EP0408842A2

EP0408842A2 - Ein-/Aus-Schalter

Info

Publication number: EP0408842A2
Application number: EP90107518A
Authority: EP
Inventors: Roland Dr. Gesche; Stefan Locher
Original assignee: Leybold AG
Current assignee: Balzers und Leybold Deutschland Holding AG
Priority date: 1989-07-18
Filing date: 1990-04-20
Publication date: 1991-01-23
Anticipated expiration: 2010-04-20
Also published as: EP0408842B1; EP0408842A3; DE59010589D1; JPH0358601A; DE3923660A1; US5087800A

Abstract

Die Erfindung betrifft einen Ein/Aus-Schalter (1) für die Schaltung von Hochfrequenzströmen. Dieser Schalter (1) weist ein Gehäuse (2) aus elektrisch nichtleitendem Kunststoff auf, das auf seiner Oberseite und auf seiner Unterseite durch elektrisch leitende Kontaktteile (3, 4) abgeschlossen ist. In dem Gehäuse (2) befindet sich ein Metallbalg (14), der mit seinem einen Ende mit einem der Kontaktteile (4) und mit seinem anderen Ende mit einem Kontaktkopf (25) in Verbindung steht. Mit Hilfe von Druckluft kann der Kontaktkopf (25) mit dem anderen Kontaktteil (3) in Verbindung gebracht oder von diesem wieder entfernt werden.

Description

Die Erfindung betrifft einen Ein/Aus-Schalter nach dem Oberbegriff des Patentanspruchs 1.
In Anlagen zum Aufbringen und Abtragen von dünnen Schichten hat die Plasmaerzeugung mittels Hochfrequenz weite Verbreitung gefunden. Hierbei liegt die Hochfrequenz üblicherweise bei 13,56 MHz, während die zu übertragenden Ströme bis zu 50 A betragen können. Um derart hohe Ströme schalten zu können, müssen die Schalter besondere Anforderungen erfüllen. Eine dieser Anforderungen besteht z. B. darin, daß sie im offenen Zustand eine Überschlagfestigkeit von 10 kV besitzen müssen.
Es sind zwar schon mehrere Hochfrequenz-Plasmaanlagen mit Elektroden bekannt, denen die Hochfrequenzleistung zugeführt wird (J. Electrochem. Soc. Solid State Science, Bd. 114, Nr. 5, 1967, S. 505 bis 508; US-PS 4 207 137; J. Vac. Sci. Technol., Bd. 5, Nr. 3, 1987, S. 647 bis 651), doch sind keine Schalter beschrieben, mit denen hochfrequente Ströme von großer Stromstärke auf eine Elektrode oder von dieser weggeschaltet werden können.
Derartige Schalter sind indessen ebenfalls bekannt (DE-A-37 18 304, DE-A- 38 15 107, DE-GM 19 65 771, DE-GM 84 30 787, US-A-2 997 671), und zwar auch solche mit Balgenstrukturen (DE-A-39 09 321, DE-A-35 01 603, DE-A-33 14 514, DE-PS 754 566, GB-PS 637 121, FR-PS 882 291, FR-PS 1 317 246).
Bei einem bekannten Schalter mit Balgenstrukturen sind zwei in einem Abstand angeordnete und miteinander zu verbindende Kontaktteile vorgesehen sowie ein elektrisch leitender Balg in einem Innenraum, der in einem gedehnten Zustand die beiden Kontaktteile miteinander verbindet und in einem gestauchten Zustand die beiden Kontaktteile voneinander trennt (US-PS 2 794 087). Hierbei wird der Balg jedoch nicht zur pneumatischen Betätigung mitverwendet.
Der Erfindung liegt deshalb die Aufgabe zugrunde, einen Ein/Aus-Schalter zu schaffen, mit dem es möglich ist, große Hochfrequenzströme zu schalten.
Diese Aufgabe wird gemäß den Merkmalen des Patentanspruchs 1 gelöst.
Der mit der Erfindung erzielte Vorteil besteht insbesondere darin, daß der durch die Stromverdrängung hervorgerufene Oberflächenstrom eine große Leiterfläche in Form eines Metallbalgs zur Verfügung hat. Die Bauteile aus Metall, z. B. die Rückholfeder, werden durch diesen Metallbalg abgeschirmt und sind deshalb nicht den hohen elektromagnetischen Feldstärken ausgesetzt. Dadurch, daß der Metallbalg die Funktion des elektrischen Leiters mit der eines Pneumatikzylinders verbindet, wird eine kompakte Bauform des Schalters ermöglicht. Die ebenen Kontaktflächen erlauben einen geringen Hub und stellen für die Oberflächenströme eine günstige Übergangsfläche dar.
Ausführungsbeispiele der Erfindung sind in der Zeichnung dargestellt und werden im folgenden näher beschrieben. Es zeigen:

Fig. 1 eine erste Ausführungsform eines Schalters zum Schalten großer Hochfrequenz-Ströme;
Fig. 2 eine zweite Ausführungsform eines Schalters zum Schalten großer Hochfrequenz-Ströme.

In der Fig. 1 ist eine erste Ausführungsform eines pneumatisch betätigten Schalters 1 dargestellt, der ein Gehäuse 2 aus elektrisch isolierendem Material aufweist und oben und unten jeweils mit einem elektrisch leitenden Kontaktteil 3, 4 versehen ist. Die Kontaktteile 3, 4 sind mit dem Gehäuse 2 über elektrisch nichtleitende Schrauben 5, 6 fest verbunden, wobei die Schrauben mit ihren Köpfen 7, 8 auf jeweils einem der Vorsprünge 9, 10 der Kontaktteile 3, 4 liegen. In der Wand des Gehäuses 2 befindet sich ein Schraubkanal 11, in den die Schrauben 5, 6 eingeschraubt sind. Das Gehäuse 2 selbst ist z. B. zylindrisch ausgebildet und weist gegenüber dem Schraubkanal 11 einen Stutzen 12 mit einer Durchbohrung 13 auf. In dem Gehäuse 2 befindet sich ein elektrisch leitender Metallbalg 14, in dessen Inneres über einen Einlaß 15 Druckluft eingelassen wird. Diese Druckluft arbeitet gegen die Kraft einer Feder 16, die mit ihrem einen Ende 17 am Haken 18 aufgehängt ist und deren anderes Ende 19 in einen Querbolzen 20 eingehängt ist, der in einer vertikalen Verlängerung 21 des Kontaktteils 4 ruht. Diese Verlängerung 21 des Kontaktteils 4 hat im wesentlichen die Form eines hohlen Zylinderstifts mit zwei Endanschlägen 22, 23, wobei diese Endanschläge 22, 23 für die Abstützung des oberen und des unteren Endes des Metallbalgs 14 dienen. Der obere Endanschlag 23 ist allerdings nicht einstückig mit der Verlängerung 21 verbunden, sondern liegt auf dieser auf. Wird nun Druckluft in den Einlaß 15 eingeführt, so gelangt diese in den Hohlraum 24 der Verlängerung, wo sich auch die Feder 16 befindet, und drückt gegen die Unterseite einer Kontaktfläche 25, die an ihrem seitlichen Rand mit dem Metallbalg 14 verbunden ist. Ist die durch die Druckluft ausgeübte Kraft größer als die Kraft der Feder 16, so dehnt sich der Metallbalg 14 solange aus, bis die Kontaktfläche 25 gegen das Kontaktteil 3 stößt. Auf diese Weise ist eine elektrische Verbindung zwischen den Kontaktflächen 3, 4 hergestellt, wobei der Strom von dem Kontaktteil 3 über den Metallbalg 14 und die Verlängerung 21 zum Kontaktteil 4 bzw. umgekehrt fließen kann. Wird die zugeführte Druckluft schwächer oder hört sie gar ganz auf zu strömen, so überwiegt die Kraft der Feder 16 und die Kontaktfläche wird wieder in diejenige Position zurückgeführt, die in der Fig. 1 dargestellt ist. Die Durchbohrung 13 dient dazu, einen Druckausgleich im Innern des Gehäuses 2 zu schaffen. Wäre das Gehäuse 2 hermetisch abgeschlossen, so müßte der Metallbalg 14 mit der Kontaktfläche 25 die Luft im Innenraum des Gehäuses komprimieren, damit die Kontaktfläche 25 an den Kontaktteil 3 gelangt. Ober- und unterhalb der Durchbohrung 13 weist das Gehäuse 2 jeweils eine Bohrung 27, 28 auf, in die Hochfrequenzleitungen, in der Regel Bänder, eingeführt werden. Die Bohrungen 27, 28 können auch mit einem Gewinde versehen sein.
Die Fig. 2 zeigt eine weitere Ausführungsform der Erfindung, bei welcher diejenigen Bauteile, die auch in der Vorrichtung gemäß Fig. 1 zu finden sind, dieselben Bezugszahlen wie diese besitzen. Im Unterschied zur ersten Ausführungsform weist die Ausführungsform gemäß Fig. 2 keine Feder auf, welche die Kontaktfläche 25 nach unten zieht und erst durch Einströmen von Druckluft gedehnt wird, sondern eine Feder 29, die nach außen drückt. Diese Feder 29 ist von dem Metallbalg 14 umgeben und ruht mit ihrem einen Ende auf einem Vorsprung 30, der mit dem Kontaktteil 4 einstückig verbunden ist und eine Durchbohrung 31 aufweist. Der Vorsprung 30 besitzt an seinem oberen Ende eine Verjüngung 36, die zur Führung des einen Endes 32 der Feder 29 dient. Das andere Ende 33 der Feder 29 ist in entsprechender Weise von einer Verjüngung 35 geführt, die in die Kontaktfläche 25 übergeht. Ohne die Einwirkung von Druckluft sind die Kontaktteile 3 und 4 über den Metallbalg 14 elektrisch miteinander verbunden, weil die Feder 29 die Kontaktfläche 25 permanent an den Kontaktteil 4 drückt. Wird jedoch Druckluft in den Raum zwischen dem Metallbalg 14 und dem Gehäuse 2 durch die Öffnung 13 eingelassen, so gelangt diese Druckluft über eine Bohrung an eine Oberfläche 34 der Kontaktfläche 25 und drückt diese nach unten.
Die Durchbohrung 31 hat dieselbe Funktion wie die Durchbohrung 13 in Fig. 1, d. h. sie dient dazu, im Innern des Gehäuses einen Druckausgleich zu schaffen. Der Unterschied zwischen dem Schalter gemäß Fig. 1 und dem Schalter gemäß Fig. 2 besteht im wesentlichen darin, daß der Schalter gemäß Fig. 1 im drucklosen Zustand offen ist, während der Schalter gemäß Fig. 2 im drucklosen Zustand geschlossen ist. Die Druckluft arbeitet dabei immer gegen die Kraft der Zug- bzw. Druckfeder. Die Federkraft des Balgs ist von untergeordneter Bedeutung.

Claims

1. Ein/Aus-Schalter, insbesondere für Hochfrequenzströme, mit zwei in einem Abstand voneinander angeordneten und miteinander zu verbindenden Kontaktteilen sowie mit einem elektrisch leitenden Balg, über den die zu schaltenden Ströme fließen, gekennzeichnet durch die Kombination folgender Merkmale:

a) der Balg (14) ist mit seinem einen Ende (22) ortsfest mit einem ersten elektrischen Kontaktteil (4) verbunden;

b) der Balg (14) trägt an seinem anderen und beweglichen Ende eine Kontaktfläche (25);

c) innerhalb des Balgs (14) ist eine mechanische Feder (16) angeordnet, die auf die Kontaktfläche (25) Kräfte ausübt;

d) der Balg (14) ist durch ein Fluid betätigbar.

2. Ein/Aus-Schalter nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß zwischen den miteinander zu verbindenden Kontaktteilen (3, 4) ein Isolator (2) mit einem hohlen Innenraum vorgesehen ist.

3. Ein/Aus-Schalter nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Balg (14) in einem gedehnten Zustand die beiden Kontaktteile (3, 4) miteinander verbindet und in einem gestauchten Zustand die beiden Kontaktteile (3, 4) voneinander trennt.

4. Ein/Aus-Schalter nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Fluid Druckluft ist.

5. Ein/Aus-Schalter nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Feder (16, 29) mit ihren Enden an Bauteile (21, 25) angeschlossen ist, die mit jeweils einem Ende des Balgs (14) in Verbindung stehen.

6. Ein/Aus-Schalter nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß der Isolator (2) ein Gehäuse bildet, das auf der Oberseite und auf der Unterseite durch jeweils ein Kontaktteil (3, 4) abgeschlossen ist.

7. Ein/Aus-Schalter nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß die Kontaktteile (3, 4) mit dem Gehäuse (2) über Schrauben (5, 7) verbunden sind.

8. Ein/Aus-Schalter nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß die Schrauben (5, 7) aus elektrisch nichtleitendem Material bestehen.

9. Ein/Aus-Schalter nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß die Feder eine Zugfeder (16) ist.

10. Ein/Aus-Schalter nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß die Feder eine Druckfeder (29) ist.

11. Ein/Aus-Schalter nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß in einem Kontaktteil (4) eine Öffnung (15) vorgesehen ist, durch die Druckluft in das Innere des Balgs (14) einführbar ist.

12.Ein/Aus-Schalter nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß in dem Isolator (2) eine Öffnung (13) vorgesehen ist, durch die Druckluft auf die Außenseite des Balgs (14) führbar ist.

13. Ein/Aus-Schalter nach den Ansprüchen 1, 5 und 9, dadurch gekennzeichnet, daß das eine Bauteil (25) ein elektrischer Kontaktkopf ist, während das andere Bauteil (21) der Vorsprung des einen Kontaktteils (4) ist.

14. Ein/Aus-Schalter nach Anspruch 13, dadurch gekennzeichnet, daß die Zugfeder (16) mit ihrem einen Ende in den Kontaktkopf (25) und mit ihrem anderen Ende in einen mit dem Vorsprung (21) verbundenen Querbolzen (20) eingehängt ist.

15. Ein/Aus-Schalter nach den Ansprüchen 1, 5, 10 und 13, dadurch gekennzeichnet, daß die Druckfeder (29) mit ihrem einen Ende eine Verjüngung (31) des Vorsprungs (30) und mit ihrem anderen Ende eine Verjüngung (35) des Kontaktkopfes (25) umschließt.