DE1515759C3

DE1515759C3 - Vakuumschalter

Info

Publication number: DE1515759C3
Application number: DE1515759A
Authority: DE
Inventors: Philip Barkan; James Martin Schenectady N.Y. Lafferty; Thomas Henry Lee; Joseph Lawrence Drexel Hill Talento
Original assignee: General Electric Co
Current assignee: General Electric Co
Priority date: 1961-11-10
Filing date: 1965-01-04
Publication date: 1974-05-09
Also published as: FR1419624A; US3246979A; FR1349266A; DE1236630B; DE1515759A1; GB1020914A; DE1515759B2; CH432672A

Description

Die Erfindung bezieht sich auf einen Vakuumschalter für Wechselspannung mit zwei trennbaren Kontaktstücken, die weitgehend frei von sorbierten Gasen und oberflächlichen Verunreinigungen sind und deren Kontaktfläche mindestens bei einem Kontaktstück aus einer Legierung besteht, die einen nicht hochwarmfesten metallischen Hauptbestandteil mit einem Kochpunkt unter 3500° K und einen nicht hochwarmfesten metallischen Nebenbestandteil enthält, der eine niedrigere effektive Erstarrungstemperatur als der Hauptbestandteil aufweist, der ferner in der flüssigen Phase des Hauptbestandteils nennenswert, in der festen Phase des Hauptbestandteils, wenn überhaupt, nur wenig löslich ist, und der in der Legierung in einem größeren Anteil vorhanden ist, als der Hauptbestandteil im festen Zustand zu lösen vermag, wobei für eine Nennspannung des Schalters von mindestens 7,2 kV der

ίο Anteil des Nebenbestandteils in der Legierung höchstens 5 Gewichtsprozent beträgt und der Nebenbestandteil in der Legierung weitestgehend dispergiert ist, nach Hauptpatent 1 236 630.

Ein solcher Vakuumschalter ist auch bereits aus der französischen Patentschrift 1 349 266 bekannt. Sein Kontaktwerkstoff enthält als Hauptbestandteil ein Metall guter Leitfähigkeit, wie Kupfer, Silber, oder Aluminium und als Nebenbestandteil ein Material mit folgenden Eigenschaften: Die effektive Erstarrungstemperatur ist niedriger als die des Hauptbestandteils; seine Löslichkeit in der flüssigen Phase des Hauptbestandteils ist größer als 1 Gewichtsprozent der Legierung; in der festen Phase des Hauptbestandteils soll es dagegen wenig oder gar nicht löslich sein.

Genauer gesagt, soll die Festkörperlöslichkeit kleiner als 1 Gewichtsprozent der Legierung sein. Beispiele hierfür sind die Legierungen Kupfer—Wismut, Kupfer — Blei, Kupfer—Tellur, Kupfer—Thallium, Silber-Tellur, Aluminium—Blei, Aluminium—Indium, AIuminium—Zinn und Aluminium—Wismut. Durch diesen Kontaktstoff wird ein Vakuumschalter mit einer Nennspannung von mindestens 7,2 kV und einem Abschaltstrom von mindestens 8 kA derart gestaltet, daß seine Kontakte eine Impulsscheitelspannung von mindestens 95 kV und eine Dauerbelastung von mindestens 36 kV_e// bei 60 Hz aushalten.

Es hat sich jedoch gezeigt, daß die im Hauptpatent . beschriebenen Legierungen für manche Anwendungsfälle nicht optimal geeignet sind. Aufgabe der Erfin- dung ist daher, den Bereich der für einen Vakuumschalter der beschriebenen Art verwendbaren Legierungen noch zu erweitern.

Die Lösung dieser Aufgabe besteht gemäß der Erfindung darin, daß bei einem Vakuumschalter der genannten Art die Löslichkeit des Nebenbestandteils in der festen Phase des Hauptbestandteils bei einer Bezugstemperatur, die der eutektischen Temperatur oder, falls kein Eutektikum existiert, der Erstarrungstemperatur des Nebenbestandteils entspricht, bis zu 2 Gewichtsprozent der Legierung beträgt.

Überraschend wurde festgestellt, daß die im Hauptpatent angegebene obere Grenze von 1 Gewichtsprozent für die Festkörperlöslichkeit des Nebenbestandteils, insbesondere für Silber-Wismut- und Silber-Blei-Legierungen überschritten werden kann.

Die Erfindung soll nun an Hand der Zeichnungen näher erläutert werden. Es zeigt

Fig. 1 eine Schnittansicht eines Vakuumschalters gemäß der Erfindung,

Fig. 2 eine vergrößerte perspektivische Ansicht eines Kontaktstückes des Schalters der Fig. 1,

Fig. 3 eine Mikrophotographie, die in 50Ofacher Vergrößerung die Kornstruktur einer Kupfer-Wismut-Legierung zeigt, die 20 Gewichtsprozent Wismut enthält. Die Legierung ist im Gußzustand dargestellt,

F i g. 4 eine F i g. 3 entsprechende Mikrophotographie einer Kupfer-Wismut-Legierung, die 15 Gewichtsprozent Wismut enthält,

3 4

Fig. 5 eine Fig. 3 entsprechende Mikrophotographie Alle Innenteile des Schalters sind praktisch frei von

einer Kupfer-Wismut-Legierung mit 11 Gewichtspro- oberflächlichen Verunreinigungen. Dies kann durch

zent Wismut, geeignete Verfahrensmaßnahmen bei der Herstellung

Fig. 6 eine Fig. 3 entsprechende Mikrophotographie des Schalters erreicht werden, beispielsweise durch

einer Kupfer-Wismut-Legierung, die 5 Gewichtspro- 5 Ausheizen bei z. B. 400⁰C während der Evakuierung,

zent Wismut enthält, Die Kontaktstücke 17, 18 sind außerdem frei von im

Fig. 7 eine Fig. 2 entsprechende Mikrophotographie Kontaktkörper absorbierten Gasen, so daß auch durch

einer Kupfer-Wismut-Legierung, die 1 Gewichtspro- einen Lichtbogen hoher Stromstärke keine Gase aus

zent Wismut enthält, dem Inneren der Kontaktstücke freigesetzt werden

Fig. 8 eine Fig. 3 entsprechende Mikrophotographie io können. Auf die Entfernung der im Inneren befind-

einer Kupfer-Wismut-Legierung, die 0,5 Gewichtspro- liehen Gase wird noch näher eingegangen werden,

zent Wismut enthält, Die Kontaktstücke sind vorzugsweise in der darge-

Fig. 9 eine Mikrophotographie, die in lOOfacher stellten Weise ausgebildet, wie es auch in der USA.-Vergrößerung die Kornstruktur einer Kupfer-Blei- Patentschrift 2 949 520 beschrieben ist, wenn die ErLegierung zeigt, die 1 Gewichtsprozent Blei enthält. 15 findung auch nicht auf diese Formgebung der Kon-Die Legierung ist im Gußzustand dargestellt, taktstücke beschränkt ist. Bei dieser bevorzugten Aus-

Fig. 10 eine Mikrophotographie, die in 500facher führungsform sind die Kontaktstücke scheibenförmig

Vergrößerung denselben Werkstoff zeigt, wie Fig. 9, und stehen einander mit ihrer einen Hauptfläche

Fig. 11 eine Mikrophotographie, die in 750facher gegenüber. Im Mittelbereich der Kontaktstücke sind

Vergrößerung einen Teil eines Kontaktstückes im 20 Vertiefungen 29 gebildet, die von ringförmigen Be-

Schnitt zeigt; die Schnittebene verläuft dabei wenig- rührungsflächen 30 umgeben sind. Diese ringförmigen

stens annähernd senkrecht zu der Fläche, die den Berührungsflächen 30 liegen aneinander an, wenn sich

Gegenkontakt berührt. Der dargestellte Kontakt war ' die Kontaktstücke in der in Fig. 1 dargestellten ge-

bei starker Strombelastung geschlossen worden, so daß , schlossenen Stellung des Schalters befinden, und ihr

sich eine Schweißstelle bildete, anschließend war er 25 Durchmesser ist so gewählt, daß der die geschlossenen

stromlos von dem Gegenkontakt getrennt worden, Kontakte durchfließende Strom längs einer Schleife L

wobei die Schweißstelle zerbrochen wurde. verläuft, wie in Fig. 1 gestrichelt eingezeichnet ist.

Der in Fig. 1 dargestellte Schalter enthält einen Dieser schleifenförmige Stromweg ist von einem Ma-

weitgehenden evakuierten Kolben 10 mit einem Teil 11 gnetfeld begleitet, das in bekannter Weise die Schleife

aus einem isolierenden Werkstoff, z. B. Glas oder 30 zu verlängern strebt. Wenn die Kontaktstücke getrennt

Aluminiumoxyd und zwei metallischen Endkappen 12, werden und sich zwischen den Berührungsflächen 30

13, die an Abdichtstellen 14 vakuumdicht mit dem Iso- ein Lichtbogen bildet, treibt das die Schleife beglei-

lierteil 11 verbunden sind. Der normale Innendruck tende Magnetfeld also den Bogen radial nach außen,

im Kolben 10 liegt bei statischen Bedingungen unter Während die Ansatzpunkte des Bogens zum äußeren

IO-⁴ Torr, so daß eine ausreichende Sicherheit vor- 35 Umfang der Scheiben 17, 18 wandern, wirkt auf dem

handen ist, daß die mittlere freie Weglänge von Elek- Bogen eine magnetische Kraft in Umfangsrichtung, die

tronen größer ist, als die Durchschlagsstrecke im bewirkt, daß der Bogen in Umfangsrichtung um die

Kolben. Mittelachsen der Scheiben kreist. Diese iu Umfangs-

Die Innenwand des Isolierteiles 11 wird durch eine richtung wirkende magnetische Kraft wird vorzugs-

rohrförmige Metallabschirmung 15 gegen kondensie- 40 weise durch eine Anzahl von Schlitzen 32 erzeugt, die

rende Metalldämpfe geschützt, die im Bogen entstehen vom äußeren Umfang der Scheibe spiralförmig nach

können. Die Abschirmung 15 ist am Isolierteil 11 innen verlaufen, wie Fig. 2 zeigt. Die Schlitze 32

befestigt und vorzugsweise bon beiden Endkappen 12, zwingen den Strom, der zu oder von einem in einer

13 isoliert. Diese Abschirmung verhindert in bekannter bestimmten Richtung von der Achse der Scheibe aus

Weise, daß sich im Lichtbogen entstehende Metall- 45 gerechnet gelegenen Bogenansatzpunkt fließt, auf einen

dämpfe auf dem Isolierteil 11 niederschlagen können. *»· spiralförmigen Weg, der im Bereich des Bogenfuß-

Innerhalb des Kolbens 10 befinden sich zwei trenn- punktes eine bezüglich des Scheibenumfanges tangenbare Kontaktstücke 17, 18, die in der geschlossenen tiale Komponente hat. Die tangential Komponente Stellung dargestellt sind. Das obere ruhende Kontakt- des Stromweges hat eine tangentiale Kraftkomponente stück 17 ist über einen elektrisch leitenden Stab 17 a 50 auf die Stromschleife L zur Folge, die den Bogen in mit der oberen Endkappe 12 verbunden. Das untere Umfangsrichtung um die Achse der Kontakte wandern bewegliche Kontaktstück 18 ist an einer elektrisch läßt. Unter Umständen kann sich der Bogen auch in leitenden Betätigungsstange 18a angebracht, die ver- eine Anzahl von parallelen Teilbögen aufteilen, die tikal verschiebbar gelagert ist. Beim Absenken des dann in der beschriebenen Weise schnell auf den Kontaktstückes 18 wird der Schalter geöffnet, bei der 55 Kontaktflächen um die Achse der Kontakte rotieren, entsprechenden gegenläufigen Bewegung wird der Ein Vakuumschalter mit einer einzigen Unter-Schalter und der zugehörige Stromkreis geschlossen. brechungsstrecke und mit Kontaktstücken der be-Der Abstand zwischen den Kontaktstücken im völlig schriebenen Art soll die für öllose Schalter mit einer geöffneten Zustand des Schalters beträgt bei einem Nennspannung von mindestens 7,2 kV und einem typischen Schalter etwa 12,7 mm. Die Betätigungs- ^6o Abschaltstrom von mindestens 8 kA geforderten Bestange 18 reicht durch eine öffnung in der unteren dingungen erfüllen können. Es ist bereits im Haupt-Endkappe 13 und ist durch einen flexiblen Metall- patent erwähnt worden, daß solche Schalter bestimmbalgen 20 abgedichtet, der eine vertikale Verschiebung ten Forderungen hinsichtlich der Spannungsfestigkeit, der Stange ermöglicht, ohne daß das Vakuum im der Unterbrechungsfähigkeit und der Versenweißungs-Kolben 10 dadurch aufgehoben wird. Wie Fig. 1 zeigt, 65 festigkeit genügen müssen. Die Bedingungen für die ist der Balgen 20 an seinen Enden dicht mit der Be- Spannungsfestigkeit beziehen sich dabei auf einen tätigungsstange 18a und der unteren Endkappe 13 Abstand der voll geöffneten Kontaktstücke, der in verbunden. typischen Fällen etwa 12,5 mm beträgt. Im allgemeinen

befaßt sich die vorliegende Erfindung mit Schaltern, bei denen der Abstand der voll geöffneten Kontrollstücke kleiner ist als etwa 25 mm.

Es wurde gefunden, daß sich diese drei Bedingungen sämtlich bei einem Schalter der beschriebenen Art erfüllen lassen, wenn die Kontakte aus einer Legierung gebildet sind, die im wesentlichen aus einem Hauptbestandteil, der ein nicht hochwarmfestes Metall, vorzugsweise ein guter elektrischer Leiter, mit einem unter 350O⁰K liegenden Kochpunkt ist und aus einem Nebenbestandteil besteht, der erstens eine effektive Erstarrungstemperatur hat, die niedriger liegt, als die des Hauptbestandteils, zweitens in der flüssigen Phase des Hauptbestandteiles eine nennenswerte Löslichkeit hat (vorzugsweise größer als etwa 1 Gewichtsprozent der Legierung) und der drittens in der festen Phase des Hauptbestandteils wenig oder gar nicht löslich ist, d. h. der Hauptbestandteil soll im festen Zustand bei einer Bezugstemperatur, die der Erstarrungstemperatur des Eutektikums der Legierung oder, falls kein Eutektikum existiert, der Erstarrungstemperatur des Nebenbestandteils entspricht, weniger als 2 Gewichtsprozent des Nebenbestandteiles, bezogen auf das Gesamtgewicht der Legierung, lösen können. Außerdem soll der Nebenbestandteil so fein wie möglich in der Legierung verteilt sein. Der maximale Prozentsatz des Nebenbestandteiles in der Legierung muß auf einen so kleinen Wert begrenzt bleiben, daß der Schalter eine ausreichende Spannungsfestigkeit besitzt, also einer Dauerbelastung von 36 kV_e// bei 60 Hz und einer Impulsbelastung von 95 kV Scheitelspannung standzuhalten vermag. Der Prozentsatz des Nebenbestandteiles muß andererseits bei der Bezugstemperatur nennenswert über der maximalen Festkörperlöslichkeit des Nebenbestandteils im Hauptbestandteil liegen.

Die als letztes genannten Bedingungen sollen an Hand einer Kupfer-Wismut-Legierung erläutert werden. Das Kupfer soll mindestens 0,02 Gewichtsprozent Wismut enthalten, dieser Wert liegt oberhalb der besten verfügbaren Angaben über die maximale Festkörperlöslichkeit von Wismut in Kupfer bei der eutektischen Temperatur 270⁰C. Um bezüglich der letztgenannten Bedingung ganz sicher zu gehen, soll vorzugsweise mindesten 0,05 % Wismut vorhanden sein.

Beispiele von Legierungen, die den genannten Bedingungen genügen, sind: Kupfer—Wismut, Kupfer-Blei, Kupfer—Tellur, Kupfer-Thallium, Silber-». Wismut, Silber—Blei, Silber—Tellur, Aluminium-Blei, Aluminium —Indium und Aluminium—Zinn; der Nebenbestandteil aller dieser Legierungen ist dabei in einer solchen Menge vorhanden, die ihre Löslichkeit im festen Zustand übersteigt, trotzdem jedoch noch prozentual klein ist, d. h. sein Anteil beträgt nur einige wenige Prozent oder weniger bezogen auf das Gesamtgewicht der Legierung. In der oben aufgeführten Aufzählung ist zuerst der Hauptbestandteil und dann der Nebenbestandteil genannt.

Es ist derzeit noch nicht möglich, genaue Ziffernangaben für den prozentualen Anteil des Nebenbestandteilcs, der für die Mischung erforderlich ist, anzugeben, die für alle hier beanspruchten Mischungen gelten. Ein Grund hierfür liegt darin, daß die Prozentsätze etwas von Werkstoff zu Werkstoff schwanken. Außerdem stehen nicht immer genaue Angaben über die Löslichkeit der verschiedenen Materialien zur Verfügung. Fun Fachmann kann jedoch ohne weiteres die erforderlichen Mengenangaben bestimmen, wenn er die hier gegebene Lehre berücksichtigt, daß den für den Hauptbestandteil angegebenen Materialien kleine Mengen der angegebenen Nebenbestandteile zugesetzt werden können, um eine gewünschte Verschweißfestigkeit zu erreichen, ohne daß dadurch die Spannungsfestigkeit des mit diesen Materialien hergestellten Schalters merklich verschlechtert wird.

Bei der Herstellung der angegebenen Kontaktwerkstoffe sollen die verschiedenen Bestandteile zuerst getrennt vorbehandelt werden, um sorbierte Gase und

ίο andere Verunreinigungen zu entfernen, beispielsweise durch Zonenschmelzen. Diebeiden Bestandteile werden dann geschmolzen und anschließend im flüssigen Zustand gründlich miteinander gemischt, worauf die Temperatur der Mischung abgesenkt wird, so daß die Bestandteile in einer Weise erstarren, auf die noch näher eingegangen wird. Der Zustand des Materials, den dieses nach dem Erstarren hat, wird im folgenden als »Gußzustand« bezeichnet.

Es wurden metallographische Untersuchungen durchgeführt, um festzustellen, ob zwischen Kontaktwerkstoffen, die hinsichtlich der Spannungsfestigkeit und der Verschweißfestigkeit annehmbar sind und solchen, die diesen Forderungen nicht genügen, strukturelle f_i Unterschiede bestehen. Bei der Untersuchung der Kontaktwerkstoffe im Gußzustand wurde ein offensichtlicher Unterschied gefunden. Dieser Unterschied lag in der Struktur der Begrenzungen zwischen den Körnern des Haupt- oder Primärbestandteils. Bei den brauchbaren Werkstoffen wurden nämlich an den Korngrenzen begrenzte Niederschläge des Nebenoder Sekundärbestandteils gefunden, jedoch typischerweise in Mengen, die nicht ausreichen, um eine dicke kontinuierliche Schicht des Nebenbestandteiles längs dieser Korngrenzen zu bilden. Bei manchen, insbesondere hinsichtlich der Verschweißungsfestigkeit ungeeigneten Werkstoffen war im allgemeinen in den Korngrenzen keine nennenswerte Menge des Nebenbestandteils vorhanden. In anderen, besonders hinsichtlich der Spannungsfestigkeit ungeeigneten Werkstoffen war der Nebenbestandteil in den Korngrenzen vorhanden, jedoch im allgemeinen in Form eines dikken durchgehenden Niederschlages im Gegensatz zu den brauchbaren Werkstoffen, bei denen ein solcher dicker durchgehender Niederschlag fehlt. Mit »dicker * Niederschlag« ist ein Niederschlag gemeint, dessen Dicke größer ist als etwa 1,27 μπι. Bei den brauchbaren Werkstoffen enthielten die Korngrenzen im allgemeinen einige diskrete Teilchen des Nebenbestandteils, deren Dicke den angegebenen Wert von 1,27 μπτ übersteigt, typischerweise besitzen diese Teilchen jedoch ausreichende Abstände voneinander, so daß keine durchgehende Schicht längs der Korngrenzen gebildet wird, die dicker ist als 1,27 μπι. Eine im wesentlichen durchgehende Schicht, deren Dicke nennenswert unterhalb dem angegebenen Wert liegt, kann bei manchen annehmbaren Werkstoffen längs der Korngrenzen vorhanden sein, diesbezügliche Untersuchungen haben jedoch gezeigt, daß Schichten einer so geringen Dicke nicht stören.

Die Eigenschaften der Kornstruktur lassen sich am besten an Hand der Fig. 3 bis 8 verstehen, die mit 500facher Vergrößerung aufgenommene Mikrophotographien der Kornstruktur von Kupfer-Wismut-Kontaktwerkstoffen im Gußzustand zeigen, weiche verschiedene Prozentsätze des Nebenbestandteils Wismut enthalten.

Die Kig. 3 bis 5 zeigen Kupfer-Wismut-Legierungen, die zu viel Wismut enthalten. Fig. 3 zeigt beispiels-

weise die Kornstruktur einer Legierung, die 20% Wismut enthält. Es ist aus Fig. 3 ersichtlich, daß die Kupferkörner 50 von relativ dicken Niederschlagen 52 aus Wismut umgeben sind. Diese Wismutniederschläge haben eine mittlere Dicke von etwa 3,8 bis 5,0 μίτι und umgeben die einzelnen Körner praktisch kontinuierlich. Fig. 4 und 5 zeigen die Kornstruktur von Kupfer-Wismut-Legierungen, die 15 bzw. 11% Wismut enthalten, auch hier sind praktisch durchgehende, dicke Niederschläge aus Wismut längs der Korngrenzen zwischen den Kupferkristalliten 50 vorhanden. Die Wismut-Niederschläge sind bei der 11 % Wismut enthaltenden Legierung dünner, als bei der 15% Wismut enthaltenden Legierung, die mittlere Dicke beträgt jedoch immer noch etwa 3,0 μηι, so daß die Niederschlage gemäß obiger Definition immer noch als dick zu bezeichnen sind. Die in den Fig. 3 bis 5 dargestellten Legierungen genügen zwar den Anforderungen an die Verschweißfestigkeit, nicht jedoch an den oben aufgestellten Anforderungen an die Spannungsfestigkeit.

Die Fig. 6, 7 und 8 sind Mikrophotographien mit 500facher Vergrößerung von Kupfer-Wismut-Legierungen, die hinsichtlich der oben aufgestellten drei Grundforderungen annehmbar sind. Fig. 6 zeigt eine Kupfer-Wismut-Legierung, die 5 % Wismut enthält. In den Grenzen zwischen den Kupferkörnern sind zwar noch verhältnismäßig dicke Wismutpartikel vorhanden, diese Partikeln sind jedoch genügend weit voneinander getrennt, so daß keine durchgehende dicke Schicht längs nennenswerter Teile der Kornoberflächen gebildet wird. Längs der Korngrenzen ist zwar eine dünne Schicht 52 vorhanden, deren mittlere Dicke aber unter 1,27 μπι liegt und daher nicht mehr als dicke Schicht der Definitionen bezeichnet werden kann. Auch bei der in Fig. 7 dargestellten Kupfer-Wismut-Legierung, die 1 % Wismut enthält, sind noch einige Teilchen 54 beträchtlicher Dicke vorhanden, aber auch diese Teilchen sind einzeln und genügend weit voneinander entfernt, so daß kein durchgehender dicker Niederschlag vorhanden ist. An den Korngrenzen kann jedoch immer noch eine sehr dünne Wismutschicht 56 vorhanden sein. Fig. 8 zeigt eine Kupfer-Wismut-Legierung, die 0,5 % Wismut enthält. Auch diese Legierung enthält wie die der Fig. 7 in den Korngrenzen Wismutpartikel und Spuren einer Wismutschicht 56 längs der «* Korngrenzen, diese Schicht ist jedoch offensichtlich wesentlich dünner, als daß sie als dicke Schicht bezeichnet werden könnte.

Die Fig. 9 und 10 dienen ebenfalls dazu, die Eigenschäften der Kornstruktur der Kontaktwerkstoffe gemäß der Erfindung zu erläutern. Diese Fig. sind Mikrophotographien einer Kupfer-Blei-Legierung, die 1 Gewichtsprozent Blei enthält. Fig. 9 zeigt diese Legierung in lOOfacher und Fig. 10 in 500facher Vergrößerung. Aus diesen beiden Fig. ist ersichtlich, daß der Nebenbestandteil Blei in Form diskreter Teilchen 57 an den Korngrenzen niedergeschlagen ist, die Teilchen 57 besitzen dabei einen genügenden Abstand, so daß auch hier längs der Korngrenzen keine durchgehende dicke Schicht vorhanden ist.

Damit gewährleistet ist, daß in den Korngrenzen eine ausreichende Menge des Nebenbestandteils vorhanden ist, soll die bei der Herstellung der Legierung im flüssigen Zustand zum Hauptbestandteil zugesetzte Menge des Nebenbestandteiles die Menge nennenswert überschreiten, die der Hauptbestandteil im festen Zustand bei der eutektische!! Temperatur oder, falls kein Eutektikum existiert, bei der Erstarrungstemperatur des Nebenbestandteils zu lösen vermag. Wenn dies nicht der Fall wäre, würde keine nennenswerte Menge des Nebenbestandteils zur Bildung eines Niederschlages in den Korngrenzen zur Verfügung stehen, wenn die Mischung beim Abkühlen erstarrt. Es hat sich gezeigt, daß in einem solchen Falle die Verschweißfestigkeit der Kontakte stark beeinträchtigt würde. Der Grund hierfür wird weiter unten noch genauer ererläutert werden.

Bei den anfänglichen Untersuchungen wurde festgestellt, daß Kupfer-Wismut-Legierungen, die 20% Wismut enthielten und nach dem oben beschriebenen Verfahren hergestellt worden waren, in Hinsicht auf die Spannungsfestigkeit zu wünschen übrig ließen. Die Spannungsfestigkeit eines Schalters, der Kontaktstücke aus einer Kupferlegierung mit 20% Wismut enthielt, lag ganz wesentlich unter der Spannungsfestigkeit eines entsprechenden Schalters, dessen Kontaktstücke aus reinem Kupfer waren. Die Spannungsfestigkeit eines Schalters mit Kontakten, die 20% Wismut enthielten, lag typischerweise bei einer Impulsscheitelspannung von etwa 40 bis 50 kV im Gegensatz zu 100 kV bei einem Schalter mit Kontakten aus reinem Kupfer, die in derselben Weise hergestellt waren und unter denselben Bedingungen geprüft wurden. Ursprünglich war angenommen worden, daß diese Verringerung der Spannungsfestigkeit auf der Anwesenheit reinen Wismuts in der Legierung beruhe und daß die Spannungsfestigkeit eines solchen Schalters unter gleichbleibenden Prüfbedingungen solange denselben unannehmbar niedrigen Wert behalten würden, solange überhaupt reines Wismut vorhanden ist. Es war daher höchst überraschend, als gefunden wurde, daß kritische kleine Prozentsätze an Wismut, d. h. unter etwa 5 Gewichtsprozent, obwohl sie in reiner Form in der Legierung vorhanden waren, keine nennenswerte Herabsetzung der Spannungsfestigkeit im Vergleich zu Kontaktstücken aus reinem Kupfer ergaben. Es ist immer noch nicht ganz klar, warum bestimmte kleine Mengen eines Nebenbestandteils die Spannungsfestigkeit nicht beeinträchtigen, anscheinend spielt jedoch die Art des Niederschlages des Nebenbestandteiles in den Korngrenzen in dieser Hinsicht eine wichtige Rolle. Wenn dieser Niederschlag eine dicke durchgehende Schicht bildet, wie sie die in Fig. 3 bis 5 dargestellten Legierungen zeigen, können anscheinend gewisse Mengen des Nebenbestandteiles zur Oberfläche des Kontaktstückes gelangen und dort kleine Perlen bilden, die nur schwach an die Oberfläche gebunden sind. Die Anwesenheit solcher nur schwach gebundenen Perlen an der Oberfläche kann einen Spannungsdurchschlag auslösen. Es kann Wochen oder sogar Monate dauern, bis sich solche kleinen, schwach gebundenen Perlen auf der Oberfläche bilden, aber auch in einem solchen Falle kann normalerweise eine Herabsetzung der Spannungsfestigkeit des Schalters nicht zugelassen werden. Wenn jedoch der Niederschlag des Nebenbestandteiles in den Korngrenzen keine durchgehende dicke Schicht bildet, wie bei den Fig. 6 bis 8, wird der Nebenbestandteil anscheinend fester in den Korngrenzen gehalten. Hierdurch wird die Wahrscheinlichkeit eines Spannungsdurchschlages infolge von schwach gebundenen Perlen an den Kontaktflächen verringert.

Damit die Werkstoffe der vorliegenden ürfindung den gestellten Anforderungen genügen, insbesondere hinsichtlich der Spannungsfestigkeit und der Vcrsehwcißfestigkeit, ist es wichtig, daß der Nebenbestand-

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teil der einzelnen Kontaktwerkstoffe gut im Kontaktwerkstoff dispergiert sind, so daß keine örtlichen Bereiche vorhanden sind, die anteilsmäßig zu wenig oder zu viel Nebensbetandteil enthalten. Solche örtlichen Bereiche mit abweichender Konzentration sollen deshalb vermieden werden, da ein zu großer Prozentsatz des Nebenbestandteils die Spannungsfestigkeit herabsetzt, wie oben ausgeführt wurde, während ein zu geringer Anteil an dem Nebenbestandteil unzulässig feste Schweißstellen ergibt, wie weiter unten noch erläutert wird.

Die Forderung nach einer weitgehenden Dispersion ist der Grund dafür, daß der Nebenbestandteil in der flüssigen Phase des Hauptbestandteiles löslich sein soll. Dies ist am leichtesten einzusehen, wenn man daran denkt, daß die Kontaktwerkstoffe durch Mischung der hochgereinigten Bestandteile in deren flüssigem Zustand erfolgt und daß dann die Temperatur der Mischung abgesenkt wird, bis die Bestandteile erstarrt sind. Wenn sich die Bestandteile nicht schon im flüssigen Zustand gleichförmig ineinander verteilen, wird auch der Nebenbestandteil nach dem Erstarren der Mischung nur unzureichend dispergiert sein. Es wurde gefunden, daß eine beträchtliche Löslichkeit der Bestandteile ineinander in der flüssigen Phase notwendig" ist, um eine verhältnismäßig gleichförmige Mischung zwischen den Bestandteilen zu gewährleisten und damit einen hohen Dispersionsgrad.

Wenn die Temperatur der Mischung während des Abkühlens sinkt, erstarrt der Hauptbestandteil wegen seines höheren Erstarrungspunktes zuerst, so daß eine an Nebenbestandteil reiche Legierung immer noch flüssig ist, während sich die Kornstruktur des Hauptbestandteiles ausbildet. Wenn die einzelnen Körner des Hauptbestandteiles während des Erstarrungsvorganges um ihre entsprechenden Kristallisationskerne wachsen, wird die Hauptmenge der noch flüssigen und an Nebenbestandteil reichen Legierung in die äußeren Umfangsbereiche der wachsenden Körner gedrängt. Wenn das ganze Korn des Hauptbestandteiles zu seiner endgültigen Form erstarrt ist, befindet sich der Nebenbestandteil immer noch im flüssigen Zustand außen am Korn und schlägt sich daher an den Grenzen zwischen den benachbarten Körnern nieder, wenn er im Verlauf der weiteren Abkühlung erstarrt. In praktisch allen Grenzen zwischen benachbarten Körnern des ^ Hauptbestandteiles werden daher endliche Mengen des Nebenbestandteiles vorhanden sein, und es ergibt sich dadurch eine weitgehende Dispersion des Nebenbestandteils im Kontaktwerkstoff, wie es erwünscht ist.

Wie erwähnt, wird durch die weitgehende Dispersion verhindert, daß Bereiche entstehen, die einen zu geringen Prozentsatz des Nebenbestandteils enthalten. Daß eine solche weitgehende Dispersion hinsichtlich der Verschweißungsfähigkeit erwünscht ist, läßt sich bei Betrachtung des Mechanismus erkennen, der nach derzeitiger Ansicht für die Bildung von Schweißsteilen zwischen den Kontaktstücken verantwortlich ist. Dieser Mechanismus soll an Hand von Schweißstellen erläutert werden, die sich am störendsten erwiesen haben d. h. Schweißstellen, die beim Schließen des Schalters unter starker Strombelastung entstehen. Beim Schließen der Kontaktstücke prallen diese nämlich häufig infolge der auf das bewegliche Kontaktstück einwirkenden Schließkraft und der federnden Nachgiebigkeit der die Kontakte tragenden Anordnung nach der ersten Berührung nochmals ein kurzes Stück auseinander, bevor sie sich erneut aneinander anlegen.

Beim Prellen der Kontakte bildet sich ein Lichtbogen, durch den gegenüberliegende Bereiche der Kontakte geschmolzen werden, so daß beim erneuten Schließen der Kontakte an der Berührungsfläche eine geschmolzene Schicht vorhanden ist. Wenn der Bogen beim erneuten Schließen der Kontakte erlischt, fällt die in der Berührungsfläche entwickelte Energie plötzlich ab und die geschmolzene Schicht an der Berührungsfläche beginnt daher sofort zu erstarren. Hierdurch bildet sich eine Schweißstelle zwischen den beiden Kontaktstücken. Je höher der Bogenstrom war, um so größer ist die von der geschmolzenen Schicht bedeckte Fläche und um so fester ist normalerweise die gebildete Verschweißung. Der Abkühlungsvorgang, der abläuft, wenn der Bogen bei der erneuten Berührung der Kontakte verschwindet, ist in hohem Maße gerichtet, da eine dünne geschmolzene Schicht auf einer verhältnismäßig kalten kompakten Masse schwimmt. Die Erstarrung schreitet daher von der Grenzfläche zwischen dem festen Körper und der Flüssigkeit in Richtung auf eine Ebene fort, die in der Mitte der Flüssigkeitsschicht quer zu den Kontaktstücken verläuft. Der Erstarrungsvorgang verläuft schnell und ist vermutlich nach 10 ms beendet. Diese schnelle gerichtete Erstarrung hat zur Folge, daß die Kornstruktur in der erstarrten Schicht säulenförmig ist und daß sich die beiden Bestandteile des Kontaktwerkstoffes trennen, da sie verschiedene Erstarrungstemperaturen besitzen und im festen Zustand nur wenig ineinander löslich sind. Bei Beginn der Erstarrung ist eine Komponente des Materials der Hauptbestandteil in der festen a-Phase während die andere Komponente eine noch flüssige Legierung ist, die reich an dem Nebenbestandteil ist. Da der die höhere Erstarrungstemperatur aufweisende Hauptbestandteil zuerst erstarrt, verdrängt er die noch geschmolzene und an Nebenbestandteil reiche Legierung in Richtung auf den heißesten Bereich in der Mitte der Verschweißungszone. Beim weiteren Absinken der Temperatur nimmt der Gehalt der geschmolzenen Legierung an Nebenbestandteil laufend zu und sie erstarrt schließlich bei der eutektischen Temperatur oder, wenn kein Eutektikum existiert, bei der Erstarrungstemperatur des Nebenbestandteils. Der zuletzt erstarrte Bereich hat also einen hohen Gehalt an dem Nebenbestandteil und er erstarrt in einer Ebene längs der Grenzfläche zwischen den beiden Kontaktstücken.

Metallographische Untersuchungen des Grenzschicht- oder Berührungsflächenbereiches haben ergeben, daß bei den Kontaktwerkstoffen gemäß der Erfindung eine deutliche Grenze vorhanden ist, die im wesentlichen längs einer einzigen Ebene quer zur Bewegungsrichtung der Kontakte verläuft. In dieser im wesentlichen ebenen Grenze sind kleine Partikeln des Nebenbestandteils vorhanden. Da die Grenzfläche eben ist und sich in dieser Ebene Partikeln des Nebenbestandteiles befinden, hat die Verschweißung längs dieser Ebene eine schwache Stelle, die leicht getrennt werden kann, wenn die Kontakte bei einem nachfolgenden öffnen des Schalters getrennt werden sollen. Diese Verbindungsstelle ist außerdem schwächer als der Rest beider Kontaktstücke und bei der Trennung der Kontakte entsteht daher ein längs dieser Grenzfläche verlaufender, sauberer Bruch, ohne daß in nennenswertem Umfang größere Teilchen aus der Masse des Kontaktwerkstoffes herausgerissen werden.

Fig. 11 zeigt zur Erläuterung der Natur dieser Grenzfläche eine Mikrophotographie mit 750facher

11 12

Vergrößerung. Die Mikrophotographie zeigt eine den Brüche längs einer unregelmäßigen zackigen

Querschnittsansicht, die im wesentlichen senkrecht zu Fläche auftreten, die in einem gewissen Abstand von

der Grenzfläche verläuft. Es ist nur ein einzelnes Kon- der zwischen den beiden Kontakten liegenden Grenz-

taktstück dargestellt, das zuerst unter hoher Strom- fläche verläuft, wenn die Verschweißung schließlich

belastung in Berührung mit dem entsprechenden Ge- 5 bricht.

genkontakt gebracht worden war, so daß eine Ver- Ein weiterer Faktor, der dazu beiträgt, daß sich der

schweißung entstand, worauf es dann von dem Gegen- Nebenbestandteil in der Berührungsfläche zwischen

kontakt stromlos abgehoben wurde, um die Ver- den Kontakten absetzt, ist die sehr kleine Löslichkeit

schweißung zu trennen. Der Querschnitt verläuft durch des Nebenbestandteils in der festen Phase des Haupt-

die gebrochene Verschweißung. Der Kontaktwerkstoff io bestandteile. Durch diese sehr geringe Löslichkeit in

ist eine Kupfer-Wismut-Legierung, die 5 Gewichts- Verbindung mit dem niedrigeren Erstarrungspunkt des

prozent Wismut enthält. Längs der klar erkennbaren Nebenbestandteils bleibt dieser vom Hauptbestandteil

Grenzfläche 60 befinden sich Wismutteilchen 61. Die getrennt, während letzterer in Richtung auf die Mitte

säulenförmige Kornstruktur ist im Bereich 62 zu erken- der Verschweißung erstarrt. Der freie Nebenbestand-

nen, zwischen den säulenförmigen Körnern befinden 15 teil kann dadurch in die Grenzfläche gedruckt werden

sich Wismutpartikeln 63. Beim Trennen der Schweiß- und steht dort für eine Schwächung der Verschweißung

stelle wurde unabsichtlich ein kleines Teilchen 64 aus zur Verfügung. Wenn der Nebenbestandteil in der

dem Gegenkontakt herausgerissen. Dieses Teilchen 64 festen Phase des Hauptbestandteils in beträchtlicher

hätte zwar im Idealfall am Gegenkontakt verbleiben Menge löslich wäre, würde die an der Grenzfläche zur

sollen, es ist jedoch so klein, daß es den sonst sauberen 20 Verfugung stehende Menge des Nebenbestandteiles

Bruch der Schweißstelle nicht nennenswert verschlech- stark verringert werden oder sogar ganz fehlen und

tert. Es steht nämlich aus der sonst annähernd ebenen das Ergebnis wäre eine relativ starke Bindung quer zur

Fläche 60 nur etwa 18 μΐη heraus. Die Wismutteilchen Grenzfläche. Man betrachte beispielsweise Kupfer-

längs der Fläche 60 unterhalb dieses Teilchens 64 sind ' Zinn-Legierungen und Kupfer-Zink-Legierungen, also

in Fig. 11 besonders klar zu erkennen. 25 Bronze und Messing, sowie Kupfer-Silicium-Legie-

Um zu gewährleisten, daß eine genügende Menge rungen, die alle durch eine hohe Festkörperlöslichkeit des Nebenbestandteils längs der Verbindungsebene der Bestandteile gekennzeichnet sind. Bei solchen zwischen den beiden Kontaktstücken vorhanden ist, Legierungen hat es sich herausgestellt, daß die Verist es wichtig, daß der Nebenbestandteil so weitgehend bindung an der Grenzfläche stärker ist, als der übrige wie möglich im Kontaktwerkstoff dispergiert ist, so 30 Kontaktwerkstoff und daß sich starke Verschweißundaß er für eine Verdrängung in eine Zwischenfläche gen zwischen den Kontakten bilden. Hierdurch sind überall dort zur Verfügung steht, wo eine Verschwei- nicht nur übermäßige Kräfte zur Trennung der Verßung eintreten kann. Wenn keine nennenswerte Menge schweißungen erforderlich, sondern es ergeben sich des Nebenbestandteils im Bereich der Verschweißung beim schließlichen Zerbrechen auch sehr zackige Bruchvorhanden ist, tritt die erwünschte Schwächung der 35 stellen, da große Teilchen aus den Gegenkontakten Schweißverbindung nicht ein. Eine hochgradige Dis- herausgerissen werden. Wenn dagegen Kontaktwerkpersion des Nebenbestandteiles ist also erforderlich, stoffe gemäß der Erfindung verwendet werd »o, können um die gewünschte Sicherheit gegen eine Bildung von die Schweißstellen mit wesentlich kleineren Kräften störenden Verschweißungen zu gewährleisten. getrennt werden und sie brechen sauber an der Grenz-

Ob nennenswerte Mengen des Nebenbestandteiles 40 fläche. Die niedrigsten Kräfte zur Trennung von Ver-

in der Zwischenfläche der Verschweißung für die ge- schweißungen werden bei den Legierungen Kupfer—

wünschte Schwächung zur Verfügung stehen, hängt Wismut, Kupfer—Blei, Silber—Wismut und Silber—

noch von einer Anzahl anderer Faktoren maßgeblich Blei benötigt.

ab. Einer dieser Faktoren ist der niedrige Erstar- Bei manchen brauchbaren Legierungen bilden die rungspunkt des Nebenbestandteils im Vergleich zum 45 zur Herstellung verwendeten Elemente zwischenmetal-Erstarrungspunkt des Hauptbestandteils. Infolge hsche Verbindungen miteinander, obgleich der Nebendes niedrigen Erstarrungspunktes kann der Neben- bestandteil im Hauptbestandteil nur eine geringe oder bestandteil im geschmolzenen Zustand verbleiben, verschwindende Löslichkeit zeigt. Wenn intermetalwährend der Hauptbestandteil erstarrt, so daß beim lische Verbindungen zwischen den in Betracht kom-Erstarrungsvorgang der Nebenbestandteil in die Grenz- 5° menden Elementen existieren, bildet die intermetallische fläche zwischen den beiden Kontaktstücken gedrückt Verbindung und der Hauptbestandteil in typischen wird, während die säulenförmigen Kristallite in Rieh- Fällen ein Eutektikum, dessen Erstarrungspunkt unter tung auf die Grenzfläche wachsen. Würde der Neben- dem des Hauptbestandteils liegt,
bestandteil zwar die oben gestellten Forderungen Für die vorliegende Erfindung kann die intererfüllen mit der Ausnahme, daß er einen höheren 55 metallische Verbindung als der Nebenbestandteil und Erstarrungspunkt hat, als der Hauptbestandteil, so der Erstarrungspunkt der eutektischen Mischung als würde der Nebenbestandteil zuerst erstarren und nur der effektive Erstarrungspunkt des Nebenbestandteils das den Hauptbestandteil bildende Material würde in angesehen werden. Bei einer Legierung aus 99 Gedie Grenzfläche gedruckt, wenn die säulenförmigen wichtsprozent Kupfer und 1 Gewichtsprozent Tellur Körner in Richtung auf diese Grenzfläche wachsen. 60 bildet sich beispielsweise die zwischenmetallische Ver-Dies würde in einer Verschweißung resultieren, die in bindung Cu₂Te und erscheint im Gußzustand der der Berührungsfläche der Kontaktstücke verhältnis- Legierung in den Korngrenzen. Cu₂Te hat einen mäßig stark ist, während schwächere Bereiche an Erstarrungspunkt von 1125⁰C, das aus der zwischen-Stellen auftreten, die einen gewissen Abstand von der metallischen Verbindung mit Kupfer gebildete Eutekti-Grenzfläche haben, da sich dort dann nennenswerte 65 kum hat jedoch einen Erstarrungspunkt von nur Mengen des Nebenbestandteiles befinden würden. 1051⁰C. Die letztgenannte Temperatur liegt unterhalb Die Verschweißung könnte dann an der Grenz- des Erstarrungspunktes des reinen Kupfers, der 1083°C fläche nur schwer zerbrochen werden und es wür- beträgt. Der effektive Erstarrungspunkt des Neben-

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bestandteiles Cu₂Te liegt also unter dem des Haupt- eine gute Spannungsfestigkeit hat, beispielsweise rei-

bestandteiles Kupfer. nem Kupfer. Auf derart aufgebaute Kontakte bezieht

Ein anderer Faktor, der in die Verschweißfestigkeit sich der vorangehende Absatz.

der Kontakte eingeht, ist die elektrische Leitfähigkeit Die Erfindung ist auch nicht darauf beschränkt, daß

des Kontaktwerkstoffes. Im allgemeinen ist eine gute 5 für die Bereiche 30 beider Kontaktstücke dieselben

elektrische Leitfähigkeit erwünscht, um Verschweißun- Werkstoffe verwendet werden. So muß beispielsweise

gen weitgehend zu verhindern. Um eine gute elektrische im Grunde nur eines der Kontaktstücke mit einem

Leitfähigkeit zu erreichen, soll der Hauptbestandteil aktiven Bereich 30 aus den speziellen Werkstoffen

ein guter elektrischer Leiter sein und die Löslichkeit gemäß der Erfindung versehen sein. Der aktive Be-

des Nebenbestandteils im Hauptbestandteil soll klein io reich 30 des anderen Kontaktes kann aus einem

sein. Infolge dieser niedrigen Löslichkeit bleibt die anderen Werkstoff bestehen vorausgesetzt, daß dieser

gute Leitfähigkeit des Hauptbestandteiles trotz der andere Werkstoff als Hauptbestandteil ein Metall

Anwesenheit des Nebenbestandteiles erhalten. Wenn enthält, in dem der Nebenbestandteil des ersten Kon-

die Löslichkeit größere Werte annimmt, wird die Leit- taktes bei der eutektischen Temperatur oder, wenn

fähigkeit des Hauptbestandteiles im allgemeinen stark 15 kein Eutektikum existiert, bei der Erstarrungstempe-

herabgesetzt, die Zugabe von Zinn zu Kupfer verrin- ratur des Nebenbestandteils eine geringere Löslichkeit

gert beispielsweise die Leitfähigkeit des reinen Kupfers als "zwei Gewichtsprozent hat. Einer der Kontakte

stark. kann beispielsweise aus Kupfer bestehen, dem einige

Der Hauptbestandteil darf deshalb kein hochwarm- wenige Prozent Wismut oder Blei zulegiert sind, und festes Metall sein, da hochwarmfeste Metalle eine ver- 20 der andere Kontakt aus reinem Kupfer. Einer der hältnismäßig schlechte Unterbrechungsfähigkeit haben. Kontakte kann auch beispielsweise aus Kupfer mit Wenn man nämlich höhere Ströme als einige tausend einigen wenigen Prozent Wismut und der andere Ampere mit Kontakten aus einem hochwarmfesten Kontakt aus Kupfer mit einigen wenigen Prozent Blei Metall zu unterbrechen versucht, emittiert das hoch- bestehen. Wenn für die zusammenwirkenden Kontaktwarmfeste Metall bei den den Bogen begleitenden 25 stücke verschiedene Werkstoffe verwendet werden, Temperaturen thermisch nach einem Nulldurchgang trägt eine niedrige Festkörperlöslichkeit zwischen dem des Stromes. Eine solche thermische Emission beein- Hauptbestandteil des einen Kontaktstückes und dem trächtigt die Fähigkeit des Vakuums stark, nach einem Nebenbestandteil des anderen Kontaktstückes dazu Nulldurchgang des Stromes seine Isolierfestigkeit bei, störende Kontaktverschweißungen zu verhindern, wiederzugewinnen und Schaltung mit Kontakten aus 30 da nach dem Schließen der beiden Kontakte eine hochwarmfesten Metallen eignen sich daher nicht für schwache Zwischenschicht entsteht,
eine verläßliche Unterbrechung von mehreren tausend Damit der Schalter beim Ausheizen genügend hohen Ampere bei 13,8 kV. Aus diesem Grunde sollen also Temperaturen ausgesetzt werden kann, sollen die Konhochwarmfeste Metalle, wie Wolfram oder Molybdän taktwerkstoffe einen effektiven Dampfdruck besitzen, und ihre Legierungen bei der vorliegenden Erfindung 35 der genügend niedrig ist, damit bei den zum Ausheizen ausgeschlossen werden. ' erforderlichen hohen Temperaturen keine übermäßige

Im Gegensatz zu der begrenzten Unterbrechungs- Verdampfung des Kontaktmaterials eintritt. Die Verfähigkeit bei Verwendung von Kontakten auch hoch- dampfung ist als übermäßig zu bezeichnen, wenn die warmfesten Metallen ist es mit Kontaktstücken 17, 18, isolierenden Flächen des Schalters durch Metallderen Bereiche 30 uas den durch die Erfindung ange- 40 schichten beeinträchtigt werden, die durch Metallgebenen Werkstoffen bestehen, möglich, zuverlässig dampfniederschläge entstehen. Als allgemeine Regel wesentlich höhere Ströme zu unterbrechen. Wenn die kann angegeben werden, daß der effektive Dampf-Bereiche 30 der Kontaktstücke 17, 18 beispielsweise druck des Kontaktwerkstoffes bei der Ausheiztempeaus Kupfer bestehen, dem ein Gewichtsprozent Wismut ratur 10~³ Torr nicht übersteigen soll,
zulegiert ist, können 15,4 kAe// bei 15,5 kV unter- 45 Der Begriff »Metall«, der in Verbindung mit den brochen werden. Um noch ein Beispiel zu geben, ist Kontaktwerkstoffen gemäß der Erfindung gebraucht es möglich, mit Kontaktstücken 17, 18, deren Bereiche- wurde, ist nicht auf metallische Elemente beschränkt, 30 aus Kupfer mit einem Gewichtsprozent Blei be- sondern soll auch Legierungen und intermetallische stehen, 16,3 kA_e// bei 15,5 kV abzuschalten. Verbindungen umfassen. Der Begriff »Legierung« soll

Die Kontaktstücke 17, 18 können ganz aus den 50 sowohl Mischungen als auch feste Lösungen einschlie-

Kontaktwerkstoffen gemäß der Erfindung bestehen, ßen.

selbstverständlich reicht es im allgemeinen auch aus, Die Erfindung eignet sich zwar besonders für Schalwenn nur die beim Schließen und Öffnen des Strom- ter mit Nennspannungen von 7,2 kV und darüber und kreises wirksam werdenden Bereiche 30 aus diesen Abschaltströmen von 8 kA_e// und darüber, sie ist Werkstoffen gemacht werden. Der Rest der einzelnen 55 jedoch nicht hierauf beschränkt und ganz allgemein Kontakte kann aus einem anderen Werkstoff bestehen, auch auf Schalter mit niedrigeren Nennspannungen der sich zum Unterbrechen hoher Ströme eignet und und Nennströmen anwendbar.

Hierzu 2 Blatt Zeichnungen

Claims

Patentansprüche:

1. Vakuumschalter für Wechselspannung mit zwei trennbaren Kontaktstücken, die weitgehend frei von sorbierten Gasen und oberflächlichen Verunreinigungen sind und deren Kontaktfläche mindestens bei einem Kontaktstück aus einer Legierung besteht, die einen nicht hochwarmfesten metallischen Hauptbestandteil mit einem Kochpunkt unter 3500° K und einen nicht hochwarmfesten metallischen Nebenbestandteil enthält, der eine niedrigere effektive Erstarrungstemperatur als der Hauptbestandteil aufweist, der ferner in der flüssigen Phase des Hauptbestandteils nennenswert, in der festen Phase des Hauptbestandteils, wenn überhaupt, nur wenig löslich ist, und der in der Legierung in einem größeren Anteil vorhanden ist, als der Hauptbestandteil im festen Zustand zu lösen vermag, wobei für eine Nennspannung des Schalters von mindestens 7,2 kV der Anteil des Nebenbestandteils in der Legierung höchstens 5 Gewichtsprozent beträgt und der Nebenbestandteil in der Legierung weitestgehend dispergiert ist, nach Hauptpatent 1 236 630, dadurch gekennzeichnet, daß die Löslichkeit des Nebenbestandteils in der festen Phase des Hauptbestandteils bei einer Bezugstemperatur, die der eutektischen Temperatur oder, falls kein Eutektikum existiert, der Erstarrungstemperatur des Nebenbestandteils entspricht, bis zu 2 Gewichtsprozent der Legierung beträgt.

2. Vakuumschalter nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Kontaktfläche des zweiten Kontaktstückes aus einem Material besteht, das als Hauptbestandteil ein Metall enthält, das im festen Zustand bei der eutektischen Temperatur der Legierung, aus der der Kontaktbereich des ersten Kontaktstückes besteht, oder, falls kein Eutektikum existiert, bei der Erstarrungstemperatur des Nebenbestandteiles dieser Legierung höchstens 2 Gewichtsprozent der Legierung aus dem Hauptbestandteil des zweiten Kontaktstückes und dem Nebenbestandteil des ersten Kontaktstückes zu lösen vermag.

3. Vakuumschalter nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Kontaktfläche mindestens eines der Kontaktstücke aus einer Legierung besteht, die als Haupt- und Nebenbestandteil Silber und Wismut oder Silber und Blei enthält.

4. Vakuumschalter nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß der Nebenbestandteil in Form einer intermetallischen Verbindung sehr fein im Hauptbestandteil dispergiert und in einem die Festkörperlöslichkeit des Hauptbestandteiles für diese intermetallische Verbindung übersteigenden Anteil vorhanden ist.