DE3931774A1 - Verfahren zur herstellung einer vakuumschaltkammer - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Herstellung ei­ ner Vakuumschaltkammer gemäß Oberbegriff des Anspru­ ches 1.

Bei Schaltkammern, die in der Direkt-Löt-Verschließtech­ nik, d. h. die Kammer wird in einem Ofenzyklus ausge­ pumpt und durch Lötung verschlossen, hergestellt werden, ist es notwendig, zum Kammerinneren einen Evakuierungs- bzw. Entgasungsspalt zu lassen, der erst nach Erreichen eines ausreichenden Hochvakuums durch Lötschmelzung ver­ schlossen wird. Entgasungsspalte können durch die Lötfo­ lie selbst gebildet sein, in dem diese wellen-, trapez-, sägezahn- oder rechteckförmige Ausbuchtungen besitzt.

Diese Maßnahmen führen jedoch nur bei relativ leichtge­ wichtigen Lötbaugruppen zum Ziel. Bei schwereren Bau­ gruppen besteht die Gefahr, daß sich infolge der Erwei­ chung des Lotes bei höheren Temperaturen die Stabilität der Ausbuchtungen verringert und sich der Entgasungs­ bzw. Evakuierungsspalt frühzeit verschließt, bevor der Lötprozeß abgeschlossen ist.

Man ist deshalb dazu übergegangen, einzelne, auf einer planen Lötfolie am Umfang verteilte, massive Lotab­ standsstücke aufzulegen. Diese bestehen entweder aus Lotdrahtabschnitten in L-, V- oder O-Form oder aber aus massiven ausgestanzten rechteckigen, quadratischen oder runden Lotabschnitten. Diese Abstandsstücke müssen exakt, in der Regel manuell, auf die Lötfolie aufgelegt werden, ohne Markierungspunkte auf der Lötfolie zu besit­ zen. Es besteht dabei die Gefahr, daß sie sich im weite­ ren Montageverlauf verschieben und im schlimmsten Falle in die Vakuumkammer hineinfallen, aus der sie mit großem Zeitaufwand wieder entfernt werden müssen. Ferner können die Lotdrahtstücke bei der Herstellung unnötig verunrei­ nigt werden, was eine nicht vakuumdichte Lötnaht zur Folge haben kann.

Die Erfindung hat sich die Aufgabe gestellt, ein Verfah­ ren anzugeben, mit dem die Lotabstandsstücke exakt und montagesicher zu positionieren sind.

Gelöst wird dies mit den kennzeichnenden Merkmalen des Anspruches 1.

Eine oxydfreie Befestigung der Lötteile (Folie und Ab­ standsstücke) miteinander erscheint schwierig. Bei den zu verbindenden Materialien, die in der Regel aus Sil­ ber, Gold, Kupfer oder Mischungen davon bestehen, sind Schweißverfahren nicht oder nur mit sehr großen Aufwen­ dungen möglich. Hingegen hat sich eine Befestigung mit­ tels Laserschweißen als einfaches und erfolgreiches Ver­ bindungsverfahren herausgestellt. Durch einen kurzzeiti­ gen hochenergiereichen Laserimpuls werden beide Materia­ lien an ihren Stoßstellen soweit erhitzt, daß sie mit­ einander oxydfrei verschweißen.

Eine andere Möglichkeit einer verschiebesicheren Fixie­ rung besteht darin, die Lötfolie mit Ausdrückungen zu versehen, in, um bzw. an die entsprechend ausgebildete Lotabstandsstücke gelegt werden.

Schließlich hat sich ein Verstemmen der zur verbindenden Teile als eine sichere Befestigungsmethode herausge­ stellt; dabei wird vorzugsweise mit einem Werkzeug ein Folienabschnitt in das Lotabstandsstück hineingedrückt.

Weitere Verbindungsmöglichkeiten sind in den Unteran­ sprüchen angegeben.

Anhand von schematischen Darstellungen sollen Ausfüh­ rungsbeispiele der Erfindung näher erläutert werden.

Es zeigen:

Fig. 1 ein Halbschnitt einer Vakuumschalt­ kammer,

Fig. 2 ein vergrößerter Teilschnitt im Be­ reich Deckel-Keramikmantelkörper ei­ ner Vakuumschaltkammer,

Fig. 3 eine Draufsicht auf eine Lötfolie und

Fig. 4 bis 7a Variationen der Fixierung zwischen Lötfolie und Lotabstandsstücken.

Die Vakuumschaltkammer enthält einen zylindrischen Kera­ mikmantelkörper 1, der von zwei metallischen Deckeln 3, 4 verschlossen ist. Letztere werden vakuumdicht von zwei Leiterstengeln 5, 6 durchgriffen. Der Stengel 6 ist be­ weglich und über den Balgen 7 mit dem Deckel 4 verbun­ den. Die Stengel 5, 6 tragen Schaltkontaktstücke 8, 9 und sind von dem Metallschirm 10, der den Keramikmantel­ körper 1 gegenüber Schaltlichtbogenprodukten schützt, umgeben. Weitere Metallschirme 10a, 10b dienen der inne­ ren Spannungsfestigkeit der Schaltkammer und decken die innere Stirnkante des Keramikmantelkörpers 1 ab. Der Me­ tallmantel 11 schützt den Balgen 7.

Zur Herstellung der Schaltkammer werden sog. Lötbaugrup­ pen erstellt, d. h. verschiedene Kammerteile werden un­ ter Zwischenlage von Lot, z. B. in Form von Lötfolien, zusammengesetzt. Schließlich werden die Lötbaugruppen zur Schaltkammer vereinigt (siehe Fig. 1) und in einem Vakuumofen verbracht. Dieser wird evakuiert und bis auf die Schmelztemperatur der Lote erhitzt. Damit die Gase aus der Kammer entweichen können, sind Entgasungsspalte anzuordnen. Hierzu wird ein metallischer Deckel 3 mit Hilfe von Lotabstandsstücken 12 aufgeständert. Der Ent­ gasungsspalt 13 bildet sich zwichen den einzelnen, am Umfang verteilten Lotabstandsstücken 12 aus. Im gezeig­ ten Beispiel (siehe Fig. 2) werden die Abstandsstücke 12 auf eine kreisringförmige Lötfolie 14, die die Lot­ grundversorgung der Verbindungsstelle deckt, aufgesetzt. Der Deckel 3 wird nicht unmittelbar auf den Keramikman­ telkörper 1, sondern unter Zwischenlage eines Ringkran­ zes 15 des weichmetallischen Schirmes 10a, der die un­ terschiedlichen Ausdehnungskoeffizienten der zu verbin­ denden vorgenannten Teile kompensiert, aufgelötet. Für das hier zu betrachtende Verfahren bilden Deckel 3 sowie Metallschirm 10a eine Einheit und werden von den Lotab­ standsstücken 12 aufgeständert.

Sowie im Lötofen und damit im Schaltkammerinneren ein gewünschtes Vakuum erreicht ist, wird die Lötofentempe­ ratur auf die Schmelztemperatur der Lotabstandsstücke 12 heraufgefahren, diese verfließen und der Deckel 3 senkt sich - unter Aufhebung der Entgasungsspalte - ab. Nach Verfestigung des Lotes ist die Schaltkammer vakuumdicht verschlossen.

Fig. 3 zeigt eine Draufsicht auf die Lötfolie 14 mit aufgesetzten Lotabstandsstücken 12. Beide Teile sind fest verbunden und als ganzes handhabbar. Die Verbindung geschieht erfindungsgemäß mittels eines Laserimpulses, der die jeweiligen Teile durchdringt und punktförmig verschweißt. Es empfiehlt sich, das Verbindungsverfahren unter Vakuum oder einer Schutzgasatmosphäre vorzunehmen.

In Fig. 4, 4a ist eine Variante der Erfindung gezeigt, gemäß der das Lotabstandsstück als Lotdrahtring 12a aus­ geführt ist, der jeweils um eine, in die Lötfolie 14 ge­ prägte warzenförmige Ausdrückung 16 gelegt ist. Damit ist das Lotabstandsstück für die Montage relativ ver­ schiebesicher festgelegt. Es genügen jeweils drei sol­ cher Fixierpunkte am Umfang der Lötfolie.

Bei der Variante nach Fig. 5, 5a ist die Lötfolie 14 in höckerförmigen Taschen 17 gelegt, in deren Höckermulden Lotabstandsstücke in Form von Lotdrahtabschnitten 12b eingelegt sind.

Wie in Fig. 6, 6a erkennbar, paßt die Ausdrückung 18 in der Lötfolie 14 in eine entsprechende Ausnehmung 19 im Lotabstandsstück, das als kreisförmige Scheibe 12c aus­ gebildet ist.

Gemäß Fig. 7, 7a sind Lötfolie 14 und Lotabstandsstück 12d durch Verstemmen miteinander verbunden. Dabei wird mit einem Werkzeug ein Lötfolienabschnitt 20 in das Lot­ abstandsstück 12d hineingedrückt, jedoch nur so weit, daß der Lötfolienabschnitt 20 nicht vollständig von der Lötfolie 14 abgetrennt wird.

Durch die gezeigten Verschiebesicherungen für die Lotab­ standsstücke wird die Herstellung der Vakuumschaltkammer wesentlich erleichtert und sicherer gemacht.

Claims (10)

1. Verfahren zur Herstellung einer Vakuumschaltkam­ mer, welche in einem einzigen Ofenzyklus evakuiert und durch Lötung verschlossen wird, bei dem in den zwischen einem metallischen Deckel sowie der Stirn eines Keramik­ mantelkörpers der Schaltkammer gebildeten Lötspalt eine Lötfolie sowie damit in Körperkontakt stehende, einzeln am Umfang verteilte Lotabstandsstücke - auf denen der Deckel aufliegt - eingebracht werden, wobei zwischen den Lötabstandsstücken Entgasungsspalte entstehen, dadurch gekennzeichnet, daß die Lotabstandsstücke (12, 12a, 12b, 12c, 12d) an der Lötfolie (14) befestigt bzw. verschie­ besicher fixiert sind.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeich­ net, daß die Befestigung durch einen Laserimpuls er­ folgt.

3. Verfahren nach Anspruch 2, dadurch gekennzeich­ net, daß das Laserschweißen unter Vakuum bzw. einer Schutzgasatmosphäre vorgenommen wird.

4. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeich­ net, daß die Lötfolie (14) mit bleibenden Ausdrückungen (16, 17, 18) versehen ist und an diesen die Lotabstands­ stücke (12, 12a, 12b, 12c, 12d) fixiert werden.

5. Verfahren nach Anspruch 4, dadurch gekennzeich­ net, daß in die Lötfolie (14) durch Ausdrückungen mul­ denförmige Abschnitte gebildet sind, in die passende Lot­ abstandsstücke (12) eingelegt werden.

6. Verfahren nach Anspruch 4, dadurch gekennzeich­ net, daß in die Lötfolie (14) warzenförmige Ausdrückun­ gen (16) eingebracht werden, um die jeweils ein Lotab­ standsstück in Form eines Lotdrahtringes (12a) gelegt wird.

7. Verfahren nach Anspruch 5, dadurch gekennzeich­ net, daß in die Lötfolie (14) Ausdrückungen in Form von höckerförmigen Taschen (17) eingebracht und in die gebilde­ te Höckermulde Lotdrahtabschnitte (12b) eingelegt wer­ den.

8. Verfahren nach Anspruch 4, dadurch gekennzeich­ net, daß das Lotabstandsstück (12c) mindestens eine Aus­ nehmung (19) enthält, in die eine entsprechende Ausdrüc­ kung (18) der Lötfolie (14) paßt.

9. Verfahren nach Anspruch 4, dadurch gekennzeich­ net, daß Lötfolie (14) und Lotabstandsstück (12d) mit­ einander verstemmt sind.

10. Verfahren nach Anspruch 8 und 9, dadurch ge­ kennzeichnet, daß als Lotabstandsstücke (12c, 12d) kreisförmige Scheiben verwendet werden.