DE19933111A1 - Vacuum chamber for low power switching, has sintered structure applied to inner surface of cylinder lid to form fixed contact - Google Patents

Vacuum chamber for low power switching, has sintered structure applied to inner surface of cylinder lid to form fixed contact

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Abstract

The vacuum chamber has a contact carrier for a fixed contact and moving contact carrier for a moving contact. The contacts are made of a sintered structure formed from two materials. An insulating cylinder is closed with a lid at each end. One lid (12) forms the fixed contact carrier. A sintered or smelted structure is applied to the inner surface of the lid to form the fixed contact (18). An Independent claim is included for a method of manufacturing a fixed contact inside a lid for a vacuum chamber.

Description

Die Erfindung betrifft eine Vakuumkammer gemäß dem Oberbegriff des Anspruches 1 sowie ein Verfahren zur Herstellung der Vakuumkammer.The invention relates to a vacuum chamber according to the preamble of claim 1 and a method for manufacturing the vacuum chamber.

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.In the known vacuum chambers is located within one of two metalli ceramic lids closed a contact point from a movable Chen and a fixed contact piece, the movable contact piece on a movable contact stem is attached. The fixed contact piece is on egg nem fixed contact stem that reaches through the adjacent lid. Between the movable contact stem and the lid, which has an opening here which the movable contact stem reaches through, a bellows is provided with which the vacuum chamber is closed vacuum-tight; the bellows leaves a movement of the contact stem.

Die Kontaktstücke sind im allgemeinen aus einem Material hergestellt, welches sich aus Chrom und Kupfer zusammensetzt. The contact pieces are generally made of a material that is made of Chromium and copper put together.  

Eine Vakuumkammer für kleine Schaltleistungen besitzt ein feststehendes Kontakt­ stück, das an einem speziell geformten Vorsprung am Deckel angebracht bzw. ange­ formt ist.A vacuum chamber for small switching capacities has a fixed contact piece attached to a specially shaped projection on the lid is formed.

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.The production of such a fixed contact piece and thus the vacuum chamber is relatively complicated, so that it is an object of the invention to manufacture the Simplify vacuum chamber.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß durch die Merkmale des Anspruches 1 gelöst.This object is achieved by the features of claim 1.

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.Accordingly, the fixed contact carrier is the adjacent cover; on the inside surface of the cover is a sintered structure serving as a fixed contact piece brought and with the material of the sintered structure that a lower Has melting point, the screen is attached to the lid.

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.If the lid is cup-shaped, the cup wall can be dimensioned in this way be that it encompasses the screen at its adjacent edge area; this can the material with a lower melting point in the space between the screen and penetrate the bowl wall due to the capillary action.

Zur Bildung der Sinterstruktur kann Cr und Cu verwendet werden, bzw. ähnliche Mate­ rialien; anhand von Cr und Cu wird die Erfindung näher erläutert.Cr and Cu or similar mate can be used to form the sintered structure rialien; the invention is explained in more detail with reference to Cr and Cu.

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.To produce this arrangement, a chrome powder or a chrome Copper powder layer in the vertically open recess of a stamp fills, this recess has a shape that ent the fixed contact piece speaks. Then a copper plate can be placed on the filled recess, which is not necessary if there is sufficient copper in the chrome-copper powder filling is available. A cup-shaped crucible is made from the stamp with the copper plate Set metal and the screen inserts into the inside of the bowl wall. Then this will entire assembly rotated by 180 ° and heated to a temperature which is higher than the melting point of copper. This forms the sintered structure and additionally the copper pulls into the space between the shield by capillary action  and the bowl wall in and after cooling, a unit is completed that the Forms lid, which carries the fixed contact piece and the screen. After Fer The lid with the free rim of the bowl can be opened and cooled the end face of the ceramic body to be soldered.

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.Instead of chrome and copper, materials other than Cr and Cu can of course also be used be applied. The material that has the higher melting point is also the one that is less electrically conductive than the other. Usually the mate rial, which has the higher melting point and lower electrical conductivity, Chromium and the other material copper, with suitable additives also being added can be.

Weitere vorteilhafte Ausgestaltungen und Verbesserungen der Erfindung sind den wei­ teren Unteransprüchen zu entnehmen.Further advantageous refinements and improvements of the invention are the white see further subclaims.

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.Using the drawing, in which an embodiment of the invention is shown, the invention and further advantageous refinements and improvements are explained and described in more detail.

Es zeigen:Show it:

Fig. 1 eine schematische Schnittansicht durch eine Vakuumkammer, Fig. 1 is a schematic sectional view through a vacuum chamber,

Fig. 2 ein Werkzeug zur Herstellung eines Teiles der Vakuumkammer, und Fig. 2 shows a tool for producing a part of the vacuum chamber, and

Fig. 3 eine schematische Schnittansicht durch die Vakuumkammer nach Fig. 1 je­ doch ohne Schirm. Fig. 3 is a schematic sectional view through the vacuum chamber of FIG. 1 but without a screen.

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.The vacuum chamber according to Fig. 1 has a cylinder 10 made of ceramic, the 12 is closed at its two ends by a cover 11 and. The covers 11 and 12 are cup-shaped and soldered with their free cup edges against the end faces of the cylinder 10 . The lid 11 has an opening 13 through which a movable contact stem 14 extends; a bellows 15 is attached to the cover 11 in a vacuum-tight manner, the other end of which is connected to the contact stem 14 in a vacuum-tight manner. The contact stem 14 carries at its inner end the movable contact piece 16th

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.The lid 12 has a lid base 17 , the inner surface of which carries the fixed contact piece 18 ; in the cylindrical Napfwandung 19 of the cover 12 engages from section 20 of a screen 21 on which the shield portion 20 and a cut 22 from the reduced diameter has, with both portions 20, 22 are connected by a frustoconical portion 23rd The section 20 is slightly smaller in diameter than the inside diameter of the cup wall 19 , so that a gap 24 is formed, which is filled with copper 25 according to a method described below due to a capillary action.

Der Deckel 12, das feststehende Kontaktstück 18 und der Schirm 21 werden, wie im folgenden beschrieben wird, als Einheit vorgefertigt.The cover 12 , the fixed contact piece 18 and the screen 21 are prefabricated as a unit, as will be described below.

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.To prefabricate this unit, a stamp 30 is provided, which has on its end face 31 a recess 32 which has a bottom 33 and a conically widening wall 34 . In this recess 32 , which is initially open vertically upwards, a powder 35 is filled, which is a chrome powder or a chrome-copper powder mixed. Then the recess 32 is covered with the powder 35 by means of a copper plate 36 and placed over the copper plate 36 of the cup-shaped lid 12 , so that the copper plate 36 rests on the inner surface of the lid base 17 or vice versa. Now the screen 21 can be inserted, the screen 21 with the section 20 being inserted into the cup wall 19 , then the arrangement according to FIG. 2 is rotated by 180 °, so that the stamp 30 is at the top and the cover 12 is at the bottom.

Es ist selbstverständlich, daß der Schirm 21 auch zum jetzigen Zeitpunkt auch hätte eingestellt werden können.It goes without saying that the screen 21 could also have been set at the present time.

Fig. 3 zeigt die Anordnung ohne den Schirm, die unter bestimmten Umständen auch so einsetzbar ist. Fig. 3 shows the arrangement without the screen, which can also be used under certain circumstances.

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.Now the assignment of the individual components is heated to a temperature which is higher than the temperature of the copper, as a result of which the sintered structure of the chromium-copper powder forms and the copper in the gap 24 between the inner surface of the cup wall and the outer surface of the section 20 due to Capillary action.

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.After cooling, the prefabricated unit consisting of cover 12 , screen 21 and contact piece 18 is finished; it is only necessary to put the lid 12 or the unit firmly connected to the lid on one end face of the cylinder and the lid 11 with the bellows bellows and the movable contact piece on the other end face with the interposition of solder material and then the Solder the vacuum chamber in a vacuum furnace.

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 the present it is shown that the invention is carried out with a cup-shaped towards the lid; there is of course the possibility to design the cover as a disc, whereby, in order to fix the screen to the lid, the lid may have a circumferential gradation has, which either reaches into the inside of the screen or into which the screen intervenes.

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.In any case, the arrangement must be such that the screen 21 can be made integrally with the manufacture of the unit from the lid, screen and fixed contact piece.

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.It is possible that when a chrome-copper powder mixture is pre-sintered or entered as a powder in the recess, a copper lid 36 may no longer be necessary.

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.That additional materials are also added to this chrome-copper mixture can, for example titanium, niobium and the like, but this is not a limitation it goes without saying that a certain group of materials should be viewed.

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.1. Vacuum chamber with a fixed contact piece attached to a fixed contact carrier and a movable contact piece attached to a movable contact carrier, the contact pieces made of a sintered structure with a first material with a higher melting point and a second material with a lower melting point in the sintering process or sinter / Melting processes are put together, with an insulating cylinder, which is closed on the front side by means of a cover, with a movable contact carrier and adjacent cover on closed bellows and, if necessary, with a screen comprising the contact point, characterized in that the fixed contact carrier is the adjacent cover ( 12 ) is that a sintered / melt structure serving as a fixed contact piece ( 18 ) is attached to the inner surface of the cover. 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.2. Vacuum chamber according to claim 1, characterized in that the with the material of the sintered structure, which has a lower melting point than that at the other, the screen ( 21 ) is attached to the lid. 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.3. Vacuum chamber according to claim 2, characterized in that the lid ( 12 ) is cup-shaped and the cup wall ( 19 ) comprises the screen ( 21 ) at its adjacent edge area, so that the material with the lower melting point in the space between the screen ( 21 ) and cup wall ( 19 ) penetrates due to the capillary action when the fixed contact piece is produced. 4. Vakuumkammer nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß der Deckel eine Scheibe ist. 4. Vacuum chamber according to claim 1 or 2, characterized in that the Cover is a washer.   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.5. Vacuum chamber according to claim 1 to 4, characterized in that the cover has a step, which is adapted to the larger section of the screen ( 10 ), that the step in the section or section is insertable into the step, and that the material with the lower melting point penetrates into the gap between the step and the larger section by capillary action. 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.6. Process for producing the fixed contact piece within the Lid, for a vacuum chamber according to one of the preceding claims, characterized ge indicates that in a recess of a stamp a powder from a first mate rial with a higher melting point or a mixture of powdery first and one second material whose melting point is lower than that of the first material, filled or in the recess as a pre-sintered disc from the first and / or second material is inserted that then the recess, if necessary, abge by a plate is covered, which consists of the second material and that the lid over the plate and the stamp is placed that the screen may be placed on the lid that the arrangement of these components is pivoted by 180 °, so that the Deckelbo which is now vertically below, with the screen possibly only now on the Lid can be set up, and that the arrangement is heated to a temperature which is higher than the melting point of the second but lower than the melting point of the first material. 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.7. The method according to claim 5, characterized in that the cup-like Dec with an inner surface against the stamp and the screen in the bowl Rand be inserted and that when heated to a temperature above the enamel point of the second material this in the space between the screen and bowl edge penetrates. 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.8. The method according to claim 5, characterized in that on the lid of the Gradation of the umbrella is set up, the gradation in the umbrella or the umbrella in the step engages, and when heating the second material in the space penetrates between screen and step.
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