EP0955655B1 - Abschirmung und Getter für eine Vakuumschaltröhre und Verfahren zum Befestigen des Getters an der Abschirmung - Google Patents

Abschirmung und Getter für eine Vakuumschaltröhre und Verfahren zum Befestigen des Getters an der Abschirmung Download PDF

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EP0955655B1
EP0955655B1 EP99101052A EP99101052A EP0955655B1 EP 0955655 B1 EP0955655 B1 EP 0955655B1 EP 99101052 A EP99101052 A EP 99101052A EP 99101052 A EP99101052 A EP 99101052A EP 0955655 B1 EP0955655 B1 EP 0955655B1
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EP
European Patent Office
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shield
getter
getter ring
ring
copper
Prior art date
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Expired - Lifetime
Application number
EP99101052A
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English (en)
French (fr)
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EP0955655A1 (de
Inventor
Johannes Dr. Meissner
Jerrie Lipperts
Gerhard Rossmann
Alfredo Lietz
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Eaton Industries GmbH
Original Assignee
Moeller GmbH
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Publication date
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Priority to JP11092474A priority patent/JP2000057977A/ja
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    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01H—ELECTRIC SWITCHES; RELAYS; SELECTORS; EMERGENCY PROTECTIVE DEVICES
    • H01H33/00—High-tension or heavy-current switches with arc-extinguishing or arc-preventing means
    • H01H33/60—Switches wherein the means for extinguishing or preventing the arc do not include separate means for obtaining or increasing flow of arc-extinguishing fluid
    • H01H33/66—Vacuum switches
    • H01H33/662—Housings or protective screens
    • H01H33/66261—Specific screen details, e.g. mounting, materials, multiple screens or specific electrical field considerations
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01H—ELECTRIC SWITCHES; RELAYS; SELECTORS; EMERGENCY PROTECTIVE DEVICES
    • H01H33/00—High-tension or heavy-current switches with arc-extinguishing or arc-preventing means
    • H01H33/60—Switches wherein the means for extinguishing or preventing the arc do not include separate means for obtaining or increasing flow of arc-extinguishing fluid
    • H01H33/66—Vacuum switches
    • H01H33/666—Operating arrangements
    • H—ELECTRICITY
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    • H01H33/60—Switches wherein the means for extinguishing or preventing the arc do not include separate means for obtaining or increasing flow of arc-extinguishing fluid
    • H01H33/66—Vacuum switches
    • H01H33/668—Means for obtaining or monitoring the vacuum
    • H01H33/6683—Means for obtaining or monitoring the vacuum by gettering
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
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    • H01H33/00—High-tension or heavy-current switches with arc-extinguishing or arc-preventing means
    • H01H33/02—Details
    • H01H33/022—Details particular to three-phase circuit breakers

Definitions

  • the invention relates to a shield with getter material for a vacuum interrupter with a vacuum interrupter relatively movable with contact pieces equipped conductors that are spaced in the contact pieces Shape of a cylindrical metallic screen with on surrounds the screen arranged getter material. Furthermore the invention relates to a method for fastening Getter material on a cylindrical screen for one vacuum interrupter, in which the screen the contact pieces of the Vacuum interrupter surrounds spaced.
  • the shielding of the vacuum switch by means of one in the Vacuum interrupter arranged metallic shield is used the task of depositing conductive material from the switching contacts evaporate during a switching operation, and is reflected in undesirable places, especially Insulators to prevent.
  • shielding materials for the Umbrellas are usually used in stainless steels.
  • Another basic condition for the safe functioning of a vacuum switch is a correspondingly high vacuum, namely an internal pressure of approximately 10 -7 bar or less. This pressure must not be fallen below during the entire service life of the vacuum interrupter.
  • the internal pressure of a vacuum interrupter normally shows a dynamic behavior rather than a stationary one. Tiny leaks and outgassing of the materials in the vacuum interrupter already cause an increase in pressure. To reduce the gases generated by outgassing the materials and leaks, it is known to arrange getter elements in the vacuum interrupter chamber, which bring about a reduction in pressure by binding the gases.
  • getter material in the Vacuum interrupter of a vacuum switch is for example known from DE 38 29 888 C2.
  • metallic one Screen that surrounds the switch contacts completely out Getter material formed that during discharges and switching evaporates due to the heat generated and thus the Vacuum interrupter has sufficient getter capacity Available. Titanium is preferred as the getter material.
  • the invention has for its object a getter in one Vacuum interrupter of a vacuum interrupter permanently fasten without this fastening being assembly-intensive or has other disadvantages.
  • Another goal of Invention is to be seen in a type of attachment for a Provide getters that are not based on the use of shields made of stainless steel or corresponding alloys, like the Spot welding is limited.
  • the task set out in one Shielding for a vacuum interrupter of the generic type solved in that a band-shaped getter ring arranged on the outside of the screen and on at least one Fastening point mechanically by deforming the screen or is permanently attached by welding.
  • the invention on the one hand, a purely mechanical Attachment of the getter to the screen proposed without Heating and without additional binders, such as solder, is feasible.
  • the invention enables, too the application of welding, such as spot welding, Electron beam welding, ultrasonic welding, Resistance welding and especially laser welding for fastening the getter material while avoiding too high local warming.
  • the attachment of the invention Getters in the form of a closed getter ring enables furthermore the use of a shield, i.e. one cylindrical shield part made of a material with high Thermal conductivity, namely copper or copper alloys.
  • the getter is preferably attached by mechanical means Deformation of the screen after application and Position the getter ring on the screen. Consequently the invention enables a getter to be firmly connected, preferably in the form of a getter tape with a screen that also or only consists of copper.
  • Shielding with getters for a vacuum interrupter are the characterizing features of subclaims 2 to 11 removable.
  • the getter element preferably has the shape of a band-shaped ring on, the getter ring from a band by riveting or welding, such as spot welding, to the Band ends can be produced or the getter ring as a one-piece part can be produced integrally, for example as a cylinder tube section from a cylinder tube.
  • the shield material copper with high Thermal conductivity it is also possible to use low alloy Copper alloys or high-alloy copper chrome, copper cobalt, Copper iron, molybdenum copper, tungsten copper, Tungsten carbide silver, tungsten carbide copper or combinations to use the aforementioned materials for the screen, the also have good thermal conductivity and good Support heat dissipation from the vacuum interrupter.
  • the Screen has a shape adapted to the shape of the vacuum interrupter Shape up.
  • the arrangement of the getter ring proposed to arrange this on the screen so that it also not over the outer peripheral surface of the screen protrudes significantly.
  • the cylindrical screen to the End area towards which the getter ring can be pushed on one has step-shaped heel for receiving the getter ring, about a width corresponding to the thickness of the getter ring has, wherein the outer diameter of the end portion of the Screen not larger than the inside diameter of the getter ring is.
  • a method for attaching the getter material and training the Shielding, a method is proposed according to the invention, in which a band-shaped closed getter ring from one Getter material is manufactured, a cylindrical one is good Heat-conducting screen made of copper or a copper containing alloy is manufactured, the one end region has, whose outer diameter is such that the Getterring can be pushed onto the end area, the Getterring is pushed onto the end area of the screen and the Getter ring mechanically or by welding on the screen is attached.
  • the length of the tapered end portion extending from the step is larger than the width of the getter ring corresponds so that the end area is pushed over the Getterring protrudes. So this edge area are deformed outward in certain areas in order to claw-like or cramp-like deformations to fix the position of the getter ring. But it is also possible that Edge area all around to flare to this Way to permanently fix the getter ring in its position. It is also possible to gettering and shielding using one positive folding connection like a push button mechanically connect with each other.
  • the shielding will be like this formed that the cylindrical screen to the end area towards which the getter ring can be pushed, one has tapered heel and the tapered Heel with slits from its front end is provided and those located between the slots End areas of the screen to the outside to form a bent away from the protruding collar at a distance are.
  • the cylindrical screen with a step tapered heel for receiving the Getterringes is formed and the tapered paragraph of its front end is provided with slots and after attaching the getter ring to the outside of the End areas remaining between the slots of the screen overhanging the getter ring at a distance be bent.
  • the invention enables a permanent attachment large getter element in the form of a ribbon Getterringes on the screen, making a big one Getter surface is available.
  • FIG. 7 is an example of the application of the invention a vacuum switching device with the essential functional parts in Extracted cross-section shown in which Vacuum interrupters of the type according to the invention can be used.
  • This is an electromagnetic switching device with a magnetic drive with magnetic core, which is not closer is shown and anchor and at least one Vacuum interrupter with a fixed contact and with a Lift rod in direct linear operative connection movable contact and one with the lifting rod and the anchor active rocker switch to implement the Drive movement in a switching movement of the movable Contact.
  • the lifting rod is at one end with the movable contact-bearing contact carrier firmly connected and the contact carrier on the output side with the vacuum interrupter in a tube bearing with respect to the longitudinal axis of the lifting rod slidably mounted.
  • the anchor 110 is on the anchor receptacle 111 according to FIG. 7 attached and to the rocker switch 120 with the interposition of the Damping bearing 122 set by means of the bolt 113, and at the end of the rocker switch 120 Rocker receiving bearing 121.
  • the rocker switch 120 is in the Rail support housing 140 or the not shown Drive housing of the vacuum switching device 200 swiveling stored.
  • the vacuum interrupter 1 arranged at one end has the fixed contact carrier 31 carrying fixed contact, which is attached to the terminal lug 160 by means of screw 170 and is fixed in the rail support housing 140.
  • the Vacuum interrupter 1 further includes the movable one Contact carrier 20 with the movable contact 21, the Movement in the direction of arrow P2, P2 'by means of the Metal bellows 4 opposite the vacuum interrupter 1 is sealed.
  • the vacuum interrupter 1 has on the output side the tube bearing 147, in which the contact carrier 20 in the Switching direction of movement is slidably mounted. In linear direct operative connection with the movable Contact carrier 20 and thus the movable contact 21 is the lifting rod 150 attached to the end of the contact carrier 20, in this fastening area also through the tube bearing 147 is performed.
  • the lifting rod 150 At its other end is the lifting rod 150 axially guided in the axle guide bearing 160, which Axle guide bearing 160 in the area of the side wall of the Rail support housing 140 arranged and there by means Screws 153, which are perpendicular to the longitudinal axis X of the lifting rod and the vacuum interrupter 1, are arranged.
  • the rocker switch 120 engages with its fork end 123a, b on both sides of the lifting rod 150 between the two Bearings 147 and 160 for transmitting the switching movement P1 Rocker switch on.
  • the rocker switch 120 moves Triggering a corresponding anchor movement, see arrow P3, the rocker switch 120 from the initial position shown in FIG.
  • the vacuum interrupter 1 comprises the movable one Head 2 and the fixed head 3, each one Contact carrier 20, 30 with one facing each other Contact pieces 21 and 31 attached at the front ends exhibit.
  • the vacuum interrupter is made of metallic Cover parts 5, 6 formed, with the arranged in between Insulator 7.
  • the movable conductor 2 is opposite the housing or cover 5 by means of guide 41 and bellows 4 sealed.
  • the forming the vacuum interrupter outside parts are via solder joints 10, 12, 14, 15 connected to each other, the bellows 4 is at the other end the movable conductor 2 fixed over the solder joint 16.
  • the Contact pieces 21, 31 are also via connecting surfaces 11, 13, which are designed as solder joints, with the respective contact carriers 20 and 30 connected. So is one Completed vacuum interrupter chamber 100 is formed.
  • the Contact pieces 21, 31 are laterally from the cylindrical Screen 8 surround the one hand with the lid 6 in the area the fixed contacts is soldered and with its free end up in the area of the insulator 7 extends to the Radiant heat and condensing metal vapor from the Intercept and discharge switching range and Metal vapor arc from cover 6 and insulator 7 shield.
  • the screen 8 is made of copper, making a particularly good heat dissipation is made possible.
  • the gases generated when switching through the metal vapor arc is a getter in the form of a getter ring 9 on the outside the screen 8 arranged near its free end.
  • the Getterring 9 is also before the direct influence of the Metal vapor protected because it is on the outside of the shield 8 is attached, see also Fig. 1st
  • a getter ring which consists of a correspondingly wide band by connecting the band ends 91 by means of spot welding, laser welding or for example Electron beam welding or riveting is made.
  • the Inside diameter of the band is denoted by Ig, the Band thickness with d and the band width with b.
  • the screen 8 is shown in perspective, the a base screen part 81 with which it covers the area of Includes switching contacts, and adapted to it via a stepped shoulder 82 a cylindrical end region 83, which in turn tapers over a step-shaped shoulder 84 to the end region 85.
  • the step-shaped shoulder 84 see FIG. 4, has a width a, which is approximately the thickness d of the Getterringes corresponds, so that the getterring 9 thereon sits and approximately flush with the outer surface 83 of the jacket cylindrical screen completes.
  • the height or remaining length Le of the cylindrical tapered End region 85 is slightly larger than the width b of the Getterringes 9 corresponds.
  • This mechanical assembly of the getter ring 9 according to the invention on the screen 8 allows for the screen 8 a soft and not very good weldable material, such as copper, the however, has a high thermal conductivity.
  • the attachment of the getter ring placed on the screen 8 9 can in addition to the simple deformation by pressing the Screen edge also by partial or whole Flanging the edge of the screen or the like.
  • FIG. 6 is the arrangement of the screen 8 with getter ring 9 in a vacuum interrupter according to FIG. 1 in part in Cross section shown.
  • the cylindrical screen 8 has also over one paragraph level or two paragraph levels tapered cylindrical end portion 85. About this End area 85, the getter ring 9 is later pushed on, as hinted until it touches the paragraph level.
  • the rejuvenated End region 85 is axially in the longitudinal extension of the screen 8 extending three or more slots 8a, 8b, 8c. Between the put-on getter ring 9 and the front A greater height remains at the end of the screen area 85, so that there is sufficient flanging and overhanging, as in 9 and 10 shown by bending outwards is possible.
  • Fig. 9 is shown schematically how after Mount the getter ring 9 on the screen 8 the tapered Screen area 85 is bent outwards, so to speak U-shaped and thereby a collar 88 is formed, the end of which 88a at a distance still covers the getter ring 9 to the outside.
  • the Flanging or bending is done by forming the Slits relieved.
  • the getter ring is preferred completely shaded by the collar thus formed. On this is an improved protection of the getter against topping with condensing metal vapor during the vacuum soldering phase and given by vacuum arcs.
  • the flange and collar 88 can also be used its lower end 88a when bent slightly outward is, at the same time, a means of centering the construction of the 1 serve by switching here Support the outer insulation 7, for example one Ceramics, and so this ceramic 7 with respect to the Shield is centered.
  • the getter material By arranging the getter material on the outside of the Shielding is this also from the direct influence of the Metal steam arc protected and a permanently high function guaranteed of the getter.
  • copper screens with high Thermal conductivity can be used in Connection with the getter copper screens with high Thermal conductivity.
  • the attachment of the Getter tape in the form of a prefabricated ring mechanically or by means of welded connections enables a fixed Connection of getter material to the copper screen.
  • the Getterring can have any dimensions.
  • Another advantageous attachment of the getter ring results from Laser welding on the screen part, with screens made of good heat-conducting materials, such as copper, copper alloys, can be used.

Description

Die Erfindung betrifft eine Abschirmung mit Gettermaterial für eine Vakuumschaltröhre mit einer Vakuumschaltkammer mit relativ zueinander beweglichen mit Kontaktstücken ausgestatteten Leitern, die die Kontaktstücke beabstandet in Gestalt eines zylinderförmigen metallischen Schirmes mit an dem Schirm angeordnetem Gettermaterial umgibt. Des weiteren betrifft die Erfindung ein Verfahren zum Befestigen von Gettermaterial an einem zylinderförmigen Schirm für eine vakuumschaltröhre, bei der der Schirm die Kontaktstücke der Vakuumschaltröhre beabstandet umgibt.
Die Abschirmung des Vakuumschalters mittels eines in der Vakuumschaltkammer angeordneten metallischen Schirmes dient der Aufgabe, die Ablagerung von leitendem Material, das von den Schaltkontakten während einer Schalthandlung verdampft, und sich an unerwünschten Stellen niederschlägt, insbesondere Isolatoren, zu verhindern. Als Abschirmungsmaterialien für den Schirm werden üblicherweise Edelstähle eingesetzt.
Eine weitere Grundbedingung für das sichere Funktionieren eines Vakuumschalters ist ein entsprechend hohes Vakuum, nämlich ein Innendruck von etwa 10-7 bar oder kleiner. Dieser Druck darf während der gesamten Lebensdauer der Vakuumschaltkammer nicht unterschritten werden. Der Innendruck einer Vakuumschaltkammer zeigt im Normalfall kein stationäres, sondern ein dynamisches Verhalten. Winzige Lecks und Ausgasung der Materialien in der Vakuumschaltkammer bewirken bereits einen Druckanstieg. Zur Reduzierung der durch Ausgasung der Materialien sowie Leckagen erzeugten Gase ist es bekannt, Getterelemente in der Vakuumschaltkammer anzuordnen, die durch das Binden der Gase eine Druckabsenkung herbeiführen.
Die Ausbildung und Anordnung von Gettermaterial in der Vakuumschaltkammer eines Vakuumschalters ist beispielsweise aus der DE 38 29 888 C2 bekannt. Hierbei ist der metallische Schirm, der die Schaltkontakte umgibt, vollständig aus Gettermaterial gebildet, das bei Entladungen und Schalten infolge der erzeugten Wärme verdampft und somit der Vakuumschaltkammer eine ausreichende Getterkapazität zur Verfügung steht. Als Gettermaterial ist Titan bevorzugt.
Auch gemäß dem Vorschlag der DE 19 10 633 A1 wird Gettermaterial an der Abschirmung angeordnet, dergestalt, daß es der Lichtbogenwärme ausgesetzt ist.
Gemäß dem Vorschlag der DE-AS 11 85 690 (nächstliegender Stand der Technik) ist in der Abschirmung der Vakuumschaltkammer eine Ausnehmung vorgesehen, in der der Getter befestigt ist, wobei er nicht aus der Umfangsfläche der Abschirmung hervorstehen soll. Die Art der Anbringung ist montageintensiv und beeinträchtigt die Schirmwirkung.
Soweit bei bekannten Getteranordnungen in Vakuumschaltkammern diese durch Punktschweißen aufgebracht werden, ist dies nur auf Trägern, d.h. Schirmen aus Edelstahl, Kupfernickellegierungen, Eisennickellegierungen, Monel und Eisennickelkobaltlegierungen möglich, die ausreichend niedrige thermische Leitfähigkeit haben, nicht jedoch auf Kupfer. Das Befestigen des Getters durch Löten birgt die Gefahr einer Vergiftung des Getters während des Hochtemperaturlötprozesses in sich durch Metalldämpfe aus dem Lot, infolgedessen die Funktion des Getters erheblich beeinträchtigt werden kann. Daher scheidet die Befestigung des Getters durch Löten aus.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Getter in einer Vakuumschaltkammer einer Vakuumschaltröhre dauerhaft zu befestigen, ohne daß diese Befestigung montageaufwendig ist oder sonstige Nachteile aufweist. Ein weiteres Ziel der Erfindung ist darin zu sehen, eine Befestigungsart für ein Getter vorzusehen, die nicht auf den Einsatz von Abschirmungen aus Edelstahl oder entsprechenden Legierungen, wie beim Punktschweißen, beschränkt ist.
Erfindungsgemäß wird die eingangs gestellte Aufgabe bei einer Abschirmung für eine Vakuumschaltröhre der gattungsgemäßen Art dadurch gelöst, daß ein bandförmiger geschlossener Getterring außenseitig an dem Schirm angeordnet und an mindestens einer Befestigungsstelle mechanisch durch Verformung des Schirmes oder mittels Schweißen dauerhaft befestigt ist.
Erfindungsgemäß wird einerseits eine rein mechanische Befestigung des Getters am Schirm vorgeschlagen, die ohne Erwärmung und ohne zusätzliche Bindemittel, wie Lot, durchführbar ist. Andererseits ermöglicht die Erfindung, auch die Anwendung des Schweißens, wie Punktschweißen, Elektronenstrahlschweißen, Ultraschallschweißen, Widerstandsschweißen und insbesondere auch des Laserschweißens zur Befestigung des Gettermaterials unter Vermeidung zu hoher lokaler Erwärmungen. Die erfindungsgemäße Befestigung des Getters in Gestalt eines geschlossenen Getterringes ermöglicht des weiteren auch den Einsatz einer Abschirmung, d.h. eines zylindrischen Schirmteiles aus einem Material mit hoher Wärmeleitfähigkeit, nämlich Kupfer oder Kupferlegierungen. Die Befestigung des Getters erfolgt bevorzugt durch mechanische Verformung des Schirmes nach dem Aufbringen und Inpositionsetzen des Getterringes auf dem Schirm. Somit ermöglicht die Erfindung eine feste Verbindung eines Getters, bevorzugt in Form eines Getterbandes mit einem Schirm, der auch oder nur aus Kupfer besteht.
Vorteilhafte Ausgestaltungen der erfindungsgemäß gestalteten Abschirmung mit Getter für eine Vakuumschaltröhre sind den kennzeichnenden Merkmalen der Unteransprüche 2 bis 11 entnehmbar.
Als Gettermaterial kommen neben Titan auch weitere metallische Legierungen, wie ZrAl, ZrTi, ZrAlTi, ZrVFeTi oder MoTi, in Frage. Bevorzugt weist das Getterelement die Gestalt eines bandförmigen Ringes auf, wobei der Getterring aus einem Band durch Vernieten oder Verschweißen, wie Punktschweißen, an den Bandenden herstellbar ist oder aber auch der Getterring als ein einstückiges Teil integral herstellbar ist, beispielsweise als Zylinderrohrabschnitt von einem Zylinderrohr.
Neben dem bevorzugten Schirmmaterial Kupfer mit hoher Wärmeleitfähigkeit ist es auch möglich, niedriglegierte Kupferlegierungen oder hochlegierte Kupferchrom, Kupferkobalt, Kupfereisen, Molybdänkupfer, Wolframkupfer, Wolframcarbidsilber, Wolframcarbidkupfer oder Kombinationen der vorgenannten Materialien für den Schirm einzusetzen, die ebenfalls eine gute Wärmeleitfähigkeit aufweisen und eine gute Wärmeableitung aus der Vakuumschaltkammer unterstützen.
Gemäß dem Vorschlag der Erfindung ist der Gettering außenseitig an dem zylinderförmigen Schirm angeordnet. Der Schirm weist eine an die Form der Vakuumschaltkammer angepaßte Form auf. Bezüglich der Anordnung des Getterringes wird vorgeschlagen, diesen so an dem Schirm anzuordnen, daß er ebenfalls nicht über die äußere Umfangsfläche des Schirmes wesentlich vorsteht. In einer Ausgestaltung der Erfindung wird daher vorgeschlagen, daß der zylinderförmige Schirm zu dem Endbereich hin, auf den der Getterring aufschiebbar ist, einen stufenförmigen Absatz zur Aufnahme des Getterringes aufweist, der etwa eine der Dicke des Getterringes entsprechende Breite aufweist, wobei der Außendurchmesser des Endbereiches des Schirms nicht größer als der Innendurchmesser des Getterringes ist.
Für die Befestigung des Gettermaterials und Ausbildung der Abschirmung wird erfindungsgemäß ein Verfahren vorgeschlagen, bei dem ein bandförmiger geschlossener Getterring aus einem Gettermaterial gefertigt wird, ein zylindrischer eine gute Wärmeleitung aufweisender Schirm aus Kupfer oder eine Kupfer enthaltende Legierung gefertigt wird, der einen Endbereich aufweist, dessen Außendurchmesser so bemessen ist, daß der Getterring auf den Endbereich aufschiebbar ist, der Getterring auf den Endbereich des Schirmes aufgeschoben wird und der Getterring mechanisch oder mittels Schweißen an dem Schirm befestigt wird.
Bevorzugt wird das Laserschweißen.
Vorteilhafte Weiterbildung der Erfindung sind den kennzeichnenden Merkmalen der Verfahrensansprüche 12 bis 18 entnehmbar.
Für eine einfache Befestigung des Getterringes durch Verformung des Schirmes wird vorgeschlagen, daß die Länge des von der Absatzstufe sich erstreckenden verjüngten Endbereiches größer bemessen ist als der Breite des Getterringes entspricht, so daß der Endbereich über den aufgeschobenen Getterring vorsteht. Somit kann dieser Randbereich bereichsweise nach außen gerichtet verformt werden, um krallenartige oder krampenartige Verformungen zum Lagefixieren des Getterringes auszubilden. Es ist aber auch möglich, den Randbereich umlaufend nach außen zu bördeln, um auf diese Weise den Getterring in seiner Lage dauerhaft zu befestigen. Es ist auch möglich, Gettering und Schirm mittels einer formschlüssigen Faltverbindung nach Art eines Druckknopfes mechanisch miteinander zu verbinden.
Gemäß einem weiteren Vorschlag, wird die Abschirmung so ausgebildet, daß der zylinderförmige Schirm zu dem Endbereich hin, auf den der Getterring aufschiebbar ist, einen stufenförmig verjüngten Absatz aufweist und der verjüngte Absatz von seinem stirnseitigen Ende her mit Schlitzen versehen ist und die zwischen den Schlitzen befindlichen Endbereiche des Schirmes nach außen unter Ausbildung eines beabstandet von dem Schirm vorstehenden Kragens umgebogen sind.
Bei der Herstellung der Abschirmung kann beispielsweise so vorgegangen werden, daß der zylindrische Schirm mit einem stufenförmig verjüngten Absatz für die Aufnahme des Getterringes ausgebildet wird und der verjüngte Absatz von seinem stirnseitigen Ende her mit Schlitzen versehen wird und nach dem Befestigen des Getterringes an der Außenseite des Schirmes die zwischen den Schlitzen verbliebenen Endbereiche des Schirmes den Getterring beabstandet überkragend nach außen umgebogen werden.
Die Erfindung ermöglicht eine dauerhafte Befestigung eines großen Getterelementes in Gestalt eines bandförmigen Getterringes an dem Schirm, wodurch eine große Getteroberfläche zur Verfügung steht. Durch die außenseitige Befestigung des Getterringes am Schirm wird dieser auch vor dem direkten Einfluß des Lichtbogens - Metalldampfbogens - geschützt und eine dauerhaft hohe Funktion des Getters ist gewährleistet.
Hierbei ist es nach einem Vorschlag der Erfindung auch möglich, daß das Verbinden der Bandendenn zu dem Getterring gleichzeitig mit der Befestigung des Getterringes an dem Schirm mittels Schweißen, wie Punktschweißen, Laserschweißen, Ultraschallschweißen, Elektronenstrahlschweißen, Widerstandsschweißen erfolgt.
Die Erfindung wird nachfolgend anhand der Zeichnung an einem Ausführungsbeispiel erläutert. Es zeigen
Fig. 1
einen schematischen Längsschnitt durch eine Vakuumschaltröhre
Fig. 2
eine perspektivische Ansicht eines Getterringes
Fig. 3
eine perspektivische Ansicht eines zylinderförmigen Schirmes
Fig. 4
den Schnitt AA nach Fig. 3 auszugsweise
Fig. 5
den Schirm mit Getterring gemäß Fig. 2 und 3
Fig. 6
Teillängsschnitt einer Vakuumschaltröhre mit Schirm und Getterring gemäß Fig. 5
Fig. 7
Teillängsschnitt durch ein Vakuumschaltgerät mit Vakuumschaltröhr mit Schirm und Getterring gemäß Fig. 5
Fig. 8
perspektivische Ansicht einer zylinderförmigen Abschmirmung mit Schlitzen und Getterring vor der Verformung
Fig. 9,10
Längsschnitt durch Abschirmung mit befestigtem Getterring nach Fig. 8 in zwei Varianten.
In der Fig. 7 ist beispielhaft für die Anwendung der Erfindung ein Vakuumschaltgerät mit den wesentlichen Funktionsteilen im auszugsweisen Querschnitt dargestellt, bei dem Vakuumschaltröhren der erfindungsgemäßen Art einsetzbar sind. Hierbei handelt es sich um ein elektromagnetisches Schaltgerät mit einem Magnetantrieb mit Magnetkern, was nicht näher dargestellt ist und Anker und wenigstens einer Vakuumschaltröhre mit einem Festkontakt sowie mit einer Hubstange in direkter linearer Wirkverbindung stehenden beweglichen Kontakt und einer mit der Hubstange und dem Anker in Wirkverbindungen stehenden Schaltwippe zur Umsetzung der Antriebsbewegung in eine Schaltbewegung des beweglichen Kontaktes. Hierbei ist die Hubstange an einem Ende mit dem den beweglichen Kontakt tragenden Kontaktträger fest verbunden und der Kontaktträger ausgangsseitig mit der Vakuumschaltröhre in einem Rohrlager in bezug auf die Längsachse der Hubstange gleitverschieblich gelagert.
Der Anker 110 ist gemäß Fig. 7 an der Ankeraufnahme 111 befestigt und an der Schaltwippe 120 unter Zwischenlage der Dämpfungslager 122 mittels des Bolzens 113 festgelegt, und zwar an dem an einem Ende der Schaltwippe 120 ausgebildeten Wippenaufnahmelager 121. Die Schaltwippe 120 ist in dem Schienenträgergehäuse 140 bzw. dem nicht näher dargestellten Antriebsgehäuse des Vakuumschaltgerätes 200 schwenkbar gelagert. Im oberen Bereich des Schienenträgergehäuses 140 ist die Vakuumschaltröhre 1 angeordnet, die an ihrem einen Ende den Festkontakt 31 tragenden Festkontaktträger 30 aufweist, der mittels Schraube 170 an der Anschlußfahne 160 befestigt ist und in dem Schienenträgergehäuse 140 fixiert ist. Die Vakuumschaltröhre 1 umfaßt des weiteren den beweglichen Kontaktträger 20 mit dem beweglichen Kontakt 21, dessen Bewegung in Pfeilrichtung P2, P2' mittels des Metallfaltenbalges 4 gegenüber der Vakuumschaltröhre 1 abgedichtet ist. Ausgangsseitig weist die Vakuumschaltröhre 1 das Röhrenlager 147, in dem der Kontaktträger 20 in der Schaltbewegungsrichtung gleitverschieblich gelagert ist. In linearer direkter Wirkverbindung mit dem beweglichen Kontaktträger 20 und damit dem beweglichen Kontakt 21 steht die am Ende des Kontaktträgers 20 befestigte Hubstange 150, die in diesem Befestigungsbereich auch durch das Röhrenlager 147 geführt ist. An ihrem anderen Ende ist die Hubstange 150 in dem Achsführungslager 160 axial geführt, wobei das Achsführungslager 160 im Bereich der Seitenwand des Schienenträgergehäuses 140 angeordnet und dort mittels Schrauben 153, die senkrecht zur Längsachse X der Hubstange und der Vakuumschaltröhre 1 verlaufen, angeordnet sind.
An der Hubstange ist des weiteren die zu der Anschlußschiene 161 führende Litze 141 befestigt, in direktem Anschluß an das Ende des beweglichen Kontaktträgers 20 und auf der anderen Seite mittels einer Sechskantmutter auf der Hubstange 150 festgelegt. Die Schaltwippe 120 greift mit ihrem Gabelende 123a, b beidseitig der Hubstange 150 zwischen den beiden Lagern 147 und 160 zur Übertragung der Schaltbewegung P1 der Schaltwippe ein. Bei Bewegung der Schaltwippe 120 durch Auslösen einer entsprechenden Ankerbewegung, siehe Pfeil P3, wird die Schaltwippe 120 aus der Ausgangsstellung gemäß Fig. 1 in Pfeilrichtung P1 an ihren Gabelenden geschwenkt und hierbei die Hubstange 150 mit den damit verbundenen Teilen mitgenommen, wodurch die Schaltbewegung, siehe Pfeil P2, zum Schließen der Kontakte 21, 31 der Vakuumschaltröhre 1 ausgeführt wird. Umgekehrt zum Öffnen bewegt sich die Hubstange in Pfeilrichtung P2' und die Kontakte 21, 31 öffnen.
Die Vakuumschaltröhre 1 gemäß Fig. 1 umfaß den beweglichen Leiter 2 und den feststehenden Leiter 3, die jeweils einen Kontaktträger 20, 30 mit einem an den einander zugewandten stirnseitigen Enden angebrachten Kontaktstück 21 bzw. 31 aufweisen. Die Vakuumschaltkammer wird von den metallischen Deckelteilen 5, 6 gebildet, mit dem dazwischen angeordneten Isolator 7. Der bewegliche Leiter 2 ist gegenüber dem Gehäuse bzw. Deckel 5 mittels Führung 41 und dem Faltenbalg 4 abgedichtet. Die die Vakuumschaltkammer bildenden außenseitigen Teile sind über Lötstellen 10, 12, 14, 15 miteinander verbunden, der Faltenbalg 4 ist am anderen Ende an dem beweglichen Leiter 2 über die Lötstelle 16 fixiert. Die Kontaktstücke 21, 31 sind ebenfalls über Verbindungsflächen 11, 13, die als Lötstellen ausgebildet sind, mit dem jeweiligen Kontaktträgern 20 bzw. 30 verbunden. So ist eine abgeschlossene Vakuumschaltkammer 100 ausgebildet. Die Kontaktstücke 21, 31 werden seitlich von dem zylinderförmigen Schirm 8 umgeben, der einerseits mit dem Deckel 6 im Bereich der Festkontakte verlötet ist und mit seinem freien Ende bis in den Bereich des Isolators 7 reicht, um auf diese Weise die Strahlungswärme sowie kondensierenden Metalldampf aus dem Schaltbereich aufzufangen und abzuführen und den Metalldampfbogen von dem Deckel 6 und dem Isolator 7 abzuschirmen. Der Schirm 8 ist aus Kupfer, wodurch eine besonders gute Wärmeableitung ermöglicht wird. Für die Bindung der beim Schalten durch den Metalldampfbogen entstehenden Gase ist ein Getter in Gestalt eines Getterringes 9 außenseitig an dem Schirm 8 nahe dessen freien Ende angeordnet. Der Getterring 9 ist ebenfalls vor der direkten Beeinflussung des Metalldampfes geschützt, da er außenseitig an der Abschirmung 8 angebracht ist, siehe auch Fig. 1.
In der Fig. 2 ist ein Getterring dargestellt, der aus einem entsprechend breiten Band durch Verbinden der Bandenden 91 mittels Punktschweißen, Laserschweißen oder beispielsweise Elektronenstrahlschweißen oder Vernieten hergestellt ist. Der Innendurchmesser des Bandes ist mit Ig bezeichnet, die Banddicke mit d und die Bandbreite mit b.
In der Fig. 3 ist der Schirm 8 perspektivisch dargestellt, der einen Basisschirmteil 81, mit dem er den Bereich der Schaltkontakte umfaßt, aufweist und hieran angepaßt über einen stufenförmigen Absatz 82 einen zylinderförmigen Endbereich 83, der wiederum über einen stufenförmigen Absatz 84 sich verjüngt zu dem Endbereich 85. Der stufenförmige Absatz 84, siehe Fig. 4, weist eine Breite a auf, die etwa der Dicke d des Getterringes entspricht, so daß der Getterring 9 hierauf aufsitzt und in etwa bündig mit der Mantelaußenfläche 83 des zylinderförmigen Schirmes abschließt. Die Höhe bzw. verbleibende Länge Le des zylindrischen verjüngten Endbereiches 85 ist etwas größer als der Breite b des Getterringes 9 entspricht.
In der Fig. 5 ist der auf den Schirm auf den stufenförmigen Absatz 84 aufgesetzte Getterring 9 ersichtlich, wobei am oberen freien Ende des Schirmes 8 ein schmaler Randbereich der Abmessung Le-b über den Getterring 9 vorsteht und in diesem Randbereich durch mechanische Verformung zum Beispiel vier Krampen 86a, 86b, 86c, 86d durch Stemmen nach außen ausgeformt sind, durch welche der Getterring 9 in der auf den Schirm 8 aufgeschobenen Position mit dem Gegenlager der Absatzstufe 84 dauerhaft befestigt ist.
Diese erfindungsgemäße mechanische Montage des Getteringes 9 an dem Schirm 8 ermöglicht, für den Schirm 8 ein weiches und nicht besonders gut schweißfähiges Material, wie Kupfer, das jedoch eine hohe Wärmeleitfähigkeit aufweist, einzusetzen.
Die Befestigung des auf den Schirm 8 aufgesetzten Getterringes 9 kann neben der simplen Verformung durch Verdrücken des Schirmrandes auch durch teilweises oder vollständiges Umbördeln des Schirmrandes oder dergleichen erfolgen.
In der Fig. 6 ist die Anordnung des Schirmes 8 mit Getterring 9 in einer Vakuumschaltröhre gemäß Fig. 1 auszugsweise im Querschnitt dargestellt.
Für die Herstellung eines Schirmes mit außemseitigen Getterring, der durch einen überkragenden Schirmbereich einen zusätzlichen Schutz des Gettermaterials gegen Metalldämpfe bietet, wird die Ausbildung einer Abschirmung mit einem Schirm gemäß Fig. 8 vorgeschlagen. Der zylinderförmige Schirm 8 weist ebenfalls über eine Absatzstufe oder zwei Absatzstufen einen verjüngten zylinderförmigen Endbereich 85 auf. Über diesen Endbereich 85 wird später der Getterring 9 aufgeschoben, wie angedeutet, bis er an der Absatzstufe anliegt. Der verjüngte Endbereich 85 ist mit axial in Längserstreckung des Schirms 8 verlaufenden drei oder mehr Schlitzen 8a, 8b, 8c versehen. Zwischen dem aufgeschobenen Getterring 9 und dem stirnseitigen Ende des Schirmbereiches 85 verbleibt eine größere Höhe, so daß hier eine ausreichende Umbördelung und Überkragung, wie in den Fig. 9 und 10 dargestellt durch nach außen Biegen ermöglicht ist.
In der Fig. 9 ist schematisch dargestellt, wie nach dem Aufziehen des Getterringes 9 auf den Schirm 8 der verjüngte Schirmbereich 85 nach außen umgebogen wird, sozusagen U-förmig und dadurch ein Kragen 88 gebildet wird, der mit seinem Ende 88a beabstandet noch den Getterring 9 nach außen überdeckt. Hierfür ist es erforderlich, den verjüngten Bereich 85 von der Stufe zur Auflage des Getterringes so groß zu machen, daß ein entsprechend breiter bördelbarer Randbereich verbleibt. Die Umbördelung bzw. Umbiegung wird durch das Ausbilden der Schlitze erleichtert. Der Getterring wird bevorzugt vollständig von dem so gebildeten Kragen abgeschattet. Auf diese Weise ist ein verbesserter Schutz des Getters vor Belag mit kondensierendem Metalldampf während der Vakuumlotphase und durch Vakuumlichtbögen gegeben.
Darüber hinaus kann der Bördelrand und Kragen 88 auch mit seinem unteren Ende 88a, wenn er leicht nach außen gebogen wird, zugleich als ein Mittel zur Zentrierung des Aufbaus der Vakuumschaltröhre nach Fig. 1 dienen, indem hier eine Abstützung der äußeren Isolierung 7, beispielsweise einer Keramik, erfolgt und damit diese Keramik 7 in bezug auf die Abschirmung zentriert wird.
Mit der erfindungsgemäßen Ausbildung und Anordnung eines Gettermaterials ist eine dauerhafte Befestigung einer großen Getteroberfläche an der Abschirmung möglich und sogleich der Schutz des Getters vor Bedampfen durch Metalldämpfe aus dem Lot während des Herstellungsprozesses der Lötverbindungen der Vakuumschaltröhre gegeben.
Durch die Anordnung des Gettermaterials an der Außenseite der Abschirmung ist dieses auch vor dem direkten Einfluß des Metalldampfbogens geschützt und eine dauerhaft hohe Funktion des Getters gewährleistet. Zudem können erfindungsgemäße in Verbindung mit dem Getter Kupferschirme mit hoher Wärmeleitfähigkeit eingesetzt werden. Die Befestigung des Getterbandes in Form eines vorgefertigten Ringes mechanisch oder mittels Schweißverbindungen ermöglicht eine feste Verbindung von Gettermaterial mit dem Kupferschirm. Der Getterring kann beliebige Abmaße aufweisen. Eine weitere vorteilhafte Befestigung des Getterringes ergibt sich durch Laserschweißen an dem Schirmteil, wobei Schirme aus gut wärmeleitenden Materialien, wie Kupfer, Kupferlegierungen, einsetzbar sind.

Claims (18)

  1. Abschirmung mit Gettermaterial für eine Vakuumschaltröhre mit einer Vakuumschaltkammer mit relativ zueinander beweglichen mit Kontaktstücken ausgestatteten Leitern, die die Kontaktstücke beabstandet in Gestalt eines zylinderförmigen metallischen Schirmes mit an dem Schirm angeordnetem Gettermaterial umgibt, dadurch gekennzeichnet, daß ein bandförmiger geschlossener Getterring (9) außenseitig an dem Schirm (8) angeordnet und an mindestens einer Befestigungsstelle mechanisch durch Verformung des Schirmes oder mittels Schweißen dauerhaft befestigt ist.
  2. Abschirmung nach Anspruch 1,
    dadurch gekennzeichnet, daß der Gettering und der Schirm mittels einer formschlüssigen Faltverbindung verbunden ist.
  3. Abschirmung nach Anspruch 1,
    dadurch gekennzeichnet, daß das zu dem Getterring geschlossene Band aus Gettermaterial an den Bandenden vernietet oder verschweißt wird, wie mittels Punktschweißen, Laserschweißen, Elektronenstrahlschweißen, Widerstandsschweißen oder Ultraschallschweißen.
  4. Abschirmung nach Anspruch 1,
    dadurch gekennzeichnet, daß als Getterring ein integraler Zylinderrohrabschnitt aus Gettermaterial vorgesehen ist.
  5. Abschirmung nach einem der Ansprüche 1 bis 4,
    dadurch gekennzeichnet, daß als Schirmmaterial Kupfer oder niedriglegierte Kupferlegierungen oder hochlegiertes Kupferchrom, Kupferkobalt, Kupfereisen, Molybdänkupfer, Wolframkupfer, Wolframcarbidsilber, Wolframcarbidkupfer oder Kombinationen der vorgenannten Materialien vorgesehen sind.
  6. Abschirmung nach einem der Ansprüche 1 bis 5,
    dadurch gekennzeichnet, daß der zylinderförmige Schirm zu dem Endbereich hin, auf den der Getterring aufschiebbar ist, einen stufenförmigen Absatz (84) zur Aufnahme des Getterringes (9) aufweist, der etwa eine der Dicke (d) des Getterringes (9) entsprechende Breite (a) aufweist, wobei der Außendurchmesser (Ae) des Endbereiches (85) des Schirmes nicht größer als der Innendurchmesser (Ig) des Getterringes (9) ist.
  7. Abschirmung nach Anspruch 6,
    dadurch gekennzeichnet, daß die Länge (Le) des von der Absatzstufe (84) sich erstreckenden verjüngten Endbereiches (85) größer bemessen ist als der Breite (b) des Getterringes (9) entspricht, so daß der Endbereich über den aufgeschobenen Getterring vorsteht.
  8. Abschirmung nach einem der Anspruch 1 bis 7,
    dadurch gekennzeichnet, daß als Gettermaterial Titan, Zirkon-Aluminium, Zirkon-Titan, Zirkon-Aluminium-Titan, Zirkon-Vanadium-Eisen-Titan und/oder Molybdän-Titan eingesetzt ist.
  9. Abschirmung nach einem der Ansprüche 1 bis 8,
    dadurch gekennzeichnet, indem über den auf den Schirm aufgeschobenen Gettering überstehenden Randbereich des Endbereiches des Schirms krampenartige nach außen gerichete Verformungen (86a, 86b, 86c, 86d) zum Befestigen des Getterringes ausbildbar sind.
  10. Abschirmung nach einem der Ansprüche 1 bis 8,
    dadurch gekennzeichnet, daß der über den auf den Schirm aufgeschobene Gettering überstehende Randbereich des Endbereiches des Schirmes nach außen zur Ausbildung eines Wulstes oder Kragens und Lagefixierung des Getteringes gebördelt ist.
  11. Abschirmung nach einem der Ansprüche 1 bis 8,
    dadurch gekennzeichnet, daß der zylinderförmige Schirm zu dem Endbereich hin, auf den der Getterring aufschiebbar ist, einen stufenförmig verjüngten Absatz aufweist und der verjüngte Absatz (85) von seinem stirnseitigen Ende her mit Schlitzen (87) versehen ist und die zwischen den Schlitzen befindlichen Endbereiche (8a, 8b, 8c) des Schirmes nach außen unter Ausbildung eines beabstandet von dem Schirm (8) vorstehenden Kragens (88) umgebogen sind.
  12. Verfahren zum Befestigen von Gettermaterial an einer Abschirmung in Gestalt eines zylinderförmigen Schirms, die Kontaktstücke der Vakuumschaltröhre beabstandet umgibt,
    dadurch gekennzeichnet, daß
    ein bandförmiger geschlossener Getterring aus einem Gettermaterial gefertigt wird,
    ein zylindrischer eine gute Wärmeleitung aufweisender Schirm aus Kupfer oder eine Kupfer enthaltende Legierung gefertigt wird, der einen Endbereich aufweist, dessen Außendurchmesser so bemessen ist, daß der Getterring auf den Endbereich aufschiebbar ist,
    der Getterring auf den Endbereich des Schirmes aufgeschoben wird
    und der Getterring mechanisch oder mittels Schweißen an dem Schirm befestigt wird.
  13. Verfahren nach Anspruch 12,
    dadurch gekennzeichnet, daß der Getterring so weit auf den Endbereich des Schirmes aufgeschoben wird, daß ein Randbereich des Schirmes über den Getterring vorsteht und der Getterring durch bereichsweises oder vollständiges Umbördeln des Randbereiches nach außen an dem Schirm befestigt wird.
  14. Verfahren nach Anspruch 12,
    dadurch gekennzeichnet, daß der Getterring so weit auf den Endbereich des Schirmes aufgeschoben wird, daß ein Randbereich des Schirmes über den Getterring vorsteht und der Getterring durch stellenweises nach außen Verstemmen des Randbereiches des Schirmes unter Ausbildung von Krampen an dem Schirm befestigt wird.
  15. Verfahren nach einem der Ansprüche 12 bis 14,
    dadurch gekennzeichnet, daß der Schirm an dem Endbereich, auf den der Getterring aufgeschoben wird, eine Absatzstufe aufweist, die als Anschlag für den aufzuschiebenden Getterring dient.
  16. Verfahren nach Anspruch 12,
    dadurch gekennzeichnet, daß der Getterring aus einem bandförmigen Gettermaterial gefertigt wird, wobei die Bandenden zu dem Getterring durch Nieten oder Schweißen verbunden werden.
  17. Verfahren nach Anspruch 16,
    dadurch gekennzeichnet, daß das Verbinden der Bandendenn zu dem Getterring gleichzeitig mit der Befestigung des Getterringes an dem Schirm mittels Schweißen, wie Punktschweißen, Laserschweißen, Ultraschallschweißen, Elektronenstrahlschweißen, Widerstandsschweißen erfolgt.
  18. Verfahren nach Anspruch 12 oder 13,
    dadurch gekennzeichnet, daß der zylindrische Schirm mit einem stufenförmig verjüngten Absatz für die Aufnahme des Getterringes ausgebildet wird und der verjüngte Absatz (85) von seinem stirnseitigen Ende her mit Schlitzen (87) versehen wird und nach dem Befestigen des Getterringes (9) an der Außenseite des Schirmes (8) die zwischen den Schlitzen verbliebenen Endbereiche des Schirmes den Getterring (8) beabstandet überkragend nach außen umgebogen werden.
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