DE1033757B

DE1033757B - Vacuum switch with built-in ionization getter pump

Info

Publication number: DE1033757B
Application number: DES55341A
Authority: DE
Inventors: Dr Walter Haenlein; Dr Karl-Georg Guenther
Original assignee: Siemens AG
Current assignee: Siemens AG
Priority date: 1957-09-28
Filing date: 1957-09-28
Publication date: 1958-07-10

Description

Gegenstand der Hauptpatentanmeldung ist ein Vakuumschalter, dessen Vakuum durch eine Ionisationsgetterpumpe aufrechterhalten wird. Diese Getterpumpe weist eine kalte Kathode auf, ihre Elektroden sind in den hohl ausgebildeten, durch Öffnungen mit dem Vakuum in Verbindung stehenden Kontaktträger des einen Schalterpols eingebaut.The subject of the main patent application is a vacuum switch whose vacuum is generated by an ionization getter pump is maintained. This getter pump has a cold cathode, its electrodes are in the hollow contact carrier, which is connected to the vacuum through openings of one switch pole installed.

Die Pumpe bedarf praktisch keiner Wartung, sie ist in besonderem Maße gegen Erschütterungen unempfindlich. Der Aufwand ist infolgedessen gering. Dieser Vorteil wird dadurch weiter erhöht, daß gemäß der Erfindung die Spannung zum Betrieb der Ionisationsgetterpumpe von der Spannung abgeleitet ist, die bei jedem öffnen des Schalters zwischen seinen Polen entsteht.The pump requires practically no maintenance, it is particularly insensitive to vibrations. As a result, the effort is low. This advantage is further increased in that according to According to the invention, the voltage for operating the ionization getter pump is derived from the voltage that arises between its poles each time the switch is opened.

Während bei der Ausführung nach der Hauptpatentanmeldung für den Betrieb der Ionisationsgetterpumpe noch eine gesonderte Spannungsquelle mit einer Spannung von einigen kV vorgesehen ist, fält nach obigem eine solche gesonderte Spannungsquelle hier fort. Die Wirkungsweise wird durch die neue Anordnung nicht beeinträchtigt. Zwar arbeitet die Getterpumpe nicht mehr ständig, sondern lediglich bei bestimmten Schaltzuständen des Schalters bzw. jeweils vorübergehend im Anschluß an das öffnen des Schalters. Dennoch wird der Zweck der Ionisationsgetterpumpe voll erreicht, da sie im Anschluß an jene Schaltvorgänge tätig wird, bei denen die von ihr abzusaugenden Gase entstehen.While in the execution according to the main patent application for the operation of the ionization getter pump a separate voltage source with a voltage of a few kV is also provided, continues here such a separate voltage source after the above. The mode of action is through the new arrangement not affected. The getter pump no longer works continuously, but only with certain switching states of the switch or temporarily after the opening of the Switch. Nevertheless, the purpose of the ionization getter pump is fully achieved, since it follows on from those Switching operations is active in which the gases to be extracted by it arise.

Ein Ausführungsbeispiel ist in der Zeichnung dargestellt; es zeigtAn embodiment is shown in the drawing; it shows

Fig. 1 den Schalter im Längsschnitt mit der zugehörigen Schaltung,Fig. 1 the switch in longitudinal section with the associated circuit,

Fig. 2 einen Schnitt nach der Linie II-II der Fig. 1,Fig. 2 is a section along the line II-II of Fig. 1,

Fig. 3 einen Schnitt nach der Linie IH-III der Fig. 1,Fig. 3 is a section along the line IH-III of Fig. 1,

Fig. 4 eine Abwandlung der Schaltung.4 shows a modification of the circuit.

Der Schalter selbst und die zugehörige Getterpumpe sind, abgesehen von der Schaltung zur Erzeugung der Spannung für die Getterpumpe, im wesentlichen so ausgebildet, wie das in der Hauptpatentanmeldung angegeben ist.The switch itself and the associated getter pump are, apart from the circuit for generating the voltage for the getter pump, essentially designed like that in the main patent application is specified.

Der eigentliche Schalter wird getragen von einem Stützgestell. Es besteht aus dem Fuß 1 und dem aufgesetzten Teil 2, der isolierend sein muß und daher aus Isolierstoff, z. B. Glas, Keramik od. dgl., hergestellt ist. Der Fuß 1 und der zu ihm feststehende Teil la bilden zugleich das Weicheisenjoch eines Elektromagneten mit der Wicklung 3 und dem stabförmigen, zum Joch axial angebrachten Anker 4. Die Wicklung 3 ist über den Schalter 5 an die Stromquelle, z. B. eine Gleichstromquelle, angeschlossen. Durch diesen von Hand oder selbsttätig bedientenThe actual switch is carried by a support frame. It consists of the foot 1 and the attached part 2, which must be insulating and therefore made of insulating material, for. B. glass, ceramic or the like. Is made. The foot 1 and the fixed part la at the same time form the soft iron yoke of an electromagnet with the winding 3 and the rod-shaped armature 4 attached axially to the yoke. B. a DC power source connected. This is operated manually or automatically

Vakuumschalter mit eingebauter
IonisationsgetterpumpeVacuum switch with built-in
Ionization getter pump

Zusatz zur Patentanmeldung S 50702 VIII b / 21 c
(Auslegeschrift 1020 081)Addition to patent application S 50702 VIII b / 21 c
(Interpretation document 1020 081)

Anmelder:Applicant:

Siemens-SchuckertwerkeSiemens-Schuckertwerke

Aktienges ells chaf t,Aktiengesellschaft,

Berlin und ErlangenBerlin and Erlangen

Erlangen, Werner-von-Siemens-Str. 50Erlangen, Werner-von-Siemens-Str. 50

Dr. Walter Hänlein, Erlangen,Dr. Walter Hänlein, Erlangen,

und Dr. Karl-Georg Günther, Nürnberg,and Dr. Karl-Georg Günther, Nuremberg,

sind als Erfinder genannt wordenhave been named as inventors

Schalter 5 wird unmittelbar der Elektromagnet 1, 3, 4 und dadurch, wie unten noch gezeigt ist, der eigentliche Schalter betätigt.Switch 5 becomes the electromagnet 1, 3, 4 directly and thus, as will be shown below, the actual one Switch operated.

Dieser enthält die beiden stabförmigen Elektroden 6 und 7, von denen die letztere zur Aufnahme der Getterpumpe hohl ausgebildet ist. An ihren Stirnflächen tragen die beiden Elektroden 6 und 7 die Kontaktstücke 8 und 9, die aus geeigneten Kontaktstoffen, z. B. aus gesinterten Verbundmetallen, bestehen. Die Kontaktstücke 8 und 9 befinden sich innerhalb eines evakuierten Gehäuses. Es ist beim Ausführungsbeispiel gebildet durch den Isolierstoffzylinder 10, der z. B. aus Glas besteht, ferner durch die beiden Metallkappen 11 und 12 und den sich an die letztgenannte Metallkappe anschließenden Faltenbalg 13, der z. B. aus Edelstahl oder Tombak hergestellt sein kann. Die Kappe 11 ist an die Elektrode 7 und der Faltenbalg 13 an die Elektrode 6 vakuumdicht angesetzt. Da die genannten Teile 10, 11, 12, 13This contains the two rod-shaped electrodes 6 and 7, the latter of which is hollow to accommodate the getter pump. At their end faces, the two electrodes 6 and 7 carry the contact pieces 8 and 9, which are made of suitable contact materials, e.g. B. made of sintered composite metals. The contact pieces 8 and 9 are located within an evacuated housing. It is formed in the embodiment by the insulating cylinder 10, the z. B. consists of glass, further through the two metal caps 11 and 12 and the bellows 13 adjoining the latter metal cap, the z. B. can be made of stainless steel or tombac. The cap 11 is attached to the electrode 7 and the bellows 13 to the electrode 6 in a vacuum-tight manner. Since the mentioned parts 10, 11, 12, 13

auch unter sich vakuumdicht verbunden sind, z. B. bei Verwendung eines Glaszylinders die Teile 11 und 12 je mit dem äußeren Rand in den Glaszylinder 10 eingeschmolzen sind, so bilden die genannten Teile ein vakuumdichtes Gehäuse, unter der Voraussetzung, daß die hohl ausgebildete Elektrode 7, die zum Innern des Gehäuses 10, 11, 12, 13 hin Durchtrittsöffnungen 7 a aufweist, auch ihrerseits vakuumdicht abgeschlossen ist. Der Faltenbalg 13 ermöglicht es, über den Anker 4 des Elektromagneten die Elek-are also connected vacuum-tight among themselves, z. B. when using a glass cylinder, the parts 11 and 12 are each fused with the outer edge in the glass cylinder 10, so the parts mentioned form a vacuum-tight housing, provided that the hollow electrode 7, the inside of the housing 10, 11, 12, 13 has through openings 7 a , is also closed in turn in a vacuum-tight manner. The bellows 13 makes it possible to use the armature 4 of the electromagnet to

809 560/348809 560/348

3 43 4

trode 6 in der Längsrichtung zu bewegen und damit Entladungsraum eine Feldstärke von 600 bis 1000 auf das bewegliche Schaltstück 8 die Schaltbewegung Gauß herrscht.trode 6 to move in the longitudinal direction and thus discharge space a field strength of 600 to 1000 the switching movement Gauss prevails on the movable contact piece 8.

zu übertragen, d. h. den Vakuumschalter zu öffnen Mit Hilfe des Abschirmzylinders 24, der z. B. austo transfer, d. H. to open the vacuum switch With the help of the shielding cylinder 24, the z. B. off

und zu schließen. Der Anker 4 ist mechanisch mit der Glas besteht, wird verhindert, daß die beim Trennen Elektrode 6 verbunden. 5 der Kathode 8 und 9 etwa entstehenden Metalldämpfeand close. The armature 4 is made mechanically with the glass, it is prevented that when separating Electrode 6 connected. 5 of the cathode 8 and 9 metal vapors that may be produced

Die elektrische Verbindung zum beweglichen auf den Isolierstoffzylinder 10 kondensieren und da-Schaltstück 8 ist mit Hilfe eines Metallringes 14 ge- mit im Laufe der Zeit eine elektrisch leitende Metallbildet, der innen am Stützzylinder 2 befestigt ist brücke bilden.The electrical connection to the movable condense on the insulating material cylinder 10 and there-contact piece 8 an electrically conductive metal is formed with the help of a metal ring 14 over time, the inside of the support cylinder 2 is attached to form a bridge.

und über mehrere auf den Umfang des Ringes 14 ver- Während beim Ausführungsbeispiel nach derand over several on the circumference of the ring 14

teilte flexible Litzen 15 mit der Elektrode 6 elek- io Hauptpatentanmeldung zum Betrieb der Getterpumpe trisch verbunden ist. Der Ring 14 trägt ein Anschluß- eine gesonderte Stromquelle dient, ist beim Gegen-" stück 16, das durch eine öffnung des Zylinders 2 stand der vorliegenden Erfindung, wie schon oben ernach außen geführt ist. Die Elektrode 7 ist in einen wähnt, die Spannung für den Betrieb der Getterpumpe metallischen Deckel 17 des Zylinders 2 eingesetzt und von der Spannung abgeleitet, die bei jedem öffnen des kann über diesen Deckel elektrisch angeschlossen 15 Vakuumschalters zwischen seinen Polen 6, 8, 7, 9 werden, er ist hierzu mit einem Anschlußstück 18 entsteht.shared flexible strands 15 with the electrode 6 electrical main patent application for operating the getter pump is trically connected. The ring 14 carries a connection - a separate power source is used, is the counter- " piece 16, which stood through an opening of the cylinder 2 according to the present invention, as already above is led outside. The electrode 7 is, in one sense, the voltage for operating the getter pump metallic cover 17 of the cylinder 2 inserted and derived from the voltage that is generated each time the can be electrically connected via this cover 15 vacuum switch between its poles 6, 8, 7, 9 it is created with a connector 18 for this purpose.

versehen. Die Kontaktstücke 8 und 9 des Vakuum- Bei der hierzu dienenden Schaltung nach Fig. 1 istMistake. The contact pieces 8 and 9 of the vacuum In the circuit used for this purpose according to FIG. 1 is

schalters werden also über die Anschlußstücke 16 zwischen die Elektroden 6 und 7 die Reihenschaltung und 18 in den zu schaltenden Stromkreis gelegt. zweier Widerstände 25 und 26 gelegt. Diese Wider-switches are thus connected in series via the connecting pieces 16 between the electrodes 6 and 7 and 18 placed in the circuit to be switched. two resistors 25 and 26 placed. This cons

Der Vakuumschalter kann für hohe Schaltleistun- 20 stände sind so hochohmig ausgelegt, daß über sie, gen ausgelegt werden. Der zu seiner Bedienung vor- kein nennenswerter Strom fließt. Sie sind somit in gesehene Elektromagnet 1, 3, 4 erfordert nur eine ihrem Widerstandswert einerseits der Spannung ansehr geringe Schaltleistung, so daß für den Schalter 5 zupassen, für die der Vakuumschalter ausgelegt ist, ein einfacher Schalter kleiner Schaltleistung genügt. andererseits ist ihr Widerstandswert so zu wählen, In denHohlraum der Elektrode7 ist die Ionisations- 25 daß ein hinreichender Strom über die Getterpumpe getterpumpe mit der Anode 19 und der Kathode 20 fließen kann, nämlich ein Strom von etwa 10—⁶ eingesetzt. Sie beruht an sich auf dem bekannten bis 10—³ A. Dieser Strom wird um so geringer, je Ionisations- und Absorptionseffekt. Die Kathode 20 kleiner durch das Arbeiten der Getterpumpe der Restder Getterpumpe steht in leitender Verbindung mit gasdruck und je besser damit das Vakuum innerhalb der Elektrode 7 und dadurch mit dem Anschluß- 30 des Gehäuses 10, 11, 12, 13 wird. Die Reihenschaltung stück 18, so daß die Getterpumpe bei 18 und beim An- der Widerstände 25 und 26 ist durch eine Anzapfung schlußstück 21 der Anode an Spannung gelegt wer- 27 mit dem Anschluß 21 für die Anode verbunden, den kann. Die Elektrode 7 ist außen durch die an- sie bildet also eine Spannungsteilerschaltung. Das gelötete oder angeschweißte Metallkappe 22 und den Verhältnis der Widerstandswerte der beiden Wideranschließenden Glaskolben 22 a vakuumdicht ab- 35 stände 25 und 26 ist nach obigem so gewählt, daß geschlossen. Die Anschlußleitung 21 für die Anode über die Anzapfung 27 eine hinreichende Spannung 19 ist durch den Glaskolben 22 α vakuumdicht hin- an die Getterpumpe gelegt wird. Sie liegt einerseits durchgeführt. über den Anschluß 21 an der genannten Anzapfung 27The vacuum switch can for high switching capacities are designed to be so high-resistance that they can be designed. No significant current flows to operate it. They are thus seen in electromagnet 1, 3, 4 requires only one of their resistance value on the one hand the voltage at very low switching capacity, so that to fit the switch 5, for which the vacuum switch is designed, a simple switch with a small switching capacity is sufficient. on the other hand should be selected so its resistance value, into the cavity of the Elektrode7 is the ionization 25 that a sufficient current through the getter pump getter pump to the anode 19 and the cathode 20 can flow, namely used a current of about 10. ⁶ It is based itself on the known to 10- ³ A. This current is to the lower, the ionization and absorption effect. The smaller the cathode 20 due to the working of the getter pump, the rest of the getter pump is in conductive connection with gas pressure and the better the vacuum within the electrode 7 and thereby with the connection 30 of the housing 10, 11, 12, 13 becomes. The series connection piece 18, so that the getter pump at 18 and at the resistors 25 and 26 is connected to voltage by a tap connector 21 of the anode 27 to the terminal 21 for the anode, which can. The electrode 7 is on the outside through the an- it thus forms a voltage divider circuit. The soldered or welded metal cap 22 and the ratio of the resistance values of the two connecting glass bulbs 22 a vacuum-tight spaces 25 and 26 are selected according to the above so that they are closed. The lead 21 for the anode via the tap 27 a sufficient voltage is 19 α through the glass envelope 22 in vacuum-tight way is supplied to the getter pump. It is carried out on the one hand. via connection 21 to said tap 27

Zwischen der als Ring von Rechteckform ausge- und andererseits über die Kathode 20 und die mit ihr führten Anode 19 (Fig. 2) und der aus sorptions- 40 leitend verbundene Elektrode 7 an der einen Klemme fähigem Stoff bestehenden Kathode 20, die auch des Vakuumschalters selbst. Der über den Vakuumzylindrisch ausgeführt sein kann und infolge ihrer schalter zu schaltende Stromkreis enthält die Last L. leitenden Verbindung mit der Elektrode 7 das Sie liegt, von der Spannungsquelle S dieses Strom-Potential Null haben mag, wird durch Anlegen einer kreises aus gesehen, vor den Widerständen 25, 26. hohen Gleichspannung an den Anschluß 21 und den 45 Ist der Vakuumschalter geschlossen, so liegt die Elektrodenkörper 7 eine elektrische Entladung her- ganze Spannung an der Last L an. Die Widerstände beigeführt. Durch das vom Permanentmagneten 23 25 und 26 sind dann kurzgeschlossen, und an der erzeugte Magnetfeld kann die Entladung auch bei Getterpumpe liegt keine Spannung. Ist hingegen der verhältnismäßig niedrigen Drücken, beispielsweise Vakuumschalter geöffnet, so liegt die ganze Spanbei 10—⁶ Torr, noch aufrechterhalten werden. Hier- 50 nung seines Stromkreises an den Elektroden 6 und 7 zu ist der außen durch das Weicheisen j och 23 a ge- und damit an der Reihenschaltung der Widerstände sc'hlossene Magnet 23 so orientiert, daß die Richtung 25 und 26. Alsdann liegt die Getterpumpe über der des magnetischen Feldes zur Ebene des Anoden- Anzapfung 27 an Spannung. Sie absorbiert nun die ringes 19 senkrecht steht. Durch diese Maßnahme durch den vorhergehenden Schaltvorgang des wird bewirkt, daß jedes von der Kathode 20 aus- 55 Vakuumschalters freigesetzten Gasmengen, bis das gehende Elektron vor Erreichen der Anode 19 eine Vakuum wiederhergestellt ist.Between the ring of rectangular shape and on the other hand over the cathode 20 and the anode 19 led with it (FIG. 2) and the cathode 20 made of sorption 40 conductively connected to the substance capable of a terminal, which is also the vacuum switch itself. Which can be executed on the vacuum cylinder and as a result of its switch to be switched circuit contains the load L. Conductive connection with the electrode 7 that it is, from the voltage source S this current potential may have zero, is seen by creating a circle , in front of the resistors 25, 26 high direct voltage at the terminal 21 and the 45. If the vacuum switch is closed, the electrode body 7 is an electrical discharge resulting in a whole voltage across the load L. The resistors added. As a result of the permanent magnet 23, 25 and 26 are then short-circuited, and there can be no voltage at the generated magnetic field, even with the getter pump. However, is the relatively low pressures, such as vacuum switch is open, is the whole Spanbei 10- ⁶ Torr, still be maintained. In this way, its circuit at the electrodes 6 and 7 is oriented so that the magnet 23, which is connected on the outside through the soft iron yoke 23a and thus connected to the series connection of the resistors, is oriented in such a way that the direction 25 and 26 is then located Getter pump above that of the magnetic field to the level of the anode tap 27 at voltage. You now absorb the ring 19 is perpendicular. This measure by the preceding switching operation of the causes each gas quantity released by the cathode 20 to be released until the passing electron is restored to a vacuum before it reaches the anode 19.

Vielzahl von Schwingungen durchführt, also einen Die Wirkungsweise wird noch verbessert, wenn,Performs a large number of vibrations, i.e. one The mode of action is further improved if,

langen Weg durchläuft. Auf diesem langen Weg kön- wie in Fig. 1 gezeigt, parallel zum Widerstand 26 nen die Elektronen auch bei geringer Gasdichte durch ein Kondensator 28 gelegt wird. Wird der Vakuum-Stoßionisation noch so viele Ladungsträger bilden, 60 schalter geschlossen, so hält die Ladung dieses Kondaß die elektrische Entladung nicht erlischt. Die densators den Betrieb der Getterpumpe noch für eine ionisierten Gasmoleküle treffen nun ihrerseits mit kleine Zeit aufrecht. Die Getterpumpe bleibt also großer Geschwindigkeit auf die sorptionsfähige auch dann, wenn der Vakuumschalter kurz nach Kathode 20 auf, werden dort gebunden und dadurch einem Öffnungsvorgang wieder geschlossen wird, zuaus dem Schaltergehäuse entfernt. 65 nächst in Tätigkeit und kann infolgedessen dasgoes through a long way. On this long path, as shown in FIG. 1, parallel to the resistor 26 The electrons are passed through a capacitor 28 even with a low gas density. Will the vacuum impact ionization no matter how many charge carriers form, 60 switches are closed, the charge holds this condass the electrical discharge does not go out. The capacitors still operate the getter pump for one ionized gas molecules for their part now hit upright with a short time. So the getter pump remains high speed on the sorbent even if the vacuum switch shortly after Cathode 20 is bound there and is closed again as a result of an opening process removed from the switch housing. 65 next in activity and can therefore do that

Als Stoff für die Kathode 20 kann z. B. Titan oder Vakuum wiederherstellen.As a material for the cathode 20, for. B. restore titanium or vacuum.

Tantal oder ein anderer sorptionsfähiger Stoff benutzt Die Ausführung nach Fig. 1 ist insbesondere gewerden. Die Brennspannung der elektrischen Ent- dacht für Hochspannungsschalter, während die Schalladung beträgt im allgemeinen mehrere tausend Volt. tung nach Fig. 4 mehr gedacht ist für Niederspan-Der Magnet wird vorzugsweise so bemessen, daß im 70 nungsschalter. Die Schaltung nach Fig. 4 unterscheidetTantalum or another sorbent substance is used. The embodiment according to FIG. 1 has been used in particular. The burning voltage of the electrical dis- posed of high-voltage switches, while the sonic charge is generally several thousand volts. device according to Fig. 4 is more intended for low-voltage Magnet is preferably dimensioned so that in the 70 voltage switch. The circuit according to FIG. 4 differs

sich von der nach Fig. 1 nur dadurch, daß eine Induktivität 29 unmittelbar der Elektrode 6 bzw. ihrem Anschlußstück 16 vorgeschaltet ist. Hierdurch wird erreicht, daß beim öffnen des Vakuumschalters (bei 8, 9) eine hohe Überspannung entsteht, die sich zu der an dem Stromkreis des Vakuumschalters liegenden Spannung 5" addiert, so daß sich, wenn diese eine Niederspannung ist, doch eine Gesamtspannung ergibt, die für den Betrieb der Getterpumpe ausreichend ist. Es wird also hier die von Haus aus zur Verfügung stehende Niederspannung um einen Betrag aufgestockt, wie er für die Getterpumpe notwendig ist. Hiervon kann abgesehen werden, wenn der Vakuumschalter von vornherein an einer auch für den Betrieb der Getterpumpe hinreichend hohen Spannung liegt.differs from that of FIG. 1 only in that an inductance 29 is directly connected to the electrode 6 or its Connector 16 is connected upstream. This ensures that when the vacuum switch is opened (at 8, 9) a high overvoltage arises, which is related to that of the circuit of the vacuum switch Voltage 5 "is added, so that if this is a low voltage, there is a total voltage results, which is sufficient for the operation of the getter pump. So it will be the one from home here Available low voltage increased by an amount as required for the getter pump is. This can be dispensed with if the vacuum switch is also connected to the Operation of the getter pump is sufficiently high voltage.

Claims

PATENT CLAIMS:

1. Vacuum switch with built-in ionization getter pump according to patent application S 50702 VIIIb / 21c, characterized in that the The voltage for operating the ionization getter pump is derived from the voltage applied at every time the switch is opened between its poles.

2. Switch according to claim 1, characterized in that the voltage for operating the Getter pump via a voltage divider circuit (25, 26, 27) from the one to the vacuum switch (6, 8, 7, 9) lying voltage is derived.

3. Switch according to claim 1 or 2, characterized in that in the circuit for delivery the voltage for the getter pump a self-induction element, e.g. B. a choke coil (29), is inserted, which provides an additional voltage for forming when the vacuum switch is opened a total voltage sufficient for the operation of the getter pump.

4. Switch according to claim 1, 2 or 3, characterized in that a capacitive memory (28) is provided that the period of time in which the getter pump is at a sufficiently high voltage lies, extended and thus the JDaeer.xbes individual Pump previously increased.

1 sheet of drawings