WO1996029718A1 - Vakuumschaltröhre - Google Patents

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WO1996029718A1
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Jörg KUSSEROW
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Definitions

  • the invention is in the field of electrical switches and is concerned with the structural design of a vacuum holding tube which can be used as a switching element in low-voltage protection.
  • a known vacuum holding tube for low-voltage contactors essentially consists of a two-pole contact arrangement and a housing surrounding this contact arrangement in a vacuum-tight manner, the housing being formed by a metal cap, a hollow cylindrical ceramic insulator and a bellows.
  • the metal cap is soldered to the current supply bolt of the fixed contact piece and on the end face to the insulator
  • the bellows is soldered on the one hand to the end face of the insulator and on the other hand to an annular flange on the power supply bolt of the movable contact.
  • the inside diameter of the ceramic insulator is , which surrounds the power supply bolt of the fixed contact, is made as small as possible. This measure, however, does not completely prevent metal vapor from depositing on the inner surface of the ceramic insulator (DE-Al-37 09 585 / US-A-4 672 156).
  • a flange is first arranged on the end face of the ceramic insulator facing the bellows, with which the bellows is soldered and which has a short tubular shape
  • a tubular shield is provided for the ring-shaped ceramic insulator, which is provided at one end with an edge widened to form a cap. This edge is soldered to an extension ring, which in turn is soldered to the end face of the ceramic insulator facing the two contact pieces.
  • soldering processes are required (DE 33 43 918 AI / US 4 614 850).
  • the object of the invention is to provide effective shielding of the insulator and to ensure simple manufacture of the vacuum interrupter, if possible in a single soldering operation .
  • the insulator is assigned a tubular screen, which is provided at one end with a flange-like edge and which bears by means of spacer knobs distributed circumferentially on the end face of the insulator facing the contacts, and that the metal cap is provided on its edge soldered to the insulator in the circumferential direction with a structure in the form of a corrugation or toothing with a wave or tooth height of 0.2 to 0.6 mm, the metal cap made of copper and Purpose of soldering is coated with silver.
  • the metal cap, the ceramic insulator and the shield can be soldered to one another in the same work step, this soldering being carried out as closure soldering.
  • the structuring of the edge of the metal cap namely forms slot-like openings through which the vacuum holding tube can be degassed prior to the soldering process.
  • the soldering temperature is reached, sufficient solder is produced from the silver layer of the metal cap and from the material of the metal cap, with which the slot-like openings are also closed in a vacuum-tight manner.
  • the other soldering processes for vacuum-tight connection of the bellows on the one hand with the insulator and on the other hand with the movable power supply pin and for connecting the metal cap with the fixed power supply pin can also be carried out with the closure soldering if the bellows via tubular approaches on the isola ⁇ gate as well as on the ring flange of the movable power supply bolt butt and the fixed power supply bolt by means of an annular flange on the outside of the metal cap.
  • a conical design of the movable power supply bolt in the area of the bellows enables the bellows to be soldered to the ring flange of the Movable power supply pin required solder ring when inserting the various parts of the vacuum interrupter centered in the solder mold of the solder joint.
  • an annular solder foil is expediently used, while the silver coating of the metal cap is used to solder the metal cap to the fixed power supply bolt.
  • the tubular shield can have an enlarged diameter of about 3 mm in the transition area to the flange-like edge.
  • 1 shows a vacuum interrupter in longitudinal section
  • FIGS. 2 and 3 show the metal cap used as part of the housing with an edge structure in FIG
  • FIG. 4 Shape of a corrugation or toothing and FIG. 4 the shield for the insulator arranged within the vacuum interrupter.
  • the vacuum interrupter according to FIG. 1 has two contact pieces 1 and 2, one of which is arranged at the end of a fixed power supply bolt 3 and the other at the end of a movable power supply bolt 4.
  • the contact arrangement is surrounded by a housing consisting of the metal cap 9, the hollow cylindrical ceramic insulator 12 and the
  • the metal cap 9 encloses the contact area of the two contact pieces 1 and 2, and the ceramic insulator 12 and the bellows 13 surround the power supply pin 4 of the movable contact piece 2.
  • the fixed power supply pin 3 is provided with an annular flange 7 and is located on the outside Metal cap 9, wherein the centered assignment is ensured by means of a centering shoulder 8.
  • the metal cap 9 is made of copper and is provided with an electroplated silver layer 18.
  • the edge of the metal cap 9 sits bluntly on an end face of the hollow cylindrical ceramic insulator 12, on the other end face of which a tubular extension 14 of the bellows 13 bears.
  • the bellows 13 sits at the other end with a likewise tubular extension 15 on an annular flange 6 of the movable power supply bolt 4.
  • the power supply pin 4 is conical on a longitudinal section 5, which is surrounded by the bellows 13.
  • the metal cap 9 is provided at its edge with a structure according to FIGS. 2 and 3, which may have the shape of a corrugation 10 according to FIG. 2 or the shape of a toothing 11 according to FIG
  • the wave height or the tooth height is expediently about 0.3 mm.
  • a tubular shield 16 is further provided in the vacuum interrupter shown in FIG. 1, which has a flange-like edge 17 at one end. With this edge 17, the shield rests on the same end face of the ceramic insulator 12 on which the metal cap 9 is also seated.
  • the flange-like edge 17 of the shield 16 is provided with indentations in the form of spacer knobs 20. which raise the shield 16 relative to the end face of the ceramic insulator 12 by approximately 0.5 to 1 mm.
  • the flange-like tube can have an enlarged diameter immediately after the flange-like edge 17 on a longitudinal section 21 with a length of about 3 mm.
  • the shield 16 is also included in this soldering process, which results in both soldering with the metal cap 9 and with the end face of the ceramic insulator 12.

Landscapes

  • High-Tension Arc-Extinguishing Switches Without Spraying Means (AREA)

Abstract

Um bei einer Vakuumschaltröhre für Niederspannungsschütze die Verlötung aller Gehäuseteile einschließlich der rohrförmigen Abschirmung in einem einzigen Arbeitsgang durchführen zu können, ist die Metallkappe (9), die die beiden Kontakte (1, 2) umschließt und aus Versilbertem Kupfer besteht, an ihrem mit einer Stirnfläche des hohlzylindrischen Isolators (12) zu verlötenden Rand (19) mit einer in Umfangsrichtung verlaufenden Strukturierung (10, 11) versehen. Dabei liegt die rohrförmige Abschirmung (16) mit einem flanschartigen Rand (17) über am Umfang verteilt angeordnete Distanznoppen (20) an der gleichen Stirnfläche des Isolators (12) an.

Description

Beschreibung
Vakuumschaltröhre
Die Erfindung liegt auf dem Gebiet der elektrischen Schalter und befaßt sich mit der konstruktiven Ausgestaltung einer Vakuumsehaltröhre, die als Schaltelement in Niederspannungs- schützen verwendet werden kann.
Eine bekannte Vakuumsehaltröhre für Niederspannungsschütze besteht im wesentlichen aus einer zweipoligen Kontaktanord¬ nung und einem diese Kontaktanordnung vakuumdicht umgebenden Gehäuse, wobei das Gehäuse von einer Metallkappe, einem hohlzylindrischen Keramikisolator und einem Faltenbalg gebil- det wird. Dabei ist zum einen die Metallkappe mit dem Strom¬ zuführungsbolzen des feststehenden KontaktStückes und stirn¬ seitig mit dem Isolator und zum anderen der Faltenbalg einer¬ seits stirnseitig mit dem Isolator und andererseits mit einem Ringflansch am Stromzuführungsbolzen des bewegbaren Kontaktes verlötet. Um bei dieser bekannten Vakuumschaltröhre die innere Oberfläche des Keramikisolators gegen den Niederschlag von Metalldampf zu schützen und damit die innere Isolations¬ festigkeit der Vakuumsehaltröhre zu gewährleisten und um zugleich den Faltenbalg gegen den Niederschlag von Metall- dampf zu schützen, ist der Innendurchmesser des Keramikisola¬ tors, der den Stromzuführungsbolzen des feststehenden Kontak¬ tes umgibt, so klein wie möglich ausgeführt. Durch diese Maßnahme läßt sich jedoch eine Ablagerung von Metalldampf auf der Innenoberfläche des Keramikisolators nicht vollständig vermeiden (DE-Al- 37 09 585/US-A-4 672 156).
Bei einer anderen bekannten Vakuumschaltröhre dieser Art ist an der dem Faltenbalg zugekehrten Stirnseite des Keramikiso¬ lators zunächst ein Flansch angeordnet, mit dem der Falten- balg verlötet ist und der über einen kurzen röhrför igen
Ansatz stumpf mit der Stirnfläche des Keramikisolators verlö- tet ist. Mit Hilfe des kurzen rohrförmigen Ansatzes ist zwischen der Stirnfläche des Keramikisolators und dem Flansch ein Spalt vorgegebener Länge geschaffen. Da die Stirnseite des Keramikisolators im Bereich dieses Spaltes nicht metalli¬ siert ist, stellt die den Kontakten abgewandte Stirnfläche des Keramikisolators die innere Spannungsfestigkeit der Vakuumsehaltröhre sicher. Dabei kann auf eine besondere Abschirmung für den Keramikisolator verzichtet werden (EP-Al- 0 563 830/US-A-5 315 081) .
Bei einer weiterhin bekannten Vakuumsehaltröhre für Nieder¬ spannungsschütze ist für den ringförmig ausgebildeten Kerami¬ kisolator ein rohrförmig gestalteter Schirm vorgesehen, der an einem Ende mit einem zu einer Kappe erweiterten Rand ver- sehen ist. Dieser Rand ist mit einem Ansatzring verlötet, der seinerseits mit der den beiden Kontaktstücken zugewandten Stirnfläche des Keramikisolators verlötet ist. Zur Herstel¬ lung dieser Vakuumsehaltröhre sind mehrere Lötvorgänge erforderlich (DE 33 43 918 AI / US 4 614 850).
Im übrigen ist es bei der Herstellung von Vakuumschaltröhren bekannt, den Faltenbalg an seinem Ende über einen rohrförmi¬ gen Ansatz stirnseitig mit einem Keramikteil zu verlöten (EP 0 040 933 AI) und für das Gehäuse kappenartige Teile aus Kupfer zu verwenden, die mit einer galvanisch aufgebrachten Silberschicht versehen sind, wodurch sich beim Verlöten mit einem Keramikteil oder mit einem Metallteil die Verwendung eines Lötringes erübrigt (WO 95/00 459) .
Ausgehend von einer Vakuumschaltrδhre mit den Merkmalen des Oberbegriffes des Patentanspruches 1 (US 4 672 156 A) liegt der Erfindung die Aufgabe zugrunde, eine wirksame Abschirmung des Isolators vorzunehmen und dabei eine einfache Herstellung der Vakuumschaltröhre, möglichst in einem einzigen Lötvor- gang, zu gewährleisten. Zur Lösung dieser Aufgabe ist gemäß der Erfindung vorgesehen, daß dem Isolator ein rohrförmiger Schirm zugeordnet ist, der an seinem einen Ende mit einem flanschartigen Rand versehen ist und der mittels am Rand in Umfangsrichtung verteilt angeordneter Distanznoppen an der den Kontakten zugewandten Stirnfläche des Isolators anliegt, und daß die Metallkappe an ihrem mit dem Isolator verlöteten Rand in Umfangsrichtung mit einer Strukturierung in Form einer Wellung oder einer Zahnung mit einer Wellen- bzw. Zahnhöhe von 0,2 bis 0,6 mm versehen ist, wobei die Metallkappe aus Kupfer besteht und zum Zwecke der Verlötung mit Silber beschichtet ist.
Bei einer derart ausgebildeten Vakuumschaltröhre können die Metallkappe, der Keramikisolator und der Schirm miteinander im gleichen Arbeitsgang verlötet werden, wobei diese Lötung als Verschlußlötung durchgeführt wird. Die Strukturierung des Randes der Metallkappe bildet nämlich schlitzartige Öffnun¬ gen, über die die Vakuumsehaltröhre vor dem Lötvorgang ent¬ gast werden kann. Bei Erreichen der Löttemperatur entsteht aus der Silberschicht der Metallkappe und aus dem Material der Metallkappe genügend Lötmittel, mit dem auch die schlitz¬ artigen Öffnungen vakuumdicht verschlossen werden.
Bei geeigneter Ausgestaltung der Vakuumsehaltröhre können auch die übrigen Lötvorgänge zur vakuumdichten Verbindung des Faltenbalges einerseits mit dem Isolator und andererseits mit dem beweglichen Stromzuführungsbolzen und zum Verbinden der Metallkappe mit dem feststehenden Stromzuführungsbolzen gleichzeitig mit der Verschlußlötung durchgeführt werden, wenn der Faltenbalg über rohrförmige Ansätze sowohl am Isola¬ tor als auch am Ringflansch des bewegbaren Stromzuführungs- bolzens stumpf anliegt und der feststehende Stromzuführungs- bolzen mittels eines Ringflansches außen an der Metallkappe anliegt. Eine konische Ausbildung des bewegbaren Stromzufüh- rungsbolzen im Bereich des Faltenbalges ermöglicht dabei, den für die Verlötung des Faltenbalges mit dem Ringflansch des bewegbaren Stromzuführungsbolzens erforderlichen Lötring beim Einsetzen der verschiedenen Teile der Vakuumschaltröhre in die Lötform der Lötstelle zentriert zuzuordnen. - Für die Verlötung des Faltenbalges mit dem Keramikisolator wird zweckmäßig eine ringförmige Lötfolie eingesetzt, während zur Verlötung der Metallkappe mit dem feststehenden Stromzufüh¬ rungsbolzen die Silberbeschichtung der Metallkappe dient. Um bei der Zuordnung der verschiedenen Teile der Vakuumschalt¬ röhre innerhalb einer Lötform die erforderliche Zentrierung der rohrförmigen Abschirmung innerhalb des Keramikisolators zu gewährleisten, kann im übrigen die rohrförmige Abschirmung im Übergangsbereich auf den flanschartigen Rand auf einer Länge von etwa 3 mm einen vergrößerten Durchmesser aufweisen.
Ein Ausfύhrungsbeispiel der neuen Vakuumschaltröhre ist in den Figuren 1 bis 4 dargestellt. Dabei zeigt Figur 1 eine Vakuumschaltröhre im Längsschnitt, die Figuren 2 und 3 die als Teil des Gehäuses verwendete Me- tallkappe mit einer Randstrukturierung in
Form einer Wellung oder Zahnung und Figur 4 die innerhalb der Vakuumschaltröhre ange¬ ordnete Abschirmung für den Isolator.
Die Vakuumschaltröhre gemäß Figur 1 weist zwei Kontaktstücke 1 und 2 auf, von denen das eine am Ende eines feststehenden Stromzuführungsbolzens 3 und das andere am Ende eines beweg¬ baren Stromzuführungsbolzens 4 angeordnet ist. Die Kontakt¬ anordnung ist von einem Gehäuse umgeben, das aus der Metall- kappe 9, dem hohlzylindrischen Keramikisolator 12 und dem
Faltenbalg 13 besteht. Dabei umschließt die Metallkappe 9 den Kontaktbereich der beiden Kontaktstücke 1 und 2, und der Keramikisolator 12 und der Faltenbalg 13 umgeben den Stromzu¬ führungsbolzen 4 des bewegbaren Kontaktstückes 2. Der fest- stehende Stromzuführungsbolzen 3 ist mit einem Ringflansch 7 versehen und liegt außen an der Metallkappe 9 an, wobei mittels eines Zentrierabsatzes 8 die zentrierte Zuordnung gewährleistet ist. Die Metallkappe 9 besteht aus Kupfer und ist mit einer galvanisch aufgebrachten Silberschicht 18 versehen.
Die Metallkappe 9 sitzt mit ihrem Rand stumpf auf einer Stirnfläche des hohlzylindrischen Keramikisolators 12 auf, an dessen anderer Stirnfläche ein rohrförmiger Ansatz 14 des Faltenbalges 13 anliegt. Der Faltenbalg 13 sitzt am anderen Ende mit einem ebenfalls rohrförmigen Ansatz 15 auf einem Ringflansch 6 des bewegbaren Stromzuführungsbolzen 4 auf. Dabei ist der Stromzuführungsbolzen 4 auf einem Längsab¬ schnitt 5, der vom Faltenbalg 13 umgeben ist, konisch ausge¬ bildet.
Bei Zuordnung eines Lötringes zum rohrförmigen Ansatz 15 des Faltenbalges und einer ringförmigen Lotfolie zum rohrförmigen Ansatz 14 des Faltenbalges kann die Verlötung aller Teile der Vakuumschaltröhre in einem einzigen Arbeitsgang erfolgen. Um diese Verlötung als Verschlußlötung durchführen zu können, ist gemäß den Figuren 2 und 3 die Metallkappe 9 an ihrem Rand mit einer Strukturierung versehen, die gemäß Figur 2 die Form einer Wellung 10 oder gemäß Figur 3 die Form einer Zahnung 11 haben kann, wobei die Wellenhöhe bzw. die Zahnhöhe zweckmäßig etwa 0,3 mm beträgt.
Zum Schutz der inneren Oberfläche des Keramikisolators 12 ist bei der in Figur 1 dargestellten Vakuumschaltröhre weiterhin eine rohrförmige Abschirmung 16 vorgesehen, die an ihrem einen Ende einen flanschartigen Rand 17 aufweist. Mit diesem Rand 17 liegt die Abschirmung an der gleichen Stirnfläche des Keramikisolators 12 an, auf der auch die Metallkappe 9 auf¬ sitzt. Um dabei einen freien Zugang zu den durch die Struktu¬ rierung des Kappenrandes geschaffenen Entgasungsschlitzen zu gewährleitsten, ist der flanschartige Rand 17 der Abschirmung 16 mit Eindrückungen in Form von Distanznoppen 20 versehen, die die Abschirmung 16 gegenüber der Stirnfläche des Kerami¬ kisolators 12 um etwa 0,5 bis 1 mm anheben. - Zur Zentrierung der Abschirmung 16 innerhalb des Keramikisolators 12 kann das flanschartige Rohr unmittelbar anschließend an den flanschar- tigen Rand 17 auf einem Längsabschnitt 21 mit einer Länge von etwa 3 mm einen vergrößerten Durchmesser aufweisen.
Beim Verlöten der verschiedenen Bauteile der Vakuumschal¬ tröhre wird auch die Abschirmung 16 in diesen Lötprozeß mit einbezogen, wobei sich sowohl eine Verlötung mit der Metall¬ kappe 9 als auch mit der Stirnfläche des Keramikisolators 12 ergibt.

Claims

Patentansprüche
1. Vakuumsehaltröhre mit einer zweipoligen Kontaktanordnung und einem die Kontaktanordnung umgebenden Gehäuse, bei der das Gehäuse aus einer mit dem Stromzuführungsbolzen des feststehenden Kontaktstückes verlöteten und sowohl den feststehenden als auch den bewegbaren Kontakt umgebenden Metallkappe und aus einem hohlzylindrischen, stirnseitig mit der Metallkappe verlöteten Isolator sowie aus einem Falten- balg besteht, wobei der Faltenbalg einerseits stirnseitig mit dem Isolator und andererseits mit einem Ringflansch am Stromzuführungsbol¬ zen des bewegbaren Kontaktes verlötet ist, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t , daß dem Isolator (12) ein rohrförmiger Schirm (16) zugeordnet ist, der an seinem einen Ende mit einem flanschartigen Rand (17) versehen ist und der mittels am Rand (17) in Umfangs¬ richtung verteilt angeordneter Distanznoppen (20) an der den Kontakten (1,2) zugewandten Stirnfläche des Isolators (12) anliegt, und daß die Metallkappe (9) an ihrem mit dem Isolator (12) verlöteten Rand (19) in Umfangsrichtung mit einer Strukturie¬ rung (10,11) in Form einer Wellung (10) oder einer Zahnung (11) mit einer Wellen- bzw. Zahnhόhe von 0,2 bis 0,6 mm versehen ist, wobei die Metallkappe (9) aus Kupfer besteht und zum Zwecke der Verlötung mit Silber (18) beschichtet ist.
2. Vakuums ehalt röhre nach Anspruch 1, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t , daß der Faltenbalg (13) über rohrförmige Ansätze (14,15) sowohl mit dem Isolator (12) als auch mit dem Ringflansch (6) des bewegbaren Stromzuführungsbolzens (4) stumpf verlötet ist, wobei der bewegbare Stromzuführungsbolzen (4) im Bereich des Faltenbalges konisch (5) ausgebildet ist.
3. Vakuumschaltröhre nach Anspruch 1 oder 2, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t , daß der feststehende Stromzuführungsbolzen (3) mittels eines außen an der Metallkappe (9) anliegenden Ringflansches (7) mit der Metallkappe verlötet ist.
4. Vakuumschaltröhre nach Anspruch 1, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t , daß die rohrförmige Abschirmung (16)im Übergangsbereich auf den flanschartigen Rand (17) auf einer Länge (21) von etwa 3 mm einen vergrößerten Durchmesser aufweist.
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