DE2948310C2 - Vakuumschalter - Google Patents
VakuumschalterInfo
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Description
Die Erfindung bezieht sich auf einen Vakuumschalter, wie er im Oberbegriff des Anspruchs 1 vorausgesetzt ist.
Aus der DE-AS 23 50 489 ist ein solcher Vakuumschalter bekannt In seinem Gehäuse, das axial von zwei
stromführenden Kontaktstäben durchsetzt wird, deren einer fest und deren anderer mit Hilfe eines Balgens
abgedichtet beweglich ist und die an ihrem inneren Ende Kontaktstücke tragen, ist der fest angeordnete Kontaktstab
hinter dem Kontaktstück von einer Getteranordnung umgeben, die aus einer relativ großen Anzahl
kleiner Metailplatten, auf weiche das Gettermateriai aufgebracht ist, besteht, welche radial strahlenförmig
auf einem den Kontaktstab umgebenden Weicheisenring mit gleichmäßigen Abständen längs dessen Umfang
montiert sind. Bei geschlossenem Schalter wird der stromführende Kontaktstab als Primärwicklung eines
Transformators, dessen Magnetkreis durch den Weicheisenring gebildet wird, während die kleinen Metallplatten
kurzgeschlossene Sekundärwicklungen darstellen, in denen den Weicheisenring umkreisende Kurzschlußströme
induziert werden, welche die Platten und damit das Gettermaterial erhitzen. Die Konstruktion der
Getteranordnung ist jedoch relativ kompliziert und somit teuer; außerdem hat sie den Nachteil, daß die
Absorptionswirkung des Gettermaterials von dem durch den Vakuumschalter fließenden Strom abhängt.
Es ist weiterhin aus der Schweizer Pa'tentschrift
4 93 924 ein ähnlich aufgebauter Vakuumschalter bekannt, bei dem allerdings die Geiieranordnung aus
zwei hinter den Rückseiten der Kontaktstücke um die Kontaktstelle herum angeordneten Scheiben aus
Gettermaterial bestehen, welche durch die beim Ein- oder Ausschalten auftretenden Entladungserscheinungen
nach und nach versprüht wird und dabei auf einem zwischen den Kontaktstücken und dem Schaltergehäuse
angeordneten Schirm jeweils eine frische Ablagerung bildet.
Die Aufgabe der Erfindung besteht in der Angabe einer Getteranordnung. bei welcher das Geltermaterial
nach der Montage des Vakuumschalters anfänglich durch induktive Erhitzung von außen — unabhängig
von einem den Schalter durchfließenden Strom — zur Bindung vorhandener Gasreste verdampft wird, ohne
dabei jedoch im Schalter umherzuvagabundieren. sondern vielmehr soll der Getterdampf in einem
vorbestimmten Bereich konzentriert bleiben und sich auch dort niederschlagen, wo er die Betriebseigenschaft
des Schalters später nicht beeinti ächtigt.
Diese Aufgabe wird durch die im kennzeichnenden Teil des Anspruchs I angegebenen Merkmal«; gelöst,
Spezielle Ausgestallungen und Weiterbildunigen der Erfindung sind in den Unteransprüchen gekennzeichnet.
Der zwischen dem Getterelement und den isolierten Wänden des Vakuumschalters angeordnete Metallschirm
dient als Oberfläche auf welchem »ich das Gettermaterial ablagert. Dieser Schirm ist mit Schlitzen
versehen, welche das Auftreten von Wirbelstromen in
ihm verhindern. Das Gettermaterial verdampft nur an einer einzigen Stelle, deren Lage ebenso wie die Lage
der Schlitze des Schirms so gewählt ist, daß der das Getterelement und den Schirm tragende Kontaktstab
kein Gettermaterial aus dem Schirm hinausdringen läßt. Der den ringförmigen Leiter des Getterelementes
durchfließende Wirbelstrom läßt sich leicht mit Hilfe einer Spule induzieren, die außerhalb des Schalters
angeordnet werden kann und ein — vorzugsweise hochfrequentes — Wechselfeld erzeugt Ein zusätzlicher
Vorteil hierbei liegt darin, daß der Kontaktstab nicht lediglich als Träger für den Kontakt dient, sondern auch
als Abschirmung gegen ein Entweichen des Gettermaterials
aus dem Schirm heraus. Bei dem eingangs erwähnten bekannten Schalter treten zwar beim
Stromabschalten Ausgleichsschwingungen auf, deren Frequenz höher als die normale Netzfrequenz von
50"Hz ist, jedoch lassen sich diese nicht von außen beeinflussen. Mit Hilfe einer außerhalb des Schalters
angeordneten Spule kann jedoch im Getterelement jeder gewünschte Strom induziert werden.
Eine spezielle Ausgestaltung des Schirmes besteht darin, daß er vorzugsweise die Form eines Br-nhers mit
einer öffnung im Boden hat, mittels deren er auf dem Kontakstab konzentrisch zu dessen Mittelachse montiert
werden kann, und der Becher ist mit einem ersten Spalt oder Schlitz versehen, der fast völlig entlang der
Wandoberfläche des Bechers dicht am Becherboden und parallel dazu verläuft mit Ausnahme eines kurzen
Verbindungsstreifens, welcher die beiden durch den ersten Spalt voneinander getrennten Becherteile zusammenhalt.
Außerdem hat der Becher einen zweiten Spalt oder Schlitz, welcher senkrecht zum ersten und im
wesentlichen parallel zur Bechermittellinie in der Becherwand verläuft und sich von einem dem
Verbindungsstellen diametral gegenüberliegenden Punkt beginnend zu dem vom Becherboden abgewandten
offenen Ende des Schirms erstreckt. Dank der beiden Spalte bildet der Schirm fast kein Hindernis für
die induktive Kopplung zwischen der außerhalb des Vakuumschi .Hers angeordneten Spule und dem Getterelement,
so daß im Schirm kaum Wirbelströme auftreten können.
Ein geeignetes Getterelement besteht zweckmäßigerweise aus einem Ringkörper, der einen elektrisch
geschlossenen Kreis bildet und über den größeren Teil seines Umfangs aus einem guten elektrischen Leiter, für
den restlichen Teil dagegen aus einem weniger guten elektrischen Leiter besteht, auf welchem das Getiermaterial
sich befindet und das vorzugsweise aus einem Widerstand besteht.
Der Schirm, auf welchem das vom Getterelement abzudampfende Gettermaterial abgelagert ist, hat
jedoch noch einen anderen Vorteil gegenüber der in der erwähnten deutschen Auslegeschrift beschriebenen
Anordnung. Das dort verwendete Getterelement nimmt hauptsächlich Gase durch Adsorption im Geltermaterial
auf, das sich auf kleinen Platten befindet. Bei der Erfindung findet wegen der Ablagerung des verdampften
Gettermaterials auf dem Schirm zusätzlich auch eine Gasabsorption statt.
Bei dem erfindungsgemäßen Vakuumschalter können mit Vorteil Gettermaterialien mit einer Zweistufenaktivität
verwendet werden. In der ersten Stufe, in welcher das Gettermaterial verdampft, werden insbesondere die b3
großen Moleküle gebunden. Diese werden dabei nicht nur absorbiert, sondern auch in die abgelagerte Schicht
des Gettermaterials eingelagert, und dann können diese großen Moleküle nicht mehr frei im evakuierten Raum
diffundieren. Im zweiten Stadium, wo das Gettermaterial sich als dünner Film auf der Oberfläche des Schirms
abgelagert hat, können die kleinen Moleküle noch in den evakuierten Raum diffundieren und werden durch den
abgelagerten Film absorbiert und diffundieren in das Gettermaterial.
Das induktive Heizen zum Verdampfen des Gettermaterials mit Hilfe einer Induktionsspule ist an sich aus
der US-PS 8 59 021 bekannt, gemäß welcher aus einer Röntgenröhre als letzter Schritt bei der Evakuierung die
letzten Gasreste gebunden werden, die nicht mehr mit einer Vakuumpumpe entfernbar sind. Hier ist das
Gettermaterial elektrisch leitend und besteht aus einem Ring, in dem ein elektrischer Strom und damit Wärme
durch Induktion mit Hilfe einer äußeren Spule erzeugt wird. Um diesen Ring aus Gettermaterial ist ein Schirm
aus einem Keramik- oder einem anderen elektrischen Isoliermaterial angeordnet, welcher die Strahlungshitze
des Ringes gegen den umgebenden Glaskolben dieses Pumpelernentes abschirmen soll. Ohne diesen Ring
würde das Glas des Kolbens erweisen. Die isolierenden Wände des Vakuumschalters eignen sich jedoch
nicht als Oberfläche zur Ablagerung des Gettermateriais,
weil das leitende Gettermaterial die Wahrscheinlichkeit eines Oberschlages erheblich vergrößern
würde. £in solcher Schirm aus Isoliermaterial, würde die Herstellungskosten e:nes Vakuumschalters aber derart
erhöhen, daß man trotz der Nachteile der Anordnung, gemäß der erwähnten DE-AS 23 50 489 zunächst die
dort angegebene Lösung gewählt nat. Wegen der starken Hitzeentwicklung, die nur an der Stelle der
Getteranordnung auftritt, und wegen der schlechten Wärmeleitung des keramischen Materials treten so
hohe mechanische Beanspruchungen auf, daß ein derartiger Schirm leicht brechen kann und für den hier
vorgesehenen Zweck ungeeignet ist. Außerdem bringt die Befestigung eines Keramikschirms innerhalb eines
Vakuumschalters erhebliche Probleme mit sich.
Die Erfindung sei nun im einzelnen mit bezug auf eine in den Zeichnungen veranschaulichte Ausführungsform
er'Hutert. Es zeigt
F i g. 1 einen Querschnitt durch einen Vakuumschalter mit der erfindungsgemäßen Getteranordnung;
Fig. 2 eine Seitenansicht eines Schirms gemäß der
Erfindung:
F i g. 3 eine Draufsicht auf einen Schirm entsprechend Fig. 2;
Fig.4 eine Draufsicht auf ein Getterelement gemäß
der Erfindung:
F i g. 5 eine Seitenansicht des Getterelementes:
F i g. 6 eine Ausführungsform einer Befestigungseinrichtung
zum Befestigen der Getteranordnung gemäß den F i g. 4 und 5; und
F 1 g. 7 eine Seitenansicht der Befestigungseinrichtung
gemäß F i g. 6 mit montiertem Getterelement.
In Fig. 1 ist in dem vakuumdichten Gehäuse 1 ein
beweglicher Kontakt 16 an einem Kontaktstab 2 und ein fester Kontakt 17 an einem Kontaktstab 3 befestigt.
Außer der Gettennordnung kann die Ausbildung dieses Vakuumschalters im wesentlichen einer solchen entsprechen,
wie sie in der bereits genannten DE-AS 23 50 489 beschrieben ist. An dem festen Kontaktstab 3
ist sowohl ein Getterelement 6 als auch ein dieses umgebender Schirm 5 vorgesehen.
Der in den F i g. 2 und 3 getrennt dargestellte Schirm hat vorzugsweise die Form eines Bechers und besitzt
eine Öffnung 11 in seinem Boden, mit Hilfe deren er am
Kontaktstab 3 in geeigneter Weise, beispielsweise durch Anlöten, befestigt ist. Der Schirm 5 ist weiterhin mit
einem ringförmigen Spalt 9 und einem senkrecht zu diesem ersten Spalt verlaufenden zweiten Spalt 10
ausgebildet. Der Spalt 9 verläuft bis auf einen kurzen Verbindungsstreifen ringförmig um den ganzen Becherumfang parallel in einem kleinen Abstand vom Boden.
Der Spalt 10 läuft im wesentlichen parallel zur Bechermittellinie und bildet eine Unterbrechung der
Becherwand, welche vom Spalt 9 zum offenen Ende des Bechers 5 reicht.
Außer in einem kleinen Abschnitt, der zwischen dem
Spalt 9 und der der Befestigung des Bechers am Kontaktstab 3 dienenden Öffnung 11 des Schirmes liegt,
können keine Wirbelströme im Schirm 5 auftreten.
Die F i g. 4 und 5 zeigen eine bevorzugte Ausfiihrungsform des Getterelementes 6. Es ist kreisförmig und
besteht im größeren Teil seines IJmfangs aus einem fast geschlossenen Ring 8 aus elektrisch gut leitendem
Material. Im hier beschriebenen Fall besteht der Ring aus einem flachen Streifen. Die offenen F.nden des nicht
völlig geschlossenen Rings 8 stehen über einen Teil 12 miteinander in Verbindung, der im vorliegenden Falle
aus einem Draht aus Widerstandsmaterial besteht. Dieser Draht kann in öffnungen in den Endquerschnitten des Streifens 8 eingepreßt werden, jedoch kann er
mit seinen Enden auch an den Ring 8 angelötet werden.
Auf den Teil 12 ist eine Schicht aus Gettermaterial 7 aufgebracht. Nach der Erzeugung von Wirbelströmen
im Ring mit Hilfe einer Hochfrequenzspule 18, die sich außerhalb des Gehäuses 1 des Vakuumschalters
befindet, werden diese Wirbelströme in Wärme im Teil 12 umgewandelt, durch welche das Gettermaterial 7
schließlich verdampft wird. Bei einem solchen Gettermaterial ist es möglich, das Gettermaterial nur an der
vorbestimmten Stelle zu verdampfen.
Das Getterelement 6 wird nun im Vakuumschalter
derart bezüglich des Schirms 5 angebracht, daß es sich in demjenigen Teil des Schirms befindet, welcher mit dem
zweiten Schlitz versehen ist und in welchem demzufolge keine Wirbelströme auftreten können. Obgleich der
Schirm also aus einem Metall besteht, wird die induktive
Kopplung zwischen dem kreisförmigen Getterelement
6 und der äußeren Spule 18 nicht behindef t.
Weiterhin ist das Getterelement innerhalb des Schirms so angeordnet, daß der Teil 12 sich mit dem
s darauf befindlichen Gettermaterial 7 gerade auf der anderen Seite des Kontakstabes 3 diametral gegenüber
dem zweiten Spalt 10 befindet. Der Koniaktstab 3 verhindert daher, daß das verdampfte Gettermaterial
durch den Spall IO hindurchdringt, sondern es lagert
ίο sich hauptsächlich in der Nähe des Gettermaterialvnrrats auf dem Schirm 5 ab. also in F i g. 1 auf dem rechten
inneren Teil des Schirms.
Bemißt man die Länge und die Art des Widerstands materials für den Teil 12 im Hinblick auf die
ii Hochfrequenzspule 18, dann läßt sich sehr genau jede
gewünschte Temperatur erreichen. Wenn das Gettermaterial selbst elektrisch leitend ist und einen genügend
honen Wtüeisiai'tu für die CrÄCügwrig der gcvünv^hisn
Hitze hat. dann kann der Teil 12 aus einem Draht oder
Anhand der Fig. 6 und 7 sei ein Beispiel für die Befestigung des Getterelements 6 am Kontaktstab 3
erläutert. Zu diesem Zweck wird eine Befestigungseinrichtung benutzt, die aus einer ringförmigen Platte 13
mit einer Mittelöffnung 15 besteht. Mit Hilfe dieser öffnung kann die Platte am Kontaktstab 3 befestigt
werdoi, während am Umfang drei Zungen radial
wegragen, die jeweils um 90" gegeneinander versetzt sind und zur Befestigung des Getterelements 6 durch
Aus F i g. 1 ist ersichtlich, dau der Kontaktstab 3 einen
Teil kleineren Durchmessers haben kann, über den der becherförmige Schirm 5 mit seiner öffnung 11 gegen
eine Schulter 19 gedruckt werden kann, die den
Übergang zum dickeren Teil des Kontaktstabes 3 bildet.
Die Ringplatte 13 kann über einen weiteren Teil noch etwas kleineren Durchmessers des Kontaktstabes
aufgeschoben werden, so daß er gegen eine zweite Schulter 20 anliegt. Die Platte 13 und damit das
Getterelement können beispielsweise durch Anlöten am Kontaktstab 3 befestigt werden.
Hierzu 2 Blatt Zeichnungen
Claims (7)
1. Vakuumschalter mit einem vakuumdichten Gehäuse, welches auf stromführenden Kontaktstäben
montierte und gegeneinander bewegbare Vakuumkontakte sowie eine Getteranordnung umgibt,
die ein Getterelement aufweist, welches mit
einem Gettermaterial versehen ist, von dem nach Verdampfung mittels induktiv zugeführter Wärme
zufällig vorhandene Gasreste absorbierbar sind, dadurch gekennzeichnet, daß die Getteranordnung
aus einem mit einer außerhalb des Gehäuses (1) anzuordnende Spule (18) magnetisch
koppelbaren ringförmigen leitfähigen Getterelement (6) besteht, das einen das zu verdampfende
Gettermaterial (7) tragende Abschnitt (12) vergrößerten elektrischen Widerstands aufweist, daß
zwischen der Getteranordnung und den isolierenden Wänden des Vakuumschalters ein Metallschirm (5)
vorgesehen «t, der als Oberfläche für die Ablagerung
des verdampften Gettermaterials dient und mit Schlitzen (9, 10) versehen ist, welche das Auftreten
von Wirbelströmen im Metallschirm (5) verhindern, und daß die Lage des Gettermaterials (7) auf dem
Getterelement (6) sowie die Lage der Schlitze (9,10) im Metallschirm (5) so aufeinander abgestimmt sind,
daß der sowohl das Getterelement (6) als auch den Metallschirm (S) tragende Kontaktstab (3) ein
Herausdringen des verdampften Gettermaterials aus dem Metallschirm (5) verhindert. jo
2. Vakuumschalter nach Anspruch 1. dadurch gekennzeichnet, daß der Metallschirm (5) die Form
eines Bechers mit einer öffnui·^ (11) im Boden hat,
mittels welcher der Becher koaxial auf dem Kontaktstab (3) montierbar ist, d?"l der Metallschirm
einen ersten Spalt (9) hat, der fast vollständig um den Umfang der Becherwandung nahe dem Becherboden
und parallel zu diesen bis auf einen kurzen Verbindungsstreifen (7) verläuft, mit Hilfe dessen die
beiden durch den ersten Spalt (9) voneinander getrennten Teile des Bechers miteinander verbunden
sind, und daß der Metallschirm einen zweiten Spalt (10) aufweist, welcher senkrecht zum ersten
Spalt und im wesentlichen parallel zur Becherachse in der Becherwand verläuft und sich von einem am
ersten Spalt (9), dem Verbindungsstreifen (7) diametral gegenüberliegenden Punkt beginnend zu
dem vom Becherboden abgewandten offenen Ende des Metallschirms(5) erstreckt.
3. Vakuumschalter nach Anspruch 1 oder 2. vt dadurch gekennzeichnet, daß der das Gettermaterial
(7) (ragende Abschnitt (12) aus einem Widerstand besieht.
4. Vakuumschalter nach Anspruch 3. dadurch gekennzeichnet, daß der Widerstand aus einem μ
Draht (7) aus Widerstandsmaterial besteht.
5. Vakuumschalter nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß der Draht aus dem Gettermaterial
besteht.
6. Vakuumschalter nach einem der vorliegenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß das Get'
termaterial (6) innerhalb des Metallschirms (3) derart auf dem auch den Metallschirm tragenden Kontaktstab
(3) montiert ist, daß der das Gettermaterial tragende Abschnitt (12) des Ringkörpers diametral «
gegenüber dem zweiten Spalt (10) angeordnet ist.
7. Vakuumschalter nach Anspruch I oder 3, gekennzeichnet durch eine Ringplatte (13), in deren
Mitte eine öffnung (15) zur Befestigung an dem Kontaktstab (3) ausgebildet ist und an deren einer
Umfangshälfte sich drei radial wegragende Zungen (14) befinden, die jeweils um 90° entlang der
Umfangshälfte gegeneinander versetzt sind und von denen das Getterelement nach Umbiegen der
Zungen gehalten ist.
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