DE1764318B1

DE1764318B1 - Einstellbarer vakuum kondensator

Info

Publication number: DE1764318B1
Application number: DE19681764318
Authority: DE
Inventors: Collis Alec Peter Orme
Original assignee: English Electric Valve Co Ltd
Current assignee: Teledyne UK Ltd
Priority date: 1967-05-17
Filing date: 1968-05-16
Publication date: 1971-07-29
Also published as: FR1563544A; GB1149801A; US3496430A; CH472104A

Description

Die Erfindung betrifft einen einstellbaren Vakuum-Kondensator mit am Gehäuse angeordneten feststehenden Elektroden und mit gegenüber diesen einstellbaren Elektroden, der einen Federbalg aufweist, der die Einstelleinrichtung der beweglichen Elektroden gegen den Gehäuse-Innenraum abdichtet und der einen der Kühlung dienenden aus elektrisch gut leitendem Material bestehenden Federbalg enthält.

Es ist aus der USA.-Patentschrift 3 270 259 eine Federbalganordnung bekannt, welche aus einem inneren Federbalg 51 und einem dazu konzentrisch angeordneten Federbalg 67 besteht. Durch diesen zusätzlichen Federbalg 67 wird zwar erreicht, daß der innere Federbalg 51 von Hochfrequenzströmen entlastet wird und der gesamte Hochfrequenzstrom über den äußeren Federbalg 67 fließt, wobei nunmehr zwischen beiden Federbälgen ein im Hinblick auf die Belastbarkeit mit Hochfrequenzströmen angestrebter Kühlkanal vorliegt.

Bei dieser bekannten Kondensator-Anordnung tritt der Nachteil auf, daß bei ihrem Einsatz in einem Hochleistungs-Hochfrequenz-Kreis die maximale Strombelastung dadurch begrenzt ist, daß die Aufheizung des äußeren Federbalges 67 durch die Hochfrequenzströme die Leistungsfähigkeit des Kondensators begrenzt. Da die Kühlmöglichkeiten dieses äußeren Federbalges durch die mechanischen Verstelleinrichtungen und darüber hinaus durch Platzmangel behindert sind, stellt die Aufheizung dieses Federbalges einen erheblichen Nachteil dieses Kondensators dar. Weiterhin ist es schwierig, bei der Materialauswahl für diesen äußeren Federbalg einen geeigneten Kompromiß zwischen den mechanischen Eigenschaften dieses Materials und einer Wärmeleitfähigkeit zu finden.

Bei der aus der USA.-Patentschrift 3 270 259 bekannten Anordnung wirkt sich weiterhin nachteilig aus, daß die zwischen den beiden Federbälgen 51 und 67 eingeführte Kühlströmung die Tendenz besitzt, die mechanische Verstelleinrichtung des bewegbaren Elektrodensystems zu behindern.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, in einem einstellbaren Vakuum-Kondensator der eingangs genannten Art die Aufheizung des Federbalges zu vermindern, um die zulässige Strombelastung zu steigern.

Zur Lösung dieser Aufgabe sieht die Erfindung vor, daß mindestens ein der Kühlung dienender Federbalg vorgesehen ist, der außerhalb des der Abdichtung dienenden Federbalges angeordnet ist und diesen nicht umschließt.

Bei der erfindungsgemäßen Anordnung der Federbälge wirkt es sich vorteilhaft aus, daß eine Aufteilung des Hochfrequenzstromes auf mehrere Federbälge erreicht werden kann. Durch diese Aufteilung des Hochfrequenzstromes auf einzelne Elemente wird der der Abdichtung dienende Federbalg so weitgehend entlastet, daß dessen Erwärmung keine nennenswerte Rolle mehr spielt.

Gemäß einer vorteilhaften Weiterbildung der Erfindung ist vorgesehen, daß zwischen dem der Abdichtung dienenden Federbalg und dem Gehäuse einerseits sowie den beweglichen Elektroden andererseits den Stromfluß durch den der Abdichtung dienenden Federbalg unterbindende Isolierstücke vorgesehen sind.

Durch diese vorteilhafte Weiterbildung der Erfindung läßt es sich erreichen, daß der der Kühlung dienende Federbalg von Hochfrequenzströmen völlig entlastet wird, so daß der gesamte Hochfrequenzstrom durch die der Kühlung dienenden Federbälge fließt.

Eine besonders wirksame Kühlung des Vakuum-Kondensators läßt sich gemäß einer weiteren bevorzugten Ausführungsform der Erfindung dadurch erreichen, daß die zur Kühlung dienenden Federbälge

ίο mit einer Kühlmittel-Leitung verbunden sind.

Eine weitere bevorzugte Ausführungsform der Erfindung sieht vor, daß jeder einzelne der Kühlung dienende Federbalg eine leicht lösbare und austauschbare Einheit darstellt.

Ein weiterer Vorteil des erfindungsgemäßen Vakuum-Kondensators besteht darin, daß die maximale Stromstärke, welche noch zu keinem nennenswerten Leistungsverlust oder Rückgang der Betriebslebensdauer führt, gegenüber den gemäß dem Stand der

ao Technik bekannten Ausführungen wesentlich erhöht werden kann.

Dieser Vorteil wird insbesondere dadurch erreicht, ^ daß die Stromdichte in den zur Kühlung dienenden ^ Federbälgen verhältnismäßig niedrig gehalten werden kann, da die Stromdichte umso niedriger wird, je mehr Federbälge vorgesehen sind. Weiterhin ist dabei zu berücksichtigen, daß die speziell zur Kühlung vorgesehenen Federbälge sehr leicht gekühlt werden können, da sie gegen den atmosphärischen Druck offen sind und nicht durch Antriebseinrichtungen behindert sind.

Die Erfindung wird nachfolgend beispielsweise an Hand der Zeichnung beschrieben; in dieser zeigt
F i g. 1 in halb geschnittener schematischer Darstellung einen Kondensator gemäß der Erfindung und F i g. 2 eine bevorzugte konstruktive Ausführungsform des Kondensators gemäß der Erfindung.

Der in F i g. 1 dargestellte Kondensator hat zwei Elektrodensysteme 1 und 2, von denen das erste fest und das zweite beweglich ist. Die Elektrodensysteme sind koaxial angeordnet und jedes System besteht aus einer Anzahl koaxialer zylindrischer Elektroden mit derartigen Durchmessern, daß bei Bewegung des beweglichen Systems 2 in axialer Richtung dessen Λ

zylindrische Elektroden in die Zwischenräume zwi- ^ sehen den zylindrischen Elektroden des festen Systems eindringen, wobei die Kapazität in jeder Bewegungsphase somit von der Eindringtiefe abhängt. Das feste System 1 ist an einer metallischen Endplatte 3 befestigt und das bewegliche System an einer metallischen Endplatte 10. Diese Teile 3 und 10 zusammen mit den metallischen Teilen 5 bis 9, den isolierenden Teilen 11, 12 und 13 aus Glas oder Keramik, dem axial angeordneten Metallfederbalg 14 und dem Quetschfuß, der innen liegt und durch einen Metallteil 4 geschützt ist, bilden zusammen ein Gehäuse, dessen Innenraum evakuiert ist. In der Zeichnung ist ein zusätzlicher der Kühlung dienender Federbalg 21 über dem der Abdichtung dienenden Federbalg 14 dargestellt, und das Teil 9 hat eine Bohrung 22, die Zugang zum Innenraum dieses Federbalges 21 vermittelt. Die Zeichnung soll zunächst so betrachtet werden, als wenn lediglich der der Abdichtung dienende Federbalg 14 vorgesehen wäre und das Teil 9 keine Bohrung aufweisen würde.

Die Verstellung des Elektrodensystems 2 wird bei der dargestellten Ausführungsform dadurch erzielt, daß eine axial angeordnete, in Längsrichtung verlau-

fende Gewindestange 15, auf der sich eine Mutter 16 befindet, gedreht wird. Die Mutter 16 ist gegen eine Drehbewegung gesichert und bewegt sich, wenn die Gewindestange gedreht wird, in Längsrichtung und überträgt die Bewegung in Axialrichtung über Teil 17 auf die Platte 10, die das bewegliche Elektroden-System 2 trägt. Das Teil 18 dient als Führung für das in Längsrichtung gleitende Teil 17. Andere Mittel zur Bewegung des Elektrodensystems in Längsrichtung — z. B. ein hydraulischer Antrieb von einem sich linear bewegenden Kolben in einem hydraulischen Zylinder — können ebenfalls Anwendung finden. Wie aus der Zeichnung hervorgeht, wird der Federbalg 14, der in dem Teil 18 gelegen ist, bei Bewegung des beweglichen Elektroden-Systems 2 in einer der beiden Richtungen ausgedehnt oder zusammengezogen, und hält das Vakuum, wobei auf seiner Innenseite der atmosphärische Druck liegt und das Vakuum auf seiner Außenseite ist. Die Bewegung des beweglichen Elektroden-Systems 2 in Richtung vom Elektroden-System 1 weg ist durch einen Anschlag 19 begrenzt, und es sind Befestigungsringe 20 vorgesehen, Wk um den gesamten Kondensator zu montieren.

Ein bekannter Kondensator, wie bisher beschrieben, hat den Nachteil, daß bei seinem Einsatz in einem Hochleistungs-Hochfrequenzkreis, beispielsweise als Abstimmkondensator in einem derartigen Schaltkreis, seine maximale Strombelastung wegen der Erwärmung des Federbalges 14 durch die Hochfrequenzströme unerwünscht begrenzt ist. Der Weg des hochfrequenten Stromflusses ist in der Zeichnung durch die verschiedenen gekrümmten Linien mit den Pfeilspitzen angedeutet. Wegen der hochfrequenten Erwärmung des Federbalges 14 wäre es wünschenswert, diesen aus einem Metall, wie z. B. Kupfer, herzustellen, das eine gute elektrische und thermische Leitfähigkeit hat, jedoch haben derartige Metalle nicht die mechanischen Eigenschaften, die erforderlich sind, um dem Federbalg eine lange Lebensdauer zu erteilen, und es werden daher in der Praxis Metalle mit besseren mechanischen Eigenschaften, jedoch relativ niedriger elektrischer Leitfähigkeit, für den Federbalg 14 verwendet. Wird ein Metall mit bessefe ren elektrischen Eigenschaften, z. B. Kupfer oder * kupferplattierte Phosphorbronze, für den Federbalg 14 verwendet, so wird die Lebensdauer des Federbalges erheblich herabgesetzt oder die Kosten des Kondensators beträchtlich erhöht oder beides. Wenn versucht wird, die Schwierigkeit dadurch zu beseitigen, daß der Durchmesser des Federbalges 14 vergrößert wird, um somit die HF-Stromdichte und damit die Verlustleistung herabzusetzen, so zeigt sich der Nachteil, daß der Federbalg stärker und steifer sein muß, da natürlich einer größeren Kraft durch die atmosphärische Druckbelastung, die mit Zunahme des Durchmessers anwächst, entgegengewirkt werden muß. Federbälge mit größerer Steifheit und langer Lebensdauer sind jedoch schwierig herzustellen. Je größer außerdem die atmosphärische Druckkraft ist, desto größer ist die Kraft, die angewandt werden muß, um den Kondensator zu verstellen. Eine Zunahme der letztgenannten Kraft ist jedoch besonders bei fernbetätigten Kondensatoren nachteilig. Den Federbalg durch Kühlluft oder Kühlwasser zu kühlen, bereitet deshalb Schwierigkeiten, da bereits ein großer Teil des Federbalginnenraumes durch Teile des Antriebsmechanismus für das bewegliche Elektroden-System beansprucht wird.

Nachfolgend soll wieder unter Bezug auf Fig. 1 beschrieben werden, welche Teile gemäß der Erfindung hinzukommen. Diese Teile bestehen aus einer Anzahl von der Kühlung dienenden Federbälgen guter Leitfähigkeit, die sich parallel zu dem normalerweise vorgesehenen und der Abdichtung dienenden Federbalg 14 erstrecken und in einem Ring um diesen Federbalg herum angeordnet sind. Sie verbinden mechanisch die Teile 9 und 10, die durch den Federbalg 14 verbunden werden. Es können so beispielsweise vier der Kühlung dienende Federbälge um 90° versetzt vorgesehen werden, von denen in der Zeichnung nur einer dargestellt und mit 21 bezeichnet ist. Wie in der Zeichnung angedeutet ist, hat das Teil 9 eine Bohrung 22 gegenüber jedem der Hilfsfederbälge, durch die das Innere der der Kühlung dienenden Federbälge mit der atmosphärischen Außenseite in Verbindung gebracht wird. Falls eine Zwangskühlung erforderlich ist, so kann Kühlluft oder Kühlwasser in den Innenraum jedes der Kühlung dienenden Federbalges durch die entsprechende öffnung 22 gepumpt werden. Vorzugsweise ist ein Strom durch den der Abdichtung dienenden Federbalg verhindert, indem ein Isolierring (nicht dargestellt) vorgesehen ist, der einen Teil des evakuierten Gehäuses zwischen einem Ende des Federbalges 14 und dem angrenzenden Teil 9 oder 10 bildet.

Wie aus der Zeichnung ersichtlich ist, ist bei dieser verbesserten Anordnung der elektrische Strom durch den Federbalg 14 zumindest sehr stark herabgesetzt — falls der Federbalg 14 an einem Ende isoliert ist, geht er auf Null und der gesamte Strom wird von den Hilfsfederbälgen übernommen, die leicht kühlbar sind und nicht besonders steif oder teuer sein müssen.

In der Praxis sind die Federbälge 14 und 21, wenn sie auch in der F i g. 1 unterschiedlich dargestellt sind, gewöhnlich gleichartig und entsprechen dem Federbalg 14 in der Fig. 1.

Die F i g. 2 zeigt in einem von der F i g. 1 abweichenden Maßstab eine konstruktive Abwandlung der Anordnung der Federbälge 14 und 21. In der Fig. 2 ist lediglich der Federbalg 21 dargestellt, jedoch ist die Darstellung auf beide Federbälge anwendbar — wobei der Vorteil besteht, daß ein Federbalg, der ein Leck oder einen anderen Defekt hat, schnell ersetzt werden kann. Die Anordnung hat weiterhin den Vorteil, die Herstellung zu erleichtern, da es möglich ist, einen Federbalg, der fehlerhaft ist oder während des Zusammenbaus der gesamten Vorrichtung beschädigt wird, durch einen anderen zu ersetzen, ohne dabei die gesamte Vorrichtung in Mitliedenschaft zu ziehen. Sie hat den weiteren Vorteil, daß sie die Möglichkeit bietet, jeden Federbalg als Einheit vor Einbau in die Gesamtvorrichtung zu prüfen.

Gemäß der F i g. 2 ist der der Kühlung dienende Federbalg 21 als eine vollständige Einheit hergestellt und weist ein mit Gewinde versehenes Endstück 21° auf der einen Seite (dem beweglichen Ende) auf, das in eine Gewindebohrung 10° in das Teil 10 (F i g. 1) eingeschraubt werden kann. Die gleiche Konstruktion wird für den der Kühlung dienenden Federbalg 14 (in F i g. 2 nicht dargestellt) angewandt.

Bei der Herstellung wird jeder Federbalg als komplette Einheit hergestellt und geprüft. Erweist er sich als zufriedenstellend, wird er in das Gehäuse eingefügt und die Gewindestücke (21° im Fall des Federbalges 21) werden in die Gewindebohrungen

für deren Aufnahme eingeschraubt. Die Federbalgabdichtung wird dann durch Argon-Verschweißung mit dem Teil 9 (oder mit einem Teil, das von Teil 9 gehaltert wird) gewährleistet. Im Fall eines später auftretenden Fehlers des Federbalges ist es leicht, über der Schweißstelle einen leichten Schnitt anzubringen, den fehlerhaften Federbalg herauszuschrauben und nach Ersetzen ihn wieder festzuschrauben und neu zu verschweißen.

Claims

Patentansprüche:

1. Einstellbarer Vakuum-Kondensator mit am Gehäuse angeordneten feststehenden Elektroden und mit gegenüber diesen einstellbaren Elektroden, der einen Federbalg aufweist, der die Einstelleinrichtung der beweglichen Elektroden gegen den Gehäuse-Innenraum abdichtet und der einen der Kühlung dienenden aus elektrisch gut leitendem Material bestehenden Federbalg enthält, dadurch gekennzeichnet, daß mindestens ein der Kühlung dienender Federbalg (21) vorgesehen ist, der außerhalb des der Abdichtung dienenden Federbalges (14) angeordnet ist und diesen nicht umschließt.

2. Vakuum-Kondensator nach Anspruch 1, da- as

durch gekennzeichnet, daß mehrere der Kühlung dienende Federbälge (21) vorgesehen sind, die sich parallel zu dem der Abdichtung dienenden Federbalg (14) erstrecken und in einem Ring um diesen herum angeordnet sind und daß diese der Kühlung dienenden Federbälge (21) das Gehäuse (9) mit den beweglichen Elektroden (10) mechanisch verbinden.

3. Vakuum-Kondensator nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß zwischen dem der Abdichtung dienenden Federbalg (14) und dem Gehäuse (9) einerseits sowie den beweglichen Elektroden (10) andererseits den Stromfluß durch den der Abdichtung dienenden Federbalg (14) unterbindende Isolierstücke vorgesehen sind.

4. Vakuum-Kondensator nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die zur Kühlung dienenden Federbälge (21) mit einer Kühlmittel-Leitung (22) verbunden sind.

5. Vakuum-Kondensator nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß jeder einzelne der Kühlung dienende Federbalg (21) eine leicht lösbare und austauschbare Einheit darstellt.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen