DE3143979A1 - Housing for a vacuum switching tube - Google Patents

Housing for a vacuum switching tube

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Abstract

A housing for a vacuum switching tube is composed of a tubular insulator (1) and two metal flanges (2, 4), the tubular insulator (1) being chamfered on its outer circumference in the region of the end sides, and the metal flanges (2, 4) in each case having a truncated conical ring (3) which consists of ductile metal, has a linear thermal coefficient of expansion which is greater than that of the tubular insulator (1) and is placed on a chamfer (11) of the tubular insulator (12). The vacuum-proof connection is in this case produced by hard soldering (brazing) or by a glass solder ring. The housing can advantageously be used for load interrupter switches. <IMAGE>

Description

Gehäuse für eine Vakuumschaltröhre.Housing for a vacuum interrupter.

Die vorliegende Erfindung betrifft ein Gehäuse für eine Vakuumschaltröhre gemäß dem Oberbegriff des Patentanspruchs 1.The present invention relates to a housing for a vacuum interrupter according to the preamble of claim 1.

Ein derartiges Gehäuse ist aus der DE-AS 26 12 129 bekannt.Such a housing is known from DE-AS 26 12 129.

Gemäß dieser DE-AS wird ein rohrförmiger Isolator aus Keramik mit Flanschen aus einer Eisen-Nickel-Legierung oder Eisen-Nickel-Kobalt-Legierung durch Hartlöten verbunden, wobei die Flansche im wesentlichen nur auf den Stirnseiten des Isolators aufliegen. Bei diesem Aufbau werden mechanische Spannungen, die bei Temperaturschwankungen infolge des Unterschiedes des linearen thermischen Temperaturkoeffizienten des Isolators zu dem der Flansche auftreten, in der Lotstelle als Scherspannungen wirksam. Bei den starken Temperaturschwankungen im Einsatzfall treten demgemäß sehr starke Scherkräfte in den Lotstellen auf.According to this DE-AS is a tubular insulator made of ceramic with Flanges made of an iron-nickel alloy or iron-nickel-cobalt alloy Brazed connected, with the flanges essentially only on the end faces of the isolator. With this structure, mechanical stresses that occur at Temperature fluctuations due to the difference in the linear thermal temperature coefficient of the insulator to which the flanges occur, in the solder joint as shear stresses effective. In the case of the strong temperature fluctuations in use, there is accordingly a great deal of risk strong shear forces in the solder joints.

Soll dennoch eine vakuumdichte Verbindung sicher bestehen bleiben, so muß die Gehäusewand überdimensioniert werden, damit eine ausreichend g evm>nndichte Verbindung entsteht.Should a vacuum-tight connection nevertheless remain secure, the housing wall must be overdimensioned so that there is sufficient density Connection is established.

Die Aufgabe, die der vorliegenden Erfindung zugrundeliegt, besteht in einer weniger aufwendigen und kostensparenden Ausgestaltung eines Gehäuses nach dem Oberbegriff des Anspruchs 1.The object on which the present invention is based exists in a less complex and cost-saving design of a housing the preamble of claim 1.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß durch die Merkmale des kennzeichnenden Teils des Anspruchs 1 gelöst.According to the invention, this object is achieved by the features of the characterizing part Part of claim 1 solved.

Der rohrförmige Isolator, der im allgemeinen aus hochwertiger Keramik besteht, ist in derartigen Gehäusen in der Regel des teuerste Teil. Durch die Erfindung ist es möglich, eine zuverlässig vakuumdichte Verbindung zwischen den Flanschen und dem Isolator herzustellen und andererseits die Wandstärke des Isolators nur auf die Druckverhältnisse hin zu dimensionieren, nicht aber eine darüberhinausgehende Wandstärke zu Lötzwecken vorzusehen.The tubular insulator, generally made of high quality ceramic exists, is in such housings in the Usually the most expensive part. The invention makes it possible to create a reliably vacuum-tight connection between to produce the flanges and the insulator and, on the other hand, the wall thickness of the The isolator should only be dimensioned according to the pressure conditions, but not beyond that Provide wall thickness for soldering purposes.

Außerdem kann die relativ teuere hochprozentige Aluminiumoxidkeramik durch weniger teuere Keramiksorten ersetzt werden, beispielsweise durch Keramik nach DIN 40 685 vom Typ KER 250 (Forsterit).In addition, the relatively expensive high-percentage aluminum oxide ceramic be replaced by less expensive types of ceramics, such as ceramics according to DIN 40 685 of the type KER 250 (forsterite).

Durch die Fase werden einerseits Fertigungstoleranzen ohne Schwierigkeiten ausgeglichen, andererseits wird durch Reibungsvorgänge beim Ausschrumpfen eine innige Verbindung der Vakuumabdichtung sowohl mit den Flanschen als auch mit den Isolatoren erzeugt, wobei infolge der genauen Passung beim Aufstecken der erfindungsgemäßen Flansche keine störenden Schwankungen des Anpreßdruckes entstehen. So kann ein relativ großer Unterschied zwischen linearen Ausdehnungskoeffizienten der Metallkappen zu dem der Keramik noch ohne Gefahr einer Beschädigung verarbeitet werden.On the one hand, the chamfer enables manufacturing tolerances without difficulties balanced, on the other hand, an intimate one is created by friction processes during the shrinking process Connection of the vacuum seal to both the flanges and the isolators generated, due to the exact fit when plugging the invention Flanges there are no disturbing fluctuations in the contact pressure. So can a relative large difference between linear expansion coefficients of the metal caps too that of the ceramic can still be processed without the risk of damage.

Vorteilhaft wird der Flansch aus einem bis über 9000C formbeständigen und nicht erweichenden Blech geformt. Der rohrförmige Isolator wird vorteilhaft aus einer Keramik mit einem linearen thermischen Ausdehnungskoeffizienten von etwa 11.10-6K1 gebildet und der kegelstumpfförmige Ring eines Flansches aus Tiefziehblech mit einem linearen thermischen Ausdehnungskoeffizienten von höchstens 15.10-6K-1. Dadurch entsteht eine relativ geringe Spannungsbelastung, die Dimensionierung kann ohne besondere Rücksicht auf die bei Temperaturschwankungen entstehenden mechanischen Spannungen erfolgen. Die vakuumdichte Verbindung kann durch Hartlöten erfolgen. Besonders kostensparend ist sie jedoch durch Anglasen hergestellt, insbesondere wenn das Tiefziehblech ein Eisenblech ist und dieses Eisenblech zur Grundierung für das Anglasen emailliert ist. Diese Ausführung ist wenig aufwendig und daher kostensparend, bildet aber trotzdem eine sichere, vakuumdichte Verbindung. Für besonders hohe Anforderungen ist es vorteilhaft, daß der kegelstumpfförmige Ring eines Metallflansches aus einem Chromstahl mit einem linearen thermischen Ausdehnungskoeffizienten von höchstens 13. 10-6K-1 besteht.Advantageously, the flange is made of one that is dimensionally stable up to over 9000C and non-softening sheet metal. The tubular insulator becomes advantageous made of a ceramic with a linear thermal expansion coefficient of approx 11.10-6K1 and the frustoconical ring of a flange made of deep-drawn sheet metal with a linear thermal expansion coefficient of at most 15.10-6K-1. This creates a relatively low voltage load that can be dimensioned without special consideration of the mechanical caused by temperature fluctuations Tensions occur. The vacuum-tight connection can through Brazing take place. However, it is particularly cost-saving produced by glazing, in particular if the deep-drawn sheet is an iron sheet and this iron sheet is used as a primer is enamelled for glazing. This design is not very complex and therefore saves costs, but still forms a secure, vacuum-tight connection. For special high requirements, it is advantageous that the frustoconical ring of a metal flange made of a chrome steel with a linear thermal expansion coefficient of a maximum of 13. 10-6K-1 exists.

Als wenig kostenspieliges Material für den Isolator eignet sich Forsterit-Keramik. Die hochwertigere Aluminiumoxidkeramik mit einem Anteil von 92% bis 99% Aluminiumoxid kann ebenfalls eingesetzt werden. Dies empfiehlt sich bei räumlich kleinen Ausführungen, wobei der kegelstumpfförmige Ring mit möglichst geringer Wandstärke ausgeführt werden sollte, um keine zu großen Spannungen zu erzeugen.Forsterite ceramic is suitable as a low-cost material for the insulator. The higher quality aluminum oxide ceramic with a proportion of 92% to 99% aluminum oxide can also be used. This is recommended for spatially small designs, the frustoconical ring being designed with the smallest possible wall thickness should in order not to create excessive tension.

Um Spannungen auszuschalten, die sich durch eine unterschiedliche Ausdehnung des kegelstumpfförmigen Ringes gegenüber dem Isolator in Achsrichtung ergeben, ist es vorteilhaft, daß die vakuumdichte Verbindung nur in einem im Vergleich zur Breite der Fase des Isolators schmalen Bereich gebildet ist.In order to eliminate tensions caused by a different Expansion of the frustoconical ring in relation to the insulator in the axial direction result, it is advantageous that the vacuum-tight connection is only in a comparison is formed to the width of the chamfer of the insulator narrow area.

Um die Spannungen infolge der Schrumpfkräfte beim Abkühlen sidier aufi i:x1 die äfte in der vakuumdichten Ve*Endung klein zu halten, wird die Erfindung vorteilhaft so ausgestaltet, daß der Winkel zwischen der Fase und der Symmetrieachse des Isolators um so kleiner ist, je größer die Differenz zwischen den linearen thermischen Ausdehnungskoeffizienten ist.To avoid the stresses due to the shrinkage forces during cooling On i i: x1 the invention is to keep the forces in the vacuum-tight Ve * ending small advantageously designed so that the angle between the bevel and the axis of symmetry of the insulator, the greater the difference between the linear thermal, the smaller Expansion coefficient is.

Die Erfindung wird nun anhand von zwei Figuren näher erläutert. Sie ist nicht auf die in den Figuren gezeigten Bei- spiele beschränkt.The invention will now be explained in more detail with reference to two figures. she is not limited to the aspects shown in the figures games limited.

Figur 1 zeigt ein erfindungsgemäßes Gehäuse in teilweise geschnittener Ansicht.Figure 1 shows a housing according to the invention in partially sectioned Opinion.

Figur 2 zeigt einen rohrförmigen Isolator in geschnittener Ansicht.Figure 2 shows a tubular insulator in a sectional view.

Ein rohrförmiger Isolator 1, der aus Keramik besteht, ist mit Metallflanschen 2 und 4 vakuumdicht verbunden. Die Metallflansche 2 und 4 weisen kegelstumpfförmige Ringe 3 und 5 auf, welche auf Fasen 11 im Bereich der Stirnseiten des Isolators 1 aufgeschoben und aufgeschrumpft sind. Die vakuumdichte Verbindung zwischen diesen Ringen und der jeweiligen Fase 11 des Isolators wird entweder durch Anglasen hergestellt, wobei auf den kegelstumpfförmigen Ring 5 zumindest im Bereich der Berührung der Fase 11 des Isolators 1 eine Emailleschicht aufgebracht ist und ein Glaslotring nur über einen Teil der Breite der Fase 11 die vakuundichte Verbindung herstellt. Auf der anderen Seite ist der kegelstumpfförmige Ring3 über ein Lot10mit der entsprechenden Fase 11 vakuumdicht verbunden. Sowohl die Lotschicht 10 als auch die Lotglasschicht 9 sind keinen unzulässigen Scherkräften ausgesetzt. Lediglich Druckkräfte treten auf, weIche die vakuumdichte Verbindung verbessern und infolge der Reibung nur geringe Scherkräfte wirksam werden lassen.A tubular insulator 1 made of ceramic is with metal flanges 2 and 4 connected in a vacuum-tight manner. The metal flanges 2 and 4 are frustoconical Rings 3 and 5, which on chamfers 11 in the area of the end faces of the insulator 1 are pushed on and shrunk on. The vacuum-tight connection between them Rings and the respective bevel 11 of the insulator is made either by glazing, wherein on the frustoconical ring 5 at least in the area of contact of the Chamfer 11 of the insulator 1, an enamel layer is applied and a glass solder ring establishes the vacuum-tight connection only over part of the width of the bevel 11. On the other hand, the frustoconical ring 3 is connected to the corresponding one over a solder 10 Chamfer 11 connected in a vacuum-tight manner. Both the solder layer 10 and the solder glass layer 9 are not exposed to any unacceptable shear forces. Only pressure forces occur which improve the vacuum-tight connection and, as a result of the friction, only a small one Let shear forces take effect.

Der Winkel zwischen der Achse 14 des Isolators und der Fase 11 wird um so kleiner gewahlt, je größer der Unterschied des linearen thermischen Ausdehnungskoeffizienten des Metallflansches zu dem des Isolators ist. Dadurch werden die Scherkräfte klein gehalten, vorteilhafterweise kleiner als die Reibungskräfte, so daß sie überhaupt nicht wirksam werden.The angle between the axis 14 of the insulator and the chamfer 11 becomes selected the smaller, the greater the difference in the coefficient of linear thermal expansion of the metal flange is to that of the isolator. This makes the shear forces small held, advantageously smaller than the frictional forces, so that they at all will not take effect.

Der Einsatz von Forsterit-Keramik ist wegen deren niedriger Brenntemperatur besonders kostensparend. Flensche aus Eisen sind erheblich preiswerter, als die sonst üblichen Vacon- oder Chromstahlflansche. Eisen und Forsterit-Keramik können jedoch nur ihm Zusammenhang mit der vorRiegenSen Erndung so verarbeitet werden, daß sich eine zuverlässige vatuumdichte Verbindung ergibt, die auch über die langen Betriebszeiten derartiger Schalter das erforderliche hohe Vakuum aufrechterhalten kann.Forsterite ceramics are used because of their low firing temperature particularly cost-saving. Flensche made of iron are considerably cheaper than that otherwise usual Vacon or chrome steel flanges. Iron and forsterite ceramics can however, it is only related to the present invention so processed that there is a reliable vacuum-tight connection that also over the long operating times of such switches maintain the required high vacuum can.

9 Patentansprüche 2 Figuren Leerseite9 claims 2 figures Blank page

Claims (9)

Patentansprüche 1. Gehäuse für eine Vakuumschaltröhre, welches aus einem bis 900°C temperaturbeständigen rohrförmigen Isolator und zwei an dessen Enden befestigten Metaliflanschen aufgebaut ist, wobei die beiden Metailfiansche beispielsweise durch Hartlöten vakuumdicht mit einem festen bzw.Claims 1. Housing for a vacuum interrupter, which from one tubular insulator that is temperature-resistant up to 900 ° C and two at its ends attached metal flanges is built, the two Metailfiansche for example vacuum-tight by brazing with a solid or einem beweglichen Kontakt verbunden sind und wobei der lineare thermische Ausdehnungskoeffizient der Netaliflansche größer ist, als der lineare thermische Ausdehaungskoeffizient des rohrförmigen Isolators, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t, daß der rohrförmige Isolator an seinen Stirnseiten angefast ist, daß Jeder Metallflansch einen kegelstumpfförmigen Ring aus einem duktilen und elastischen Metall aufweist, daß dieser Ring auf eine der Fasen des Isolierstoffrohrs aufgeschrumpft ist, daß der thermische lineare Ausdehnungskoeffizient des kegelstumpfförmigen Ringes den linearen thermischen Ausdehnungskoeffizienten des Isolators im Temperaturbereich von OOC bis 9000C um nicht mehr als 50% überschreitet und daß die vakuumdichte Verbindung im Bereich der Fase hergestellt ist.are connected to a movable contact and wherein the linear thermal Expansion coefficient of the Netali flanges is greater than the linear thermal Coefficient of expansion of the tubular insulator, d u r c h e k e n n z e i c h n e t that the tubular insulator is chamfered at its end faces that Each metal flange has a frustoconical ring made of a ductile and elastic Metal has that this ring is shrunk onto one of the chamfers of the insulating tube is that the coefficient of thermal linear expansion of the frustoconical ring the linear thermal expansion coefficient of the insulator in the temperature range from OOC to 9000C by not more than 50% and that the vacuum-tight connection is made in the area of the bevel. 2. Gehäuse nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichn e t, daß der Flansch aus einem bis etwa 900°C- formbe ständigen und nicht erweichenden Blech geformt ist.2. Housing according to claim 1, characterized in that the flange Formed from a non-softening sheet metal that is stable up to about 900 ° C is. 3. Gehäuse nach einem der Ansprüche 1 oder 2, dadurch g e k e n n z e i c h n e t, daß der rohrförmige Isolator aus einer Keramik mit einemlbaearen thermischen Ausdehnungskoeffizienten von etwa 11*10-6K-1 besteht und daß der kegelstumpfförmige Ring eines Flansches aus Tiefziehblech mit einem linearen thermischen Ausdehnungskoeffizienten von höchstens 15-10 6K 1 gebildet ist.3. Housing according to one of claims 1 or 2, characterized g e k e n n notes that the tubular insulator is made of a ceramic with a bead thermal expansion coefficient of about 11 * 10-6K-1 and that the frustoconical Ring of a flange made of deep-drawn sheet metal with a linear thermal expansion coefficient is formed by a maximum of 15-10 6K 1. 4. Gehäuse nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichn e t , daß die vakuumdichte Verbindung durch Anglasen hergestellt ist, daß als Tiefziehblech ein Eisenblech dient und daß dieses Eisenblech zur Grundierung für die Anglasung emailliert ist.4. Housing according to claim 3, characterized in that the vacuum tightness Connection is made by glazing that an iron sheet as a deep-drawn sheet serves and that this iron sheet is enameled as a primer for the glazing. 5. Gehäuse nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch g e k e n n z e i c h n e t, daß der kegelstumpfförmige Ring eines Metallflansches aus einem reinen Chromstahl mit einem linearen thermischen Ausdehnungskoeffizienten von höchstens 13-10 6K 1 besteht.5. Housing according to one of claims 1 to 3, characterized in that g e k e n n z e i c h n e t that the frustoconical ring of a metal flange from a pure Chromium steel with a linear thermal expansion coefficient of at most 13-10 6K 1 exists. 6. Gehäuse nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch g e k e n n z e i c h n e t, daß der rohrförmige Isolator aus Keramik Typ KER.250, z.B. Forsterit besteht.6. Housing according to one of claims 1 to 5, characterized in that g e k e n n z It is clear that the tubular insulator made of ceramic, type KER.250, e.g. Forsterit consists. 7. Gehäuse nach Anspruch 1, d a d u r c h gekenn -z e i c h n e t, daß der rohrförmige Isolator aus einer 92%igen bis 99%igen Aluminiumoxidkeramik besteht und daß der kegelstumpfförmige Ring eine möglichst geringe Materialstärke aufweist.7. Housing according to claim 1, d a d u r c h marked -z e i c h n e t, that the tubular insulator is made of a 92% to 99% aluminum oxide ceramic and that the frustoconical ring has the lowest possible material thickness having. 8. Gehäuse nach Anspruch 1, d a d u r c h gekennz e i c h n e t, daß die vakuumdichte Verbindung nur in einem im Vergleich zur Breite der Fase des rohrförmigen Isolators schmalen Bereich gebildet ist.8. Housing according to claim 1, d a d u r c h marked e i c h n e t that the vacuum-tight connection only in one compared to the width of the bevel of the tubular Isolator narrow area is formed. 9. Gehäuse nach einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch g e k e n n z e i c h n e t, daß der Winkel zwischen der Fase und der Symmetrieachse des Isolators um so kleiner ist, je größer die Differenz der linearen thermischen Ausdehnungskoeffizienten des kegelstumpfförmigen Ringes und des Isolierstoffrohres ist.9. Housing according to one of claims 1 to 8, characterized in that g e k e n n z e i c h n e t that the angle between the chamfer and the axis of symmetry of the insulator the smaller, the greater the difference in the linear thermal expansion coefficients of the frustoconical ring and the insulating tube is.
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