DE3930201A1 - Kontakt zur uebertragung eines elektrischen stroms, insbesondere fuer eine elektronenstrahlkanone - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft einen Kontakt zur Übertragung eines elektrischen Stroms, insbesondere zur Übertragung eines Heizstroms auf den Katodenträger einer Elektronenstrahlka­ none, mit einem an einem Kontaktträger befestigbaren An­ schlußelement, das ein durch Federkraft an eine Gegenkon­ taktfläche andrückbares Kontaktelement trägt.

Kontakte dieser Art sind zur Herstellung einer leicht lös­ baren, elektrisch leitenden Verbindung allgemein bekannt. In Elektronenstrahlkanonen werden derartige Kontakte unter anderem verwendet, um den Katodenträger mit den Anschlüssen des Heizstromkreises im sogenannten Strahlkopf zu verbin­ den. Hierbei ist es seither bekannt, als Kontakte soge­ nannte Büschelstecker vorzusehen, die am Katodenträger be­ festigt sind und mit ihrem Büschel aus federnden Kontakt­ drähten in eine am Strahlkopf angeordnete Kontakthülse ein­ greifen. Die bekannten Büschelstecker ermöglichen eine gute elektrische Kontaktgabe, sie haben aber den Nachteil, daß ihre Wärmeleitfähigkeit und ihre Temperaturbeständigkeit gering sind. Zwar sind auch hochtemperaturbeständige Bü­ schelkontakte auf Nickelbasis bekannt. Bei diesen ist je­ doch das Wärmeleitvermögen gering und die Werte der elek­ trischen Übertragung sind schlecht.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, einen Kontakt der eingangs genannten Art zu schaffen, der sich durch eine gute elektrische und thermische Leitfähigkeit und eine hohe Temperaturbeständigkeit auszeichnet.

Die Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß das Anschlußelement und das Kontaktelement aus getrennten, re­ lativ zueinander beweglichen Bauteilen bestehen und durch einen flexiblen Leiter miteinander verbunden sind und daß eine den Leiter umgebende, am Anschlußelement abgestützte Druckfeder das Kontaktelement in Richtung auf die Gegenkon­ taktfläche beaufschlagt.

Bei Elektromotoren ist es bereits bekannt, die in einer Führung angeordneten Kohlebürsten durch eine flexible Litze aus Kupfer mit dem Stromanschluß zu verbinden, und zur Er­ zielung des erforderlichen Kontaktdrucks eine Feder vorzu­ sehen. Hierin lag für den Fachmann jedoch kein Vorbild für die erfindungsgemäße Lehre, denn die Flexibilität des Lei­ ters ist bei Kohlebürsten ausschließlich erforderlich, um den vergleichsweise großen Verschleißweg der Bürsten aus­ gleichen zu können. Wärmeleitfähigkeit und hohe Temperatur­ beständigkeit sind bei der Gestaltung von Kohlebürsten im allgemeinen vernachlässigbar und auch die Kontaktdrücke sind im Hinblick auf die notwendige Gleitbewegung zwischen den Kontaktflächen vergleichsweise niedrig. Für die Gestal­ tung von Kontakten der erfindungsgemäßen Art konnte der Fachmann daher von diesem Stand der Technik keinen geeigne­ ten Hinweis erwarten.

Die erfindungsgemäße Ausgestaltung des Kontakts ermöglicht eine große Kontaktfläche und eine ausreichend hohe Flächen­ pressung zwischen Kontaktfläche und Gegenkontaktfläche, um eine gute Kontaktgabe und einen guten Wärmeübergang zu ge­ währleisten. Das Kontaktelement ist durch die Abstützung an einer Druckfeder im Rahmen seiner konstruktiv wählbaren Be­ weglichkeit kardanisch gelagert und kann sich dadurch in optimaler Weise zur Gegenkontaktfläche ausrichten. Die Lei­ tung des elektrischen Stromes und die Wärmeableitung er­ folgt über das Kontaktelement, den flexiblen Leiter und das Anschlußelement, die in ihrer konstruktiven Gestaltung und der Wahl des Werkstoffes uneingeschränkt dieser Aufgabe an­ gepaßt werden können. Ebenso kann die Druckfeder ihren spe­ zifischen Anforderungen gemäß gestaltet werden und aus ei­ nem temperaturbeständigen, unmagnetischen Werkstoff beste­ hen, ungeachtet einer schlechten elektrischen und thermi­ schen Leitfähigkeit des Werkstoffs. Auf diese Weise läßt sich eine hohe Temperaturbeständigkeit des erfindungsge­ mäßen Kontakts erreichen.

Vor allem die Verwendung des erfindungsgemäßen Kontakts zum Anschluß des Katodenträgers an den Heizstromkreis im Strahlkopf einer Elektronenstrahlkanone ist besonders vor­ teilhaft. So läßt sich durch die gute Wärmeableitung mit Hilfe des erfindungsgemäßen Kontakts die Temperatur des Ka­ todenträgers senken und beispielsweise die Gefahr der Dif­ fusionsschweißung seiner Schraubverbindungen reduzieren. Weiterhin wird durch die hohe Flexibilität des Kontakts der Katodenträger geometrisch vom Kontaktträger entkoppelt, so daß seine Zentrierung auch bei einer temperaturbedingten Lageänderung seiner Gegenkontaktfläche nicht beeinträchtigt wird. Dies ist für die Temperaturstabilität der Justierung des Elektronenstrahls von großer Wichtigkeit. Bei dieser Anwendung ist der erfindungsgemäße Kontakt vorteilhaft so angeordnet, daß das Anschlußelement am Strahlkopf befestigt ist und das Kontaktelement auf einer ebenen Gegenkontakt­ fläche des Katodenträgers ruht.

In einer bevorzugten Ausgestaltung der Erfindung bestehen das Anschlußelement, das Kontaktelement und der flexible Leiter aus Kupfer bzw. einer Kupferlegierung, wobei der flexible Leiter als Litze ausgebildet ist. Dieser Werkstoff hat neben seinen guten elektrischen Eigenschaften eine hohe Wärmeleitfähigkeit. Weiterhin sind zur Befestigung des fle­ xiblen Leiters am Anschlußelement und am Kontaktelement Mittel mit guter Wärmeleitfähigkeit vorgesehen. Als Feder ist erfindungsgemäß vorteilhaft eine den Leiter umgebende Druckfeder vorgesehen.

In einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung hat das Kontaktelement die Form eines zylindrischen Topfes, dessen Bodenplatte die Kontaktfläche bildet und mit ihrem Rand über die zylindrische Seitenwand des Topfes hinaus­ ragt, wobei der Rand auf der der Kontaktfläche abgekehrten Seite eine Auflagefläche für die Druckfeder aufweist. Diese Ausgestaltung des Kontaktelements ist einfach und genau herstellbar und ermöglicht mit einfachen Mitteln eine Befe­ stigung des flexiblen Leiters in der zentralen Topfbohrung. Hierzu kann erfindungsgemäß die Seitenwand des Topfes pla­ stisch verformbar sein, um durch Klemmen den flexiblen Lei­ ter mit dem Kontaktelement zu verbinden.

Das Anschlußelement kann in einer vorteilhaften Ausgestal­ tung der Erfindung durch eine Hülse gebildet sein, die in ihrem mittleren Bereich ein Außengewinde hat, dem auf einer Seite ein Ringbund mit beiderseitigen Anlageflächen und auf der anderen Seite ein plastisch verformbarer Bereich zum Einspannen des flexiblen Leiters benachbart ist. Das An­ schlußelement bildet durch seine Hülsenform eine geeignete Führung und Lagerung für die Druckfeder und ermöglicht gleichzeitig eine zur Erzielung hoher Flexibilität ausrei­ chend große Baulänge des flexiblen Leiters, wobei die Befe­ stigung des flexiblen Leiters im Anschlußelement auf einfa­ che Weise ebenfalls durch eine Klemmverbindung ermöglicht wird. Erfindungsgemäß ist weiterhin vorgesehen, daß die Bohrung der Hülse außerhalb ihres plastisch verformbaren Bereichs größer ist als der Durchmesser des flexiblen Lei­ ters, um dem flexiblen Leiter genügend Ausweichraum zu ge­ ben, wenn beim Andrücken des Kontakts an die Gegenkontakt­ fläche der Abstand zwischen dem Kontaktelement und dem An­ schlußelement verringert wird.

In einer Weiterbildung der Erfindung kann zwischen den ein­ ander zugekehrten Endflächen des Anschlußelements und des Kontaktelements ein Freiraum vorgesehen sein, um eine ver­ gleichsweise große Beweglichkeit des Kontaktelements zu er­ zielen. Der Außendurchmesser des Kontakts kann dabei klein sein. Soll der Kontakt in axialer Richtung eine geringe Baulänge haben, so kann vorgesehen sein, daß das Kontakt­ element mit seinem zylindrischen Topf in die Bohrung der das Anschlußelement bildenden Hülse mit radialem Spiel ein­ greift. Diese Ausgestaltung ermöglicht außerdem eine Füh­ rung des Kontaktelements am Anschlußelement und schützt beim Einbau den flexiblen Leiter vor Beschädigung.

Die Erfindung wird nachfolgend an Hand von Ausführungsbei­ spielen näher erläutert, die in der Zeichnung dargestellt sind. Es zeigen:

Fig. 1 einen Querschnitt durch den Strahlerzeuger einer Elektronenstrahlkanone mit einer Ausführungsform des erfindungsgemäßen Kontakts,

Fig. 2 einen Längsschnitt durch eine andere Ausführungs­ form eines erfindungsgemäßen Kontaktes und

Fig. 3 einen Querschnitt entlang der Linie A-A in Fig. 2. Fig. 1 zeigt den am unteren Ende eines Hochspannungsisola­ tors 1 des Strahlkopfes einer Elektronenstrahlkanone ange­ ordneten Strahlerzeuger 2 mit einer Katode 3 und einer strahlformenden Steuerelektrode 4, die mit einem Bajonett­ ring 5 an einem Befestigungsflansch 6 lösbar befestigt ist. Die Katode 3 ist an einem Katodenträger 7 angeordnet, der mit einem Isolierlager 8 in der Steuerelektrode 4 gelagert ist. Auf seiner dem Befestigungsflansch 6 zugekehrten Seite weist der Katodenträger 7 zwei ebene, durch einen Isolator voneinander getrennte Gegenkontaktflächen 9 auf, die je­ weils mit einem Pol der Katode 3 in Verbindung stehen. Jede Kontaktfläche 9 ist über einen Kontakt 10 an eine im Hoch­ spannungsisolator 1 angeordnete Anschlußklemme 11 bzw. 12 des Heizstromkreises der Elektronenstrahlkanone angeschlos­ sen.

Die Kontakte 10 bestehen aus einem hülsenförmigen Anschluß­ element 13, einem in Form eines Topfes ausgebildeten Kon­ taktelement 14, dessen Boden 15 eine ebene Kontaktfläche 16 aufweist, und einem das Anschlußelement 13 mit dem Kontakt­ element 14 verbindenden, flexiblen Leiter 17, der aus einer Kupferlitze besteht. Der Leiter 17 erstreckt sich durch die Bohrung 18 im Anschlußelement 13 hindurch und ist nur mit seinem Ende in einem Bohrungsabschnitt 19 kleineren Durch­ messers des Anschlußelements 13 befestigt. Das entgegenge­ setzte Ende des Leiters 17 ist in der Bohrung 20 im Kon­ taktelement 14 befestigt. In seinem mittleren Bereich ist das Anschlußelement 13 mit einem Außengewinde 21 versehen, mit dem es in eine Gewindebohrung 22 einer Anschlußklemme 11 bzw. 12 eingeschraubt ist. Ein Ringbund 23 auf der Außenseite des Anschlußelements 13 begrenzt die Einschraub­ tiefe und bildet mit seiner Rückseite eine Anlagefläche für eine Schraubendruckfeder 24, die zwischen dem Anschlußele­ ment 13 und dem Kontaktelement 14 eingespannt ist. Am Kon­ taktelement 14 ist die Schraubendruckfeder 24 an einem über die zylindrische Wand 25 des Kontaktelements 14 hinausra­ genden Rand 26 des Bodens 15 abgestützt. Die Schrauben­ druckfeder 24 wird bei der Herstellung der Kontakte 10 mit einer solchen Vorspannung versehen, daß sie in der zusam­ mengedrückten Einbaulage der Kontakte 10 im Strahlerzeuger 2 den erforderlichen Kontaktdruck zwischen den Kontaktflä­ chen 9 und 16 erzeugt.

Wie die Darstellung zeigt, ist das Kontaktelement 14 aus­ schließlich über flexible Mittel, nämlich den Leiter 17 und die Schraubendruckfeder 24 mit dem Anschlußelement 13 ver­ bunden. Es kann daher den thermischen Verformungsbewegungen des Katodenträgers 7 uneingeschränkt folgen, so daß die zentrische Lage der Katode 3 nicht beeinträchtigt wird. Die Schraubendruckfeder 24 ist in ihrer Wirkung außerdem einem Kardangelenk vergleichbar und gewährleistet immer eine vollflächige Anlage des Kontaktelements 14 am Katodenträger 7. Durch die beschriebene Anordnung läßt sich der Katoden­ träger 7 zusammen mit der Steuerelektrode 4 einfach aus- und einbauen. Die Befestigung der Kontakte 10 am Hochspan­ nungsisolator 1 vereinfacht den Aufbau des Katodenträgers 7 und erleichtert Wartungsarbeiten wie zum Beispiel das Aus­ wechseln der Katode 3, bei denen der Katodenträger 7 ausge­ baut wird. Auch die Gefahr einer Beschädigung der Kontakte 10 ist gering. Durch die großflächige Anlage der Kontakt­ elemente 14 am Katodenträger 7 und das gute Wärmeleitver­ halten der Kontakte 10 wird weiterhin eine wirksame Kühlung des Katodenträgers 7 und eine Herabsetzung seiner Betriebs­ temperatur erreicht.

Der in den Fig. 2 und 3 dargestellte Kontakt 30 unter­ scheidet sich nur in einigen Einzelheiten von dem in Fig. 1 dargestellten Kontakt 10. Für einander entsprechende Bau­ teile wurden daher gleiche Bezugszeichen verwendet.

Bei dem Kontakt 30 ragt der Topf 25 des Kontaktelements 14 in einen erweiterten Bohrungsabschnitt 31 des Anschlußele­ ments 13 hinein und ist lose im Anschlußelement 13 geführt. Dies ist zweckmäßig, wenn die Gegenkontaktfläche beim Heranführen des Gegenkontakts unter Zusammendrückung der Schraubendruckfeder 24 um einen nennenswerten Betrag quer zur Längsachse des Kontakts 30 bewegt wird, um eine seitli­ che Verlagerung des Kontaktelements 1 und ein Ausknicken der Schraubendruckfeder 24 zu vermeiden. Der Leiter 17 ist bei dem Kontakt 30 durch plastische Verformung der Wand 25 und des Bohrungsabschnitts 19 festgeklemmt. Hierbei wird zunächst das mit einer Schutzhülse 32 versehene Ende des aus einer Drahtlitze bestehenden Leiters 17 in die Bohrung 20 des Kontaktelements 14 gesteckt. Anschließend wird die Wand 25 radial von außen in der in Fig. 3 ersichtlichen Weise zusammengedrückt, wodurch sich eine sechseckige Quer­ schnittsform ergibt. Um die Litze im Bereich dieser Ein­ spannstelle noch zu verdichten, wird zum Schluß mit einem stumpfen Werkzeug zusätzlich ein Wandabschnitt 33 der Wand 25 derart eingedrückt, daß eine nach innen gerichtete Beule entsteht. Durch diesen Vorgang wird eine mechanische Ver­ bindung zwischen dem Leiter 17 und dem Kontaktelement 14 hergestellt, die sich durch eine gute elektrische und ther­ mische Leitfähigkeit auszeichnet. Ist der Leiter 17 mit dem Kontaktelement 14 verbunden, so werden die Schraubendruck­ feder 24 und das Anschlußelement 13 montiert, wobei die Schraubendruckfeder 24 auf die vorgegebene Länge zusammen­ gedrückt wird. In dieser Montageposition wird dann der Lei­ ter 17 in der gleichen Weise wie mit dem Kontaktelement 14 durch plastische Verformung mit dem Anschlußelement 13 ver­ bunden.

Claims (10)

1. Kontakt zur Übertragung eines elektrischen Stroms, ins­ besondere zur Übertragung eines Heizstroms auf den Katodenträger einer Elektronenstrahlkanone, mit einem an einem Kontaktträger befestigbaren Anschlußelement, das ein durch Federkraft an eine Gegenkontaktfläche andrückbares Kontaktelement trägt, dadurch gekennzeichnet, daß das Anschlußelement (13) und das Kontaktelement (14) aus getrennten, relativ zueinander beweglichen Bauteilen bestehen und durch einen flexiblen Leiter (17) miteinander verbunden sind und daß eine am Anschlußelement (13) abgestützte Feder (24) das Kon­ taktelement (14) in Richtung auf die Gegenkontaktfläche (9) beaufschlagt.

2. Kontakt nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Anschlußelement (13), das Kontaktelement (14) und der flexible Leiter (17) aus Kupfer bzw. einer Kupfer­ legierung bestehen, wobei der flexible Leiter (17) als Litze ausgebildet ist.

3. Kontakt nach Anspruch 1 und 2, dadurch gekennzeichnet, daß zur Befestigung des flexiblen Leiters (17) am An­ schlußelement (13) und am Kontaktelement (14) Mittel mit guter Wärmeleitfähigkeit vorgesehen sind.

4. Kontakt nach einer der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Feder als eine den Lei­ ter (17) umgebende, Druckfeder (24) ausgebildet ist.

5. Kontakt nach einem der vorhergehenden Ansprüche, da­ durch gekennzeichnet, daß das Kontaktelement (14) die Form eines zylindrischen Topfes hat, dessen Boden (15) die Kontaktfläche (16) bildet und mit seinem Rand (26) über die zylindrische Seitenwand (25) des Topfes hinausragt, wobei der Rand (26) auf der der Kontaktfläche abgekehrten Seite eine Auflagefläche für die Druckfeder (24) aufweist.

6. Kontakt nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Seitenwand (25) des Topfes plastisch verformbar ist.

7. Kontakt nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß das Anschlußelement (13) durch eine Hülse gebildet ist, die in ihrem mittleren Bereich ein Außengewinde (21) hat, dem auf einer Seite ein Ringbund (23) mit beiderseitigen Anlageflächen und auf der ande­ ren Seite ein plastisch verformbarer Bereich (19) zum Einspannen des flexiblen Leiters (17) benachbart ist.

8. Kontakt nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß die Bohrung (18) der Hülse außerhalb ihres plastisch verformbaren Bereichs (19) größer ist als der Durchmes­ ser des flexiblen Leiters (17).

9. Kontakt nach einem der vorhergehenden Ansprüche, da­ durch gekennzeichnet, daß zwischen den einander zuge­ kehrten Endflächen des Anschlußelements (13) und des Kontaktelements (14) ein Freiraum vorgesehen ist.

10. Kontakt nach einem der vorhergehenden Ansprüche, da­ durch gekennzeichnet, daß das Kontaktelement (14) mit seinem zylindrischen Topf in die Bohrung (18) des An­ schlußelements (13) mit radialem Spiel eingreift.