktstücken auftreten, und energiereiche Elektronen, welche auf der Kontaktstück- bzw. Elektrodenoberfläche auftreffen, können Röntgenstrahlung erzeugen. Such electrical switching chambers, in particular in the manner of a vacuum interrupter, z. B. from the DE 10 2012 215 245 A1 known. Vacuum interrupters are used, among other things, for switching medium and high voltages in the kV range, with nominal voltages of up to 52 kV and above. At rated currents of up to 7000 A, short-circuit breaking currents of more than 63 kA can occur. During switching, an arc may briefly occur between two switching contact pieces, and high-energy electrons which impinge on the contact piece or electrode surface can generate X-ray radiation.

Ein elektrischer Kontakt in einer elektrischen Schaltung, welcher wenigstens zwei elektrische Kontaktstücke umfasst, wird zum Schalten geschlossen oder getrennt. Dazu wird zumindest ein elektrisches Kontaktstück bewegt, wobei das zweite Kontaktstück feststehend angeordnet ist, oder zwei elektrische Kontaktstücke werden gleichzeitig bewegt. Es können auch weitere Kontaktstücke vorgesehen sein, z. B. neben Nennstromkontaktstücken auch Lichtbogenkontaktstücke. Die Kontaktstücke sind in einem Gehäuse angeordnet, welches einen Bereich aus Isolationsmaterial, insbesondere mit einem Keramikzylinder umfasst. Das Gehäuse ist insbesondere bei Vakuumschaltröhren vakuumdicht und evakuiert. An electrical contact in an electrical circuit, which comprises at least two electrical contacts, is closed or disconnected for switching. For this purpose, at least one electrical contact piece is moved, wherein the second contact piece is arranged stationary, or two electrical contact pieces are moved simultaneously. It can also be provided more contacts, for. B. in addition to rated current contact pieces and arcing contact pieces. The contact pieces are arranged in a housing which comprises a region of insulating material, in particular with a ceramic cylinder. The housing is vacuum-tight and evacuated especially in vacuum interrupters.

Der Bereich des Gehäuses aus Isolationsmaterial ermöglicht eine tragfähige, vakuumdichte, dielektrische Isolierung einer Vakuumschaltstrecke. Das Isolationsmaterial, insbesondere der Keramikzylinder, umfasst bzw. besteht in der Regel aus einer Keramik auf Basis von Aluminiumoxid oder Siliziumdioxid. Er bildet zusammen mit den metallischen Anschlüssen, insbesondere den elektrischen Kontaktstücken, und einer beweglichen Balgdurchführung eine vakuumdichte Hülle der Schaltröhre. Die Dimensionen des Gehäuseteils aus Isolationsmaterial, insbesondere die Keramiklänge stellt eine ausreichende äußere Isolierung je nach Anwendung in Luft, Gas oder Feststoffummantelung sicher. Die innere dielektrische Festigkeit der Schaltkammer aus keramiküberbrücktem Übergang im Vakuum, wie er sich zwingend konstruktiv in einer Vakuumschaltröhre ergibt, ist durch verschiedenste Durchschlags- und Überschlagsmechanismen gegenüber einer reinen Vakuumstrecke deutlich reduziert. Ein Durchschlagsmechanismus ist bedingt durch das Auslösen von Sekundärelektronen entlang dem Bereich des Gehäuses aus Isolationsmaterial, insbesondere aus der Keramikoberfläche im Inneren der Schaltröhre bzw. Schaltkammer. The area of the housing made of insulating material enables a viable, vacuum-tight, dielectric isolation of a vacuum circuit. The insulating material, in particular the ceramic cylinder, generally comprises or consists of a ceramic based on aluminum oxide or silicon dioxide. It forms, together with the metallic connections, in particular the electrical contact pieces, and a movable bellows duct, a vacuum-tight shell of the interrupter. The dimensions of the housing part made of insulating material, in particular the ceramic length ensures adequate external insulation depending on the application in air, gas or solid coating. The internal dielectric strength of the switching chamber of ceramic bridged transition in vacuum, as it necessarily results in a constructive in a vacuum interrupter, is significantly reduced by a variety of breakdown and flashover mechanisms compared to a pure vacuum line. A breakdown mechanism is due to the release of secondary electrons along the region of the housing made of insulating material, in particular from the ceramic surface in the interior of the interrupter or switching chamber.

Sekundärelektronen sind Elektronen, welche an einer Materialoberfläche durch den Aufprall energiereicher Strahlung, insbesondere von energiereichen Elektronen und/oder Ionen aus dem Material ausgeschlagen werden. Die Anzahl der ausgeschlagenen Elektronen pro Ion bzw. Elektron ist durch den Sekundärelektronenemissionskoeffizienten β gegeben, welcher von der Oberflächenform und dem Oberflächenmaterial abhängt. Bei einem Sekundärelektronenemissionskoeffizienten β größer 1 werden Elektronenlawinen ausgelöst, welche zu elektrischen Durchschlägen an der Innenseite einer elektrischen Schaltkammer im Bereich des Isolators, insbesondere der Keramik führen können. Secondary electrons are electrons which are knocked out on a material surface by the impact of high-energy radiation, in particular of high-energy electrons and / or ions from the material. The number of electrons knocked out per ion or electron is given by the secondary electron emission coefficient β, which depends on the surface shape and the surface material. In a secondary electron emission coefficient β greater than 1 electron avalanches are triggered, which can lead to electrical breakdowns on the inside of an electrical switching chamber in the region of the insulator, in particular the ceramic.

Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, eine elektrische Schaltkammer mit erhöhter dielektrischer Spannungsfestigkeit und deren Herstellungsverfahren anzugeben. Insbesondere ist es Aufgabe, einen Aufbau einer elektrischen Schaltkammer anzugeben, welcher insbesondere im Inneren, im Bereich des Isolationsmaterials, insbesondere im Bereich eines Keramikzylinders eine hohe dielektrischer Spannungsfestigkeit aufweist, d. h. Elektronenlawinen sowie elektrische Durchschläge verhindert, oder zumindest verringert gegenüber Aufbauten elektrischer Schaltkammern bekannt aus dem Stand der Technik. Object of the present invention is to provide an electrical switching chamber with increased dielectric strength and their manufacturing process. In particular, it is an object to provide a structure of an electrical switching chamber, which in particular in the interior, in the region of the insulating material, in particular in the region of a ceramic cylinder has a high dielectric withstand voltage, d. H. Electron avalanches and electrical breakdowns prevented, or at least reduced compared to structures of electrical switching chambers known from the prior art.

Die angegebene Aufgabe wird erfindungsgemäß durch eine elektrische Schaltkammer mit den Merkmalen gemäß Patentanspruch 1 und/oder durch ein Verfahren zur Erhöhung der dielektrischen Spannungsfestigkeit von wenigstens einem Bereich aus Isolationsmaterial des Gehäuses einer elektrischen Schaltkammer gemäß Patentanspruch 9 gelöst. Vorteilhafte Ausgestaltungen der erfindungsgemäßen elektrische Schaltkammer und/oder des Verfahrens zur Erhöhung der dielektrischen Spannungsfestigkeit sind in den Unteransprüchen angegeben. Dabei sind Gegenstände der Hauptansprüche untereinander und mit Merkmalen von Unteransprüchen sowie Merkmale der Unteransprüche untereinander kombinierbar. The stated object is achieved by an electrical switching chamber with the features according to claim 1 and / or by a method for increasing the dielectric strength of at least one region of insulating material of the housing of an electrical switching chamber according to claim 9. Advantageous embodiments of the electrical switching chamber according to the invention and / or the method for increasing the dielectric strength are specified in the dependent claims. In this case, objects of the main claims with each other and with features of subclaims and features of the dependent claims can be combined with each other.

Eine erfindungsgemäße elektrische Schaltkammer umfasst ein Gehäuse und wenigstens ein erstes und wenigstens ein zweites elektrisches Kontaktstück zum Schalten von elektrischer Spannung. Wenigstens eines des wenigstens einen ersten und wenigstens einen zweiten Kontaktstücks ist beweglich gelagert und das Gehäuse umschließt die Kontaktstücke gasdicht. Das Gehäuse umfasst wenigstens einen Bereich aus Isolationsmaterial. Eine Oberfläche des Isolationsmaterials ist zumindest in einem Abschnitt mit einem Material beschichtet, welches eine höhere dielektrische Spannungsfestigkeit aufweist, verglichen mit der Spannungsfestigkeit des unbeschichteten Isolationsmaterials. An electrical switching chamber according to the invention comprises a housing and at least one first and at least one second electrical contact piece for switching electrical voltage. At least one of the at least one first and at least one second contact piece is movably mounted and the housing encloses the contact pieces in a gastight manner. The housing includes at least one area of insulation material. A surface of the insulating material is coated, at least in one section, with a material having a higher dielectric withstand voltage compared to the withstand voltage of the uncoated insulating material.

Durch die Beschichtung der Oberfläche des Isolationsmaterials zumindest in einem Abschnitt, mit einem Material welches eine höhere dielektrische Spannungsfestigkeit als das unbeschichtete Isolationsmaterial aufweist, wird bei Einfall von z. B. Ionen, Elektronen oder anderer hochenergetischer Strahlung die Erzeugung von Sekundärelektronen verhindert oder zumindest vermindert. Dadurch wird verhindert, dass auf der Oberfläche des Isolationsmaterials Elektronenlawinen ausgelöst werden, welche zu elektrischen Überschlägen insbesondere zwischen den wenigstens zwei elektrischen Kontaktstücken führen können. Die dielektrische Spannungsfestigkeit des wenigstens einen Bereichs aus Isolationsmaterial des Gehäuses der elektrischen Schaltkammer ist erhöht gegenüber Gehäusen mit unbeschichtetem Isolationsmaterial. By coating the surface of the insulating material at least in a section with a material which has a higher dielectric withstand voltage than the uncoated insulating material is at incidence of z. As ions, electrons or other high-energy radiation prevents the generation of secondary electrons or at least reduced. This prevents that electron avalanches are triggered on the surface of the insulating material, which can lead to electrical flashovers in particular between the at least two electrical contact pieces. The dielectric strength of the at least one region of insulating material of the housing of the electrical switching chamber is increased compared to housings with uncoated insulating material.

Das Material mit erhöhter dielektrischer Spannungsfestigkeit kann einen Sekundärelektronenemissionskoeffizienten kleiner gleich 1 aufweisen. Dies bedeutet, dass beim Auftreffen eines Elektrons oder eines Teilchens anderer Teilchenstrahlung weniger als ein Elektron aus dem Isolationsmaterial herausgeschlagen bzw. erzeugt wird. Es entsteht somit aus einem auf die Oberfläche des Isolationsmaterials auftreffenden Teilchen weniger als ein Sekundärelektron. The dielectric withstand voltage material may have a secondary electron emission coefficient less than or equal to one. This means that when an electron or a particle of other particle radiation hits, less than one electron is knocked out of the insulation material. It thus arises from a hitting the surface of the insulating material particles less than a secondary electron.

Zur Verringerung der Wahrscheinlichkeit von Elektronenlawinen bzw. elektrischen Überschlägen kann das Material mit erhöhter dielektrischer Spannungsfestigkeit auch einen Sekundärelektronenemissionskoeffizienten β kleiner gleich 8, insbesondere kleiner gleich 4, insbesondere kleiner gleich 2, insbesondere kleiner gleich 1 aufweisen, insbesondere bei einer Primärelektronen- und/oder Ionenenergie im Bereich von 100 bis 1000 eV und insbesondere mit Werten bezogen auf einen senkrechten Elektronen- bzw. Ioneneinfall, abhängig der Oberflächenrauigkeit. Die Schichtdicke des Materials mit erhöhter dielektrischer Spannungsfestigkeit kann im Bereich kleiner als 100 µm, insbesondere kleiner als 10 µm, insbesondere kleiner als 100 nm, insbesondere im Bereich von 5 bis 20 nm sein. Bei diesen Werten ist die Wahrscheinlichkeit von Elektronenlawinen bzw. elektrischen Überschlägen gegenüber Isolationsmaterial, bekannt aus dem Stand der Technik verringert. To reduce the likelihood of electron avalanches or electrical flashovers, the material with increased dielectric withstand voltage can also have a secondary electron emission coefficient β of less than or equal to 8, in particular less than or equal to 4, in particular less than or equal to 2, in particular less than or equal to 1, in particular with a primary electron and / or ion energy in the range of 100 to 1000 eV and in particular with values based on a vertical electron or ion incidence, depending on the surface roughness. The layer thickness of the material with increased dielectric withstand voltage may be in the range of less than 100 μm, in particular less than 10 μm, in particular less than 100 nm, in particular in the range of 5 to 20 nm. These values reduce the likelihood of electron avalanches versus insulation material known from the prior art.

Das Material mit erhöhter dielektrischer Spannungsfestigkeit kann spezielles Glas mit geringem Sekundärelektronenemissionskoeffizienten, Titan, Titannitride, Chromoxide, insbesondere Ti, TiN, CrO sein oder umfassen. Diese Materialien haben bei einer Primärenergie der Primärelektronen und/oder Ionen von 100 bis 1000 eV einen Sekundärelektronenemissionskoeffizienten kleiner 1, bei entsprechender Oberflächenbeschaffenheit, und verringern die Erzeugung von Sekundärelektronen gegenüber unbeschichtetem Isolationsmaterial. The dielectric enhanced dielectric material may be or include special low electron emission coefficient glass, titanium, titanium nitrides, chromium oxides, particularly Ti, TiN, CrO. These materials have a secondary electron emission coefficient of less than 1 with a primary energy of the primary electrons and / or ions of 100 to 1000 eV, with a corresponding surface finish, and reduce the generation of secondary electrons compared to uncoated insulation material.

Das Isolationsmaterial des Gehäuses kann aus einer Keramik bestehen oder eine Keramik umfassen, insbesondere aus Aluminiumoxid- und/oder Siliziumdioxid. Diese Materialien weisen gute Isolationseigenschaften und eine hohe Spannungsfestigkeit auf. Dadurch sind sie für den Einsatz im Mittel- und Hochspannungsbereich zur elektrischen Isolation gut geeignet. The insulating material of the housing may consist of a ceramic or comprise a ceramic, in particular of aluminum oxide and / or silicon dioxide. These materials have good insulation properties and high dielectric strength. As a result, they are well suited for use in the medium and high voltage range for electrical insulation.

Die elektrische Schaltkammer kann eine Vakuumröhre sein und/oder der wenigstens eine Bereich aus Isolationsmaterial kann einen Keramikzylinder umfassen. Vakuumröhren werden in Aufbauten von elektrischen Schalteinrichtungen im Mittel- oder Hochspannungsbereich eingesetzt. Dabei können die Vakuumröhren Keramikzylinder umfassen, welche als elektrische Isolierstrecke zwischen Kontaktstücken dienen und einen stabilen mechanischen Aufbau gewährleisten. The electrical switching chamber may be a vacuum tube and / or the at least one region of insulating material may comprise a ceramic cylinder. Vacuum tubes are used in the construction of electrical switching devices in the medium or high voltage range. In this case, the vacuum tubes may comprise ceramic cylinders, which serve as electrical insulation between contact pieces and ensure a stable mechanical structure.

Die mit einem Material erhöhter dielektrischer Spannungsfestigkeit beschichtete Oberfläche des Isolationsmaterials kann im Inneren des Gehäuses, insbesondere auf der den elektrischen Kontaktstücken zugewandten Seite angeordnet sein. Dies ermöglicht eine hohe dielektrische Spannungsfestigkeit zwischen den Kontaktstücken im Inneren, insbesondere in einer Vakuumröhre. The coated with a material dielectric dielectric strength surface of the insulating material may be disposed in the interior of the housing, in particular on the electrical contact pieces facing side. This allows a high dielectric withstand voltage between the contact pieces in the interior, in particular in a vacuum tube.

Die Oberfläche des Isolationsmaterials kann zumindest in einem Abschnitt, insbesondere im mit dem Material erhöhter dielektrischer Spannungsfestigkeit beschichteten Abschnitt, strukturiert sein. Die Strukturierung der Oberfläche kann Strukturen zur Verringerung der Elektronenausbreitung umfassen. Dies kann insbesondere durch eine Aufrauhung der Oberfläche realisiert sein, und/oder durch Grabenstrukturen, insbesondere runde und/oder V-förmige Gräben, und/oder durch Elektroneneinfangstrukturen, insbesondere wellenförmige Wände angeordnet auf der Oberfläche. The surface of the insulating material may be structured at least in one section, in particular in the section coated with the material of increased dielectric withstand voltage. The structuring of the surface can Include structures for reducing electron propagation. This can be realized in particular by a roughening of the surface, and / or by trench structures, in particular round and / or V-shaped trenches, and / or by electron capture structures, in particular undulating walls arranged on the surface.

Ein erfindungsgemäßes Verfahren zur Erhöhung der dielektrischen Spannungsfestigkeit von wenigstens einem Bereich aus Isolationsmaterial des Gehäuses einer elektrischen Schaltkammer, insbesondere einer zuvor beschriebenen elektrischen Schaltkammer umfasst, dass die Oberfläche des Isolationsmaterials zumindest in einem Abschnitt mit einem Material erhöhter dielektrischer Spannungsfestigkeit beschichtet wird und/oder die Oberfläche mit Strukturen zur Verringerung der Elektronenausbreitung strukturiert wird. An inventive method for increasing the dielectric strength of at least one region of insulating material of the housing of an electrical switching chamber, in particular an electrical switching chamber described above, that the surface of the insulating material is coated at least in one section with a material of increased dielectric withstand voltage and / or the surface is structured with structures to reduce electron propagation.

Die Oberfläche des Isolationsmaterials, insbesondere eine Keramik aus Aluminiumoxid- und/oder Siliziumdioxid, kann mit speziellem Glas mit geringem Sekundärelektronenemissionskoeffizienten, Titan, Titannitriden, Chromoxiden, insbesondere Ti, TiN, CrO beschichtet werden, insbesondere durch Galvanisieren, Tauchen, Aufdampfen, Sputtern, Kaltgasspritzen, Chemical- oder Physical-Vapor-Deposition, Besprühen, Pulverbeschichtung, Glasieren, Plasma- und/oder Laserbeschichtung. The surface of the insulating material, in particular a ceramic of alumina and / or silicon dioxide, can be coated with special glass having a low secondary electron emission coefficient, titanium, titanium nitrides, chromium oxides, in particular Ti, TiN, CrO, in particular by electroplating, dipping, vapor deposition, sputtering, cold gas spraying , Chemical or physical vapor deposition, spraying, powder coating, glazing, plasma and / or laser coating.

Die Oberfläche kann strukturiert werden mit Wänden, und/oder Ausnehmungen, insbesondere Gräben, Rillen, Löchern, insbesondere in halbrunder Form, V-förmig, und/oder wellenförmig. The surface can be structured with walls, and / or recesses, in particular trenches, grooves, holes, in particular in a semi-circular shape, V-shaped, and / or wavy.

Die dielektrische Spannungsfestigkeit, insbesondere auf der Oberfläche des inneren Bereichs des Gehäuseteils aus Isolationsmaterial, kann erhöht werden durch eine Beschichtung der Oberfläche mit einem Material, welches einen Sekundärelektronenemissionskoeffizienten kleiner gleich 8, insbesondere kleiner gleich 4, insbesondere kleiner gleich 2, insbesondere kleiner gleich 1 aufweist, insbesondere bei einer Primärelektronen- und/oder Ionenenergie im Bereich von 100 bis 1000 eV, und/oder durch die Oberflächenstrukturierung. The dielectric withstand voltage, in particular on the surface of the inner region of the housing part made of insulating material, can be increased by coating the surface with a material having a secondary electron emission coefficient of less than or equal to 8, in particular less than or equal to 4, in particular less than or equal to 2, in particular less than or equal to 1 , in particular at a primary electron and / or ion energy in the range of 100 to 1000 eV, and / or by the surface structuring.

Die Vorteile des erfindungsgemäßen Verfahrens zur Erhöhung der dielektrischen Spannungsfestigkeit von wenigstens einem Bereich aus Isolationsmaterial des Gehäuses einer elektrischen Schaltkammer nach Anspruch 9 sind analog den zuvor beschriebenen Vorteilen der elektrischen Schaltkammer nach Anspruch 1 und umgekehrt. The advantages of the method according to the invention for increasing the dielectric strength of at least one region of insulating material of the housing of an electrical switching chamber according to claim 9 are analogous to the previously described advantages of the electrical switching chamber according to claim 1 and vice versa.

Im Folgenden werden Ausführungsbeispiele der Erfindung schematisch in den Zeichnungen dargestellt und nachfolgend näher beschrieben. In the following, embodiments of the invention are shown schematically in the drawings and described in more detail below.

Dabei zeigen die The show

1 eine elektrische Schaltkammer teilweise in Schnittdarstellung mit einem Gehäuse und zwei elektrischen Kontaktstücken zum Schalten von elektrischer Spannung sowie Bereichen des Gehäuses aus Isolationsmaterial, und 1 an electrical switching chamber partially in section with a housing and two electrical contact pieces for switching voltage and areas of the housing made of insulating material, and

2 eine vergrößerte Ansicht eines Querschnitts durch einen unbeschichteten Gehäusebereich aus Isolationsmaterial nach dem Stand der Technik, und 2 an enlarged view of a cross section through an uncoated housing portion of insulating material according to the prior art, and

3 eine vergrößerte Ansicht eines Querschnitts durch einen Gehäusebereich aus Isolationsmaterial mit Beschichtung 22 aus z. B. TiN entsprechend der Erfindung, und 3 an enlarged view of a cross section through a housing portion of insulating material with coating 22 from z. B. TiN according to the invention, and

4 eine vergrößerte Ansicht eines Querschnitts durch einen Gehäusebereich analog 3 aus Isolationsmaterial mit Beschichtung 22 und Strukturierung 23. 4 an enlarged view of a cross section through a housing portion analog 3 made of insulating material with coating 22 and structuring 23 ,

In 1 ist eine elektrische Schaltkammer nach Art einer Vakuumschaltröhre 1 dargestellt, mit einem Gehäuse 2 und zwei elektrischen Kontaktstücken 20, 21 zum Schalten von elektrischer Spannung und/oder Strom. Das Gehäuse 2 umfasst zwei Bereiche aus Isolationsmaterial, den ersten Isolierstoffgehäusebereich 3 und den zweiten Isolierstoffgehäusebereich 5, jeweils in Form eines Keramikzylinders 4, 6, und ein metallisches Gehäuseteil 7, welches zwischen den zwei Keramikzylindern 4, 6 angeordnet ist. In 1 is an electrical switching chamber in the manner of a vacuum interrupter 1 shown with a housing 2 and two electrical contact pieces 20 . 21 for switching electrical voltage and / or current. The housing 2 includes two areas of insulation material, the first Isolierstoffgehäusebereich 3 and the second insulating housing portion 5 , each in the form of a ceramic cylinder 4 . 6 , and a metallic housing part 7 which is between the two ceramic cylinders 4 . 6 is arranged.

Das Gehäuse 2 weist weiterhin einen ersten metallischen Deckel 8 auf, durch welchen sich ein Festkontakt-Anschlussbolzen 9 vakuumdicht ins Innere der Vakuumschaltröhre 1 zu einem Festkontakt 10 hin erstreckt, welcher ein erstes Kontaktstück 20 bildet. Das Gehäuse 2 weist einen zweiten metallischen Deckel 11 auf, durch welchen sich ein Bewegkontaktanschlussbolzen 14 zu einem Bewegkontakt 15 der Vakuumschaltröhre 1 hin erstreckt, welcher ein zweites Kontaktstück 21 bildet. Der Bewegkontaktanschlussbolzen 14 ist durch ein Lager 12 geführt und mittels eines Faltenbalges 13 vakuumdicht beweglich angeordnet, wobei er sich ins Innere der Vakuumschaltröhre 1 erstreckt. Im elektrisch geschlossenen Zustand stehen die beiden Kontaktstücke 20, 21 in elektrischem und mechanischem Kontakt zueinander, und bilden einen geschlossenen elektrischen Kontakt aus. The housing 2 also has a first metallic lid 8th on, through which a fixed contact terminal bolt 9 Vacuum-tight inside the vacuum interrupter 1 to a fixed contact 10 extends, which is a first contact piece 20 forms. The housing 2 has a second metallic lid 11 through which a Bewegkontaktanschlussbolzen 14 to a moving contact 15 the vacuum interrupter 1 extends, which is a second contact piece 21 forms. The moving contact connection bolt 14 is through a warehouse 12 guided and by means of a bellows 13 Vacuum-tightly movable, being inside the vacuum interrupter 1 extends. In the electrically closed state are the two contact pieces 20 . 21 in electrical and mechanical contact with each other, and form a closed electrical contact.

Die Keramikzylinder 4 und 6, das metallische Gehäuseteil 7 und der erste und der zweite metallische Deckel 8 und 11 sind an ihren Grenzbereichen vakuumdicht miteinander verlötet, wobei Feldsteuerelemente 16, 17, 18, 19 zur Feldsteuerung im Inneren der Vakuumschaltröhre 1 vorgesehen sind. Die Vakuumschaltröhre 1 ist im Inneren evakuiert, wobei im geöffneten Zustand unter anderem über das Vakuum eine Isolation der Kontaktstücke 20, 21 voneinander erfolgt. The ceramic cylinder 4 and 6 , the metallic housing part 7 and the first and second metallic covers 8th and 11 are soldered together vacuum-tight at their boundary regions, wherein field control elements 16 . 17 . 18 . 19 for field control inside the vacuum interrupter 1 are provided. The vacuum interrupter 1 is evacuated inside, wherein in the open state, inter alia, via the vacuum insulation of the contact pieces 20 . 21 from each other.

In 2 ist in vergrößerter Ansicht ein unbeschichteter Gehäusebereich aus Isolationsmaterial 4, 6 dargestellt, welcher im gezeigten Ausführungsbeispiel in Form eines Keramikzylinders 4, 6 nach dem Stand der Technik ausgebildet ist, und als Schnitt durch eine Wandung auf einer Seite des Keramikzylinders 4, 6 dargestellt ist. Im geöffneten Zustand des Kontakts erfolgt über das Isolationsmaterial 4, 6 eine elektrische Isolation der Kontaktstücke 20, 21 über das Gehäuse 2 voneinander. Die Materialien der Keramikzylinder 4 und 6, insbesondere Aluminiumoxid- und/oder Siliziumdioxid, weisen Sekundärelektronenemissionskoeffizienten β größer 1, insbesondere größer 10 auf. Elektronen, welche auf einer Oberfläche auftreffen, können andere Elektronen aus der Oberfläche herausschlagen bzw. deren Emission bewirken. Die einfallenden Elektronen nennt man Primär-Elektronen, aus der Oberfläche emittierte Elektronen nennt man Sekundär-Elektronen. Die Anzahl der emittierten Sekundär-Elektronen hängt vom Sekundärelektronenemissionskoeffizienten β ab, welcher Materialabhängig ist und abhängig von der Primär-Elektronen/Ionen-Energie beim Auftreffen auf der Oberfläche sowie vom Auftreffwinkel ist. Ohne Angabe wird im Weiteren bei Werteangaben von einem senkrechten Einfall der Primär-Elektronen/Ionen ausgegangen. In 2 is an enlarged view of an uncoated housing portion made of insulating material 4 . 6 shown, which in the embodiment shown in the form of a ceramic cylinder 4 . 6 formed according to the prior art, and as a section through a wall on one side of the ceramic cylinder 4 . 6 is shown. In the open state of the contact via the insulation material 4 . 6 an electrical insulation of the contact pieces 20 . 21 over the housing 2 from each other. The materials of the ceramic cylinder 4 and 6 , in particular aluminum oxide and / or silicon dioxide, have secondary electron emission coefficients β greater than 1, in particular greater than 10. Electrons, which Impact on a surface, other electrons can knock out of the surface or cause their emission. The incident electrons are called primary electrons, electrons emitted from the surface are called secondary electrons. The number of emitted secondary electrons depends on the secondary electron emission coefficient β, which depends on the material and is dependent on the primary electron / ion energy at the surface impact and on the angle of incidence. If not stated below, value specifications are based on a vertical incidence of the primary electrons / ions.

Ein Sekundärelektronenemissionskoeffizient β größer 1 bedeutet, es wird durch ein Primär-Elektron, welches auf die Oberfläche des Isolationsmaterials 4, 6 auftrifft, mehr als ein Sekundär-Elektron erzeugt. Dadurch können wie in 2 in Prinzipdarstellung gezeigt wird, Elektronenlawinen 25 ausgelöst werden, welche in elektrischen Überschlägen über das Gehäuse 2 zwischen den Kontaktstücken 20, 21 resultieren können. Die elektrische Isolationswirkung der Gehäusebereiche aus Isolationsmaterial 4, 6 in Verbindung mit dem Vakuum im Inneren der Vakuumschaltröhre 1 zwischen den Kontaktstücken 20, 21 wird zerstört oder zumindest vermindert. Ein Ausschalten ohne Restströme wird verhindert, wobei die Restströme je nach Größenordnung eine ordnungsgemäße Funktion der Vakuumschaltröhre 1 verhindern können, und zu einer Schädigung verbundener elektrischer Einrichtungen führen können. A secondary electron emission coefficient β greater than 1 means that it is caused by a primary electron, which is on the surface of the insulating material 4 . 6 hits, produces more than one secondary electron. This can be done as in 2 is shown in schematic representation, electron avalanches 25 which are triggered in electrical flashovers over the housing 2 between the contact pieces 20 . 21 can result. The electrical insulation effect of the housing areas made of insulating material 4 . 6 in conjunction with the vacuum inside the vacuum interrupter 1 between the contact pieces 20 . 21 is destroyed or at least diminished. Switching off without residual currents is prevented, the residual currents depending on the order of magnitude a proper function of the vacuum interrupter 1 and may cause damage to connected electrical equipment.

Um die zuvor beschriebenen Probleme zu verhindern bzw. zu unterbinden weisen die Keramikzylinder 4 und 6 jeweils, wie in den 3 und 4 als Schnittdarstellung durch eine Wandung eines Keramikzylinders 4, 6 gezeigt ist, bei einem Ausführungsbeispiel der Erfindung auf der Inneren Umfangsfläche eine Beschichtung 22 auf. Eine Beschichtung 22 kann auch Innen und Außen oder vollständig um die Gehäusebereiche aus Isolationsmaterial 4, 6, insbesondere die Keramikzylinder 4 und 6, erfolgen. Alternativ kann auch nur ein ausgewählter Bereich des Isolationsmaterials beschichtet sein. Der Einfachheit halber ist dies in den Figuren nicht dargestellt. To prevent or prevent the problems described above, the ceramic cylinder 4 and 6 each, as in the 3 and 4 as a sectional view through a wall of a ceramic cylinder 4 . 6 is shown, in one embodiment of the invention on the inner peripheral surface of a coating 22 on. A coating 22 Can also be inside and outside or completely around the enclosure areas of insulation material 4 . 6 , especially the ceramic cylinder 4 and 6 , respectively. Alternatively, only a selected area of the insulating material may be coated. For the sake of simplicity, this is not shown in the figures.

Die Beschichtung 22 erfolgt mit einem Material mit gegenüber dem unbeschichteten Isolationsmaterial reduziertem Sekundärelektronenemissionskoeffizient β kleiner gleich 8, insbesondere kleiner gleich 4, insbesondere kleiner gleich 2, insbesondere kleiner gleich 1, wobei die Angabe insbesondere für eine Primärelektronen- und/oder Ionenenergie im Bereich von 100 bis 1000 eV und einem senkrechten Einfall der Elektronen/Ionen gilt. Ein Sekundärelektronenemissionskoeffizient β gleich 1 bedeutet, es wird durch ein Primär-Elektron, welches auf die Oberfläche des Isolationsmaterials 4, 6 auftrifft, im Mittel ein Sekundär-Elektron erzeugt. Durch Absorption, Abbremsung, Streuung und unterschiedliche Emissionswinkel wird eine Ausbildung von Elektronenlawinen 25 bei einem Sekundärelektronenemissionskoeffizient β gleich 1 verhindert. Bei Sekundärelektronenemissionskoeffizienten β kleiner 1 wird durch ein Primär-Elektron, welches auf die Oberfläche des Isolationsmaterials 4, 6 auftrifft, weniger als ein Sekundär-Elektron erzeugt. Dies unterdrückt bzw. verhindert die Ausbildung von Elektronenlawinen 25. The coating 22 takes place with a material with respect to the uncoated insulation material reduced secondary electron emission coefficient β is less than or equal to 8, in particular less than or equal 4, in particular less than or equal to 2, in particular less than 1, the indication in particular for a primary electron and / or ion energy in the range of 100 to 1000 eV and a vertical incidence of the electrons / ions applies. A secondary electron emission coefficient β equal to 1 means that it is caused by a primary electron which is deposited on the surface of the insulating material 4 . 6 impinges, generates on average a secondary electron. Absorption, deceleration, scattering and different emission angles lead to the formation of electron avalanches 25 1 prevents a secondary electron emission coefficient β. For secondary electron emission coefficients β smaller than 1, a primary electron is applied to the surface of the insulating material 4 . 6 hits, generates less than one secondary electron. This suppresses or prevents the formation of electron avalanches 25 ,

Für Sekundärelektronenemissionskoeffizienten β größer als 1 gilt, je kleiner der Sekundärelektronenemissionskoeffizient β ist, desto stärker sind die Elektronenlawinenhäufigkeit und Elektronenlawinenstärke reduziert. Das bedeutet, je kleiner der Sekundärelektronenemissionskoeffizient β, desto stärker ist die Wahrscheinlichkeit der Ausbildung eines kompletten elektrischen Durchschlags im z. B. spannungsbeaufschlagten Vakuumschalter reduziert. For secondary electron emission coefficients β greater than 1, the smaller the secondary electron emission coefficient β, the stronger the electron avalanche frequency and electron avalanche strength are reduced. This means that the smaller the secondary electron emission coefficient β, the stronger the probability of the formation of a complete electrical breakdown in z. B. voltage-loaded vacuum switch reduced.

Elektrische Überschläge zwischen den Kontaktstücken 20, 21 können durch Reduktion des Sekundärelektronenemissionskoeffizienten β vollständig oder zumindest teilweise unterbunden werden. Die elektrische Isolationswirkung der Gehäusebereiche aus Isolationsmaterial 4, 6 in Verbindung mit Vakuum im Inneren der Vakuumschaltröhre 1 zwischen den hinreichend beabstandeten Kontaktstücken 20, 21 wird verbessert. Ein Ausschalten kann im Wesentlichen ohne Restströme erfolgen und eine Schädigung bis hin zur Zerstörung der Vakuumschaltröhre 1 und/oder angeschlossener elektrischer Schalteinrichtungen kann verhindert werden. Die elektrische Schaltkammer 1 mit Beschichtung 22 der Oberfläche des Isolationsmaterials 4, 6 zumindest im Inneren, teilweise oder vollständig, mit einem Material mit gegenüber dem unbeschichteten Material reduziertem Sekundärelektronenemissionskoeffizient β, weist eine erhöhte dielektrische Spannungsfestigkeit auf. Electric flashovers between the contact pieces 20 . 21 can be completely or at least partially prevented by reducing the secondary electron emission coefficient β. The electrical insulation effect of the housing areas made of insulating material 4 . 6 in conjunction with vacuum inside the vacuum interrupter 1 between the sufficiently spaced contact pieces 20 . 21 will be improved. Switching off can be done essentially without residual currents and damage up to the destruction of the vacuum interrupter 1 and / or connected electrical switching devices can be prevented. The electrical switching chamber 1 with coating 22 the surface of the insulating material 4 . 6 at least internally, partially or completely, with a material having a secondary electron emission coefficient β reduced with respect to the uncoated material, has an increased dielectric withstand voltage.

Der Effekt der Reduzierung oder Verhinderung von Elektronenlawinen 25 bzw. Überschlägen über die Oberfläche der Gehäusebereiche aus Isolationsmaterial 4, 6 kann durch eine Struktur bzw. Strukturierung 23 der bzw. auf der Oberfläche verstärkt werden. Dies ist in 4 beispielhaft an Hand eines Ausführungsbeispiels einer Wandung auf einer Seite eines Keramikzylinders 4, 6 in Schnittdarstellung gezeigt. So können z. B. Gräben, insbesondere wie in 4 dargestellte V-förmige Grabenstrukturen zu einer erhöhten Elektronenabsorption führen, bei gleichzeitig verringerter Elektronenemission verglichen zu glatten Oberflächen ohne Strukturen 23. Die Struktur 23 kann einfach oder mehrfach ausgebildet sein, insbesondere in Form von z. B. parallel zueinander verlaufenden geradlinigen Gräben. Es können aber auch andere Strukturierungen der Oberfläche verwendet werden, z. B. schachbrettartige, gestreifte, karierte, lochartige oder wellenartige Strukturen auf der Oberfläche. Die Oberfläche kann auch regelmäßig oder unregelmäßig aufgeraut sein. The effect of reducing or preventing electron avalanches 25 or flashovers over the surface of the housing areas made of insulating material 4 . 6 can through a structure or structuring 23 be strengthened or on the surface. This is in 4 by way of example of an embodiment of a wall on one side of a ceramic cylinder 4 . 6 shown in section. So z. B. trenches, in particular as in 4 shown V-shaped trench structures lead to increased electron absorption, while reduced electron emission compared to smooth surfaces without structures 23 , The structure 23 may be simple or multiple, in particular in the form of z. B. mutually parallel rectilinear trenches. But it can also be used other structuring of the surface, for. B. checkered, striped, checkered, hole-like or wave-like Structures on the surface. The surface can also be roughened regularly or irregularly.

Die Struktur bzw. Strukturierung 23 kann durch Einprägung oder Abtragung, z. B. durch Ätzen, Fräsen, Laserverdampfen, oder Bohren hergestellt werden. Dabei verdünnt oder verdickt sich die Wandstärke des Isolationsmaterials über die Oberfläche unregelmäßig oder z. B. periodisch. Das Isolationsmaterial kann alternativ oder zusätzlich auch mit der Struktur 23 ausgebildet sein. Dabei kann die Wandstärke gleichbleibend sein, wobei die Form der Struktur 23 Innen auf der äußeren Seite des Isolationsmaterials komplementär ausgebildet ist. Dies ist im Ausführungsbeispiel der 4 dargestellt in Form eines nach innen eingeprägten V auf der Innenseite und eines nach außen hervorstehenden V auf der Außenseite des Isolationsmaterials, insbesondere eines Keramikzylinders 4, 6 als Gehäusebereich mit gleicher Wandstärke über die gesamte Zylinderwand hinweg. Die Strukturierung 23 kann auch gleichzeitig mit der Beschichtung 22 erzeugt werden, z. B. durch räumlich selektives Abscheiden oder durch lithographische Verfahren. The structure or structuring 23 can by impressing or erosion, z. B. by etching, milling, laser evaporation, or drilling. In this case, the wall thickness of the insulating material thinned or thickened over the surface irregularly or z. B. periodically. The insulation material may alternatively or additionally also with the structure 23 be educated. The wall thickness can be constant, the shape of the structure 23 Is formed on the inside of the outer side of the insulating material complementary. This is in the embodiment of 4 represented in the form of an inwardly embossed V on the inside and an outwardly projecting V on the outside of the insulating material, in particular a ceramic cylinder 4 . 6 as a housing area with the same wall thickness over the entire cylinder wall. The structuring 23 Can also be used simultaneously with the coating 22 are generated, for. B. by spatially selective deposition or by lithographic methods.

An den Seiten und/oder beabstandet auf der Innenoberfläche des Isolationsmaterials können weitere Elektroneneinfangstrukturen 24, insbesondere wellenförmige Wände angeordnet sein und/oder Feldsteuerelemente 16 bis 19. Dadurch kann das E-Feld auf das Isolationsmaterial, insbesondere die Keramik ausgerichtet sein und emittierte Elektronen auf das Isolationsmaterial zurückgerichtet und absorbiert werden. Wände können auch regelmäßig oder unregelmäßig auf der Oberfläche verteilt sein. Durch die Wände kann neben der Änderung der Form des elektrischen Feldes auch ein direkter oder indirekter Elektroneneinfang, d. h. eine Absorption von Elektronen erfolgen. At the sides and / or spaced apart on the inner surface of the insulating material may be further electron capture structures 24 be arranged in particular wave-shaped walls and / or field control elements 16 to 19 , As a result, the E field can be aligned with the insulating material, in particular the ceramic, and emitted electrons can be directed back onto the insulating material and absorbed. Walls can also be regularly or irregularly distributed on the surface. In addition to the change in the shape of the electric field, direct or indirect electron capture, ie absorption of electrons, can take place through the walls.

Als Materialien für die Beschichtung 22 der Oberfläche der Gehäusebereiche aus Isolationsmaterial 4, 6 kommen spezielles Glas mit geringem Sekundärelektronenemissionskoeffizienten, Titan, Titannitride, Chromoxide, insbesondere Ti, TiN, CrO in Frage. Diese weisen einen Sekundärelektronenemissionskoeffizienten kleiner gleich 1 bei entsprechender Oberflächenbeschaffenheit auf. Die Schichtdicke der Beschichtung 22 des Isolationsmaterials, insbesondere der Keramik kann im Bereich kleiner als 100 µm, insbesondere kleiner als 10 µm, insbesondere kleiner als 100 nm, insbesondere im Bereich von 5 bis 20 nm liegen. As materials for the coating 22 the surface of the housing areas made of insulating material 4 . 6 special glass with a low secondary electron emission coefficient, titanium, titanium nitrides, chromium oxides, in particular Ti, TiN, CrO are suitable. These have a secondary electron emission coefficient of less than or equal to 1 with a corresponding surface finish. The layer thickness of the coating 22 of the insulating material, in particular the ceramic may be in the range of less than 100 .mu.m, in particular less than 10 .mu.m, in particular less than 100 nm, in particular in the range of 5 to 20 nm.

Die Oberfläche des Isolationsmaterials, insbesondere der Keramik aus Aluminiumoxid- und/oder Siliziumdioxid, kann mit Hilfe unterschiedlicher Beschichtungsverfahren mit einer Schicht aus z.B. Titan, Titannitriden, Chromoxiden, insbesondere TiN, Ti, CrO und/oder Glas beschichtet werden. Mögliche Verfahren umfassen Galvanisieren, Tauchen, Aufdampfen, Sputtern, Kaltgasspritzen, Chemical- oder Physical-Vapor-Deposition, Besprühen, Pulverbeschichtung, Glasieren, Plasma- und/oder Laserbeschichtung. Strukturierungen 23 können beim Aufbringen der Schicht, durch die Unterlage und/oder durch z. B. Photolithographieverfahren erzeugt werden. The surface of the insulating material, in particular the ceramic of alumina and / or silicon dioxide, can be coated with the aid of different coating methods with a layer of, for example, titanium, titanium nitrides, chromium oxides, in particular TiN, Ti, CrO and / or glass. Possible methods include electroplating, dipping, vapor deposition, sputtering, cold gas spraying, chemical or physical vapor deposition, spraying, powder coating, glazing, plasma and / or laser coating. structuring 23 can during application of the layer, by the pad and / or by z. B. Photolithography be produced.

Die zuvor beschriebenen Ausführungsbeispiele können untereinander kombiniert werden und/oder können mit dem Stand der Technik kombiniert werden. So können alternativ oder zusätzlich zu regelmäßigen oder unregelmäßigen Strukturen 23 auch einfache Aufrauhungen der Oberfläche des Isolationsmaterials, insbesondere der Keramik als Struktur 23 verwendet werden, um die Absorption von Elektronen im Material, insbesondere in der Beschichtung 22 zu erhöhen. Es können Rauigkeiten von größer 0,1 nm, insbesondere größer 1 nm und darüber erzeugt werden. Als Stoffe für das Material mit erhöhter dielektrischer Spannungsfestigkeit können neben Spezialgläsern mit Beimischungen zur Reduzierung des Sekundärelektronenemissionskoeffizienten β und Ti, TiN, CrO z.B. auch Titan- und Chromverbindungen dienen und deren Mischungen, mit höherer Oxidationszahl, insbesondere Dichromtrioxid, Chromdioxid Chromtrioxid und/oder Verbindungen wie ionische Nitride, z. B. Zinknitrid, Yttriumnitrid, Lanthannitrid, Zirconium(IV)-nitrid, Tantal(V)-nitrid, und/oder Magnesiumnitrid, Calciumnitrid, Lithiumnitrid, Natriumnitrid, Berylliumnitrid, Chromnitrid und Eisennitride. The embodiments described above can be combined with each other and / or can be combined with the prior art. So, alternatively or in addition to regular or irregular structures 23 also simple roughening of the surface of the insulating material, in particular the ceramic as a structure 23 used to control the absorption of electrons in the material, especially in the coating 22 to increase. Roughnesses of greater than 0.1 nm, in particular greater than 1 nm and above can be generated. As materials for the material with increased dielectric strength can be used in addition to special glasses with admixtures to reduce the secondary electron emission coefficient β and Ti, TiN, CrO eg titanium and chromium compounds and mixtures thereof, with higher oxidation number, in particular dichromium trioxide, chromium dioxide chromium trioxide and / or compounds such ionic nitrides, e.g. Zinc nitride, yttrium nitride, lanthanum nitride, zirconium (IV) nitride, tantalum (V) nitride, and / or magnesium nitride, calcium nitride, lithium nitride, sodium nitrite, beryllium nitride, chromium nitride and iron nitrides.

BezugszeichenlisteLIST OF REFERENCE NUMBERS

1 1: Vakuumschaltröhre Vacuum interrupter
2 2: Gehäuse casing
3 3: erster Isolierstoffgehäusebereich first insulating housing area
4 4: Keramikzylinder ceramic cylinder
5 5: zweiter Isolierstoffgehäusebereich second Isolierstoffgehäusebereich
6 6: Keramikzylinder ceramic cylinder
7 7: metallisches Gehäuseteil metallic housing part
8 8th: erster Deckel first lid
9 9: Festkontakt-Anschlussbolzen Fixed contact terminal bolts
10 10: Festkontakt fixed contact
11 11: zweiter Deckel second lid
12 12: Lager camp
13 13: Faltenbalg bellow
14 14: Bewegkontakt-Anschlussbolzen Moving contact terminal bolts
15 15: Bewegkontakt moving contact
16 bis 1916 to 19: Feldsteuerelemente Box controls
20 20: erstes Kontaktstück first contact piece
21 21: zweites Kontaktstück second contact piece
22 22: Beschichtung des Isolationsmaterials Coating of the insulation material
23 23: Struktur structure
24 24: Elektroneneinfangstrukturen Elektroneneinfangstrukturen
25 25: Elektronenlawine electron avalanche

ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG QUOTES INCLUDE IN THE DESCRIPTION

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Zitierte PatentliteraturCited patent literature

DE 102012215245 A1 [0002]

Claims

Electrical switching chamber ( 1 ) with a housing ( 2 ) and at least one first and at least one second electrical contact piece ( 20 . 21 ) for switching electrical voltage, wherein at least one of the at least one first and at least one second contact pieces ( 21 ) is movably mounted and the housing ( 2 ) the contact pieces ( 20 . 21 ) encloses gas-tight, and wherein the housing at least a region of insulating material ( 4 . 6 ), characterized in that a surface of the insulating material is coated at least in a portion with a material having a higher dielectric withstand voltage as compared with the withstand voltage of the insulating material.

Electrical switching chamber ( 1 ) according to claim 1, characterized in that the material with increased dielectric withstand voltage has a secondary electron emission coefficient β equal to 8, in particular less than or equal to 4, in particular less than or equal to 2, in particular less than 1, in particular at a primary electron and / or ion energy in the range of 100 to 1000 eV.

Electrical switching chamber ( 1 ) according to one of claims 1 or 2, characterized in that the material with increased dielectric withstand voltage special glass with low secondary electron emission coefficient, titanium, titanium nitride, chromium oxide, in particular Ti, TiN, CrO or comprises, and / or the layer thickness of the material with increased Dielectric withstand voltage in the range of less than 100 .mu.m, in particular less than 10 .mu.m, in particular less than 100 nm, in particular in the range of 5 to 20 nm.

Electrical switching chamber ( 1 ) according to one of claims 1 to 3, characterized in that the insulating material of the housing consists of a ceramic or comprises a ceramic, in particular of alumina and / or silicon dioxide.

Electrical switching chamber ( 1 ) according to one of claims 1 to 4, characterized in that the electrical switching chamber ( 1 ) is a vacuum tube and / or the at least one region of insulating material ( 4 . 6 ) comprises a ceramic cylinder.

Electrical switching chamber ( 1 ) according to one of claims 1 to 5, characterized in that the coated with a material of increased dielectric strength surface of the insulating material inside the housing ( 2 ), in particular on the electrical contact pieces ( 20 . 21 ) facing side is arranged.

Electrical switching chamber ( 1 ) according to one of claims 1 to 6, characterized in that the surface of the insulating material is at least in a portion, in particular in the material coated with the dielectric dielectric strength coated portion, structured.

Electrical switching chamber ( 1 ) according to claim 7, characterized in that the structuring ( 23 ) the surface comprises structures for reducing the electron propagation, in particular a roughening of the surface, and / or trench structures, in particular round and / or V-shaped trenches, and / or electron capture structures ( 24 ), in particular wave-shaped walls arranged on the surface.

Method for increasing the dielectric strength of at least one region of insulating material ( 4 . 6 ) of the housing ( 2 ) an electrical switching chamber ( 1 ), in particular according to one of the preceding claims, characterized in that the surface of the insulating material is coated at least in one section with a material of increased dielectric withstand voltage and / or the surface with structures ( 23 ) is structured to reduce electron propagation.

A method according to claim 9, characterized in that the surface of the insulating material, in particular a ceramic of alumina and / or silica, is coated with special glass with a low secondary electron emission coefficient, titanium, titanium nitride, chromium oxide, in particular Ti, TiN, CrO, in particular by electroplating , Dipping, vapor deposition, sputtering, cold gas spraying, chemical or physical vapor deposition, spraying, powder coating, glazing, plasma and / or laser coating.

Method according to one of claims 9 or 10, characterized in that the surface is structured with walls, and / or recesses, in particular trenches, grooves, holes, in particular in a semi-circular shape, V-shaped, and / or wavy.

Method according to one of claims 9 to 11, characterized in that the dielectric withstand voltage, in particular on the surface of the inner region of the housing part made of insulating material ( 4 . 6 ), is increased by a coating ( 22 ) of the surface with a material having a secondary electron emission coefficient of less than or equal to 8, in particular less than or equal to 4, in particular less than or equal to 2, in particular less than 1, in particular at a primary electron and / or ion energy in the range of 100 to 1000 eV, and / or by the surface structuring ( 23 ).