EP4728545A1 - Verfahren zum herstellen einer vakuumschaltröhre - Google Patents

Abstract

Die vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren zum Fügen von Gehäusebauteilen im Rahmen der Herstellung einer Vakuumschaltröhre, wobei die Gehäusebauteile mit einer einen Bauraum umgreifenden Wandung (22) ausgebildet sind, und wobei das Verfahren wenigstens die folgenden Verfahrensschritte umfasst: i) Koaxiales Ausrichten wenigstens zweier Gehäusebauteile; ii) In-Kontaktbringen von Fügestellen (20) der Wandungen (22) der Gehäusebauteile; iii) Teilweises, räumlich begrenztes Fügen der Gehäusebauteile, und iv) Vollständiges Fügen der Gehäusebauteile, wobei v) Zwischen den Verfahrensschritten iii) und iv) wenigstens ein weiterer Arbeitsschritt erfolgt.

Description

Beschreibung

Verfahren zum Herstellen einer Vakuumschaltröhre

Die vorliegende Erfindung betri f ft ein Verfahren zum Herstellen einer Vakuumschaltröhre . Die vorliegende Erfindung betri f ft ferner eine durch ein entsprechendes Verfahren erzeugte Vakuumschaltröhre und ferner ein Halbzeug zum Herstellen einer Vakuumschaltröhre .

Im Rahmen der Herstellung einer Vakuumschaltröhre müssen oftmals verschiedene Gehäusekomponenten und Bauteile miteinander vakuumdicht verbunden werden . Dabei müssen insbesondere Metalle und Keramikmaterialien an sich oder auch untereinander verbunden werden .

Metall- und Keramikkomponenten lassen sich j edoch technologisch schwer miteinander gasdicht beziehungsweise vakuumdicht verbinden, was etwa mit Oberflächenenergien und Benetzungs fähigkeiten in Zusammenhang steht . Um entsprechende Verbindungen aus derartigen Materialien zu ermöglichen, werden oftmals Zwischenschichten aus aktiven und passiven Loten verwendet bzw . die Keramiken metallisch beschichtet . Zudem müssen ebenfalls die Paarungen der unterschiedlichen Materialkombination untereinander mit Lot Zwischenschichten beachtet werden, um Einflüsse thermischer Spannungen im nachfolgenden Prozess bzw . während der Lötung zu minimieren . Ein exaktes Ausrichten ist hier j edoch meist schwierig .

Andere Lösungen auf Basis Kohlenstof f sowie organischen und anorganischen Verbindungen kontaminieren gegebenenfalls den Vakuumprozess bzw . bedürfen erhöhter Prozess zeit etwa durch Aushärten .

Zusätzlich werden übliche Metallisierungen der Keramik in Schichtdickenbereich kleiner 10-20 pm an den Verbundflächen verwendet und erlauben dadurch kein direktes schmel zschweißtechnisches Fügen . Zusätzlich sind häufig eingesetzte Keramiken thermoschockempfindlich .

Zum Fügen der Gehäusebauteile werden die Mehrfachverbünde in der aktuellen Fertigung meist durch aufwendige Vorrichtungen und Gestelle zueinander fixiert und koaxial ausgerichtet . Dies bedingt einen hohen manuellen Aufwand und ist fehleranfällig, was zu Leckagen der Vakuumschaltröhre führen und damit Ausschuss hervorrufen kann . Verschiebungen in der Orientierung der Fügepartner zueinander können den Fluss des Lotes im Vakuumlötprozess beeinflussen und zu Materialanhäufung in Zone für einen kritischen Lichtbogenüberschlag führen und die I solationswirkung der Keramik negativ beeinflussen, sowie die mechanische Funktionsweise be-/ verhindern .

Die Lösungen aus dem Stand der Technik weisen somit noch Verbesserungspotential auf . Insbesondere weisen derartige Lösungen Verbesserungspotential auf hinsichtlich einer sicheren und reproduzierbaren Herstellung von Vakuumschaltröhren, insbesondere hinsichtlich eines Schritts des Verbindens beziehungsweise Fügens von Gehäusebauteilen dieser .

Es ist somit die Aufgabe der vorliegenden Erfindung, die aus dem Stand der Technik bekannten Nachteile zumindest teilweise zu überwinden . Es ist insbesondere die Aufgabe der vorliegenden Erfindung, eine Lösung bereitzustellen, durch welche die Herstellung von Vakuumschaltröhren, insbesondere das Fügen von Gehäusekomponenten, verbessert werden kann .

Die Lösung der Aufgabe erfolgt erfindungsgemäß zumindest zum Teil durch ein Verfahren mit den Merkmalen des Anspruchs 1 . Die Lösung der Aufgabe erfolgt erfindungsgemäß ferner zumindest zum Teil durch eine Vakuumschaltröhre mit den Merkmalen des Anspruch 9 , wie durch eine Halbzeug mit den Merkmalen des Anspruchs 10 . Bevorzugte Ausgestaltungen der Erfindung sind in den Unteransprüchen, in der Beschreibung oder der Figur beschrieben, wobei weitere in den Unteransprüchen oder in der Beschreibung oder der Figur beschriebene oder gezeigte Merkmale einzeln oder in einer beliebigen Kombination einen Gegenstand der Erfindung darstellen können, wenn sich aus dem Kontext nicht eindeutig das Gegenteil ergibt .

Beschrieben wird ein Verfahren zum Fügen von Gehäusebauteilen im Rahmen der Herstellung einer Vakuumschaltröhre , wobei die Gehäusebauteile mit einer einen Bauraum umgrei fenden Wandung ausgebildet sind, und wobei das Verfahren wenigstens die folgenden Verfahrensschritte umfasst : i ) Koaxiales Ausrichten wenigstens zweier Gehäusebauteile ; ii ) In-Kontaktbringen von Fügestellen der Wandungen der Gehäusebauteile ; iii ) Teilweises , räumlich begrenztes Fügen der Gehäusebauteile , und iv) Vollständiges Fügen der Gehäusebauteile , wobei v) Zwischen den Verfahrensschritten iii ) und iv) wenigstens ein weiterer Arbeitsschritt erfolgt .

Ein derartiges Verfahren ermöglicht eine verbesserte Herstellung von Vakuumschaltröhren und erlaubt ferner eine verbesserte Qualität entsprechend hergestellter Vakuumschaltröhren .

Im Detail dient das hier beschriebene Verfahren dazu, Vakuumschaltröhren zu erzeugen . Insbesondere können eine Mehrzahl an Gehäusebauteilen miteinander verbunden beziehungsweise gefügt werden, um das Gehäuse einer Vakuumschaltröhre zu erzeugen . Derartige Vakuumschaltröhren können insbesondere Bestandteil von Schaltanlagen, wie etwa von Mittel- oder Hochspannungsschaltanlagen, sein, welche mit einem Vakuum im Innenraum arbeiten .

Die Gehäusebauteile sind dabei mit einer einen Bauraum umgrei fenden Wandung ausgebildet . Beispielsweise sind die Gehäusebauteile tubular ausgestaltet . In dem Innenraum beziehungsweise in dem Bauraum können bei der erzeugten Vakuumschaltröhre beispielsweise die entsprechenden Kontakte eines Schaltgeräts ausgebildet werden .

Um die Vakuumschaltröhre beziehungsweise das Gehäuse dieser zu erzeugen, werden die Gehäusebauteile zueinander gemäß Verfahrensschritt i ) koaxial angeordnet . Bei einer koaxialen Anordnung der zu fügenden Gehäusebauteile werden entsprechend die Fügestellen der zu fügenden Gehäusebauteile benachbart zueinander ausgerichtet . Die Fügestellen sind dabei insbesondere die Stirnseiten der Wandungen, welche gefügt werden sollen . Dadurch kann eine gasdichte und vakuumdichte Verbindung erzeugt werden beziehungsweise kann aus den Gehäusebauteilen ein gefügtes Gehäuse für eine Vakuumschaltröhre erzeugt werden, welches unter den Arbeitsbedingungen der Vakuumschaltröhre gas- und vakuumdicht ist .

Gemäß Verfahrensschritt ii ) erfolgt entsprechend ein In- Kontaktbringen der Fügestellen der Wandungen der Gehäusebauteile und damit ein In-Kontaktbringen der benachbarten Stirnseiten der Gehäusebauteile .

In dieser Position erfolgt gemäß Verfahrensschritt iii ) ein teilweises , räumlich begrenztes Fügen der Gehäusebauteile und damit ein teilweises , räumlich begrenztes Fügen der Fügestellen . Somit werden in diesem Verfahrensschritt in Abkehr zu den Lösungen aus dem Stand der Technik gerade nicht unmittelbar die Fügepositionen der j eweiligen Gehäusebauteile vollständig gefügt beziehungsweise miteinander verbunden, sondern die Fügepositionen werden nur räumlich begrenzt , also an definierten Punkten beziehungsweise Bereichen miteinander verbunden . In diesem Verfahrensstand liegt somit noch keine gasdichte Verbindung der Gehäusebauteile vor, sondern der Verfahrensschritt iii ) erzeugt lediglich eine Vorf ixierung . Die abschließende vollständige Fixierung und damit das finale Fügen erfolgt erfindungsgemäß gemäß Verfahrensschritt iv) , nämlich ein vollständiges und insbesondere entlang der gesamten Fügestellen erfolgendes Fügen der Gehäusebauteile . Nach diesem Verfahrensschritt ist die Verbindung der Gehäusebauteile somit derart ausgebildet , dass diese den Betriebsbedingungen, also insbesondere einem definierten Vakuum, der schließlich erzeugten Vakuumschaltröhre gasdicht und vakuumdicht standhalten .

Erfindungsgemäß erfolgt zwischen den Verfahrensschritten iii ) und iv) wenigstens ein weiterer Arbeitsschritt . Entsprechend dient die in Verfahrensschritt iii ) erzeugte Vorfixierung insbesondere dem, dass der zwischen den Verfahrensschritten iii ) und iv) durchgeführte Verfahrensschritt problemlos und ohne ungewünschte Relativbewegung der teilgefügten Gehäusebauteile zueinander durchführbar ist .

Insbesondere ist dieser Verfahrensschritt ein Transportschritt beziehungsweise ein Transportieren oder ein anderer Handhabungsschritt , der aufgrund der Vorfixierung problemlos durchführbar ist . Grundsätzlich kann dieser Verfahrensschritt j edoch auch schlicht ein Lagern für einen begrenzte Zeitraum umfassen .

Die vorliegende Erfindung löst somit das Problem, wonach die unterschiedlichen Fügepartner, also die Gehäusebauteile , miteinander temporär bzw . dauerhaft zueinander zu fixiert werden können, um sie einem nachgelagerten Endfixieren, etwa einem Vakuumlöten bei Temperaturen von beispielhaft > 700 ° C, zuzuführen . Dies ferner bei einer nur geringen Temperaturbelastung der Fügepartner .

Beispielsweise kann die nur räumlich begrenzte Fixierung der Gehäusebauteile aneinander rein punktuell erfolgen, oder auch durch eine begrenzte flächige Verbindung . Ferner kann eine räumlich begrenzte Fixierung bestenfalls ohne Beschädigung des Trägermaterials , aber gegebenenfalls in nicht signi fikanten Grenzen auch mit Beeinflussung des Trägermaterials , erfolgen .

Durch das Verfahren gemäß der Erfindung lassen sich somit zwei oder mehr Fügepartner in einer Anlage einfach zueinander orientieren, genau ausrichten und gegenüber mechanischen Beanspruchungen aus Transport und Fertigung schützen . Die vorliegende Erfindung unterstützt signi fikant die Ausgestaltung in Bezug auf Automatisierung ( „Bottom up" manufacturing) . Denn bislang war es nicht oder nur schwer möglich, beispielsweise Metall-Keramik-Verbunde dauerhaft und reproduzierbar zu Verbinden .

Das erfindungsgemäße Verfahren bietet dabei deutliche Vorteile gegenüber bekannten Lösungen . Denn die bekannten Lösungen basieren auf mechanischen Fixierungen und Ausrichtmethoden der Gehäusebauteile untereinander . Die Fixierungen stellen in einem später nachgelagerten Endfixieren, etwa einem Vakuumlötprozess , zusätzliche Volumina dar, welche erwärmt werden müssen bzw . Störquellen für die Kontamination des Prozesses darstellen können . Zusätzlich sind diese Methoden gemäß Stand der Technik fehlerbehaftet indem beispielsweise die Komponenten beim Transport verrutschen können und schlussendlich die Vakuumschaltröhre eine Leckage bekommt und komplett verworfen werden muss . Andere Verfahren wie die Verwendung Hil fs- / Zwischenmedien/-schichten mit organischen bzw . anorganischen Bestandteile benötigen lange Prozess zeiten, um Aus zuhärten bzw . die Fixierfunktion zu gewährleisten . Noch heraus fordernder ist meist im Vakuumlötprozess mit steigender Temperatur die Auflösung in das Vakuum kontaminierender Bestandteile .

Demgegenüber bietet das erfindungsgemäße Verfahren deutliche Vorteile hinsichtlich einer definierten Vorf ixierung, welche auch bei einem Transport oder einer anderen Handhabung sicher bestehen bleiben kann . Fehler des erzeugten Produkts können so minimiert und entsprechender Ausschuss verhindert oder zumindest deutlich reduziert werden .

Die Erfindung ermöglicht die Fixierung und Anbindung verschiedenster Komponenten, beispielsweise von Keramiken und vorwiegend metallisierten Keramiken, etwa ab einer geringen Metallisierungsschichtdicke ( >2pm) . Hiermit wird der Ersatz von aufwendigen vorrichtungsbedingten mechanischen Fixierungen bzw . von organischen/anorganischen Fixiermedien für einen anschließenden Vakuumlötprozess verzichtet .

Die Erfindung kann auf Mehrschichtverbunde zwischen einer oder mehreren Keramiken, mit und ohne Metallisierung, mit aktivem oder passivem Lot sowie Schichten aus unterschiedlichsten Metallen ohne Keramik als Fügepartner verwendet werden . Beispielsweise kann das Verfahren angewendet für eine metallisierte Schichtdicke von wenigen pm, beispielsweise von kleiner oder gleich 10pm, bis zu mehreren 10 pm, beispielsweise bis zu 70 pm, etwa bis zu 40 pm . Grundsätzlich sind j edoch Ausgestaltungen der Fügepartner aus Metall , aus Keramik, konturiert oder nicht , mit oder ohne Metallisierung möglich .

Beispielhafte Materialkombinationen umfassen dabei etwa

- Keramik-Metallisierung-Lot ;

- Keramik-Metallisierung-Lot-Kupf er /Edel stahl /Me tall ;

- Keramik-Lot-Keramik;

- Keramik-Metallisierung-Lot-Metallisierung-Keramik;

- Keramik-Metallisierung-Lot-Metall-Lot-Metallisierung- Ke ramik;

- Keramik-Lot-Met all -Lot- Keramik;

Beispielhafte Fügegeometrien umfassen etwa

- Kehlnaht , Strinnaht , Überlappnaht .

Entsprechende Prozesse für eine Vorfixierung gemäß Verfahrensschritt iii ) umfassen etwa Schmel zschweißen und Lasernahtschweißen . Das Verfahren beziehungsweise der Verfahrensschritt iii ) ist beispielsweise mit allen gängigen Strahlschweißverfahren durchführbar . Im Bereich Elektronenstrahl kann dies bevorzugt mit oder grundsätzlich auch ohne Vakuum erfolgen, wobei insbesondere in dieser Ausgestaltung bevorzugt umlaufende Nähte erzeugbar sind . Die vorliegende Erfindung bezieht sich im Speziellen auf die Eigenschaften der Fügepartner und die Verwendung der Strahlquelle . Innerhalb von Versuchsreihen zeigte sich, dass ein Inf rarotlaser gute Ergebnisse aufwies , diese dann sogar noch weiter verbessert werden konnten . Hierfür fanden Laser bestimmter Wellenlängen im grünen Spektralbereich ihre Anwendung, wobei auch der blaue Spektralbereich möglich war .

Bei den eingesetzten Strahlen kann auf ef fektive Weise eine Anpassung an die vorliegenden Gegebenheiten erreicht werden, etwa mittels Strahlmodulation, beispielsweise unter Anwendung von Spiralen, Wobbeln, Punkten, Kreisen, Linien oder flächigen Rastern, symmetrischen oder unsymmetrischen Mustern, Defokussierung .

Grundsätzlich ist das Verfahren beziehungsweise insbesondere der Verfahrensschritt iii ) durchführbar unter Schutzgas oder ohne Schutzgas , was die große Applikationsbreite weiter verbessert . Vor allem Schutzgase mit reduzierender Wirkung unterstützen das Fügeverhalten in Bezug auf das Fließen des/der Lots im Schmel zbereich .

Die vorstehenden Aus führungen zeigen, dass das Verfahren auf einfache Weise an verschiedene Anwendungen anpassbar ist . Es ist schnell durchführbar, flexibel und problemlos adaptierbar und skalierbar .

Beispielsweise wird ein metallischer Werkstof f , wie etwa ein Gehäusebauteil oder ein Lot , durch den Strahlprozess lokal oder flächig erwärmt . Durch die thermische Wärmeleitung entsteht an der Übergangsstelle Metall-Lot eine Temperaturerhöhung, welche nahe bzw . über dem Erweichungspunkt oder Schmel zpunkt des Lotes liegt . Das teigige bzw . schmel z flüssige Lot ist dann in der Lage das Metall als auch eine metallisierte Keramik, etwa im Fall von Aktivlot auch Keramik ohne Metallisierung, zu benetzen und zu verbinden .

Gemäß einer Ausgestaltung kann Verfahrensschritt iii ) durch ein punktuelles Fügen unter Ausbildung voneinander getrennter Fügepunkte erfolgen . Insbesondere in dieser Ausgestaltung kann eine stabile Vorfixierung erfolgen, wobei ferner eine nur sehr geringe Temperaturbelastung der Fügepartner möglich ist . Beispielsweise können zwei , drei vier oder fünf Fügepunkte erzeugt werden . Grundsätzlich können somit zehn oder weniger, beispielsweise fünf oder weniger, Fügepunkte erzeugt werden . Bevorzugt sind die Fügepunkte entlang der Fügestelle , etwa entlang der Stirnseite der Gehäusebauteile , mit gleichen Abständen verteilt .

Es kann ferner bevorzugt sein, dass bei Verfahrensschritt iii ) eine stof f schlüssige Verbindung erzeugt wird . Insbesondere kann eine stof f schlüssige Verbindung derart erzeugt werden, dass durch eine Temperatureinwirkung ein Fügepartner oder ein zwischen den Fügepartnern angeordnetes Material über seinen Erweichungspunkt oder Schmel zpunkt erhitzt wird und so nach Erstarrung eine stof f schlüssige Verbindung erzeugt wird .

Beispielsweise kann ein Metall als Fügepartner zur Ausbildung einer stof f schlüssigen Verbindung erhitzt werden . Ferner ist es möglich, dass ein Lot zwischen den Fügepartnern, also den Gehäusebauteilen, verwendet wird .

Als Temperaturquelle können insbesondere Strahlungsquellen verwendet werden, welche beispielsweise Elektronenstrahlen oder Laserstrahlen erzeugen . Diese können dann gezielt und reproduzierbar auf einen Fügepartner oder auf ein zwischen den Fügepartnern angeordnetes Material , etwa ein Lot , gerichtet werden .

Beispielsweise kann Verfahrensschritt iii ) unter Verwendung eines Lots derart erfolgt , dass das Lot über seinen Erweichungspunkt oder Schmel zpunkt erhitzt wird und so nach Abkühlung eine Verbindung der Gehäusebauteile erlaubt .

Insbesondere kann unter Verwendung einer Strahlquelle unmittelbar das Lot erhitzt wird . In dieser Ausgestaltung kann somit der Temperatureinfluss zunächst unmittelbar auf das Lot wirken, etwa indem entsprechende Strahlung unmittelbar auf das Lot gerichtet wird . Das Lot kann somit auf geschmol zen werden und etwa in einen teigigen Zustand übergehen, so dass die Fügepartner, beispielsweise der metallische Fügepartner und die beispielsweise metallisierte Keramik, benetzt werden, was nach Erstarrung zu einer Stof f schlüssigen Verbindung führt . Dadurch kann die Temperaturbelastung auf die Fügepartner, wie insbesondere auf keramische Fügepartner, gering gehalten werden . Zwar kann es bei thermoschockempfindlichen Keramiken zu kleinen Ausbrüchen kommen, j edoch kann diese Gefahr deutlich reduziert werden und die entstandenen Ausbrüche sind hinsichtlich der Funktionalität nicht signi fikant . Somit kann ausgeschlossen oder die Gefahr deutlich reduziert werden, dass Fügepartner durch den Fügeprozess beschädigt werden, was gegebenenfalls zu einer Undichtigkeit der erzeugten Vakuumschaltröhre führen kann .

Alternativ ist es möglich, dass unter Verwendung einer Strahlquelle ein zu dem Lot benachbartes Metall unmittelbar erhitzt wird . In dieser Ausgestaltung kann aufgrund der Wärmeeinbringung, etwa durch gezieltes Einwirken von Strahlung, etwa eines Laserstrahls , eine Auf Schmel zung des Metalls erfolgen, wobei im Ubergangsbereich zum Lot dieses in ein teigiges oder schmel z flüssiges Verhalten übergeht . Entsprechend erfolgt die Benetzung aller Fügepartner . Zwar ist es teilweise nicht aus zuschließen, dass bei dieser Ausgestaltung sich die Strahlenergie bis an oder in den Übergangsbereich des Lots zur etwa metallisierten Keramik erstreckt . Jedoch können derartige Ef fekte und damit die Wärmebelastung der Keramik deutlich reduziert werden .

Bevorzugt kann eine Lotfolie zum Fügen der Gehäusebauteile verwendet werden beziehungsweise kann Verfahrensschritt iii ) unter Verwendung einer Lotfolie durchgeführt werden . Insbesondere eine Lotfolie kann etwa unter Verwendung eines Laserstrahls und entsprechend unter Anwendung eines Laserschweißens deutliche Vorteile mit sich bringen . So braucht bei einer Automatisierungslösung nur die Baugruppe der Keramik mit der Lotfolie gehandhabt werden, was die Prozessierung vereinfachen kann . Darüber hinaus kann insbesondere durch Automatisierungsprozesse die Fehleranfälligkeit reduziert werden, da die richtige Lotfolie verlässlich und in der richtigen Weise , also in korrekter Position, etwa konzentrisch und ohne Verrutschen, aufgebracht werden kann . Somit resultiert eine hohe Reproduzierbarkeit des Endprodukts , welches ferner durch einen zeitarmen Prozess herstellbar ist .

Vorteilhaft bei der Verwendung einer Lotfolie ist es ferner, dass selbst dann, wenn die Lotfolie eine Ebenheitsabweichung aufweist , dies unproblematisch ist , da diese Abweichung nach dem Verschweißen nicht mehr vorliegt . Grundsätzlich können die Anforderungen an die Lotfolien daher geringer gewählt werden . Beispielsweise können Lotfolien mit einem vergleichsweise geringen Volumen verwendet werden, da oftmals Bauteiltoleranzen nicht abgefangen werden brauchen und die Lotfolie bei dem Endfügen exakt positioniert ist . Da die Lotfolie entsprechend keine Ausrichtfunktion zwischen Keramik und Lotfolie selbst übernehmen muss , sind ferner die Werkzeugkosten für die Lotfolienherstellung vergleichsweise gering . Ferner ist eine einfache und schnelle Herstellung der Lotfolie möglich . Aufgrund der Tatsache , dass ein Ausrichten und Abstützen der Lotfolie beim Endfügen entfallen kann, können ferner sehr einfache Geometrien der Lotfolie verwendet werden, was deren Einsatz grundsätzlich vereinfachen kann . Darüber hinaus sind Toleranzen der Durchmesser der Gehäusebauteile weniger kritisch, da die Sütz funktion hinsichtlich der Lotfolie im Wesentlichen entfallen kann .

Schließlich kann eine Ressourceneinsparung möglich werden, da die Lotfolie nicht mehr geglüht werden braucht , selbst bei hoher Ebenheitsanforderung .

Es kann ferner bevorzugt sein, dass als Strahlquelle ein Laserstrahler oder ein Elektronenstrahler verwendet wird . Es konnte gezeigt werden, dass insbesondere derartige Strahler beziehungsweise insbesondere derartige Strahlungen besonders geeignet sind, um nicht nur ein vollständiges Endfügen gemäß Verfahrensschritt iv) , sondern auch ein nur teilweises Fügen gemäß Verfahrensschritt iii ) zu ermöglichen . Dies etwa deshalb, da durch einen sehr gezielten Energieeintrag es problemlos möglich ist , nur einen begrenzten räumlichen Bereich zu erhitzen, so dass Verfahrensschritt iii ) mit möglichst geringer thermischer Belastung der Gehäusebauteile möglich ist . Darüber hinaus kann das Fügen gemäß Verfahrensschritt iii ) sehr definiert und reproduzierbar erfolgen .

Hinsichtlich weiterer Vorteile oder technischer Merkmale des Verfahrens wird auf die Beschreibung der Vakuumschaltröhre , des Halbzeugs , die Figuren und die Beschreibung der Figuren verwiesen .

Beschrieben wird ferner eine Vakuumschaltröhre , aufweisend wenigstens zwei Gehäusebauteile , welche miteinander verbunden sind, wobei die Vakuumschaltröhre hergestellt ist nach einem Verfahren wie vorstehend beschrieben . Eine derartige Vakuumschaltröhre kann insbesondere Bestandteil sein eines auch als Leistungsschalters bezeichneten Schaltgeräts .

Ein derartiges Schaltgerät kann beispielsweise einen Leistungsschalter oder ein Leistungsschütz ausbilden und Teil einer Mittelspannungsschaltanlage oder einer Hochspannungsschaltanlage sein . Unter einer Mittelspannungsschaltanlage soll dabei eine Schaltanlage verstanden werden, welche Spannungen von etwa ab 1 kV bis zu 60 kV schalten kann . Ferner kann unter einer Hochspannungsschaltanlage eine derartige Schaltanlage verstanden werden, bei der Spannungen von über 60 kV schaltbar sind . Ferner kann die Schaltanlage beispielsweise eine gasisolierte Schaltanlage ( GIS ) sein .

Derartige Schaltgeräte weisen meist eine Vakuumschaltröhre auf , die ein unter Betriebsbedingungen vakuumdichtes Gehäuse aufweisen, in dem die aktiven Komponenten, wie insbesondere die Kontakte , angeordnet sind .

Bedingt durch das Herstellungsverfahren und damit einhergehend ihre exakt und reproduzierbar gefügten Gehäusebauteile können Vakuumschaltröhren gemäß der vorliegenden Erfindung Vorteile hinsichtlich der Dichtheit und der Stabilität bieten .

Insbesondere können Unterschiede der erfindungsgemäß hergestellten Vakuumschaltröhren zu herkömmlich hergestellter Vakuumschaltröhren in den folgenden Merkmalen liegen .

Die räumlich begrenzten Fügebereiche , welche durch den Verfahrensschritt iii ) erzeugt werden, lassen sich etwa durch leichte Aufwürfe oder Anlauf farben erkennen . Weiterhin bilden sich im Bereich der Fügezone Partikel bzw . ein flächiger Bereich am Rand bzw . Oberfläche des geschweißten Lots , da Materialveränderung den Lotprozess , quasi das Fließverhalten verändert . Intermetallische Phasen können ferner als kleine Partikel sichtbar sein, wenn etwa Eisenmetall und Kupf er/Silber auf geschmol zen und vermischt werden, also grundsätzliche die Materialien des Lots und einer Metallisierung oder eines metallischen Fügepartners .

Gegebenenfalls findet sich ferner eine leichte Läsion des geschweißten Lotbereiches , da das Lot nicht metallisierte Keramik nicht benetzt , was etwa zu Poren führen kann . Weiter ist es möglich, dass eine Verformung bzw . dass Fließmarken des Lotes durch das Schweißen hervorgerufener verformungsbehinderter Schrumpfung auftreten . Grundsätzlich können ferner Aufwürfe , Krater oder Spritzer durch Strahl führung der Strahlquelle oftmals nicht ausgeschlossen werden, was j edoch für die spätere Funktionalität unwesentlich ist .

Die vorbeschriebenen Merkmale zeigen ich dabei insbesondere an den räumlich begrenzten Fügestellen und schaden der grundsätzlichen Funktionalität der Vakuumschaltröhre nicht .

Hinsichtlich weiterer Vorteile oder technischer Merkmale der Vakuumschaltröhre wird auf die Beschreibung des Verfahrens , des Halbzeugs , die Figuren und die Beschreibung der Figuren verwiesen .

Beschrieben wird ferner ein Halbzeug zum Herstellen einer Vakuumschaltröhre , wobei das Halbzeug zwei Gehäusebauteile umfasst , die teilweise , räumlich begrenzt miteinander verbunden sind .

Das Halbzeug tritt somit zwischen den Verfahrensschritten iii ) und iv) auf . Es ermöglicht ein verbessertes Fügen von Gehäusebauteilen im Zuge der Herstellung einer Vakuumschaltröhre , da eine Handhabung und ein Transport und ferner ein Endfügen besonders sicher und reproduzierbar möglich ist . Hinsichtlich weiterer Vorteile oder technischer Merkmale des Halbzeugs wird auf die Beschreibung des Verfahrens , der Vakuumschaltröhre , die Figuren und die Beschreibung der Figuren verwiesen .

Weitere Einzelheiten, Merkmale und Vorteile des Gegenstandes der Erfindung ergeben sich aus den Unteransprüchen sowie aus der nachfolgenden Beschreibung der Figuren . In den Figuren zeigen :

Fig . 1 eine schematische Darstellung einer zu fügenden Struktur zur Herstellung einer Vakuumschaltröhre gemäß einer Ausgestaltung der vorliegenden Erfindung;

Fig . 2 eine schematische Darstellung einer zu fügenden Struktur zur Herstellung einer Vakuumschaltröhre gemäß einer weiteren Ausgestaltung der vorliegenden Erfindung;

Fig . 3 den Strahlungsverlauf für ein Teil fügen gemäß einer Ausgestaltung des Verfahrens gemäß der vorliegenden Erfindung;

Fig . 4 den Strahlungsverlauf für ein Teil fügen gemäß einer weiteren Ausgestaltung des Verfahrens gemäß der vorliegenden Erfindung;

Fig . 5 den Strahlungsverlauf für ein Teil fügen gemäß einer weiteren Ausgestaltung des Verfahrens gemäß der vorliegenden Erfindung;

Fig . 6 den Strahlungsverlauf für ein Teil fügen gemäß einer weiteren Ausgestaltung des Verfahrens gemäß der vorliegenden Erfindung;

Fig . 7 den Strahlungsverlauf für ein Teil fügen gemäß einer weiteren Ausgestaltung des Verfahrens gemäß der vorliegenden Erfindung; und

Fig . 8 den Strahlungsverlauf für ein Teil fügen gemäß einer weiteren Ausgestaltung des Verfahrens gemäß der vorliegenden Erfindung .

In den Figuren 1 und 2 sind verschiedene Kombinationen von Fügepartnern gezeigt . Figur 1 zeigt dabei ein keramisches Gehäusebauteil 10 , welches mit einem metallischen Gehäusebauteil 12 verbunden werden soll . Genauer sind Wandungen 22 der Gehäusebauteile gezeigt , welche j eweils eine zueinander gerichtete Fügestelle 20 aufweisen . Für ein Fügen weist das keramische Gehäusebauteil 10 eine Metallisierung 14 auf , auf welche ein Lot 16 , beispielsweise ein Passivlot und/oder etwa in Form einer Lotfolie , aufgebracht ist .

Figur 2 zeigt eine vergleichbare Ausgestaltung, bei der j edoch insbesondere ein Aktivlot verwendet werden kann . In dieser Ausgestaltung wird auf die Metallisierung 14 verzichtet .

Jedoch sind grundsätzlich eine Viel zahl an Variationen möglich . Beispiele von Strukturkombinationen umfassen etwa : Keramisches Gehäusebauteil 10 - Metallisierung 14 - Lot 16 , insbesondere als Passivlot , - Metallisierung 14 - Keramisches Gehäusebauteil 10 ;

Keramisches Gehäusebauteil 10 - Lot 16 , insbesondere als Aktivlot - Keramisches Gehäusebauteil 10 ;

Keramisches Gehäusebauteil 10 - Metallisierung 14 - Lot 16 , insbesondere als Passivlot , - metallisches Gehäusebauteil 12 - Lot 16 , insbesondere als Passivlot , - Metallisierung 14 - Keramisches Gehäusebauteil 10 ;

Keramisches Gehäusebauteil 10 - Lot 16 , insbesondere als Aktivlot - metallisches Gehäusebauteil 12 - Lot 16 , insbesondere als Aktivlot - Keramisches Gehäusebauteil 10 .

Grundsätzlich sei erwähnt , dass ein Aktivlöten ohne Metallisierung möglich ist , ein Passivlöten j edoch mit Metallisierung bevorzugt ist .

Für ein zumindest teilweises , also räumlich begrenztes Fügen wird beispielsweise Strahlung 18 verwendet , wie etwa ein Laserstrahl oder ein Elektronenstrahl . Der Einfall der Strahlung 18 ist in den folgenden Figuren gezeigt . In der Figur 3 ist gezeigt , dass die Strahlung 18 axial auf das Lot 16 , hier etwa ausgebildet als Passivlot , gerichtet ist . Beispielsweise kann durch die Strahlung 18 das Lot 16 lokal auf geschmol zen werden und so die Metallisierung 14 benetzen, oder das Lot 16 kann bis zum Erweichungspunkt erhitzt werden was wiederum die Metallisierung 14 benetzt . Diese Alternativen gelten dabei grundsätzlich und unabhängig der j eweiligen Ausgestaltung des Schichtaufbaus beziehungsweise Strukturaufbaus der zu fügenden Komponenten .

Gemäß Figur 4 ist die Strahlung 18 mit einem Winkel , etwa von 45 ° zur axialen Richtung auf das Lot 16 , hier etwa ausgebildet als Passivlot , gerichtet und kann gegebenenfalls die Metallisierung tref fen, oder nicht .

Gemäß Figur 5 ist auf dem insbesondere als Passivlot ausgebildeten Lot 16 ein metallisches Gehäusebauteil 12 vorgesehen . Die Strahlung 18 ist gemäß Figur 5 mit einem Winkel , etwa von 45 ° zur axialen Richtung auf das metallische Gehäusebauteil 12 gerichtet und verläuft gegebenenfalls in das Lot 16 , kommt j edoch nicht mit dem keramischen Gehäusebauteil 10 in Kontakt .

Beispielsweise in dieser Ausgestaltung kann durch die Strahlung 18 das metallische Gehäusebauteil 12 punktuell oder groß flächig erhitzen, wodurch das Lot 16 sich ebenfalls erhitzt , etwa um anzuschmel zen oder zu erweichen und so eine Benetzung der benachbarten Komponenten zu erreichen . Dies kann insbesondere mit einer radialen Einstrahlung, wie in Figur 6 gezeigt , erfolgen .

In Figur 6 ist gezeigt , dass verschiedene Strahlung 18 , die bevorzugt einzeln, also nicht in Kombination, verwendet werden kann, auf verschiedene Weise auf das Lot 16 , insbesondere ausgestaltet als Passivlot , oder das metallische Gehäusebauteil 12 gerichtet sein können . Beispielsweise kann die Strahlung 18 radial in das Lot 16 , in das metallische Gehäusebauteil 12 , oder auch mit einem Winkel zur Axialen, beispielsweise von 45 ° , in das metallische Gehäusebauteil 12 , oder auch axial in das metallische Gehäusebauteil 12 geleitet werden .

Gemäß Figur 7 kann das metallische Gehäusebauteil 12 einen sehr geringen, beispielsweise punktförmigen, Kontakt mit dem insbesondere als Passivlot ausgebildeten Lot 16 aufweisen, wobei die Strahlung 18 , wiederum bevorzugt nicht in Kombination, in einem Winkel von beispielsweise 45 ° zur Axialen auf den Kontakt oder in unmittelbare Nachbarschaft geleitet werden, so dass eine minimale Beeinflussung entsteht .

In der Figur 8 ist ein exemplarisches Beispiel eines Mehrfachverbundes gezeigt , welcher zwei keramische Gehäusebauteile 10 , j eweils mit Metallisierung 14 , aufweist , benachbart zu welchen j eweils ein insbesondere als Passivlot ausgebildetes Lot 16 und ein metallisches Gehäusebauteil 12 zwischen den Schichten aus Lot 16 vorgesehen ist . Der Wärmeeintrag erfolgt wiederum mittels radial in das Lot 16 oder in das metallische Gehäusebauteil 12 eingeleitete Strahlung 18 .

Grundsätzlich ist aus den vorstehenden Figuren ersichtlich, dass entsprechende Strahlung 18 auf verschiedenste Weise auf das Lot 16 oder den metallischen Fügepartner 12 gerichtet sein kann, so etwa radial , axial , oder in einem Winkel zwischen der radialen und axialen Richtung . Dadurch kann die vorteilhafte Vorfixierung gemäß der Erfindung erfolgen . Ein Endfügen kann beispielsweise in einem Ofen, etwa unter Vakuum, erfolgen .

Ferner können alle Körperkanten, also die Kanten der Gehäusebauteile 10 , 12 oder des als Lotfolie ausgebildeten Lots 16 , bündig zueinander radial versetzt sein . Unabhängig vom grammatikalischen Geschlecht eines bestimmten Begri f fes sind Personen mit männlicher, weiblicher oder anderer Geschlechteridentität mit umfasst . Obwohl die Erfindung im Detail durch die bevorzugten Aus führungsbeispiele näher illustriert und beschrieben wurde , so ist die Erfindung nicht durch die of fenbarten Beispiele eingeschränkt und andere Variationen können vom Fachmann hieraus abgeleitet werden, ohne den Schutzumfang der Erfindung zu verlassen .

Bezugs zeichenliste 10 Keramisches Gehäusebauteil

12 metallisches Gehäusebauteil

14 Metallisierung

16 Lot

18 Strahlung 20 Fügestelle

22 Wandung

Claims

Patentansprüche

1. Verfahren zum Fügen von Gehäusebauteilen im Rahmen der Herstellung einer Vakuumschaltröhre, wobei die Gehäusebauteile mit einer einen Bauraum umgreifenden Wandung (22) ausgebildet sind, und wobei das Verfahren wenigstens die folgenden Verfahrensschritte umfasst: i) Koaxiales Ausrichten wenigstens zweier Gehäusebauteile ; ii) In-Kontaktbringen von Fügestellen (20) der Wandungen (22) der Gehäusebauteile; iii) Teilweises, räumlich begrenztes Fügen der Gehäusebauteile, und iv) Vollständiges Fügen der Gehäusebauteile, wobei v) Zwischen den Verfahrensschritten iii) und iv) wenigstens ein weiterer Arbeitsschritt erfolgt.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass Verfahrensschritt iii) durch ein punktuelles Fügen unter Ausbildung voneinander getrennter Fügepunkte erfolgt.

3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass bei Verfahrensschritt iii) eine stoff schlüssige Verbindung erzeugt wird.

4. Verfahren nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass Verfahrensschritt iii) unter Verwendung eines Lots (16) derart erfolgt, dass das Lot (16) über seinen Erweichungspunkt oder Schmelzpunkt erhitzt wird und so nach Abkühlung eine Verbindung der Gehäusebauteile erzeugt .

5. Verfahren nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass unter Verwendung einer Strahlquelle unmittelbar das Lot (16) erhitzt wird.

6. Verfahren nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass unter Verwendung einer Strahlquelle ein zu dem Lot (16) benachbartes Metall unmittelbar erhitzt wird.

7. Verfahren nach einem der Ansprüche 4 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass Verfahrensschritt iii) unter Verwendung einer Lotfolie durchgeführt wird.

8. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, dass der zwischen den Verfahrensschritten iii) und iv) ausgeführte Verfahrensschritt ein Transportieren oder ein Lagern umfasst .

9. Vakuumschaltröhre, aufweisend wenigstens zwei Gehäusebauteile, welche miteinander verbunden sind, dadurch gekennzeichnet, dass die Vakuumschaltröhre hergestellt ist nach einem Verfahren gemäß einem der Ansprüche 1 bis 8.

10. Halbzeug zum Herstellen einer Vakuumschaltröhre, dadurch gekennzeichnet, dass das Halbzeug zwei Gehäusebauteile umfasst, die teilweise, räumlich begrenzt miteinander verbunden sind.