DE102004061497A1 - Shield system consisting of a copper-chromium alloy produced by fusion metallurgy - Google Patents

Shield system consisting of a copper-chromium alloy produced by fusion metallurgy Download PDF

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Abstract

Um eine Vakuumschaltröhre (1) zum Unterbrechen eines Stromes mit einem einen Isolierabschnitt (2a, 2b) aufweisenden vakuumdichten Gehäuse, in dem eine Kontaktanordnung mit relativ zueinander beweglichen Kontakten (7, 9) angeordnet ist, wobei ein die Kontaktanordnung umschließendes Abschirmelement (11) zum Verhindern einer Metallabscheidung an dem Isolierabschnitt (2a, 2b) vorgesehen ist, bereitzustellen, bei der auch bei hohen Betriebsspannungen eine Beschädigung des Abschirmelementes (11) vermieden ist, wird vorgeschlagen, dass das Abschirmelement (11) zumindest teilweise aus einer schmelzmetallurgisch hergestellten Kupfer-Chromlegierung hergestellt ist.A vacuum interrupter (1) for interrupting a current with a vacuum-tight housing having an insulating section (2a, 2b) in which a contact arrangement with relatively movable contacts (7, 9) is arranged, wherein a shielding element (11) enclosing the contact arrangement Preventing a metal deposit on the insulating portion (2a, 2b) is provided to avoid damage to the shielding (11) even at high operating voltages, it is proposed that the shielding element (11) at least partially made of a melt-metallurgically produced copper-chromium alloy is made.

Description

Die Erfindung betrifft eine Vakuumschaltröhre zum Unterbrechen eines Stromes mit einem einen Isolierabschnitt aufweisenden vakuumdichten Gehäuse, in dem eine Kontaktanordnung mit relativ zueinander beweglichen Kontakten angeordnet ist, wobei ein die Kontaktanordnung umschließendes Abschirmelement zum Unterdrücken einer Metallabscheidung an dem Isolierabschnitt vorgesehen ist.The The invention relates to a vacuum interrupter for interrupting a Stream with a Isolierabs having a vacuum-tight Casing, in which a contact arrangement with relatively movable Contacts is arranged, wherein a contact arrangement enclosing the shielding to suppress a metal deposit is provided on the insulating portion.

Die Erfindung betrifft ferner ein Verfahren zum Herstellen einer Abschirmung einer Vakuumschaltröhre.The The invention further relates to a method for producing a shield a vacuum interrupter.

Die eingangs genannte Vakuumschaltröhre und das eingangs genannte Verfahren sind beispielsweise aus der DE 195 03 347 A1 bereits bekannt. Die dort gezeigte Vakuumschaltröhre weist einen ortsfest angeordneten Festkontakt sowie einen diesem axial beweglich gegenüberliegenden Bewegkontakt auf, wobei der Festkontakt an einer feststehenden Festkontaktstange gehalten ist, welche die Begrenzungswandung einer Vakuumschaltkammer vakummdicht durchgreift. Der Bewegkontakt ist hingegen an einer linear beweglichen Bewegkontaktstange befestigt, die ebenfalls aus der Vakuumkammer, in der die Kontakte angeordnet sind, herausgeführt ist. Dabei ist der Bewegkontakt über einen Metallfaltenbalg mit dem Gehäuse der Vakuumschaltkammer verbunden. Die Kontaktanordnung des Vakuumschalters ist von einem Abschirmelement umgeben, das beispielsweise aus einer gesinterten Kupfer-Chromlegierung besteht. Durch Einsatz einer gesinterten Kupfer-Chromlegierung erhöht sich die Resistenz des Schirmsystems gegen die Wechselwirkung mit dem Schalt-Lichtbogen.The aforementioned vacuum interrupter and the aforementioned method are for example from the DE 195 03 347 A1 already known. The vacuum interrupter shown there has a stationary fixed contact and a movable axially opposite this moving contact, wherein the fixed contact is held on a fixed fixed contact rod which passes through the boundary wall of a vacuum interrupter vakummdicht. The moving contact, however, is attached to a linearly movable Bewegkontaktstange, which is also led out of the vacuum chamber in which the contacts are arranged. The moving contact is connected via a metal bellows with the housing of the vacuum interrupter chamber. The contact arrangement of the vacuum switch is surrounded by a shield, which consists for example of a sintered copper-chromium alloy. By using a sintered copper-chromium alloy, the resistance of the shield system increases against the interaction with the switching arc.

In der EP 0 172 411 B1 ist ein Vakuumschutz mit Kontaktstücken offenbart, wobei die Kontaktstücke aus einer schmelzmetallurgisch hergestellten Kupfer-Chromlegierung bestehen, die aus einer Kupfermatrix mit einer gleichmäßigen Verteilung von feinteiligen dendritischen Chromausscheidungen in der Kupfermatrix besteht und die aus 75-40% Masseanteilen Kupfer und 20-60% Masseanteilen Chrom zusammengesetzt ist. Ferner ist dort ein Verfahren zur Herstellung eines solchen Kontaktstückes offenbart, bei dem Schmelzwerkstoff durch Lichtbogenschmelzen erzeugt wird. Anschließend wird der Schmelzwerkstoff durch Fließpressen umgeformt.In the EP 0 172 411 B1 discloses a vacuum protection with contacts, wherein the contacts are made of a melt-metallurgically produced copper-chromium alloy consisting of a copper matrix with a uniform distribution of finely divided dendritic chromium precipitates in the copper matrix and consisting of 75-40% by weight of copper and 20-60% by weight Chrome is composed. Furthermore, there is disclosed a method for producing such a contact piece, wherein the melting material is produced by arc melting. Subsequently, the melting material is formed by extrusion.

Der vorbekannten Vakuumschaltröhre haftet der Nachteil an, dass ein zwischen den Kontakten der Kontaktanordnung beim Öffnen gezogener Lichtbogen Fußpunkte an der Abschirmung ausbildet, wodurch diese beschädigt werden kann.Of the previously known vacuum interrupter adheres to the disadvantage that one between the contacts of the contact arrangement When opening drawn arc of foot points forms on the shield, whereby they are damaged can.

Aufgabe der Erfindung ist es daher, eine Vakuumschaltröhre der eingangs genannten Art bereitzustellen, bei der auch bei hohen Betriebsspannungen und Strömen eine Beschädigung des Abschirmelementes durch den Lichtbogen vermieden ist.task The invention is therefore a vacuum interrupter of the aforementioned To provide type in which even at high operating voltages and Stream a damage the shielding element is avoided by the arc.

Die Erfindung löst diese Aufgabe dadurch, dass das Abschirmelement zumindest teilweise aus einer schmelzmetallurgisch hergestellten Kupfer-Chromlegierung besteht.The Invention solves this task in that the shielding at least partially from a melt-metallurgically produced copper-chromium alloy consists.

Die schmelzmetallurgische Herstellung ist, wie bereits ausgeführt wurde, in der EP 0 172 411 B1 offenbart, die durch diese Bezugnahme Teil des hier vorliegenden Offenbarungsgehaltes ist. Der dort beschriebene Schmelzwerkstoff weist eine im Vergleich zu pulvermetallurgischen Kupfer-Chrom-Werkstof fen weitaus größere Temperaturbeständigkeit auf, so dass die Abschirmung auch höheren Temperaturen und somit heißeren Lichtbögen standhalten kann. Die erfindungsgemäße Vakuumschaltröhre ist daher auch zum Schalten höherer Leistungen befähigt, ohne dass es bereits nach kurzer Zeit zu irreparablen Schäden an der Abschirmung kommt. Darüber hinaus ist auch bei höheren Betriebsspannungen und/oder Betriebsströmen eine hohe Lebensdauer der erfindungsgemäßen Vakuumschaltröhre bereitgestellt.The melt metallurgical production is, as already stated, in the EP 0 172 411 B1 disclosed by this reference is part of the disclosure content herein. The enamel material described therein has a much greater temperature resistance compared to powder metallurgical copper-chromium materials, so that the shielding can withstand even higher temperatures and thus hotter arcs. The vacuum interrupter according to the invention is therefore also capable of switching higher powers, without causing irreparable damage to the shield after a short time. In addition, a high life of the vacuum interrupter according to the invention is provided even at higher operating voltages and / or operating currents.

Vorteilhafterweise weist die schmelzmetallurgisch hergestellte Kupfer-Chromlegierung eine Kupfermatrix mit einer gleichmäßigen Verteilung von feinteiligen dendritischen Chromausscheidungen in der Kupfermatrix auf. Mit diesem Schmelzwerkstoff konnte die Temperaturbeständigkeit der Abschirmung noch weiter erhöht werden.advantageously, indicates the molten metallurgically produced copper-chromium alloy a copper matrix with a uniform distribution of finely divided dendritic chromium precipitates in the copper matrix. With this Melting material could still the temperature resistance of the shield further increased become.

Vorteilhafterweise weist die Kupfer-Chromlegierung einen Kupferanteil zwischen 75 und 40 Gewichtsprozent und einen Chromanteil zwischen 25 und 60 Gewichtsprozent auf.advantageously, the copper-chromium alloy has a copper content between 75 and 40 percent by weight and a chromium content of between 25 and 60 percent by weight on.

Ausgehend von dem eingangs genannten Verfahren löst die Erfindung die Aufgabe dadurch, dass ein plattenförmiger oder blockförmiger Kupfer-Chrom-Schmelzwerkstoff hergestellt wird, wobei die Abschirmung durch Kaltumformen und/oder Span abhebende Bearbeitung des Kupfer-Chrom-Schmelzwerkstoffes hergestellt wird. Im Gegensatz zu den Abschirmungen des Standes der Technik wird die Abschirmung nicht durch geeignete Ziehtechniken hergestellt. Vielmehr kommen erfindungsgemäß Verfahren der Kaltumformung zum Einsatz. So können beispielsweise aus den platten- oder blechförmigen Chrom-Kupferscheiben Streifen ausgestanzt werden, die anschließend durch Kaltumformen, also Biegen oder Rollen, in die gewünschte rohrför mige Struktur gebracht werden. Diese rohrförmigen Strukturen, oder mit anderen Worten Kupfer-Chromrohre, dienen dann als Halbzeug für die Herstellung der röhrenförmigen Abschirmung.Based on the above-mentioned method, the invention solves the problem in that a plate-shaped or block-shaped copper-chromium melting material is produced, wherein the shield is produced by cold forming and / or chip-removing machining of the copper-chromium enamel. Unlike the shields of the prior art, the shield is not made by suitable drawing techniques. Rather, according to the invention, methods of cold forming are used. For example, can be punched out of the plate or sheet-shaped chrome-copper discs strips, which are then brought by cold forming, ie bending or rolling, in the desired rohrför shaped structure. These tubular structures, or in other words copper-chrome tubes, then serve as a semi-finished for the Production of the tubular shield.

Gemäß dem erfindungsgemäßen Verfahren ist auch die Herstellung eines blockförmigen Kupfer-Chrom-Schmelzwerkstoffes möglich, wobei der Kupfer-Chrom Block spanabhebend bearbeitet wird, also die Abschirmung durch einfaches Bohren eines Hohlraumes in den blockförmigen Kupfer-Chrom-Schmelzwerkstoff hergestellt wird. Selbstverständlich sind auch Fräsvorgänge am Kupfer-Chrom-Schmelzwerkstoff im Rahmen der Erfindung als spanabhebende Bearbeitung möglich. Da die Spanabhebung große Materialverluste im Gefolge hat, wird im Rahmen der Erfindung das Kaltumformen von plattenförmigen Kupfer-Chrom-Schmelzwerkstoffen bevorzugt.According to the inventive method is also the production of a block-shaped copper-chromium fusion material possible, wherein the copper-chromium block is machined, so shielding by simply drilling a cavity into the block-shaped copper-chrome fuser material will be produced. Of course are also milling operations on the copper-chrome-melting material in the context of the invention as a machining possible. Because the Chip removal big Material losses in the wake, is in the invention Cold forming of plate-shaped Copper-chrome fused materials are preferred.

Weitere zweckmäßige Ausgestaltungen und Vorteile der Erfindung sind Gegenstand der nachfolgenden Beschreibung von Ausführungsbeispielen der Erfindung unter Bezug auf die Figur der Zeichnung, wobei dieFurther expedient embodiments and advantages of the invention are the subject of the following description of embodiments of the Invention with reference to the figure of the drawing, wherein the

Figur eine teilweise geschnittene Seitenansicht einer Vakuumschaltröhre zeigt.figure a partially sectioned side view of a vacuum interrupter shows.

Die einzige Figur zeigt eine teilweise geschnittene Seitenansicht einer Vakuumschaltröhre 1, die ein zweiteiliges hohlzylindrisches Keramikgehäuse 2a und 2b aufweist, dessen Gehäuseteile 2a und 2b jeweils stirnseitig durch metallische Deckel 3 und 4 vakummdicht verschlossen sind, so dass eine Vakuumschaltkammer 5 ausbildet ist. Der Deckel 3 ist von einer Festkontaktstange 6 vakuumdicht durchgriffen. An dem in der Vakuumschaltkammer 5 angeordneten freien Ende der Festkontaktstange 6 ist ein Festkontakt 7 angeordnet. Der Deckel 4 wird von einer Schaltstange 8 durchragt, die einen Bewegkontakt 9 trägt. Die Schaltstange 8 sowie der Bewegkontakt 9 sind längs beweglich geführt, so dass der Bewegkontakt 9 aus seiner in der Figur gezeigten Trennstellung heraus in eine Kontaktstellung überführbar ist, in der der Bewegkontakt 9 an dem Festkontakt 7 anliegt und einen Stromfluss über den Vakuumschalter 1 ermöglicht ist. Um für die Beweglichkeit des Bewegkontaktes 9 zu sorgen, ist dieser über einen ein- und ausziehbaren Metallfaltenbalg 10 mit dem Deckel 4 vakuumdicht verbunden.The single figure shows a partially sectioned side view of a vacuum interrupter 1 , which is a two-piece hollow cylindrical ceramic housing 2a and 2 B has, the housing parts 2a and 2 B each end face by metallic lid 3 and 4 are sealed vacuum-tight, so that a vacuum interrupter chamber 5 is formed. The lid 3 is from a fixed contact rod 6 penetrated vacuum-tight. At the in the vacuum interrupter chamber 5 arranged free end of the fixed contact rod 6 is a fixed contact 7 arranged. The lid 4 is from a shift rod 8th protrudes, the one moving contact 9 wearing. The shift rod 8th as well as the moving contact 9 are guided longitudinally movable, so that the moving contact 9 can be transferred from its disconnected position shown in the figure in a contact position in which the moving contact 9 on the fixed contact 7 is applied and a current flow through the vacuum switch 1 is possible. In order for the mobility of the moving contact 9 To ensure this is via a retractable and extendable metal bellows 10 with the lid 4 connected vacuum-tight.

Werden die Kontakte 7 und 9 bei einem über die Vakuumschaltröhre 1 fließenden Strom voneinander getrennt, wird zwischen den Kontakten 7 und 9 ein Lichtbogen gezogen. Im Bereich der Mittelspannung kommt es aufgrund der hohen Lichtbogentemperaturen zu einem Abbrand an den Kontaktflächen der Kontakte 7 und 9 und damit zu einer Bildung von Metalldampf. Um die Ablagerung dieses Metalldampfes an der Innenseite des Keramikgehäuses 2a und 2b zu vermeiden, ist eine Abschirmung 11 vorgesehen, die aus einem Abschirmungsabschnitt 12 sowie einem Befestigungsabschnitt 13 besteht. Der Abschirmungsabschnitt 12 umgibt die aus dem Festkontakt 7 und dem Bewegkontakt 9 bestehende Kontaktanordnung. Zur Halterung des Abschirmabschittes 12 ist dieser mit dem Befestigungsabschnitt 13 verlötet, der mit den als Keramikrohr realisierten Gehäuseteilen 2a und 2b fest verlötet ist. Dabei besteht der Abschirmungsabschnitt 12 aus einem Kupfer-Chrom-Schmelzwerkstoff mit einem Kupfer- und Chromanteil von jeweils 50 Gewichtsprozent. Der Befestigungsabschnitt 13 ist hingegen aus Kupfer gefertigt.Be the contacts 7 and 9 at one on the vacuum interrupter 1 flowing stream is separated, between the contacts 7 and 9 pulled an arc. In the range of medium voltage, due to the high arc temperatures, burnup occurs at the contact surfaces of the contacts 7 and 9 and thus to a formation of metal vapor. To the deposition of this metal vapor on the inside of the ceramic housing 2a and 2 B to avoid is a shield 11 provided, consisting of a shielding section 12 and a fastening section 13 consists. The shielding section 12 surrounds the fixed contact 7 and the moving contact 9 existing contact arrangement. For holding the Abschirmabschittes 12 this is with the attachment section 13 soldered, with the realized as a ceramic tube housing parts 2a and 2 B is firmly soldered. In this case, there is the shielding section 12 from a copper-chromium fusion material with a copper and chromium content of 50 percent by weight. The attachment section 13 is made of copper.

In der Figur ist ferner erkennbar, dass der Bewegkontakt 9 und der Festkontakt 7 Schlitze aufweisen, um ein die Löschung eines gezogenen Lichtbogens unterstützendes Magnetfeld zu erzeugen.It can also be seen in the figure that the moving contact 9 and the fixed contact 7 Have slots to generate a magnetic field assisting the extinction of a drawn arc.

Abschließend sei darauf hingewiesen, dass die Abschirmung 11 auch lediglich zum Teil aus dem Kupfer-Chrom-Schmelzwerkstoff gebildet sein kann.Finally, it should be noted that the shield 11 may also be formed only partially from the copper-chromium enamel.

Claims (3)

Vakuumschaltröhre (1) zum Unterbrechen eines Stromes mit einem einen Isolierabschnitt (2a, 2b) aufweisenden vakuumdichten Gehäuse, in dem eine Kontaktanordnung mit relativ zueinander beweglichen Kontakten (7, 9) angeordnet ist, wobei ein die Kontaktanordnung (7, 9) umschließendes Abschirmelement (11) zum Unterdrücken einer Metalldampfabscheidung an dem Isolierabschnitt (2a, 2b) vorgesehen ist, dadurch gekennzeichnet, dass das Abschirmelement (11) zumindest teilweise aus einer schmelzmetallurgisch hergestellten Kupfer-Chromlegierung hergestellt ist.Vacuum interrupter ( 1 ) for interrupting a flow with an insulating section ( 2a . 2 B ) having a vacuum-tight housing, in which a contact arrangement with relatively movable contacts ( 7 . 9 ), wherein a contact arrangement ( 7 . 9 ) enclosing shielding element ( 11 ) for suppressing metal vapor deposition at the insulating portion (FIG. 2a . 2 B ), characterized in that the shielding element ( 11 ) is at least partially made of a melt-metallurgically produced copper-chromium alloy. Vakuumschaltröhre (1) nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass die schmelzmetallurgisch hergestellte Kupferchromlegierung eine Kupfermatrix mit einer gleichmäßigen Verteilung von feinteiligen dendritischen Chromausscheidungen in der Kupfermatrix aufweist.Vacuum interrupter ( 1 ) according to claim 2, characterized in that the melt-metallurgically produced copper chromium alloy has a copper matrix with a uniform distribution of finely divided dendritic chromium precipitates in the copper matrix. Verfahren zum Herstellen einer Abschirmung (11) einer Vakuumschaltröhre (1), bei dem ein plattenförmiger oder blockförmiger Kupfer-Chrom-Schmelzwerkstoff hergestellt wird, wobei die Abschirmung (11) durch Kaltumformen und/oder spanabhebenden Bearbeitung des Kupfer-Chrom-Schmelzwerkstoffes herstellt wird.Method for producing a shield ( 11 ) a vacuum interrupter ( 1 ), in which a plate-shaped or block-shaped copper-chromium fusion material is produced, wherein the shield ( 11 ) is produced by cold forming and / or machining of the copper-chromium melting material.
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