Schirmelement für eine Vakuumschaltröhre

Die Erfindung bezieht sich auf ein Schirmelement für eine Va kuumschaltröhre, eine Vakuumschaltröhre mit einem solchen Schirmelement, ein Verfahren zum Herstellen eines solchen Schirmelementes und ein Verfahren zum Herstellen einer Vaku umschaltröhre mit einem solchen Schirmelement.

Aus dem Stand der Technik sind Schirmelements für Vakuum schaltröhren bekannt. Sie dienen der Feldsteuerung und ver hindern, dass elektrisch isolierende Bereiche der Vakuum schaltröhre im Falle von Lichtbögen mit Metall bedampft wer den. Im Zusammenhang mit dem Verschlusslöten einer Vakuum schaltröhre kann es, insbesondere beim Abkühlen nach dem Ver schlusslöten im Vakuumofen, zu induzierten mechanischen Span nungen kommen, die zu Rissen in der Vakuumschaltröhre führen, insbesondere in elektrisch isolierenden Bereichen. Risse in der Vakuumschaltröhre können zu einem Zusammenbruch des Vaku ums in der Vakuumschaltröhre und damit zu einem Verlust der Schaltfähigkeit führen.

Aufgabe der Erfindung ist es, ein Schirmelement bereitzustel len, das die Nachteile aus dem Stand der Technik behebt und insbesondere die induzierten mechanischen Verspannungen im Umfeld des Verschlusslötens reduziert.

Gelöst wird diese Aufgabe durch die unabhängigen Ansprüche 1 und 9 und die von diesen abhängigen Ansprüchen.

Ein Ausführungsbeispiel bezieht sich auf ein Schirmelement für eine Vakuumschaltröhre für die Anordnung zwischen einem elektrisch leitenden Wandelement und einem elektrisch isolie renden Wandelement einer Vakuumschaltröhre, wobei das Schirm element, einen Verbindungsbereich, einen Schirminnenbereich und einen Schirmaußenbereich aufweist, wobei der Schirmaußenbereich für eine Anordnung außerhalb und der Schirminnenbereich für eine Anordnung innerhalb der Vaku umschaltröhre ausgestaltet sind, der Verbindungsbereich eine erste Struktur und eine zweite Struktur aufweist, die das Entstehen von mechanischen Spannungen nach dem Verlöten der Vakuumschaltröhre verhindern.

Insbesondere wird bevorzugt, dass der Außendurchmesser des Schirmelementes 200 mm übersteigt.

Auch wird bevorzugt, dass das Schirmelement in Vakuumschalt röhren für Mittelspannungsanwendungen und/oder Hochspannungs anwendungen einsetzbar ist, insbesondere in Vakuumschaltröh- ren für Spannungen über 140 kV, insbesondere Spannungen gleich oder über 145 kV.

Bevorzugt wird auch, dass das Schirmelement einen Schirmin nenbereich, eine erste Struktur, eine zweite Struktur und ei nen Schirmaußenbereich aufweist, und dass das Schirmelement in einem radialen Schnitt eine Form aufweist, bei der der Schirmaußenbereich von einem äußeren Ende bis zur zweiten Struktur linear, insbesondere senkrecht zum Verlauf einer Mittelachse Vakuumschaltröhre verläuft, die zweite Struktur U-förmig ausgebildet ist, die erste Struktur U-förmig ausge bildet ist , wobei sich die erste Struktur und die zweite Struktur einen Schenkel derart teilen, dass eine Öffnung der ersten Struktur in die entgegengesetzte Richtung einer Öff nung einer zweiten Struktur weist, ein weiterer Schenkel der ersten Struktur der nicht der gemeinsame Schenkel der ersten Struktur und der zweiten Struktur ist, sich weiter erstreckt und in den Schirminnenbereich übergeht.

Die U-förmigen Strukturen können dabei abgerundete oder spit ze Ecken aufweisen, also die Form eines U haben oder eines nach einer Seite offenen Kastens. Auch wird bevorzugt, dass, in einer Vakuumschaltröhre ver baut, die erste Struktur und die zweite Struktur derart anei nandergrenzen, dass die erste Struktur eine Stirnseite des elektrisch isolierenden Wandelements mit einem Schenkel, der auch Schenkel der zweiten Struktur ist, berührt ohne eine In nenseite des elektrisch isolierenden Wandelements und/oder die Kante zwischen der Innenseite und der Stirnseite zu be rühren, und dass die zweite Struktur die Stirnseite des elektrisch isolierenden Wandelements berührt ohne eine Außen seite des elektrisch isolierenden Wandelements und/oder die Kante zwischen der Außenseite und der Stirnseite zu berühren.

Weiter wird bevorzugt, dass die erste Struktur und/oder die zweite Struktur jeweils als U-förmiger Bogen mit einer Öff nung oder U-förmiger Kasten mit einer Öffnung ausgestaltet sind .

Insbesondere wird weiter bevorzugt, dass die erste Struktur und die zweite Struktur derart angeordnet sind, dass die Öff nungen der U-förmigen Bögen oder Kästen in entgegengesetzte Richtungen weisen.

Insbesondere wird auch bevorzugt, dass die Öffnung der ersten Struktur parallel zu einer Mittelachse auf die Stirnseite ge richtet ist und die Öffnung der zweiten Struktur parallel zu einer Mittelachse von der Stirnseite (55) weg gerichtet ist.

Auch wird insbesondere bevorzugt, dass der zweite U-förmige Bogen oder U-Förmige Kasten eine Breite aufweist, die kleiner ist als eine Wandstärke des elektrisch isolierenden Wandele mentes

Ein weiteres Ausführungsbeispiel bezieht sich auf eine Vaku umschaltröhre mit einem oder mehr Schirmelementen gemäß einem oder mehreren der vorstehenden Ausführungen. Ein Ausführungsbeispiel bezieht sich auf ein Verfahren zum Herstellen eines Schirmelementes, wobei das Schirmelement aus einem Ausgangsblech durch Umformen erzeugt wird, dass es ei nen Schirminnenbereich, eine erste Struktur, eine zweite Struktur und einen Schirmaußenbereich aufweist, und

dass nach dem Umformen das Schirmelement in einem radialen Schnitt eine Form aufweist, bei der der Schirmaußenbereich von einem äußeren Ende bis zur zweiten Struktur linear, ins besondere senkrecht zum Verlauf einer Mittelachse einer Vaku umschaltröhre, verläuft, die zweite Struktur U-förmig ausge bildet ist, die erste Struktur U-förmig ausgebildet, wobei sich die erste Struktur und die zweite Struktur einen Schen kel derart teilen, dass eine Öffnung der ersten Struktur in die entgegengesetzte Richtung einer Öffnung einer zweiten Struktur weist, ein weiterer Schenkel der ersten Struktur, der nicht der gemeinsame Schenkel der ersten Struktur und der zweiten Struktur ist, sich weiter erstreckt und in den gebo genen Schirminnenbereich übergeht.

Ein weiteres Ausführungsbeispiel bezieht sich auf ein Verfah ren zum Herstellen einer Vakuumschaltröhre, wobei Komponenten der Vakuumschaltröhre an den Verbindungsstellen mit einem Lotmaterial behandelt werden, wobei die Komponenten der Vaku umschaltröhre mindestens beinhalten:

- ein KontaktSystem,

- Flansche,

- elektrische isolierende Wandelemente, mit einer Stirn seite,

- elektrische leitende Wandelemente, und

- ein Schirmelement nach einem der vorstehenden Ausführun gen oder hergestellt nach der vorstehenden Ausführung, wobei die Stirnseite des elektrisch isolierenden Wandelemen tes mit einer Metallisierung versehen ist und die Metallisie rung mit Lotmaterial behandelt ist,

die Komponenten derart gestapelt werden, dass die Komponenten in einem Vakuumofen in einem Verfahrensschritt verlötbar sind oder verlötet werden, wobei das Schirmelement derart zwischen dem elektrische isolierende Wandelement und dem elektrische leitende Wandelement angeordnet werden, dass ein verjüngter Bereich des elektrisch leitenden Wandelements in der Öffnung der zweiten Struktur angeordnet ist und an einem Boden der zweiten Struktur aufsitzt, aufliegt, und die der Öffnung ge genüberliegende Seite der zweiten Struktur vollständig auf der mit Lot behandelten Metallisierung der Stirnseite auf liegt und beim Verlöten einerseits das Lotmaterial zwischen die zu Verbindenden Komponenten fließt und andererseits aber beim Abkühlen keine oder reduzierte mechanische Verspannungen induziert werden, die ein Reißen von Komponenten, insbesonde re von elektrisch isolierend Wandelementen, bewirken.

Die Erfindung wird im Rahmen von Ausführungsbeispielen anhand von Figuren erläutert.

Figur 1: Schematische Darstellung eines Ausschnittes einer

Vakuumschaltröhre mit einem Schirmelement aus dem Stand der Technik;

Figur 2: Schematische Darstellung eines Ausschnittes einer

Vakuumschaltröhre mit einem erfindungsgemäßen

Schirmelement ;

Figur 3 : Radialer Schnitt durch ein erfindungsgemäßes Schir melement ;

Die Figur 1 zeigt schematisch einen Ausschnitt einer Vakuum schaltröhre 1 mit einem Schirmelement 10 aus dem Stand der Technik. Auf einer nicht bezeichneten Stirnseite eines elektrisch isolierenden Wandelementes 5 liegt ein Teil des Schirmelementes 10 auf. Auf dem Teil des Schirmelementes 10 liegt wiederum ein verjüngter Bereich 9 eines elektrisch lei tenden Wandelementes 8 auf, wobei dort das Schirmelement 10, das elektrisch isolierende Wandelemente 5 und der verjüngte Bereich des elektrisch leitenden Wandelementes 8 miteinander verlötet sind. Bei großen Außendurchmessern des Schirmelemen- tes 10 und des elektrisch isolierenden Wandelementes 5, ins besondere über 200 mm, werden im Zuge des Verschlusslötens mechanische Spannungen, insbesondere in das elektrisch iso lierende Wandelement 5, induziert. Dies erfolgt insbesondere auf Grundlage der unterschiedlichen thermischen Ausdehnungs koeffizienten des elektrisch isolierenden Wandelementes 5 und des elektrisch leitenden Wandelementes 8. Die Figur zeigt als weitere Komponenten der Vakuumschaltröhre einen Kontaktstab 20 mit einem Kontaktkörper 25 und eine Mittelachse 30 des Kontaktstabs 20 und der Vakuumschaltröhre 1.

Die Figur 2 zeigt einen Ausschnitt einer Vakuumschaltröhre 1 ' mit einem erfindungsgemäßen Schirmelement 100, einem Kontakt stab 200 mit einem Kontaktkörper 250 und einer Mittelachse 300 der Vakuumschaltröhre 1' und des KontaktStabes 200. Die Vakuumschaltröhre 1 ' weist weiter ein elektrisch isolierendes Wandelement 50 mit einer Stirnseite 55 und ein elektrisch leitendes Wandelement 80 mit einem verjüngten Bereich 90 auf.

Das Schirmelement 100 ist kreisförmig aufgebaut und weist vom Zentrum her einen Schirminnenbereich 105 auf, der an einen Verbindungsbereich 110 angrenzt und bei dem der Verbindungs bereich eine erste Struktur 115 und eine zweite Struktur 120 aufweist. An die zweite Struktur 120 schließt sich ein

Schirmaußenbereich 126 an. Ein innenliegendes freies Ende des Schirminnenbereichs 105 ist hier eingerollt und bildet so ein feldoptimiertes Schirmelement 100.

In dem gezeigten Beispiel weist die erste Struktur und die zweite Struktur die Form eines U-förmigen Bogens auf. Die erste Struktur 115 und die zweite Struktur 120 teilen sich einen Schenkel. Die zweite Struktur 120 liegt mit einer, ei ner Öffnung der zweiten Struktur 120 gegenüberliegenen Seite an der Stirnseite 55 des elektrisch isolierenden Wandelements 50 auf und ist dort verlötet. Dadurch, dass die zweite Struk tur eine Breite 125 aufweist, mit der sie auf der Stirnseite 55 aufliegt und die geringer ist als eine Wandstärke 51 des elektrisch isolierenden Wandelementes 50, ist der Eintrag von induzierten mechanischen Spannungen geringer. Durch die Öff nung der zweiten Struktur liegt am inneren Boden der zweiten Struktur 120 der verjüngte Bereich 90 des elektrisch leiten den Wandelements 80 auf, der dort verlötet ist. Insbesondere wenn das Schirmelement 100, das elektrisch isolierendes Wan delement 50 und das elektrisch leitendes Wandelement 80 alle drei aus unterschiedlichen Materialien aufgebaut sind, ist die Gefahr von Rissen durch induzierte mechanische Spannungen groß, insbesondere im elektrisch isolierenden Wandelement 50. Die erste Struktur 115 und die zweite Struktur 120 reduzieren den Eintrag von induzierten mechanischen Spannungen in das elektrisch isolierende Wandelement 50.

Die Figur 3 zeigt radialen einen Schnitt von der Mittelachse 300 aus nach außen durch ein Schirmelement 100. Das Schirm element 100 weist von innen nach außen einen Schirminnenbe- reich 105 auf, dessen freies Ende hier eingerollt ist. An den Schirminnenbereich 105 schließt sich der Verbindungsbereich 110 an, der eine erste Struktur 115 und eine zweite Struktur 120 aufweist. Die erste Struktur 115 und die zweite Struktur 120 weisen einen gemeinsamen Schenkel auf. Die zweite Struk tur hat eine Breite 125. An die zweite Struktur schließt sich ein Schirmaußenbereich 126 an. Der Schirmaußenbereich 126 dient insbesondere bei hohen Spannungen über 70 kV, insbeson dere 72 kV und besonders bevorzugt über 140 kV, insbesondere 145 kV, der Feldabsteuerung im Außenbereich der Vakuumschalt röhre 1 ' .

Bezugszeichenliste

1 Ausschnitt aus einer Vakuumschaltröhre;

1 Ausschnitt aus einer Vakuumschaltröhre;

5 elektrisch isolierendes Wandelement der Vakuumschaltröh- re 1 ;

elektrisch leitendes Wandelement der Vakuumschaltröhre i;

9 verjüngter Bereich des elektrisch leitenden Wandelements

10 Schirmelement der Vakuumschaltröhre 1;

20 Schaltkontakt der Vakuumschaltröhre 1;

25 Schaltkontaktkörper der Vakuumschaltröhre 1;

30 Mittelachse des Schaltkontaktes 20 und der Vakuumschalt röhre 1;

50 elektrisch isolierendes Wandelement der Vakuumschaltröh- re 1 ' ;

51 Wandstärke des elektrisch isolierenden Wandelements 50 der Vakuumschaltröhre 1';

55 Stirnseite des elektrisch isolierenden Wandelements 50;

56 Innenseite des elektrisch isolierenden Wandelements 50;

58 Außenseite des elektrisch isolierenden Wandelements 50;

80 elektrisch leitendes Wandelement der Vakuumschaltröhre

1

90 verjüngter Bereich des elektrisch leitenden Wandelements 80;

100 Schirmelement

105 Schirminnenbereich des Schirmelementes 100, der inner halb der Vakuumschaltröhre 1' angeordnet ist;

110 Verbindungsbereich hier zwischen elektrisch leitendem

Wandelement 80, Schirmelement 100 und elektrisch isolie rendes Wandelement 50

115 erste Struktur, insbesondere erster U-förmiger Bogen im Schirmelement 100;

120 zweite Struktur, insbesondere zweiter U-förmiger Bogen im Schirmelement 100; Breite des zweiten U-förmigen Bogens im Schirmelement 100;

Schirmaußenbereich, der aus der Vakuumschaltröhre 1' herausragt .

Schaltkontakt der Vakuumschaltröhre 1';

Schaltkontaktkörper der Vakuumschaltröhre 1';

Mittelachse des Schaltkontaktes 200 und der Vakuum schaltröhre 1';