DE19933111A1 - Vakuumkammer und Verfahren zur Herstellung der Vakuumkammer - Google Patents

Abstract

Es wird eine Vakuumkammer mit einem an einem feststehenden Kontaktträger (12) befestigten feststehenden Kontaktstück (18) und einem an einem beweglichen Kontaktträger befestigten beweglichen Kontaktstück beschrieben, deren Kontaktstücke aus einer Sinter/Schmelzstruktur mit einem ersten Material mit einem höheren Schmelzpunkt und einem zweiten Material mit einem niedrigeren Schmelzpunkt im Sinter- bzw. Sinter/Schmelzverfahren zusammengesetzt sind. Die Vakuumkammer besitzt einen Isolierzylinder, der stirnseitig mittels je eines Deckels verschlossen ist, einen am beweglichen Kontaktträger und benachbarten Deckel angeschlossenen Faltenbalg und einen die Kontaktstelle umfassenden Schirm. Der feststehende Kontaktträger ist der benachbarte Deckel (12), an dessen Innenfläche eine als feststehendes Kontaktstück (18) dienende Sinterstruktur angebracht ist. Mit dem Material der Sinterstruktur, das einen niedrigeren Schmelzpunkt aufweist als das andere, ist auch der Schirm (21) am Deckel befestigt.

Description

Die Erfindung betrifft eine Vakuumkammer gemäß dem Oberbegriff des Anspruches 1 sowie ein Verfahren zur Herstellung der Vakuumkammer.

Bei den bekannten Vakuumkammern befindet sich innerhalb eines von zwei metalli­ schen Deckeln verschlossenen Keramikzylinders eine Kontaktstelle aus einem bewegli­ chen und einem festen Kontaktstück, wobei das bewegliche Kontaktstück auf einem beweglichen Kontaktstengel befestigt ist. Das feste Kontaktstück befindet sich auf ei­ nem festen Kontaktstengel, der den benachbarten Deckel durchgreift. Zwischen dem beweglichen Kontaktstengel und dem Deckel, der hierbei eine Öffnung besitzt, durch die der bewegliche Kontaktstengel hindurchgreift, ist ein Faltenbalg vorgesehen, mit dem die Vakuumkammer vakuumdicht verschlossen ist; der Faltenbalg läßt eine Bewe­ gung des Kontaktstengels zu.

Die Kontaktstücke sind im allgemeinen aus einem Material hergestellt, welches sich aus Chrom und Kupfer zusammensetzt.

Eine Vakuumkammer für kleine Schaltleistungen besitzt ein feststehendes Kontakt­ stück, das an einem speziell geformten Vorsprung am Deckel angebracht bzw. ange­ formt ist.

Die Herstellung eines solchen feststehenden Kontaktstückes und damit der Vakuum­ kammer ist relativ kompliziert, so daß es Aufgabe der Erfindung ist, die Herstellung der Vakuumkammer zu vereinfachen.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß durch die Merkmale des Anspruches 1 gelöst.

Demgemäß ist der feststehende Kontaktträger der benachbarte Deckel; an der Innen­ fläche des Deckels ist eine als feststehendes Kontaktstück dienende Sinterstruktur an­ gebracht und mit demjenigen Material der Sinterstruktur, das einen niedrigeren Schmelzpunkt aufweist, ist auch der Schirm am Deckel befestigt.

Wenn der Deckel napfförmig ausgebildet ist, dann kann die Napfwand so bemessen sein, daß sie den Schirm an dessen benachbartem Randbereich umfaßt; dadurch kann das Material mit niedrigerem Schmelzpunkt in den Zwischenraum zwischen dem Schirm und der Napfwand aufgrund der Kapillarwirkung eindringen.

Zur Bildung der Sinterstruktur kann Cr und Cu verwendet werden, bzw. ähnliche Mate­ rialien; anhand von Cr und Cu wird die Erfindung näher erläutert.

Zur Herstellung dieser Anordnung wird zunächst ein Chrompulver oder eine Chrom- Kupferpulverschicht in die vertikal nach oben offene Vertiefung eines Stempels einge­ füllt, wobei diese Vertiefung eine Form hat, die dem feststehenden Kontaktstück ent­ spricht. Danach kann auf die gefüllte Vertiefung eine Kupferplatte aufgesetzt werden, was nicht notwendig ist, wenn ausreichend Kupfer in der Chrom-Kupferpulverbefüllung vorhanden ist. Über den Stempel mit der Kupferplatte wird ein napfförmiger Tiegel aus Metall gesetzt und ins Innere der Napfwand der Schirm einfügt. Sodann wird diese gesamte Anordnung um 180° gedreht und auf eine Temperatur erwärmt, die höher ist als der Schmelzpunkt des Kupfers. Dadurch bildet sich die Sinterstruktur und zusätzlich zieht sich das Kupfer durch Kapillarwirkung in den Zwischenraum zwischen dem Schirm und der Napfwand hinein und nach Abkühlung ist eine Einheit fertiggestellt, die den Deckel bildet, der das feststehende Kontaktstück und den Schirm trägt. Nach Fer­ tigstellung dieser Einheit und Abkühlung kann der Deckel mit dem freien Napfrand auf die Stirnfläche des Keramikkörpers aufgelötet werden.

Anstatt Chrom und Kupfer können natürlich auch andere Materialien als Cr und Cu ver­ wendet werden. Dabei ist das Material, das den höheren Schmelzpunkt aufweist, auch dasjenige, das elektrisch schlechter leitend als das andere. Im Normalfall ist das Mate­ rial, das den höheren Schmelzpunkt und die geringere elektrische Leitfähigkeit besitzt, Chrom und das andere Material Kupfer, wobei auch geeignete Zusätze hinzugefügt werden können.

Weitere vorteilhafte Ausgestaltungen und Verbesserungen der Erfindung sind den wei­ teren Unteransprüchen zu entnehmen.

Anhand der Zeichnung, in der ein Ausführungsbeispiel der Erfindung dargestellt ist, sollen die Erfindung sowie weitere vorteilhafte Ausgestaltungen und Verbesserungen näher erläutert und beschrieben werden.

Es zeigen:

Fig. 1 eine schematische Schnittansicht durch eine Vakuumkammer,

Fig. 2 ein Werkzeug zur Herstellung eines Teiles der Vakuumkammer, und

Fig. 3 eine schematische Schnittansicht durch die Vakuumkammer nach Fig. 1 je­ doch ohne Schirm.

Die Vakuumkammer gemäß Fig. 1 besitzt einen Zylinder 10 aus Keramik, der an seinen beiden Enden mittels eines Deckels 11 und 12 verschlossen ist. Dabei sind die Deckel 11 und 12 napfartig ausgebildet und mit ihren freien Napfrändern gegen die Stirnflächen des Zylinders 10 gelötet. Der Deckel 11 besitzt eine Öffnung 13, durch die ein bewegli­ cher Kontaktstengel 14 hindurchgreift; am Deckel 11 ist ein Faltenbalg 15 vakuumdicht befestigt, dessen anderes Ende mit dem Kontaktstengel 14 vakuumdicht verbunden ist. Der Kontaktstengel 14 trägt an seinem innenliegenden Ende das bewegliche Kontakt­ stück 16.

Der Deckel 12 besitzt einen Deckelboden 17, dessen Innenfläche das feststehende Kontaktstück 18 trägt; in die zylindrische Napfwandung 19 des Deckels 12 greift ein Ab­ schnitt 20 eines Schirmes 21 an, welcher Schirm den Abschnitt 20 sowie einen Ab­ schnitt 22 mit verringertem Durchmesser besitzt, wobei beide Abschnitte 20, 22 mittels eines kegelstumpfförmigen Abschnittes 23 verbunden sind. Der Abschnitt 20 ist ge­ ringfügig in seinem Durchmesser kleiner als der Innendurchmesser der Napfwand 19, so daß sich ein Spalt 24 bildet, der gemäß einem weiter unten beschriebenen Verfah­ rens mit Kupfer 25 aufgrund einer Kapillarwirkung angefüllt ist.

Der Deckel 12, das feststehende Kontaktstück 18 und der Schirm 21 werden, wie im folgenden beschrieben wird, als Einheit vorgefertigt.

Zur Vorfertigung dieser Einheit ist ein Stempel 30 vorgesehen, der an seiner Stirnfläche 31 eine Vertiefung 32 aufweist, die einen Boden 33 und eine konusförmig sich erwei­ ternde Wandung 34 aufweist. In diese Vertiefung 32, die zunächst vertikal nach oben offen ist, wird ein Pulver 35 eingefüllt, das ein Chrompulver oder ein Chrom-Kupferpul­ vergemisch ist. Sodann wird die Vertiefung 32 mit dem Pulver 35 mittels einer Kupfer­ platte 36 abgedeckt und über die Kupferplatte 36 der napfförmige Deckel 12 gelegt, so daß die Kupferplatte 36 auf der Innenfläche des Deckelbodens 17 aufliegt bzw. umge­ kehrt. Nun kann der Schirm 21 eingefügt werden, wobei der Schirm 21 mit dem Ab­ schnitt 20 in die Napfwandung 19 eingefahren wird, danach wird die Anordnung gemäß Fig. 2 um 180° gedreht, so daß der Stempel 30 oben und der Deckel 12 unten liegen.

Es ist selbstverständlich, daß der Schirm 21 auch zum jetzigen Zeitpunkt auch hätte eingestellt werden können.

Fig. 3 zeigt die Anordnung ohne den Schirm, die unter bestimmten Umständen auch so einsetzbar ist.

Nun wird die Zuordnung der einzelnen Komponenten erwärmt auf eine Temperatur, die höher liegt als die Temperatur des Kupfers, wodurch sich die Sinterstruktur des Chrom- Kupferpulvers ausbildet und das Kupfer in den Spalt 24 zwischen der Innenfläche der Napfwandung und der Außenfläche des Abschnittes 20 aufgrund von Kapillarwirkung hineinzieht.

Nach Abkühlen ist die vorgefertigte Einheit aus Deckel 12, Schirm 21 und Kontaktstück 18 fertig; es ist nur noch erforderlich, den Deckel 12 bzw. die mit dem Deckel fest ver­ bundene Einheit auf die eine Stirnfläche des Zylinders und den Deckel 11 mit dem Fal­ tenbalg und dem beweglichen Kontaktstück auf die andere Stirnfläche aufzusetzen un­ ter Zwischenfügung von Lotmaterial und danach die Vakuumkammer in einem Vaku­ umofen fertig zusammenzulöten.

Im vorliegenden ist dargestellt, daß die Erfindung ausgeführt wird mit einem napfförmi­ gen Deckel; es besteht natürlich die Möglichkeit, den Deckel als Scheibe auszubilden, wobei zur Fixierung des Schirmes am Deckel der Deckel ggf. eine umlaufende Stufung aufweist, die entweder ins Innere des Schirms hineingreift oder in die der Schirm hin­ eingreift.

In jedem Fall ist die Anordnung so zu treffen, daß der Schirm 21 mit der Herstellung der Einheit aus Deckel, Schirm und feststehendem Kontaktstück integral gefertigt werden kann.

Es ist möglich, daß dann, wenn eine Chrom-Kupferpulvermischung vorgesintert oder als Pulver in die Vertiefung eingegeben wird, ein Kupferdeckel 36 ggf. nicht mehr erfor­ derlich ist.

Daß in diese Chrom-Kupfermischung auch zusätzliche Materialien eingegeben werden können, beispielsweise Titan, Niob und dgl., wobei dies nicht als Einschränkung auf eine bestimmte Gruppe von Materialien angesehen werden soll, ist selbstverständlich.

Claims (8)

1. Vakuumkammer mit einem an einem feststehenden Kontaktträger befestigten feststehenden Kontaktstück und einem an einem beweglichen Kontaktträger befestigten beweglichen Kontaktstück, wobei die Kontaktstücke aus einer Sinterstruktur mit einem ersten Material mit einem höheren Schmelzpunkt und einem zweiten Material mit einem niedrigeren Schmelzpunkt im Sinterverfahren bzw. Sinter/Schmelzverfahren zusam­ mengesetzt sind, mit einem Isolierzylinder, der stirnseitig mittels je eines Deckels ver­ schlossen ist, mit einem am beweglichen Kontaktträger und benachbarten Deckel an­ geschlossenen Faltenbalg und ggf. mit einem die Kontaktstelle umfassenden Schirm, dadurch gekennzeichnet, daß der feststehende Kontaktträger der benachbarte Deckel (12) ist, daß an der Innenfläche des Deckels eine als feststehendes Kontaktstück (18) dienende Sinter/Schmelzstruktur angebracht.

2. Vakuumkammer nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das mit dem Material der Sinterstruktur, das einen niedrigeren Schmelzpunkt aufweist als das an­ dere, auch der Schirm (21) am Deckel befestigt ist.

3. Vakuumkammer nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß der Deckel (12) napfförmig ist und die Napfwand (19) den Schirm (21) an dessen benachbartem Randbereich umfaßt, so daß das Material mit dem niedrigeren Schmelzpunkt in den Zwischenraum zwischen Schirm (21) und Napfwand (19) aufgrund der Kapillarwirkung eindringt, wenn das feststehende Kontaktstück hergestellt wird.

4. Vakuumkammer nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß der Deckel eine Scheibe ist.

5. Vakuumkammer nach Anspruch 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß der Deckel eine Stufung aufweist, die dem größeren Abschnitt des Schirms (10) angepaßt ist, daß die Stufung in den Abschnitt oder der Abschnitt in die Stufung einfügbar ist, und daß das Material mit dem niedrigeren Schmelzpunkt in den Spalt zwischen Stufung und größerem Abschnitt durch Kapillarwirkung eindringt.

6. Verfahren zur Herstellung des feststehenden Kontaktstückes innerhalb des Deckels, für eine Vakuumkammer nach einem der vorherigen Ansprüche, dadurch ge­ kennzeichnet, daß in eine Vertiefung eines Stempels ein Pulver aus einem ersten Mate­ rial mit höherem Schmelzpunkt oder eine Mischung aus pulvrigem erstem und einem zweiten Material, dessen Schmelzpunkt niedriger ist als derjenige des ersten Materials, eingefüllt oder in die Vertiefung als eine vorgesinterte Scheibe aus dem ersten und/oder zweiten Material eingelegt wird, daß danach die Vertiefung ggf. durch eine Platte abge­ deckt wird, die aus dem zweiten Material besteht und daß der Deckel über die Platte und den Stempel gelegt wird, daß der Schirm evtl. auf den Deckel aufgestellt wird, daß die Anordnung dieser Komponenten um 180° verschwenkt wird, so daß der Deckelbo­ den sich nunmehr vertikal unten befindet, wobei ggf. der Schirm auch erst jetzt auf den Deckel aufgestellt werden kann, und daß die Anordnung auf eine Temperatur erwärmt wird, die höher liegt als der Schmelzpunkt des zweiten, aber niedriger als der Schmelz­ punkt des ersten Materials.

7. Verfahren nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß der napfartige Dec­ kel mit einer Bodeninnenfläche gegen den Stempel gelegt und der Schirm in den Napf­ rand eingefügt werden und daß bei Erhitzen auf eine Temperatur über den Schmelz­ punkt des zweiten Materials dieses in den Zwischenraum zwischen Schirm und Napf­ rand eindringt.

8. Verfahren nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß auf den Deckel der Stufung der Schirm aufgestellt wird, wobei die Stufung in den Schirm oder der Schirm in die Stufung eingreift, und beim Erwärmen das zweite Material in den Zwischenraum zwischen Schirm und Stufung eindringt.