EP1022760B1 - Verfahren zum Herstellen einer Kontaktanordnung für eine Vakuumschaltröhre - Google Patents

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EP1022760B1
EP1022760B1 EP00100967A EP00100967A EP1022760B1 EP 1022760 B1 EP1022760 B1 EP 1022760B1 EP 00100967 A EP00100967 A EP 00100967A EP 00100967 A EP00100967 A EP 00100967A EP 1022760 B1 EP1022760 B1 EP 1022760B1
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EP
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contact
contact carrier
contact piece
solder
carrier
Prior art date
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EP1022760A3 (de
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Johannes Meissner
Gerhard Rossmann
Jerrie Lipperts
Alfredo Lietz
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Eaton Industries GmbH
Original Assignee
Moeller GmbH
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Publication of EP1022760A3 publication Critical patent/EP1022760A3/de
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Definitions

  • the invention relates to a method for producing a contact arrangement for a vacuum interrupter with a contact carrier and with a means of it a solder material under vacuum connected contact piece, wherein the Contact carrier made of electrically highly conductive material, for example of copper, and the contact piece of an erosion-resistant and copper-containing sintered material consists.
  • a method of making a contact assembly for a vacuum chamber is known from DE 196 32 573 A1, in which the contact carrier under Vacuum with a contact layer by melting a corresponding Powder with subsequent solidification of the same is coated.
  • contact carrier with a contact piece by means of between arranged solder material in a vacuum by melting the solder material and squeezing the contact carrier and contact piece to be soldered.
  • mechanical non-positive connections between contact piece and Contact carriers are known, for which only by way of example to DE 44 47 391 C1 and DE 195 34 398 A1 is referenced.
  • the contact piece 10 is preferred a cup-shaped recess 101, in which the solder disk 11 used and then used the contact carrier 1 with its receiving end becomes. After heating in a vacuum, the solder disk 11 melts and sets the solder joint 30 between contact carrier 1 and contact piece 10 ago.
  • a disadvantage of this known method is that in a hanging arrangement the contact piece 10 on the contact carrier 1 during the manufacture of the solder joint a sufficient positive engagement between the contact piece and contact carrier must be present to during the melting of the solder disk to prevent the falling of the contact piece 10. It is often necessary for larger contact pieces with a hanging arrangement during the soldering process to use auxiliary structures in a vacuum to prevent the contact piece from falling off to prevent or an additional positive engagement of the contact piece Provide 10 on the contact carrier 1.
  • the invention has for its object to provide a method with which a contact arrangement with ongoing soldered joints secure and can be produced more easily using the least possible optimized Lotmaterialmengen.
  • the inventive method can be with particular advantage for the Apply contact arrangements for vacuum interrupters.
  • the inventive method allows for hanging position of the contact piece a nearly full-surface and thus adequate wetting of the contact surface between contact carrier and contact piece with solder material.
  • a mechanical and / or non-positive and / or positive Connection at least partially between the contact piece and contact carrier by appropriate design of the same outside of the flat Gap forming contact surfaces of contact piece and contact carrier provide that produced during assembly of contact and contact carrier becomes.
  • the inventive allows Method, contact carrier with contact piece attached thereto, So in a hanging position to produce in a simple manner.
  • the application the inventive method in the production of vacuum interrupters allows, for example, all solder joints of a preassembled Vacuum interrupter in a process train, i. to produce in a furnace cycle.
  • a contact piece is used, the a flat cup-shaped recess, in which the contact carrier with its receiving end is used, wherein the flat gap of the contact surface a subsequent between contact piece and contact carrier Annular gap is formed and the solder material annularly around the contact carrier at the exiting annular gap between contact carrier and contact piece is placed so that it after melting due to Gravity and capillary forces in the annular gap and gap along the cup-shaped Recess is pulled into it.
  • the method becomes a nearly full-surface wetting of the contact surface between contact carrier and contact piece through the gap penetrating and inflowing molten solder material from the sides reached.
  • the vertical in the side Column accumulating solder splits a good bond with high strength between Contact carrier and contact piece reached.
  • solder material via holes that pass through the contact carrier to the contact surface lead between contact carrier and contact piece, feed.
  • a contact piece is used, which is a flat cup-shaped recess, in which the contact carrier with his Receiving end is used, and further, a contact carrier is used, the at least one through the contact carrier to the contact surface with the cup-shaped recess extending bore and the solder material is filled in the holes of the contact carrier so that it after melting due to gravity and capillary forces along the gap the cup-shaped recess penetrates, including in the circumferential Annular gap.
  • solder in the holes of the contact carrier be introduced for example in the form of wire.
  • allow These holes improve the degassing of the space between them Contact piece and contact carrier.
  • a Contact piece which has a flat cup-shaped recess, in which the contact carrier is used with its receiving end and a contact carrier is used, which at its on the cup-shaped recess having adjacent contact surface at least one recess and the solder material filled in the recess of the contact carrier so that it will melt after melting due to gravity and capillary forces enters the gap along the cup-shaped recess, including in the circumferential annular gap.
  • the method according to the invention thus enables the perfect production of soldered connections between contact pieces and contact carrier in hanging arrangement, which is particularly advantageous in connection with vacuum interrupters can be inserted.
  • the inventive method can insofar be further developed and used that from contact carriers and Contact piece and solder material composite contact arrangement with others the vacuum interrupter forming components, by means of solder material provided solder joints are to be connected together, as a second Contact arrangement, a screen part, cover parts, insulating parts, bellows, is preassembled to a unit and the preassembled unit in a Vacuum soldering is introduced, wherein one of the two contact arrangements is in a hanging position of the contact piece and under the action from vacuum by heat the simultaneous melting of all solder materials is effected at all solder joints, so that all solder joints of the vacuum interrupter be produced in one process step.
  • solder joints in a hanging position a part to be connected, namely in particular the contact piece with a contact carrier as well as in the standing position are produced.
  • solder material only after melting in the gap between the contact piece and contact carrier penetrates, a drop is caused by too much molten solder, which by prior arrangement of the solder material between contact carrier and Contact piece is present, avoided.
  • Method is at least for the to be produced in a hanging position Solder joint a mechanical clamping joint or a mechanical one Positive locking sufficient to drop the contact piece from To avoid contact carrier during the manufacture of the solder joint.
  • a mechanical connection between contact piece and contact carrier can for example, by forming a profiling at least partially on the lateral surface of the contact carrier and / or possibly also on the provided inside lateral surface of the recess of the contact pieces be to a slight pinching of the contact carrier in a cup-shaped Recess of the contact piece for sufficient support in hanging Position to achieve.
  • This profiling can be done, for example, as a knurl with ribs and depressions or even for example only by a single profiling in the form of a protruding survey on the lateral surface of the contact carrier be provided.
  • the elevations or grooves of such a bayonet connection can also slightly tapered to the end be shaped, so that when unscrewing the Contact piece in a made of a soft copper contact carrier a well-holding compression fitting is achieved.
  • the groove of the bayonet connection as Lotzuschreibkanal and then as Lötucunsstelle for the following two Serve to be joined by means of a solder parts.
  • the contact carrier and the contact pieces may vary depending on the purpose and loading the vacuum interrupter made of the known materials be, as for example in the beginning of the prior art mentioned publications are described.
  • a vacuum interrupter is shown schematically by way of example in FIG with two contact arrangements, of which the one contact arrangement 2, 20 is fixedly arranged on the housing and the second contact arrangement 1, 10 via a bellows 7 is movably mounted in the housing. If a production the solder joint between contact carrier 1 and contact piece 10 or contact carrier 2 and contact piece 20 are not in a standing position, i. contact piece is placed on top of the contact carrier, can be performed results the problem for the produced in a hanging arrangement of the contact piece Solder connection of the contact arrangement a safe procedure to find. For this purpose, as a rule, according to the prior art, a high degree of and / or adhesion required, so that during melting of the solder material, that, see Fig.
  • a sufficient form-fitting or mechanically adhesive connection made, for example, by training the contact piece with a cup-shaped recess 101, in which the contact carrier with his Receiving end, which may be discontinued, is fitted.
  • a profiling 105 at least partially on the lateral surface of the contact carrier and / or one-sided Provide lateral surface of the contact piece to a slight pinching the Contact carrier in the cup-shaped recess 101 of the contact piece for to achieve a sufficient hold in a hanging position.
  • the profiling For example, it may be formed as a knurl 105 with ribs and depressions be.
  • the solder material 11 for example in ring form as a solder wire on the edge of the contact piece 10 placed and adjacent to the contact carrier 1.
  • solder material 11 melts and in the gap RS between the contact piece 10 and contact carrier 1 penetrates and in the sequence in the gap FS between is drawn into the contact surfaces and for full-surface wetting the contact surface between contact carrier and contact piece with solder melt leads.
  • solder also remains up to the upper outer edge the contact piece 10 and here forms a gap closing towards the outside remaining plug 11a in the manner of a groove of solder material.
  • the method according to the invention it also succeeds the vertical Column on the side between contact piece 10 and contact carrier with solder melt to fill and thus a much improved solidified compound between the parts.
  • the wetted with solder material connection surface is designated 30.
  • Fig. 3a, 3b is first a slight positive engagement between contact piece 10 and contact carrier 1 directly provided, i. without intermediate solder foil or for example also by means of a profiling, as in Fig. 2a, b explained.
  • the contact piece 10 for example formed with the cup-shaped recess 101, in which the contact carrier 1 is used.
  • the mechanical connection thus produced Friction and / or positive locking is sufficient to drop the contact piece 10 in the hanging position before and during the manufacture of the To prevent soldering.
  • the contact carrier 1 itself has at least one, see Fig. 4a, or for example 2, see Fig.
  • Fig. 5 is another possibility of the previous arrangement of the solder material partly outside the contact surfaces between contact carrier and contact piece, which are connected by contact soldering are shown, wherein the contact carrier 1 at its the contact piece 10th facing side has a recess 104 which the solder material receives.
  • the pre-assembled according to FIG. 5 contact arrangement placed in a vacuum chamber and there under vacuum by supplying Heat the solder material 11 to melt, causing it in the adjacent Column between contact piece 10 and contact carrier 1 penetrates and according to the offer of Lot also in the lateral verticals Column rises, so as to establish the desired solid connection.
  • Fig. 8a, b is a contact arrangement with a contact carrier 1 in shape a Hubleiters and a contact piece 10 with a cup-shaped Recess 101 shown, for a mechanical connection in shape a bayonet closure are formed.
  • Fig. 8c is the plan view on the contact piece 10 with recess 101 and two inwardly projecting Noses 107 shown on the cylindrical inside of the Recess 101 are formed above.
  • the contact carrier 1 indicates its lateral surface at the coming into contact with the contact piece 10 On slightly sloping arranged opposite grooves 106, in which the contact piece 10 with its lugs 107 helically inserted is. Over a short rotation, the contact piece 10 is then firmly on Contact carrier 1 is pressed. The remaining gap can then also by means of Lot, as in the Fig. 2a, b explained, or from a solder depot, such as For example, in Fig. 3a, 4a, 5, are filled with solder and the Solder joint are produced.
  • the bayonet lock between contact and contact carrier can also two or more circumferentially tapered grooves and projections have, wherein the grooves either on the contact carrier or on the contact piece can be trained and the noses then at the other Part.
  • the groove / grooves also slightly conical be shaped, i. tapering towards its end, so that when turning up the parts to be joined together make it in a soft one Copper existing contact carrier a well-holding clamped screw is achieved.
  • the groove 106 on the contact carrier be used as Lotzuschreibkanal and also forms a good solder joint area between contact carrier and contact piece.
  • Fig. 7 is a vacuum interrupter is shown schematically with a fixed arranged contact carrier 2 with firmly connected via a solder joint 31
  • the housing sits down from the cup-shaped lid parts 5 and 6 together with interposed Isolator 8.
  • the one cup lid is attached to the fixed contact carrier 2 in the region of the bonding surfaces 32 - solder joint - soldered.
  • Of the other cup-shaped cover 6 is with the interposition of a bellows. 7 attached to the movable contact carrier 1, via the two solder joints 34, 36.
  • the screen part 4 is arranged with getter ring 3 for shielding the metal vapor arc, collecting radiant heat and dissipating the same in the lid and for sufficient shielding of the insulator before condensing metal vapor.

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  • Manufacture Of Switches (AREA)
  • Manufacturing Of Electrical Connectors (AREA)

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Herstellen einer Kontaktanordnung für eine Vakuumschaltröhre mit einem Kontaktträger und mit einem damit mittels eines Lotmaterials unter Vakuum verbundenen Kontaktstücks, wobei der Kontaktträger aus elektrisch gut leitendem Material, zum Beispiel aus Kupfer, und das Kontaktstück aus einem abbrandfesten und Kupfer enthaltenden Sintermaterial besteht.
Ein Verfahren zum Herstellen einer Kontaktanordnung für eine Vakuumkammer ist aus der DE 196 32 573 A1 bekannt, bei welcher der Kontaktträger unter Vakuum mit einer Kontaktschicht durch Aufschmelzen eines entsprechenden Pulvers mit nachfolgender Verfestigung desselben beschichtet wird. Des weiteren ist es bekannt, Kontaktträger mit einem Kontaktstück mittels dazwischen angeordnetem Lotmaterial im Vakuum durch Schmelzen des Lotmaterials und Zusammendrücken von Kontaktträger und Kontaktstück zu verlöten. Auch mechanische kraftschlüssige Verbindungen zwischen Kontaktstück und Kontaktträger sind bekannt, wozu nur beispielhaft auf die DE 44 47 391 C1 und die DE 195 34 398 A1 verwiesen wird.
In der Fig. 1a und 1b der Zeichnung ist das bekannte Verfahren zum Herstellen einer Lötverbindung zwischen einem Kontaktträger 1 und einem Kontaktstück 10 unter Zwischenlage eines Lotmaterials 11, beispielsweise einer Lotscheibe, schematisch dargestellt. Bevorzugt ist hierbei das Kontaktstück 10 mit einer napfförmigen Ausnehmung 101 versehen, in welche die Lotscheibe 11 eingesetzt und danach der Kontaktträger 1 mit seinem Aufnahmeende eingesetzt wird. Nach Erwärmen im Vakuum schmilzt die Lotscheibe 11 und stellt die Lötverbindung 30 zwischen Kontaktträger 1 und Kontaktstück 10 her. Nachteilig bei diesem bekannten Verfahren ist, daß bei hängender Anordnung des Kontaktstückes 10 am Kontaktträger 1 während der Herstellung der Lötverbindung ein ausreichender Formschluß zwischen Kontaktstück und Kontaktträger vorhanden sein muß, um während des Schmelzens der Lotscheibe das Abfallen des Kontaktstückes 10 zu verhindern. Vielfach ist es erforderlich, bei größeren Kontaktstücken bei hängender Anordnung während des Lötvorganges im Vakuum Hilfskonstruktionen einzusetzen, um das Abfallen des Kontaktstückes zu verhindern oder aber einen zusätzlichen Formschluß des Kontaktstückes 10 am Kontaktträger 1 vorzusehen.
Nach US 3 055 098 ist ein gattungsgemäßes Verfahren zum Herstellen einer Kontaktanordnung mit einem Kontaktträger und mit einem damit mittels eines Lotmaterials unter Vakuum zu verbindenden Kontaktstück bekannt, wobei der Kontaktträger aus elektrisch gut leitendem Material, zum Beispiel aus Kupfer, und das Kontaktstück aus einem abbrandfesten und Kupfer enthaltenden Sintermaterial besteht. Das Kontaktstück wird unmittelbar flächig auf den Kontaktträger angedrückt, nachdem das Kontaktstück sowie der Kontaktträger an den Berührungsflächen vollständig mit dem Lotmaterial überzogen worden sind.
Bei aufliegender Position des Kontaktstückes wird durch Zufuhr von Wärme das Lotmaterial zum Aufschmelzen gebracht, wobei sich die aufgeschmolzene Überzüge aus Lotmaterial miteinander verbinden.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren zu schaffen, mit dem eine Kontaktanordnung mit einwandfreien gelöteten Verbindungsstellen sicher und einfacher hergestellt werden kann unter Einsatz möglichst geringer optimierter Lotmaterialmengen.
Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß bei einem gattungsgemäßen Verfahren zum Herstellen einer Kontaktanordnung durch die Merkmale des unabhängigen Anspruchs 1 gelöst.
Das erfindungsgemäße Verfahren läßt sich mit besonderem Vorteil für die Herstellung von Kontaktanordnungen für Vakuumschaltröhren anwenden. Das erfindungsgemäße Verfahren ermöglicht bei hängender Position des Kontaktstückes eine nahezu vollflächige und damit ausreichende Benetzung der Berührungsfläche zwischen Kontaktträger und Kontaktstück mit Lotmaterial. Um ein Abfallen eines noch nicht verlöteten Kontaktstückes vom Kontaktträger während eines Lötvorganges in hängender Position zu vermeiden, wird vorgeschlagen, eine mechanische und/oder kraftschlüssige und/oder formschlüssige Verbindung zumindest bereichsweise zwischen Kontaktstück und Kontaktträger durch entsprechende Ausgestaltung derselben außerhalb der den flächigen Spalt bildenden Berührungsflächen von Kontaktstück und Kontaktträger vorzusehen, die bei der Montage von Kontaktstück und Kontaktträger hergestellt wird. Darüber hinaus wird die Verfestigung der Verbindung zwischen Kontaktträger und Kontaktstück durch aufsteigende Lotmaterialschmelze in dem an die Berührungsfläche zwischen Kontaktträger und Kontaktstück nach außen anschließenden, vorzugsweise vertikalen Spalt - Ringspalt - zwischen Kontaktträger und Kontaktstück erreicht. Je nach Ausbildungsart ist des weiteren eine optimierte Dosierung der Lotmaterialmenge, die erforderlich ist, um die ausreichende Lötverbindung zwischen Kontaktträger und Kontaktstück zu erreichen, möglich. Insbesondere ermöglicht das erfindungsgemäße Verfahren, Kontaktträger mit daran anhängendem Kontaktstück, also in hängender Position, in einfacher Weise zu fertigen. Die Anwendung des erfindungsgemäßen Verfahrens bei der Fertigung von Vakuumschaltröhren ermöglicht, beispielsweise sämtliche Lötstellen einer vormontierten Vakuumschaltröhre in einem Verfahrenszug, d.h. in einem Ofenzyklus herzustellen.
Nach einem Vorschlag der Erfindung wird ein Kontaktstück verwendet, das eine flache napfförmige Ausnehmung aufweist, in welche der Kontaktträger mit seinem Aufnahmeende eingesetzt wird, wobei an den flächigen Spalt der Berührungsfläche ein sich zwischen Kontaktstück und Kontaktträger anschließender Ringspalt gebildet wird und das Lotmaterial ringförmig um den Kontaktträger an dem austretenden Ringspalt zwischen Kontaktträger und Kontaktstück gelegt wird, so daß es nach dem Aufschmelzen auf Grund der Schwerkraft und Kapillarkräfte in den Ringspalt und Spalt entlang der napfförmigen Ausnehmung hineingezogen wird. Bei dieser Variante des erfindungsgemäßen Verfahrens wird eine nahezu vollflächige Benetzung der Berührungsfläche zwischen Kontaktträger und Kontaktstück durch das in den Spalt von den Seiten her eindringende und einfließende geschmolzene Lotmaterial erreicht. Darüber hinaus wird aber auch durch das in den seitlichen vertikalen Spalten sich ansammelnde Lot eine gute Verbindung mit hoher Festigkeit zwischen Kontaktträger und Kontaktstück erreicht.
Nach einem weiteren Vorschlag der Erfindung ist es aber auch möglich, das Lotmaterial über Bohrungen, die durch den Kontaktträger bis zur Berührungsfläche zwischen Kontaktträger und Kontaktstück führen, zuzuführen. Nach einem Vorschlag der Erfindung wird ein Kontaktstück verwendet, das eine flache napfförmige Ausnehmung aufweist, in welche der Kontaktträger mit seinem Aufnahmeende eingesetzt wird, und ferner wird ein Kontaktträger verwendet, der mindestens eine durch den Kontaktträger bis zur Berührungsfläche mit der napfförmigen Ausnehmung verlaufende Bohrung aufweist und das Lotmaterial in die Bohrungen des Kontaktträgers eingefüllt wird, so daß es nach dem Aufschmelzen auf Grund der Schwerkraft und Kapillarkräfte in den Spalt entlang der napfförmigen Ausnehmung eindringt, einschließlich in den umfangförmigen Ringspalt.
Für diese Verfahrenstechniken kann das Lot in die Bohrungen des Kontaktträgers beispielsweise in Form von Draht eingeführt werden. Darüber hinaus ermöglichen diese Bohrungen eine verbesserte Entgasung des Raumes zwischen Kontaktstück und Kontaktträger.
In einer weiteren Ausgestaltung des Verfahrens wird vorgeschlagen, daß ein Kontaktstück verwendet wird, das eine flache napfförmige Ausnehmung aufweist, in welche der Kontaktträger mit seinem Aufnahmeende eingesetzt wird und ein Kontaktträger verwendet wird, der an seiner an der napfförmigen Ausnehmung anliegenden Berührungsfläche mindestens eine Ausnehmung aufweist und das Lotmaterial in die Ausnehmung des Kontaktträgers eingefüllt wird, so daß es nach dem Aufschmelzen auf Grund der Schwerkraft und Kapillarkräfte in den Spalt entlang der napfförmigen Ausnehmung eindringt, einschließlich in den umfangförmigen Ringspalt.
In allen diesen Fällen steigt ein Überangebot an Lotmaterial beim Anschmelzen durch die senkrechten Spalte und Bohrungen wieder auf, so daß eine optimale Benetzung und Dosierung des Lotmaterials möglich ist.
Für eine gute Kontaktlötung und ausreichende Festigkeit der Verbindung zwischen Kontaktstück und Kontaktträger wird vorgeschlagen, daß so viel Lotmaterial eingesetzt wird, so daß die nach vollständiger Benetzung des Spalts zwischen Kontaktträger und Kontaktstück verbleibende Restschmelze an Lot zum Verschluß der Lotzufuhrstelle benutzt wird, zum Beispiel als Restpfropfen die Lotzufuhrstelle verschließt.
Das erfindungsgemäße Verfahren ermöglicht somit das einwandfreie Herstellen von gelöteten Verbindungen zwischen Kontaktstücken und Kontaktträger in hängender Anordnung, das sich besonders vorteilhaft in Verbindung mit Vakuumschaltröhren einsetzen läßt. Das erfindungsgemäße Verfahren kann insoweit weitergebildet und verwendet werden, daß die aus Kontaktträger und Kontaktstück und Lotmaterial zusammengesetzte Kontaktanordnung mit weiteren die Vakuumschaltröhre bildenden Bauelementen, die mittels mit Lotmaterial versehenen Lötstellen miteinander zu verbinden sind, wie einer zweiten Kontaktanordnung, einem Schirmteil, Deckelteilen, Isolierteilen, Faltenbalg, zu einer Baueinheit vormontiert wird und die vormontierte Baueinheit in einen Vakuumlötofen eingebracht wird, wobei eine der beiden Kontaktanordnungen sich in hängender Position des Kontaktstückes befindet und unter Einwirkung von Vakuum durch Wärme das gleichzeitige Aufschmelzen aller Lotmaterialien an allen Lötstellen bewirkt wird, so daß alle Lötverbindungen der Vakuumschaltröhre in einem Verfahrensschritt hergestellt werden.
Erfindungsgemäß können somit gleichzeitig Lötstellen in hängender Position eines zu verbindenden Teiles, nämlich insbesondere des Kontaktstückes mit einem Kontaktträger als auch in der stehenden Position hergestellt werden. Da das Lotmaterial erst nach dem Aufschmelzen in den Spalt zwischen Kontaktstück und Kontaktträger eindringt, wird ein Abfallen durch zuviel Lotschmelze, was durch vorheriges Anordnen des Lotmaterials zwischen Kontaktträger und Kontaktstück vorhanden ist, vermieden. Für die Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahrens ist zumindest für die in hängender Position herzustellende Lötverbindung eine mechanische klemmende Verbindung oder ein mechanischer Formschluß ausreichend, um ein Abfallen des Kontaktstückes vom Kontaktträger während des Herstellens der Lötverbindung zu vermeiden.
Eine mechanische Verbindung zwischen Kontaktstück und Kontaktträger kann beispielsweise durch Ausbildung einer Profilierung zumindest bereichsweise auf der Mantelfläche des Kontaktträgers und/oder gegebenenfalls auch auf der innenseitigen Mantelfläche der Ausnehmung des Kontaktstücke vorgesehen werden, um ein leichtes Einklemmen des Kontaktträgers in eine napfförmige Ausnehmung des Kontaktstückes für einen ausreichenden Halt in hängender Position zu erzielen. Diese Profilierung kann zum Beispiel als Rändel mit Rippen und Vertiefungen oder auch beispielsweise nur durch eine einzige Profilierung in Gestalt einer vorstehenden Erhebung auf der Mantelfläche des Kontaktträgers vorgesehen sein.
Statt einer für eine hängende Position beim Aufbau von Kontaktträger und Kontaktstück vorgesehene mechanisch feste Verbindung über Paßform, Umbördelung, Profilierung zu erzielen, können die miteinander zu verbindenden Kontaktstücke und Kontaktträger auch über eine kraft- und formschlüssige Verbindung, wie nach Art eines Bajonettverschlusses miteinander verbunden werden. Der hierbei verbleibende minimale Ringspalt kann dann beispielsweise aus einem Lötmaterialvorrat - Depot - am Kontaktträger mit ausreichendem Lot zum Beispiel über ein entsprechendes Lotdrahtstück versorgt werden.
Die Erhebungen bzw. Nuten einer solchen Bajonettverbindung können auch leicht konisch zum Ende verlaufend geformt sein, so daß beim Aufdrehen des Kontaktstückes in einen aus einem weichen Kupfer hergestellten Kontaktträger eine gut haltende Klemmverschraubung erzielt wird. Hierbei ist eine gute flächige und kraftschlüssige Verbindung zwischen Kontaktstück und Kontaktträger erzielbar. Gleichzeitig kann die Nut der Bajonettverschlußverbindung als Lotzufuhrkanal und dann als Lötverbindungsstelle für die beiden nachfolgend mittels eines Lotes zu verbindenden Teile dienen.
Die Kontaktträger und die Kontaktstücke können je nach Verwendungszweck und Belastung der Vakuumschaltröhre aus den bekannten Materialien hergestellt werden, wie sie beispielsweise in den eingangs zum Stand der Technik erwähnten Druckschriften beschrieben sind.
Die Erfindung wird nachfolgend anhand der Zeichnung an Ausführungsbeispielen erläutert. Es zeigen
Fig. 1a,b:
schematische Darstellung der Kontaktlötung von Kontaktstück an Kontaktträger mittels Lotscheibe gemäß Stand der Technik vor und nach dem Lötvorgang
Fig. 2a,b:
schematische Darstellung der Kontaktlötung von Kontaktträger und Kontaktstück mittels außen an der Kontaktanordnung angeordnetem Lotmaterial vor und nach dem Lötvorgang
Fig. 3a,b:
eine schematische Darstellung einer Kontaktlötung von Kontaktstück an Kontaktträger mittels durch den Kontaktträger zugeführtem Lotmaterial vor und nach dem Lötvorgang
Fig. 4a,b:
eine Variante des Verfahrens nach Fig. 3a und 3b
Fig. 5:
eine Variante des Verfahrens nach Fig. 4a
Fig. 6:
Kontaktlötung zum Verbinden des Kontaktstückes mit Kontaktträger mit Lotpaste in schematischer Darstellung in stehender Position
Fig. 7:
einen schematischen Querschnitt durch eine Vakuumschaltröhre nach durchgeführter Kontaktlötung
Fig. 8a-c:
eine Kontaktanordnung mit Kontaktträger und Kontaktstück sowie Draufsicht auf das Kontaktstück mit Bajonettverschluß.
In der Fig. 7 ist beispielhaft schematisiert eine Vakuumschaltröhre dargestellt mit zwei Kontaktanordnungen, von denen die eine Kontaktanordnung 2, 20 fest am Gehäuse angeordnet ist und die zweite Kontaktanordnung 1, 10 über einen Faltenbalg 7 bewegbar im Gehäuse gelagert ist. Sofern eine Herstellung der Lötverbindung zwischen Kontaktträger 1 und Kontaktstück 10 oder Kontaktträger 2 und Kontaktstück 20 nicht in stehender Position, d.h. Kontaktstück ist oben auf den Kontaktträger aufgelegt, durchgeführt werden kann, ergibt sich das Problem, für die in hängender Anordnung des Kontaktstückes herzustellende Lötverbindung der Kontaktanordnung eine sichere Verfahrensweise zu finden. Hierfür ist in der Regel gemäß Stand der Technik ein hoher Form- und/oder Kraftschluß erforderlich, damit beim Schmelzen des Lotmaterials, das sich, siehe Fig. 1a, 1b, zwischen den zu verbindenden Berührungsflächen befindet, das Schwimmen und Verrutschen des Kontaktstückes 10 vermieden wird. Wenn der seitliche Übergriff des Kontaktstückes 10 infolge der napfförmigen Ausnehmung 101, siehe Fig. 1a, 1b, für den Form- und Kraftschluß benutzt wird, so kann sich in diesem seitlichen Bereich keine Lötverbindung ausbilden, da hier kein oder nicht ausreichend Lotschmelze eindringt.
Nach dem Vorschlag der Erfindung wird, siehe Fig. 2a, zwischen miteinander zu verbindenden Teilen, nämlich dem Kontaktstück 10 und dem Kontaktträger 1, zuerst eine ausreichende formschlüssige oder mechanisch haftende Verbindung hergestellt, beispielsweise durch Ausbildung des Kontaktstückes mit einer napfförmigen Ausnehmung 101, in welche der Kontaktträger mit seinem Aufnahmeende, das entsprechend abgesetzt sein kann, eingepaßt ist. Besonders vorteilhaft ist jedoch die Ausbildung einer Profilierung 105 zumindest bereichsweise auf der Mantelfläche des Kontaktträgers und/oder einseitige Mantelfläche des Kontaktstückes vorzusehen, um ein leichtes Einklemmen des Kontaktträgers in der napfförmigen Ausnehmung 101 des Kontaktstückes für einen ausreichenden Halt in hängender Position zu erzielen. Die Profilierung kann zum Beispiel als Rändel 105 mit Rippen und Vertiefungen ausgebildet sein. So ist eine aureichende formschlüssige Verbindung zwischen Kontaktstück 10 und Kontaktträger 1 geschaffen, wobei ein Berührungsspalt zwischen den beiden Teilen entlang der napfförmigen Ausnehmung 101 verbleibt, der sich aus dem nach außen führenden Ringspalt RS und dem flächigen Spalt FS zusammensetzt. Am Außenumfang der Kontaktanordnung, dort wo der Berührungsspalt zwischen Kontaktstück 10 und Kontaktträger 1 endet, ist das Lotmaterial 11 beispielsweise in Ringform als Lotdraht auf den Rand des Kontaktstückes 10 aufgelegt und am Kontaktträger 1 anliegend. Der so vorbereitete Kontaktträger 1 mit angedrücktem Kontaktstück 10 und außen aufgebrachtem Lotmaterial 11 wird nun in einer Vakuumkammer unter Vakuum erwärmt, so daß das Lotmaterial 11 schmilzt und in den Spalt RS zwischen Kontaktstück 10 und Kontaktträger 1 eindringt und in der Folge in den Spalt FS zwischen den Berührungsflächen hineingezogen wird und zur vollflächigen Benetzung der Berührungsfläche zwischen Kontaktträger und Kontaktstück mit Lotschmelze führt. Gleichzeitig verbleibt auch Lot bis zum oberen äußeren Rand des Kontaktstückes 10 und bildet hier einen den Spalt nach außen hin verschließenden verbleibenden Pfropfen 11a nach Art einer Hohlkehle aus Lotmaterial. Mit dem erfindungsgemäßen Verfahren gelingt es, auch die vertikalen Spalte an der Seite zwischen Kontaktstück 10 und Kontaktträger mit Lotschmelze anzufüllen und damit eine wesentlich verbesserte verfestigte Verbindung zwischen den Teilen herzustellen. Die mit Lotmaterial benetzte Verbindungsfläche ist mit 30 bezeichnet.
Auch bei der Variante nach Fig. 3a, 3b wird zuerst ein leichter Formschluß zwischen Kontaktstück 10 und Kontaktträger 1 unmittelbar vorgesehen, d.h. ohne dazwischengelegte Lotfolie oder beispielsweise auch mittels einer Profilierung, wie bei Fig. 2a,b erläutert. Hierzu ist das Kontaktstück 10 beispielsweise mit der napfförmigen Ausnehmung 101 ausgebildet, in welche der Kontaktträger 1 eingesetzt ist. Die so hergestellte mechanische Verbindung durch Kraftschluß und/oder Formschluß ist ausreichend, um ein Abfallen des Kontaktstückes 10 in der hängenden Position vor und während der Herstellung der Lötverbindung zu verhindern. Der Kontaktträger 1 selbst weist mindestens eine, siehe Fig. 4a, oder beispielsweise 2, siehe Fig. 3a, in Achsrichtung achsparallel durchgehende Bohrungen 102, 103 auf, welche der Aufnahme des Lotmaterials 11, beispielsweise in Gestalt von Lotdraht, dienen. Die Bohrungen 102, 103 gehen bis zur Berührungsfläche mit dem Kontaktstück durch. Nach dem Einbringen der so vormontierten Teile in eine Vakuumkammer unter Vakuum durch Zufuhr von Wärme schmilzt das Lotmaterial 11 und dringt durch die Schwerkraft und Kapillarkräfte in den zwischen den Berührungsflächen von Kontaktstück 10 und Kontaktträger 1 entlang der napfförmigen Ausnehmung 101 gebildeten Spalt ein und füllt diesen aus und steigt ebenfalls noch an den seitlichen Rändern wieder bis an den oberen Rand, siehe Fig. 3b, 4b. Wiederum ist eine vollflächige, ausreichende Benetzung der Berührungsfläche zwischen Kontaktträger und Kontaktstück mit Lotmaterial erfolgt und gleichzeitig eine Verfestigung der Verbindung zwischen Kontaktträger und Kontaktstück durch das aufsteigende Lotmaterial an den äußeren vertikalen Spalten zwischen Kontaktstück und Kontaktträger. Die Lotmenge wird so bemessen, daß ein Rest an Lotmaterial in Form einer Hohlkehle 11a am Fuße der Bohrungen 102, 103 verbleibt und diese verschließt. Falls die Bohrungen 102, siehe Fig. 4a, direkt nach außen geführt werden, dienen sie auch einer verbesserten Entgasung des Raumes zwischen Kontaktstück und Kontaktträger. Zum Herstellen der Verbindung 30 zwischen Kontaktträger 1 und Kontaktstück 10 bedarf es bei Anwendung des erfindungsgemäßen Verfahrens einer relativ geringen Lotmenge.
In der Fig. 5 ist eine weitere Möglichkeit der vorherigen Anordnung des Lotmaterials zum Teil außerhalb der Berührungsflächen zwischen Kontaktträger und Kontaktstück, die durch Kontaktlötung miteinander verbunden werden sollen, dargestellt, wobei der Kontaktträger 1 an seiner dem Kontaktstück 10 zugewandten Seite eine Ausnehmung 104 aufweist, welche das Lotmaterial aufnimmt. Auch hier wird die so gemäß Fig. 5 vormontierte Kontaktanordnung in eine Vakuumkammer verbracht und dort unter Vakuum durch Zufuhr von Wärme das Lotmaterial 11 zum Schmelzen gebracht, wodurch es in den angrenzenden Spalte zwischen Kontaktstück 10 und Kontaktträger 1 eindringt und entsprechend dem Angebot von Lot auch in die seitlichen senkrechten Spalte aufsteigt, um so die gewünschte feste Verbindung herzustellen.
Für stehende Anordnungen der Kontaktlötung eines Kontaktstückes 20 mit einem Kontaktträger 2 wird eine Anordnung gemäß Fig. 6 vorgeschlagen, bei der das Kontaktstück 20 ebenfalls unmittelbar in eine Ausnehmung 21 auf der Oberseite des Kontaktträgers 2 eingesetzt wird. Auf diese Weise ist bereits ein formschlüssiger Halt gegeben. Das Lotmaterial wird aber nicht in den Spalt zwischen Kontaktstück 20 und Kontaktträger 2 eingelegt, sondern obendrauf beispielsweise als Lotpaste 11 in einer Schicht aufgetragen. Während des Ausheizvorganges unter Vakuum kann das Bindemittel und Binder der Lotpaste verdampfen und das Lotmaterial im schmelzflüssigen Zustand in den Berührungsspalt zwischen Kontaktträger 2 und Kontaktstück 20 entlang der Ausnehmung 21 eindringen und so die gewünschte Kontaktlötung in diesem Bereich herstellen.
In der Fig. 8a, b ist eine Kontaktanordnung mit einem Kontaktträger 1 in Gestalt eines Hubleiters und einem Kontaktstück 10 mit einer näpfchenförmigen Ausnehmung 101 dargestellt, die für eine mechanische Verbindung in Gestalt eines Bajonettverschlusses ausgebildet sind. In der Fig. 8c ist die Draufsicht auf das Kontaktstück 10 mit Ausnehmung 101 und zwei nach innen vorstehenden Nasen 107 dargestellt, die an der zylinderförmigen Innenseite der Ausnehmung 101 vorstehend angeformt sind. Der Kontaktträger 1 weist an seiner Mantelfläche an dem mit dem Kontaktstück 10 in Verbindung kommenden Bereich leicht schräg verlaufend angeordnete gegenläufige Nuten 106 auf, in welche das Kontaktstück 10 mit seinen Nasen 107 schraubenförmig einführbar ist. Über eine kurze Drehung wird das Kontaktstück 10 dann fest am Kontaktträger 1 angedrückt. Der verbleibende Spalt kann dann ebenfalls mittels Lot, wie bei den Fig. 2a,b erläutert, oder auch aus einem Lotdepot, wie beispielsweise bei Fig. 3a, 4a, 5 dargestellt, mit Lot angefüllt werden und die Lötverbindung hergestellt werden.
Der Bajonettverschluß zwischen Kontaktstück und Kontaktträger kann auch zwei oder mehrere am Umfang befindliche angeschrägte Nuten und Erhebungen aufweisen, wobei die Nuten entweder am Kontaktträger oder am Kontaktstück ausgebildet sein können und die Nasen dann an dem jeweils anderen Teil. Zu einer weiteren Verbesserung der Fixierung des Kontaktstückes am Kontaktträger mittels Bajonettverschluß können die Nut/Nuten auch leicht konisch geformt sein, d.h. zu ihrem Ende hin sich verjüngend, so daß beim Aufdrehen der mit einander zu verbindenden Teile es in dem aus einem weichen Kupfer bestehenden Kontaktträger eine gut haltende klemmende Schraubverbindung erzielt wird. Darüber hinaus kann auch die Nut 106 am Kontaktträger als Lotzufuhrkanal benutzt werden und bildet zugleich auch einen guten Lötverbindungsbereich zwischen Kontaktträger und Kontaktstück.
In der Fig. 7 ist schematisch eine Vakuumschaltröhre dargestellt mit einem fest angeordneten Kontaktträger 2 mit über eine Lötverbindung 31 fest verbundenem Kontaktstück 20 sowie einer in axialer Pfeilrichtung beweglichen Kontaktanordnung mit Kontaktträger 1 und über die Lötverbindung 30 beispielsweise gemäß Fig. 2b fest verbundenem Kontaktstück 10. Das Gehäuse setzt sich aus den topfartigen Deckelteilen 5 und 6 zusammen mit dazwischen angeordnetem Isolator 8. Der eine topfartige Deckel ist an dem feststehenden Kontaktträger 2 im Bereich der Verbindungsflächen 32 - Lötstelle - angelötet. Der andere topfartige Deckel 6 ist unter Zwischenschaltung eines Faltenbalges 7 an dem beweglichen Kontaktträger 1 befestigt, und zwar über die beiden Lötstellen 34, 36. Im an dem Kontaktträger 1 anliegenden Bereich ist ein Gleitlager 71 vorgesehen. Die topfartigen Deckel 6, 5 sind des weiteren über Lötstellen 35, 33 mit dem Isolator verbunden. Innenseitig seitlich der Kontaktstücke 10, 20 ist das Schirmteil 4 mit Getterring 3 angeordnet zum Abschirmen des Metalldampfbogens, Auffangen von Strahlungswärme und Abführen desselben in den Deckel sowie zur ausreichenden Abschirmung des lsolators vor kondensierendem Metalldampf.
Unter Einsatz des erfindungsgemäßen Verfahrens der Möglichkeit der Kontaktlötung des Kontaktstückes 10 an den Kontaktträger in hängender Position desselben, wie bei den Fig. 3 bis 5 erläutert, ist es möglich, die in der Fig. 7 dargestellte Vakuumröhre mit ihren Bauteilen vorzumontieren, im Bereich des Berührungsspaltes des Kontaktstückes 10 und des Kontaktträgers 1 sowie an allen zu lötenden Verbindungsstellen 31, 32, 33, 34, 35, 36 das entsprechende Lotmaterial anzuordnen und dann die so vormontierte Baueinheit in einen Vakuumlötofen zu verbringen und hier unter Vakuum durch Zufuhr von Wärme sämtliche Lötverbindungen in einem Arbeitsgang - Ofenzyklus - herzustellen.

Claims (6)

  1. Verfahren zum Herstellen einer Kontaktanordnung für eine Vakuumschaltröhre mit einem Kontaktträger (1) und mit einem damit mittels eines Lotmaterials (11) unter Vakuum zu verbindenden Kontaktstück (10), wobei der Kontaktträger (1) aus elektrisch gut leitendem Material, zum Beispiel aus Kupfer, und das Kontaktstück (10) aus einem abbrandfesten und Kupfer enthaltenden Sintermaterial besteht und das Kontaktstück (10) unmittelbar flächig auf den Kontaktträger angedrückt wird, dadurch gekennzeichnet, daß entlang der Berührungsfläche zwischen Kontaktstück (10) und Kontaktträger (1) ein flächiger Spalt (FS) ausgebildet wird, eine mechanische und/oder kraftschlüssige und/oder formschlüssige Verbindung zumindest bereichsweise zwischen Kontaktstück (10) und Kontaktträger (1) außerhalb der den flächigen Spalt (FS) bildenden Berührungsfläche gebildet wird, das Lotmaterial (11) an den flächigen Spalt (FS) der Berührungsfläche unmittelbar angrenzenden Bereichen angeordnet wird, bei hängender Position des Kontaktstückes (1) das Lotmaterial (11) unter Vakuum durch Zufuhr von Wärme zum Aufschmelzen gebracht wird und das aufgeschmolzene Lotmaterial (11) in den flächigen Spalt (FS) der Berührungsflächen eindringt und die Berührungsflächen ausreichend benetzt.
  2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Kontaktstück (10) eine flache napfförmige Ausnehmung (101) aufweist, in welche der Kontaktträger (1) mit seinem Aufnahmeende eingesetzt wird, wobei an den flächigen Spalt (FS) der Berührungsflächen anschließend ein Ringspalt (RS) zwischen Kontaktstück (10) und Kontaktträger (1) gebildet wird, und das Lotmaterial (11) ringförmig um den Kontaktträger (1) an den austretenden Ringspalt (RS) zwischen Kontaktträger (1) und Kontaktstück (10) gelegt wird, so daß es nach dem Aufschmelzen auf Grund der Schwerkraft und Kapillarkräfte in den Ringspalt (RS) und flächigen Spalt (FS) entlang der napfförmigen Ausnehmung (101) hineingezogen wird.
  3. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Kontaktstück (10), eine flache napfförmige Ausnehmung (101) aufweist, in welche der Kontaktträger (1) mit seinem Aufnahmeende eingesetzt wird, und der Kontaktträger (1) mindestens eine durch den Kontaktträger bis zur Berührungsfläche mit der napfförmigen Ausnehmung (101) verlaufende Bohrung (102) aufweist und das Lotmaterial (11) in die Bohrungen (102) des Kontaktträgers (1) eingefüllt wird, so daß es nach dem Aufschmelzen auf Grund der Schwerkraft und Kapillarkräfte in den flächigen Spalt (FS) entlang der napfförmigen Ausnehmung (101) einschließlich eines umfangförmigen Ringspaltes(RS) eindringt.
  4. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Kontaktstück (10) eine flache napfförmige Ausnehmung (101) aufweist, in welche der Kontaktträger (1) mit seinem Aufnahmeende eingesetzt wird, und der Kontaktträger (1) an seiner an der napfförmigen Ausnehmung (101) anliegenden Berührungsfläche mindestens eine Ausnehmung (104) aufweist, und das Lotmaterial (11) in die Ausnehmung (104) des Kontaktträgers (1) eingefüllt wird, so daß es nach dem Aufschmelzen auf Grund der Schwerkraft und Kapillarkräfte in den flächigen Spalt (FS) entlang der napfförmigen Ausnehmung (101) einschließlich eines umfangförmigen Ringspaltes eindringt.
  5. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß so viel Lotmaterial (11) eingesetzt wird, daß die nach vollständiger Benetzung des Spaltes (FS; RS) zwischen Kontaktträger (1; 2) und Kontaktstück (10; 20) verbleibende Restschmelze an Lot zum Verschluß der Lotzufuhrstelle verwendet wird.
  6. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß die aus Kontaktträger (1), Kontaktstück (10) und Lotmaterial (11) zusammengesetzte Kontaktanordnung mit weiteren die Vakuumschaltröhre bildenden Bauelementen, die mittels mit Lotmaterial versehenen Lötstellen miteinander zu verbinden sind, wie einer zweiten Kontaktanordnung (20, 2), einem Schirmteil (4), Deckelteilen (5, 6), Isolierteilen (8), Faltenbalg (7), zu einer Baueinheit vormontiert wird und die vormontierte Baueinheit in einen Vakuumlötofen eingebracht wird, wobei eine der beiden Kontaktanordnungen sich in hängender Position des Kontaktstückes (10; 20) befindet und unter Vakuum durch Wärme das gleichzeitige Aufschmelzen aller Lotmaterialien an allen Lötstellen bewirkt wird, so daß alle Lötverbindungen der Vakuumschaltröhre in einem Verfahrensschritt hergestellt werden.
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