KR100902186B1

KR100902186B1 - 진공 스위칭 장치의 개량된 제조방법

Info

Publication number: KR100902186B1
Application number: KR1020070021058A
Authority: KR
Inventors: 보덴스타인 클라우스; 랑게 데트레프
Original assignee: 스위치크래프트 유럽 게엠베하
Priority date: 2007-03-02
Filing date: 2007-03-02
Publication date: 2009-06-10
Also published as: KR20080080829A

Abstract

본 발명은 진공 스위칭 장치의 제조방법에 관한 것으로서, 더욱 상세하게는 진공 스위칭 장치의 부품들을 미리 조립하고, 용접하거나 접착하며, 예열(종래의 800℃ 또는 그 이상의 온도 대신에 단지 450℃)하고 저압 하에서 보관한 다음 이들 부품들을 작은 크기의 배기장치에 넣고 가열 없이 빠른 시간 내에, 고 진공의 진공 스위칭 장치를 제조하기 위한 진공 스위칭 장치의 개량된 제조방법을 제공하는 것이다.

종래의 원샷 브레이징(one-shot brazing) 방법은 고온의 진공 오븐 안에 용접되지 않은 진공 스위칭 장치를 장시간 넣어 둔다. 따라서 종래 기술에서는 고온에 적합한 매우 제한된 소재만을 선택할 수 있었다. 또한, 종래의 기술은 많은 투자비용과 긴 공정 시간이 요구됨으로써 제품 가격이 상승 된다.

본 발명은 보다 다양한 소재를 사용할 수 있고 짧은 제조 시간(종래의 몇 시간에 비해서 대략 몇 분)과 낮은 제조단가 및 투자비용을 목적으로 한다. 본 발명은 가열 없이도 고 진공을 형성할 수 있는 작은 크기의 배기장치(또는 배기 컨테이너)를 사용한다. 진공 스위칭 장치의 부품들은 미리 조립되고 미리 용접되거나 접착되며, 예열(종래의 800℃ 또는 그 이상의 온도 대신에 단지 450℃)된 후 저압 하에서 보관된다.

상기 진공 스위칭 장치의 부품들은 소형 배기용기 안에서 먼저 자기력에 의해 분리되어 있다. 그러나 일단 상기 배기용기의 배기에 의해 고 진공이 형성되고 나면, 자기력의 극성을 바꿔서, 그 자기력에 의해 상기 진공 스위칭 장치를 닫는다. 그리고 상기 배기용기 내부에 설치된 롤 시임 용접 공정을 통해 상기 진공 스위치 장치를 밀봉하여 그 내부의 진공을 유지하도록 한다.

진공 스위칭 장치, 배기 장치, 진공, 영구자석, 전자석, 진공 챔버

Description

진공 스위칭 장치의 개량된 제조방법{Method for an improved manufacturing process of vacuum switching devices}

도 1은 본 발명의 제조방법에 따라 제조되는 진공 스위칭 장치를 보여주는 단면 사시도,

도 2 및 도 3은 본 발명의 제조방법에 적용되는 배기장치를 보여주는 단면 사시도로서, 도 2는 하부 부품과 상부 부품 사이에 틈이 형성되어 내부 공기를 배기하는 상태를 보이는 것이고, 도 3은 하부 부품과 상부 부품이 용접되어 내부 진공이 가두어진 상태를 보이는 것이다.

******도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명*****

1 : 전자석 2 : 영구자석

3 : 고정접점 4 : 상부커버

5 : 절연세라믹 7 : 비 자성 나사

8 : 하부커버 9 : 가동접점

10 : 벨로 우즈 11 : 코어

20 : 진공 스위칭 장치(또는 진공 챔버) 20-1 : 하부 부품

20-2 : 상부 부품 30 : 배기장치(또는 배기 컨테이너)

A : 상부 금속 링 B : 하부 금속 링

일반적으로 진공차단기(vacuum circuit breakers)에 사용하는 진공 스위칭 장치(vacuum switching devices) 또는 진공 챔버(vacuum chamber)는 그 내부가 고 진공일 것이 요구된다. 게터(getter)의 사용과 진공 챔버의 상태(conditioning)는 제쳐 놓더라도 그 자체의 제조 방법도 매우 중요하다.

현재, 진공 스위칭 장치의 제조 기술 수준은 아주 큰 크기의 진공 오븐 속에 땜질 전의 진공 챔버를 넣고 그곳에 몇 시간 동안 넣어 두어서 땜질하는 원샷 브레이징 방법(one-shot brazing manufacturing method)이 주로 사용되고 있다.

종래의 제조방법은 요구되는 온도에 도달하면, 간격 지지구(distance holder)와 함께 땜질 대상물 사이에 놓여져 있는 땜질 로트(soldering lot)가 온도, 만약 필요한 경우에는 서로 다른 몇 단계의 온도로 조정된 온도에 의해서, 모든 개방된 공간(틈)이 상기 땜질 로트로 채워지고, 여러 조각들과 부품들이 땜질 로트 속으로 내리눌러질 때까지 용융되어 진공 챔버가 기밀하게 용접된다. 이후, 외부 진공을 떨어뜨리고 완성된 진공 스위칭 장치를 오븐 밖으로 꺼낸다.

그리나 이러한 종래의 제조방법은 투자비용이 많이 필요할 뿐만 아니라 진공 오븐 내에서 장시간 동안 체류하여야 하므로 진공 챔버의 제조 단가를 높이게 되는 문제가 있다.

또한, 종래의 제조방법은 전도체의 전기 기계적 요구조건을 만족하고, 땜질 로트의 용융 과정 및 전체 브레이징 공정의 높은 온도에서 견딜 수 있는 소재를 사용하여야 하므로 소재의 선택 폭이 크게 제한된다.

본 발명은 종래 기술의 문제점을 해결하기 위한 것으로서, 본 발명의 주된 목적은 제조 시간과 투자 비용을 크게 줄이고 소재에 대한 제한을 없앰으로써 진공 스위칭 장치의 단가를 대폭적으로 낮출 수 있는 진공 스위칭 장치의 개량된 제조방법을 제공하는 것이다.

또한, 본 발명은 이제까지 적용할 수 없었던 새로운 소재와 다른 접점 형태를 사용할 수 있게 하는 진공 스위칭 장치의 개량된 제조방법을 제공하는 것이다.

상술한 목적을 달성하기 위하여, 본 발명에 따른 진공 스위칭 장치의 개량된 제조방법은, 소정의 배기장치에 진공 스위칭 장치의 부품들을 넣어서 진공 스위치 장치를 제조하는 방법에 있어서,

제조될 진공 스위칭 장치의 외부 크기보다 약간 큰 내부 크기로 이루어지며, 몇 분만에 필요한 진공에 도달할 수 있는 고성능 진공펌프가 연결되어 열을 가하지 않고 배기가 가능하고, 상기 진공 스위칭 장치의 부품을 삽입한 후 닫을 수 있는 개방된 부분품(바람직하게는 두 개의 부분품)으로 이루어지고, 상단 외측에 부착되어 있고 금속 코어를 갖는 전자석은 그 극성을 바꿀 수 있으며, 상기 전자석의 자기력은 내부에 있는 영구자석을 끌어당기거나 밀어낼 수 있어 밀폐된 내부에서도 기계적인 상하 운동을 정밀하게 수행할 수 있는 소형 배기장치를 준비하는 단계와;

크게 하부 부품과 하부 부품으로 구성되며, 상기 하부 부품은 가동접점, 벨로 우즈, 하부커버, 절연세라믹, 게터 및 스크린, 그리고 하부 가이드 부재로 구성되고, 상기 절연세라믹의 상면에는 나중에 롤 시임 용접의 하부가 되는 평평하고 매끄러운 평면의 하부 금속 링이 부착되며, 상기 하부 부품은 상기 가동접점의 스템을 고정하는 하부 가이드 부재에 의해 나중에 하부 부품과 상부 부품을 회전시킬 수 있도록 적당한 위치에 고정되고, 상기 상부 부품은 고정접점, 상부커버 및 상부 가이드 부재로 구성되고, 상기 상부커버의 하면에는 상기한 하부 부품의 상단에 있는 하부 금속 링과 같은 크기의 상부 금속 링이 부착되어 있으며, 상기 고정접점에는 비 자성 나사로 링형 영구자석이 부착되고, 상기 고정접점은 축 방향으로의 운동만을 허용하는 상부 가이드 부재에 의해 적정한 위치에 고정되어 있는 진공 스위칭 장치의 부품을 준비하는 단계와;

종래의 진공 오븐을 사용하지 않고 배기할 수 있도록 상기 진공 스위칭 장치의 두 개의 부품(상부 부품과 하부 부품)을 깨끗하고 건조한 환경의 외부에서 사전에 조립되고 용접되거나 접착하되, 표면에 있는 물 분자를 제거하기 위해서 450℃에서 예열한 후 저 진공 상태에서 보관하는 전처리 단계와;

상기 전처리 된 진공 스위칭 장치의 부품들을 상기 개방된 부분품 중의 한쪽에 삽입한 후 상기 두 개의 개방된 부분품 사이에 적당한 가스켓을 개재하여 상기 배기장치를 밀봉하는 단계와;

상기 상부 부품과 하부 부품 사이의 작은 틈을 통해 공기와 습기를 진공 스위칭 장치로부터 배출시킬 수 있도록 상기 영구자석의 상면에 가까이에 있는 전자석의 극성을 적절히 선택하여 상기 영구자석을 위쪽으로 끌어당겨 상기 영구자석과 상부 부품을 위쪽에 고정하는 단계와;

상기 배기장치를 닫은 상태에서 요구되는 진공 정도에 도달할 때까지 내부 공기를 펌핑하는 단계와;

소정의 고 진공에 도달한 후 상기 전자석의 극성은 반대로 바뀌어 상기 영구자석에 작용하는 자기력이 상부 금속 링을 갖는 상부 부품을 하부 부품의 상단에 있는 하부 금속 링 쪽으로 가압하여 내부의 진공을 가두는 단계와;

상기 배기장치의 내부에 설치되며 한쪽은 상부 금속 링 다른 쪽은 하부 금속 링에 밀착되는 롤러를 구비하는 두 개의 용접 헤드의 유도 가열을 이용하여 용접함과 아울러 상기 가동접점의 스템을 이용하여 상기 하부 부품을 회전시켜 상기 진공 스위칭 장치가 완전히 밀봉될 때까지 두 개의 금속 링을 점진적으로 용접하는 단계와;

상기 배기장치 내부로 공기를 서서히 주입한 후 완성된 진공 스위칭 장치를 외부로 추출하는 단계를 포함하여 구성된다.

이하 첨부도면을 참조하여 본 발명에 따른 진공 스위칭 장치의 개량된 제조방법에 대해서 상세히 설명한다.

먼저, 도 1은 본 발명의 제조방법에 따라 제조될 진공 스위칭 장치를 보여주는 단면 사시도 이고, 도 2 및 도 3은 본 발명에 따라 진공 스위칭 장치가 삽입되어 있는 배기장치를 보여주는 단면 사시도로서, 도 2는 하부 부품과 상부 부품 사이에 틈이 형성되어 내부의 공기를 배기하는 상태를 보이는 것이고, 도 3은 하부 부품과 상부 부품이 용접되어 내부의 진공이 가두어진 상태를 보이는 것이다.

도시된 바와 같이, 본 발명에 따른 진공 스위칭 제조방법은, 제조될 진공 스위칭 장치(또는 진공 쳄버)(20)의 외부 크기를 약간 초과하는 내부 크기를 갖는 소형의 배기장치(evacuation container)(30)가 사용된다. 그리고 상기 배기장치(30)의 내부에는 도시되지 않은 롤링 심 용접기(rolling seam welding device)가 설치되어 있다.

상기 배기장치(30)는 적절한 호스나 튜브를 통해 고성능 진공펌프(도시되지 않음)와 연결되어 있다. 이들 진공펌프는 상기 배기장치(30)를 가열하지 않고서 몇 분 내로 요구되는 진공 정도로 배기할 수 있다.

한편, 상기 진공 스위칭 장치(20)의 부품들(상부 부품과 하부 부품)은 상기 배기장치(30) 속으로 넣어지기 전에 상기 진공 스위칭 장치(20)의 부품으로부터 잔류 습기를 제거하기 위해 별도의 장치에서 약 450℃까지 예열한 후 별도 저 진공 컨테이너 속에서 보관된다.

상기 진공 스위칭 장치(20)의 모든 부품들은 미리 용접되거나 땜질 될 수 있 다. 바람직하게, 단지 두 개의 주요 부품(상부 부품과 하부 부품)만이 용접을 위해서 상기 배기장치(30) 속에 넣어질 수 있다.

그리고 상기 배기장치(30)는 두 개 또는 그 이상의 부분품(segment)으로 구분되는데, 이들 개방된 부분품은 진공 스위칭 장치(20)의 부품들이 삽입된 후 함께 결합하여 닫히게 된다.

상기 진공 스위칭 장치(20)의 부품들은 상기 배기장치(30)의 개방된 부분품 중 어느 한 쪽에 수직으로 넣어지고 별도의 고정구(fixtures)에 의해 고정된다. 그런 다음, 상기 배기장치(30)는 다른 부분품과 결합하여 닫히고 그 사이에 적당한 가스켓을 개재하여 밀봉된다. 이때 상기 부분품에 형성된 암수 누크(nook:홈과 돌부)는 배기장치의 부분품들이 정확히 결합하도록 돕는다.

한편, 상기 배기장치(30)에 넣어지기 전에, 상기 진공 스위칭 장치(20)의 부품들은 이물질과 오염을 제거하기 위해 사전 용접되고 세척된다.

도면에서 보는 바와 같이, 상기 진공 스위치 장치(20)는 하부 부품(20-1)과 상부 부품(20-2)으로 구분할 수 있는데, 상기 하부 부품(20-1)은, 가동접점(9), 벨로 우즈(10), 하부커버(8), 절연세라믹(5), 게터(미도시됨) 및 스크린(미도시됨)과, 이들 부품들을 고정하기 위한 하부 가이드 부재로 구성된다.

상기 절연세라믹(5)의 상면에는 하부 금속 링(B)이 미리 용접되거나 땜질 되어 있다. 상기 하부 금속 링(B)의 상부 표면은 평평하고 깨끗하며 매끄럽다.

상기 하부 부품(20-1)은 적당한 고정 수단(예, 하부 가이드 부재)에 의해 상기 배기장치(30)에 고정된다. 상기 하부 가이드 부재는 상기 가동접점(9)의 스템을 고정하여 상기 진공 스위칭 장치(20)가 그 개방 위치에 위치되도록 한다.

이어, 상기 상부 부품(20-2)은, 고정접점(3), 상부커버(4) 및 상부 가이드 부재로 구성된다. 상기 상부커버(4)의 하단에는 상부 금속 링(A)이 용접되어 있는 데, 상기 상부 금속 링(A)은 상기 하부 부품(20-1)의 상단에 있는 하부 금속 링(B)과 같은 크기와 표면을 갖는다.

상기 고정접점(3)의 스템에는 비 자성 나사(7)가 삽입될 수 있다. 상기 비 자성 나사(7)는 링형 영구자석(2)을 상기 고정접점(3)의 스템에 고정한다. 상기 상부 부품(20-2)은 축 방향으로만 이동 가능하도록 상기 하부 가이드 부재에 의해서 적당한 위치에 고정된다.

상기 배기장치(30)의 뚜껑의 상면에는 금속 코어(11)가 있는 전자석(1)이 설치되어 있다. 상기 전자석(1)은 그 극성을 + 또는 -로 바꾸면 상기 배기장치(30) 내부에 있는 상부 부품(20-2)을 위 또는 아래로 이동시켜 고정할 수 있다. 즉, 상기 전자석(1)의 극성이 바뀌면, 상부 부품(20-2)이 상단에 설치된 링형 영구자석(2)과의 사이에 자기장에 형성되어 상기 상부 부품(20-2)을 끌어당기거나 밀어내는 자기력이 생기게 된다.
따라서, 상기 상부 부품(20-2)과 하부 부품(20-1)을 배기장치(30)에 넣은 후, 상기 전자석(1)의 극성을 적당히 선택하면 상기 하부 부품(20-1)과 상부 부품(20-2) 사이에 내부 공기를 배출시킬 수 있는 작은 틈이 형성시킬 수 있다. 즉, 상기 하부 부품(20-1)이 배기장치(30)의 바닥에 고정된 상태에서, 상기 상부 부품(20-2)이 상기 전자석(1)과 링형 영구자석(2)과의 사이에 형성된 자기력에 의해 상부로 이동하면, 상기 상부 부품(20-2)의 상부 금속 링(A)과 하부 부품(20-1)의 하부 금속 링(B)으로부터 분리되어 그 사이에 내부 공기를 배출시킬 수 있는 틈이 형성되는 것이다.

삭제

이제 상기 배기장치(30)를 닫고, 필요한 정도의 진공에 도달할 때까지 내부 공기를 외부로 펌핑한다.

이어, 소정의 고 진공 상태에 도달하면, 상기 전자석(1)의 극성을 반대로 바꾼다. 그러면 그 자기력은 상기 영구자석(2)과 그것이 결합되어 있는 상부 부품(20-2)을 상기 하부 부품(20-1) 쪽으로 강하게 가압하여 진공 스위칭 장치(20)의 내부 진공을 가둔다.

이때, 상기 상부 부품(20-2) 및 하부 부품(20-1)의 두 개의 링(A,B)은 서로 맞대여 있다. 그리고, 상기 배기장치(30)의 내부에 설치되어 있는 롤링 심 용접기(도시되지 않음)는, 이제 두 금속 링(A,B)의 상면과 하면에 있는 두 개의 롤러를 밀착시켜 용접을 시작한다. 이와 동시에, 상기 상부 부품(20-2)과 하부 부품(20-1)은 이제 상기 가동접점(9)의 스템에 의해 회전되어 상기 롤링 심 용접기에 의해서 점진적으로 용접되어 밀폐된다.

끝으로 상기 배기장치(30)는 내부로 공기를 주입한 후 개방하고, 제조가 완료된 진공 스위칭 장치(20)를 추출하여 모든 작업이 종료된다.

상술한 바와 같이 본 발명에 따른 진공 스위칭 장치의 개량된 제조방법은 모든 배기공정과 용접공정에서 많은 시간이 걸리지 않고 단지 몇 분만에 이루어질 수 있고, 모든 공정은 저온에서 이루어지기 때문에 튜립형 접점, 링형 접점, 플랫형 접점 및 기타 다른 시스템 대신에, 다른 새로운 소재 및 다른 형태의 접점을 위해서 적용될 수 있다.

상술한 바와 같이, 본 발명에 따른 진공 스위칭 장치의 개량된 제조방법은 다양한 소재(용융점이 낮거나 비 전도성 소재)를 사용할 수 있고 제조 시간(종래의 몇 시간에 비해서 대략 몇 분)을 크게 단축할 수 있으므로 제조 단가와 투자비용을 크게 낮출 수 있는 효과가 있다.

Claims

소정의 배기장치에 진공 스위칭 장치의 부품들을 넣어서 진공 스위치 장치를 제조하는 방법에 있어서,

제조될 진공 스위칭 장치의 외부 크기(외경)보다 큰 내부 크기(내경)로 이루어지며, 몇 분만에 필요한 진공에 도달할 수 있는 고성능 진공펌프가 연결되어 열을 가하지 않고 배기가 가능하고, 상기 진공 스위칭 장치의 부품을 삽입한 후 닫을 수 있는 개방된 부분품(바람직하게는 두 개의 부분품)으로 이루어지고, 상단 외측에 부착되어 있고 금속 코어를 갖는 전자석은 그 극성을 바꿀 수 있으며, 상기 전자석의 자기력은 내부에 있는 영구자석을 끌어당기거나 밀어낼 수 있어 밀폐된 내부에서도 기계적인 상하 운동을 정밀하게 수행할 수 있는 소형 배기장치를 준비하는 단계와;

크게 하부 부품과 상부 부품으로 구성되며, 상기 하부 부품은 가동접점, 벨로 우즈, 하부커버, 절연세라믹, 그리고 하부 가이드 부재로 구성되고, 상기 절연세라믹의 상면에는 나중에 롤 시임 용접의 하부가 되는 평평하고 매끄러운 평면의 하부 금속 링이 부착되며, 상기 하부 부품은 상기 가동접점의 스템을 고정하는 하부 가이드 부재에 의해 나중에 하부 부품과 상부 부품을 회전시킬 수 있도록 배기장치의 하단에 고정되고, 상기 상부 부품은 고정접점, 상부커버 및 상부 가이드 부재로 구성되고, 상기 상부커버의 하면에는 상기한 하부 부품의 상단에 있는 하부 금속 링과 같은 크기의 상부 금속 링이 부착되어 있으며, 상기 고정접점에는 비 자성 나사로 링형 영구자석이 부착되고, 상기 고정접점은 축 방향으로의 운동만을 허용하는 상부 가이드 부재에 의해 배기장치의 상단에 고정되어 있는 진공 스위칭 장치의 부품을 준비하는 단계와;

상기 진공 스위칭 장치의 부품들을 상기 개방된 부분품 중의 한쪽에 삽입한 후 상기 두 개의 개방된 부분품 사이에 적당한 가스켓을 개재하여 상기 배기장치를 밀봉하는 단계와;

상기 상부 부품과 하부 부품 사이의 작은 틈을 통해 공기와 습기를 진공 스위칭 장치로부터 배출시킬 수 있도록 상기 영구자석의 상면에 가까이에 있는 전자석의 극성을 적절히 선택하여 상기 영구자석을 위쪽으로 끌어당겨 상기 영구자석과 상부 부품을 위쪽에 고정하는 단계와;

상기 배기장치를 닫은 상태에서 요구되는 진공 정도에 도달할 때까지 내부 공기를 펌핑하는 단계와;

소정의 고 진공에 도달한 후 상기 전자석의 극성은 반대로 바뀌어 상기 영구자석에 작용하는 자기력이 상부 금속 링을 갖는 상부 부품을 하부 부품의 상단에 있는 하부 금속 링 쪽으로 가압하여 내부의 진공을 가두는 단계와;

상기 배기장치의 내부에 설치되며 한쪽은 상부 금속 링 다른 쪽은 하부 금속 링에 밀착되는 롤러를 구비하는 두 개의 용접 헤드의 유도 가열을 이용하여 용접함과 아울러 상기 가동접점의 스템을 이용하여 상기 하부 부품을 회전시켜 상기 진공 스위칭 장치가 완전히 밀봉될 때까지 두 개의 금속 링을 점진적으로 용접하는 단계와;

상기 배기장치 내부로 공기를 서서히 주입한 후 완성된 진공 스위칭 장치를 외부로 추출하는 단계를 포함하여 구성된 것을 특징으로 하는 진공 스위칭 장치의 개량된 제조방법.
제 1항에 있어서,

상기 배기장치를 밀봉하는 단계 전에, 상기 진공 스위칭 장치의 두 개의 부품(상부 부품과 하부 부품)을 깨끗하고 건조한 환경의 외부에서 사전에 조립되고 용접되거나 접착하되, 표면에 있는 물 분자를 제거하기 위해서 450℃에서 예열한 후 저 진공 상태에서 보관하는 전처리 단계를 더 실시하는 것을 특징으로 하는 진공 스위칭 장치의 개량된 제조방법.