DE1920463C3 - Vakuumschalter - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft einen Vakuumschalter, in einem länglichen hermetisch verschlossenen Gehäuse mit drei Kontakten, von denen zwei feste Kontakte an einem Endbereich des Gehäuses und mit ihren Kontaktflächen parallel dazu sich mit Abstand gegenüberstehen und der von außen betätigbare bewegliche dritte Kontakt zwischen ihnen angeordnet und als mil dem einen, dem anderen oder keinem von beiden zur Anlage bringbarer Umschaltkontakt am Endbereich eines Schaltstabes angebracht ist, der sich annähernd in der Längsachse des Gehäuses erstreckt und um eine auf der Längsachse liegenden zum Umschaltkontakt beabstandeten Drehpunkt um kleine Winkel annähernd symmetrisch zur Längsachse schwenkbar ist.

Miniaturisierende Vakuumrelais mit einem Umschalter mit neutraler Mittellage, die durch eine elektromagnetische Vorrichtung außerhalb des geschlossenen Schaltraumes betätigt werden, sind bekannt Dabei sind die festen Kontakte als flache Teile ausgebildet. Dadurch wirkt das beim Betätigen der'Kontakte immer anfallende Metallpulver Lebensdauer begrenzend. Die elektrischen Eigenschaften des Schalters sind auch nicht immer gleichmäßig, weil die Wege des beweglichen Kontaktes sich bei Veränderungen verkürzen oder verlängern. Außerdem wird dann eine unterschiedliche Ansprechleistung zum Schalten des Vakuumrelais benötigt.

Bei anderen Vakuumrelais sind die festen Kontakte rund ausgebildet Aber auch dadurch werden die aufgezeigten Probleme nicht gelöst.

Aus der DE-PS 6 92 427 wiederum ist ein Vakuumschalter mit flachen Elektroden bekannt, der als Kippschalter ausgebildet ist, wobei der als Kontaktpendel dargestellte Schalter in einer Vakuumröhre so gelagert ist, daß das Pendelgelenk unten liegt und das Kontaktpendel in Mittellage im labilen Gleichgewicht ist.

Aus der FP.-PS 13 37 323 sind neue Kontakte bekannt, die die Vorteile von trockenen (Metall) wie nassen (Quecksilber) Kontakten vereinigen sollen.

Weder mit diesen Kontakten noch mit dem aus der zuvor genannten DE-PS 6 92 427 beschriebenen Vakuumschalter lassen sich die eingangs beschriebenen Nachteile, die durch das anfallende Metallpulver entstehen, vermeiden.

Der im Anspruch 1 angegebenen Erfindung liegt damit die Aufgabe zugrunde, einen Vakuumschalter so auszubilden, daß beim Schalten entstehendes Metallpulver von den festen Kontakten aufgenommen werden kann.

Die Lösung dieser Aufgabe erfolgt bei einem Vakuumschalter der eingangs genannten Art erfindungsgemüß durch die Maßnahmen nach dem kennzeichnenden Teil des Patentanspruchs 1.

Vorteilhafte Ausbildungen der Erfindung sind in den Unteransprüchen gekennzeichnet.

Durch den erfindungsgemäßen Vakuumschalter werden gleichmäßige Schaltcharakteristiken und gleichbleibende Ansprechleistungen erreicht. Weitere Vorteile sind aus der Beschreibung ersichtlich.

Die Erfindung wird anhand eines in einer Zeichnung däi gestellten Ausfühi ungsbeispiels eriäuiert. Es zeigt

F i g. 1 eine Vorderansicht eines Vakuumschalters nach der Erfindung, teilweise geschnitten gezeichnet und

F i g. 2 eine Draufsicht auf die Stirnseite des Vakuumschalters nach F i g. 1 ohne Deckel.

Das in F i g. 1 dargestellte Relais ist mit 10 bezeichnet und enthält einen Vakuumschalter 12 mit einem Umschalter mit neutraler Mitlellage und eine Vorrichtung 14 zur Anreizung des Schalters. Die Vorrichtung 14 trägt einen Flansch 15. Der Vakuumschalter 12 wird in seinem Äußeren aus zwei länglichen röhrenförmigen isolierenden Teilen 16 und 18 von Hülsen gebildet, die vorzugsweise aus Keramik bestehen. Ein drittes keramisches röhrenförmiges Teil 20 stellt die Verbindung zwischen dem Schalter und der Vorrichtung 14 her.

Die röhrenförmigen Teile 16 und 18 werden von einem unteren bzw. einem oberen Endverschluß 22 bzw. 24 abgeschlossen. Der Endverschluß 22 trägt eine kreisartige metallische Anschlußelektrode 26, die an ihrem äußeren peripheren Rand mit einer oberen metallisierten Kante des keramischen Teiles 16 hart verlötet ist Die Anschlußelektrode 26 weist eine radial abstehende Lötfahne 28 auf, an die eine elektrische Stromquelle durch einen Leiter angeschlossen werden kann. Der Endverschluß 22 besteht weiterhin aus einem kuppelförmi^cn Verschluß 30, der hermetisch auf die Anschlußelektrode 26 gelötet ist

Eine zweite kreisartige Anschlußelektrode 32 ist zwischen die keramischen Teile 16 und 18 eingeschoben und an ihrem Rande mit den metallisierten Enden der röhrenförmigen Teile hart verlötet. Die Anschlußelektrode 32 trägt ebenfalls eine radial abstehende Lötfahne 34.

Der untere Endverschluß 24 enthält eine relativ dünne metallische Membran 36, die hermetisch mit der oberen metallisierten Kante des keramischen Teiles 20 verlötet ist Eine dritte Anschlußelektrode 38 in Form eines steifen metallischen Ringes liegt koaxial mit der keramischen Hülse zwischen der Membran 36 und dem unteren metallisierten Ende des keramischen Teiles 18 und ist mit beiden hermetisch verbunden. Diese Anschlußelektrode 38 trägt eine Lötfahne 39, die den Anschluß für einen Schaltstab 40 bildet

Die Membran 36 ist beweglich genug, um eine Bewegung quer zum Angelpunkt des sich längs erstreckenden Schaltstabes 40 zu erlauben. D^r Schaltstab 40 ist mit einem unteren keramischen Kontaktende 42 versehen, das in die Vorrichtung 14 reicht, während das obere Ende des keramischen Kontaktendes sich in die Membrane 36 erstreckt und mit ihr hermetisch verlötet ist.

Das oberste Ende des Schaltstabes 40 erstreckt sich durch eine öffnung 44 in der Anschiußeiektrode 32 und endet in einem Paar Kontaktnieten 46 und 48, die als beweglicher Kontakt des Schalters dienen und gegen feste Kontakte 50 und 52 arbeiten, wenn der Schaltstab 40 in Richtung der Pfeile in Fig.! durch einen nicht gezeigten elektromagnetischen Antrieb in der Vorrichtung 14 bewegt wird.

Die Anschlußelektroden 26, 32 und 38 bestehen vorzugsweise aus Kupfer, um einen guten Stromdurchgang zu erreichen, während der Schaltstab 40 vorzugsweise aus Molybdän mit einem dünnen Kupferfilm besteht. Die Kontaktnieten 46 und 48 sind aus Wolfram gearbeitet und auf den Schaltstab 40 gelötet. Ein Schaltstab aus Molybdän ergibt die benötigte Steifigkeit und vermeidet die Probleme, die auftreten, wenn ein schmiegsamer Stab, wie einer aus Kupfer, benutzt wird und der Kupferfilm ergibt die nötige elektrische Leitfähigkeit.

Die festen Kontakte 50 und 52 sind an den Anschlußelektroden 26 und 32 befestigt und erstrecken sich axial umeinander, so daß sich ihre Kontaktflächen überlappen. Wie aus der F i g. 2 ersichtlich ist, haben die Kontakte 50 und 52 einen U-förmigen Querschnitt Jeder Kontakt besteht aus einer senkrechten flachen Wand 54, die parallel zur Wand des anderen Kontaktes verläuft und in parallelen seitlichen Flanschen 56 und 58 endet, die mit den Flanschen des anderen Kontaktes überlappen. Die Öffnung44 in der Anschlußelekirode 32 hat im allgemeinen eine rechteckige Form mit einer Mittenversetzung aus der Längsachse der röhrenförmigen keramischen Hülse des Schalters. Line gleichge-

i(j formte Öffnung 60 ist in der Anschlußelektrode 26 angebracht, die aus der Mitte der Hülse in entgegengesetzter Richtung der Öffnung 44 versetzt ist Die Ausbildungen der festen Kontakte 50 und 52 ergänzen sich mit den Öffnungen 60 und 44, bzw. sind so geformt, daß die äußeren Enden in engem Eingriff mit den entsprechenden Öffnungen stehen und an den entsprechenden Anschlußelektroden durch Löten oder Schweißen befestigt sind. Weil die Öffnungen 44 und 60 und deswegen auch die Kontakte 50 und 52 aus der Mittelachse der Schalterhülse in entgegengesetzter Richtung versetzt sind, die seitlichen Flansche 56 der beiden Kontakle sind außerhalb der Flansche 58, wie es am besten aus F i g. 2 ersichtlich ist, erstrecken sich diese seitlichen Flansche in ausreichendem Abstand, so daß eine Überlappung entsteht Dadurch wird ein Schirm um die Kontaktnieten 46 und 48 gebildet und beim Schalten entstehendes Metallpulver aufgenommen.

Es ist ersichtlich, daß die flachen parallelen Wände 54 der festen Kontakte 50 und 52 gleiche räumliche

JO Kontaktoberflächen bilden, so daß bei einer Abweichung aus der Normalbewegung des Schaltstabes 40, der Abstand des Stabes von den Kontak Loberflächen nicht sehr veränderlich ist. Dies sichert, daß die elektrischen Eigenschaften des Schalters gleich bleiben, auch wenn die Bewegung des Schaltstabes 40 sich ändert. Ebenso ist die geforderte Bewegung des Schaltstabes, um mit den Wänden 54 der zwei festen Kontakte Berührung zu haben, immer gleich, wodurch eine Gleichmäßigkeit in den elektrischen Werten an den

■»ο Anschlußelektroden erreicht wird.

Die Anschlußelektrode 38, die zwischen der Membran 36 und dem unteren Ende des röhrenförmigen Teiles 18 angebracht ist, hat einen kleineren inneren Durchmesser als die keramische röhrenförmige Hülse.

^; Die Öffnung in diesem Ring ist vorzugsweise durch einen Stanz- oder Drückvorgang entstanden, der es erlaubt, die Toleranzen klein zu halten. Wenn dieser Ring hermetisch an die angrenzende Membran 36 angeschweißt ist, wird die ungeschützte oder wirksame Zone der Membran mehr durch die Ausmaße der Öffnung des Ringes der Anschlußelektrode 38 als durch den inneren Durchmesser des keramischen Teiles 18 begrenzt, der je nach Fertigungsmethode schwanken kann. Daher muß die ungeschützte oder wirksame Zone der Membran 36 bei Vakuumschaltern in einer Serienfertigung mit besonders kleinen Toleranzen erstellt werden, damit die Schaltcharakteristik durch den bewegten Schaltstab gleichbleibend sein wird.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen

Claims (4)

Patentansprüche:

1. Vakuumschalter in einem länglichen hermetisch verschlossenen Gehäuse mit drei Kontakten, von denen zwei feste Kontakte an einem Endbereich des Gehäuses mit ihren Anschlüssen senkrecht zur Längsachse des Gehäuses und mit ihren Kontaktflächen parallel dazu sich mit Abstand gegenüberstehen und der von außen betä'igbare bewegliche dritte Kontakt zwischen ihnen angeordnet und als mit dem einen, dem anderen oder keinem von beiden zur Anlage bringbarer Umschaltkontakt am Endbereich eines Schaltstabes angebracht ist, der sich annähernd in der Längsachse des Gehäuses erstreckt und um einen auf der Längsachse liegenden zum Umschaltkontakt beabstandeten Drehpunkt um kleine Winkel annähernd symmetrisch zur Längsachse schwenkbar ist, dadurch gekennzeichnet, daß ai. den beiden sich annähernd parallel zur Längsachse erstreckenden Kanten jeder Kontaktfläche der festen Kontakte (50, 52) Flansche (56, 58} vorgesehen sind, die annähernd senkrecht auf der jeweiligen Kontaktfläche stehen und in Richtung der Längsachse sich über die ganze Länge der Kanten und senkrecht dazu sich über die Längsachse hinaus erstrecken und zusammen mit der Kontaktfläche in einem senkrecht zur Längsachse verlaufenden Querschnitt eine U-förmige Form aufweisen und jeweils ein Flansch (58) des einen Kontaktes (50) in das Innere des U-förmigen Querschnitts des jeweils anderen Kontaktes (52) hineinragen und die festen Kontakte (50,52) so einen den Umschaltkontakt (46, 48) auf vier Seiten umschließenden Raum bilden.

2. Vakuumschalter nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Gehäuse aus einem Oberteil (16), einem Zwischenteil (18) und einem Bodenteil (20) besteht und der Schaltstab (40) sich axial von einer an dem Gehäuse angebrachten Betätigungsvorrichtung (14) durch eine Membran (38) in den hermetisch geschlossenen Teil de.v Vakuumschalters und zwischen die Kontakte (50,52} hinein erstreckt.

3. Vakuumschalter nach dem Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß zwischen dem Boden des Zwischenteils (18) und der Membran (36) eine dritte Elektrode (38) eingeschoben ist, die senkrecht zur Längsachse des Gehäuses liegt und eine zentrale öffnung aufweist, durch die der Schaltstab (4OJ hindurciitührt, und deren Durchmesser etwas kleiner ist als der Innendurchmesser des Gehäuses.

4. Vakuumschalter nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß der Schaltstab (40) aus mit einer dünnen Kupferschichl überzogenen Molybdän besteht.

55