DD249992A1

DD249992A1 - Hauptkontakt aus molybdaen-kupfer fuer schwere vakuumschuetze

Info

Publication number: DD249992A1
Application number: DD29114886A
Authority: DD
Inventors: Joachim Cmok; Kurt Lauterbach; Edeltraud Moennig; Gerhard Moennig
Original assignee: Hermsdorf Keramik Veb
Priority date: 1986-06-10
Filing date: 1986-06-10
Publication date: 1987-09-23

Abstract

Hauptkontakte fuer schwere Vakuumschuetze bestehen im allgemeinen aus einer Molybdaen-Kupfer-Legierung, die mit Zusaetzen versehen ist. Das Ziel besteht in der Schaffung eines material-oekonomisch und herstellungsmaessig guenstigen Hauptkontaktes. Die zu loesende Aufgabe ist in der Gewaehrleistung eines gasarmen, abbrandfesten, hinreichend elektrisch leitfaehigen Kontaktes zu sehen, dessen Antischweissverhalten bei guter Loetbarkeit gegenueber den bekannten Hauptkontakten verbessert ist. Die Aufgabe wird dadurch geloest, dass der Molybdaenanteil mindestens 64, aber hoechstens 70 Ma.-% betraegt.

Description

Joachim Cmok . P 1232

Kurt Lauterbach ' IPK: H 01 H, 1/02

Edeltraud Mörinig . 21.5.1986

Gerhard Mönnig

Titel der Erfindung

Hauptkontakt aus Molybdän-Kupfer für schwere Yakuumschütze

Anwendungsgebiet der Erfindung

Die Erfindung betrifft einen Hauptkontakt aus Molybdän-Kupfer für schwere Vakuumschütze, welche im Niederspannungsbereich zwischen 100A und 1000 A auf dem Gebiet der Elektrotechnik angewandt werden.

Derartige Kontakte müssen außer sehr guter Abbrandfestigkeit, die eine große Lebensdauer bewirkt, auch hinreichend gute Antischweißeigenschaften besitzen, weil die zur Kontakttrennung beim Ausschalten nötigen Kräfte möglichst klein sein sollen. Ferner sind hohe elektrische Leitfähigkeit und ·- geringe Kontaktwiderstände erwünscht, um die Stromwärmever-. luste im eingeschalteten Zustand zu minimieren. Nicht zuletzt wird die Lötbarkeit mittels üblicher Vakuumhartlote angestrebt, damit die Weiterverarbeitung der Kontakte durch Fügearbeitsgänge ohne zusätzlichen Aufwand erfolgen kann, wie bspw. das Aufbringen lötfähiger Schichten oder die Verwendung goldhaltiger Hartlote.

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Charakteristik der bekannten technischen Lösungen

Es sind bereits Kontakte für Vakuumschalter bekannt, bei denen der poröse Gerüstkörper aus Wolfram oder Molybdän im Vakuum mit schmelzflüssigem Kupfer oder Kupferlegierungen infiltriert wurde. Dabei sichert die Verwendung der hochschmelzenden Metalle Wolfram oder Molybdän als Gerüstsubstanz eine sehr gute Abbrandfestigkeit und die Infiltration im Vakuum geringe Gasgehalte der Kontakte, während Legierungszusätze zum Kupfer, wie Ti oder Zr, das Benetzungsverhalten der Kupferschmelze sowie das Gettervermögen der Kontakte steigern.

Die in bekannter Weise unter Wasserstoff-Schutzgas hergestellten reinen Molybdän-Kupfer-Kontakte mit Zusammensetzungen um 55 Masseanteile Molybdän und 45 Masseanteile Kupfer zeichnen sich zwar durch hohe elektrische Leitfähigkeit und Abbrandf estigkeit aus in Verbindung mit vergleichsweise geringen Herstellungskosten, neigen aber unter extremen Einschaltbedingungen zum Verschweißen der Schaltstücke.

Weiterhin ist es bekannt, zur effektiven Verbesserung der Antischweißeiegenschaften solcher Tränkkontakte dem Kupfer Legierungszusätze, wie Pb, Sb, Bi oder Te beizugeben, wodurch gleichzeitig neben verbesserten Antischweißeigenschaften der unerwünschte Abreißstrom gesenkt werden kann.

Eine weitere bekannte Lösung zur Verbesserung des Antischweißverhaltens sieht demgegenüber versprödend wirkende Zusätze, wie Al oder Sn, zur Gerüstkörpersubstanz vor.

Ebenso ist bekannt, einen Kontaktgrundkörper aus Molybdän oder Wolfram bzw. aus infiltrierten Gerüstkörpern dieser beiden Metalle mit Bohrungen auf der Kontaktfläche zu versehen, in die intermetallische Sb-Verbindungen eingelagert werden.

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Bei diesen bekannten technischen Lösungen bewirken die erwähnten Legierungszusätze zum Wolfram-Kupfer oder Molybdän-Kupfer zwar die angestrebte Verbesserung des Antischweißverhaltens so hergestellter Kontakte, weisen aber den Mangel auf, daß deren elektrische Leitfähigkeit zugleich erheblich verkleinert und außerdem die Lötbarkeit derart beeinträchtigt wird, daß vor dem Löten das Aufbringen lötfähiger Zwischenschichten unumgänglich ist.

Ziel der Erfindung

Durch die Erfindung sollen die aufgezeigten Nachteile der bekannten technischen Lösungen beseitigt und ein Hauptkontakt gesc-haffen werden, der eine günstige Materialzusammensetzung aufweist und dessen Technologie vereinfacht ist.

Darlegung des Wesens der Erfindung

Der Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, einen Hauptkontäkt für schwere Vakuumschütze zu schaffen, der genügend gasarm ist, eine hohe Abbrandfestigkeit und eine ausreichende elektrische Leitfähigkeit besitzt sowie ein verbessertes Antischweißverhalten bei hinreichend guter Lötbarkeit mit üblichen Vakuumhartloten zeigt.

Gemäß der Erfindung wird diese Aufgabe dadurch gelöst, daß der Molybdänanteil mindestens 64 und höchstens 70 Masse-% bei entsprechend verringertem Kupferanteil beträgt. Hierzu wird Molybdänpulver zu einem porösen Grundkörper verpreßt, unter Wasserstoff-Schutzgas gesintert und mit schmelzflüssigem Kupfer getränkt.

Der erfindungsgemäße Molybdänanteil bewirkt, daß während der Prellvorgänge beim Einschalten des Vakuumschützes weniger Kupfer aus den oberflächennahen Bereichen des Kontaktvolumens

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auf die Schaltfläche austritt, wodurch dort die Bildung größerer Kupferanreicherungen unterbleibt und somit das Verschweißen der Kontakte im erforderlichen Maße vermieden wird. Die elektrische Leitfähigkeit so hergestellter Kontakte sinkt zwar durch den verminderten Kupfergehalt bei leicht erhöhter Härte etwas ab, jedoch ist Abnahme der Leitfähigkeit wesentlich geringer, als durch den Zusatz von versprödend wirkenden Legierungselementen, solange der Molybdängehalt unter 70 Masse—% liegt. Abbrandfestigkeit und Lötbarkeit bleiben gleichfalls unverändert erhalten, ebenso wie das Entgasungsverhalten der Kontakte und ihre gute Beständigkeit gegenüber Substanzverlusten durch Verdampfen.

Ausführungsbeispiel

Die Erfindung wird nachstehend an Hand eines Ausführungsbeispieles beschrieben, wobei davon ausgegangen wird, daß das Kupfer nachfolgend gerichtet zur Erstarrung gebracht wird. Auf die gerichtete Erstarrung des Kupfers kann bei der Anwendung der Erfindung aber auch verzichtet werden, wenn'es auf andere Art gelingt, lötfähige Zwischenschichten zu erzeugen.

Für schwere Vakuumschütze mit 320 A Nennstrom werden scheibenförmige Hauptkontakte in den Abmessungen 36 mm Durchmesser und 7 mm Höhe benötigt einschließlich einer einseitig angebrachten, 0,5 mm dicken Kupferschicht zum Löten. Diese Kontakte werden aus dem Durchdringungsverbundwerkstoff Molybdän-Kupfer hergestellt, wobei ein Sollwert des Molybdängehaltes im Molybdän-Kupfer von . 65 Masse-? angestrebt wird. Aus den 65 Masse-% Molybdän berechnet man unter' Verwendung der Dichtewerte für Molybdän und Kupfer die erforderliche Dichte der gesinterten Molybdängerüstkörper vor dem Tränken zu 6,33 g.cm

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Während des Tränkvorganges selbst finden nur noch geringfügige Dichteänderungen der Molybdängerüstkörper statt. Aus Preß- und Sinterversuchen mit dem einzusetzenden Molybdänpulver wird für die gewählte Sintertemperatur von 1300⁰C die Abhängigkeit der Sinterdichte-Werte von den Werten der Preßdichte im interssierenden Bereich ermittelt und dabei auch der lineare Schwund der Preßlinge beim Sintern bestimmt.

Im vorliegenden Beispiel beträgt für ein Molybdänpulver mit 3,4 μπι mittlerer Teilchengröße die gesuchte Preßdichte 5,35 g· cm bei einem linearen Schwund von 5 %. Als Bearbeitungszugabe werden für den Außendurchmesser und für die Höhe der Scheiben etwa 1 mm vorgesehen, so daß sich unter Berücksichtigung des Sinterschwundes sowie der Kupferschicht Preßteilabmessungen von 39 mm Durchmesser und 8 mm Höhe ergeben. Aus dem Preßdichtewert von 5,35 g.cm

und dem Preßteilvolumen von 9,56 cm³ errechnet sich dessen

Masse zu 51,1 g. Demzufolge werden jeweils 51,1 g Molybdän- . pulver gewichtsdosiert mittels.einer hydraulischen Presse zu Scheiben mit -39 mm Durchmesser und 9 mm Höhe gepreßt und anschließend unter Wasserstoffschutzgas bei 1300⁰C in einem Durchschubofen etwa 1 Stunde lang gesintert. Danach erfolgt in einem Ofen gleichen Typs ebenfalls bei 1300⁰C unter Wasserstoffschutzgas das Tränken der gesinterten porösen Molybdänscheiben durch Auflegetränkung in passenden Graphittiegeln mit Elektrolytkupfer, das zuvor unter Wassserstoffschutzgas zv/ecks Reinigung umgeschmolzen wurde. Dabei bestimmt die zur vollständigen Ausfüllung der Poren berechnete Kupfermenge mit einem Zuschlag von 10 % die Auflegemasse, die um die Kupfermenge zur Bildung einer etwa 2,5 mm dicken Kupferschicht auf der Oberseite der getränkten Scheiben vergrößert wird und damit aus insgesamt 56 g Kupfer besteht. Die Ausgangstemperatur für eine gerichtete Erstarrung der Kupferschmelze nach dem Tränken beträgt höchstens 115O⁰C.

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Wenn der verwendete Tränkofen nicht über zwei getrennte Heizzonen und entsprechende Gesamtlänge verfügt, wird die gerichtete Erstarrung in einem separaten Durchschubofen bei 11.30⁰C unter Wasserstoff schutzgas durchgeführt. Die größte zulässige Vorschubgeschwindigkeit dieses Ofens muß generell bauartabhängig als Kompromiß zwischen Durchsatzleistung einerseits und Entziehung von Gasblasenlunkern andererseits durch Versuche ermittelt werden, wobei die

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mittlere Geschwindigkeit von 45 cm.h des betrachteten Beispiels als Anhaltswert dient. Anschließend wird der Formkörper aus Molybdän—Kupfer spangebend bearbeitet. Nach dem Waschen und Trocknen durchlaufen die Kontakte noch eine Reinigungsglühung bei 850⁰C -unter Wasserstoffschutzgas, bevor die Weiterverarbeitung durch ν^μηΐηίοΐβη mit den Kontaktträgern erfolgt. Die Meßwerte für die elektrische Leitfähigkeit erfindungsgemäß hergestellter Kontakte mit verbessertem Antischweißverhalten schwanken zwischen

nn η j on c c ~2 /Siemens .Meter\ ·,.·,-,· -l-ii.·· ±. 27,9 und 30,6 S.m.mm C 2 ) bei Bnnellharten

von 123 bis 140 HB. Im Vergleich dazu haben die bekannten Molybdän-Kupfer-Kontakte mit dem erwähnten ungünstigeren Antischweißverhalten nur wenig bessere Leitfähigkeiten zwischen 31,1 und 33,5 S.m.mm bei Brinellhärten zwischen 114 und 130 HB.

Claims

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Erf indungs an spruch.

Hauptkontakt aus Molybdän—Kupfer für schwere Vakuumschütze, gekennzeichnet dadurch, daß der Molybdänanteil mindestens 64 und höchstens 70 Masse-% beträgt.