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Steuerung der Hochspannung für eine Vakuumanlage Hochspannung findet
in Gefäßen mit niederem Luft- und Gasdruck verbreitet Verwendung. Sind die Gefäße
nicht geschlossen, d. h. werden die niederen Luft- oder Gasdrücke jeweils durch
eine Pumpanlage hergestellt, so besteht die Gefahr, daß die im Gefäß verwendete
Hochspannung dran Betriebsschädien durch Überschläge oder Kurzschlüsse verursacht,
wenn der Druck im Gefäß über ein bestimmtes Maß steigt. Wo also die Gefahr besteht,
draß infolge von Bedienungsfehlern oder Betriebsstörungen der Druck im Gefäß über
ein bestimmtes Maß steigt und somit an den im Innern des Gefäßes angeordneten Hochspannungsapparaturen
durch die Verschlechterung der Isolation Überschläge oder Kurzschlüsse entstehen
können, ist eine Steuerung und Sicherung der Hochspannung nötig.
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Sicherheitsvorrichtungen für solche Anlagen sind bekannt. Handelt
es sich aber um die Steuerung der Hochspannung von im Vakuum befindlichem besonders
empfindlichen und wertvollen Apparaturen, wie es z. B. ein mit Gleichspannung arbeitendes
Elektronenmikroskop darstellt, so sind, die bekannten Steuerungen nicht genügend
zuverlässig und schnell arbeitend. Die Mängel solcher Steuerungen bestehen grundisätzlich
darin, daß bei übermäßigem Druckanstieg im Gefäß die Hochspannung nicht schnell
genug abgeschaltet wird und daß diese Steuerungen sich auf das bloße Abschalten
der Hochspannung außerhalb des Gefäßes beschränken. Die bekannten Meß-, Regel- und
Sicherungsorgane werden meist nicht richtig ihrem Wesen entsprechend in einer Steuerung
zusammengefaßt. Ein weiterer Nachteil der bisher bekannten Steuerungen dieser Art
ist der große technische Aufwand zur Erfüllung der gestellten Aufgabe und damit
ihre geringe Wirtschaftlichkeit.
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Vorliegende Erfindung stellt sich daher die Aufgabe, teils mit bekannten
Mitteln, teils durch Schaffung
neuartiger Schaltörgane eine Steuerung
für die in Gefäßen niedreren Druckes verwendete Hocjispannung zu schaffen.
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Grundsätzlich besteht eine solche Steuerung aus: i. Meßgeräten zur
Überwachung des im Gefäß fließenden Stromes und des Gas- oder Dampfdruckes im Gefäß,
2. Schaltorganen für die Hochspannung innerhalb und außerhalb des Gefäßes, 3. Sicherheitsorganen
innerhalb und außerhalb des Gefäßes.
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Erfindungsgemäß kann die Hochspannungserzeugungsanlage bekannter Bauart
erst dann durch einen Schützschalter in Betrieb genommen werden, wenn t. an einem
Druckmesser der Druck im Gefäß gemessen wird, 2. die Stromstärke der Hochspannung
ein bestimmtes Maß nicht übersteigt, was ein, Stromrelais überwacht.
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Hinzu tritt, daß die Hochspannung im Gefäß selbst von Hand ein- und
umgeschaltet wird. Der hierzu vorgesehene Schalter kann erst bei Inbetriebnahme
der Hochspannungserzeugungsanlage unter den vorgenannten Bedingungen von Hand bedient
werden und tÄird bei Abschaltung der Hoch-. spannurig automatisch abgeschaltet.
Weiterhin befindet sich im Gefäß eine einstellbare Sollüberschlagstrecke.
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Die Erfindung sei an Hand eines Anwendungsbeispieles beschrieben.
Die Steuerung soll die Bedienung der Hochspannung für eine Vakuumanlage auf sichere
und einfache Weise ermöglichen. Fig. i stellt die Anordnung der Steuerung schematisch
dar. In dem Rezipienten i herrscht ein von einer nicht dargestellten Vakuumpumpandage
erzeugtes und gehaltenes Vakuum. Im Rezipienten i befindet sich die Hochspannungsapparatur
i9 und der Vakuumschalter 2, von welchem die Hochspannung durch eine außerhalb des
Rezipienten i befindliche Schaltvorrichtung 3 ein-, um- und ausgeschaltet werden
kann. Das Schaltrelais 4 sperrt bei Stromlosigkeit die Schaltvorrichtung 3 so, daß
der Vakuumschalter 2 nicht eingeschaltet werden kann. Hat das Schaltrelais 4 Spannung
erhalten und ist dier Vakuumschalter 2 in eine der Einschaltstellungen gebracht,
so schaltet das Schaltrelais 4 die Schaltvorrichtung 3 aus und hält sie in ausgeschalteter
Stellung.
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Dies kann beispielsweise durch folgenden in Fig. 2 dargestellten Aufbau
der Schaltvorrichtung erzielt werden: Der Vakuumschalter 2 ist durch. die Welle
33 mit der Schaltvorrichtung 3 verbunden. Auf der Welle 33 sind der Handgriff 27
mit der Rückholfeder 28, die Sperrscheibe 25 mit der federnden Sperrklinke
35 und die Rastscheibe 26 mit den Rastkerben 34 befestigt. Der Anker
20 des Schaltrelais .I eines Elektromagneten besitzt eine Sperre 24 für die Sperrverbindung
mit der Sperrklinke 35. Mit dem Anker 2o und somit auch mit der Sperre 24 fest verbunden
ist die Traverse 29, welche das Kastengehäuse 30 trägt. In diesem ist der
Raststift 31 durch die Rastfeder 32 federnd so gelagert, daß bei Anziehen des Schaltrelais
4 nach rechts der Raststift 31 in eine der Rastkerben 34 der Rastscheibe 26 federnd
einrastet. Mit dem Anker 20 ist der Stößel 21 fest verbunden und an diesem der Federheller
37 befestigt. Die sich im Gehäuse 23 abstützende Sperrfeder 22 liegt anderseits
an dem Federteller 37 an und drückt den Stößel 21 bei abgefallenem Schaltrelais
4 nach links, nimmt dadurch den Anker 2o, die Sperre 24, die Traverse 29 und die
Rastvorrichtung mit nach links, wodurch der Raststift 31 aus den Rastkerben 34 ausrastet.
So vermag. die Rückholfeder 28 die Schaltvorrichtung 3 durch Linksdrehung bis zu
dem Anschlag 36 in Nullstellung zu bringen. Hierdurch ist der Vakuumschalter 2 ausgeschaltet.
Diese Stellung ist in Fig.2 gezeichnet. Erhält das Schaltrelais ,4 Spannung, so
zieht der Anker 2o die an ihm befestigte Sperr-und Rastvorrichtung nach rechts,
wodurch die Sperre 24 die Sperrklinke 35 freigibt und der Raststift 31 in Eingriff
mit einer der Rastkerben 34 gelangt. Nunmehr kann die Schaltvorrichtung 3 von Hand
oder durch ein weiteres nicht dargestelltes Stellglied durch Fernbedienung ein-,
aus- und umgeschaltet werden, indem die Rückholkraft der Rückholfeder 28 sowie die
Rastkraft der Rastfeder 32 überwunden werden müssen. Die Federcharakteristiken der
Rückholfeder 28, der Rastfeder 32 und der Sperrfeder 22 sind unter weiterer Berücksichtigung
der Reibungsverhältnisse bei dem Vakuumschalter 2 so zu bemessen und -die
Rasten so zu gestalten, daß die Schaltvorrichtung 3 und dadurch der Vakuumschalter
2 in jeder gewünschten Schaltstellung sicher gehalten wird. Wird das Schaltrelais
4 spannungslos und fällt dadurch ab, so drückt die Sperrfeder 22 über den Federteller
37 und den Stößel 21 den Anker 20 mit der Sperr- und Rastvorrichtung nach links.
Hierdurch wird, wie beschrieben, der Vakuumschalter 2 ausgeschaltet.
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Im Rezipienten i befindet sich weiterhin die Sicherheitsüberschlagstrecke
5, deren einer Pol :nit der stromführenden Seite des Vakuumschalters 2 und der andere
Pol mit der Erde verbunden ist. Die Länge der Überschlagstrecke kann durch Verstellen
beider Pole oder vorzugsweise des an der Erde liegenden Poles gegebenenfalls von
außerhalb des Rezipienten i oder durch Auswechseln eines oder beider Pole veränderlich
gestaltet sein.
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Der Rezipient i ist durch die Meßleitung 6 mit dem Vakuummesser 7
verbunden. Der Vakuummesser 7 zeigt beispielsweise durch Druck auf seinen Meßknopf
8 die Größe des im Rezipienten i befindlichen Druckes an. Mit dem Meßknopf 8 ist
der Kontrollschalter 9 zwangsweise so gekuppelt, daß sich bei Bedienen des Meßknopfes
8 der Kontrollschalterg schließt. Dem Schaltrelais 13 dient der Einschalter io,
ein Momentschalter, zum Einschalten und der Ausschalter 14, ebenfalls ein Momeitschalter,
zum Ausschalten. Der Anlagenschalter 12 sowie der dem Einschalter io (in Reihe mit
Schalter 9) über den einen Schalter 12 parallel geschaltete Halteschalter i i werden
von dem Schaltrelais 13 so geschaltet, daß beide bei abgefallenem Schaltrelais 13
ausgeschaltet sind. Eine Leitung des von der Stromquelle 18 kommenden und nach dem
Anlagenschalter 12 und, dem Ausschalter 14 geführten elektrischen Stromes ist über
das Überstromrelais 17 geführt. Die Hochspannungserzeuguugsanlage 15
und'
das Schaltrelais 4 werden über den Anlagenschalter 12 gespeist und sind parallel
zueinander geschaltet. Die von der Hochspannungserzeugungsanlage 15 erzeugte Gleichspannung
wird einerseits zu dem Erdungsschalter 16 geführt, andererseits gelangt dieselbe
über das Überstromrelais 17 in den Rezipienten i und zu dem Vakuumschalter 2, über
diesen zu der Hochspannungsapparatur i9.
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Das Überstromrelais 17 ist ein Röhrenrelais, welches bei Überschreitung
des für den Betrieb nötigen, vorzugsweise geringen Stromes sowohl die Hochspannung
praktisch verzögerungsfrei unterbricht als auch über ein zwangsweise gekuppeltes
Nebenrelais die Zuleitung des von der Stromquelle 18 gelieferten Stromes unterbricht.
Bei Unterschreitung des Stromes der Hochspannung wird sowohl dieselbe als auch der
Strom der Stromquelle 18 wieder eingeschaltet, was jedoch unmittelbar wirkungslos
bleibt, wie später beschrieben wird. Der Anla!genschalter 12 ist vorzugsweise mechanisch
oder elektrisch mit dem Erdungsschalter 16 gekuppelt, daß letzterer die Hochspannung
erdet, wenn der Anlagenschalter 12 zwangs- oder wahlweise ausgeschaltet wird.
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Die Hochspannung ist in der in Fig. i gezeichneten Betriebsstellung
ausgeschaltet. Vor Einschaltung der Hochspannung ist im Rezipienten i das für das
sichere Arbeiten der Hochspannungsapparatur i9 nötige Vakuum zu schaffen. Befindet
sich die Hochspannungsapparatur T9 in betriebssicherem Zustande und wird daher der
voraussichtlich über das Überstromrelais 17 fließende Strom seinen Sollwert nicht
überschreiten, so kann die Hochspannung an die Hochspannungsapparatur i9 angelegt
werden. Dies geschieht durch folgende Maßnahmen: i. Der Meßknopf 8 des Vakuummessers
7 wird! herabgedrückt, wodurch der Bedienende das im Rezipienten i herrschende Vakuum
überprüfen kann. Außerdem wird der Kontrollschalter i9 geschlossen. 2. Gleichzeitig
hat der Bedienende den Einschalter io zu schließen. Hierdurch erhält das Schaltrelais
13 über das überstromrelais 17 und, den geschlossenen Ausschalter 14 einerseits
und die geschlossenen Einschalter io und Kontrollschalter 9 andererseits Spannung
von der Stromquelle 18. Das Schaltrelais 13 zieht an und schließt den Halteschalter
i i und den Anlagenschalter 12. Nun können der Meßknopf 8 und der Einschalter io
entlastet werden und öffnen sich. Der Halteschalter i i hält das Schaltrelais 13
eingeschaltet.
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Durch das Schließen des Anlagenschalters 12 erhält die Hochspannungserzeugungsanlage
15 Spannung. Die .erzeugte Hochspannung gelangt einerseits zu dem Erdungsschalter
16, welcher mit Inbetriebnahme der Hochspannungserzeugungsanlage 15 zwangsläufig
ausgeschaltet wurde; andererseits gelangt die Hochspannung über das Überstromrelais
17 zu dem Vakuumschalter 2. Gleichzeitig mit der Hochspannungsanlage 15 erhielt
das Schaltrelais 4 Spannung. Hierdurch wird die Schaltvorrichtung 3 in bereits beschriebener
Weise freigegeben. Die Hochspannung liegt mithin an dem einen Pol der Sicherheitsüberschlagstrecke
5 an. Der Bedienende kann nunmehr von Hand oder durch Fernauslösung über die Schaltvorrichtung
3 dien Vakuumschalter 2 ein-, um- oder ausschalten und somit die Hochspannungsapparatur
i9 in Betrieb nehmen.
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Verschlechtert sich durch Unachtsamkeit des Bedienenden oder durch
Betriebsstörungen das Vakuum im Rezipienten i und überschreitet dadurch die Stromaufnahme
in der Hochspannungsapparatur i9 aus diesem oder aus einem beliebigen sonstigen
Grunde das zulässige Maß, so unterbricht das. Überstromrelai-s 17 in an tich bekannter
Weise die Hochspannung und unterbricht gleichzeitig durch sein Nebenrelais den Stromkreis
zu dem Sdhaltrelais 13. Hierdurch fällt letzteres ab und schaltet den Halteschalter
i i und dien Anlagenschalter 12 aus. Dieser schaltet die Hochspannungserzeugu.ngsanlage
15 ab, wodurch der Erdungsschalter 16 eingeschaltet wird und, die Anlage erdet.
Weiterhin wird das Schaltrelais 4 spannungslos, fällt ab und schaltet in beschriebener
Weise die Schaltvorrichtung 3, mithin den Vakuumschalter 2 aus und sperrt die Schaltvorrichtung
3. D,ie Anlage ist somit vor Schäden durch Bedienungsfehler und Betriebsstörungen
geschützt. Will der Bedienende die Hochspannung abschalten, so hat er den Ausschalter
14 zu bedienen, wodurch das Schaltrelais 13 stromlos wird, der Anlagenschalter 12
und der Halteschalter i i geöffnet werden und dadurch die Hochspannungserzeugungsanlage
15 und das Schaltrelais 4 stromlos werden. Die weiteren Folgen wurden.bereits beschrieben.