DE2948310C2 - Vakuumschalter - Google Patents

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

Streifen des Gettermaterials hergestellt werden.

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

Umbiegen diene>i.

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)

Patentansprüche:

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.