DE2953127C1

DE2953127C1 - Verfahren zur Herstellung eines gekapselten gasgefuellten elektrischen Schalters

Info

Publication number: DE2953127C1
Application number: DE2953127A
Authority: DE
Inventors: Hidetoshi Takeyama; Yukihiro Uezasa; Yasuo Kadoma Osaka Yuasa
Original assignee: Matsushita Electric Works Ltd
Current assignee: Panasonic Holdings Corp
Priority date: 1978-09-12
Filing date: 1979-02-26
Publication date: 1983-12-22
Also published as: JPS5539154A; WO1980000637A1; GB2059682A; DE2953127A1; GB2059682B; US4309816A; EP0026231A1; EP0026231B1; EP0026231A4

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Herstellung eines gekapselten, gasgefüllten elektrischen Schalters nach dem Oberbegriff des Patentanspruchs 1.

Bei einem bekannten Verfahren zur Herstellung eines gekapselten, gasgefüllten elektrischen Schalters, das in der DE-OS 14 65 366 beschrieben ist, wird der elektrische Schalter durch eine Bodenöffnung des Behälters in diesen eingeführt. Der elektrische Schalter weist einen Sockel auf, der diese Bodenöffnung des Behälters dicht verschließt. Das Einfüllen des Füllgases in den Behälter erfolgt über eine Gasaustauschöffnung, die an dem in den Behälter hineinragenden Ende einer rohrförmigen Hülse angeordnet ist und diese in Radialrichtung durchdringt. In diese rohrförmige Hülse wird ein Anschlußleiter so eingesetzt, daß er die Gasaustauschöffnung gasdicht verschließt. Zum Einbringen des Füllgases in den Behälter muß das in diesem enthaltene Gas erst durch Absaugen entfernt werden. Dies geschieht üblicherweise in einer Evakuierungskammer. Zum Einfüllen des Füllgases in den Behälter kann z. B. das Füllgas in die Evakuierungskammer geleitet werden, so daß es über die Gasaustauschöffnung in den Behälter einströmt. Zum Verschließen der Gasaustauschöffnung wird dann der stabförmige Anschlußleiter mit der rohrförmigen Hülse verschweißt.

Aus der Druckschrift Hartig, A., Beihefte der ETZ, ίο Heft 3, 1966, »Unvollkommener und vollkommener Durchschlag in Schwefelhexafluorid«, Seite 37, ist es bekannt, ein Füllgas durch eine öffnung im Boden eines Gefäßes einzuleiten, während die sich zuvor in dem Gehäuse befindliche Luft durch eine öffnung im Deckel aus dem Gehäuse verdrängt wird. Diese Verdrängungsmethode setzt voraus, daß das einzufüllende Gas wesentlich schwerer ist als die zu verdrängende Luft Diese Bedingung ist bei üblichen Füllgasen für gasgefüllte elektrische Schalter nicht erfüllt.
Aus der US-PS 29 06 931 ist es bekannt, ein Halbleiterbauteil mit einem Metallgehäuse zu versehen, das über einen Rohrstutzen evakuiert werden kann. Nach der Evakuierung des Rohrstutzens kann das Gehäuse auch mit einem geeigneten Gas gefüllt werden. Der Rohrstutzen wird anschließend abgequetscht und dadurch verschlossen.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine rationelle Massenherstellung von gekapselten, gasgefüllten elektrischen Schaltern zu ermöglichen, wobei insbesondere die Gasfüllung möglichst schnell und bei niedrigen Gasverlusten erfolgen soll.

Diese Aufgabe wird durch das im Patentanspruch 1 angegebene Verfahren gelöst.

Bei dem erfindungsgemäßen Verfahren wird somit der Gasaustausch an der freien Atmosphäre direkt an jedem einzelnen Behälter durchgeführt, wobei dieser Behälter einen — abgesehen von den Gasaustauschöffnungen — dicht eingeschlossenen elektrischen Schalter enthält. Ferner wird das Füllgas derart eingefüllt, daß die Füllgaskonzentration in dem Behälter nach und nach zunimmt und die Luft aus dem Behälter praktisch vollständig verdrängt wird, wodurch der Gasaustausch auf einfache Weise erfolgt.

Vorteilhafte Weiterbildungen der Erfindung sind in den Unteransprüchen angegeben.

Das erfindungsgemäße Verfahren zur Herstellung von gasgefüllten elektrischen Schaltern wird nachfolgend anhand der Zeichnung und anhand von Ausführungsbeispielen weiter erläutert.

so F i g. 1 zeigt eine Schnittansicht eines Ausführungsbeispiels eines Behälters, der zur Durchführung des erfindungsgemäßen Herstellungsverfahrens geeignet ist;

F i g. 2(a), (b) und (c) Ansichten zur Erläuterung des Herstellungsverfahrens nach der Erfindung;

F i g. 3 eine Seitenansicht im Schnitt gemäß F i g. 2(a);

Fig.4 und 5 Teilschnittansichten zur Erläuterung verschiedener Gasaustausch verfahren;

Fig.6(a) und 6(b) Teilschnittansichten zur Erläuterung eines Ausführungsbeispiels des erfindungsgemäßen Herstellungsverfahrens; und

F i g. 7(a) und (b) im Schnitt gezeigte Seitenansichten

von wesentlichen Teilen des Behälters bei der Ausführungsform nach Fig. 1, wobei der Zustand vor dem Gasaustausch bzw. nach dem dichten Verschließen des Behälters gezeigt ist.

In F i g. 1, die ein Ausführungsbeispiel eines Behälters zeigt, der besonders geeignet ist zur Durchführung des

ORIGINAL

erfindungsgemäßen Herstellungsverfahrens, ist der Behälter 1 aus einem thermoplastischen Harz wie Polyacrylatharz, Polycarbonatharz, Polyamidharz, PoIybutylenharz, Terephthalatharz o. dgl. hergestellt, derart, daß in einer Richtung eines kästchenförmigen Gebildes eine Öffnung 3 geformt ist, durch die hindurch ein elektrischer Schalter 2, z. B. ein elektromagnetisches Relais o. dgl. eingebracht werden kann, während in einer anderen Richtung Gasaustauschöffnungen gebildet sind, die den Innenraum mit dem Außenraum des Behälters durch ein feines Loch eines Innendurchmessers von 0,8 mm in Verbindung bringen. Der elektrische Schalter 2 ist auf einem Isoliersockel 6 aufgebaut, der aus Phenolharz, glasfaserverstärktem Nylon o. dgl. besteht, und dieser Isoliersockel 6 stößt gegen eine Abstufung Za in der öffnung 3 des Behälters 1 an, so daß er die öffnung 3 verschließt. Die elektrische Verbindung des Schalters mit der Außenseite erfolgt über Anschlüsse 7, die aus dem Behälter durch den Isoliersockel 6 herausstehen. Der dichte Verschluß der öffnung 3 wird durch eine Füllschicht 8 erreicht, die aus einem Epoxyharz besteht, das im halbgehärteten Zustand auf die untere Oberfläche des Isoliersockels 6 aufgebracht und erhitzt wird.

F i g. 2(a), (b) und (c) zeigen zur Erläuterung des erfindungsgemäßen Herstellungsverfahrens für die jeweiligen Verfahrensschritte die räumlichen Beziehungen zwischen dem Behälter 1, einer Düse 9 zum Einfüllen eines Gases in diesen Behälter 1 und erhitzten Quetschwerkzeugen 10 zum dichten Verschließen der ^o Gasaustauschöffnungen 4, 5 des Behälters 1 sowie die Deformierungszustände der Gasaustauschöffnungen 4 undS.

Die Düse 9 hat bei der gezeigten Ausführungsform einen Innendurchmesser von etwa 1,2 mm, und sie ist an ^ einen nicht gezeigten Druckbehälter angeschlossen, in dem ein geeignetes Füllgas, z. B. ein inertes Gas wie Stickstoff, Argon o. dgl., ein Gas wie Schwefel, Chlor o. dgl., ein organisches Gas wie Stickoxide oder reine, keine Feuchtigkeit enthaltende Luft gespeichert sind, *o Die erhitzten Quetschwerkzeuge 10 werden durch eine elektrische oder andere Einrichtung im voraus auf eine Temperatur von etwa 240 bis 260°C erhitzt, bei der das thermoplastische Harzmaterial, aus dem der Behälter 1 gebildet ist, schmilzt.

Gemäß dem erfindungsgemäßen Herstellungsverfahren wird zunächst, wie in F i g. 2(a) gezeigt ist, die Düse 9 nahe an eine der Gasaustauschöffnungen, z. B. die Gasaustauschöffnung 4, herangebracht oder daran angestoßen, und ein Gas G wird in den Behälter 1 ⁵⁽⁾ eingefüllt, indem ein Ventil des Druckbehälters geöffnet wird, so daß die in dem Behälter 1 enthaltene Luft im wesentlichen aus der anderen Gasaustauschöffnung 5 (siehe F i g. 3) ausgestoßen wird, da die Konzentration des Gases G im Inneren des Behälters 1 ansteigt, während das Gas weiter eingefüllt wird, wodurch der Gasaustausch erfolgt. Bei dem auf diese Weise durchgeführten Gasaustausch wird eine Gasfüllung mit einer Konzentration von etwa 95% erreicht, indem etwa das zweifache Gasvolumen des Behältervolumens eingefüllt wird. Wenn die Gaskonzentration in dem Behälter 1 einen vorbestimmten Wert erreicht hat, wird anschließend der Behälter 1 dicht verschlossen, indem die Gasaustauschöffnungen 4 und 5 verschlossen werden. Wie in Fig. 2(b) gezeigt ist, erfolgt also das dichte Verschließen derart, daß die Düse 9 nach oben von der Gasaustauschöffnung 4 abgehoben wird und die erhitzten Quetschwerkzeuge 10 in waagerechter Richtung bewegt werden, um die Gasaustauschöffnung 4 zu erfassen, zusammenzuquetschen und zu verschmelzen. Wenn die Höhe des rohrförmigen Körpers der Gasaustauschöffnung 4 ausreichend groß bemessen wird, kann natürlich auch der dichte Schmelzverschluß der Gasaustauschöffnungen 4 und 5 mit den erhitzten Quetschwerkzeugen 10 durchgeführt werden, während die Düse 9 nahe an die Gasaustauschöffnung 4 herangebracht oder gegen diese angestoßen ist, also während das Gas in den Behälter 1 eingefüllt wird. Fig. 2(c) stellt einen ggf. hinzugefügten Verfahrensschritt dar, durch den das Aussehen der dicht verschlossenen Teile der Gasaustauschöffnungen nach dem zuvor beschriebenen Verfahrensschritt verbessert wird, indem das Formziehen der Gasaustauschöffnungen 4 und 5 mit einer erhitzten Lehre 11 fertiggestellt wird, die getrennt von den oben erwähnten erhitzten Quetschwerkzeugen 10 vorgesehen ist und von oben auf die Gasaustauschöffnungen 4 und 5 zu bewegt wird.

Die F i g. 4 und 5 sind Ansichten, auf die zur Erläuterung der Merkmale der Ausführungsform der Erfindung nach den F i g. 1 bis 3 Bezug genommen werden kann; während der Behälter 1 bei dieser Ausführungsform zwei Gasaustauschöffnungen aufweist, ist hier ein anderer Aspekt der Ausführungsform mit einer einzigen Gasaustauschöffnung dargestellt. Bei der Ausführungsform nach F i g. 4 wird die Düse 9 durch eine Gasaustauschöffnung 12 des Behälters 1 hindurch eingesetzt, derart, daß ihre Spitze den Innenraum des Behälters 1 erreicht, wobei das aus einem nicht dargestellten Druckbehälter zugeführte Gas G über die Düse 9 in den Behälter 1 eingeführt wird und das aus dem Behälter 1 auszustoßende Gas durch einen Zwischenraum 13 zwischen der Innenwandung der Gasaustauschöffnung 12 und der Außenwandung der Düse 9 ausströmt. Das erfindungsgemäße Herstellungsverfahren kann auch bei dieser Ausführungsform durchgeführt werden, es können jedoch die Schwierigkeiten auftreten, daß — bei Anwendung auf eine Gasaustauschöffnung begrenzten Innendurchmessers — der Innendurchmesser der Düse und der Zwischenraum 13 gering sind und die Gasaustauschgeschwindigkeit absinkt, und daß — bei ausreichend großem Innendurchmesser der Gasaustauschöffnung, damit der innere Düsendurchmesser und der Zwischenraum 13 groß sind — der dichte Schmelzverschluß der Gasaustauschöffnung schwierig durchgeführt werden kann, da der Behälter eine begrenzte Dicke aufweist. Die Erfindung kann zwar auch anhand dieser Ausführungsform ausgeführt werden, die zuvor beschriebene Ausführungsform ist jedoch diesbezüglich vorteilhafter. Bei der Ausführungsform nach F i g. 5 wird eine Düse speziellen Aufbaus verwendet, wobei diese Düse 14 mit zwei unabhängigen Kanälen 15, 16 versehen ist, von denen der Kanal 15 mit einem nicht dargestellten Druckbehälter verbunden ist, so daß er zu der Gaszufuhr beiträgt, während der andere Kanal 16 zur Atmosphäre geöffnet ist, so daß er zu der Gasabführung aus dem Behälter beiträgt. Auch bei dieser Ausführungsform tritt, da bei einer Gasaustauschöffnung jeweils Zufuhr- und Ablaßkanäle erforderlich sind, dasselbe Problem wie bei der Ausführungsform nach F i g. 4 auf. F i g. 6(a) und (b) zeigen ein Ausführungsbeispiel der Abdichtung der Gasaustauschöffnung für den Fall, daß das Material des Behälters 1 Metall ist, wobei die Gasaustauschöffnung 19 eines Behälters 17, der aus einem weichen Metallwerkstoff gebildet ist, wie in F i g. 6(b) gezeigt ist, mittels Quetschwerkzeugen (18)

zusammengequetscht ist, die in waagerechter Richtung isiehe F i g. 6(a)) bewegbar sind, und danach wird eine öffnung 20 mit geschmolzenem Metall 21, z. B. Lötmittel, ausgefüllt und dicht verschlossen.

F i g. 7(a) und (b) zeigen den dicht verschlossenen Zustand der Gasaustauschöffnungen für die Ausführungsform nach Fig. 1, wobei die Gasaustauschöffnungen 4 und 5 an ihren Öffnungsansätzen 21 und 22 zur Innenseite des Behälters hinein und unter die obere Abschlußoberfläche des Behälters 1 versetzt sind. Bei dieser Ausführungsform wird zwar der dichte Schmelzverschluß auch, wie in Fig.7(b) gezeigt, mittels der erhitzten Werkzeuge 23 und 24 erreicht, die, wie in F i g. 7(a) gezeigt, auf die jeweiligen Gasaustauschöffnungen von oben herab zu bewegt werden, die öffnutigsansätze 21 und 22 der Gasaustauschöffnungen 4 und 5 sind jedoch bei dieser Ausführungsform zur Innenseite des Behälters hin zurückversetzt, so daß die verschmolzenen und versiegelten feile 25,26 unter der oberen Abschlußoberfläche des Behälters 1' liegen, wodurch die obere Abschlußoberfläche des Behälters 1 flach gehalten werden kann.

Wie anhand der vorstehend beschriebenen Ausführungsbeispiele erläutert wurde, wird der mit wenigstens zwei Gasaustauschöffnungen versehene Behälter außer an den Gasaustauschöffnungen hermetisch verschlossen, indem die öffnung zum Einbringen des elektrischen Schalters nach dem Einbringen desselben dicht verschlossen wird, dann wird ein Gas in diesen Behälter eingefüllt durch eine Düse, die in unmittelbare Nähe einer der Gasaustauschöffnungen herangebracht bzw. daran angestoßen oder in diese eingesetzt wird, während das in dem Behälter enthaltene Gas durch die andere Gasaustauschöffnung entweichen kann; wenn die Konzentration des in den Behälter eingefüllten Gases den vorbestimmten Wert erreicht hat, werden die Gasaustauschöffnungen durch die erhitzten Stanz- oder Quetschwerkzeuge o. dgl. dicht verschlossen, wobei der

ίο Behälter in seiner Lage gehalten wird oder in der erforderlichen Weise bewegt wird, wodurch die Gasbefüllung abgeschlossen wird. Auf diese Weise kann der Verfahrensschritt des Gaseinfüllens an der freien Atmosphäre ausgeführt werden, und im Vergleich zu der herkömmlichen Gasbefüllung, die in einer Druckerniedrigungskammer erfolgt, werden Verbesserungen hinsichtlich Füllgasverlust, Gasaustauschgeschwindigkeit und Einfachheit der Abdichtung der Gasaustauschöffnungen erreicht; die Ableitung der Luft aus dem Behälter mittels einer Druckerniedrigungskammer ist nicht erforderlich; vielmehr ist allein die Gaszuführung ausreichend, da neben dem Gaszufuhrkanal ein weiterer Kanal zur Ableitung von Gas vorgesehen ist. Ein direkter, dichter Schmelzverschluß ist möglich, da der Innendurchmesser jeder öffnung so klein wie möglich gemacht werden kann. Die Verfahrensschritte zur Gasbefüllung werden auf ein Minimum reduziert, während deren Zuverlässigkeit und die Vereinfachung der Herstellungsmittel weiter gesteigert werden.

Hierzu 3 Blatt Zeichnungen

Claims

Patentansprüche:

1. Verfahren zur Herstellung eines gekapselten, gasgefüllten elektrischen Schalters, bei dem der elektrische Schalter durch eine Bodenöffnung in einem Behälter (1) in diesen eingeführt wird, die Bodenöffnung des Behälters (1) dicht verschlossen wird, das Füllgas in den Behälter (1) über wenigstens eine Gasaustauschöffnung (4, 5; 12) eingeleitet wird und die Gasaustauschöffnung (4, 5; 12) verschlossen wird, nachdem die Gasfüllung in den Behälter (1) eingebracht ist, dadurch gekennzeichnet, daß das Füllgas mittels einer Düse (9; 14) derart in die wenigstens eine Gasaustauschöffnung (4, 5; 12) des Behälters (1) eingeblasen wird, daß noch ein Abströmkanal (5; 13; 16) verbleibt, durch den das ausgetauschte Gas aus dem Behälter (1) heraus in die freie Atmosphäre abströmen kann, und solange eingeblasen wird, bis die gewünschte Konzentration des Füllgases in dem Behälter (1) erreicht ist, und daß die wenigstens eine Gasaustauschöffnung (4, 5; 12), die einen zur Innenseite des Behälters (1) zurückversetzten Öffnungsansatz aus thermoplastischem Material aufweist, durch Heranführen eines erhitzten Werkzeuges (10) versiegelt wird.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Füllgas in eine erste Gasaustauschöffnung (4) des Behälters (1) eingeblasen wird, wobei das ausgetauschte Gas über eine zweite Gasaustauschöffnung (5) abströmt, die nach Erreichen der gewünschten Konzentration des Füllgases ebenfalls durch Heranführen eines erhitzten Werkzeuges (10) versiegelt wird.

3. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Düse (9) in die einzige Gasaustauschöffnung (12) eingeführt wird, so daß ein ringförmiger, die Düse umgebender Abströmkanal (13) für das ausgetauschte Gas verbleibt.

4. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß eine Düse (14) mit zwei voneinander unabhängigen Kanälen (15, 16) so an die einzige Gasaustauschöffnur.g (12) herangeführt wird, daß beide Kanäle (15, 16) mit der Gasaustauschöffnung (12) in Verbindung sind, und daß das Füllgas über den einen (15) der beiden Kanäle eingeblasen wird, während das ausgetauschte Gas über den anderen Kanal (16) abströmt.