DE1219561B - Vacuum switch - Google Patents
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Description
BUNDESREPUBLIK DEUTSCHLANDFEDERAL REPUBLIC OF GERMANY
DEUTSCHESGERMAN
PATENTAMTPATENT OFFICE
AUSLEGESCHRIFTEDITORIAL
Int. Cl.:Int. Cl .:
HOIhHOIh
DeutscheKl.: 21c-35/09German class: 21c-35/09
Nummer: 1219 561Number: 1219 561
Aktenzeichen: A 45814 VIII d/21 cFile number: A 45814 VIII d / 21 c
Anmeldetag: 21. April 1964 Filing date: April 21, 1964
Auslegetag: 23. Juni 1966Opening day: June 23, 1966
Die Erfindung bezieht sich auf Vakuumschalter-Kontaktstücke, die eine Mehrmetalloberfläche aufweisen.The invention relates to vacuum switch contact pieces which have a multi-metal surface.
Die Oberfläche setzt sich hierbei teilweise aus einem Metall mit einer hohen Abbrandfestigkeit und teilweise aus einem weniger abbrandfesten anderen Metall zusammen. Bei einem solchen Kontaktstück brennt und wird der Lichtbogen auf dem weniger abbrandfesten Metall unterbrochen, während der aus abbrandfestem Metall bestehende Teil des Kontaktstückes im wesentlichen von der Lichtbogeneinwirkung freigehalten wird. Das weniger abbrandfeste Metall verdampft, sobal4 sich der Lichtbogen bildet, wobei jedoch d^p, größte Teü des Metalldampfes sich wieder auf dfiqi J||gLtaktoberrläche niederschlägt. Ein Teil des Mefe||||teEpfes verflüchtigt sich jedoch, wodurch sich dfejlSgse des weniger abbrandfesten Metalls allmählich verringert. Sobald aber die Schicht des weniger abbrandfesten Metalls von der Kontaktoberfläche nahezu verdampft ist, wird auch das abbrandfeste Metall dem Lichtbogen ausgesetzt, und seine Abnutzung beginnt.The surface consists partly of a metal with a high resistance to erosion and partly composed of another metal that is less resistant to burning. With such a contact piece burns and the arc on the less erosion-resistant metal is interrupted while the erosion-resistant metal consisting part of the contact piece essentially from the action of the arc is kept free. The less erosion-resistant metal evaporates as soon as the arc is formed, where, however, d ^ p, greatest part of the metal vapor itself again on the dfiqi J || gLtakt surface. A However, part of the Mefe |||| teEpfes evaporates, whereby dfejlSgse of the less burn-resistant Metal gradually decreased. But as soon as the layer of the less erosion-resistant metal from the The contact surface is almost evaporated, the erosion-resistant metal is also exposed to the arc, and its wear and tear begins.
Es wurde gefunden, daß bei den bekannten Kontaktstücken der obigen Ausführung, die z. B. Molybdän oder Stahl als abbrandfestes Metall und eine Nickel-Zinn-Kupfer-Legierung für das weniger abbrandfeste Metall verwenden, der Abnutzungsgrad des abbrandfesten Metalls sehr stark ansteigt, sobald weniger als 10 Vo des weniger abbrandfesten Metalls verdampft ist. Es hat sich außerdem ergeben, daß der Abnutzungsgrad von der mittleren Stromdichte in dem Kontaktstück abhängt, wobei die Kurve des Abnutzungsgrades über der Stromdichte bei einem den verschiedenen Kontaktmaterialien eigentümlichen Stromdichtewert einen starken Anstieg aufweist. Diese zusätzliche Entdeckung zeigt, daß der Abnutzungsgrad nicht nur von der Verdampfung des weniger lichtbogenbeständigen Metalls, sondern auch von anderen Größen abhängt.It has been found that in the known contact pieces the above embodiment, the z. B. molybdenum or steel as a non-erosive metal and a Use nickel-tin-copper alloy for the less erosion-resistant metal, the degree of wear of the erosion-resistant metal increases very sharply as soon as less than 10 Vo of the less erosion-resistant metal has evaporated. It has also been found that the degree of wear depends on the mean current density in the contact piece depends, the curve of the degree of wear versus the current density at a the current density value peculiar to the various contact materials shows a sharp increase. This additional discovery shows that the degree of wear is not only due to the evaporation of the less arc-resistant metal, but also depends on other sizes.
Metallurgische Untersuchungen an abgenutzten Kontaktstücken haben bewiesen, daß im wesentliehen zwei Gründe für das vorzeitige Unbrauchbarwerden der Kontaktstücke verantwortlich sind. Hierbei handelt es sich um folgende:Metallurgical tests on worn contact pieces have shown that essentially two reasons are responsible for the premature becoming unusable of the contact pieces. Here it concerns the following:
1. Durchdringung der Grenzkornschicht des lichtbogenfesten Metalls durch das weniger lichtbogenfeste Metall infolge mechanischer und thermischer Ermüdung sowie Beschädigung der Kristalle und der Kristallzonen im lichtbogenfesten Metall an der Oberfläche.1. Penetration of the boundary grain layer of the arc-proof metal by the less arc-proof Metal as a result of mechanical and thermal fatigue as well as damage to the crystals and the crystal zones in the arc-proof Metal on the surface.
2. Zerbrechen der Kristallstruktur unter der Oberfläche des lichtbogenfesten Metalls als Folge thermischer Ermüdung.2. Breaking of the crystal structure beneath the surface of the arc-resistant metal as a result thermal fatigue.
VakuumschalterVacuum switch
Anmelder:Applicant:
Associated Electrical Industries Limited, LondonAssociated Electrical Industries Limited, London
Vertreter:Representative:
Dr.-Ing. A. Schmidt, Patentanwalt,Dr.-Ing. A. Schmidt, patent attorney,
Berlin 33, HohenzoUerndamm 150Berlin 33, HohenzoUerndamm 150
Als Erfinder benannt:Named as inventor:
Frank Waterton, Potters Bar, MiddlesexFrank Waterton, Potters Bar, Middlesex
(Großbritannien)(Great Britain)
Beanspruchte Priorität:Claimed priority:
Großbritannien vom 23. April 1963 (15 995) - -Great Britain 23 April 1963 (15 995) - -
Diese Erscheinungen hängen ab von der Arbeitstemperatur des Kontaktstückes, d. h. von der Schaltzahl des Schalters und der Größe und der Wärmeleitfähigkeit der Kontaktstücke und ihrer Träger und ebenso von der Temperatur der Rückkristallisation des lichtbogenfesten Metalls und der mittleren Stromdichte in den Kontaktstücken.These phenomena depend on the working temperature of the contact piece, i. H. on the number of operations of the switch and the size and thermal conductivity of the contact pieces and their supports and also on the temperature of the recrystallization of the arc-resistant metal and the middle Current density in the contact pieces.
Diese Erscheinungen zeigen, daß zwecks Erreichung einer möglichst großen Lebensdauer der Kontaktstücke das lichtbogenfeste Metall sorgfältig ausgewählt werden muß, so daß es eine enge Kornstruktur und eine hohe Widerstandsfestigkeit gegen thermische Ermüdung innerhalb der Körner selbst besitzt und ebenso eine möglichst hohe Rückkristallisationstemperatur und Widerstandsfestigkeit gegen Rückkristallisation aufweist.These phenomena show that in order to achieve the longest possible service life of the contact pieces The arc-resistant metal must be carefully selected so that it has a tight grain structure and has high resistance to thermal fatigue within the grains themselves and also the highest possible recrystallization temperature and resistance to recrystallization having.
Daher ist es Aufgabe der Erfindung, ein verbessertes Vakuumschalter-Kontaktstück herzustellen, welches eine Mehrmetalloberfläche aufweist, bei der der Abnutzungsgrad des lichtbogenfesten Metalls sehr gering ist. Dies wird dadurch erreicht, daß erfindungsgemäß die Kontaktoberfläche in an sich bekannter Weise mit Aussparungen versehen ist, in die ein weniger lichtbogenfestes Material, insbesondere eine Nickel-Zinn-Kupfer-Legierung eingebracht ist und daß zur Verminderung der mechanischen bzw. thermischen Einwirkungen des weniger lichtbogenfesten Materials auf das lichtbogenfeste Material letzteres nur mit V2 Gewichtsprozent Titan legiert ist.It is therefore the object of the invention to produce an improved vacuum switch contact piece which has a multi-metal surface in which the degree of wear of the arc-resistant metal is very high is low. This is achieved in that, according to the invention, the contact surface is known per se Way is provided with recesses in which a less arc-resistant material, in particular a nickel-tin-copper alloy is introduced and that to reduce the mechanical or thermal effects of the less arc-resistant material on the arc-resistant material the latter is only alloyed with V2 weight percent titanium.
Bei einer bereits bekannten Ausführung eines Kontaktstückes für einen Vakuumschalter wird in das aus einem einfachen mehr oder weniger licht-In an already known embodiment of a contact piece for a vacuum switch, in that from a simple more or less light-
609 580/289609 580/289
bogenfesten Kontaktwerkstoff, ζ. B. Kupfer .oder Wolfram bestehende Kontaktstück zwar ebenfalls Titan einlegiert oder in Aussparungen der Kontaktoberfläche eingesetzt, jedoch hat es hierbei die Aufgabe, das Vakuum im. Schaltergefäß durch Getterwirkung nach einer Ausschaltung wiederherzustellen. Eine Erhöhung dieser Wirkung kann dabei noch dadurch erreicht werden, daß das Kontaktstück ganz aus dem Getterwerkstoff Titan hergestellt ist.arc-resistant contact material, ζ. B. copper. Or Existing tungsten contact piece is also alloyed with titanium or in recesses in the contact surface used, but it has the task of keeping the vacuum in. Switch vessel through getter effect to restore after a shutdown. This can increase this effect be achieved that the contact piece is made entirely of the getter material titanium.
Demgegenüber weist das Kontaktstück nach der Erfindung eine Mehrmetalloberfläche auf und besteht aus einer lichtbogenfesten Legierung, welche vorzugsweise Molybdän mit Va Gewichtsprozent Titan enthält. Durch Hinzufügen eines geringen Gewichtsprozentsatzes an Titan zu der Legierung, die das lichtbogenfeste Metall bildet, wuxLdieLebensdauer eines Kontaktstückes etwa um den Faktor 4 erhöht, was einer Verminderung des Abnutzungsgrades des lichtbogenfesten Metalls gleichkommt..·' So wurde z. R^ein j mittlerer, Abnutzungsgrad^ voii. 0,001 bei vorher 7500 Schaltungen, bei derselben Stromdichte nunmehr bei 30 000 Schaltungen erreicht. Dies entspricht in bestimmten Anordnungen· einer. Erhöhung der nutzbaren Kontaktlebensdauer.von .200 000 auf 800 000 Schaltungen. '""■'" In contrast, the contact piece according to the invention has and consists of a multi-metal surface made of an arc-proof alloy, which is preferably molybdenum with Va weight percent titanium contains. By adding a small percentage by weight of titanium to the alloy that makes the Arc-proof metal forms, wuxL the service life of a contact piece increased by a factor of about 4, which reduces the degree of wear of the arc-proof metal equals .. · 'So was z. R ^ a j medium, degree of wear ^ voii. 0.001 at previously 7500 switchings at the same current density now reached at 30,000 switchings. In certain arrangements this corresponds to one. increase the useful contact life from .200,000 to 800,000 operations. '"" ■' "
Bei einer solchen Verminderung des Abnutzungsgrades der Kontaktoberfläche wird die Kontakt-, lebensdauer:.offensichtlich nur durch die Verdampfung des weniger lichtbogenfesten Metalls begrenzt und nicht ^iirch den Abbrand des lichtbogenbeständigen Metalls. " With such a reduction in the degree of wear of the contact surface of the contact is, life: .offensichtlich limited only by the evaporation of the less arc-resistant metal and no ^ iirch the burning of the arc-proof metal. "
Fig. 1 zeigt eine Seitenansicht eines ν^μυπι-schalters im Schnitt undFig. 1 shows a side view of a ν ^ μυπι switch in cut and
F i g. 2 eine Draufsicht auf eines der Kontaktstücke. F i g. 2 is a plan view of one of the contact pieces.
Der Vakuumschalter weist eine Kammer 1 aus Isolierstoff und zwei Endplatten 2, 3 aus elektrisch leitendem Material auf. Durch eine Öffnung 4 in der Endplatte 2 ist ein beweglicher Leiter 5 geführt. Eine Membran 6 zwischen dem Leiter 5 und der Endplatte 2 dichtet die Öffnung 4 ab, sie läßt jedoch eine Bewegung des Leiters 5 gegenüber der.Endplatte 2 zu. Ein anderer Leiter 7 ist an der Endplatte 3 befestigt. _The vacuum switch has a chamber 1 made of insulating material and two end plates 2, 3 made of electrical conductive material. A movable conductor 5 is guided through an opening 4 in the end plate 2. One Membrane 6 between the conductor 5 and the end plate 2 seals the opening 4, but it leaves one Movement of the conductor 5 in relation to the end plate 2. Another conductor 7 is attached to the end plate 3. _
Die inneren Enden der Leiter tragen die einander gegenüberstehenden Kontaktstücke 8, 9, von denen wenigstens eines aus einem abbrandfesten und einem weniger lichtbogenbeständigen Metall besteht.The inner ends of the conductors carry the opposing contact pieces 8, 9, of which at least one consists of an erosion-resistant and a less arc-resistant metal.
Die Kontaktoberfläche des Kontaktstückes 8 ist in F i g. 2 dargestellt. Sie besitzt eine Vielzahl von kreisförmigen Aussparungen 11. Der Hauptteil 12 der Kontaktstücke besteht aus einer lichtbogenfesten Legierung, die V2 Gewichtsprozent Titan sowie Molybdän oder Stahl enthält, während die Aussparungen U mit einer weniger lichtbogenbeständigen Legierung, insbesondere aus Nickel-Zinn-Kupfer-Legierung, gefüllt sind. Das weniger lichtbogenfeste Material kann wahlweise auch in Aussparungen von. anders gestalteten Formen, z. B. in einem oder mehreren ringförmigen Aussparungen, enthalten sein. Die Aussparungen brauchen dabei nicht symmetrisch auf der Oberfläche der Kontaktstücke angeordnet zu sein.The contact surface of the contact piece 8 is shown in FIG. 2 shown. She owns a variety of circular ones Recesses 11. The main part 12 of the contact pieces consists of an arc-resistant alloy, the V2 weight percent contains titanium as well as molybdenum or steel, while the recesses U with a less arc-resistant alloy, in particular made of a nickel-tin-copper alloy, are filled. The less arc-resistant material can optionally also be used in recesses of. different designed forms, e.g. B. be contained in one or more annular recesses. the Recesses do not need to be arranged symmetrically on the surface of the contact pieces be.
ίο Innerhalb der Schaltkammer befindet sich ein Gas sehr geringen Druckes in der Größenordnung von 10~6mmHg. Ein Strom fließt nun durch die Leiter 5, 7 so lange, wie sich die Kontaktstücke längs ihrer Kontaktoberfläche berühren. Er wird durch den beweglichen Leiter 5 unterbrochen, wenn sich die Kontaktstücke trennen. Hierbei bilden sich nun zwischen den freien Kontaktoberflächen der Kontaktstücke ein oder mehrere Lichtbogen, und wie oben beschrieben, brennen die Enden dieser Lichtbogen in den Aussparungen 11 des weniger abbrandfesten Metalls. Dabei verringert sich diese Masse des weniger abbrandfesten Metalls allmählich mit der Zahl der Schaltungen des Schalters, was dann zu einer Abnutzung des den Teil 12 eines jeden Kontakt-Stückes bildenden abbrandfesten Metalls führt. Bei Verwendung einer abbrandfesten Legierung, die gemäß der Erfindung Titan enthält, wird diese Abnutzung beträchtlich verringert.ίο Inside the switching chamber there is a very low pressure gas of the order of 10 ~ 6 mmHg. A current now flows through the conductors 5, 7 as long as the contact pieces touch along their contact surface. It is interrupted by the movable conductor 5 when the contact pieces separate. Here, one or more arcs are now formed between the free contact surfaces of the contact pieces, and as described above, the ends of these arcs burn in the recesses 11 of the less erosion-resistant metal. This mass of the less erosion-resistant metal gradually decreases with the number of circuits of the switch, which then leads to wear of the erosion-resistant metal forming part 12 of each contact piece. When using an erosion-resistant alloy which contains titanium according to the invention, this wear is considerably reduced.
Claims (3)
Deutsche Patentschriften Nr. 407 725, 914146;
deutsche Auslegeschrift Nr. 1 063 247..Considered publications:
German Patent Nos. 407 725, 914146;
German interpretation document No. 1 063 247 ..
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