EP1148526A2 - Device for degasing and brazing of premounted vacuum switch bottles - Google Patents

Device for degasing and brazing of premounted vacuum switch bottles Download PDF

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Publication number
EP1148526A2
EP1148526A2 EP01109279A EP01109279A EP1148526A2 EP 1148526 A2 EP1148526 A2 EP 1148526A2 EP 01109279 A EP01109279 A EP 01109279A EP 01109279 A EP01109279 A EP 01109279A EP 1148526 A2 EP1148526 A2 EP 1148526A2
Authority
EP
European Patent Office
Prior art keywords
soldering
base plate
bell
vacuum
excitation coil
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Withdrawn
Application number
EP01109279A
Other languages
German (de)
French (fr)
Other versions
EP1148526A3 (en
Inventor
Jerrie Lipperts
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Eaton Industries GmbH
Original Assignee
Moeller GmbH
Kloeckner Moeller GmbH
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Moeller GmbH, Kloeckner Moeller GmbH filed Critical Moeller GmbH
Publication of EP1148526A2 publication Critical patent/EP1148526A2/en
Publication of EP1148526A3 publication Critical patent/EP1148526A3/en
Withdrawn legal-status Critical Current

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Classifications

    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01H—ELECTRIC SWITCHES; RELAYS; SELECTORS; EMERGENCY PROTECTIVE DEVICES
    • H01H33/00—High-tension or heavy-current switches with arc-extinguishing or arc-preventing means
    • H01H33/60—Switches wherein the means for extinguishing or preventing the arc do not include separate means for obtaining or increasing flow of arc-extinguishing fluid
    • H01H33/66—Vacuum switches
    • H01H33/662—Housings or protective screens
    • H01H33/66207—Specific housing details, e.g. sealing, soldering or brazing

Definitions

  • the invention relates to a device for degassing and soldering pre-assembled vacuum interrupters in a single soldering process.
  • Vacuum interrupters for vacuum circuit breakers, vacuum contactors, vacuum load disconnectors in the medium voltage range and also in the low voltage range, for example as motor protection switches, are used in many ways.
  • the construction of a vacuum interrupter is shown in the drawing in FIG shown an embodiment.
  • the vacuum interrupter 1 comprises the movable head 12 and the fixed head 13 connected to each other facing ends are equipped with a contact piece.
  • the actual vacuum tube is formed by the metallic cover parts 15, with an insulator 14 disposed therebetween.
  • the movable conductor 12 is sealed from the lid by means of the bellows 16.
  • the the External parts forming the vacuum tube are connected to one another via soldering points L. connected, as well as the contact pieces 18, 19 with the conductors 12, 13. Die Contact pieces are laterally surrounded by the cylindrical screen 17, the is also firmly connected to the cover 15 via a solder joint.
  • the oldest method of manufacturing the vacuum interrupter namely degassing, Welding and soldering the parts is the so-called "pinch-off process".
  • the parts made of stainless steel are first made for one hour pre-degassed at approx. 1000 ° C, then the fixed contact group and the movable one Contact group pre-soldered individually, and from these parts the complete Vacuum interrupter mounted and by means of a copper tube with a Ultra high vacuum pump system coupled, and subsequently during at least 24 hours heated to a temperature of 400 ° to 500 ° C, cooled and the hydraulic tube is ultra-high vacuum tight via a hydraulic press device squeezed together - pinched off. The vacuum interrupter is then separated from the ultra high vacuum pump system.
  • a complete soldering cycle takes about 10 to 12 hours, depending on the batch. It is always a discontinuous process that works with the three work stages loading furnace, soldering batch, unloading furnace, connected.
  • the invention has for its object a faster and cheaper Degassing and soldering process based on the one-shot-brazing method creating vacuum interrupters, especially energy and Reduce time spent.
  • a device is proposed to achieve this object, the a base plate with at least one soldering place with a Breakthrough in the base plate for connecting a suction pump and a covering the opening on the base plate and detachable bell, and a bell surrounding the outside with excitation coil with a medium or high frequency energy Medium or high frequency regenerator for the excitation coil, and one inside the bell arranged, as a cylindrical pipe section for receiving at least one pre-assembled vacuum interrupter designed susceptor having.
  • the vacuum interrupters As a holder for the vacuum interrupters is preferably in the opening one on the base plate or on the base plate above the opening grid-like mounting plate for inserting the pre-assembled vacuum interrupters intended.
  • the grid-like structure of the mounting plate causes a high flow conductance when pumping out the gases.
  • thermocouples For precise heating to reach the soldering temperature and cooling thermocouples are provided, which in the head region of the bell by means of a high vacuum-tight implementation are arranged. Pressure measuring elements are also used for the interior and for the suction line to the suction pump, one Ultra high vacuum pump system, provided to the appropriate degassing and to achieve the corresponding high vacuum with certainty.
  • the recess on the underside of the base plate is preferred Permanently connected or vacuum-tight connectable suction ports are provided.
  • Rapid heating by means of the excitation coil and is essential to the invention the associated susceptor which is made of a material that is very light absorbs magnetic field lines and absorb magnetic energy very quickly can.
  • the susceptor is preferably made of soft magnetic Materials such as iron and iron alloys, e.g. Fe, FeNi, FeNiCo etc. built up. This is particularly true in the lower frequency spectrum. In the higher The range of the frequency spectrum used can also be higher melting metals and alloys such as B. Mo (molybdenum), W (tungsten), Ta (tantalum), stainless steels and super alloys can be used.
  • the pre-assembled vacuum interrupter opens very quickly the desired soldering temperature can be heated.
  • the arrangement is preferably such that the excitation coil is ring-shaped is formed and surrounds the bell, namely transversely to the vertical switching axis the vacuum interrupter arranged inside the bell, the excitation coil being approximately centered with respect to the vacuum interrupter surrounding susceptor is arranged.
  • the susceptor on insulating supports spaced from the base plate to be arranged so that he has the areas of the vacuum interrupter to be soldered surrounds outside.
  • the powers that the excitation coil can deliver can be between 1.2 kW vary up to approx. 30 kW, the frequencies between 3.5 kHz and approx. 1 MHz.
  • An ultra-high vacuum pump is used as the suction pump so that the pressure inside the bell can be kept below 2 x 10 -7 mbar during the entire soldering process.
  • the bell can be moved, in particular, for loading and unloading the soldering device can be lifted, for example by means of a lifting device.
  • the base plate with more than is preferred equipped with a soldering station, d. H. with more than one opening, whereby a bell is assigned to each opening on the top and on the Bottom of a suction nozzle. All suction ports of a base plate are over Suction lines led to a high vacuum system, and each suction nozzle is for coupling and / or disconnecting the bell with the high vacuum pump corresponding high vacuum valve assigned.
  • the heater in shape the excitation coil with generator is assigned to the soldering points in such a way that corresponding movement of the excitation coil and the generator each Soldering areas can be approached one after the other with one excitation coil.
  • the excitation coil with the generator in between arranged rail movable and rotatable and liftable his. If the soldering locations are arranged on a disk, it can be circular the excitation coil with the generator be arranged in the middle and through corresponding rotary movement to the individual soldering points are moved. Furthermore, the generator can be carried out with a lifting device be equipped with a vertical lifting movement.
  • the manufacturing system with multiple soldering stations and a generator and an excitation coil with a control device To be provided so that the manufacturing process can be carried out automatically, d. H. loading the soldering areas, evacuating the equipped soldering areas, the heating up, cooling down and the removal and re-loading what one after the other like on a carousel.
  • the controller can via PC and / or by means of a PLC control.
  • each soldering place for one or more vacuum interrupters With the smallest possible space requirement are extremely short evacuation times for the soldering place below the bell possible.
  • the entire device for degassing and soldering vacuum interrupters requires low investment costs due to the simple structure, but with large production quantities of vacuum interrupters in one automated or semi-automated process produced in the plant can be.
  • the temperature and also the pressure in the chamber can be measured very precisely and the manufacturing process can be controlled accordingly.
  • the device according to the invention is particularly suitable for manufacturing of vacuum interrupters for switch disconnectors, vacuum contactors for medium voltage and low voltage.
  • FIG. 2 The construction of a vacuum interrupter for medium voltage and low voltage is shown by way of example in FIG. 2, as explained at the beginning.
  • a vacuum interrupter for medium voltage and low voltage is shown by way of example in FIG. 2, as explained at the beginning.
  • a soldering spot 2 for at least one or one small number of pre-assembled vacuum interrupters 1 is on a base plate 21 made of stainless steel.
  • the soldering point 2 is on the base plate 21 an opening 27, for example in the form of a circle, is assigned.
  • the top of the base plate is an annular groove around the opening 27 28 formed in which a sealing ring 22, for example a Viton O-ring, is arranged in a vacuum-tight manner connected to the base plate 21.
  • a sealing ring 22 for example a Viton O-ring
  • the bell 20 made of quartz glass put on.
  • the suction nozzle 24 is on the underside of the base plate 21 connected to the recess 27 in a highly vacuum-tight manner, with one here Ultra high vacuum pump system, not shown, is connected.
  • a high vacuum-tight bushing 23 for Thermocouples T1, T2, T3 or more to record the temperatures inside the bell jar during the manufacturing process Areas provided.
  • Pre-assembled vacuum interrupter 1 is preferably on the base plate in Area of the opening 27 a receiving plate 25 preferably a lattice-shaped Mounting plate 25 or a perforated plate attached. On the mounting plate 25, a support stand 29 for the vacuum interrupter is attached.
  • the pre-assembled vacuum interrupter can be held in a soldering jig with the them at the soldering point in the mounting plate or the mounting stand Insert self-centering in the switching axis X of the vacuum interrupter is supported.
  • the receiving plate 25 is lattice-shaped to between the bell 20 and the suction port 24 connect with a high To allow flow conductance.
  • the pressure measuring elements are P 1 and P2 built into the bell 20 or suction line 24 to the pressure during the Manufacturing process and record the necessary high vacuum over the Ensure pump system.
  • the Excitation coil 3 is provided, the bell 20 in a ring transverse to the in Switch axis X vertically mounted vacuum interrupter 1 surrounds the outside.
  • the excitation coil 3 is operated with medium or high frequency energy, a medium frequency generator or high frequency generator is provided for this purpose, which is not shown in detail.
  • a susceptor 4 is placed inside the bell 20.
  • the Susceptor 4 has the cylindrical shape of a pipe section and is on Insulating supports 40 spaced apart, arranged on the top of the base plate 21.
  • the length of the susceptor 4 is such that it is the one to be soldered Areas of the vacuum interrupter 1 covered on the outside.
  • the susceptor can be made of a material that is very easily magnetic field lines absorbed and thus can absorb magnetic energy very quickly, for example made of soft magnetic materials such as iron and iron alloys.
  • the vacuum interrupter to be soldered can be quickly adjusted to the desired one Soldering temperature to be heated.
  • the manufacturing process can proceed as follows:
  • the bell 20 is lifted in the direction of the arrow Pf1, see FIG. 1b, the preassembled vacuum interrupter 1, preassembled in a soldering jig, is inserted from its waiting place into the receiving plate 25 of the soldering place, see FIG. 1c, the bell 20 is placed on the base plate again, see Figure 1a, then the bell 20 is evacuated via the pump system connected by the suction port 24 to a value less than 2 x 10 -7 mbar.
  • the vacuum interrupter 1 is then heated by applying medium-frequency energy to the excitation coil 3, the power of the coil depending on the object to be soldered being between 1.2 kW and 30 kW, the frequencies between 3.5 kHz and 1 MHz being preferred.
  • the temperature inside the bell 20 and on the vacuum interrupter 1 is detected by means of the thermocouples T1, T2, T3 ... to Tn and the heating up to the soldering temperature, the soldering process and the subsequent cooling are controlled by means of a process control (not shown).
  • the temperatures required for soldering the vacuum interrupter are between 700 ° C and 960 ° C.
  • soldering site can be advantageous reproduce a vacuum interrupter, for example one A plurality of soldering sites on a base plate 21, such as in the Figures 3 and 4 shown schematically, are formed.
  • soldering pads 2 in two parallel rows on a base plate 21 can be arranged, each soldering point having an opening 27, on the top of the base plate 21 with a susceptor 4 and one Bell 20 is equipped with thermocouples and on the underside of the Base plate 21 of the suction nozzle 24 for the connection to the high vacuum pump system is provided.
  • All suction ports 24 of each soldering place 2 are with a high vacuum valve 26 for coupling and / or separating the bell 20 equipped with the high vacuum pump, the suction ports are via a further connection side 24a connected to the high vacuum pump system.
  • the generator is for heating the soldering area or the vacuum interrupter 5 with the excitation coil 3 on one between the two rows of soldering sites parallel arranged rail 6 arranged in the direction of arrow Pf3.
  • the generator 5 with the excitation coil 3 is on the Rail 6 is arranged to be rotatable about its vertical axis in the direction of arrow Pf4, so that the generator 5 with excitation coil 3 indiscriminately and / or in succession Approach every soldering spot in every row by moving in the direction of arrow Pf3 or Pf4.
  • the manufacturing process takes place in such a way that when the bell 20 is lifted off, both the loading and unloading of the soldering area 2 is carried out with the vacuum interrupter 1 and the excitation coil 3 is moved into position or is removed from the position, and after loading and position the excitation coil, the bell 20 is placed on the soldering pad 2.
  • a lifting device is also provided for positioning the excitation coil 3 in order to move the generator with the excitation coil in the direction of arrow Pf5. With the device shown in FIGS. 3 and 4, the individual soldering locations 2 can be activated one after the other and / or indiscriminately, with great flexibility in charging, soldering, decharging and cooling the vacuum interrupters to be soldered.
  • the advantage is achieved that the total investment in relation to the vacuum systems and the medium-frequency or high-frequency generator can be kept small.
  • the system with multiple soldering stations only requires a single ultra-high vacuum pump system in order to evacuate the individual bells 20 one after the other and / or indiscriminately. This only requires a high vacuum valve 26 between each bell and the pump system, so that each bell with its contents can be used independently.
  • FIGS. 5 and 6 Another possibility for increasing the production capacity is shown by the system shown schematically in FIGS. 5 and 6, in which the soldering locations 2 with glass bells 20 are arranged and formed on a disk-shaped base plate 21 in a circular ring. The system is constructed analogously to the system explained in FIGS.
  • the generator 5 is arranged in the center of the base plate and can be rotated in the arrow direction Pf4 in each case by a pre-programmable angular position of the coil and, moreover, a stroke movement in the direction of the arrow Pf5 can perform.
  • the heating, cooling and charging times of the soldering sites are selected so that an automatic Manufacturing process of the soldering joints can run one after the other, whereby a continuous and flexible manufacturing process is made possible.
  • At least the process steps of evacuation and heating can be done via the pressure and Temperature detection of the soldering points via PC and / or PLC control be controlled and automated.
  • charging is also i.e. loading and unloading with the pre-assembled vacuum interrupters included opening and closing the soldering areas by lifting and lifting the bells can be automated using robots, for example.
  • the quality of the soldered and degassed vacuum interrupters can be increased and the Manufacturing costs can be reduced.
  • a soldering station and a device with Soldering points for degassing and soldering vacuum interrupters in one Passage can be varied in many ways.
  • a Central, oil-free forevacuum system in connection with a central high or Ultra high vacuum system can be provided as a pump system.
  • each bell of a soldering station is connected to the pump system via valves.
  • Decentralized ultra-high vacuum pump systems are of course also possible.
  • the modular system provided according to the invention enables in a simpler manner Way to increase manufacturing capacity by adding as many Soldering places on one base plate or several base plates with several soldering places are provided, with a common ultra-high vacuum pump position is foreseeable and possibly a plurality of generators Excitation coil for the individual base plates with several soldering locations.

Abstract

The device has a base plate (21) with at least one solder point with an opening (27) in the base plate for connecting a suction pump, a bell (20) for covering the opening enclosed by a stimulation coil (3) supplied with medium or high frequency energy by a generator and a susceptor (4) in the bell for accommodating at least one pre-mounted vacuum switch tube.

Description

Technisches GebietTechnical field

Die Erfindung bezieht sich auf eine Vorrichtung zum Entgasen und Verlöten von vormontierten Vakuumschaltröhren in einem einzigen Lötvorgang. Vakuumschaltröhren für Vakuumleistungsschalter, Vakuumschütze, Vakuumlasttrenner im Mittelspannungsbereich und ebenso im Niederspannungsbereich, beispielsweise als Motorschutzschalter, werden vielfältig eingesetzt.The invention relates to a device for degassing and soldering pre-assembled vacuum interrupters in a single soldering process. Vacuum interrupters for vacuum circuit breakers, vacuum contactors, vacuum load disconnectors in the medium voltage range and also in the low voltage range, for example as motor protection switches, are used in many ways.

Stand der TechnikState of the art

Der Aufbau einer Vakuumschaltröhre ist in der Zeichnung in der Figur 2 an einem Ausführungsbeispiel dargestellt. Die Vakuumschaltröhre 1 umfasst den beweglichen Leiter 12 und den feststehenden Leiter 13, die an den einander zugewandten stirnseitigen Enden mit einem Kontaktstück ausgestattet sind. Die eigentliche Vakuumröhre wird von den metallischen Deckelteilen 15 gebildet, mit einem dazwischen angeordneten Isolator 14. Der bewegliche Leiter 12 ist gegenüber dem Deckel mittels des Faltenbalges 16 abgedichtet. Die die Vakuumröhre bildenden außenseitigen Teile sind über Lötstellen L miteinander verbunden, ebenso die Kontaktstücke 18, 19 mit den Leitern 12, 13. Die Kontaktstücke sind seitlich von dem zylinderförmigen Schirm 17 umgeben, der ebenfalls über eine Lötstelle mit dem Deckel 15 fest verbunden ist.The construction of a vacuum interrupter is shown in the drawing in FIG shown an embodiment. The vacuum interrupter 1 comprises the movable head 12 and the fixed head 13 connected to each other facing ends are equipped with a contact piece. The actual vacuum tube is formed by the metallic cover parts 15, with an insulator 14 disposed therebetween. The movable conductor 12 is sealed from the lid by means of the bellows 16. The the External parts forming the vacuum tube are connected to one another via soldering points L. connected, as well as the contact pieces 18, 19 with the conductors 12, 13. Die Contact pieces are laterally surrounded by the cylindrical screen 17, the is also firmly connected to the cover 15 via a solder joint.

Die älteste Methode zum Fertigen der Vakuumschaltröhre, nämlich Entgasen, Schweißen und Verlöten der Teile, ist das sogenannte "Pinch-Off-Verfahren". Hierbei werden die aus Edelstahl bestehenden Teile zuerst eine Stunde lang bei ca. 1000°C vorentgast, dann wird die Festkontaktgruppe und die bewegliche Kontaktgruppe jeweils einzeln vorgelötet, und aus diesen Teilen die komplette Vakuumschaltröhre montiert und mittels eines Kupferrohres mit einer Ultrahochvakuumpumpanlage gekoppelt, und nachfolgend während mindestens 24 Stunden auf eine Temperatur von 400° bis 500°C aufgeheizt, abgekühlt und über eine hydraulische Pressvorrichtung das Kupferrohr ultrahochvakuumdicht zusammengequetscht - pinched off. Die Vakuumschaltröhre wird dann von der Ultrahochvakuumpumpanlage abgetrennt.The oldest method of manufacturing the vacuum interrupter, namely degassing, Welding and soldering the parts is the so-called "pinch-off process". The parts made of stainless steel are first made for one hour pre-degassed at approx. 1000 ° C, then the fixed contact group and the movable one Contact group pre-soldered individually, and from these parts the complete Vacuum interrupter mounted and by means of a copper tube with a Ultra high vacuum pump system coupled, and subsequently during at least 24 hours heated to a temperature of 400 ° to 500 ° C, cooled and the hydraulic tube is ultra-high vacuum tight via a hydraulic press device squeezed together - pinched off. The vacuum interrupter is then separated from the ultra high vacuum pump system.

Eine andere bekannte Methode zum Herstellen von Vakuumschaltröhren wird als Direktlotverschließtechnik bezeichnet. Hierbei werden ebenfalls die Edelstahlbauteile bei ca. 1000°C vorentgast und die Festkontaktbaugruppe und die bewegliche Kontaktbaugruppe zwischen 700°C und 960°C vorgelötet. Danach werden die gelöteten Baugruppen mit den passenden Keramikkörpern und entsprechenden Lötfolien zu der Vakuumschaltröhre vormontiert und bei Temperaturen zwischen 700° bis 860°C leergepumpt, entgast, das Getter aktiviert und die Vakuumschaltröhre ultrahochvakuumdicht verschlossen innerhalb eines Hochvakuumlötofens. Bei den vorgenannten Fertigungsmethoden handelt es sich um mehrstufige Methoden.Another known method for manufacturing vacuum interrupters is referred to as direct solder sealing technology. The stainless steel components are also used here pre-degassed at approx. 1000 ° C and the fixed contact module and the Movable contact assembly pre-soldered between 700 ° C and 960 ° C. After that the soldered assemblies with the matching ceramic bodies and appropriate solder foils to the vacuum interrupter pre-assembled and Temperatures between 700 ° and 860 ° C pumped empty, degassed, the getter activated and the vacuum interrupter sealed ultra-high vacuum inside a high vacuum soldering furnace. With the aforementioned manufacturing methods are multi-stage methods.

Darüber hinaus ist die "one-shot-brazing"-Methode bekannt, bei der alle Löt-und Entgasungsvorgänge zum Herstellen der Vakuumschaltröhre in einem einzigen Lötzyklus integriert durchgeführt werden.In addition, the "one-shot-brazing" method is known, in which all soldering and Degassing operations to manufacture the vacuum interrupter in one integrated soldering cycle.

Zum Durchführen der Direktlotverschließtechnik und des One-shot-brazing-Verfahrens werden spezielle Hochvakuumlötöfen, die im kaltem Zustand einen Enddruck zwischen 5 x 10-7 und 5 x 10-8 mbar erreichen können benötigt. Diese Hochvakuumlötöfen zeichnen sich dadurch aus, dass sie aus einem doppelwandigen Zylinder bestehen, der an beiden Enden mit einem doppelwandigen Klöpperboden abgeschlossen ist. Einer der Klöpperboden ist als Tür ausgeführt, damit der Ofen beladen und entladen werden kann. Der Ofen enthält Graphit- , Molybdän- oder Wolframheizungselemente. Bei Einsatz von Molybdän- und Wolframheizungselementen ist der Ofen mit einer metallischen Auskleidung aus Molybdän und/oder Edelstahl versehen. Abhängig von der Größe des Nutzraumes des Ofens und der Geometrie der herzustellenden Vakuumschaltröhren können 50 bis 500 Vakuumschaltröhren in einer Charge gelötet und entgast werden. Ein derartiger Lötzyklus ist aufgebaut aus:

  • 1. Evakuieren von Ofen und Charge bis 5 x 10-4 bis 5 x 10-5 mbar in 45 bis 80 Minuten,
  • 2. Einschalten der Heizung und Durchführen eines vorgegebenen Temperaturprogramms für Ofen und Charge bis zum Erreichen der Löttemperatur:
    • Ofen und Charge abkühlen lassen,
    • Schnellkühlung einschalten und warten bis ca. 40 bis 70° C erreicht ist.
    • Special high-vacuum soldering furnaces, which can reach a final pressure between 5 x 10 -7 and 5 x 10 -8 mbar when cold, are required to carry out the direct solder sealing technology and the one-shot brazing process. These high-vacuum brazing furnaces are characterized by the fact that they consist of a double-walled cylinder, which is closed at both ends with a double-walled dished end. One of the dished ends is designed as a door so that the furnace can be loaded and unloaded. The furnace contains graphite, molybdenum or tungsten heating elements. When using molybdenum and tungsten heating elements, the furnace is provided with a metallic lining made of molybdenum and / or stainless steel. Depending on the size of the usable space of the furnace and the geometry of the vacuum interrupters to be manufactured, 50 to 500 vacuum interrupters can be soldered and degassed in one batch. Such a soldering cycle is made up of:
  • 1. evacuation of furnace and batch to 5 x 10 -4 to 5 x 10 -5 mbar in 45 to 80 minutes,
  • 2. Switch on the heating and carry out a specified temperature program for the furnace and batch until the soldering temperature is reached:
    • Let the oven and batch cool down,
    • Switch on rapid cooling and wait until approx. 40 to 70 ° C is reached.

    • Ein kompletter Lötzyklus dauert abhängig von der Charge ca. 10 bis 12 Stunden. Es handelt sich immer um einen diskontinuierlichen Prozess, der mit den drei Arbeitsstufen Ofen beladen, Charge löten, Ofen entladen, verbunden ist.A complete soldering cycle takes about 10 to 12 hours, depending on the batch. It is always a discontinuous process that works with the three work stages loading furnace, soldering batch, unloading furnace, connected.

    Darstellung der ErfindungPresentation of the invention

    Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein schnelleres und preiswerteres Verfahren zum Entgasen und Löten basierend auf der One-shot-brazing-Methode von Vakuumschaltröhren zu schaffen, insbesondere den Energie und Zeitaufwand zu verringern.The invention has for its object a faster and cheaper Degassing and soldering process based on the one-shot-brazing method creating vacuum interrupters, especially energy and Reduce time spent.

    Erfindungsgemäß wird zur Lösung dieser Aufgabe eine Vorrichtung vorgeschlagen, die eine Grundplatte mit mindestens einem Lötplatz mit einer Durchbrechung der Grundplatte für den Anschluss einer Saugpumpe und einer die Durchbrechung überdeckenden auf die Grundplatte aufsetzbaren und abhebbaren Glocke umfasst, und eine die Glocke außenseitig umgebende mit mittel- oder hochfrequenter Energie beaufschlagbare Erregerspule mit einem Mittel- oder Hochfrequenzregenerator für die Erregerspule, und einem innerhalb der Glocke angeordneten, als zylindrisches Rohrstück für die Aufnahme mindestens einer vormontierten Vakuumschaltröhre ausgebildeten Susceptor aufweist.According to the invention, a device is proposed to achieve this object, the a base plate with at least one soldering place with a Breakthrough in the base plate for connecting a suction pump and a covering the opening on the base plate and detachable bell, and a bell surrounding the outside with excitation coil with a medium or high frequency energy Medium or high frequency regenerator for the excitation coil, and one inside the bell arranged, as a cylindrical pipe section for receiving at least one pre-assembled vacuum interrupter designed susceptor having.

    Vorteilhafte Weiterbildungen und Ausgestaltungen der Erfindung sind den kennzeichnenden Merkmalen Unteransprüche entnehmbar.Advantageous further developments and refinements of the invention are the characteristic features subclaims removed.

    Als Halterung für die Vakuumschaltröhren ist bevorzugt in der Durchbrechung der Grundplatte bzw. auf der Grundplatte oberhalb der Durchbrechung eine gitterartige Aufnahmeplatte zum Einsetzen der vormontierten Vakuumschaltröhren vorgesehen. Je nach Größe der Vakuumschaltröhre und des Gitters ist es möglich ggf. auch anstelle einer großen Vakuumschaltröhre mehrere kleinere Vakuumschaltröhren anzuordnen. Die gitterartige Struktur der Aufnahmeplatte bewirkt einen hohen Strömungsleitwert beim Abpumpen der Gase.As a holder for the vacuum interrupters is preferably in the opening one on the base plate or on the base plate above the opening grid-like mounting plate for inserting the pre-assembled vacuum interrupters intended. Depending on the size of the vacuum interrupter and the grid it is possible to use several smaller ones instead of one large vacuum interrupter Arrange vacuum interrupters. The grid-like structure of the mounting plate causes a high flow conductance when pumping out the gases.

    Zur Erzielung eines Hochvakuums wird des weiteren vorgeschlagen, auf der Oberseite der Grundplatte eine die Durchbrechung umgebende Ringnut auszubilden, in der ein geeigneter Dichtungsring hochvakuumdicht mit der Grundplatte verbunden angeordnet ist.In order to achieve a high vacuum, it is also proposed on the To form an annular groove surrounding the opening on the top of the base plate, in which a suitable sealing ring is highly vacuum-tight with the base plate is connected connected.

    Für die exakte Aufheizung zum Erreichen der Löttemperatur und Abkühlen sind Thermoelemente vorgesehen, die im Kopfbereich der Glocke mittels einer hochvakuumdichten Durchführung angeordnet sind. Ebenso sind Druckmesselemente für den Innenraum und für die Saugleitung zur Saugpumpe, einer Ultra-Hochvakuumpumpanlage, vorgesehen, um die entsprechende Entgasung und das entsprechende Hochvakuum mit Sicherheit zu erreichen.For precise heating to reach the soldering temperature and cooling thermocouples are provided, which in the head region of the bell by means of a high vacuum-tight implementation are arranged. Pressure measuring elements are also used for the interior and for the suction line to the suction pump, one Ultra high vacuum pump system, provided to the appropriate degassing and to achieve the corresponding high vacuum with certainty.

    Auf der Unterseite der Grundplatte sind hierzu an der Ausnehmung bevorzugt fest angeschlossene oder vakuumdicht anschließbare Saugstutzen vorgesehen.For this purpose, the recess on the underside of the base plate is preferred Permanently connected or vacuum-tight connectable suction ports are provided.

    Erfindungswesentlich ist die schnelle Aufheizung mittels der Erregerspule und dem zugeordneten Susceptor, der aus einem Material besteht, das sehr leicht magnetische Feldlinien absorbiert und sehr schnell magnetische Energie absorbieren kann. Vorzugsweise ist der Susceptor aus weichmagnetischen Werkstoffen, wie Eisen und Eisenlegierungen, z.B. Fe, FeNi, FeNiCo usw. aufgebaut. Dieses trifft besonders im unteren Frequenzspektrum zu. Im höheren Bereich des verwendeten Frequenzspektrums können auch höher schmelzende Metalle und Legierungen wie z. B. Mo (Molybdän), W (Wolfram), Ta (Tantal), Edelstähle und Superlegierungen verwendet werden. Durch Verwendung der erfindungsgemäßen mittel- oder hochfrequenten Energie kann das zu lötende Objekt , die vormontierte Vakuumschaltröhre, sehr rasch auf die gewünschte Löttemperatur erhitzt werden.Rapid heating by means of the excitation coil and is essential to the invention the associated susceptor, which is made of a material that is very light absorbs magnetic field lines and absorb magnetic energy very quickly can. The susceptor is preferably made of soft magnetic Materials such as iron and iron alloys, e.g. Fe, FeNi, FeNiCo etc. built up. This is particularly true in the lower frequency spectrum. In the higher The range of the frequency spectrum used can also be higher melting metals and alloys such as B. Mo (molybdenum), W (tungsten), Ta (tantalum), stainless steels and super alloys can be used. By using of the medium or high frequency energy according to the invention the object to be soldered, the pre-assembled vacuum interrupter, opens very quickly the desired soldering temperature can be heated.

    Die Anordnung ist bevorzugt so getroffen, dass die Erregerspule ringförmig ausgebildet ist und die Glocke umgibt und zwar quer zur senkrechten Schaltachse der entsprechend innerhalb der Glocke angeordneten Vakuumschaltröhre, wobei die Erregerspule etwa mittig in bezug auf den die Vakuumschaltröhre umgebenden Susceptor angeordnet ist. Für eine optimale Erwärmung ist vorgesehen, den Susceptor auf Isolierstützen beabstandet von der Grundplatte anzuordnen, so dass er die zu lötenden Bereiche der Vakuumschaltröhre außenseitig umgibt.The arrangement is preferably such that the excitation coil is ring-shaped is formed and surrounds the bell, namely transversely to the vertical switching axis the vacuum interrupter arranged inside the bell, the excitation coil being approximately centered with respect to the vacuum interrupter surrounding susceptor is arranged. For optimal warming provided, the susceptor on insulating supports spaced from the base plate to be arranged so that he has the areas of the vacuum interrupter to be soldered surrounds outside.

    Die Leistungen, die die Erregerspule abgeben kann, können zwischen 1,2 kW bis ca. 30 kW variieren, wobei die Frequenzen zwischen 3,5 kHz und ca. 1 MHz liegen.The powers that the excitation coil can deliver can be between 1.2 kW vary up to approx. 30 kW, the frequencies between 3.5 kHz and approx. 1 MHz.

    Als Saugpumpe wird eine Ultra-Hochvakuumpumpe eingesetzt, so dass während des ganzen Lötvorganges der Druck innerhalb der Glocke auf einen Wert kleiner als 2 x 10-7 mbar gehalten werden kann.An ultra-high vacuum pump is used as the suction pump so that the pressure inside the bell can be kept below 2 x 10 -7 mbar during the entire soldering process.

    Für das Be- und Entladen der Lötvorrichtung ist die Glocke bewegbar insbesondere hebbar, beispielsweise mittels einer Hubvorrichtung.The bell can be moved, in particular, for loading and unloading the soldering device can be lifted, for example by means of a lifting device.

    Zur Steigerung der Produktivität wird bevorzugt die Grundplatte mit mehr als einem Lötplatz ausgerüstet, d. h. mit mehr als einer Durchbrechung, wobei jeder Durchbrechung eine Glocke zugeordnet ist auf der Oberseite und auf der Unterseite ein Saugstutzen. Alle Saugstutzen einer Grundplatte werden über Saugleitungen zu einer Hochvakuumanlage geführt, und jedem Saugstutzen ist zum Koppeln und/oder Trennen der Glocke mit der Hochvakuumpumpe ein entsprechendes Hochvakuumventil zugeordnet. Die Heizeinrichtung in Gestalt der Erregerspule mit Generator ist den Lötplätzen so zugeordnet, dass durch entsprechende Bewegung der Erregerspule und des Generators die einzelnen Lötplätze nacheinander mit der einen Erregerspule anfahrbar sind. Für den Fall, dass auf der Grundplatte zwei Reihen von Lötplätzen parallel zueinander vorgesehen sind, kann die Erregerspule mit dem Generator auf einer dazwischen angeordneten Schiene verfahrbar und drehbar und anhebbar angeordnet sein. Bei Anordnung der Lötplätze auf einer Scheibe kreisringförmig kann die Erregerspule mit dem Generator in der Mitte angeordnet sein und durch entsprechende Drehbewegung zu den einzelnen Lötplätzen bewegt werden. Des weiteren kann der Generator mit einer Hubeinrichtung zum Ausführen einer senkrechten Hubbewegung ausgerüstet sein.To increase productivity, the base plate with more than is preferred equipped with a soldering station, d. H. with more than one opening, whereby a bell is assigned to each opening on the top and on the Bottom of a suction nozzle. All suction ports of a base plate are over Suction lines led to a high vacuum system, and each suction nozzle is for coupling and / or disconnecting the bell with the high vacuum pump corresponding high vacuum valve assigned. The heater in shape the excitation coil with generator is assigned to the soldering points in such a way that corresponding movement of the excitation coil and the generator each Soldering areas can be approached one after the other with one excitation coil. For the Case that on the base plate two rows of soldering places parallel to each other are provided, the excitation coil with the generator in between arranged rail movable and rotatable and liftable his. If the soldering locations are arranged on a disk, it can be circular the excitation coil with the generator be arranged in the middle and through corresponding rotary movement to the individual soldering points are moved. Furthermore, the generator can be carried out with a lifting device be equipped with a vertical lifting movement.

    Darüber hinaus ist es möglich, die Fertigungsanlage mit mehreren Lötplätzen und einem Generator und einer Erregerspule mit einer Steuerungseinrichtung zu versehen, so dass der Fertigungsprozess automatisch durchführbar ist, d. h. das Beschicken der Lötplätze, das Evakuieren der bestückten Lötplätze, das Aufheizen, Abkühlen und die Entnahme und das erneute Bestücken, was nacheinander wie auf einem Karussell abfolgen kann. Die Steuerung kann über PC und/oder mittels einer SPS-Steuerung erfolgen.In addition, it is possible to have the manufacturing system with multiple soldering stations and a generator and an excitation coil with a control device To be provided so that the manufacturing process can be carried out automatically, d. H. loading the soldering areas, evacuating the equipped soldering areas, the heating up, cooling down and the removal and re-loading what one after the other like on a carousel. The controller can via PC and / or by means of a PLC control.

    Die erfindungsgemäße Vorrichtung ermöglicht die wirtschaftliche Herstellung von Vakuumschaltröhren. Hierbei werden folgende Vorteile erreicht:

    • sehr rasche Aufwärmung der Vakuumschaltröhren durch Einsatz kleiner Einheiten, d.h. kleiner Glocken als Vakuumkammern,
    • gute Kontrollmöglichkeiten der vormontierten Vakuumschaltröhre während des ganzen Lötprozesses durch Einsatz von durchsichtigen Quarzglasglocken, jede Vakuumschaltröhre ist auch visuell beobachtbar.
    • Das Fließen des Lotes während des Lötprozesses der Vakuumschaltröhre ist gut zu beobachten.
    The device according to the invention enables the economical production of vacuum interrupters. The following advantages are achieved:
    • very rapid heating of the vacuum interrupters by using small units, ie small bells as vacuum chambers,
    • Good control options for the pre-assembled vacuum interrupter during the entire soldering process by using transparent quartz glass bells, each vacuum interrupter can also be observed visually.
    • The flow of the solder during the soldering process of the vacuum interrupter can be observed well.

    Durch Ausbildung jedes Lötplatzes für eine oder mehrere Vakuumschaltröhren mit geringstmöglichem Raumbedarf sind extrem kurze Evakuierungszeiten für den Lötplatz unterhalb der Glocke möglich.By designing each soldering place for one or more vacuum interrupters with the smallest possible space requirement are extremely short evacuation times for the soldering place below the bell possible.

    Durch das geringe Volumen und die Masse der Lötvorrichtung und der nur geringen Anzahl von zu lötenden Vakuumschaltröhren an einem Lötplatz können sehr niedrige Drücke während des Lötprozesses erreicht werden.Due to the small volume and mass of the soldering device and the only small number of vacuum interrupters to be soldered at a soldering station very low pressures can be achieved during the soldering process.

    Die gesamte Vorrichtung zum Entgasen und Löten von Vakuumschaltröhren erfordert aufgrund des einfachen Aufbaus insgesamt geringe Investitionskosten, wobei jedoch große Fertigungsmengen an Vakuumschaltröhren in einem automatisierten oder halbautomatisierten Prozess in der Anlage hergestellt werden können.The entire device for degassing and soldering vacuum interrupters requires low investment costs due to the simple structure, but with large production quantities of vacuum interrupters in one automated or semi-automated process produced in the plant can be.

    Sehr schnelle Aufheiz- und Abkühlzeiten des Lötplatzes in der Glocke sind möglich, da nur eine oder eine sehr geringe Anzahl von Vakuumschaltröhren an einem Lötplatz aufgeheizt und abgekühlt werden müssen.Very fast heating and cooling times of the soldering area in the bell are possible because only one or a very small number of vacuum interrupters must be heated and cooled at a soldering point.

    Die Temperatur und auch der Druck in der Kammer kann sehr genau gemessen und der Fertigungsprozess entsprechend gesteuert werden.The temperature and also the pressure in the chamber can be measured very precisely and the manufacturing process can be controlled accordingly.

    Die erfindungsgemäße Vorrichtung eignet sich insbesondere zum Herstellen von Vakuumschaltröhren für Lasttrennschalter, Vakuumschütze für Mittelspannung und Niederspannung.The device according to the invention is particularly suitable for manufacturing of vacuum interrupters for switch disconnectors, vacuum contactors for medium voltage and low voltage.

    Kurze Beschreibung der ZeichnungenBrief description of the drawings

    Die Erfindung wird nachfolgend anhand von in der Zeichnung schematisch dargestellte Ausführungsbeispielen näher erläutert. Es zeigen:

    Figur 1a, b, c:
    eine Lötvorrichtung mit einem Lötplatz in einer Schnittansicht in geschlossenem, geöffnetem leeren und geöffnetem mit einer Vakuumschaltröhre bestückten Zustand;
    Figur 2:
    eine vormontierte Vakuumschaltröhre im Längsschnitt;
    Figur 3 u. 4:
    eine vertikale Schnittansicht und eine Draufsicht einer Vorrichtung mit in zwei parallelen angeordneten Lötplätzen;
    Figur 5 u. 6:
    im vertikalen Schnitt und Draufsicht eine Vorrichtung mit auf einem Kreisring angeordneten Lötplätzen;
    Figur 7 u. 8:
    einen vertikalen Schnitt durch einen Lötplatz für mehrere Vakuumschaltröhren, sowie die Draufsicht hierauf in schematisierter Form.
    The invention is explained in more detail below on the basis of exemplary embodiments schematically illustrated in the drawing. Show it:
    Figure 1a, b, c:
    a soldering device with a soldering station in a sectional view in the closed, open, empty and open state equipped with a vacuum interrupter;
    Figure 2:
    a pre-assembled vacuum interrupter in longitudinal section;
    Figure 3 u. 4:
    a vertical sectional view and a plan view of a device with two parallel soldering locations;
    Figure 5 u. 6:
    in vertical section and top view of a device with soldering points arranged on a circular ring;
    Figure 7 u. 8th:
    a vertical section through a soldering station for several vacuum interrupters, as well as the top view of this in a schematic form.

    Bester Weg zur Ausführung der ErfindungBest way to carry out the invention

    Der Aufbau einer Vakuumschaltröhre für Mittelspannung und Niederspannung ist beispielhaft in der Figur 2, wie eingangs erläutert, dargestellt. Zum gleichzeitigen Löten und Entgasen der vormontierten Vakuumschaltröhre und Fertigstellung derselben, ist eine Vorrichtung mit dem prinzipiellen Aufbau nach Figuren 1a, 1b, 1c vorgesehen. Ein Lötplatz 2 für mindestens eine oder eine geringe Anzahl von vormontierten Vakuumschaltröhren 1 ist auf einer Grundplatte 21 aus Edelstahl eingerichtet. Dem Lötplatz 2 ist auf der Grundplatte 21 eine Durchbrechung 27, beispielsweise in Kreisform, zugeordnet. Auf der Oberseite der Grundplatte ist um die Durchbrechung 27 eine ringförmige Nut 28 ausgebildet, in der ein Dichtungsring 22, beispielsweise ein Viton-O-Ring, hochvakuumdicht mit der Grundplatte 21 verbunden angeordnet ist. Auf der Grundplatte 21 und dem Dichtungsring 22 ist die Glocke 20 aus Quarzglas aufgesetzt. Auf der Unterseite der Grundplatte 21 ist der Saugstutzen 24 hochvakuumdicht an der Ausnehmung 27 angeschlossen, der mit einer hier nicht näher dargestellten Ultrahochvakuumpumpanlage verbunden ist. Im Kopfbereich der Glocke 20 ist eine hochvakuumdichte Durchführung 23 für Thermoelemente T1, T2, T3 oder auch mehr zum Erfassen der Temperaturen innerhalb der Glasglocke während des Fertigungsprozesses an verschiedenen Bereichen vorgesehen. Für die Halterung der zu verlötenden und entgasenden, vormontierten Vakuumschaltröhre 1 ist auf der Grundplatte bevorzugt im Bereich der Durchbrechung 27 eine Aufnahmeplatte 25 bevorzugt eine gitterförmige Aufnahmeplatte 25 oder eine Lochplatte angebracht. An der Aufnahmeplatte 25 ist ein Auflageständer 29 für die Vakuumschaltröhre befestigt. Die vormontierte Vakuumschaltröhre kann in einer Lötlehre gehaltert sein, mit der sie an dem Lötplatz in der Aufnahmeplatte bzw. dem Aufnahmeständer durch Einstecken selbstzentrierend in der Schaltachse X der Vakuumschaltröhre gehaltert ist. Die Aufnahmeplatte 25 ist gitterförmig ausgebildet, um zwischen der Glocke 20 und dem Saugstutzen 24 eine Verbindung mit einem hohen Strömungsleitwert zu ermöglichen. Die Druckmesselemente P 1 und P2 sind in die Glocke 20 bzw. Saugleitung 24 eingebaut, um den Druck während des Fertigungsprozesses zu erfassen und das nötige Hochvakuum über die Pumpanlage sicherzustellen.The construction of a vacuum interrupter for medium voltage and low voltage is shown by way of example in FIG. 2, as explained at the beginning. For simultaneous Soldering and degassing the pre-assembled vacuum interrupter and completion the same, is a device with the basic structure according to Figures 1a, 1b, 1c provided. A soldering spot 2 for at least one or one small number of pre-assembled vacuum interrupters 1 is on a base plate 21 made of stainless steel. The soldering point 2 is on the base plate 21 an opening 27, for example in the form of a circle, is assigned. On the The top of the base plate is an annular groove around the opening 27 28 formed in which a sealing ring 22, for example a Viton O-ring, is arranged in a vacuum-tight manner connected to the base plate 21. On the Base plate 21 and the sealing ring 22 is the bell 20 made of quartz glass put on. The suction nozzle 24 is on the underside of the base plate 21 connected to the recess 27 in a highly vacuum-tight manner, with one here Ultra high vacuum pump system, not shown, is connected. in the Head area of the bell 20 is a high vacuum-tight bushing 23 for Thermocouples T1, T2, T3 or more to record the temperatures inside the bell jar during the manufacturing process Areas provided. For holding the soldered and degassing, Pre-assembled vacuum interrupter 1 is preferably on the base plate in Area of the opening 27 a receiving plate 25 preferably a lattice-shaped Mounting plate 25 or a perforated plate attached. On the mounting plate 25, a support stand 29 for the vacuum interrupter is attached. The pre-assembled vacuum interrupter can be held in a soldering jig with the them at the soldering point in the mounting plate or the mounting stand Insert self-centering in the switching axis X of the vacuum interrupter is supported. The receiving plate 25 is lattice-shaped to between the bell 20 and the suction port 24 connect with a high To allow flow conductance. The pressure measuring elements are P 1 and P2 built into the bell 20 or suction line 24 to the pressure during the Manufacturing process and record the necessary high vacuum over the Ensure pump system.

    Zum Erreichen einer sehr schnellen und ausreichenden Löttemperatur ist die Erregerspule 3 vorgesehen, die die Glocke 20 ringförmig quer zur in der Schaltachse X senkrecht gelagerten Vakuumschaltröhre 1 außenseitig umgibt. Die Erregerspule 3 wird mit mittel- oder hochfrequenter Energie betrieben, hierzu ist ein Mittelfrequenzgenerator oder Hochfrequenzgenerator vorgesehen, der nicht näher dargestellt ist. Um ein homogenes Aufheizen und eine homogene Temperatur der zu verlötenden Vakuumschaltröhre 1, die sich innerhalb des Lötplatzes 2 befindet, zu erreichen, ist zwischen der Erregerspule 3 und der Vakuumschaltröhre 1 ein Susceptor 4 innerhalb der Glocke 20 platziert. Der Susceptor 4 hat die zylindrische Form eines Rohrstückes und ist auf Isolierstützen 40 beabstandet, auf der Oberseite der Grundplatte 21 angeordnet. Die Länge des Susceptors 4 ist so bemessen, dass er die zu verlötenden Bereiche der Vakuumschaltröhre 1 außenseitig überdeckt. Der Susceptor kann bestehen aus einem Material , das sehr leicht magnetische Feldlinien absorbiert und somit sehr schnell magnetische Energie absorbieren kann, beispielsweise aus weichmagnetischen Werkstoffen wie Eisen und Eisenlegierungen. Durch Einsatz der mittel- oder hochfrequenten Energie über die Erregerspule 3 kann die zu lötende Vakuumschaltröhre sehr rasch auf die gewünschte Löttemperatur erhitzt werden.To achieve a very fast and sufficient soldering temperature is the Excitation coil 3 is provided, the bell 20 in a ring transverse to the in Switch axis X vertically mounted vacuum interrupter 1 surrounds the outside. The excitation coil 3 is operated with medium or high frequency energy, a medium frequency generator or high frequency generator is provided for this purpose, which is not shown in detail. For a homogeneous heating and a homogeneous temperature of the vacuum interrupter 1 to be soldered, which is within of the soldering spot 2 is to be reached is between the excitation coil 3 and the vacuum interrupter 1, a susceptor 4 is placed inside the bell 20. The Susceptor 4 has the cylindrical shape of a pipe section and is on Insulating supports 40 spaced apart, arranged on the top of the base plate 21. The length of the susceptor 4 is such that it is the one to be soldered Areas of the vacuum interrupter 1 covered on the outside. The susceptor can be made of a material that is very easily magnetic field lines absorbed and thus can absorb magnetic energy very quickly, for example made of soft magnetic materials such as iron and iron alloys. By using the medium or high frequency energy via the excitation coil 3, the vacuum interrupter to be soldered can be quickly adjusted to the desired one Soldering temperature to be heated.

    Der Fertigungsprozess kann wie folgt ablaufen:The manufacturing process can proceed as follows:

    Die Glocke 20 ist in Pfeilrichtung Pf1 abgehoben, siehe Figur 1b, die vormontierte Vakuumschaltröhre 1, vormontiert in einer Lötlehre, wird von ihrem Warteplatz in die Aufnahmeplatte 25 des Lötplatzes eingesteckt, siehe Figur 1c, die Glocke 20 wird auf die Grundplatte wieder aufgesetzt, siehe Figur 1a, danach erfolgt das Evakuieren der Glocke 20 über die durch den Saugstutzen 24 angeschlossene Pumpanlage bis auf einen Wert kleiner als 2 x 10-7 mbar. Danach erfolgt das Aufheizen der Vakuumschaltröhre 1 durch Beaufschlagung der Erregerspule 3 mit mittelfrequenter Energie, wobei die Leistung der Spule je nach zu lötendem Objekt zwischen 1,2 kW bis 30 kW liegen kann, die Frequenzen zwischen 3,5 kHz und 1 MHz bevorzugt. Mittels der Thermoelemente T1, T2, T3 ... bis Tn wird die Temperatur innerhalb der Glocke 20 und an der Vakuumschaltröhre 1 erfasst und die Aufheizzeit bis zur Löttemperatur, der Lötvorgang und das nachfolgende Abkühlen mittels einer nicht dargestellten Prozesssteuerung gesteuert. Die erforderlichen Temperaturen zum Löten der Vakuumschaltröhre liegen zwischen 700°C und 960°C. Nach dem Löten und schon während des Abkühlens wird die Glocke 20 mit sehr reinem und trockenem Stickstoff geflutet bis zum Atmosphärendruck und wieder in Pfeilrichtung Pf1 abgehoben und die entgaste und gelötete Vakuumschaltröhre 1 entnommen und eine neue vormontierte Vakuumschaltröhre mit Lötlehre wieder eingesetzt.The bell 20 is lifted in the direction of the arrow Pf1, see FIG. 1b, the preassembled vacuum interrupter 1, preassembled in a soldering jig, is inserted from its waiting place into the receiving plate 25 of the soldering place, see FIG. 1c, the bell 20 is placed on the base plate again, see Figure 1a, then the bell 20 is evacuated via the pump system connected by the suction port 24 to a value less than 2 x 10 -7 mbar. The vacuum interrupter 1 is then heated by applying medium-frequency energy to the excitation coil 3, the power of the coil depending on the object to be soldered being between 1.2 kW and 30 kW, the frequencies between 3.5 kHz and 1 MHz being preferred. The temperature inside the bell 20 and on the vacuum interrupter 1 is detected by means of the thermocouples T1, T2, T3 ... to Tn and the heating up to the soldering temperature, the soldering process and the subsequent cooling are controlled by means of a process control (not shown). The temperatures required for soldering the vacuum interrupter are between 700 ° C and 960 ° C. After soldering and already during cooling, the bell 20 is flooded with very pure and dry nitrogen to atmospheric pressure and lifted again in the direction of arrow Pf1 and the degassed and soldered vacuum interrupter 1 is removed and a new preassembled vacuum interrupter with soldering gauge is inserted again.

    Für den Fall, dass kleinere Vakuumschaltröhren 1 zu entgasen und zu löten sind, ist es auch möglich an einem Lötplatz 2, wie in der Figur 7 und 8 dargestellt, beispielsweise 3 vormontierte Vakuumschaltröhren 1 in die Aufnahmeplatte 25 einzusetzen und wie bei Figur 1 beschrieben, den Entgasungs- und Verlötungsprozess durchzuführen.In the event that smaller vacuum interrupters 1 degas and solder are, it is also possible at a soldering site 2, as shown in FIGS. 7 and 8, For example, 3 pre-assembled vacuum interrupters 1 in the mounting plate 25 use and as described in Figure 1, the degassing and To carry out the soldering process.

    Vorteilhaft kann jedoch die erfindungsgemäße Ausbildung eines Lötplatzes für eine Vakuumschaltröhre vervielfältige werden, wobei beispielsweise eine Mehrzahl von Lötplätzen auf einer Grundplatte 21, wie beispielsweise in der Figur 3 und 4 schematisch dargestellt, ausgebildet werden. Beispielsweise können die Lötplätze 2 in zwei zueinander parallelen Reihen auf einer Grundplatte 21 angeordnet sein, wobei jeder Lötplatz eine Durchbrechung 27 aufweist, auf der Oberseite der Grundplatte 21 mit einem Susceptor 4 und einer Glocke 20 mit Thermoelementen ausgerüstet ist und auf der Unterseite der Grundplatte 21 der Saugstutzen 24 für die Verbindung zur Hochvakuumpumpanlage vorgesehen ist. Alle Saugstutzen 24 jedes Lötplatzes 2 sind mit einem Hochvakuumventil 26 zum Koppeln und/oder Trennen der Glocke 20 mit der Hochvakuumpumpe ausgerüstet, die Saugstutzen werden über eine weitere Verbindungsseite 24a mit der Hochvakuumpumpanlage verbunden. Für die Erwärmung des Lötplatzes bzw. der Vakuumschaltröhre ist der Generator 5 mit der Erregerspule 3 auf einer zwischen den beiden Reihen von Lötplätzen parallel angeordneten Schiene 6 verfahrbar in Pfeilrichtung Pf3 angeordnet. Des weiteren ist der Generator 5 mit der Erregerspule 3 auf der Schiene 6 um seine vertikale Achse in Pfeilrichtung Pf4 drehbar angeordnet, so dass der Generator 5 mit Erregerspule 3 wahllos und/oder nacheinander jeden Lötplatz jeder Reihe anfahren kann durch Bewegung in Pfeilrichtung Pf3 bzw. Pf4.However, the formation of a soldering site according to the invention can be advantageous reproduce a vacuum interrupter, for example one A plurality of soldering sites on a base plate 21, such as in the Figures 3 and 4 shown schematically, are formed. For example can the soldering pads 2 in two parallel rows on a base plate 21 can be arranged, each soldering point having an opening 27, on the top of the base plate 21 with a susceptor 4 and one Bell 20 is equipped with thermocouples and on the underside of the Base plate 21 of the suction nozzle 24 for the connection to the high vacuum pump system is provided. All suction ports 24 of each soldering place 2 are with a high vacuum valve 26 for coupling and / or separating the bell 20 equipped with the high vacuum pump, the suction ports are via a further connection side 24a connected to the high vacuum pump system. The generator is for heating the soldering area or the vacuum interrupter 5 with the excitation coil 3 on one between the two rows of soldering sites parallel arranged rail 6 arranged in the direction of arrow Pf3. Furthermore, the generator 5 with the excitation coil 3 is on the Rail 6 is arranged to be rotatable about its vertical axis in the direction of arrow Pf4, so that the generator 5 with excitation coil 3 indiscriminately and / or in succession Approach every soldering spot in every row by moving in the direction of arrow Pf3 or Pf4.

    Der Fertigungsprozess erfolgt in der Weise, dass bei abgehobener Glocke 20 sowohl die Be- als auch Entladung des Lötplatzes 2 mit der Vakuumschaltröhre 1 vorgenommen wird als auch die Erregerspule 3 in die Position gefahren wird oder aus der Position entfernt wird, und nach dem Beladen und in Position bringen der Erregerspule die Glocke 20 wieder auf den Lötplatz 2 aufgesetzt wird. Für die Positionierung der Erregerspule 3 ist des weiteren eine Hubvorrichtung vorgesehen, um den Generator mit Erregerspule in Pfeilrichtung Pf5 zu bewegen. Mit der in der Figur 3 und 4 dargestellten Vorrichtung können nacheinander und/oder wahllos die einzelnen Lötplätze 2 aktiviert werden, wobei eine große Flexibilität beim Chargieren, Löten, Dechargieren und Abkühlen der zu lötenden Vakuumschaltröhren ermöglicht ist. Durch Ausbildung der fahrbaren und bewegbaren Erregerspule 3 wird der Vorteil erreicht, dass die Gesamtinvestitionen in bezug auf die Vakuumanlagen und den mittelfrequenten oder hochfrequenten Generator klein gehalten werden kann. Darüber hinaus benötigt die Anlage mit mehren Lötplätzen nur einen einzigen Ultrahochvakuumpumpanlage, um die einzelnen Glocken 20 jeweils nacheinander und/oder wahllos zu evakuieren. Hierfür ist nur ein Hochvakuumventil 26 zwischen jeder Glocke und der Pumpanlage erforderlich, so dass jede Glocke mit Inhalt autark benutzbar wird.
    Eine andere Möglichkeit zur Erhöhung der Fertigungskapazität zeigt die in den Figuren 5 und 6 schematisch dargestellte Anlage, bei der die Lötplätze 2 mit Glasglocken 20 auf einer scheibenförmigen Grundplatte 21 im Kreisring angeordnet und ausgebildet sind. Die Anlage ist analog zu der in den Figuren 3 und 4 erläuterten Anlage aufgebaut, wobei hier der Generator 5 in der Mitte der Grundplatte angeordnet ist und sowohl in Pfeilrichtung Pf4 drehbar jeweils um vorprogrammierbare Winkelstellung der Spule bewegbar ist und darüber hinaus auch eine Hubbewegung in Pfeilrichtung Pf5 ausführen kann.    The manufacturing process takes place in such a way that when the bell 20 is lifted off, both the loading and unloading of the soldering area 2 is carried out with the vacuum interrupter 1 and the excitation coil 3 is moved into position or is removed from the position, and after loading and position the excitation coil, the bell 20 is placed on the soldering pad 2. A lifting device is also provided for positioning the excitation coil 3 in order to move the generator with the excitation coil in the direction of arrow Pf5. With the device shown in FIGS. 3 and 4, the individual soldering locations 2 can be activated one after the other and / or indiscriminately, with great flexibility in charging, soldering, decharging and cooling the vacuum interrupters to be soldered. By designing the mobile and movable excitation coil 3, the advantage is achieved that the total investment in relation to the vacuum systems and the medium-frequency or high-frequency generator can be kept small. In addition, the system with multiple soldering stations only requires a single ultra-high vacuum pump system in order to evacuate the individual bells 20 one after the other and / or indiscriminately. This only requires a high vacuum valve 26 between each bell and the pump system, so that each bell with its contents can be used independently.
    Another possibility for increasing the production capacity is shown by the system shown schematically in FIGS. 5 and 6, in which the soldering locations 2 with glass bells 20 are arranged and formed on a disk-shaped base plate 21 in a circular ring. The system is constructed analogously to the system explained in FIGS. 3 and 4, in which case the generator 5 is arranged in the center of the base plate and can be rotated in the arrow direction Pf4 in each case by a pre-programmable angular position of the coil and, moreover, a stroke movement in the direction of the arrow Pf5 can perform.

    Bei Ausbildung der Anlage mit mehreren Lötplätzen können die Aufheiz-, Abkühl- und Chargierzeiten der Lötplätze so gewählt werden, dass ein automatischer Fertigungsprozess der Lötplätze nacheinander ablaufen kann, wodurch ein kontinuierlicher und flexibler Fertigungsprozess ermöglicht wird. Zumindest die Prozessschritte des Evakuierens und Aufheizens können über die Druckund Temperaturerfassung der Lötplätze über PC und/oder SPS-Steuerung gesteuert und automatisiert werden. Darüber hinaus ist auch das Chargieren, d.h. das Be- und Entladen mit den vormontierten Vakuumschaltröhren einschließlich des Öffnens und Schließens der Lötplätze durch An- und Abheben der Glocken beispielsweise mittels Robotern automatisierbar. Die Qualität der verlöteten und entgasten Vakuumschaltröhren kann gesteigert werden und die Fertigungskosten gesenkt werden.If the system is designed with several soldering points, the heating, cooling and charging times of the soldering sites are selected so that an automatic Manufacturing process of the soldering joints can run one after the other, whereby a continuous and flexible manufacturing process is made possible. At least the process steps of evacuation and heating can be done via the pressure and Temperature detection of the soldering points via PC and / or PLC control be controlled and automated. In addition, charging is also i.e. loading and unloading with the pre-assembled vacuum interrupters included opening and closing the soldering areas by lifting and lifting the bells can be automated using robots, for example. The quality of the soldered and degassed vacuum interrupters can be increased and the Manufacturing costs can be reduced.

    Die erfindungsgemäße Ausbildung eines Lötplatzes und einer Vorrichtung mit Lötplätzen zum Entgasen und Verlöten von Vakuumschaltröhren in einem Durchgang kann in vielfältiger Weise variiert werden. Beispielsweise kann ein zentrales, ölfreies Vorvakuumsystem in Verbindung mit einem zentralen Hochoder Ultrahochvakuumsystem als Pumpanlage vorgesehen werden. In diesem Fall wird jede Glocke eines Lötplatzes über Ventile mit der Pumpanlage verbunden. Natürlich sind auch dezentrale Ultrahochvakuumpumpanlagen möglich. Das erfindungsgemäß vorgesehene Baukastensystem ermöglicht in einfacher Weise die Fertigungskapazität zu erhöhen, indem entsprechend viele Lötplätze auf einer Grundplatte oder mehrere Grundplatten mit mehreren Lötplätzen vorgesehen sind, wobei eine gemeinsame Ultrahoch-Vakuumpumpenlage vorsehbar ist und gegebenenfalls eine Mehrzahl von Generatoren mit Erregerspule für die einzelnen Grundplatten mit mehreren Lötplätzen.The inventive design of a soldering station and a device with Soldering points for degassing and soldering vacuum interrupters in one Passage can be varied in many ways. For example, a Central, oil-free forevacuum system in connection with a central high or Ultra high vacuum system can be provided as a pump system. In this In this case, each bell of a soldering station is connected to the pump system via valves. Decentralized ultra-high vacuum pump systems are of course also possible. The modular system provided according to the invention enables in a simpler manner Way to increase manufacturing capacity by adding as many Soldering places on one base plate or several base plates with several soldering places are provided, with a common ultra-high vacuum pump position is foreseeable and possibly a plurality of generators Excitation coil for the individual base plates with several soldering locations.

    Claims (19)

    Vorrichtung zum Entgasen und Verlöten von vormontierten Vakuumschaltröhren in einem einzigen Lötvorgang, umfassend eine Grundplatte (21) mit mindestens einem Lötplatz (2) mit einer Durchbrechung (27) der Grundplatte für den Anschluss einer Saugpumpe und einer die Durchbrechung (27) überdeckenden auf die Grundplatte aufsetzbaren und abhebbaren Glocke (20), mit einer die Glocke (20) außenseitig umgebenden mit mittel- oder hochfrequenter Energie beaufschlagbare Erregerspule (3), mit einem Mittel- oder Hochfrequenzgenerator für die Erregerspule, und einem innerhalb der Glocke (20) angeordneten, als zylindrisches Rohrstück für die Aufnahme mindestens einer vormontierten Vakuumschaltröhre ausgebildeten Susceptor (4).Device for degassing and soldering pre-assembled vacuum interrupters in a single soldering process, comprising a base plate (21) with at least one soldering site (2) with an opening (27) in the Base plate for connecting a suction pump and the opening (27) covering and attachable to the base plate and removable Bell (20), with one surrounding the bell (20) on the outside excitation coil to which medium or high-frequency energy can be applied (3), with a medium or high frequency generator for the excitation coil, and one arranged inside the bell (20) as a cylindrical one Pipe section for receiving at least one pre-assembled vacuum interrupter trained susceptor (4). Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass auf der Grundplatte (21) oberhalb der Durchbrechung (27) bzw. in der Durchbrechung (27) eine gitterartige Aufnahmeplatte (25) oder Lochplatte zum Einsetzen der mindestens einen zu verlötenden vormontierten Vakuumschaltröhre (1) vorgesehen ist.Device according to claim 1, characterized in that a grid-like receiving plate (25) or perforated plate is provided on the base plate (21) above the opening (27) or in the opening (27) for inserting the at least one preassembled vacuum interrupter (1) to be soldered is. Vorrichtung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass auf der Oberseite der Grundplatte (21) eine die Durchbrechung (27) umgebende Ringnut (28) ausgebildet ist, in der ein Dichtungsring (22) hochvakuumdicht mit der Grundplatte (21) verbunden angeordnet ist.Device according to claim 1 or 2, characterized in that an annular groove (28) surrounding the opening (27) is formed on the upper side of the base plate (21), in which a sealing ring (22) is arranged in a highly vacuum-tight manner connected to the base plate (21) . Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass im Kopfbereich der Glocke (20) Thermoelemente (T1, T2, ... Tn) mittels einer hochvakuumdichten Durchführung (23) angeordnet sind.Device according to one of Claims 1 to 3, characterized in that thermocouples (T1, T2, ... Tn) are arranged in the head region of the bell (20) by means of a high-vacuum-tight bushing (23). Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass auf der Unterseite der Grundplatte (21) an die Durchbrechung (27) ein Saugstutzen (24) hochvakuumdicht angeschlossen ist, der mit der Saugpumpe verbindbar ist.Device according to one of claims 1 to 4, characterized in that a suction nozzle (24) is connected to the opening (27) on the underside of the base plate (21) in a highly vacuum-tight manner and can be connected to the suction pump. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass Druckmesselemente (P1, P2) für den Innenraum der Glocke (20) und für die Verbindungsleitung zu der Saugpumpe vorgesehen sind.Device according to one of claims 1 to 5, characterized in that pressure measuring elements (P1, P2) are provided for the interior of the bell (20) and for the connecting line to the suction pump. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass der Susceptor (4) im unteren Bereich des verwendeten Frequenzspektrums aus einem weichmagnetischen Werkstoff, wie Eisen und Eisenlegierungen und/oder im höheren Bereich des verwendeten Frequenzspektrums aus hochschmelzenden Metallen und Legierungen wie Mo, W, Ta, Edelstähle und Superlegierungen aufgebaut ist.Device according to one of claims 1 to 6, characterized in that the susceptor (4) in the lower region of the frequency spectrum used made of a soft magnetic material such as iron and iron alloys and / or in the higher region of the frequency spectrum used made of refractory metals and alloys such as Mo, W, Ta, stainless steels and super alloys. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, dass der Susceptor (4) auf an der Grundplatte 21 befestigter Isolierstütze (40) beabstandet von der Grundplatte (21) angeordnet ist.Device according to one of claims 1 to 7, characterized in that the susceptor (4) is arranged on an insulating support (40) attached to the base plate 21 and spaced apart from the base plate (21). Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, dass die Erregerspule (3) die Glocke (29) ringförmig umgibt und etwa mittig in bezug auf den Susceptor (4) angeordnet ist.Device according to one of claims 1 to 8, characterized in that the excitation coil (3) surrounds the bell (29) in a ring and is arranged approximately in the center with respect to the susceptor (4). Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 9, dadurch gekennzeichnet, dass die Erregerspule eine Leistung von 1,2 bis 30 kW bei einer Frequenz zwischen 3,5 kHz und 1 MHz aufweist.Device according to one of claims 1 to 9, characterized in that the excitation coil has a power of 1.2 to 30 kW at a frequency between 3.5 kHz and 1 MHz. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 10, dadurch gekennzeichnet, dass die Glocke (20) aus Quarzglas gefertigt ist.Device according to one of claims 1 to 10, characterized in that the bell (20) is made of quartz glass. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 11, dadurch gekennzeichnet, dass die Glocke (20) mittels einer Hubvorrichtung bewegbar ist. Device according to one of claims 1 to 11, characterized in that the bell (20) is movable by means of a lifting device. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 12, dadurch gekennzeichnet, dass die Erregerspule bewegbar angeordnet ist.Device according to one of claims 1 to 12, characterized in that the excitation coil is movably arranged. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 13, dadurch gekennzeichnet, dass bei Ausbildung der Grundplatte (21) mit mehr als einem Lötplatz (2) eine einzige Erregerspule (3) vorgesehen ist, die nacheinander und/oder wahllos zu den einzelnen Lötplätzen bewegbar ist.Device according to one of claims 1 to 13, characterized in that if the base plate (21) is formed with more than one soldering station (2), a single excitation coil (3) is provided which can be moved successively and / or indiscriminately to the individual soldering stations. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 14, dadurch gekennzeichnet, dass bei Ausbildung der Grundplatte (21) mit mehr als einem Lötplatz (2) eine Saugpumpe vorgesehen ist, die über eine Saugleitung und Saugstutzen an alle Lötplätze (2) anschließbar ist, wobei jeder zu einem Lötplatz (2) führende Saugstutzen (24) mit einem Hochvakuumventil (26) ausgerüstet ist.Device according to one of claims 1 to 14, characterized in that if the base plate (21) is formed with more than one soldering station (2), a suction pump is provided which can be connected to all soldering stations (2) via a suction line and suction nozzle, each suction nozzle (24) leading to a soldering site (2) is equipped with a high vacuum valve (26). Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 15, dadurch gekennzeichnet, dass eine Grundplatte (21) mit in zwei zueinander parallelen Reihen angeordneten Lötplätzen (2) mit Durchbrechung, Glocke und Susceptor vorgesehen ist, und eine Erregerspule (3) mit Generator zwischen den Reihen auf einer Schiene parallel zu den Reihen verlaufend hin und her fahrbar angeordnet ist und eine senkrechte Hubbewegung ausführen kann.Device according to one of claims 1 to 15, characterized in that a base plate (21) is provided with soldering sites (2) arranged in two mutually parallel rows with an opening, bell and susceptor, and an excitation coil (3) with a generator between the rows a rail running parallel to the rows back and forth is movable and can perform a vertical lifting movement. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 15, dadurch gekennzeichnet, dass eine Grundplatte (21) in Form einer Scheibe mit auf einem Kreisring angeordneten Lötplätzen (2) mit Durchbrechungen (27) der Grundplatte, Glocke (20) und Susceptor (4) vorgesehen sind und die Erregerspule mit Generator in der Mitte der Scheibe drehbar angeordnet ist und eine senkrechte Hubbewegung ausführen kann. Device according to one of claims 1 to 15, characterized in that a base plate (21) in the form of a disk with soldering sites (2) arranged on a circular ring with openings (27) in the base plate, bell (20) and susceptor (4) are provided and the excitation coil with generator is rotatably arranged in the middle of the disk and can perform a vertical lifting movement. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 17, dadurch gekennzeichnet, dass eine Lötlehre für die Aufnahme und Halterung der vormontierten Vakuumschaltröhre vorgesehen ist, die in die Aufnahmeplatte (25) des Lötplatzes (2) einsetzbar ist.Device according to one of claims 1 to 17, characterized in that a soldering gauge is provided for receiving and holding the preassembled vacuum interrupter, which can be inserted into the receiving plate (25) of the soldering station (2). Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 18, dadurch gekennzeichnet, dass eine Steuerungseinrichtung für die automatische Durchführung der Prozessschritte des Bestückens der Lötplätze, evakuieren, aufheizen, und steuern der Vakuumkammern in Abhängigkeit von Temperatur und Druck bis zur Entnahme über PC und/oder SPS-Steuerung vorgesehen ist.Device according to one of claims 1 to 18, characterized in that a control device for the automatic execution of the process steps of equipping the soldering areas, evacuate, heat up, and control the vacuum chambers depending on temperature and pressure until removal via PC and / or PLC Control is provided.
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