DE19718107C2 - Vakuumschaltrohr - Google Patents

Description

HINTERGRUND DER ERFINDUNG 1. Anwendungsgebiet der Erfindung

Die vorliegenden Erfindung betrifft ein Vakuumschaltrohr, insbesondere eine verstärkende Struktur für eine erste Endkappe eines Vakuumschaltrohrs.

2. Beschreibung des Stands der Technik

Fig. 7 ist eine Teilansicht, die ein herkömmliches Vakuumschaltrohr illustriert, das beispielsweise in der JP 60-205929 A offenbart ist.

In der Zeichnung besteht ein isolierender Behälter 1 aus Aluminiumoxid-Keramik und ist zylinderförmig ausgebildet, dessen beide Enden mit einer metallisierten Schicht (nicht gezeigt) ausgestattet sind, die ungefähr 20 µm ist und aus Mo-Mn zusammengesetzt ist. Eine erste Endkappe 2 und eine zweite Endkappe 3 sind entsprechend koaxial an beiden Enden des isolierenden Behälters 1 durch Löten angebracht. Der Zusammenbau wird in erster Linie mit einem auf Silber basierenden Lötfüllmetall durchgeführt. Eine feste Stabelektrode 4 ist mit der ersten Endkappe 2 verbunden, bzw. eine bewegliche Stabelektrode 5 ist mit der zweiten Endkappe 3 über ein Faltelement 6 durch Löten verbunden. Ein Paar Elektroden 7 und 8 sind entsprechend mit der festen Stabelektrode 4 und der beweglichen Stabelektrode 5 mittels Löten verbunden, und sie sind so angeordnet, dass sie einander gegenüberliegen.

Faltelement 6 ist aus einem dünnen Blatt aus rostfreiem Stahl gemacht; dies erlaubt die bewegliche Stabelektrode 5 zu bewegen, während Luftdichtigkeit aufrecht erhalten wird. Abschirmungen 9 und 10 sind angeordnet, um die innere Oberfläche des isolierenden Behälters 1 und das Faltelement 6 zu bedecken, um so die innere Oberfläche des isolierenden Behälters 1 und das Faltelement 6 vor dem Kontaminieren des durch einen Lichtbogen erzeugten Metalldampfes zu schützen.

Eine harzartige Führung 11, die die bewegliche Stabelektrode 5 wenn sie bewegt wird führt, ist mit einer Schraube oder dergleichen (nicht gezeigt) an einer Führungsbefestigungsplatte 12 angebracht, die an der zweiten Endkappe 3 gesichert ist, nachdem der Zusammenbau der Vakuumschaltröhre mittels Löten abgeschlossen ist.

Die erste Endkappe 2 und die zweite Endkappe 3 sind an den isolierenden Behälter 1 gelötet, der aus Aluminiumoxid- Keramik besteht; deshalb verwenden sie als Material dafür eine Fe-Ni-Co-Legierung oder Fe-Ni Legierung, die einen thermischen Ausdehnungskoeffizienten ähnlich dem der Aluminiumoxid-Keramik hat, oder eine Cu-Ni Legierung oder dergleichen, die einen von der Aluminiumoxid-Keramik erheblich verschiedenen thermischen Ausdehnungskoeffizienten hat, aber deren Restbelastung aufgrund plastischer Deformation abnimmt.

Egal welche Art von Legierung benutzt wird, die Legierung ist im allgemeinen dünn, ungefähr 0,5 mm bis ungefähr 1 mm, da ein großer Lötbereich auf der Keramik zu einer größeren Restbelastung führt, die häufig die Keramik bricht, und auch weil das Material teuer ist.

Wenn das so konfigurierte Vakuumschaltrohr für eine Hochspannung oder Starkstromanwendung benutzt wird, ist es nötig, dass die erste Endkappe 2 eine hohe Festigkeit hat.

Insbesondere wenn es für eine Hochspannungsanwendung benutzt wird, funktioniert das bewegliche Kontaktstück 8 zum Schaltzeitpunkt schnell und die erste Endkappe 2 wird wiederholt einer axialen Last unterworfen. Wenn ein großer Strom angelegt wird, so wird eine große elektromagnetische Kraft in senkrechter Richtung zu der Achse erzeugt; zu diesem Zeitpunkt ist die bewegliche Stabelektrode 5 einer Kraft in senkrechter Richtung von der Achse unterworfen, und die Kraft wird weitergeleitet von der harzartigen Führung 11, zu der Führungsbefestigungsplatte 12, zu der zweiten Endkappe 3, zu dem isolierenden Behälter 1 und der ersten Endkappe 2 in aufgelisteter Reihenfolge. Eine große Biegebelastung wirkt auf die erste Endkappe 2 ein mit der festen Stabelektrode 4 als Drehpunkt.

Somit hat das herkömmliche Vakuumschaltrohr dahingehend ein Problem, dass die Last oder Biegebelastung, die wiederholt auf die erste Endkappe 2 einwirkt, zu einer beschädigten Vakuumluftdichtigkeit der gelöteten Verbindung zwischen der festen Stabelektrode 4 und der ersten Endkappe 2 führt.

Des weiteren, da beide Enden des isolierenden Behälters 1 mit einer metallisierten Schicht versehen sind, die ungefähr 20 µm ist und aus Mo-Mn zusammengesetzt ist, wenn das Vakuumschaltrohr für eine Hochspannungsanwendung benutzt wird, und wenn das Vakuumschaltrohr für eine Hochspannungsanwendung benutzt wird, stellen die scharfen Ränder des isolierenden Behälters 1 ein Problem dahingehend dar, dass eine extrem hohe elektrische Feldstärke resultiert.

Um das Problem der beschädigten Vakuumluftdichtigkeit an der gelöteten Verbindung zwischen der festen Stabelektrode 4 und der ersten Endkappe 2 zu lösen, ist in der Vergangenheit im allgemeinen ein Verfahren verwendet worden, wobei ein verstärkendes Element 13 mittels Löten zwischen der ersten Endkappe 2 und der festen Stabelektrode 4 zum Zwecke der Verstärkung hinzugefügt wird.

Insbesondere ist ein Abschnitt mit kleinem Durchmesser 4a an am Rand der festen Stabelektrode 4 vorgesehen, ein Loch durch welches der Abschnitt mit kleinem Durchmesser 4a geführt wird ist in der Mitte der ersten Endkappe 2 ausgebildet, und ein Mittelloch durch welches der Abschnitt mit kleinem Durchmesser 4a geführt wird, ist in der Mitte des scheibenförmigen verstärkenden Elementes 13 ausgebildet. Zu diesem Zeitpunkt teilen die Mittellöcher, die in der ersten Endkappe 2 und in dem verstärkenden Element 13 ausgebildet sind, den gleichen Innendurchmesser.

Dann wird die Endkappe 2 über dem verstärkenden Element 13 angebracht und der Abschnitt mit kleinem Durchmesser 4a der festen Stabelektrode 4 wird durch die Mittellöcher, wie in Fig. 9 gezeigt, geführt. Das verstärkende Element 13 und die erste Endkappe 2 sind an dem Abschnitt mit kleinem Durchmesser 4a der festen Stabelektrode 4 positioniert, so dass sie koaxial angebracht sind. Ein Lötfüllmetall 16b wird zwischen dem abgestuften Bereich, der zwischen einem Abschnitt mit großem Durchmesser 4b und dem Abschnitt mit kleinem Durchmesser 4a der festen Stabelektrode 4 gelegen ist, und dem verstärkenden Element 13 angebracht, und ein Lötfüllmetall 16a wird zwischen dem verstärkenden Element 13 und der ersten Endkappe 2 angebracht, dann werden die Lötfüllmetalle 16a und 16b in einer Hochtemperaturreduktionsatmosphäre zum Verbinden der Komponenten geschmolzen.

Herkömmlicherweise ist ein Feldrelaxationsring, wie in Fig. 10 gezeigt, verwendet worden, um das Problem der extrem hohen elektrischen Feldstärke an beiden Enden des isolierenden Behälters 1 zu lösen.

Insbesondere ist ein Abschnitt mit kleinem Durchmesser 4a an einem Ende der festen Stabelektrode 4 vorgesehen, und ein Mittelloch, in das der Abschnitt mit kleinem Durchmesser 4a eingeführt wird, ist in der Mitte der ersten Endkappe 2 ausgebildet. Ein zylindrischer Feldrelaxationsring 17 mit Boden hat ein Mittelloch in der Mitte von dessen Bodenoberfläche, durch welches der Abschnitt mit kleinem Durchmesser 4a geführt wird. Die in der ersten Endkappe 2 und in dem Feldrelaxationsring 17 ausgebildeten Mittellöcher haben den gleichen Innendurchmesser.

Wie in Fig. 10 gezeigt, wird dann die erste Endkappe an dem Feldrelaxationsring 17 angebracht und der Abschnitt mit kleinem Durchmesser 4a der festen Stabelektrode 4 wird durch die Mittellöcher geführt. Der Feldrelaxationsring 17 und die erste Endkappe 2 werden nahe dem Abschnitt mit kleinem Durchmesser 4a der festen Stabelektrode 4 positioniert, so dass sie koaxial angeordnet sind. Das Lötfüllmetall 16b (nicht gezeigt) wird zwischen dem abgestuften Bereich, der zwischen dem Abschnitt mit großem Durchmesser 4b und dem Abschnitt mit kleinem Durchmesser 4a der festen Stabelektrode 4 gelegen ist, und dem Feldrelaxationsring 17 angebracht, und das Lötfüllmetall 16a (nicht gezeigt) wird zwischen dem Feldrelaxationsring 17 und der ersten Endkappe 2 angebracht, dann werden die Lötfüllmetalle 16a und 16b in einer Hochtemperaturreduktionsatmosphäre zum Verbinden der Komponenten geschmolzen. Zu diesem Zeitpunkt erstreckt sich der Feldrelaxationsring 17 nach außen entlang der ersten Endkappe 2 und knickt dann nach unten, um sich in die Innenseite des isolierenden Behälters 1 zu erstrecken. Das Ende des isolierenden Behälters 1 wird mit dem Feldrelaxationsring 17 abgedeckt, was verhindert, dass das elektrische Feld an dem Ende des isolierenden Behälters 1 groß wird. Der Feldrelaxationsring 17 ist durch Löten mit der inneren Wandoberfläche der ersten Endkappe 2 verbunden, um die erste Endkappe zu verstärken.

Die zuvor beschriebene verstärkende Struktur der elektrischen Feldrelaxationsstruktur ist für die erste Endkappe 2 der herkömmlichen Vakuumschaltrohre verwendet worden, wohingegen der an die feste Stabelektrode 4 gelötete Bereich benötigt wird, um ebene, lötfreie Hohlräume zu haben, weil es entscheidend mit der Vakuumluftdichtigkeit zu tun hat. In der Tat ist es jedoch schwer, ebenes Löten über den gesamten Lötbereich zwischen der ersten Endkappe 2 und dem verstärkenden Element 13 oder dem Feldrelaxationsring 17 zu erreichen, da der Lötbereich groß ist. Ein weiteres Problem hat darin bestanden, dass präzise Flachheit benötigt wird, um keine Lücken zwischen überlappenden Komponenten zu versichern, was unvermeidlich zu hohen Kosten führt.

Die DE 39 26 619 A1 offenbart ebenfalls ein bekanntes Vakuumschaltrohr, umfassend einen zylindrischen, isolierenden Behälter, eine erste Endkappe und eine zweite Endkappe, die jeweils an einem Ende des isolierenden Behälters zum Verschließen der Enden angebracht sind. Eine feste Stabelektrode ist vorgesehen, in der ein Abschnitt mit kleinem Durchmesser auf einem axialen Ende des Abschnitts mit großem Durchmesser ausgebildet ist, der Abschnitt mit kleinem Durchmesser durch ein Mittelloch der ersten Endkappe geführt wird, ein abgestufter Bereich zwischen dem Abschnitt mit kleinem Durchmesser und dem Abschnitt mit großem Durchmesser luftdicht durch Löten um das Mittelloch der ersten Endkappe verbunden ist, und ein festes Kontaktstück an dem anderen axialen Ende befestigt und in dem isolierenden Behälter positioniert ist. Außerdem ist eine bewegliche Stabelektrode vorgesehen, die ein bewegliches Kontaktstück an deren einem Ende befestigt hat, das luftdicht über ein Faltelement an der zweiten Endkappe befestigt ist, so dass das bewegliche Kontaktstück im isolierenden Behälter positioniert wird, und die das bewegliche Kontaktstück zu oder von dem festen Kontaktstück wegbewegt.

ZUSAMMENFASSUNG DER ERFINDUNG

Die vorliegende Erfindung ist in Hinsicht der Lösung der oben beschriebenen Probleme gemacht worden, und es ist eine Aufgabe der Erfindung, ein ökonomisches Vakuumschaltrohr bereitzustellen, das höchst zuverlässig im Hinblick auf Vakuumluftdichtigkeit ist und das hohe Festigkeit aufweist, wobei gleichzeitig die Tendenz des Vakuumschaltrohrs und insbesondere der festen Stabelektrode reduziert wird, sich bezüglich der Achse des Vakuumschaltrohrs zu neigen.

Die oben genannte Aufgabe wird gelöst durch ein Vakuumschaltrohr gemäß dem Patentanspruch 1. Demzufolge ist ein scheibenförmiges verstärkendes Element, das ein Mittelloch mit einem größeren Durchmesser als dem des Mittellochs der ersten Endkappe hat, an der Außenwandoberfläche der ersten Endkappe angebracht, so dass die Mittellöcher koaxial angeordnet sind und durch Löten mit der Außenwandoberfläche der ersten Endkappe verbunden sind.

KURZE BESCHREIBUNG DER ABBILDUNGEN

Fig. 1 ist eine Teilansicht, die ein Vakuumschaltrohr gemäß der ersten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung zeigt;

Fig. 2 ist eine Teilansicht, die eine feste Teilkonstruktion in dem Vakuumschaltrohr, gemäß der ersten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung zeigt;

Fig. 3 ist eine Teilansicht, die eine bewegliche Teilkonstruktion des Vakuumschaltrohres, gemäß der ersten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung zeigt;

Fig. 4 ist eine Teilansicht, die eine Konstruktion des isolierenden Behälters in dem Vakuumschaltrohr, gemäß der ersten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung zeigt;

Fig. 5 ist eine Teilansicht, die ein Vakuumschaltrohr, gemäß einer zweiten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung zeigt;

Fig. 6 ist eine Teilansicht, die ein Vakuumschaltrohr, gemäß einer dritten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung zeigt;

Fig. 7 ist eine Teilansicht, die ein herkömmliches Vakuumschaltrohr zeigt;

Fig. 8 ist eine Teilansicht, die ein anderes herkömmliches Vakuumschaltrohr zeigt;

Fig. 9 ist eine Teilansicht, die eine Konstruktionseinheit in einem anderen herkömmlichen Vakuumschaltrohr zeigt, und

Fig. 10 ist eine Teilansicht, die noch ein anderes herkömmliches Vakuumschaltrohr zeigt.

DETAILLIERTE BESCHREIBUNG DER BEVORZUGTEN AUSFÜHRUNGSFORMEN

Die Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung werden jetzt im Zusammenhang mit den begleitenden Abbildungen diskutiert.

Erste Ausführungsform

Fig. 1 ist eine Teilansicht, die ein Vakuumschaltrohr gemäß der ersten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung zeigt; die identischen oder entsprechenden Komponenten zu denen der in Fig. 7 bis Fig. 10 gezeigten herkömmlichen Vakuumschaltrohre sind mit gleichen Bezugsziffern bezeichnet, und auf deren Beschreibung wird verzichtet.

In der Zeichnung hat ein scheibenförmiges verstärkendes Element 13 in dessen Mittel ein Mittelloch, das einen größeren Durchmesser hat als ein in einer ersten Endkappe ausgebildetes Mittelloch.

Das Herstellungsverfahren für das Vakuumschaltrohr gemäß der ersten Ausführungsform wird nun beschrieben.

Bezugnehmend auf Fig. 2 wird der Montagevorgang einer festen Komponenteneinheit beschrieben.

Ein Lötfüllmetall 14b wird auf dem abgestuften Abschnitt zwischen einem Abschnitt mit kleinem Durchmesser 4a und einem Abschnitt mit großem Durchmesser 4b einer festen Stabelektrode 4 angebracht, und der Abschnitt mit kleinem Durchmesser 4a wird in das Mittelloch einer ersten Endkappe 2 eingeführt, um die erste Endkappe 2 anzubringen. Dann wird ein Lötfüllmetall 14a auf der ersten Endkappe 2 angebracht, und der Abschnitt mit kleinem Durchmesser 4a wird in das Mittelloch eines verstärkenden Elements 13 von oberhalb des Lötfüllmetalls 14a eingeführt, um somit das verstärkende Element 13 anzubringen. Des weiteren wird eine aus Keramik gemachte zylindrische Spannvorrichtung 15 in den Abschnitt mit kleinem Durchmesser 4a zum Positionieren des verstärkenden Elements 13 eingeführt. Der Innendurchmesser der Spannvorrichtung 15 ist nahezu gleich dem Außendurchmesser des Abschnittes mit kleinem Durchmesser 4a, und dessen Außendurchmesser ist nahezu gleich dem Durchmesser des Mittelloches des verstärkenden Elements 13. Somit ist das Mittelloch des verstärkenden Elements 13 an die Spannvorrichtung 15 angepasst, so dass das verstärkende Element 13 koaxial bezüglich des Abschnittes mit kleinem Durchmesser 4a angebracht ist, während das Mittelloch der ersten Endkappe 2 an den Abschnitt mit kleinem Durchmesser 4a angepasst ist, so dass die erste Endkappe 2 koaxial bezüglich des Abschnittes mit kleinem Durchmesser 4a angebracht ist.

Eine festes Kontaktstück 7 wird an einem Ende der festen Stabelektrode 4 über ein Lötfüllmetall 14c bereitgestellt.

Danach werden die Lötfüllmetall 14a, 14b und 14c in einer Hochtemperaturreduktionsatmosphäre geschmolzen, um die erste Endkappe 2, die feste Stabelektrode 4 und das verstärkende Element 13 zu verbinden, und um die feste Stabelektrode 4 und das feste Kontaktstück 7 zu verbinden, um somit die feste Komponenteneinheit zusammenzusetzen.

Bezugnehmend auf Fig. 3 wird nun der Montagevorgang einer beweglichen Komponenteneinheit beschrieben.

Eine zweite Endkappe 3 und eine Abschirmung 10 sind über Lötfüllmetalle an beiden Enden von Federn 6 angebracht, und ein bewegliches Kontaktstück 8 und die Abschirmung 10 sind mit der beweglichen Stabelektrode 5 über Lötfüllmetalle verbunden. Dann werden die Lötfüllmetalle in einer Hochtemperaturreduktionsatmosphäre geschmolzen, um die bewegliche Stabelektrode 5, das bewegliche Kontaktstück 8, und die Abschirmung 10 zu verbinden, um somit die bewegliche Komponenteneinheit zusammenzubauen.

Jetzt bezugnehmend auf Fig. 4 wird der Montagevorgang einer Einheit des isolierenden Behälters beschrieben.

Metallisierte Schichten, die ungefähr 20 µm sind und aus Mo- Mn zusammengesetzt sind, werden an beiden Enden eines isolierenden Behälters 1 ausgebildet. Die Innenwandoberfläche des isolierenden Behälters ist mit einer Stufe ausgestattet, und eine Abschirmung 9 ist an der Stufe durch Abdichten oder Schweißen befestigt, um somit die Einheit des isolierenden Behälters zusammenzusetzen.

Danach werden die feste Komponenteneinheitsanordnung und die bewegliche Komponenteneinheitsanordnung entsprechend auf den Enden der Einheitsanordnung des isolierenden Behälters angebracht, Lötfüllmetalle werden dann auf den Enden des isolierenden Behälters 1 angebracht, bevor sie in einen Vakuumofen gelegt werden. Der Vakuumofen wird auf ein hohes Vakuum von 10^-4 Torr oder weniger evakuiert, und die gesamte Anordnung wird bei einer hohen Temperatur, die zwischen 400 und 600°C liegt, gebacken, um eine ausreichende Entgasung zu versichern, die Temperatur wird dann auf den Schmelzpunkt des Lötfüllmetalls erhöht, um das Lötfüllmetall auf beiden Enden des isolierenden Behälters 1 zu schmelzen, und die gesamte Anordnung wird vor der Durchführung des endgültigen luftdichten Verschlusses gekühlt. In dem letzten Schritt wird eine Führungsbefestigungsplatte 12 an der äußeren Oberfläche der zweiten Endkappe 3 befestigt, und eine harzartige Führung wird an die bewegliche Stabelektrode 5 angepasst und an der Führungsbefestigungsplatte 12 befestigt, um somit das Vakuumschaltrohr zusammenzubauen.

In der so zusammengebauten festen Komponenteneinheit des Vakuumschaltrohres ist der Durchmesser des Mittelloches des verstärkenden Elements 13 größer als das Mittelloch der ersten Endkappe 2, und das verstärkende Element 13 ist durch Löten mit der äußeren Oberfläche der Endkappe 2 verbunden, um somit die erste Endkappe mit hoher Stabilität bereitzustellen. Sogar wenn die Last oder Biegebelastung wiederholt auf die erste Endkappe 2 einwirkt, wird somit die Vakuumluftdichtigkeit an der gelöteten Verbindung, wo die feste Stabelektrode 4 und die erste Endkappe verbunden sind, nicht beschädigt, was eine höhere Zuverlässigkeit der Vakuumluftdichtigkeit erlaubt.

In der festen Komponenteneinheit des Vakuumschaltrohrs ist das verstärkende Element 13 durch Löten mit der äußeren Oberfläche der ersten Endkappe 2 verbunden, so dass das verstärkende Element 13 nicht an der Vakuumluftdichtigkeit beteiligt ist; somit braucht das Löten nicht eben und perfekt, ohne Hohlräume zu sein. Somit kann der Gebrauch von kostspieligen Lötfüllmetallen reduziert werden, und des weiteren wird die Flachheit nur für die verbindenden Oberflächen zwischen dem abgestuften Bereich des Abschnitts mit kleinem Durchmesser und dem Abschnitt mit großem Durchmesser 4b der festen Stabelektrode 4 und der ersten Endkappe 2 benötigt, die an der Vakuumluftdichtigkeit beteiligt sind, was somit eine einfachere Bearbeitung der Komponenten erlaubt, von denen die feste Komponenteneinheit mit resultierenden niedrigeren Kosten besteht.

Im Fall des in Fig. 8 gezeigten herkömmlichen Vakuumschaltrohrs werden die Faktoren, die für die Neigung des Vakuumschaltrohrs bezüglich der Achse verantwortlich sind, hauptsächlich durch Ebenheitsunterschiede des abgestuften Bereichs zwischen dem Abschnitt mit kleinem Durchmesser 4a und dem Abschnitt mit großem Durchmesser 4b der festen Stabelektrode 4, der Ebenheit der ersten Endkappe 2, der Ebenheit des verstärkenden Elements 13 verursacht, und durch den Grad des Absinkens der zwei Lötfüllmetalle 16a und 16b, wenn sie schmelzen. In der ersten Ausführungsform sind die zuvor genannten Faktoren nur durch die Flachheitsunterschiede des abgestuften Bereichs zwischen dem Abschnitt mit kleinem Durchmesser 4a und dem Abschnitt mit großem Durchmesser 4b der festen Stabelektrode 4, der Ebenheit der ersten Endkappe eliminiert, und durch den Grad des Absenkens des Lötfüllmetall 14, wenn es schmelzt. Gemäß der ersten Ausführungsform kann deswegen die Neigung des Vakuumschaltrohrs bezüglich der Achse reduziert werden.

Falls der Durchmesser des Mittellochs des verstärkenden Elements 13 auf einen Wert zwischen Außendurchmessern des Abschnitts mit kleinem Durchmesser 4a und dem Abschnitt mit großem Durchmesser 4b der festen Stabelektrode 4 gesetzt wird, dann wird der Mittelteil der ersten Endkappe 2, mit welcher das verstärkende Element 13 verbunden ist, keine dünnen Flecken haben, was eine hohe Festigkeit bezüglich eines Drehmoments versichert. Somit sollte der Durchmesser des Mittellochs des verstärkenden Elements 13 auf eine Abmessung zwischen Außendurchmessern des Abschnitts mit kleinem Durchmesser 4a und des Abschnitts mit großem Durchmesser 4b der festen Stabelektrode 4 eingestellt werden.

Zweite Ausführungsform

Fig. 5 ist eine Teilansicht, die ein Vakuumschaltrohr gemäß der zweiten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung zeigt.

In der zweiten Ausführungsform hat eine erste Endkappe 18 in dessen Mitte ein Mittelloch, das einen Durchmesser hat, der fast gleich dem des Außendurchmessers des Abschnitts mit kleinem Durchmesser 4a ist; sie ist mit einer Positionierverlängerung 18a ausgestattet, die nach außen von deren Außenrand hervorsteht.

Der Rest der Konfiguration der zweiten Ausführungsform ist gleich der der ersten Ausführungsform.

In der zweiten Ausführungsform ist das Lötfüllmetall 14b (nicht gezeigt) an dem abgestuften Bereich zwischen dem Abschnitt mit kleinem Durchmesser 4a und dem Abschnitt mit großem Durchmesser 4b der festen Stabelektrode 4 angebracht, und der Abschnitt mit kleinem Durchmesser 4a wird in das Mittelloch der ersten Endkappe 18 zum Anbringen der ersten Endkappe 18 eingeführt. Dann wird das Lötfüllmetall 14a (nicht gezeigt) auf der ersten Endkappe 18 angeordnet, und der Abschnitt mit kleinem Durchmesser 4a wird in das Mittelloch des verstärkenden Elements 13 von oberhalb des Lötfüllmetalls 14a eingefüllt, um somit das verstärkende Element 13 anzubringen. Das Mittelloch der ersten Endkappe 18 ist an den Abschnitt mit kleinem Durchmesser 4a angepasst, so dass die erste Endkappe 18 koaxial bezüglich des Abschnitts mit kleinem Durchmesser 4a positioniert ist, während die Außenrandoberfläche des verstärkenden Elements 13 mit der Positionierverlängerung 18a eingreift, so dass das verstärkende Element 13 koaxial zu dem Abschnitt mit kleinem Durchmesser 4a positioniert wird.

Das feste Kontaktstück 7 ist an einem Ende der festen Stabelektrode 4 über das Lötfüllmetall 14c (nicht gezeigt) vorgesehen.

Danach werden die Lötfüllmetalle 14a, 14b und 14c in einer Hochtemperaturreduktionsatmosphäre geschmolzen, um die erste Endkappe 18, die feste Stabelektrode 4 und das verstärkende Element 13 zu verbinden, und um die feste Stabelektrode 4 und das feste Kontaktstück 7 zu verbinden, und somit die feste Komponenteneinheit zusammenzubauen.

Gemäß der zweiten Ausführungsform kann somit der Bedarf der Spannvorrichtung 15 zum Positionieren des verstärkenden Elements 13 vermieden werden, wenn die feste Komponenteneinheit zusammengebaut wird, wodurch zur verbesserten Zusammenbaufähigkeit beigetragen wird.

Dritte Ausführungsform

Fig. 6 ist eine Teilansicht, die ein Vakuumschaltrohr gemäß der dritten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung zeigt.

In der dritten Ausführungsform ist der Außendurchmesser eines Feldrelaxationsrings 19 größer als der des Abschnitts mit großem Durchmesser 4a der festen Stabelektrode 4; der Feldrelaxationsring 19 ist als nach unten geschlossene zylindrische Form ausgebildet, die an dem Außenrand von dessen Boden nach innen gebogen ist, und sich soweit wie der Innendurchmesserabschnitt erstreckt, der etwas kleiner als der Innendurchmesser des isolierenden Behälters 1 ist und dann in eine Richtung senkrecht zu dessen Boden gebogen ist. In der Mitte des Bodens ist ein Mittelloch vorgesehen, das einen Durchmesser hat, der nahezu gleich dem Außendurchmesser des Abschnitts mit kleinem Durchmesser 4a ist. Das in der Mitte des verstärkenden Elements 20 ausgebildete Mittelloch ist kleiner als der Bodenaußendurchmesser des Feldrelaxationsrings 19, und größer als der Außendurchmesser des Abschnitts mit großem Durchmesser 4b der festen Stabelektrode 4.

Der Rest der Konfiguration dieser Ausführungsform ist der gleiche wie die Konfiguration der ersten Ausführungsform.

In der dritten Ausführungsform ist ein Lötfüllmetall an dem abgestuften Bereich zwischen dem Abschnitt mit kleinem Durchmesser 4a und dem Abschnitt mit großem Durchmesser 4b der festen Stabelektrode 4 angebracht, und der Abschnitt mit kleinem Durchmesser 4a wird in das Mittelloch des Feldrelaxationsrings 19 eingeführt, um den Feldrelaxationsring 19 anzubringen. Danach wird ein Lötfüllmetall an dem Feldrelaxationsring 19 angebracht, und der Abschnitt mit kleinem Durchmesser 4a wird in das Mittelloch der ersten Endkappe 2 von oberhalb des Lötfüllmetalls eingeführt, um somit die erste Endkappe 2 anzubringen. Ein Lötfüllmetall ist auf der ersten Endkappe 2 aufgetragen, und der Abschnitt mit kleinem Durchmesser 4a wird in das Mittelloch des verstärkenden Elements 20 von oberhalb des Lötfüllmetalls eingeführt, um das verstärkende Element 20 anzuordnen. Dann wird eine zylindrische, aus Keramik gemachte Spannvorrichtung (nicht gezeigt) in den Abschnitt mit kleinem Durchmesser 4a eingeführt, um das verstärkende Element 20 zu positionieren. Der Innendurchmesser der Spannvorrichtung ist nahezu gleich dem Außendurchmesser des Abschnitts mit kleinem Durchmesser 4a, und deren Außendurchmesser ist nahezu gleich dem Durchmesser des Mittellochs des verstärkenden Elements 20. Somit ist das Mittelloch des verstärkenden Elements 20 an die Spannvorrichtung angepasst, so dass das verstärkende Element 20 koaxial bezüglich dem Abschnitt mit kleinem Durchmesser 4a positioniert ist, während die Mittellöcher der ersten Endkappe 2 und des Feldrelaxationsrings 19 an den Abschnitt mit kleinem Durchmesser 4a angepasst sind, so dass sie koaxial bezüglich des Abschnitts mit kleinem Durchmesser 4a angeordnet sind.

Das feste Kontaktstück 7 ist an einem Ende der festen Stabelektrode 4 über ein Lötfüllmetall vorgesehen.

Danach werden die Lötfüllmetalle in einer Hochtemperaturreduktionsatmosphäre geschmolzen, um den Feldrelaxationsring 19, die feste Stabelektrode 4 und die erste Endkappe 2 zu verbinden, und um die erste Endkappe 2 und das verstärkende Element 20 zu verbinden, und um die feste Stabelektrode 4 und das feste Kontaktstück 7 zu verbinden und somit die feste Komponenteneinheit zusammenzubauen.

Somit ist in der festen Komponenteneinheit des Vakuumschaltrohrs gemäß der dritten Ausführungsform der Durchmesser des Mittellochs des verstärkenden Elements 20 kleiner als der maximale Durchmesser der Lötverbindung, wodurch der Feldrelaxationsring 19 und die erste Endkappe 2 miteinander verbunden werden, aber größer als der Außendurchmesser des Abschnitts mit großem Durchmesser 4b der festen Stabelektrode 4 ist, und das verstärkende Element 20 ist mit der Außenoberfläche der ersten Endkappe 2 verbunden; deshalb kann die erste Endkappe sehr stark gemacht werden und die Zuverlässigkeit einer Vakuumluftdichtigkeit kann auch verbessert werden, wie im Fall der ersten Ausführungsform.

Zusätzlich ist das verstärkende Element 20 durch Löten mit der Außenoberfläche der ersten Endkappe 2 verbunden, so dass das verstärkende Element 20 nicht an der Vakuumluftdichtigkeit beteiligt ist; somit braucht das Löten kein ebenes, hohlraumfreies, perfektes Löten zu sein. Somit kann der Gebrauch von kostspieligem Lötfüllmetall reduziert werden.

Des weiteren kann der Lötbereich, in dem der Feldrelaxationsring 19 und die erste Endkappe 2 miteinander verbunden sind, und deshalb an der Vakuumluftdichtigkeit beteiligt sind, minimiert werden, um ein perfektes Löten zu erlauben, d. h. hohlraumfreies, ebenes Löten. Das heißt, dass die Zuverlässigkeit der Vakuumluftdichtigkeit nicht beeinflusst wird.

Es gibt noch einen weiteren Vorteil: Die Ebenheit ist nur notwendig für die verbindenden Oberflächen zwischen dem Feldrelaxationsring 19 und der ersten Endkappe 2, und für die verbindenden Oberflächen zwischen dem abgestuften Bereich des Bereichs mit kleinem Durchmesser 4a und des Bereichs mit großem Durchmesser 4b der festen Stabelektrode 4 und dem Feldrelaxationsring 19, was somit eine einfachere Bearbeitung der Komponenten ermöglicht, von denen die feste Komponenteneinheit mit resultierenden niedrigeren Kosten besteht. In der dritten Ausführungsform ist der Durchmesser des Mittellochs des verstärkenden Elements 20 größer als der Außendurchmesser des Abschnitts mit großem Durchmesser 4b der festen Stabelektrode 4; jedoch kann der Durchmesser des Mittellochs des verstärkenden Elements 20 beliebige Abmessungen haben, solange er größer als der Außendurchmesser des Abschnitts mit kleinem Durchmesser 4a der festen Stabelektrode 4 ist.

Vierte Ausführungsform

Gemäß der vierten Ausführungsform wird das gleiche Material für das verstärkende Element 13 für die erste Endkappe 2 benutzt, wie in der ersten Ausführungsform beschrieben.

Wenn der thermische Ausdehnungskoeffizient der ersten Endkappe 2 signifikant verschieden von dem des verstärkenden Elements 13 ist, wird der Rückgang der beiden Komponenten während des Abkühlprozesses nach dem Löten differieren; deswegen wird sich die erste Endkappe 2 ein wenig deformieren, entsprechend dem Unterschied der thermischen Ausdehnungskoeffizienten. In der vierten Ausführungsform kann jedoch, da das verstärkende Element 13 und die erste Endkappe 2 das gleiche Material einsetzen, die Verformung minimiert werden, was ein sehr genaues Herstellen eines Vakuumschaltrohrs erlaubt.

In der vierten Ausführungsform benutzen das verstärkende Element 13 und die erste Endkappe 2 das gleiche Material; jedoch können das verstärkende Element 13 und die erste Endkappe 2 unter Verwendung verschiedener Materialien hergestellt werden. Eine optimale Kombination von verschiedenen Materialien für die erste Endkappe 2 ist Monelmetall, was eine Cu-Ni Legierung ist, und SUS310 für das verstärkende Element 13. Ein auf Austenit basierender rostfreier Stahl weist im allgemeinen eine hohe Widerstandsfähigkeit gegenüber Rost auf und gute Bearbeitungsfähigkeit; SUS310 bietet insbesondere eine exzellente Vielseitigkeit und hat einen thermischen Ausdehnungskoeffizienten, der dem des Monelmetalls am nächsten kommt. Dies ermöglicht ein Vakuumschaltrohr mit hoher Genauigkeit und minimaler Verformung herzustellen.

Die vorliegende Erfindung ist wie oben beschrieben konfiguriert und bietet deshalb die unten dargestellten Vorteile.

Ein Vakuumschaltrohr ist bereitgestellt, das ausgestattet ist mit: einem zylindrischen, isolierenden Behälter; einer ersten Endkappe und einer zweiten Endkappe, die entsprechend an beiden Enden des isolierenden Behälters zum Verschließen der Enden angebracht sind; eine feste Stabelektrode, in der ein Abschnitt mit kleinem Durchmesser auf einem axialen Ende des Abschnitts mit großem Durchmesser ausgebildet ist, der Abschnitt mit kleinem Durchmesser durch ein Mittelloch der ersten Endkappe durchgeführt wird, ein abgestufter Bereich zwischen dem Abschnitt mit kleinem Durchmesser und einem Abschnitt mit großem Durchmesser luftdicht durch Löten um das Mittelloch der ersten Endkappe verbunden ist, und ein festes Kontaktstück an dem anderen axialen Ende befestigt ist und in dem isolierenden Behälter positioniert ist; und eine bewegliche Stabelektrode, die ein bewegliches Kontaktstück, an deren einem Ende befestigt hat, die luftdicht an der zweiten Endkappe über Faltelemente angebracht ist, so dass das bewegliche Kontaktstück in dem isolierenden Behälter positioniert wird, und die das bewegliche Kontaktstück zu oder von dem festen Kontaktstück weg bewegt; wobei ein scheibenförmiges verstärkendes Element, das ein Mittelloch mit einem größeren Durchmesser als der des Mittelloches der ersten Endkappe hat, an der Außenwandoberfläche der ersten Endkappe angebracht ist, so dass die Mittellöcher koaxial angeordnet sind und durch Löten mit der Außenwandoberfläche der ersten Endkappe verbunden sind. Deshalb ist die erste Endkappe stärker, die Möglichkeit einer missglückten Verbindung einer an Vakuumluftdichtigkeit beteiligten Lötverbindung kann unterdrückt werden, der die Vakuumluftdichtigkeit betreffende Lötbereich kann reduziert und hohlraumfrei gemacht werden, ein gleichförmiges Löten kann erreicht werden, was somit das Herstellen eines Vakuumschaltrohrs ermöglicht, das eine höhere Zuverlässigkeit der Vakuumluftdichtigkeit bereitstellt. Da keine extreme Flachheit unter Komponenten, aus denen die feste Komponenteneinheit besteht, benötigt wird, kann das Vakuumschaltrohr zusätzlich zu niedrigeren Kosten hergestellt werden.

Der Durchmesser des Mittellochs des verstärkenden Elements wird gleich einer Abmessung zwischen dem Außendurchmesser des Abschnitts mit kleinem Durchmesser und dem Außendurchmesser des Abschnitts mit großem Durchmesser der festen Stabelektrode gesetzt. Deshalb entwickelt der Mittelteil der ersten Endkappe, mit der das verstärkende Element verbunden ist, keine dünnen Flecken. Dies versichert eine höhere Festigkeit der ersten Endkappe, was zu höherer Zuverlässigkeit der Vakuumluftdichtigkeit führt.

Des weiteren ist der wie ein geschlossener Zylinder geformte Feldrelaxationsring, der ein Mittelloch mit einem Durchmesser nahe zu dem des Mittellochs in der ersten Endkappe hat, zwischen dem abgestuften Bereich des Abschnitts mit kleinem Durchmesser und dem Abschnitt mit großem Durchmesser und der ersten Endkappe bereitgestellt; die Innenwandoberfläche des das Mittelloch umgebenden Bodens ist luftdicht durch Löten mit dem abgestuften Bereich des Abschnitts mit kleinem Durchmesser und dem Abschnitt mit großem Durchmesser verbunden; die Bodenaußenwandoberfläche ist luftdicht durch Löten mit der Innenwandoberfläche der ersten Endkappe verbunden; und der Durchmesser des Mittellochs des verstärkenden Elements wird festgelegt, so dass er kleiner als der maximale Lötbereich ist, wo der Feldrelaxationsring und die erste Endkappe verbunden sind, aber größer als der Außendurchmesser des Abschnitts mit kleinem Durchmesser der festen Stabelektrode. Deswegen hat der Mittelteil der ersten Endkappe, mit dem das verstärkende Element verbunden ist, keine dünnen Flecken. Diese versichert höhere Festigkeit der ersten Endkappe, was zu einer höheren Zuverlässigkeit der Vakuumluftdichtigkeit führt.

Da die erste Endkappe und das verstärkende Element aus demselben Material zusammengesetzt sind, kann die Verformung der ersten Endkappe, die während des dem Löten folgenden Abkühlprozesses auftritt, aufgrund des Unterschiedes im thermischen Ausdehnungskoeffizienten, unterdrückt werden.

Des weiteren, da die erste Endkappe aus Monelmetall ist und das verstärkende Element aus SUS310, kann die Verformung der ersten Endkappe, die während dem des Löten folgenden Abkühlprozesses folgt aufgrund des Unterschiedes des thermischen Ausdehnungskoeffizienten, unterdrückt werden.

Claims (5)

1. Ein Vakuumschaltrohr, umfassend:
einen zylindrischen, isolierenden Behälter (1);
eine erste Endkappe (2) und eine zweite Endkappe (3), die jeweils an einem Ende des isolierenden Behälters zum Verschließen der Enden angebracht sind;
eine feste Stabelektrode (4), in der ein Abschnitt mit kleinem Durchmesser (4a) auf einem axialen Ende des Abschnitts mit großem Durchmesser (4b) ausgebildet ist, der Abschnitt mit kleinem Durchmesser durch ein Mittelloch der ersten Endkappe geführt wird, ein abgestufter Bereich zwischen dem Abschnitt mit kleinem Durchmesser und dem Abschnitt mit großem Durchmesser luftdicht durch Löten um das Mittelloch der ersten Endkappe verbunden ist, und ein festes Kontaktstück (7) an dem anderen axialen Ende befestigt und in dem isolierenden Behälter positioniert ist; und
eine bewegliche Stabelektrode (5), die ein bewegliches Kontaktstück (8) an deren einem Ende befestigt hat, das luftdicht über ein Faltelement (6) an der zweiten Endkappe (3) befestigt ist, so dass das bewegliche Kontaktstück (8) im isolierenden Behälter positioniert wird, und die das bewegliche Kontaktstück (8) zu oder von dem festen Kontaktstück (7) wegbewegt;
wobei ein scheibenförmiges verstärkendes Element (13, 20), das ein Mittelloch mit einem größeren Durchmesser als dem des Mittellochs der ersten Endkappe hat, an der Außenwandoberfläche der ersten Endkappe angebracht ist, so dass die Mittellöcher koaxial angeordnet sind und durch Löten mit der Außenwandoberfläche der ersten Endkappe verbunden sind.

2. Ein Vakuumschaltrohr nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Durchmesser des Mittellochs des verstärkenden Elements (13) gleich der Abmessung zwischen dem Außendurchmesser des Abschnitts mit kleinem Durchmesser (4a) und dem Außendurchmesser des Abschnitts mit großem Durchmesser (4b) der festen Stabelektrode (4) gesetzt wird.

3. Ein Vakuumschaltrohr nach Anspruch 1, weiterhin umfassend:
einen wie ein geschlossener Zylinder geformter Feldrelaxationsring (19), der ein Mittelloch mit einem Durchmesser nahezu gleich dem des Mittellochs der ersten Endkappe (2) hat, und der zwischen dem abgestuften Bereich des Abschnitts mit kleinem Durchmesser (4a) und dem Abschnitt mit großem Durchmesser (4b) und der ersten Endkappe bereitgestellt ist,
wobei die Innenwandoberfläche des Bodens um das Mittelloch von dessen Ring luftdicht durch Löten mit dem abgestuften Bereich zwischen dem Abschnitt mit kleinem Durchmesser und dem Abschnitt mit großem Durchmesser verbunden ist;
die Bodenaußenwandoberfläche des Rings luftdicht durch Löten mit der Innenwandoberfläche der ersten Endkappe verbunden ist; und
der Durchmesser des Mittellochs des verstärkenden Elements (20) so gewählt ist, dass er kleiner als die maximale Abmessung des Lötbereichs ist, wo der Feldrelaxationsring und die erste Endkappe verbunden sind, aber größer als der Außendurchmesser des Abschnitts mit kleinem Durchmesser der festen Stabelektrode ist.

4. Ein Vakuumschaltrohr nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass die erste Endkappe (2) und das verstärkende Element (13, 20) aus dem gleichen Material zusammengesetzt sind.

5. Ein Vakuumschaltrohr nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass die erste Endkappe (2) aus Monelmetall und das verstärkende Element (13, 20) aus SUS310 ist.