DE1908558A1

DE1908558A1 - In ein Vakuumgefaess eingeschlossener,motorbetriebener,veraenderbarer Kondensator

Info

Publication number: DE1908558A1
Application number: DE19691908558
Authority: DE
Inventors: Lindsay Weseley Newton
Original assignee: International Standard Electric Corp
Current assignee: International Standard Electric Corp
Priority date: 1968-03-20
Filing date: 1969-02-20
Publication date: 1969-11-20
Also published as: FR2004285A1; US3447047A; GB1208393A; CH501988A

Description

Dipl.-Phys. Leo Thul

Patentanwalt .,

Stuttgart-Feuerbach. 1 9 0 O 5 5 8

Kurze Straße 8

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Ser.No.:

INTEBNATIONAL STANDARD ELECTRIC CORPORATION, NEW YORK

In ein Vakuumgefäß eingeschlossener, motorbetriebener, veränderbarer Kondensator

Die Priorität der Anmeldung in den USA vom 20. März 1968 Nr. 71^»602 ist in Anspruch genommen.

Die Erfindung bezieht sich auf einen in ein Vakuumgefäß eingeschlossenen, veränderbaren Kondensator mit Motorantrieb oder Vakuumkondensator.

Es gibt grundsätzlich zwei Anordnungen zur axialen Verschiebung der beweglichen Elektrode bei einem motorbetriebenen Vakuumkondensator. Bei einer dieser Anordnungen werden der Umkehrmotor und der Übertragungsmechanismus für die bewegliche Elektrode außerhalb der Hochvakuumkammer angeordnet, in der die feste und die bewegliche Kondensatorelektrode untergebracht sind. Hierbei wird ein Balg verwendet, der sowohl als dehnbare Wand des Vakuumgefäßes mit den Elektroden als auch als hermetisch dichtende Isolation des Übertragungsmechanismus und des Motors vom Inneren des Gefäßes dient«, Während bei dieser Anordnung übliche organische Schmiermittel verwendet werden können und das Vakuumgefäß gegen Motor und Übertragungsmechanismus abgedichtet ist, hat sie den Nachteil, daß dort eine beachtliche Druckdifferenz am Balg besteht, nämlich atmosphärischer Druck außerhalb des Balgs und ein

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Hochvakuum in der Größenordnung von 10 bis 1O~ Torr innerhalb des Balges wirkt. Wegen dieses hohen Druckunterechiedes treten am Balg große Kräfte auf, die dessen Lebensdauer und somit die des Kondensators beschränken. Zusätzlich bedingt dieser Druckunterschied ein hohes Drehmoment am Motor, was zusätzliche Kosten und Raum bei der Einrichtung erfordert.

Bei der anderen Anordnung eines motorbetriebenen, veränderbaren Kondensators sind Motor und Übertragungsmechanismus im Hochvakuumgefäß des Kondensators untergebracht, wodurch das Problem

K 10 des Druckunterschiedes beseitigt ist. Hierbei tritt aber der Nachteil auf, daß Motor- und Übertragungsmechanismus im Vakuumgefäß des Kondensators den Strahlungstemperaturen unterworfen sind, die während der Herstellung des Gefäßes und der Entgasung seiner Teile auftreten und im Bereich von *f00 bis 550 C liegen. Da die üblichen organischen Lacke, das Isoliermaterial und die Schmiermittel für den Elektromotor bei solchen Temperaturen ver- ~ dampfen und somit die Elektroden des Kondensators verunreinigen würden, ist es bei dieser Ausführung eines Kondensators notwendig, daß teuere Motore verwendet werden, die besondere anorganisehe Isoliermaterialien und Schmiermittel besitzen. Auch diese Anordnung erfordert die Verwendung von fett- und ölfreien Lagern für die Motorwelle und den Übertragungsmechanismus, was ein Fest-

" fressen erleichtert und die Teile innerhalb des Vakuumgefäßes einem starken verschleiß unterwirft. Aufgabe und Gegenstand der Erfindung ist es deshalb, einen motorbetriebenen, veränderbaren Vakuumkondensator anzugeben, der die beschriebenen Nachteile nicht aufweist.

Gemäß der Erfindung ist das hermetisch verschlossene Gefäß mit dem motorbetriebenen, veränderbaren Vakuumkondensator durch eine dehn-JO bare dichte Einrichtung, beispielsweise durch einen Metallbalg, in zwei getrennte Kammern unterteilt. Die feste und die bewegliche Elektrode des Kondensators sind in der einen Kammer untergebracht, während sich Motor und Antriebsmechanismus für die bewegliche Elek-

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trode in der zweiten Kammer befinden. Wie bei konventionellen Kondensatoren wird der Balg hermetisch mit der beweglichen Elektrode verbunden, so daß eine axiale Verschiebung der Elektrode durch den übertragungsmechanismus möglich ist. Die Kammer, die die Elektroden des Kondensators enthält, ist auf ein hohes Vakuum gebracht, während die andere Kammer einen niedrigeren Vakuuagrad aufweist, nämlich das Mittel zwischen dem Hochvakuum in der Elektrodenkammer und dem atmosphärischen Druck. Durch diese Anordnung wird die Druckdifferenz am Balg wesentlich verringert, der die beiden Kammern voneinander trennt. Somit werden auch das Drehmoment des Motors und die die Lebensdauer beeinträchtigenden Beanspruchungen wesentlich herabgesetzt, wobei Motor und Übertragungsmechanismus außerhalb des Hochvakuumgefäßes des Kondensators angeordnet sind. Weil die Kammer, die Motor und Übertragungsmechanisaus enthält, auf einen verhältnismäßig geringen Grad evakuiert ist, kann außerdem ein handeleüblicher Motor mit organischen Lacken und Isoliereaterialien verwendet werden, wie auch für die Welle dee Motors und den Übertragungsmechanismus organische Schmiermittel verwendet werden.

Zur Erläuterung der Erfindung wird mit Hilfe der Zeichnung ein Ausführungsbeispiel beschrieben. Die Zeichnung zeigt in Längsschnittdarstellung einen nach der Erfindung konstruierten Kondensator.

Der Kondensator 10 enthält ein hermetisch abgedichtetes Gehäuse mit den Kammern 12 und 1*4·. In Kammer 12 befindet sich ein rohrförmiger Isolierstoffkörper 16, vorzugsweise aus keramischen Stoff, der an seinem unteren Ende durch eine metallische Endwand 18 verschlossen ist. Die Wand 18 ist zentrisch durchbohrt und hält in der Bohrung 20 ein metallisches Rohr 22, das als Ventil zur Entgasung der Kammer 12 dient. Nach der Entgasung der Kammer wird das Rohr zusammengepreßt und durch eine Kappe 2^ geschützt, die an der Wandung 18 befestigt ist.

Ein zylindrischer Flansch 26, der hermetisch an den Rand der Wand 1S geschweißt ist, erstreckt sich in die Kammer 12 und ist an seinem

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inneren Ende mit einem weiteren radial verlaufenden, verhältnismäßig dünnem Flansch 28, beispielsweise durch Löten, an die benachbarte metallisierte Endfläche des keramischen Gehäuseteils· 16 hermetisch dicht befestigt. Der zylindrische Flansch 28 ist im Durchmesser etwas kleiner als das rohrförmige keramische Teil 16 und trifft in praktisch rechtem Winkel auf den Flansch 26.

Zum Anpassen der Unterschiede von thermischer Ausdehnung und Kontraktion zwischen dem keramischen Teil 16 und dem metallischen Flansch 26 wird der Flansch mit einem dünneren unteren Teil 30 versehen, der radial zum Flansch 28 verläuft und mit einer scharfen Fläche 32 in das Innere des Flansches 25 weist. Da der Flansch 26 sich in größerem Maß ausdehnt und zusammenzieht als das keramische Gehäuseteil 16, kompensiert somit der dünne untere Teil 30 des Flansches durch Biegung die Scherbeanspruchung, die andererseits unmittelbar an der hermetischen Einheit auftreten kann. Die Dicke des Flansches 26 ist so gewählt, daß das keramische Glied' diesen Teil der Konstruktion beherrschen kann. Dies wird dadurch unterstützt, daß ein Ring Jk an die Fläche des Flansches 28 gegenüber dem keramischen Abschnitt 16 gelegt wird»

An die Innenfläche 36 der Endwandung 18 ist ein Satz Kondensatorplatten mit mehreren zylindrischen, konzentrisch angeordneten, dünnen Metallplatten angelötet. Das Ende jeder Platte 38 an der Endwandung 18 ist mit einem radial,nach innen verlaufenden Flanschteil versehen, der eine starre Halterung der Platten zueinander und an der Endwandung 18 bewirkt.

Das gegenüberliegende obere Ende des keramischen Abschnitts 16 ist durch eine Endkappe ^O verschlossen, die auch als bewegliche Endkappe der Kammer 12 dient. Diese Kappe enthält einen axial verlaufenden zylindrischen Metallflansch ^2, der in den keramischen Abschnitt hineinreicht und mit einem radial verlaufenden Flansch hk an seinem inneren Ende versehen ist, das hermetisch mit der zugehörigen metallisierten Endfläche des keramischen Gehäuseabschnitts 16 verbunden ist. Der Flansch hz besitzt eine dem Flansch 26 ähn-

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liehe Form, um thermische Ausdehnungen und Kontraktionen in der beschriebenen Weise zu kompensieren. Ein keramischer Ring k6 dient zum Verstärken der Vereinigung zwischen dem Flansch kk und dem keramischen Abschnitt 16. Die ringförmige Endwandung ^8 ist mit einem nach oben gerichteten zylindrischen Flansch 50 versehen, der durch Löten mit der oberen Innenfläche des Flansches A-2 hermetisch verbunden istο Die Endwandung kB ist durch einen Ring 52 verstärkt, der an seiner Oberseite angeschweißt ist. Endwandung k8 und Hing 52 tragen mehrere nach oben gerichtete, mit Innengewinde versehene Vorsprünge 3k. Mit diesen ist eine Montageplatte 56 mit einer zentrischen Bohrung durch Befestigungselemente 58 verbunden.

Eine dehnbare Dichtung, vorzugsweise in Form eines Metallbalgs 60, dient zum Trennen der beiden Kammern 12 und *\k des Kondensatorgehäuses. Der Balg ist in der Kammer 12 konzentrisch befestigt und an seinem inneren oder unteren Ende mit der beweglichen metallischen Endplatte 62 der Elektrode verlötet. An die untere Fläche der Platte 62 ist ein Satz beweglicher Kondensatorplatten 6k von im allgemeinen derselben Bauart wie die festen Platten angelötet und mit Abstand zwischen diese geschoben» Das obere Ende des Balgs 60 ist mit der inneren Umfangskante 65 der ringförmigen Endwandung k& und mit der Außenfläche einer konzentrisch angeordneten Muffe 66 des Übertragungsmechanismus 68 für die beweglichen Kondensatorplatten 6k verschweißt. Der Übertragungsmechanismus enthält zusätzlich zur Muffe 66 eine hohle Stange 70, die gleitend an den oberen und unteren Lagerflächen 72 und 7k der Muffe geführt wird. Das untere Ende der Stange 70 ist durch Schweißen fest mit einer Platte 76, die eine in der Mitte liegende Vertiefung besitzt, befestigt, die wiederum mit der Oberfläche der Endplatte 62 verschweißt ist.

Die Gehäusekammer 1^ enthält das Innenteil des Balgs 60, in dem der Ubertragungsmechanismus befestigt ist, einen mittleren Abschnitt 77 und einen oberen zylindrischen Gehäuseabschnitt 78.

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Der mittlere Abschnitt 77 ist an seinem unteren Ende mit einem zylindrischen Flansch 80 kleineren Durchmessers versehen, der an die Außenfläche der Muffe 66 angeschweißt ist. Der Mittelabschnitt 77 enthält einen oberen größeren zylindrischen Teil 82, der dicht in eine zentrische Bohrung 8*l· in der Platte 56 eingepaßt ist. Das obere Ende des zylindrischen Teils 82 trägt eine runde Platte 86, die das Gehäuse 78 aufnimmt. Diese Teile sind durch Löten oder Schweißen hermetisch miteinander verbunden.

Im Gehäuse ?8 befindet sich ein Umkehrmotor 88, der durch mehrere Bolzen 90 an der Platte gehalten wird. Die Motorspeiseleitung 92 fc ist an eine hermetisch dichte Steckvorrichtung Sk im oberen Teil des Gehäuses 78 geführt.

Die Motorwelle 96 enthält vorzugsweise zwei Abschnitte 98 und 100, die durch eine Kupplung 101 miteinander verbunden sind. Diese Kupplung enthält die Teile 102 und 103, die an den beiden entsprechenden Wellenteilen 98 und 100 befestigt sind und untereinander durch eine schraubenförmige Feder i0*f miteinander verbunden sind, die verdrehungsfest, aber seitlich beweglich ist, um eine Fehlausrichtung zwischen dem Wellenteil 98 und dem Übertragungsmechanismus 68 aufzunehmen. Der Wellenteil 100 liegt drehbar in einem Drucklager 105, das sich auf der Platte 86 befindet und an seinem unteren Teil mit einem Gewinde versehen ist, das in den inneren oberen Abschnitt * der Stange 70 eingeschraubt ist. Mehrere Durchgänge 108 in der Platte 86 verbinden den Raum im Gehäuse 78 mit dem zylindrischen Abschnitt 77 und mit dem Inneren des Balgs 60.

Ein Ventil 110 in Form einer metallischen Röhre am Gehäuse 78 dient zum Entgasen der Kammer.

Beim motorbetriebenen,veränderbaren Kondensator nach der Erfindung sind die festen und die beweglichen Kondensatorplatten 38 und Sk in einer hermetisch diehten Kammer 12 eingeschlossen, die von einer

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zweiten hermetisch dichten Kammer 1*f mit dem Motor 88 und dem Übertragungsmechanismus 68 durch den Balg 60 isoliert ist· Die

-5 Kammer 12 wird durch das Rohr 22 auf einen Unterdruck von 10

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bis 10 Torr gebracht, was der normale Vakuumgrad für Vakuumkondensatoren ist. Der Wert'von Null Torr ist gleich einem vollständigen Vakuum, während der Wert 76O Torr gleich der Atmosphäre, d.h. gleich 1 kg pro Quadratzentimeter ist. Dieses verhältnismäßig hohe Vakuum befindet eich somit in der Kammer 12.'

Nach dem Hauptmerkmal der Erfindung wird in der Kammer 1*t durch Entgasen durch das Rohr 110 hindurch ein verhältnismäßig geringeB Vakuum τοη 1 bis 500 Torr vorgesehen. Der bevorzugte Vakuumgrad in der Kammer 1*f ist etwa 25 Torr. Durch ein hohes Vakuum in der Kammer 12 und ein verhältnismäßig geringes Vakuum in der Kammer "\k wird somit die Druckdifferenz am Balg 60, die in üblichen von außen mit einem Motor betriebenen veränderbaren Kondensatoren besteht, stark herabgesetzt und dadurch auch die Beanspruchung des Balgs herabgesetzt, seine Lebensdauer erhöht und das notwendige Drehmoment des Motors 88 kann kleiner gehalten werden. Die Druckdifferenz zwischen beiden Kammern reicht zum Überwinden eines Spiele zwischen der Gewindewelle 100 und der Stange 70 beim Richtungswechsel des Motors 88 aus. Weil sich der Motor 88 und der Ubertragungsmechanismus 68 in einem Gefäß verhältnismäßig niedrigen Vakuums befinden, kann zusätzlich ein organisches Schmiermittel an den Lagern benutzt werden. Es werden somit die Probleme des Fressens, das im Hochvakuum auftritt, gelöst. Es gibt Schmiermittel mit einem Verdampfungsdruck von weniger als 1 Torr, das somit für die Verwendung in der Kammer 1^f geeignet ist.

Die Erfindung hat ferner den Vorteil, daß die Lagerflächen der Motorwelle und des Übertragungsmechanismus von atmosphärischen Einflüssen, wie Schmutz, Staub, Feuchtigkeit, Rauch usw. frei sind. Auch die Antriebseinheit des Kondensators, nämlich das Gehäuse 78, der 3ehäuseabschnitt 77₁ der Motor 88, die Kupplung 102, die Welle 96 und das Drucklager 10** können in der Kammer 1^ zu-

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sammengefaßt werden, nachdem diese einer Ausglühtempsratür für das Entgasen ihrer metallischen Teile entworfen worden let· Folglich, kann der Motor von üblicher Bauart mit organischen Lacken, Isolationsmaterialien und Schmiermitteln sein.

Beim Betrieb des Kondensators 10 wird die Welle 96 gegen eine axiale Verschiebung durch das Drucklager 104- gehalten, kann eich aber mit dem Motor 88 drehen. Die Erregung des Motors sum Kotieren des Gewindewellenabschnitts 100 bewirkt eine axiale Übertragung auf die Stange 70, die somit die beweglichen Elektroden 6k in und m 10 aus dem Baum zwischen den festen Elektroden 38 führt* Die komplementären Eingriffsmittel an der Außenfläche der Welle 100 und der Stange 70 sind zwar mit Schraubengewinde versehen. Es können aber auch andere geeignete Einrichtungen verwendet werden«

Die Ausdrücke Hochvakuumkammer und Niedrigvakuum beziehen sich auf die Kammer 12 und 1*l· und bezeichnen nur den Grad der Entgasung dieser Kammern und nicht ihre relative Höhenlage* Offensichtlich kann der Kondensator 10 in jeder beliebigen physikalischen Orientierung verwendet werden, wobei entweder die Kammern übereinander oder auf demselben Niveau liegen.

8 Patentansprüche
1 Zeichnung, 1 Fig,

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Claims

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Patentansprüche

Veränderbarer, motorbetriebener Vakuumkondensator, gekennzeichnet durch zwei hermetisch dichte Kammern (12,1*0, von denen die erste (12) die festen und beweglichen Elektroden (38,64) und die zweite (14) einen Umkehrmotor (88) und den Übertragungsmechanismus (66,70,72,7¹O enthält.
2. Vakuumkondesnator nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die erste Kammer (12) einen rohrförmigen Isolierkörper (i6) und je eine metallische Wand (18,48) an den Enden des Isolierkörpers (16) besitzt, wobei eine der Wände (48) ringförmig ist und koaxial mit einem Metallbalg (60) dicht verbunden ist und eine Führungseinrichtung (70) für die beweglichen Elektroden (64) in den Balg (60 hineinragt, die mit dem Übertragungsmechanismus (66,70, 72,74) verbunden ist.
3. Vakuumkondensator nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Einrichtung zum Führen der beweglichen Elektroden (64) eine hohle Stange (70) ist, die an einem Ende mit einem Innengewinde (106) versehen ist und am anderen zu den beweglichen Platten gerichtet ist, wobei das Antriebsglied (100) in ein·· Gewinde (1O6) am. anderen Ende der hohlen Stange (70) eingreift.
4. Vakuumkondensator nach Anspruch 3» dadurch gekennzeichnet, daß eine konzentrische Muffe (66) zwischen der hohlen Stange (70) und dem Balg (60) liegt, mit der ringförmigen Wand (48) verbunden ist und die hohle Stange (70) trägt, die axial verschiebbar ist.
5. Vakuumkondensator nach Anspruch 3» dadurch gekennzeichnet, daß das Antriebsglied die Antriebswelle (96) des Motors (88) ist, die zwei koaxiale Abschnitte (98,100) enthält, die untereinander durch eine flexibele Kupplung (102,103,104) verbunden sind."

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6. Vakuumkondensator nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß ein Ventil (22,9*0 an jeder Kammer (12,1¹O' für deren getrennte Entgasung rorgesehen ist·
7· Vakuumkondensator nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß in der zweiten Kammer (1¹O für das Antriebeglied (100) ein Lager (105) Torgesehen ist.
8. Vakuumkondensator nach Anspruch 1, dadur ch geke nnzei c hne t, daß die erste Kammer (12) ein Vakuum τοη etwa 10 bis 10-' Torr und die zweite Kammer (1¹O ein Vakuum τοη etwa 1 bis Torr aufweist.

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