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(11) | EP 0 408 842 B1 |
| (12) | EUROPÄISCHE PATENTSCHRIFT |
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| (54) |
Ein-/Aus-Schalter On-off switch Disjoncteur à deux positions |
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| Anmerkung: Innerhalb von neun Monaten nach der Bekanntmachung des Hinweises auf die Erteilung des europäischen Patents kann jedermann beim Europäischen Patentamt gegen das erteilte europäischen Patent Einspruch einlegen. Der Einspruch ist schriftlich einzureichen und zu begründen. Er gilt erst als eingelegt, wenn die Einspruchsgebühr entrichtet worden ist. (Art. 99(1) Europäisches Patentübereinkommen). |
[0001] Die Erfindung betrifft einen Ein/Aus-Schalter nach dem Oberbegriff der Patentansprüche 1 und 15 (siehe US-A-2 794 087).
[0002] 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.
[0003] 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.
[0004] Weiterhin ist eine elektrische Schaltvorrichtung bekannt, die einen beweglichen Kontakt aufweist, der in einem Gehäuse durch einen Metallbalg oder dergleichen abgedichtet ist (DE-A-1 590 360). Der bewegliche Kontakt wird hierbei zwischen der Öffnungsstellung und der Schließstellung durch einen Strömungsmitteldruck bewegt, der dem Balg zugeführt wird. Der Balg besteht hierbei aus zwei Hälften, die jeweils mit ihrem einen Ende an ortsfesten Stirnplatten befestigt sind.
[0005] Bei einem anderen bekannten Vakuumschalter ist ebenfalls ein Balg vorgesehen, der in zwei Hälften unterteilt ist (GB-A-1 182 782). Es ist somit kein einheitlicher Balg vorgesehen, dessen eines Ende mit einem Kontaktteil ortsfest verbunden ist und dessen anderes Ende beweglich ist.
[0006] Schließlich ist auch noch ein Schalter mit einer Balgenstruktur bekannt, bei dem zwei in einem Abstand angeordnete und miteinander zu verbindende Kontaktteile sowie ein Balg in einem Innenraum vorgesehen sind (US-A-2 794 087). Der Balg verbindet in seinem gedehnten Zustand die beiden Kontaktteile miteinander und trennt diese in einem gestauchten Zustand. Der Hohlraum, in dem sich der Balg befindet, besteht hierbei aus Kupfer, d. h. nicht aus einem Isolator.
[0007] Der Erfindung liegt deshalb die Aufgabe zugrunde, einen Ein/Aus-Schalter zu schaffen, mit dem es möglich ist, große Hochfrequenzströme zu schalten.
[0009] 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.
[0010] 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.
[0011] 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.
[0012] 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.
[0013] 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.
1.1 zwei nicht deformierbaren Kontaktteilen (3, 4), die elektrisch miteinander verbunden sind und die einen Abstand voneinander haben;
1.2 einem elektrisch leitenden Balg (14), der mit einem ersten Ende mit einem der Kontaktteile (4, 21) in Verbindung steht und der
1.3 ein bewegliches zweites Ende (23) aufweist, das mit einem elektrisch leitenden Kontaktkopf (25) versehen ist, wobei
1.3.1 der Balg (14) im gestreckten Zustand einen Kontaktkopf (25) gegen ein Kontaktteil (3) drückt und
1.3.2 der Kontaktkopf (25) im nicht-gestreckten Zustand des Balgs (14) nicht mit dem anderen Kontaktteil (3) in Verbindung steht,
gekennzeichnet durch folgende Merkmale:1.4 es ist ein elektrischer Isolator (2) zwischen den Kontaktteilen (3, 4) vorgesehen, der diese elektrisch voneinander trennt und der einen Hohlraum aufweist;
1.5 die jeweiligen Enden des Isolators (2) stehen in physischem Kontakt mit den jeweiligen Kontaktteilen (3, 4);
1.6 der Balg (14) ist in dem Hohlraum des Isolators (2) angeordnet.
15.1 zwei Kontaktteilen (3, 4);
15.2 einem elektrisch leitenden Balg, der ein Basisende besitzt, welches mit einem der Kontaktteile (4) verbunden ist, und der
15.2.1 einen elektrisch leitenden Kopf (25) aufweist, der ein geschlossenes, entferntes Ende des Balgs (14) bildet, das gegenüber dem anderen Kontaktteil (3) liegt, wobei
15.2.2 der Balg (14) im gestreckten Zustand eine elektrische Verbindung zwischen den Kontaktteilen (3, 4) vermittels des Kopfs (25) herstellt und wobei
15.2.3 der Balg (14) im ungestreckten Zustand den Kopf (25) von einem der Kontaktteile (3) trennt und hierdurch eine elektrische Verbindung unterbricht,
gekennzeichnet durch folgende Merkmale:15.3 die Kontaktteile (3, 4) sind durch einen hohlen Isolator (2) voneinander getrennt, wobei dieser Isolator die Kontaktteile (3, 4) berührt und einen Hohlraum zwischen den Kontaktteilen (3, 4) definiert;
15.4 der Balg (14) ist in dem Hohlraum zwischen den Kontaktteilen vorgesehen;
15.5 es ist ein Fluid vorgesehen, welches die Kraft erzeugt, mit welcher der Balg (14) vom gestreckten in den ungestreckten Zustand und umgekehrt gebracht werden kann;
15.6 es ist eine Feder in dem elektrisch leitenden Balg (14) vorgesehen, die mit ihrem
einen Ende mit dem Kopf (25) und mit ihrem anderen Ende mit der Basis am Ende des
Balgs (14) verbunden ist, um eine Gegenkraft gegen die Kraft des Fluids aufzubringen,
wobei
15.6.1 der Hohlraum eine Bohrung aufweist, durch welche der Druck zwischen dem Inneren
und dem Äußeren des Balgs (14) ausgeglichen wird.
1.1 two non-deformable contact parts (3, 4) which are electrically connected to one another and are spaced from one another;
1.2 an electrically conducting bellows (14) which, by a first end, is connected to one of the contact parts (4, 21) and which
1.3 has a movable second end (23) provided with an electrically conducting contact head (25),
1.3.1 the bellows (14) pressing, in the extended state, a contact head (25) against a contact part (3) and
1.3.2 in the unextended state of the bellows (14), the contact head (25) not being connected to the other contact part (3),
characterized by the following features:1.4 there is provided between the contact parts (3, 4) an electrical insulator (2) which separates them electrically from one another and which has a cavity;
1.5 the respective ends of the insulator (2) are in physical contact with the respective contact parts (3, 4);
1.6 the bellows (14) is arranged in the cavity in the insulator (2).
15.1 two contact parts (3, 4);
15.2 an electrically conducting bellows which has a base end connected to one of the contact parts (4) and which
15.2.1 has an electrically conducting head (25) which forms a closed remote end of the bellows (14) lying opposite the other contact part (3),
15.2.2 the bellows (14) producing, in the extended state, an electrical connection between the contact parts (3, 4) by way of the head (25), and
15.2.3 the bellows (14) separating, in the unextended state, the head (25) from one of the contact parts (3) and thus interrupting an electrical connection,
characterized by the following features:15.3 the contact parts (3, 4) are separated from one another by a hollow insulator (2), this insulator touching the contact parts (3, 4) and defining a cavity between the contact parts (3, 4);
15.4 the bellows (14) is provided in the cavity between the contact parts;
15.5 a fluid is provided which generates the force by means of which the bellows (14) may be moved from the extended into the unextended state and vice versa;
15.6 there is provided in the electrically conducting bellows (14) a spring which
is connected by its one end to the head (25) and by its other end to the base at the
end of the bellows (14) in order to apply a counter-force in opposition to the force
of the fluid;
15.6.1 the cavity having a bore through which the pressure between the interior and
the exterior of the bellows (14) is balanced.
1.1 deux pièces de contact (3, 4) non déformables, qui sont reliées entre elles électriquement et qui sont à distance l'une de l'autre ;
1.2 un soufflet (14) électriquement conducteur, qui par une première extrémité est en liaison avec l'une des pièces de contact (4, 21) et qui
1.3 présente une seconde extrémité (23) mobile, qui est pourvue d'une tête de contact (25) électriquement conductrice, dans lequel
1.3.1 le soufflet (14) à l'état déployé presse une tête de contact (25) contre une pièce de contact (3) et
1.3.2 la tête de contact (25) à l'état non déployé du soufflet (14) n'est pas en liaison avec l'autre pièce de contact (3),
caractérisé par les caractéristiques suivantes :1.4 il est prévu un isolateur électrique (2) entre les pièces de contact (3, 4), qui sépare celles-ci électriquement l'une de l'autre et qui présente une cavité ;
1.5 les extrémités respectives de l'isolateur (2) sont en contact physique avec les pièces de contact (3, 4) respectives ;
1.6 le soufflet (14) est placé dans la cavité de l'isolateur (2).
15.1 deux pièces de contact (3, 4) ;
15.2 un soufflet électriquement conducteur, qui possède une extrémité de base, qui est reliée avec l'une des pièces de contact (4) et qui
15.2.1 présente une tête (25) électriquement conductrice, qui forme une extrémité fermée, éloignée du soufflet (14), qui se situe face à l'autre pièce de contact (3),
15.2.2 le soufflet (14) à l'état déployé réalisant une liaison électrique entre les pièces de contact (3, 4) au moyen de la tête (25) et
15.2.3 le soufflet (14) à l'état non déployé séparant la tête (25) de l'une des pièces de contact (3) et interrompant de ce fait une liaison électrique,
caractérisé par les caractéristiques suivantes :15.3 les pièces de contact (3, 4) sont séparées l'une de l'autre par un isolateur (2) creux, cet isolateur touchant les pièces de contact (3, 4) et définissant une cavité entre les pièces de contact (3, 4) ;
15.4 le soufflet (14) est prévu dans la cavité entre les pièces de contact ;
15.5 il est prévu un fluide, qui produit la force avec laquelle le soufflet (14) peut être amené de l'état déployé dans l'état non déployé et inversement ;
15.6 il est prévu un ressort dans le soufflet (14) électriquement conducteur, qui
par l'une de ses extrémités est relié à la tête (25) et par son autre extrémité avec
la base, à l'extrémité du soufflet (14), afin d'appliquer une force antagoniste à
l'encontre de la force du fluide,
15.6.1 la cavité présentant un perçage par lequel la pression entre l'intérieur et
l'extérieur du soufflet (14) est compensée.