DE1033757B - Vakuumschalter mit eingebauter Ionisationsgetterpumpe - Google Patents

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.

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.

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.

Ein Ausführungsbeispiel ist in der Zeichnung dargestellt; es zeigt

Fig. 1 den Schalter im Längsschnitt mit der zugehörigen Schaltung,

Fig. 2 einen Schnitt nach der Linie II-II der Fig. 1,

Fig. 3 einen Schnitt nach der Linie IH-III der Fig. 1,

Fig. 4 eine Abwandlung der Schaltung.

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.

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 bedienten

Vakuumschalter mit eingebauter
Ionisationsgetterpumpe

Zusatz zur Patentanmeldung S 50702 VIII b / 21 c
(Auslegeschrift 1020 081)

Anmelder:

Siemens-Schuckertwerke

Aktienges ells chaf t,

Berlin und Erlangen

Erlangen, Werner-von-Siemens-Str. 50

Dr. Walter Hänlein, Erlangen,

und Dr. Karl-Georg Günther, Nürnberg,

sind als Erfinder genannt worden

Schalter 5 wird unmittelbar der Elektromagnet 1, 3, 4 und dadurch, wie unten noch gezeigt ist, der eigentliche Schalter betätigt.

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, 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-

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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.

zu übertragen, d. h. den Vakuumschalter zu öffnen Mit Hilfe des Abschirmzylinders 24, der z. B. aus

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 Metalldämpfe

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.

und über mehrere auf den Umfang des Ringes 14 ver- Während beim Ausführungsbeispiel nach der

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.

versehen. Die Kontaktstücke 8 und 9 des Vakuum- Bei der hierzu dienenden Schaltung nach Fig. 1 ist

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-

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 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.

Vielzahl von Schwingungen durchführt, also einen Die Wirkungsweise wird noch verbessert, wenn,

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 das

Als Stoff für die Kathode 20 kann z. B. Titan oder Vakuum wiederherstellen.

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 unterscheidet

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.

Claims (4)

PATENTANSPRÜCHE:

1. Vakuumschalter mit eingebauter Ionisationsgetterpumpe nach Patentanmeldung S 50702 VIIIb/21c, dadurch gekennzeichnet, daß die Spannung zum Betrieb der Ionisationsgetterpumpe von der Spannung abgeleitet ist, die bei jedem öffnen des Schalters zwischen seinen Polen entsteht.

2. Schalter nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Spannung zum Betrieb der Getterpumpe über eine Spannungsteilerschaltung (25, 26, 27) von der an dem Vakuumschalter (6, 8, 7, 9) liegenden Spannung abgeleitet ist.

3. Schalter nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß in die Schaltung zur Lieferung der Spannung für die Getterpumpe ein Selbstinduktionselement, z. B. eine Drosselspule (29), eingefügt ist, das beim öffnen des Vakuumschalters jeweils eine Zusatzspannung liefert zum Bilden einer für den Betrieb der Getterpumpe ausreichenden Gesamtspannung.

4. Schalter nach Anspruch 1, 2 oder 3, dadurch gekennzeichnet, daß ein kapazitiver Speicher (28) vorgesehen ist, der die Zeitdauer, in der die Getterpumpe an einer hinreichend hohen Spannung liegt, verlängert und damit die JDaeer.xbes einzelnen Pump vor ganges erhöht.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen

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