EP0419940A2 - Verfahren zur Herstellung einer Vakuumschaltkammer - Google Patents

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EP0419940A2
EP0419940A2 EP90117533A EP90117533A EP0419940A2 EP 0419940 A2 EP0419940 A2 EP 0419940A2 EP 90117533 A EP90117533 A EP 90117533A EP 90117533 A EP90117533 A EP 90117533A EP 0419940 A2 EP0419940 A2 EP 0419940A2
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solder
spacers
foil
solder foil
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Günter Pilsinger
Joseph Lipperts
Wolfgang Dr. Diem
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Calor Emag AG
Degussa GmbH
ABB Calor Emag Schaltanlagen AG
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    • H01H2033/66276—Details relating to the mounting of screens in vacuum switches

Definitions

  • the invention relates to a method for producing a vacuum interrupter according to the preamble of claim 1.
  • Degassing gaps can be formed by the solder foil itself, in that it is wave-shaped or nub-shaped by squeezing (DE-AS 11 04 623).
  • solder spacers distributed on a flat solder foil around the circumference. These consist either of solder wire sections in L, V or O shape or of solid punched rectangular, square or round solder sections. According to DE-OS 20 44 277, these spacers consist of U-shaped pockets which are pushed onto the solder foil. These spacers must be placed exactly, usually manually, on the solder foil without having any marking points on the solder foil. There is a risk that they will shift in the further course of the assembly and in the worst case fall into the vacuum chamber, from which they have to be removed again with great expenditure of time. Furthermore, the solder wire pieces can be contaminated unnecessarily during manufacture, which can result in a non-vacuum-tight solder seam.
  • the object of the invention is to provide a method by means of which the solder spacers can be positioned precisely and reliably.
  • solder foil Another possibility of a non-displaceable fixation is to provide the solder foil with expressions in, around or against which appropriately designed solder spacers are placed.
  • a foil section is preferably pressed into the solder spacer with a tool.
  • the vacuum interrupter contains a cylindrical ceramic jacket body 1, which is closed by two metallic covers 3, 4. The latter are penetrated by two conductor stems 5, 6 in a vacuum-tight manner.
  • the stem 6 is movable and connected to the cover 4 via the bellows 7.
  • the stems 5, 6 carry switch contact pieces 8, 9 and are surrounded by the metal screen 10, which protects the ceramic jacket body 1 against switching arc products.
  • Further metal screens 10a, 10b serve the internal dielectric strength of the switching chamber and cover the inner end edge of the ceramic jacket body 1.
  • the metal jacket 11 protects the bellows 7.
  • soldering assemblies are created, ie various chamber parts are interposed with solder, e.g. B. in the form of solder foils. Finally, the solder assemblies are combined to form the switching chamber (see FIG. 1) and placed in a vacuum oven. This is evacuated and heated up to the melting temperature of the solders. Degassing gaps must be arranged so that the gases can escape from the chamber. For this purpose, a metallic cover 3 is erected using solder spacers 12. The degassing gap 13 is formed between the individual solder spacers 12 distributed around the circumference. In the example shown (see FIG. 2), the spacers 12 are placed on an annular solder foil 14, which covers the basic solder supply of the connection point.
  • the lid 3 is not directly on the Keramikman teloresities 1, but with the interposition of an annular ring 15 of the soft metallic screen 10a, which compensates for the different expansion coefficients of the aforementioned parts to be connected, soldered.
  • cover 3 and metal screen 10a form a unit and are erected by solder spacers 12.
  • the soldering furnace temperature is raised to the melting temperature of the solder spacers 12, these flow and the cover 3 lowers - while removing the degassing gap.
  • the switching chamber is closed in a vacuum-tight manner.
  • FIG. 3 shows a top view of the solder foil 14 with solder spacers 12 attached. Both parts are firmly connected and can be handled as a whole. According to the invention, the connection takes place by means of a laser pulse which penetrates the respective parts and welds them in a punctiform manner. It is advisable to carry out the connection process under vacuum or in a protective gas atmosphere.
  • FIGS. 4, 4a show a variant of the invention, according to which the solder spacer is designed as a solder wire ring 12a, which is in each case placed around a wart-shaped expression 16 embossed in the soldering foil 14. So that the solder spacer for the assembly is relatively safe to move. Three such fixing points on the circumference of the solder foil are sufficient.
  • solder foil 14 is placed in bump-shaped pockets 17, in the bump recesses of which solder spacers in the form of solder wire sections 12b are inserted.
  • the expression 18 in the solder foil 14 fits into a corresponding recess 19 in the solder spacer, which is designed as a circular disk 12c.
  • solder foil 14 and solder spacer 12d are connected to one another by caulking.
  • a solder foil section 20 is pressed into the solder spacer 12d with a tool, but only to such an extent that the solder foil section 20 is not completely separated from the solder foil 14.
  • the shown locking devices for the solder spacers make the manufacture of the vacuum interrupter much easier and safer.

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Abstract

Bei einem Verfahren zur Herstellung einer Vakuumschalt­kammer, die in einem einzigen Ofenzyklus evakuiert und gelötet wird, sind Entgasungsspalte zwischen Lotab­standsstücken (12, 12a, 12b, 12c, 12d) gelassen, auf de­nen ein Deckel (3) der Schaltkammer ruht.
Diese Abstandsstücke werden in Körperkontakt zu einer Lötfolie (14) aufgelegt. Um sie für eine sichere und einfache Montage fixieren zu können, werden sie mit der Lötfolie (14) verbunden oder an deren speziell vorgenom­menen Ausdrückungen verschiebesicher fixiert.

Description

  • Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Herstellung ei­ner Vakuumschaltkammer gemäß Oberbegriff des Anspru­ches 1.
  • Bei Schaltkammern, die in der Direkt-Löt-Verschließtech­nik, d. h. die Kammer wird in einem Ofenzyklus ausge­pumpt und durch Lötung verschlossen, hergestellt werden, ist es notwendig, zum Kammerinneren einen Evakuierungs­bzw. Entgasungsspalt zu lassen, der erst nach Erreichen eines ausreichenden Hochvakuums durch Lotschmelzung ver­schlossen wird. Entgasungsspalte können durch die Lötfo­lie selbst gebildet sein, indem diese wellen-, oder durch Quetschung noppenförmig ausgebildet ist (DE-AS 11 04 623).
  • Diese Maßnahmen führen jedoch nur bei relativ leichtge­wichtigen Lötbaugruppen zum Ziel. Bei schwereren Bau­gruppen besteht die Gefahr, daß sich infolge der Erwei­chung des Lotes bei höheren Temperaturen die Stabilität der Folie verringert und sich der Entgasungs- bzw. Eva­kuierungsspalt frühzeit verschließt, bevor der Lötprozeß abgeschlossen ist.
  • Man ist deshalb dazu übergegangen, einzelne, auf einer planen Lötfolie am Umfang verteilte, massive Lotab­standsstücke aufzulegen. Diese bestehen entweder aus Lotdrahtabschnitten in L-, V- oder O-Form oder aber aus massiven ausgestanzten rechteckigen, quadratischen oder runden Lotabschnitten. Gemäß DE-OS 20 44 277 bestehen diese Abstandsstücke aus U-förmigen Taschen, die auf die Lötfolie aufgeschoben werden. Diese Abstandsstücke müs­sen exakt, in der Regel manuell, auf die Lötfolie aufge­legt werden, ohne Markierungspunkte auf der Lötfolie zu besitzen. Es besteht dabei die Gefahr, daß sie sich im weiteren Montageverlauf verschieben und im schlimmsten Falle in die Vakuumkammer hineinfallen, aus der sie mit großem Zeitaufwand wieder entfernt werden müssen. Ferner können die Lotdrahtstücke bei der Herstellung unnötig verunreinigt werden, was eine nicht vakuumdichte Lötnaht zur Folge haben kann.
  • Die Erfindung hat sich die Aufgabe gestellt, ein Verfah­ren anzugeben, mit dem die Lotabstandsstücke exakt und montagesicher zu positionieren sind.
  • Gelöst wird dies mit den kennzeichnenden Merkmalen des Ansprüches 1.
  • Eine oxydfreie Befestigung der Lotteile (Folie und Ab­standsstücke) miteinander erscheint schwierig. Bei den zu verbindenden Materialien, die in der Regel aus Sil­ber, Gold, Kupfer oder Mischungen davon bestehen, sind Schweißverfahren nicht oder nur mit sehr großen Aufwen­dungen möglich. Hingegen hat sich eine Befestigung mit­tels Laserschweißen als einfaches und erfolgreiches Ver­bindungsverfahren herausgestellt. Durch einen kurzzeiti­gen hochenergiereichen Laserimpuls werden beide Materia­lien an ihren Stoßstellen soweit erhitzt, daß sie mit­einander oxydfrei verschweißen.
  • Eine andere Möglichkeit einer verschiebesicheren Fixie­rung besteht darin, die Lötfolie mit Ausdrückungen zu versehen, in, um bzw. an die entsprechend ausgebildete Lotabstandsstücke gelegt werden.
  • Schließlich hat sich ein Verstemmen der zur verbindenden Teile als eine sichere Befestigungsmethode herausge­stellt; dabei wird vorzugsweise mit einem Werkzeug ein Folienabschnitt in das Lotabstandsstück hineingedrückt.
  • Weitere Verbindungsmöglichkeiten sind in den Unteran­sprüchen angegeben.
  • Anhand von schematischen Darstellungen sollen Ausfüh­rungsbeispiele der Erfindung näher erläutert werden.
  • Es zeigen:
    • Figur 1 ein Halbschnitt einer Vakuumschalt­kammer,
    • Figur 2 ein vergrößerter Teilschnitt im Be­reich Deckel-Keramikmantelkörper ei­ner Vakuumschaltkammer,
    • Figur 3 eine Draufsicht auf eine Lötfolie und
    • Figur 4 bis 7a Variationen der Fixierung zwischen Lötfolie und Lotabstandsstücken.
  • Die Vakuumschaltkammer enthält einen zylindrischen Kera­mikmantelkörper 1, der von zwei metallischen Deckein 3, 4 verschlossen ist. Letztere werden vakuumdicht von zwei Leiterstengeln 5, 6 durchgriffen. Der Stengel 6 ist be­weglich und über den Balgen 7 mit dem Deckel 4 verbun­den. Die Stengel 5, 6 tragen Schaltkontaktstücke 8, 9 und sind von dem Metallschirm 10, der den Keramikmantel­körper 1 gegenüber Schaltlichtbogenprodukten schützt, umgeben. Weitere Metallschirme 10a, 10b dienen der inne­ren Spannungsfestigkeit der Schaltkammer und decken die innere Stirnkante des Keramikmantelkörpers 1 ab. Der Me­tallmantel 11 schützt den Balgen 7.
  • Zur Herstellung der Schaltkammer werden sog. Lötbaugrup­pen erstellt, d. h. verschiedene Kammerteile werden un­ter Zwischenlage von Lot, z. B. in Form von Lötfolien, zusammengesetzt. Schließlich werden die Lötbaugruppen zur Schaltkammer vereinigt (siehe Figur 1) und in einem Vakuumofen verbracht. Dieser wird evakuiert und bis auf die Schmelztemperatur der Lote erhitzt. Damit die Gase aus der Kammer entweichen können, sind Entgasungsspalte anzuordnen. Hierzu wird ein metallischer Deckel 3 mit Hilfe von Lotabstandsstücken 12 aufgeständert. Der Ent­gasungsspalt 13 bildet sich zwichen den einzelnen, am Umfang verteilten Lotabstandsstücken 12 aus. Im gezeig­ten Beispiel (siehe Figur 2) werden die Abstandsstücke 12 auf eine kreisringförmige Lötfolie 14, die die Lot­grundversorgung der Verbindungsstelle deckt, aufgesetzt. Der Deckel 3 wird nicht unmittelbar auf den Keramikman­ telkörper 1, sondern unter Zwischenlage eines Ringkran­zes 15 des weichmetallischen Schirmes 10a, der die un­terschiedlichen Ausdehnungskoeffizienten der zu verbin­denden vorgenannten Teile kompensiert, aufgelötet. Für das hier zu betrachtende Verfahren bilden Deckel 3 sowie Metallschirm 10a eine Einheit und werden von den Lotab­standsstücken 12 aufgeständert.
  • Sowie im Lötofen und damit im Schaltkammerinneren ein gewünschtes Vakuum erreicht ist, wird die Lötofentempe­ratur auf die Schmelztemperatur der Lotabstandsstücke 12 heraufgefahren, diese verfließen und der Deckel 3 senkt sich - unter Aufhebung der Entgasungsspalte - ab. Nach Verfestigung des Lotes ist die Schaltkammer vakuumdicht verschlossen.
  • Figur 3 zeigt eine Draufsicht auf die Lötfolie 14 mit aufgesetzten Lotabstandsstücken 12. Beide Teile sind fest verbunden und als ganzes handhabbar. Die Verbindung geschieht erfindungsgemäß mittels eines Laserimpulses, der die jeweiligen Teile durchdringt und punktförmig verschweißt. Es empfiehlt sich, das Verbindungsverfahren unter Vakuum oder einer Schutzgasatmosphäre vorzunehmen.
  • In Figur 4, 4a ist eine Variante der Erfindung gezeigt, gemäß der das Lotabstandsstück als Lotdrahtring 12a aus­geführt ist, der jeweils um eine, in die Lötfolie 14 ge­prägte warzenförmige Ausdrückung 16 gelegt ist. Damit ist das Lotabstandsstück für die Montage relativ ver­schiebesicher festgelegt. Es genügen jeweils drei sol­cher Fixierpunkte am Umfang der Lötfolie.
  • Bei der Variante nach Figur 5, 5a ist die Lötfolie 14 in höckerförmigen Taschen 17 gelegt, in deren Höckermulden Lotabstandsstücke in Form von Lotdrahtabschnitten 12b eingelegt sind.
  • Wie in Figur 6, 6a erkennbar, paßt die Ausdrückung 18 in der Lötfolie 14 in eine entsprechende Ausnehmung 19 im Lotabstandsstück, das als kreisförmige Scheibe 12c aus­gebildet ist.
  • Gemäß Figur 7, 7a sind Lötfolie 14 und Lotabstandsstück 12d durch Verstemmen miteinander verbunden. Dabei wird mit einem Werkzeug ein Lötfolienabschnitt 20 in das Lot­abstandsstück 12d hineingedrückt, jedoch nur so weit, daß der Lötfolienabschnitt 20 nicht vollständig von der Lötfolie 14 abgetrennt wird.
  • Durch die gezeigten Verschiebesicherungen für die Lotab­standsstücke wird die Herstellung der Vakuumschaltkammer wesentlich erleichtert und sicherer gemacht.

Claims (10)

1. Verfahren zur Herstellung einer Vakuumschaltkam­mer, welche in einem einzigen Ofenzyklus evakuiert und durch Lötung verschlossen wird, bei dem in den zwischen einem metallischen Deckel sowie der Stirn eines Keramik­mantelkörpers der Schaltkammer gebildeten Lötspalt eine Lotfolie sowie damit in Körperkontakt stehende, einzeln am Umfang verteilte Lotabstandsstücke - auf denen der Deckel aufliegt - eingebracht werden, wobei zwischen den Lötabstandsstücken Entgasungsspalte entstehen, dadurch gekennzeichnet, daß die Lotabstandsstücke (12, 12a, 12b, 12c, 12d) an der Lötfolie (14) befestigt bzw. verschie­besicher fixiert sind.
2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeich­net, daß die Befestigung durch einen Laserimpuls er­folgt.
3. Verfahren nach Anspruch 2, dadurch gekennzeich­net, daß das Laserschweißen unter Vakuum bzw. einer Schutzgasatmosphäre vorgenommen wird.
4. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeich­net, daß die Lötfolie (14) mit bleibenden Ausdrückungen (16, 17, 18) versehen ist und an diesen die Lotabstands­stücke (12, 12a, 12b, 12c, 12d) fixiert werden.
5. Verfahren nach Anspruch 4, dadurch gekennzeich­net, daß in die Lötfolie (14) durch Ausdrückungen mul­denförmige Abscnitte gebildet sind, in die passende Lot­abstandsstücke (12) eingelegt werden.
6. Verfahren nach Anspruch 4, dadurch gekennzeich­net, daß in die Lötfolie (14) warzenförmige Ausdrückun­gen (16) eingebracht werden, um die jeweils ein Lotab­standsstück in Form eines Lotdrahtringes (12a) gelegt wird.
7. Verfahren nach Anspruch 5, dadurch gekennzeich­net, daß in die Lötfolie (14) Ausdrückungen in Form von höckerförmigen Taschen (17) eingebracht und die gebilde­te Höckermulde Lotdrahtabschnitte (12b) eingelegt wer­den.
8. Verfahren nach Anspruch 4, dadurch gekennzeich­net, daß das Lotabstandsstück (12c) mindestens eine Aus­nehmung (19) enthält, in die eine entsprechende Ausdrük­kung (18) der Lötfolie (14) paßt.
9. Verfahren nach Anspruch 4, dadurch gekennzeich­net, daß Lötfolie (14) und Lotabstandsstück (12d) mit­einander verstemmt sind.
10. Verfahren nach Anspruch 8 und 9, dadurch ge­kennzeichnet, daß als Lotabstandsstücke (12c, 12d) kreisförmige Scheiben verwendet werden.
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