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Vakuumschalter, bei dem das Vakuum durch Sorptionsvorgänge selbsttätig
aufrechterhalten wird Zusatz zum Patent 1020 081 Die Erfindung betrifft einen
Vakuumschalter, bei dem das Vakuum durch Sorptionsvorgänge selbsttätig aufrechterhalten
wird. Hierzu dient bei den Schaltern nach dem Hauptpatent 1020081 und nach dem zugehörigen
Zusatzpatent 1033 757 eine eingebaute Ionisationsgetterpumpe.
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Gemäß der Erfindung enthält mindestens eins der Kontaktstücke des
Vakuumschalters in an sich bekannter Weise Getterwerkstoff, derart, daß während
des einzelnen Schaltvorganges durch den hierbei entstehenden Lichtbogen Getterwerkstoff
verdampft wird, im Sinne einer sich ständig wiederholenden Bildung frischer Getterschichten.
Hierdurch wird die Wirkung der Ionisationsgetterpumpe wesentlich unterstützt, sie
kann infolgedessen kleiner gehalten werden.
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Die Ionisationsgetterpumpe benötigt zur Sorption der beim einzelnen
Schaltvorgang entstehenden Permanentgase eine gewisse Zeit (praktisch etwa einige
sec). Diese Zeit kann verhältnismäßig groß sein im Vergleich zu der Zeitspanne zwischen
dem Erlöschen des Lichtbogens bei Beendigung eines Abschaltvorganges und der Wiederkehr
der Spannung. Sind bis zum letztgenannten Zeitpunkt die entstehenden Permanentgase
nicht hinreichend abgesaugt, so kann eine Rückzündung erfolgen. Diese Erscheinung
wird durch die Erfindung beseitigt oder doch wesentlich eingeschränkt. Enthält nämlich
mindestens eins der Kontaktstücke des Schalters Getterwerkstoff, so wird dieser
beim einzelnen Schaltvorgang durch den entstehenden Lichtbogen lokal erhitzt und
in einer kleinen Menge verdampft. Dieser während der Brenndauer des Lichtbogens
verdampfende Getterwerkstoff bindet (chemisch und gegebenenfalls auch physikalisch)
zum Teil unmittelbar - schon in der Dampfphase - die gleichzeitig entstehenden Permanentgase,
also praktisch verzögerungsfrei. Diese gebundenen Permanentgase werden durch Kondensation
auf benachbarte kalte Flächen aus der Gasphase entfernt. Derjenige Teil des Getterwerkstoffes,
der durch den Lichtbogen verdampft wird, aber durch die entstandenen Permanentgase
nicht abgesättigt ist, schlägt sich ebenfalls auf benachbarte kalte Flächen (Kondensationsflächen)
nieder und führt hier zur Bildung frischer Getterschichten, die - ähnlich wie es
in der Ionisationsgetterpumpe geschieht und zusätzlich zu ihr - die restlichen Permanentgase
binden. Die genannten frischen Getterschichten unterstützen also die Wirkung der
Ionisationsgetterpumpe, aber ebenfalls mit zeitlicher Verzögerung (praktisch etwa
von einigen sec).
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Es tritt also eine zweifache Wirkung ein. Ein Teil des Getterwerkstoffes,
der durch den beim Schaltvorgang entstehenden Lichtbogen verdampft wird, bindet
- praktisch verzögerungsfrei - noch in der Gasphase einen Teil der gleichzeitig
entstehenden Permanentgase. Soweit sich der aus dem Kontaktstück verdampfte Getterwerkstoff
nicht abgesättigt niederschlägt, bindet er zusätzlich zur Ionisationsgetterpumpe
die noch vorhandenen Permanentgase. Anders betrachtet, durch den ersten Effekt werden
die Druckspitzen der entstehenden Permanentgase beseitigt, durch den zweiten Effekt
wird der anschließende, allmähliche Druckabfall - durch das Zusammenwirken der frisch
gebildeten Getterschichten und der Ionisationsgetterpumpe - beschleunigt.
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In der allgemeinen Bauweise kann der Schalter übereinstimmen mit den
Ausführungsbeispielen nach dem obengenannten Hauptpatent und auch nach dem zugehörigen
Zusatzpatent. Jedoch enthält mindestens eins der Kontaktstücke in an sich bekannter
Weise Getterwerkstoff, wie das oben angegeben ist. Bei jedem Schaltvorgang wird
jeweils eine ganz geringe Menge des Getterwerkstoffes verdampft. Er schlägt sich
zum Teil, wie oben dargelegt, gesättigt und zum Teil ungesättigt auf den benachbarten
kalten Oberflächen nieder; das sind einmal die Kontaktstücke selbst, ferner aber
vor allem beim Ausführungsbeispiel nach dem genannten Hauptpatent die Wandung des
Schaltergehäuses 1 und bei dem Ausführungsbeispiel nach dem zugehörigen Zusatzpatent
vor allem der Abschirmzylinder 24.
Das eine Kontaktstück des Schalters
oder auch beide Kontaktstücke können im Rahmen der Erfindung ganz aus Getterwerkstoff
bestehen. Die Anordnung läßt sich aber auch so treffen, daß das Kontaktstück den
Getterwerkstoff verteilt enthält, z. B. in Pulverform, gekörnt oder in Stabform.
Eine solche Anordnung ermöglicht es einmal, für das Kontaktstück als Hauptwerkstoff
einen Kontaktwerkstoff zu verwenden, der einen möglichst geringen Abbrand aufweist
und zu einem geringen Kontaktwiderstand führt. Zugleich kann man erreichen, daß
der Getterwerkstoff, der also bei dieser Ausführung über das Gesamtkontaktstückverteilt
ist, nur in den gewünschten geringen Mengen verdampft wird. Unter diesem Gesichtspunkt
werden auch die Verteilung und der prozentuale Anteil des Getterwerkstoffes an dem
im übrigen aus Kontaktwerkstoff bestehenden Kontaktstück gewählt. Als Kontaktwerkstoff
kann z. B. Kupfer, Silber, Wolfram oder auch ein Sinterwerkstoff (z. B. aus Wolfram-Kupfer-Nickel)
benutzt werden.
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Als Getterwerkstoff werden solche Stoffe benutzt, die eine ausgesprochene
Getterwirkung haben. Vor allem kommt als Getterwerkstoff ein hochsiedendes Metall
in Betracht, insbesondere Titan (Ti) und/oder Zirkon (Zr) und/oder Tantal (Ta).
Für manche Fälle ist auch Molybdän (Mo) gut verwendbar, insbesondere dann, wenn
Sauerstoff zu sorbieren ist. Als allgemein gut brauchbar hat sich Titan erwiesen.
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Sofern nicht das ganze Kontaktstück aus Getterwerkstoff besteht, dieser
vielmehr verteilt eingebracht wird, kann dies auf verschiedene Weise geschehen.
Es besteht z. B. die Möglichkeit, den Getterwerkstoff in das im übrigen aus Kontaktwerkstoff
bestehende Kontaktstück einzulegieren. Darunter ist zu verstehen, daß aus dem gewählten
Kontaktwerkstoff (Kontaktwerkstoffen) und dem zu verwendenden Getterwerkstoff (Getterwerkstoffen)
eine Legierung gebildet und aus dieser das Kontaktstück hergestellt wird. Der Getterwerkstoff
kann auch in den Kontaktwerkstoff eingesintert werden. In diesem Falle werden der
Kontaktwerkstoff (Kontaktwerkstoffe) und der Getterwerkstoff (Getterwerkstoffe)
in Pulverform gemischt, verpreßt und anschließend im Hochvakuum gesintert, und zwar
nach den an sich bekannten Verfahren der Sintertechnik. Will man den Getterwerkstoff
in Stabform verteilt in das Kontaktstück einbringen, so kann man das z. B. im übrigen
fertige Kontaktstück mit Bohrungen versehen, vorzugsweise in axialer Richtung, und
in diese den vorher in Stabform gebrachten Getterwerkstoff einpressen.
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Wird das eine Kontaktstück oder werden beide ganz aus Getterwerkstoff
von hoher Wirksamkeit gebildet oder wird der Anteil des Getterwerkstoffes an dem
im übrigen aus Kontaktwerkstoff bestehenden Kontaktstück entsprechend hoch bemessen,
so kann die eingebaute Ionisationsgetterpumpe entsprechend klein gehalten werden.
Dies hängt ab von der Menge des Gases, das beim einzelnen Schaltvorgang entsteht,
und diese ist wieder abhängig davon, in welchem Maße der für die Kontaktstücke verwendete
Kontaktwerkstoff und Getterwerkstoff entgast ist, und ferner naturgemäß auch davon,
welche Stromstärken geschaltet werden.
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Die Ausführungsbeispiele nach dem obengenannten Hauptpatent und dem
zugehörigen Zusatzpatent betreffen Schalter, die zum Schalten für jeden Pol nur
ein Kontaktstück enthalten. Wie bekannt, kann man Schalter auch so ausführen, daß
neben diesen Kontaktstücken, die alsdann die Hauptkontaktstücke darstellen, noch
Nebenkontaktstücke vorgesehen sind, die beim Öffnen des Schalters verzögert gegenüber
den Hauptkontaktstücken voneinander getrennt werden, so däß der Abschaltlichtbogen
nur zwischen den Nebenkontaktstücken entsteht. Diese bekannte Bauweise ist auch
beim Gegenstand der Erfindung verwendbar. Alsdann genügt es, nur die Nebenkontaktstücke
oder mindestens eins in der oben angegebenen Weise auszubilden, d. h. aus Getterwerkstoff
herzustellen oder mit Getterwerkstoff zu versehen. Dies hat hier den Vorteil, daß
für die Hauptkontaktstücke ein optimaler Kontaktwerkstoff gewählt werden kann, da
auf die Einlagerung von Getterwerkstoff in die Hauptkontaktstücke nicht Rücksicht
zu nehmen ist.