DE19632573A1 - Verfahren zur Herstellung einer Kontaktanordnung für eine Vakuumkammer und Kontaktanordnung - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Herstellung einer Kontaktanordnung für eine Vakuumkammer, mit einem Kontaktträger und mit einem damit verbundenen Kontakt­ stück gemäß dem Oberbegriff des Anspruches 1 sowie eine Kontaktanordnung, die nach dem Verfahren hergestellt ist.

Eine Kontaktanordnung für eine Vakuumkammer, die an sich bekannt ist, ist in der Fig. 1 dargestellt. Sie besitzt einen Kontaktträger 10, an dessen einem Ende ein Gewinde 11 angeformt ist, mit dem der Kontaktträger 10 mit weiteren Anschlußelementen des Vakuumschalters (Antrieb) verbunden wird, und ein am anderen Stirnende befestigtes Kontaktstück 12. Zur Verbindung von Kontaktstück 12 mit dem Kontaktträger 10 ist am Kontaktträger 10 ein axial vorspringender Aufsatz 13 angeformt, der eine Stufung 14 zur Bildung der Auflage 15 für das Kontaktstück 12 und einen Abschnitt 16 aufweist, der eine axiale Rändelung besitzt. Mit dieser axialen Rändelung wird der Fortsatz bzw. der Aufsatz 13 in eine Vertiefung 17 am Kontaktstück 12 eingebracht, wodurch das Kontaktstück 12 fest mit dem Kontaktträger 10 verbunden ist. Eine andere Ausfüh­ rungsvariante ist in Fig. 9 dargestellt. Hier wird das Kontaktstück 12 lose auf einen axial vorspringenden Aufsatz 13a, der eine Stufung 14 zur Bildung einer Auflage 15 für das Kontaktstück 12 und einen Abschnitt 18 aufweist, der keine radiale Rändelung besitzt, aufgesetzt. Die Kontaktträger können als Kontaktträgerrohlinge mittels Schmiede- oder Preßverfahren hergestellt oder auch gegossen sein.

Die Verlötung von Kontaktträger mit Kontaktstück muß in beiden Ausführungsformen mittels Lotscheiben oder geeigneten Lotmaterialien im Vakuum erfolgen. Bei der Aus­ gestaltung gemäß Fig. 1 muß eine Rändelung vorgesehen sein, damit eine Verpres­ sung möglich ist, damit bei nach unten gerichteten Kontaktstück dieses beim Löten nicht herabfällt. Wird die Vakuumkammer mit einer Kontaktanordnung nach Fig. 1 und Fig. 9 in einem Arbeitsgang gelötet, besteht die Gefahr, daß beim Einbringen der Va­ kuumkammer in den Vakuumofen das lose aufgelegte Kontaktstück kippen und sich verkanten kann, was eine Schiefstellung des Kontaktstückes zur Folge hat.

In jedem Fall sind enge Passungen zwischen dem Absatz 13 bzw. 13a und der Vertie­ fung 17 vorzusehen, was aufwendig ist.

Unter Umständen besteht die Möglichkeit, daß dann, wenn der Kontaktträger in das Kontaktstück eingepreßt wird, der Kontaktträger schief mit dem Kontaktstück verbun­ den wird. Es besteht auch die Möglichkeit, daß das Kontaktstück nur ungenügend auf den Kontaktträger aufgepreßt ist; dies hat zur Folge, daß das Kontaktstück während des Lötverfahrens bzw. Lötprozesses herabfallen kann. Bei ungenügender Lötung zwi­ schen dem Kontaktstück und dem Kontaktträger entsteht ein erhöhter Spannungsfall infolge eines erhöhten Übergangswiderstandes.

Wenn das Kontaktstück mit dem Kontaktträger entsprechend Fig. 9 vorher in einem eigenen Arbeitsgang verlötet ist, dann besteht die Gefahr, daß sich bei Überschreiten der Löttemperatur bei der Fertigung der gesamten Kammer das Kontaktstück 12 entlö­ tet und vom Kontaktträger herabfällt.

Aufgabe der Erfindung ist es, ein Verfahren anzugeben, mit dem eine Kontaktanord­ nung einfacher hergestellt werden kann und bei dem die angegebenen Fehlermöglich­ keiten ausgeschlossen sind. Weiterhin besteht die Aufgabe, eine Kontaktanordnung mit dem Verfahren zu schaffen, die gegenüber den bekannten Kontaktanordnungen vereinfacht ist.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß das Stirnende des Kontakt­ trägers, der aus elektrisch gut leitendem Material, z. B. aus Kupfer besteht, aufge­ schmolzen und in die Schmelze Pulver aus elektrisch weniger gut leitendem Material, z. B. aus Chrom, eingegeben wird, und daß danach der Kontaktträger mit der eigentli­ chen Kontaktschicht einheitlich abgekühlt wird.

In einem weiteren Verfahrensschritt wird nach der Aufbringung der eigentlichen Kon­ taktschicht die Kontaktanordnung fertig bearbeitet; es erfolgen beispielsweise die Be­ arbeitung der kompletten Außenkontur und die Schlitzung des integrierten Kontaktbe­ reiches.

Das gemäß dem Verfahren hergestellte Kontaktstück ist so ausgebildet, wie im An­ spruch 3 angegeben.

Weitere vorteilhafte Ausgestaltungen und Verbesserungen der Erfindung sind den weiteren Unteransprüchen zu entnehmen.

Anhand der Zeichnung, in der einige Ausführungsbeispiele der Erfindung dargestellt sind, sollen die erfindungsgemäße Verfahren sowie die Kontaktanordnung gemäß der Erfindung näher erläutert und beschrieben werden.

Es zeigen:

Fig. 1 und 9 je eine bekannte Kontaktanordnung,

Fig. 2 und 3 unterschiedliche Kontaktanordnungen vor der Bearbeitung,

Fig. 4 und 5 die Kontaktanordnungen gemäß den Fig. 2 und 3, nach Bearbeitung,

Fig. 6 und 7 die Kontaktanordnung nach zwei weiteren Verfahrensschritten, und

Fig. 8 eine Kontaktanordnung mit einem Tiegel im Ausgangszustand.

Die Fig. 2 zeigt eine Seitenansicht auf einen zylinderförmigen Kontaktrohling 20, des­ sen freies Stirnende 21 mit einer Kontaktschicht beschichtet werden soll. Zu diesem Zweck wird das freie Stirnende 21 mit einer Wärmestromquelle, z. B. mit Elektronen­ strahlen aufgeschmolzen; sodann wird in die Schmelzen auf der Stirnseite Pulver aus elektrisch weniger gut leitendem Material, z. B. aus Chrom eingestreut, so daß sich eine kupfergefüllte Chrommatrix ergibt, die nach Abkühlen die eigentliche Kontakt­ schicht 22 bildet. Bei der Ausführung nach Fig. 4 ist der Kontaktrohling 20 unbearbeitet mit der Kontaktschicht 22 versehen dargestellt.

Die Wärmestromquelle, die auf der Basis von Elektronenstrahlen arbeitet, muß selbst­ verständlich in ihrer X- und Y-Achse ablenkbar sein, wobei die X-Y-Ebene in der Stirn­ fläche 21 des Rohlinges 20 liegt.

Daß sich die Vorrichtung, mit der das Chrompulver zugeführt wird im Vakuum befinden muß und daß das Aufschmelzen und der Weitertransport des Kontaktrohlings mit der Kontaktschicht 22 ebenfalls unter Vakuum zu erfolgen haben, ist selbstverständlich.

Es besteht auch die Möglichkeit, anstatt eines Kontaktrohlinges 20 mit einheitlichem Durchmesser ein Kontaktrohling 30 zu verwenden, siehe Fig. 3, der einen Kontaktträ­ gerabschnitt 31 mit geringem Durchmesser - entsprechend dem Durchmesser eines Kontaktstengels und einen Kontaktstückabschnitt 32 mit einem Außendurchmesser aufweist, der dem Außendurchmesser des Kontaktstückes entspricht.

Nachzutragen ist, daß bei der Ausführung nach den Fig. 2 und 4 der Kontaktrohling in seiner Gesamtheit einen Außendurchmesser aufweisen muß, der dem Außendurch­ messer eines Kontaktstückes entspricht.

Bei dem Kontaktrohling gemäß Fig. 3 wird dann die Stirnseite 33, das ist die freie Seite des Kontaktstückabschnittes 32, mit einem Elektronenstrahl aufgeschmolzen und in die Schmelze Chrompulver eingefüllt, so daß sich die eigentliche Kontaktschicht 34 ergibt.

Der Kontaktrohling 20 oder 30 wird dann in geeigneter Wiese bearbeitet; er erhält durch Abdrehen entsprechend Fig. 6 den Kontaktträgerabschnitt 31 und eine Stufung 35, durch die ein Gewindeabschnitt 36 gebildet werden kann. Zwischen dem Kontakt­ trägerabschnitt 31 und dem Kontaktstückabschnitt 32 mit der Kontaktschicht 33 wird eine umlaufende Rille 37 eingedreht, so daß sich ein Bereich 38 mit verringertem Querschnitt bildet, durch den der Strom in einem verengten Bereich dem Kontakt­ stückabschnitt 32 zufließen kann.

In einem weiteren Bearbeitungsabschnitt, siehe Fig. 7, werden spiralförmige Schlitze 39 in den Kontaktstückbereich 32 eingebracht.

Damit bei der Anordnung gemäß den Fig. 3 und 5 beim Aufschmelzvorgang aufge­ schmolzenes Kupfer nicht seitlich am Kontaktabschnitt 32 herabfließen kann, ist ein napfförmiger Tiegel 40 vorzusehen, dessen zylindrischer Abschnitt 41 die Stirnfläche 33 überragt, siehe Fig. 8.

Die Kontaktrohlinge 20 und 30 können gepreßt oder geschmiedet oder auch gegossen sein, wobei die Form des späteren Kontaktstückes mit seinem Durchmesser und seiner Dicke schon vorgeformt ist.

Die Kontaktträgerrohlinge werden in einer geeigneten Beschichtungsanlage unter Va­ kuum mit einem energiereichen Strahl, vorzugsweise einem Elektronenstrahl auf der Oberfläche beaufschlagt, um ein Aufschmelzen der Oberfläche zu erzielen. In den sich einiger Zeit auf der Oberfläche bildenden Schmelzsee wird z. B. Chrompulver über eine Pulverdosierungseinrichtung hineingegeben, siehe EP 0 458 922 B1.

Es entsteht eine Chrom und Kupfer enthaltende Oberflächenschicht, auch Abbrand­ schicht genannt, die die eigentliche Kontaktschicht bildet und die eine Dicke bis zu 3 mm und mehr aufweisen kann.

Ist der Beschichtungsprozeß beendet, so kühlen die beschichteten Kontaktanordnun­ gen entsprechend den Fig. 4 und 5 in einer Beschichtungsanlage unter Vakuum ab.

In einem Bearbeitungszentrum wird bei den abgekühlten und beschichteten Kon­ taktanordnungen mit integriertem Rohkontaktstück die Außenkontur des Kontaktträgers und des integrierten Kontaktstückes eingearbeitet.

Danach werden die erforderlichen Schlitze eingearbeitet und nach Abschluß der Dreh- und Fräsbearbeitungsschritte können die Kontaktanordnungen mit integriertem Kontakt ohne weitere Bearbeitung in eine Vakuumschaltkammer eingebaut werden.

Der Tiegel 41 wird nach dem Abkühlen bei der Bearbeitung der Außenkontur der Kon­ taktanordnung spanend entfernt, sofern der Tiegel 41 aus Metall besteht.

Bei allen Ausführungen ist erfindungsgemäß der Kontaktstückträger mit dem Kontakt­ stück integriert, d. h. beide Teile sind einstückig.

Claims (8)

1. Verfahren zur Herstellung einer Kontaktanordnung für eine Vakuumkammer, mit einem Kontaktträger und mit einem damit verbundenen Kontaktstück, wobei der Kontaktträger aus elektrisch gut leitendem Material, z. B. aus Kupfer, und das Kon­ taktstück aus einem elektrisch weniger gut leitendem Material, z. B. einem Chrom- Kupfer-Sintermaterial, wenigstens teilweise besteht, dadurch gekennzeichnet daß un­ ter Vakuum das Stirnende der Kontaktanordnung mittels einer Wärmequelle, z. B. ei­ nes Elektronenstrahls, aufgeschmolzen und in die Schmelze Pulver aus dem elektrisch weniger gut leitendem Material, z. B. aus Chrom, eingegeben wird und daß danach die Kontaktanordnung unter Vakuum abkühlt.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß nach dem Abküh­ len die Kontaktanordnung fertig bearbeitet wird.

3. Kontaktanordnung für eine Vakuumkammer, mit einem Kontaktträger aus elektrisch gut leitendem Material, vorzugsweise aus Kupfer, und mit einem Kontakt­ stück aus einem elektrisch weniger gut leitendem Material, vorzugsweise aus einem Chrom-Kupfer-Sintermaterial, hergestellt nach dem Verfahren nach den Ansprüchen 1 und 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Kontaktanordnung einen Kontaktträgerab­ schnitt und einen einstückig daran angebrachten Kontaktstückabschnitt aufweist.

4. Kontaktanordnung nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß der Kon­ taktträgerabschnitt und der Kontaktstückabschnitt bei der Aufbringung der Kontakt­ schicht einen Durchmesser aufweisen.

5. Kontaktanordnung nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß der Kon­ taktstückbereich und der Kontaktträgerbereich unterschiedliche Durchmesser aufwei­ sen, wobei der Außendurchmesser und die Höhe des Kontaktstückbereiches den Ab­ messungen eines Kontaktstückes und die Außenfläche und der Außendurchmesser des Kontaktträgerbereiches der Außenfläche und dem Außendurchmesser eines übli­ chen Kontaktstengels entsprechen.

6. Kontaktanordnung nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß nach Auf­ bringen der Kontaktschicht der Kontaktträgerbereich an seinem dem Kontaktstückbe­ reich benachbarten Ende eine umlaufende Rille eingebracht ist, mit der ein Bereich geringeren Querschnittes zwischen dem Kontaktstückbereich und dem Kontaktträger­ bereich gebildet ist.

7. Kontaktanordnung nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß nach Auf­ bringen der Abbrandschicht das integrierte Kontaktstück mit spiralförmigen Schlitzen versehen wird.

8. Kontaktanordnung nach einem der vorherigen Ansprüche, dadurch gekenn­ zeichnet, daß zur Verhinderung des seitlichen Herabfließens des geschmolzenen Ma­ terials der Kontaktanordnung ein den Kontaktstückbereich umfassender Tiegel vorge­ sehen ist, der mit einem zylindrischen Bereich das freie Ende des Kontaktstückberei­ ches überragt und nach Abkühlen wenigstens teilweise spanend entfernt ist.