Balgstrukturen werden in variablen Vakuumkondensatoren verwendet, wo sie als mechanischer Teil neben den elektrischen Eigenschaften eine Dichtheitsfunktion zu erfüllen haben. Sie müssen HF-leitend sein, d. h. eine gute Hochfrequenzleitfähigkeit aufweisen und einer mechanischen und thermischen Dauerbelastung genügen, welche die Langzeiteigenschaften eines Vakuumkondensators bestimmen.

Bekannte Bälge aus Bronze und anderen Legierungen erfahren mit der Zeit eine Materialermüdung und erfüllen die Anforderungen in Bezug auf die Lebensdauer vielfach nicht.

Nach JP-06204082-A ist ein Vakuumkondensator bekannt, der einen Balg aus rost- freiem Stahl mit einer Kupfer-oder Silberbeschichtung verwendet, um die elektrischen Eigenschaften zu verbessern. Die bisher angewendeten Verfahren zur Beschichtung des Balges führen bekanntlich zu sehr unterschiedlichen Schichtdicken, die in der inhomogenen Stromverteilung während des Beschichtungsprozesses begründet sind.

Nachteilig sind diese ungleichen Schichtdicken bezüglich der elektrischen Belastbarkeit sowie der Lebensdauer, da bei der mechanischen Belastung die lokal höheren Biege- kräfte zu einer Materialermüdung, bzw. zum Bruch der Schicht und später des Träger- materials führen.

Aufgabe der Erfindung ist es, einen Balg für einen Vakuumkondensator anzugeben, der aus einem Trägermaterial und aus mindestens einer aufgebrachten Schicht besteht, wovon mindestens eine elektrisch leitend ausgebildet ist und sich durch eine möglichst gleichmässige Schichtdicke auszeichnet. Durch die Gleichmässigkeit der Schicht wird eine höhere Lebensdauer erzielt.

Eine weitere Aufgabe der Erfindung besteht in der Herstellung eines derartigen Balges.

Erfindungsgemäss wird diese Aufgabe mit einem Balg gemäss dem Wortlaut nach Patentanspruch 1 und durch ein Verfahren zur Herstellung desselben gemäss dem Wortlaut nach Patentanspruch 7 gelost.

Die Erfindung wird im Folgenden an Hand von Figuren beschrieben. Es zeigen : Fig. 1 Schematische Darstellung eines Balges im Schnitt Fig. 2 Schematische Darstellung eines Vakuumkondensators im Schnitt Fig. 1 zeigt in schematischer Darstellung einen Balg im Schnitt. Eine Balgstruktur 1 aus einem Trägermaterial 2 weist eine übliche Rippenstruktur auf mit äusseren und inneren Falten 3 und 3'und zylindrisch ausgebildeten Anschlussteilen 4 und 4'.

Auf der Balgstruktur befinden sich elektrisch leitende Schichten 5 und 6, die für die haftvermittelnden, bzw. elektrischen Eigenschaften vorgesehen sind.

Als Trägermaterial eignen sich Rohre aus rostfreiem Stahl oder aus Ni-Legierungen mit mindestens 65 % Nickel.

Die Schicht 5 hat beispielweise neben der leitenden eine haftvermittelnde Eigenschaft für die Schicht 6.

Die Schicht 5 besteht beispielsweise aus Nickel, Gold oder deren Legierungen bei einer typischen Dicke von 0,2-5 tim.

Die elektrische Leitschicht 6 besteht beispielsweise aus Kupfer, Silber, Gold, Palladium oder deren Legierungen, wobei deren Dicke 1-50 p. m. vorzugsweise 25 (im beträgt.

Die Schicht 5 kann auch fehlen, sodass auf dem Trägermaterial lediglich die Schicht 6 aufliegt.

Die Anzahl der elektrisch leitenden Schichten ist keineswegs auf zwei begrenzt. So kann z. B. eine weitere Schicht aufgebracht werden, die eine besondere Korrosions- festigkeit aufweist, wie dies etwa bei einer dünnen Goldschicht von 0,2-0,9 (im der Fall sein kann.

Wesentliche Eigenschaft der Schicht 6 ist deren gleichmässige Schichtdicke, die durch eine Verformung erzielt wird, wie später beschrieben wird.

Auf der Schicht 6 befindet sich eine weitere Schicht 7, die beispielsweise durch eine Schwarzverchromung oder ein Kupferoxid erzeugt wird, welche das thermische Emis- sionsverhalten der Oberfläche verbessert und die gesamte oder teilweise äussere Oberfläche der Balgstruktur als schwarzen Körper erscheinen ässt. Es hat sich gezeigt, dass dadurch die Wärmeabfuhr durch Strahlung wesentlich gefördert wird, was niedrigere Betriebstemperaturen des Balges zur Folge hat und sich auf die Strombelastbarkeit und auf die Lebensdauer sehr vorteilhaft auswirkt.

Durch eine Ausbildung der Schicht 7 mit rauher Oberfläche wird dieser günstige Effekt verstärkt, was beispielsweise durch Sandstrahlen, Bürsten oder durch chemische Prozesse erzielt werden kann. Die Schicht 7 bedeckt die Rippenstruktur oder Teile davon aber nicht notwendigerweise die Bereiche der Anschlussteile 4,4'.

Im weiteren wird das Verfahren zur Herstellung eines derartigen Balges beschrieben.

Ausgehend von einem Rohr als Trägermaterial, das vorzugsweise aus rostfreiem Stahl besteht, werden auf dieses die mindestens eine elektrisch leitende Schicht 5,6 aufgebracht, was z. B. galvanisch erfolgen kann.

Während die Wandstärken der Rohre ca. 50-200 Rm betragen, bewegen sich die Schichtdicken je nach Funktion im allgemeinen von 1-50 um.

Mit dem Aufbringen dieser Schichten 5,6 wird ein Verbundteil, resp. ein Verbundrohr gebildet, das einem Verformungsprozess in bekannter Weise unterworfen wird, wo- durch die Balgstruktur 1 erzielt wird.

Bei einer derartigen Verformung bleiben die Schichtdicken des Verbundrohres im wesentlichen gleichmässig. Es hat sich gezeigt, dass die Abweichungen der Schicht- dicke vom Mittelwert weniger als +/-50 %, vorzugweise weniger als +/-10 %, betragen. Diese Gleichmässigkeit bedeutet gegenüber einem galvanischen Auftragen der Schicht erst nach der Verformung einen grossen Vorteil.

Die erfindungsgemässe Verformung liefert eine Balgstruktur, die nachgearbeitet wird, wobei dies im Aufbringen einer weiteren Schicht 7 zur weiteren Vergütung erfolgen kann, gefolgt von Reinigungschritten und dgl.. Die weitere Schicht 7 kann auch vor- gängig zur Verformung aufgebracht werden.

Die Nacharbeit kann auch darin bestehen, die Anschlussteile 4,4'mechanisch in eine optimale Form zu bringen.

Danach liegt der Balg einbaufertig vor und wird in einem Vakuumkondensator montiert.

Alternativ zu einer galvanischen Beschichtung zum Aufbringen der elektrisch leitenden Schichten wird mindestens ein weiteres sehr dünnes Rohr auf das Trägermaterial, bzw. das erste Rohr aufgezogen, bzw. aufgestülpt, wonach dann der Verformungs- schritt erfolgt. Die Nacharbeit der Balgstruktur erfolgt in ähnlichem Rahmen wie bereits beschrieben.

Fig. 2 zeigt den schematischen Aufbau eines variablen Vakuumkondensators. Ein fixer Elektrodenblock 13 ist mechanisch und elektrisch mit dem unteren Teil 8 des Ge- häuses verbunden, das gleichzeitig einen äusseren elektrischen Anschluss des Kon- densators darstellt. Über einen ringförmigen Isolator 9 ist der untere Teil 8 des Gehäuses mit dem oberen Teil 10 des Gehäuses dicht verbunden. Über eine Stange 11, die an ihrem unteren Ende mit einem variablen Elektrodenblock 12 befestigt ist, wird dieser von aussen her mehr oder weniger tief in den fixen Elektrodenblock 13 eingetaucht, wodurch sich die gewünschte Kapazität einstellen ässt. Zur Verbesserung der elektrischen Eigenschaften befindet sich im inneren Raum 14 ein Vakuum, das vom Umgebungsdruck 15 durch einen Balg, resp. Federbalg 1 getrennt ist. Der Federbalg ist am einen Ende 16 mit dem oberen Teil 10 des Gehäuses und am anderen Ende 16'mit dem variablen Elektrodenblock 12 gasdicht verbunden. Der Federbalg sichert eine hohe vertikale Beweglichkeit der Stange 11 und des variablen Elektrodenblockes 12 und ist gleichzeitig so ausgelegt, dass er dem Druckunterschied- zwischen dem inneren Raum 14 und dem Umgebungsdruck 15 stand hält. Der Feder- balg 1 besitzt dabei gleichzeitig auch eine hohe HF-elektrische Leitfähigkeit, durch die der variable Elektrodenblock 12 mit dem zweiten elektrischen Anschluss 10 verbunden ist.

Die Vorteile der erfindungsgemässen, gleichmässigen Schichtdicke liegen im dadurch bedingten regelmässigen Stromlinien-und Stromdichteverlauf, was zu einer gleich- massigen Temperaturbelastung und zur Vermeidung von lokalen Überhitzungen führt.

Auch die dünneren Bereiche der elektrisch leitenden Schicht gewährleisten noch eine ausreichende Stromleitung.

Ein weiterer Vorteil der erfindungsgemässen, gleichmässigen Schichtdicke besteht in der regelmässigen mechanischen Belastung der Balgstrukturen. Daraus ergibt sich eine deutlich verbesserte Lebensdauer des Balgs und erlaubt so eine wesentlich höhere gesamte Zyklenzahl des Balgs und damit des Vakuumkondensators. Diese kommt dann zum Tragen, wenn der gesamte Kapazitätsbereich durchfahren wird.

Die anschliessend beschriebenen Beispiele zeigen die erzielbare Homogenität der Schichtdicken und demonstrieren die deutlich verbesserte Lebensdauer.

Beispiel 1 : Verkupferter Federbalg aus rostfreiem Stahl.

Auf ein 100 J. m dickes, rostfreies Stahlrohr wurde zur Verbesserung der Haftfähigkeit vorgängig eine 0,8 Wm dicke Schicht aus Au aufgetragen, gefolgt von einer 25 Rm dicken Leitschicht aus Kupfer. Danach wurde das so vorbereitete Rohr nach bekann- tem Verfahren zur einer Balgstruktur verformt und in einen Vakuumkondensator ent- sprechend Fig. 2 eingebaut. Temperaturmessungen unter hochfrequenter Strombelas- tung bei 13,5 MHz haben gezeigt, dass ein derartig gefertigter Vakuumkondensator gegenüber einem bekannten Vakuumkondensator mit einem Bronzebalg bezüglich seiner elektrischen Belastbarkeit genauso gut ist, bzw. diesen übertrifft. Das heisst, dass die Regelmässigkeit der Schichtdicken im Ergebnis derjenigen eines homogenen metallischen Leiters entspricht. Die Messung der Schichtdicke hat ergeben, dass die Abweichungen der Schichtdicke vom Mittelwert weniger als +/-10 % betrugen.

Beispiel 2 : Federbalg mit verbesserter Wärmeabstrahlung.

Auf ein 80 lim dickes, rostfreies Stahlrohr wurde eine 20 im dicke Leitschicht aus Kupfer aufgebracht. Zur Verbesserung der Haftfähigkeit wurde eine Schicht aus Ni von 1,3 (im Dicke gewählt. Danach wurde das so vorbereitete Rohr nach bekanntem Ver- fahren zur einer Balgstruktur verformt und in einen Vakuumkondensator entsprechend Fig. 2 eingebaut. Zur verbesserten Wärmeabstrahlung wurde eine weitere Schicht als dunkle Kupferoxidschicht von 1,0 pm Dicke beaufschlagt. Temperaturmessungen unter Strombelastung wurden im Vergleich zu Beispiel 1 bei 40 MHz durchgeführt. Es zeigt sich, dass ein derartig gefertigter, mit einer weiteren Schicht versehener Vakuum- kondensator höher belastbar ist.

Langzeitlebensdauertests haben gezeigt, dass bei zyklischer, axialer Belastung des erfindungsgemässen Balgs die Lebensdauer im Vergleich zu Federbälgen mit anderen, sonst üblichen Materialien wie z. B. Bronze mindestens eine Verdoppelung der Lebens- dauer erzielt werden kann.