DE1640234B2

DE1640234B2 - VACUUM SWITCHING DEVICE

Info

Publication number: DE1640234B2
Application number: DE1967G0050505
Authority: DE
Inventors: Fordyce Hubbard Schenectady N.Y. Horn (V.St.A.)
Original assignee: General Electric Co
Current assignee: General Electric Co
Priority date: 1966-07-01
Filing date: 1967-06-28
Publication date: 1977-05-18
Also published as: FR1530086A; US3497755A; JPS5416029B1; GB1148978A; DE1640234A1

Description

Die Erfindung bezieht sich auf ein Vakuumschaltgcrät mit einem evakuierten Gehaust- dessen Innendruck 0,0133 Pa (ΙΟ-⁴ Torr) oder weniger beträgt, sowie mit zwei Hauptelektroden, die isoliert voneinander in dem Gehäuse angeordnet sind und zusammen eine Funkenstrecke bilden, wobei die beiden Hauptelektroden mindestens teilweise aus einer Legierung bestehen, deren Hauptbestandteil ein verhältnismäßig niedrig schmelzendes Metall mit einem hohen Dampfdruck ist, das als Lichtbogenelektrode geeignet ist, und daß dem Hauptlegierungsbestandteil eine geringe Menge eines Materials beigegeben ist, dessen Affinität zu Sauerstoff groß ist und das mit Sauerstoff zusammen ein hochstabiles Oxid bildet.The invention relates to a vacuum switchgear with an evacuated housing, the internal pressure of which is 0.0133 Pa (ΙΟ- ⁴ Torr) or less, and with two main electrodes that are isolated from each other in the housing and together form a spark gap, the two Main electrodes consist at least partially of an alloy, the main component of which is a relatively low-melting metal with a high vapor pressure, which is suitable as an arc electrode, and that the main alloy component is added a small amount of a material whose affinity for oxygen is high and that together with oxygen forms a highly stable oxide.

Ein derartiges Vakuumschaltgerät ist aus der Dl-AS 63 247 bekannt. Bei diesem bekannten Vakuumschaltgerät enthält mindestens eines der Kontaktstücke des Schalters ein als Getterwerkstoff bezeichnetes Material, für das für manche Fälle Molybdän vorgeschlagen ist. insbesondere dann, wenn Sauerstoff ?u sorbieren ist. Dieser Getterwerkstoff wird gemäß der DT-AS 10 63 247 während des einzelnen Schaltvorgan-Such a vacuum switching device is from the DI-AS 63 247 known. In this known vacuum switching device contains at least one of the contact pieces of the switch a material called getter material, for which molybdenum has been suggested for some cases is. especially when oxygen is to be sorbed. This getter material is according to the DT-AS 10 63 247 during the individual switching process

<· ges durch den dabei entstehenden Lichtbogen verdampft und bildet damit ständig frische Getterschichten. Die Wirkung des Getterwerkstoffes nach der DT-AS 63 247 ist eine zweifache, indem ein Teil des durch den beim Schaltvorgang entstehenden Lichtbogen<· Tot evaporated by the resulting arc and thus constantly forms fresh getter layers. The effect of the getter material according to the DT-AS 63 247 is twofold, in that part of the arc created by the switching process

f'5 verdampften Getterwerkstoffes praktisch verzögerungsfrei noch in der Gasphase einen Teil der gleichzeitig entstehenden permanenten Gase bindet und soweit sich der aus dem Kontaktstück verdampftef'5 evaporated getter material practically without delay binds some of the permanent gases that are created at the same time in the gas phase and as far as it evaporated from the contact piece

Getterwerkstoff nicht abgesättigt niederschlägt, bindet er zusätzlich zu der im Vakuumschaltgerät nach der DT-AS 10 63 247 eingebauten lonisauonsgetterpumpe die noch vorhandenen Permanentgase. Somit werden durch die erste Wirkung die Druckspitzen der entstehenden Permanentgase beseitig und durch die zweite Wirkung wird der anschließende, allmähliche Druckabfall durch das Zusammenwirken der frisch gebildeten Getterschichten und der lonisationsgetterpumpe beschleunigt Dies zeigt, daß der gemäß DT-AS 10 63 247 eingesetzte Getterwerkstoff auf die Bindung im Kontaktmaterial absorbierter Permanentgase erst nach der durch den Lichtbogen erfolgten Freisetzung der Permanentgase aus dem Kontakt gerichtet istIf the getter material does not precipitate in saturated form, it binds it is in addition to the lonisauonsgetter pump built into the vacuum switchgear according to DT-AS 10 63 247 the remaining permanent gases. Thus, the pressure peaks of the The permanent gases that arise are eliminated and the second effect creates the subsequent, gradual one Pressure drop due to the interaction of the freshly formed getter layers and the ionization getter pump accelerated This shows that the getter material used in accordance with DT-AS 10 63 247 has an effect on the bond Permanent gases absorbed in the contact material only after they have been released by the arc the permanent gases are directed out of the contact

Letzteres gilt auch für die GB-PS 9 47 152, in der ein Hochvakuumschaltgerät mit einem Vakuumgefäß und einem Paar relativ zueinander trennbarer isolierter Kontakte beschrieben ist die mit Anschlüssen außerhalb des Gefäßes verbunden sind und wobei in mindestens dem Ansetzbereich des Lichtbogens mindestens eines der Kontakte ein Metall in dem Material des Kontaktes verteilt ist, das ausgewählt ist aus Zirkon, Titan und Thorium. Auch hier wirkt das sauerstoffbindende Metall Zirkon, Titan oder Thorium nach der Freisetzung der Permanentgase, um den Druck der Permanentgase im Vakuumgefäß nicht 0,0133 Pa (10-·* Torr) übersteigen zu lassen.The latter also applies to GB-PS 9 47 152, in which a High vacuum switching device with a vacuum vessel and a pair of relatively separable insulated Contacts are described which are connected to connections outside the vessel and where in at least the attachment area of the arc, at least one of the contacts is a metal in the material of the contact, which is selected from zirconium, titanium and thorium. Here, too, the oxygen-binding acts Metal zirconium, titanium or thorium after the release of permanent gases to reduce the pressure of the Do not allow permanent gases in the vacuum vessel to exceed 0.0133 Pa (10- · * Torr).

Die US-PS 31 40 373 beschreibt Vakuumschaltgeräte mit hohen statischen Durchbruchsspanriungen und raschen Erholungszeiten. Zu diesem Zweck sollen die Kontakte einen möglichst hohen Berylliumgehalt aufweisen, wobei man aus Gründen, wie der mechanischen Festigkeit, Berylliumlegierungen mit 50 Gew.-% Kupfer oder Silber, vorzugsweise jedoch Berylliumlegierungen mit nicht mehr als 20 Gew.-% Kupfer oder Silber einsetztThe US-PS 31 40 373 describes vacuum switching devices with high static and breakthrough voltages rapid recovery times. For this purpose, the contacts should have the highest possible beryllium content having, for reasons such as mechanical strength, beryllium alloys with 50 wt .-% Copper or silver, but preferably beryllium alloys with no more than 20% by weight of copper or Silver sets in

In dem Lehrbuch der Chemie von Hollemann und W i b e r g, 24. und 25. Auflage von 1947 ist auf Seite 368 allgemein die Verwendbarkeit von Beryllium als Desoxidationsmittel beim Kupferguß beschrieben, und zwar mit dem Hinweis, daß dadurch die Leitfähigkeit des Kupfers nicht herabgesetzt wird.In the textbook of chemistry by Hollemann and W i b e r g, 24th and 25th editions from 1947 is on page 368 generally described the utility of beryllium as a deoxidizer in copper casting, and with the indication that this does not reduce the conductivity of the copper.

In den US-PS 29 75 255, 29 75 256 und 30 16 436 ist jeweils ein Vakuumschaltgerät mit einem evakuierten Gehäuse, dessen Innendruck 0,0133 Pa (10-⁴ Torr) oder weniger beträgt, das zwei Hauptelektroden aufweist die isoliert voneinander in dem Gehäude angeordnet sind und zusammen eine Funkenstrecke bilden, beschrieben.In the US-PS 29 75 255 29 75 256 30 16 436 is in each case a vacuum switching device comprising an evacuated housing, the internal pressure (10- ⁴ Torr) or is 0.0133 Pa less, which has two main electrodes isolated from each other in the Housing are arranged and together form a spark gap, described.

Das Gehäuse dieser bakannten Vakuumschaltgeräte besteht aus einer zylindrischen Seitenwand, die zumindest teilweise aus Isoliermaterial hergestellt ist, während die beiden Enden der Seitenwand durch metallische Stirnwände verschlossen sind. Eine der beiden Hauptelektroden ist bewegbar. Zwischen den beiden Hauptelektroden und dem Isolator ist eine Abschirmung vorgesehen, um das Absetzen von Metallteilchen auf dem Isoliermaterial und somit clessei: Kurzschließen zu vermeiden.The housing of this well-known vacuum switchgear consists of a cylindrical side wall that is at least partially made of insulating material, while the two ends of the side wall through metallic end walls are closed. One of the two main electrodes can be moved. Between Both main electrodes and the insulator are shielded to prevent the settling Metal particles on the insulating material and thus clessei: Avoid short-circuiting.

In der US-PS 30 87 092 ist ein elektrisches Entladungsgerät beschrieben, das ein Gehäuse aufweist, das aus einer isolierenden zylindrischen Seitenwand und die Enden dieser Seitenwand abschließenden Stirnwänden besteht. In dem Gehäuse sind zwei Hauptelektroden im Abstand zueinander angeordnet. Zwischen den Hauptelektroden und der Seitenwand ist eine Abschirmung vorgesehen. Die Umschaltung des Gerätes vom nichtleitenden in den leitenden Zustand erfolgt mittels eines Impulssignals.In US-PS 30 87 092 an electrical discharge device is described which has a housing which from an insulating cylindrical side wall and end walls closing off the ends of this side wall consists. Two main electrodes are arranged at a distance from one another in the housing. Between the main electrodes and a shield is provided on the side wall. Switching the device from non-conductive into the conductive state takes place by means of a pulse signal.

Nun besteht die größte Schwierigkeit für die praktische Anwendung von Vakuumschaltgeräten in der Wahl eines geeigneten Elektrodenmaterials. Wenn solche Vakuumschaltgeräte zum Schalten von induktiven Lasten in Wechselstromnetzen verwendet werden, erlischt der Lichtbogen in ihnen beim ersten Nulldurchgang des Stromes nach dem Zünden des Bogens. Wenn nämlich der Strom nach dem Zünden des Lichtbogens das erste Mal durch Null hindurchgeht, wird auch die Spannung zwischen den Elektroden kurzzeitig Null, so daß der Bogen erlöschen muß. Zu diesem Zeitpunkt wandern die verdampften Partikelchen aus dem Elektrodenmaterial, die die Ladungsträger des Vakuumbogens sind, sehr rasch zur nächstgelegenen kalten Stelle ab, werden dort neutralisiert und schlagen sich dort nieder. Der Druck innerhalb des Vakuumschaltgerätes fällt unmittelbar darauf wieder auf einen sehr niedrigen Wert ab und alle innerhalb des Schaltgerätes verfügbaren Ladungsträger verschwinden. Wenn nun die Spannung während der nächstfolgenden Halbwelle wieder anwäschst, ist die hohe Durchschlagsfestigkeit des Vakuums zwischen den Hauptelektroden wieder hergestellt, und eine erneute Zündung des Bogens findet nicht statt sofern im Netz keine Störung vorhanden ist oder die Spannung auf dem Netz die Sollspannung des Vakuumschaltgerätes nicht übersteigt.Now there is the greatest difficulty for the practical application of vacuum switching devices in the choice of a suitable electrode material. If such vacuum switching devices for switching inductive Loads are used in AC networks, the arc in them is extinguished at the first zero crossing of the current after the arc is ignited. If namely the current after the ignition of the arc the first time it passes through zero, the voltage between the electrodes also briefly goes to zero, like this that the bow must go out. At this point the vaporized particles migrate out of the Electrode material, which are the charge carriers of the vacuum arc, very quickly to the nearest cold one Turn off, are neutralized there and are reflected there. The pressure inside the vacuum switchgear immediately afterwards falls again to a very low value and all within the switching device available load carriers disappear. If now the voltage during the next half-wave wash again, the high dielectric strength of the vacuum between the main electrodes is again and the arc will not be re-ignited unless there is a fault in the network or the voltage on the network does not exceed the nominal voltage of the vacuum switchgear.

Im Zusammenhang mit dem Strom-Nulldurchgang sind zwei Schwierigkeiten von besonderer Bedeutung. Die eine Schwierigkeit, die in den oben abgehandelten US-PS 29 75 256,29 75 255 und 30 16 436 näher erörtert worden ist, besteht in folgendem: Wenn sich der Strom seinem Nulldurchgang nähert fällt seine Stärke von einem verhältnismäßig hohen Wert auf Null ab. Dadurch werden innerhalb des Netzes hohe Übergangsspannungen induziert die in den Induktivitäten des Netzes, wie beispielsweise in Transformatoren. Generatoren und Motoren Durchschlage in der Isolaltion hervorrufen können. Diese Erscheinung wird einem zu niedrigen Dampfdruck innerhalb des Lichtbogens zugeschrieben. Diese Schwierigkeit wurde durch Elektrodenmaterialien mit einem höheren Dampfdruck überwunden, wie sie beispielsweise in den oben angegebenen drei US-PS beschrieben sind. Diese Materialien sind nicht hitzebeständig und weisen Siedepunkte auf, die nicht höher als der Siedepunkt von Zinn liegen. Diese Materialien werden häufig zusammen mit Elektrodenteilen verwendet, die hitzebeständig sind und entgast oder ausgeheitzt werden können, so daß sich die Vorteile beider Elektrodenmaterialien erreichen lassen. Das hitzebeständige Material erodiert oder korridiert nur noch wenig, während das nicht hitzebeständige Material, das einen hohen Dampfdruck aufweist, das zu schnelle Nullwerden des Stroms verlangsamt.In connection with the current zero crossing, two difficulties are of particular concern. The one difficulty that is discussed in the above-discussed US-PS 29 75 256, 29 75 255 and 30 16 436 in more detail consists in the following: As the current approaches its zero crossing, its strength drops from a relatively high value down to zero. As a result, high transition voltages are induced in the inductances of the network within the network Network, such as in transformers. Generators and motors breakdown in the isolation can evoke. This phenomenon becomes too low a vapor pressure within the arc attributed to. This difficulty was increased by using electrode materials with a higher vapor pressure overcome, for example, as described in the three US patents cited above. These Materials are not heat-resistant and have boiling points no higher than the boiling point of Tin lie. These materials are often used in conjunction with electrode parts that are heat resistant and can be degassed or baked out, so that the advantages of both electrode materials are achieved permit. The heat-resistant material only slightly erodes or corrodes, while the non-heat-resistant material Material that has a high vapor pressure, the current zeroing too quickly slowed down.

Wenn man ein solches Elektrodenmaterial mit einem hohen Dampfdruck verwendet, tritt die zweite Schwierigkeit auf, und zwar sowohl bei mechanischen Vakuumschaltgerätcn als auch bei gesteuerten Funken Streckenschaltern. Diese Schwierigkeit besteht darin, über lange Zeiten hinweg im Vakuumschaltgerät ein sehr gutes Vakuum aufrechtzuerhalten. Beim Betrieb eines s> lichen mechanischen Vakuumunterbrechers oder eines steuerbaren Funkenstreckenschalters schmilzt der Lichtbogen, der zwischen den Elektroden gezündet worden ist, das Elektrodenmaterial, so daß alles Gas, das in dem geschmolzenen Elektrodenmaterial enthalten ist aus dem Elektrodenmaterial entweicht und dann innerhalb des Lichtbogens ionisiert wird. Auch wenn dasWhen using such an electrode material having a high vapor pressure, the second problem arises on, both with mechanical vacuum switching devices and with controlled sparks Track counters. This difficulty consists in a long time in the vacuum switchgear very good vacuum to maintain. When operating a s> The mechanical vacuum interrupter or a controllable spark gap switch melts Arc that has been ignited between the electrodes, the electrode material, so that all gas that contained in the molten electrode material escapes from the electrode material and then is ionized within the arc. Even if that

Elektrodenmaterial Verunreinigungen, wie besispielsweise Kupferoxid enthält, die sich bei niedrigen Temperaturen zersetzen und gasförmige Zersetzungsprodukte bilden, können sich solche Verunreinigungen bei den Temperaturen zersetzen, die in dem geschmolzenen Elektrodenmaterial am Fußpunkt des Lichtbogens herrschen, so daß die gasförmigen Zersetzungsprodukte freigesetzt und im Lichtbogen ionisiert werden.Electrode material impurities, such as Contains copper oxide, which decompose at low temperatures and form gaseous decomposition products, such impurities can form decompose at the temperatures present in the molten electrode material at the base of the arc prevail, so that the gaseous decomposition products are released and ionized in the arc will.

Wenn der Strom im Wechselstrombogen durch Null hindurchgeht, erlischt der Bogen auch dann, wenn ionisierbare Gase vorhanden sind. Wenn jedoch ionisierbare Gase vorhanden sind, bleibt die Funkenstrecke ionisiert, so daß der Lichtbogen wieder zünden kann, wenn die Spannung zwischen den Eelektroden während der nächsten Halbwelle wieder auf einen gewissen Wert angewachsen ist Dann arbeitet das Vakuumschaltgerät jedoch nicht mehr in der vorgeschriebenen Weise.When the current in the alternating current arc passes through zero, the arc is extinguished even if ionizable gases are present. However, when ionizable gases are present, the spark gap remains ionized so that the arc can re-ignite when the voltage between the electrodes has increased again to a certain value during the next half-wave Then it works Vacuum switchgear, however, no longer in the prescribed manner.

Diese Schwierigkeit tritt nicht nur dann auf, wenn die gesamte Elektrode aus einem niedrig schmelzenden Metall mit hohen Dampfdruck hergestellt ist Manche Elektroden, wie sie beispielsweise in den US-PS 32 39 635 und 32 44 843 beschrieben sind, sind aus zwei Teilen zusammengesetzt, von denen der eine aus einem hitzebeständigen Material und der andere aus einem niedrigschmelzenden Material mit hohem Dampfdruck besteht. Bei diesen Elektroden werden beide Elektrodenteile von den Fußpunkten des Lichtbogens aufgeheizt. Mit dem Elektrodenteil aus dem niedrigschmelzenden Material sind dann die gleichen bereits erläuterten Schwierigkeiten verbunden. Es ist somit unumgänglich notwendig, dafür zu sorgen, daß der Lichtbogen an den Elektroden keine ionsierbaren Gase freisetzen kann, die dann in den Raum zwischen den Elektroden diffundieren. Dieses wurde bisher durch eine besonders sorgfältige Herstellung der Materialien durchgeführt, aus denen die Vakuumelektroden hergestellt wurden. Die hierzu gangewendeten Verfahren waren aber sehr kostspielig, zeitraubend und mühsam. Der geringste Aufwand, der nach dem bisherigen Stand der Technik zur Herstellung von Materialien aufgewendet werden mußte, die als Elektroden in Vakuumschaltgeräten geeignet waren, bestand beispielsweise in einer Reinigung durch ein sechsfaches Zonenschmelzen oder in der Anwendung äquivalenter Verfahren.This difficulty occurs not only when the entire electrode is made of a low melting point Metal made with high vapor pressure is some electrodes, such as those in US Pat 32 39 635 and 32 44 843 are described are composed of two parts, one of which consists of one heat-resistant material and the other made of a low-melting material with high vapor pressure consists. With these electrodes, both parts of the electrode are heated by the base points of the arc. With the electrode part made of the low-melting material, the same are then already explained difficulties associated. It is therefore essential to ensure that the Arc at the electrodes cannot release any ionizable gases, which then enter the space between the Diffuse electrodes. This has so far been achieved through a particularly careful production of the materials from which the vacuum electrodes were made. The procedures used for this purpose but were very costly, time consuming and tedious. The least amount of effort, according to the current status the technology for the production of materials had to be used as electrodes in vacuum switching devices were suitable consisted, for example, in a cleaning by a six-fold zone melting or in the application of equivalent procedures.

Bei einem solchen Zonenschmelzverfahren müssen bestimmte Bedingungen eingehalten werden, wie sie beispielsweise in der US-PS 32 34 351 beschrieben worden sind, um sicherzustellen, daß z.B. in einer Kupferstange große Kupferkristalle wachsen, so daß sich nur sehr wenige interkristalline Grenzflächen bilden können, an denen sich Gase und gasbildende Verunreinigungen konzentrieren können. Ausgangsmaterial für dieses eben beschriebene Zonenschmelzverfahren ist ein Material hoher Reinheit, das nach der amerikanischen ASTM-Norm B-170-47 einen Reinheitsgrad von 99,96% besitzt und nominell keinen Sauerstoffgehalt aufweist Verwendet wird ein handeis übliches Kupfer, das aus etwa 99,995% Kupfer besteht und einen Sauerstoffgehalt zwischen 1 und 3 ppm aufweistIn such a zone melting process, certain conditions must be met, as they have been described, for example, in US Pat gases and gas-forming impurities can concentrate. Starting material for this just described zone melting process is a material of high purity, the standard ASTM B-170-47 has a purity of 99.96% according to the American and nominally no oxygen content is used a handeis ordinary copper, the% of about 99.995 copper and has an oxygen content between 1 and 3 ppm

Mit dem mehrmaligen Zonenschmelzen kann man Material für Elektroden herstellen, die in Vakuumschaltgeräten der hier interessierenden Art zufriedenstellend arbeiten. Dieses mehrmalige Zonenschmelzen ist aber kostspielig und zeitraubend Insbesondere ist der Zeitaufwand für das Personal sehr groß, und außerdem sind die benötigten Vorrichtungen über lange Zeitspan nen belegt, so daß bei einer vorgegebenen Personal- um Produktionskapazität nur eine beschränkte Menge vor Elektrodenmaterial hergestellt werden kann. Wenn mar daher Vakuumschaltgeräte der hier interessierender Art wirtschaftlicher herstellen will, ist es notwendig, zui Herstellung des Elektrodenmaterials andere Wege zi finden.With the repeated zone melting you can produce material for electrodes that are used in vacuum switching devices of the type of interest here work satisfactorily. This repeated zone melting is, however expensive and time consuming In particular, the time required for the personnel is very large, and besides the required devices are occupied over a long period of time, so that with a given staff Production capacity only a limited amount before electrode material can be produced. If mar therefore wants to manufacture vacuum switching devices of the type of interest here more economically, it is necessary to zui Production of the electrode material find other ways zi.

Die Hauptursache, die zu den bereits geschilderterThe main cause to those already outlined

ίο Schwierigkeiten bei der Verwendung normal verarbei teter Materialien als Elektroden für Vakuumschaltgerä te führt, ist das Gas Sauerstoff. Sauerstoff ist überall dor in großen Mengen vorhanden, wo die Materialier üblicherweise gereinigt und verarbeitet werden. Sauerίο Difficulty using normal processing teter materials as electrodes for vacuum switchgear te leads, the gas is oxygen. Oxygen is present in great quantities wherever the materials are usually cleaned and processed. Sour

is stoff ist darüber hinaus sehr reaktionsfreudig und bilde mit üblichem Elektrodenmaterial, wie beispielsweise mi Kupfer, leicht Oxide. Man kann auch fast immer in der meisten Metallen, die zur Verwendung in Elektroden füi Vakuumschaltgeräte hoch gereinigt worden sind, iris fabric is also very reactive and educates with common electrode material such as copper, slightly oxides. You can almost always go to the most metals that have been highly purified for use in electrodes for vacuum switchgear ir

jo gewissem Maße freien oder gebundenen Sauerstof: finden. Insbesondere sammelt sich Sauerstoff ir vakuumgeschmolzenen und durch Zonenschmelzer gereinigten Bogenelektroden an den Korngrenzen unc den interkristallinen Grenzflächen an.jo a certain amount of free or bound oxygen: Find. In particular, oxygen collects in vacuum melted and zone melters cleaned arc electrodes at the grain boundaries and the intergranular interfaces.

Der vorliegenden Erfindung liegt nun die Aufgabe zugrunde, auf eine gegenüber dem Stand der Technil· einfachere und billigere Weise ein Vakuumschaltgeräi der eingangs genannten Art mit Elektroden zu schaffen deren Gehalt an absorbierten Gasen, insbesondere Sauerstoff, verringert istThe present invention is now based on the object of a comparison with the prior art simpler and cheaper way a vacuum switchgear of the type mentioned with electrodes to create their content of absorbed gases, in particular Oxygen, is decreased

Diese Aufgabe wird gemäß der vorliegender Erfindung bei einem Vakuumschaltgerät der eingang« genannten Art dadurch gelöst daß zur Bindung des Sauerstoffes aus dem Hauptlegierungsbestandteil alsAccording to the present invention, this object is achieved in the case of a vacuum switchgear. mentioned type solved in that to bind the oxygen from the main alloy constituent as

.35 temperaturbeständiges Oxid dem Hauptlegierungsbestandteil das Material mit hoher Affinität zu Sauerstofl in einer Menge beigegeben ist die zwischen 0,1 Gewichtsprozent und einer Maximalmenge liegt die in Übereinstimmung mit dem Phasendiagramm der Legierung beim Verfestigen der flüssigen Legierung noch nicht auf intermetallische Verbindungen führt, und daß von dem Material mit hoher Affinität zu Sauerstoff nach dem Binden des Sauerstoffes aus dem Hauptlegierungsbestandteil noch ein Überschuß vorhanden ist.35 temperature-resistant oxide the main alloy component the material with high affinity for oxygen is added in an amount that is between 0.1 percent by weight and a maximum amount that is in Still in accordance with the phase diagram of the alloy when the liquid alloy solidifies does not lead to intermetallic compounds, and that from the material with high affinity for oxygen after the binding of the oxygen from the main alloy constituent is still in excess

•15 Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform ist das Material mit hoher Affinität zu Sauerstoff Beryllium, das in der Legierung in einer Menge zwischen 0,1 und 11,5 Gewichtsprozent vorliegt Vorteilhafterweise ist der Hauptbestandteil der Legierung Kupfer.• 15 According to a preferred embodiment, this is Material with high affinity for oxygen Beryllium, which is present in the alloy in an amount between 0.1 and 11.5 Percent by weight is present. Advantageously, the main component of the alloy is copper.

Nach einer besonders vorteilhaften Ausführungsform ist die Bindung des Sauerstoffs aus dem Hauptbestandteil der Legierung durch das Material mit hoher Affinität zu Sauerstoff vor dem Zusammenbau des Schaltgerätes in solchem Umfang erfolgt, daß imAccording to a particularly advantageous embodiment, the oxygen is bound from the main component of the alloy through the material with high affinity for oxygen prior to assembly of the Switching device takes place to such an extent that in

Legierungshauptbestandteil kein freier oder ungebundener Sauerstoff mehr vorhanden istMain alloy component no free or unbound Oxygen is more available

Die Erfindung betrifft auch ein Verfahren zum Herstellen des Vakuumschaltgerätes nach der vorliegenden Erfindung, das dadurch gekennzeichnet ist daßThe invention also relates to a method for manufacturing the vacuum switching device according to the present invention Invention, which is characterized in that

eine gewisse Menge eines verhältnismäßig niedrig schmelzenden Materials mit hohem Dampfdruck, das eine geringe Menge von Sauerstoff enthält und für Hauptelektroden geeignet ist, zusammen mit einer geringen Menge eines Materials mit einer hohena certain amount of a relatively low melting material with high vapor pressure, the Contains a small amount of oxygen and is suitable for main electrodes, along with a small amount of a material with a high

b5 Affinität zu Sauerstoff, das ein hochtemperaturbeständiges Oxid bildet, in einen Tiegel eingegeben wird, wobei die Menge des Stoffes mit hoher Affinität zu Sauerstoff zwischen 0,1 Gewichtsprozent und einer Maximalmen- b5 affinity for oxygen, which forms a high temperature resistant oxide, is placed in a crucible, the amount of the substance with high affinity for oxygen between 0.1 percent by weight and a maximum

ge liegt, bei der sich in Übereinstimmung mit dem Phasendiagramm der Legierung beim ersten Verfestigen der flüssigen Schmelze noch keine intermetallische Verbindung bildet, daß dann der Tiegel unter einem Druck von 0,0133 Pa (10~⁴ Torr) oder weniger so hoch erhitzt wird, daß die Stoffe im Tiegel eine Schmelze bilden, wobei sich das Material mit hoher Affinität zu Sauerstoff mit dem Sauerstoff in den niedrig schmelzenden Material mit hohem Dampfdruck verbindet und ein stabiles Oxid bildet, das an die Oberfläche der Schmelze fließt und sich durch eine blasige oder wolkige Oberfläche der Schmelze bemerkbar macht, daß dann die Schmelze im Vakuum gerichtet abgekühlt und die Oberfläche des Barrens von der blasigen oder wolkigen Schicht befreit wird, und daß zum Schluß aus dem Barren die Elektroden für das Vakuumschaltgerät hergestellt werden.where, in accordance with the phase diagram of the alloy, when the liquid melt solidifies for the first time, no intermetallic compound is formed so that the crucible is then ^{heated to such an extent under a pressure of 0.0133 Pa (10 ~ 4} Torr) or less, that the substances in the crucible form a melt, whereby the material with high affinity for oxygen combines with the oxygen in the low-melting material with high vapor pressure and forms a stable oxide that flows to the surface of the melt and dissolves through a blistered or cloudy Surface of the melt makes it noticeable that the melt is then cooled in a directional vacuum and the surface of the bar is freed from the blistered or cloudy layer, and that finally the electrodes for the vacuum switchgear are made from the bar.

Die Erfindung wird nach einer Ausführungsform auf ein Vakuumschaltgerät mit zwei Elektroden angewendet, die in einem festen Abstand voneinander angeordnet sind und eine Funkenstrecke bilden. Weiterhin weist dieses Vakuumschaltgerät noch eine getrennt angeschlossene Zündelektrode auf, die dicht neben der Funkenstrecke angeordnet ist und in den Spalt zwischen den beiden Elektroden ein Elektronen-lonen-Plasma injizieren kann, um den Lichtbogen zu zünden. Nach einer anderen Ausführungsform wird die Erfindung auf ein Vakuumschaltgerät mit einer feststehenden und einer bewegbaren Elektrode angewendet, so daß sich ein Vakuumunterbrecher ergibtAccording to one embodiment, the invention is applied to a vacuum switchgear with two electrodes, which are arranged at a fixed distance from one another and form a spark gap. Furthermore has this vacuum switchgear still has a separately connected ignition electrode, which is close to the Spark gap is arranged and an electron-ion plasma in the gap between the two electrodes inject to ignite the arc. In another embodiment, the invention is based on a vacuum switchgear with a fixed and a movable electrode applied so that a vacuum interrupter results

Im folgenden soll die Erfindung in Verbindung mit den Zeichnungen im einzelnen beschrieben werden.In the following the invention will be described in detail in conjunction with the drawings.

F i g. 1 ist ein Schnitt durch ein schematisch dargestelltes Vakuumschaltgerät einer Ausführungsform. F i g. 1 is a section through a schematically illustrated vacuum switching device of an embodiment.

F i g. 2 ist ein Schnitt durch ein schematisch dargestelltes Vakuumschaltgerät einer anderen Ausführungsform. F i g. 2 is a section through a schematically illustrated vacuum switching device of another embodiment.

Fig.3 und 4 sind graphische Darstellungen und zeigen bestimmte Eigenschaften der erfindungsgemäßen Vakuumschaltgeräte im Vergleich mit bestimmten Eigenschaften der bisher bekannten Vakuumschaltgeräte, wobei F i g. 3 zeigt wie die Entionisierung verläuft und in F i g. 4 die Durchbruchsfeldstärken für impulsmäßige Belastungen in Abhängigkeit vom Elektrodenabstand dargestellt sindFigures 3 and 4 are graphs showing certain characteristics of the present invention Vacuum switching devices in comparison with certain properties of the previously known vacuum switching devices, where F i g. 3 shows how the deionization takes place and in FIG. 4 the breakdown field strengths for impulsive Loads are shown as a function of the electrode spacing

Das Schaltergehäuse 10 der F i g. 1 weist eine Seitenwand 11 auf, die zylindrisch ausgebildet und zumindest teilweise aus einem Isoliermaterial hergestellt ist Die beiden Enden der Seitenwand 11 sind durch zwei metallische Stirnwände 12 und 13 verschlossea Die Seitenwand 11 und die beiden Stirnwände 12 und 13 bilden zusammen das Schaltergehäuse, das absolut dicht ist Hieirzu sind die Stirnwände 12 und 13 mittels Dichtunigen 14 mit der Seitenwand 11 verbunden. Man braucht die Seitenwand 11 nicht durchweg aus einem Isoliermaterial herzustellen. Man kann für die Seitenwand auch Metall verwenden. Dann muß nur für einen kleinen Teil der Seitenwand ein dielektrisches Isoliermaterial benutzt werden, das vakuumdicht ist und den hohen Spannungen widerstehen kann, die zwischen den verschiedenen Gehäuseteilen auftreten, die mit den Elektroden verbunden sind, um die Elektroden voneinander isolieren zu können. Solche Hochspannungsisolatoren können an verschiedenen Stellen angeordnet und eingesetzt werden. Mar, kann beispielswiese einen Teil der zylindrischen Seitenwand 11 als einen solchen Hochspannungsisolator ausbilden. Man kann diesen Hochspannungsisolator aber auch als Teil der Stirnwände 12 oder 13 verwenden. Unabhängig davon wo der Hochspannungsisolator angeordnet ist, muß zwischen der Bogenkammer bzw. zwischen den beiden Elektroden einerseits und dem Hochspannungsisolator andererseits eine Abschirmung vorgesehen werden, die noch durch zusätzliche Fangbleche ergänzt werden kann, um zu verhindern, daß der Hochspannungsisolator kurzgeschlossen wird und das gi nze VakuumschaltgerätThe switch housing 10 of FIG. 1 has a side wall 11 which is cylindrical and is at least partially made of an insulating material. The two ends of the side wall 11 are through two metallic end walls 12 and 13 closed off the side wall 11 and the two end walls 12 and 13 together form the switch housing, which is absolutely tight. The end walls 12 and 13 are for this purpose by means of Dichtunigen 14 connected to the side wall 11. Man the side wall 11 need not consistently be made of an insulating material. One can for the side wall also use metal. A dielectric insulating material then only has to be used for a small part of the side wall be used, which is vacuum-tight and can withstand the high voltages that exist between the different housing parts occur, which are connected to the electrodes in order to separate the electrodes from one another to be able to isolate. Such high-voltage insulators can be arranged in different places and can be used. Mar, for example, can be a part the cylindrical side wall 11 as such a high-voltage insulator. You can do this Use the high-voltage insulator as part of the end walls 12 or 13. Regardless of where High-voltage insulator is arranged, must be between the arc chamber or between the two electrodes on the one hand and the high-voltage insulator on the other hand, a shield is provided that can still be supplemented by additional catch plates to prevent the high-voltage insulator is short-circuited and the entire vacuum switchgear

ίο ausfälltίο fails

Innerhalb des Gehäuses 10 sind zwei Hauptelektroden 15 und 16 angeordnet, die getrennt werden können und in ihrer geschlossenen Stellung dargestellt sind. Die Hauptelektrode 15 ist der feststehende Kontakt desTwo main electrodes 15 and 16, which can be separated, are arranged within the housing 10 and shown in their closed position. The main electrode 15 is the fixed contact of the

ι j Vakuumschaltgerätes. Sie ist mechanisch und elektrisch mit einer Kontaktsäule 17 verbunden, die mit ihrem oberen Ende mechanisch und elektrisch an der $ Stirnwand 12 befestigt istι j vacuum switchgear. It is mechanically and electrically connected to a contact column 17, which is with its upper end mechanically and electrically attached to the end wall 12 $

Die Hauptelektrode 16 ist auf einer elektrisch leitenden Kontaktstange 18 montiert und bewegbar Hierzu ist die Kontaktstange 18 mit einem Federbalg 20 oder einer äquivalenten flexiblen vakuumdichter Vorrichtung verbunden, so daß die Kontaktstange 18 und damit die Hauptelektrode 16 hin- und herbewegbai ist Die Kontaktstange 18 ragt nach unten durch eine öffnung in der Stirnwand 13 hindurch. Unten an der Kontaktstange 18 kann eine Betätigungsvorrichtung angreifen, mit der man die Kontaktstange 18 nach ober und nach unten bewegen kann, so daß man die Hauptelektrode 16 zum Schließen des Schalters auf die Hauptelektrode 15 zuschieben und zum öffnen de: Schalters die Hauptelektrode 16 von der Hauptelektrode 15 hinwegziehen kann. Der Stromkreis, dei geschaltet oder geschützt werden soll, kann an dei Klemme 21 an der oberen Stirnwand 12 und an dei Klemme 22 unten an der Kontaktstange 18 angeschlos sen werden. Der zu schützende oder zu schaltende Stromreis und das Vakuumschaltgerät können entwedei hintereinander geschaltet oder parallel zueinandei gelegt werden. Das hängt von der Schaltaufgabe ab, die mit dem Vakuumschaltgerät gelöst werden soll.The main electrode 16 is mounted on an electrically conductive contact rod 18 and is movable For this purpose, the contact rod 18 is vacuum-tight with a bellows 20 or an equivalent flexible one Device connected so that the contact rod 18 and thus the main electrode 16 reciprocating The contact rod 18 protrudes downward through an opening in the end wall 13. Down at the Contact rod 18 can attack an actuator with which the contact rod 18 upwards and can move down so that the main electrode 16 to close the switch on the Slide the main electrode 15 shut and to open the de: switch, the main electrode 16 from the main electrode 15 can pull away. The circuit that is to be switched or protected can be connected to the Terminal 21 on the upper end wall 12 and connected to the terminal 22 at the bottom of the contact rod 18 be sen. The circuit to be protected or to be switched and the vacuum switching device can either connected in series or parallel to one another. That depends on the switching task that should be released with the vacuum switchgear.

Wie bereits erwähnt ist zwischen den beider Hauptelektroden 15 und 16 einerseits und dei Seitenwand 11 andererseits eine Abschirmung 2Ξ angeordnet die als Metallzylinder ausgebildet und ar ihrem Rande mit einem Ring 24 versehen ist der dazi dient Bogenüberschläge vom Rand der Abschirmung zi verhindern. Die Aufgabe dieser Abschirmung besteh darin, Metallpartikelchen aufzufangen, die aus den Lichtbogen stammen und zu vermeiden, daß diese sici auf dem Isolaitor absetzen können und den Isolato; kurzschließen.As already mentioned, between the two main electrodes 15 and 16 on the one hand and dei Side wall 11, on the other hand, a shield 2Ξ arranged as a metal cylinder and ar its edge is provided with a ring 24, the dazi serves arc flashovers from the edge of the shield zi impede. The task of this shield is to collect metal particles that come from the Arcs originate and to avoid that these sici can settle on the Isolaitor and the Isolato; short circuit.

Das Innere des Gehäuses 10 wird während de: Zusammenbaus des Vakuumschaltgerätes durch einei Stutzen hindurch evakuiert der jedoch nicht dargestell ist Für die richtige Funktion des Vakuumschaltgeräte als Wechselstromunterbrecher ist es erforderlich, dal der Druck innerhalb des Gehäuses 10 auf einem Wer von höchstens 0,0133 Pa (10-« Torr) gehalten werdei muß. Noch günstiger ist es, wenn der Druck nicht mehl als 0,00133 Pa (IO-⁵ Torr) beträgt oder noch darunte liegt Dies ist notwendig, damit das Vakuumschaltgerä als Wechselstromunterbrecher arbeiten kann, da nur be so niedrigen Drucken der Lichtbogen zwischen dei beiden Hauptelektroden 15 und 16 beim erstei Nulldurchgang des Stromes wieder erlischt, da be höheren Drucken zu viele ionisierbare Gase um Dämpfe innerhalb des Schaltergehäuses vorhandeiThe interior of the housing 10 is evacuated during the assembly of the vacuum switchgear through a nozzle, which is not shown, however (10- «Torr) must be held. It is even more favorable if the pressure is not less than 0.00133 Pa (IO- ⁵ Torr) or less.This is necessary so that the vacuum switchgear can work as an alternating current breaker, since the arc between the two main electrodes is only at such low pressures 15 and 16 goes out again at the first zero crossing of the current, since there are too many ionizable gases around vapors inside the switch housing at higher pressures

ίοίο

sind, die ionisiert werden können. Diese Ionisierungen kann man nun weitestgehend verhindern, wenn man alle möglichen Durchschlagswege zwischen den Hauptelektroden 15 und 16 und ihren Halterungen klein gegenüber der mittleren freien Weglänge der Elektro- s nen bei dem im Schaltergehäuse herrschenden Druck macht. Unter der mittleren freien Weglänge wird hier die Entfernung verstanden, die ein Elektron bei einem vorgegebenen Druck zurücklegen muß, um mit einem Gasmolekül zusammenzustoßen. Diese mittlere freie Elektronenweglänge kann nur dann größer als die in Frage kommenden Abmessungen des Vakuumschaltergerätes gemacht werden, wenn der Druck im Schaltergehäuse nicht mehr als 0,0133 Pa (10-" Torr) beträgt, während diese Bedingung bei Drucken von weniger als ι s 0,00133 Pa(IO-⁵ Torr) mit Sicherheit erfüllt ist.that can be ionized. These ionizations can now be largely prevented if all possible breakdown paths between the main electrodes 15 and 16 and their holders are made small compared to the mean free path of the electrons at the pressure prevailing in the switch housing. The mean free path is understood here as the distance that an electron has to cover at a given pressure in order to collide with a gas molecule. This mean free electron path can only be made larger than the dimensions of the vacuum switch device in question if the pressure in the switch housing is not more than 0.0133 Pa (10- "Torr), while this condition applies to pressures of less than ι s 0 , 00133 Pa (IO- ⁵ Torr) is met with certainty.

Aus diesem Grund müssen die Elektrodenmaterialien so stark gereinigt werden, daß ihr Gasgehalt oder ihr Gehalt an gasabgebenden Verunreinigungen auf einem niedrigen Wert liegt, der die Aufrechterhaltung eines Vakuums von weniger als 0,0133 Pa (IO-⁴ Torr) innerhalb des Schaltergehäuses ermöglicht.For this reason, the electrode materials must be so highly purified that it is gas content, or its content of gas-releasing impurities at a low value ⁽⁴ Torr IO-) capable of maintaining a vacuum of less than 0.0133 Pa within the switch housing.

Die Halterungen für die Hauptelektroden 17 und 18 sind der direkten Wirkung des Lichtbogens nicht ausgesetzt Sie können daher aus einem handelsüblichen 25, Kupfer hoher Reinheit hergestellt werden. Die Seitenwand 11 kann aus einem temperaturbeständigen Glas oder auch aus einer gasundurchlässigen vakuumdichten Keramik hergestellt werden. Als keramische Werkstoffe sind Keramiken auf Aluminiunioxid- oder Forsteritgrundlage geeignet. Die Stirnwände 12 und 13 werden zweckmäßigerweise aus rostfreiem Stahl oder aus Nickel hergestellt Verwendet man dagegen für die Seitenwand 11 eine Forsteritkeramik, so ist es zweckmäßig, die Stirnwände 12 und 13 aus Titan herzustellen und die Seitenwand direkt mit den beiden Stirnwänden zu verlöten oder zu verschmelzen. Die Abschirmung 23 wird zweckmäßigerweise aus rostfreiem Stahl hergestellt und mehrere Stunden lang bei Temperaturen oberhalb 1000⁰C ausgeheizt, um alle absorbierten Gase auszutreiben.The holders for the main electrodes 17 and 18 are not exposed to the direct effect of the arc. They can therefore be made from a commercially available 25 copper of high purity. The side wall 11 can be made from a temperature-resistant glass or from a gas-impermeable, vacuum-tight ceramic. Ceramics based on aluminum oxide or forsterite are suitable as ceramic materials. The end walls 12 and 13 are expediently made of stainless steel or nickel. On the other hand, if a forsterite ceramic is used for the side wall 11, it is expedient to make the end walls 12 and 13 of titanium and to solder or fuse the side wall directly to the two end walls . The shield 23 is expediently made of stainless steel and baked for several hours at temperatures above 1000 ^° C. in order to drive out all absorbed gases.

In der Fig.2 ist ein Vakuumschaltgerät nach der Erfindung mit einer feststehenden Funkenstrecke dargestellt Das Gehäuse dieses Vakuumschaltgerätes weist eine Seitenwand 31 auf, die zylindrisch ausgebildet und aus einem isoliermaterial hergestellt ist Die Seitenwand 31 hat die gleiche Zusammensetzung und die gleichen Eigenschaften wie die Seitenwand U aus Fig. 1. Die Seitenwand 31 ist an ihren beiden Enden durch zwei metallische Stirnwände 32 und 33 abgeschlossen, die aus dem gleichen Material wie die Stirnwände 12 und 13 aus Fig. 1 bestehen können. Die Seitenwand bildet zusammen mit den Stirnwänden die Vakuumkammer des Schaltgerätes. Um die Vakuumkammer vakuumdicht abschließen zu können, sind zwischen die Seitenwand 31 und die beiden Stirnwände 32 und 33 Dichtungen 34 eingesetztIn Fig.2 is a vacuum switching device according to the Invention shown with a fixed spark gap The housing of this vacuum switchgear has a side wall 31 which is cylindrical and made of an insulating material Side wall 31 has the same composition and the same properties as the side wall U from Fig. 1. The side wall 31 is closed at both ends by two metal end walls 32 and 33, which can consist of the same material as the end walls 12 and 13 from FIG. the The side wall, together with the end walls, forms the vacuum chamber of the switching device. To the vacuum chamber To be able to close in a vacuum-tight manner, are between the side wall 31 and the two end walls 32 and 33 seals 34 are used

In dem Gehäuse 30 sind zwei Hauptelektroden 35 und 36 angeordnet, die einen gewissen Abstand voneinander haben und eine Lichtbogenstrecke 37 bilden. Die beiden Hauptelektroden 36 und 37 sitzen auf Elektrodenstangen 38 und 39, die ihrerseits elektrisch und mechanich mit den Stirnwänden 32 und 33 verbunden sind. Der Netzabschnitt oder der Kreis der von dem Vakuumschaltgerät geschützt oder geschaltet werden soll, wird < >s parallel oder in Serie an den Klemmen 40 und 41 angeschlossen, die elektrisch und mechanisch mit den beiden Stirnwänden 32 und 33 verbunden sind. Wie beiIn the housing 30 two main electrodes 35 and 36 are arranged, which are a certain distance from each other and form an arc path 37. The two main electrodes 36 and 37 sit on electrode rods 38 and 39, which in turn are electrically and mechanically connected to the end walls 32 and 33. Of the Network section or the circuit that is to be protected or switched by the vacuum switchgear is < > s connected in parallel or in series to terminals 40 and 41, which are electrically and mechanically connected to the both end walls 32 and 33 are connected. As in

dem Vakuumschaltgerät nach F i g. 1 ist auch beim Vakuumschaltgerät nach Fig.2 zwischen den beiden Elektroden 35, 36 einerseits und der Seitenwand 31 andererseits ein metallischer Abschrimzylinder 43 angeordnet, der am unteren Rand in einem Ring 44 endet, der Überschläge vom oder zum Rand der Abschirmung unterbinden soll. Der Abschirmzylirider 43 dient dazu, zerstäubtes oder verdampftes ElejcfP* denmaterial abzufangen, so daß sich dieses Elektröd| material nicht auf der Innenseite der isolierentf Seitenwand 31 absetzen und dieses kurzschließen kä Der Raum innerhalb des Gehäuses 30 wird wie bei djpf Schaltgerät nach F i g. 1 auf einem Druck von w«mj||§§P als 0,0133 Pa (10-⁴ Torr), vorzugsweise auf einem Drti^i™ von weniger als 0,00133 Pa(IO-⁵ Torr) gehalten. ftfthe vacuum switching device according to FIG. 1, a metallic scraper cylinder 43 is arranged between the two electrodes 35, 36 on the one hand and the side wall 31 on the other hand in the vacuum switching device according to FIG. The shielding cylinder 43 is used to intercept atomized or vaporized ElejcfP * denmaterial, so that this electrode | Do not deposit material on the inside of the insulating side wall 31 and short-circuit it. 1 at a pressure of w "mj || §§P than 0.0133 Pa (10- ⁴ Torr), preferably on a Drti ^ i ™ of less than 0.00133 Pa (IO- ⁵ Torr). ftf

Man kann die verbesserten Elektroden für Vakuum!! schaltgeräte herstellen, wenn man dem ElektrodehmaS tenal während der Verarbeitung eine geringe Μ§δ£§§ eines Metalls zusetzt das eine hohe Affinität gegenfll^fts Sauerstoff besitzt und mit Sauerstoff ein hochstabil^ Oxid bildet, das sich bei den in den Enden¹ Lichtbogens herrschenden Temperaturen nicht zer Es gibt zwar mehrere Materialien, wie beispielswelR die seltenen Erden der Lanthangruppe, die dieslnj Bedingungen genügen und daher für diesen Zwefj|§ geeignet erscheinen, doch sind diese wegen anderljff Eigenschaften nicht bevorzugt. Es hat sich gezeigt, dii|^ Beryllium das zum Binden von Sauerstoff außerordenpf lieh geeignet ist ebenso wie Berylliumoxid keiniS sonstigen Eigenschaften hat die dessen EinsatzHup Vakuumschaltgeräten der hier interessierenden Art? ausschließen. Die Beigabe einer kleinen Mengt; Beryllium zu Kupfer führt daher zu Elektroden fip Vakuumschaltgeräte, die allen anderen bisher bekarinfc ten Elektroden für Vakuumschaltgeräte überlegen sind?: Es wurde nun gefunden, daß die Beigabe von kleinen · Mengen Beryllium zu kommerziell erhältlichen Kupfer* quahtäten mit einer Reinheit von 99,96% oder bessep und mit einem Sauerstoffgehalt von 1 bis 3 Atom-ρρηΤΐ zu Berylliumoxid führt das durch weitere Verarbei-i tungsschritte praktisch völlig entfernt werden kann, die wesentlich einfacher und billiger als das bisher übliche mehrmalige Zonenschmelzen sind.You can use the improved electrodes for vacuum !! Making switching devices when Tenal during processing a low Μ§δ £ §§ added to the ElektrodehmaS of a metal having a high affinity gegenfll ^ fts oxygen has and forms, with oxygen, a highly stable ^ oxide that prevailing at the in the ends ¹ arc There are several materials, such as the rare earths of the lanthanum group, which meet these conditions and therefore appear suitable for this purpose, but these are not preferred because of other properties. It has been shown that beryllium, which is extremely suitable for binding oxygen, like beryllium oxide, has no other properties that its use. exclude. The addition of a small amount; Beryllium to copper therefore leads to electrodes fip vacuum switching devices, which are superior to all other previously known electrodes for vacuum switching devices ?: It has now been found that adding small amounts of beryllium to commercially available copper * grades with a purity of 99.96% or better and with an oxygen content of 1 to 3 atom-ρρηΤΐ leads to beryllium oxide which can be practically completely removed by further processing steps, which are much simpler and cheaper than the previously usual multiple zone melting.

Insbesondere wurde gefunden, daß die Beigabe einer geringen Menge eines Materials mit hoher Affinität zu Sauerstoff, das ein hochstabiles, hochtemperaturbeständiges Oxid bildet insbesondere Beryllium, zum Hauptbestandteil der Elektroden eines Vakuumschaltgerätes, wie beispielsweise Kupfer, zu einem besonders guten Material fuhrt, wenn man das Kupfer mit der Beigabe bei einem Druck von 0,00133 Pa (10-* Torr) und bei einer Temperatur von 1080⁰C eine halbe Stunde lang mit gerichteter Kühlung reinigtIn particular, it has been found that the addition of a small amount of a material with a high affinity for oxygen, which forms a highly stable, high-temperature-resistant oxide, in particular beryllium, to the main component of the electrodes of a vacuum switching device, such as copper, leads to a particularly good material if the copper is used with the addition at a pressure of 0.00133 Pa (10- * Torr) and at a temperature of 1080 ⁰ C for half an hour with directed cooling

Nach einer bevorzugten Ausführungsform des erfindungsgemäßen Verfahrens wird eine bestimmte Menge des Elektrodenmaterials in die Form eines Stabes gebracht und dieser Stab wird dann einem einfachen Zonennivelherverfahren unterworfen. Solche einfachen Zonennivelherverfahren sind bekannt und sind auch häufig beschrieben worden. Hierzu sei auf die Seiten 5 Vk «r, ^{S Buches} »Zone-Refining« 1958, Verlag John W,ley& Sons, New York, von W. G. Pfann verwiesen. Während der Zonennivellierung wird das beryllium innig mit dem Kupfer gemischt, wenn die geschmolzene Zone durch den Kupferstab hindurch gefuhrt wird. Welche Eigenschaften ein Metall oder eine Legierung beim Zonennivellieren aufgrund der bekannten W.rkungen dieses Verfahrens annimmt ist demAccording to a preferred embodiment of the method according to the invention, a certain amount of the electrode material is brought into the shape of a rod and this rod is then subjected to a simple zone leveling process. Such simple zone leveling methods are known and have also been described frequently. In this regard, reference is made to pages 5 of the ^book "Zone Refining" 1958, published by John W, Ley & Sons, New York, by WG Pfann. During zone leveling, the beryllium is intimately mixed with the copper as the molten zone is passed through the copper rod. Which properties a metal or an alloy assumes during zone leveling due to the known effects of this process is the

Durchschnittsfachmann bekannt. Daher soll Elektrodenmaterial, wie es erfindungsgemäß verwendet wird, als »zonennivelliertes« Material bezeichnet werden, wenn es einem Zonennivellierverfahren unterworfen worden ist Ganz allgemein soll ein solches Material sowie ein vakuumgschmolzenes oder durch Zonenschmelzen gereinigtes Material als »vakuumgereinigtes« Material bezeichnet werden.Known to those of ordinary skill in the art. Therefore, electrode material as used according to the invention should be referred to as "zone leveled" material when subjected to a zone leveling procedure In general, such a material is said to be vacuumgmelted or zone-melted cleaned material can be referred to as "vacuum cleaned" material.

Aufgrund der Trennungseigenschaften von Beryllium in Kupfer verbleibt das Beryllium während der Zonennivellierung im Kupfer praktisch gleichförmig verteilt. Der größte Teil des Oxides, das aus der Reaktion des Berylliums mit dem vorhandenen Sauerstoff stammt, der als Kupferoxid oder als freier Sauerstoff vorliegt, fließt an die Außenseiten der geschmolzenen Zone. Wenn der Stab erstarrt und abgekühlt ist, kann man diesen Oxidanteil auf der Oberfläche als eine blasige oder wolkige Verunreinigung beobachten. Das Berylliumoxid kann dann leicht von der Oberfläche des zonennivellierten Stabes weggeätzt werden. Hierzu ist ein saures Ätzbad aus etwa einem Teil Fluorwasserstoffsäure, drei Teilen Salpetersäure und 10 Teilen Essigsäure geeignet. Mit diesem Ätzbad wird für eine Minute oder weniger geätzt. Dieser Ätzvorgang entfernt diejenigen Oberflächenverunreinigungen, die Berylliumoxid sind, während der Metallstab selbst sauber und oxidfrei zurückbleibt. Da der Sauerstoff in dem als Ausgangsmaterial verwendeten handelsüblichen Kupfer der obigen Reinheit nur in einer Menge von einigen ppm vorliegt, verbleibt der größte Teii des zugegebenen Berylliums in dem Kupferstab, und nur ein kleiner Teil von etwa 5% wird wieder entfernt, wenn die beiden Stabenden aus Gründen der Reinheit des Materials entfernt werden. Aufgrund der gleichförmigen Verteilung, die sich beim Zonennivellieren erreichen läßt, ist das Beryllium völlig gleichmäßig im Kupfer verteilt. Das Beryllium liegt im Kupfer als feste Lösung vor, und zwar in Abhängigkeit von der Temperatur des verfestigten Kupferstabes in der <x-, der ß- oder der y-Phase bzw. in Mischungen zwischen diesen Phasen. Die Menge des zugefügten Berylliums wird jedoch so klein gehalten, daß sich beim Abkühlen bzw. beim ersten Verfestigen der Schmelze keine ö-Phase bilden kann, die eine intermetallische Verbindung der Formel CuBej ist. Im Beryllium-Kupfer-System tritt diese Verbindung an dem peritektischen r> Punkt auf, der bei etwa 11,5 Gewichtsprozent Beryllium liegt. Der ganze Kupferstab enthält noch eine sehr kleine Menge Berylliumoxid, das gleichförmig verteilt, jedoch nicht an die Oberfläche gelangt ist. Die bisher üblichen Reinigungsverfahren mittels einesDue to the separation properties of beryllium in copper, the beryllium remains practically uniformly distributed in the copper during zone leveling. Most of the oxide resulting from the reaction of beryllium with the oxygen present, which is present as copper oxide or as free oxygen, flows to the outside of the molten zone. When the rod has solidified and cooled, this oxide portion can be observed on the surface as a blistered or cloudy impurity. The beryllium oxide can then easily be etched away from the surface of the zone leveled rod. An acidic etching bath consisting of about one part hydrofluoric acid, three parts nitric acid and 10 parts acetic acid is suitable for this. This etching bath is used to etch for a minute or less. This etching process removes those surface contaminants that are beryllium oxide, while leaving the metal rod itself clean and oxide-free. Since the oxygen in the commercially available copper of the above purity used as a starting material is only present in an amount of a few ppm, most of the added beryllium remains in the copper rod, and only a small part of about 5% is removed again when the two rod ends be removed for the sake of purity of the material. Because of the uniform distribution that can be achieved with zone leveling, the beryllium is completely evenly distributed in the copper. The beryllium is present in copper as a solid solution, depending on the temperature of the solidified copper rod in the <x, β or y phase or in mixtures between these phases. However, the amount of beryllium added is kept so small that no δ phase, which is an intermetallic compound of the formula CuBej, can form when the melt cools or when it first solidifies. In the beryllium-copper system, this connection occurs at the peritectic r> point, which is around 11.5 percent by weight beryllium. The whole copper rod still contains a very small amount of beryllium oxide, which is evenly distributed but has not reached the surface. The usual cleaning methods using a

ίο mehrmaligen Zonenschmelzen erforderten mindestens sechs Durchgänge in der gleichen Richtung. Bei dem eben beschriebenen Zonennivelüerverfahren braucht die geschmolzene Zone dagegen nur einmal in jeder Richtung durch den Stab hindurchgeführt zu werden.ίο multiple zone melts required at least six passes in the same direction. In the zone leveling procedure just described, on the other hand, the molten zone has to be passed through the rod only once in each direction.

Daher werden nach der Erfindung etwa ²/₃ der Kosten und des Arbeitsaufwandes eingespart, die bisher für die Herstellung von Elektrodenmaterial für Vakuumschaltgeräte erforderlich waren. Zusätzlich hat man gefunden, daß man als Ausgangsmaterial für Elektroden, die in Vakuumschaltgeräten nicht allzu hoher Leistung verwendet werden sollen, eine Kupferqualität mit einem verhältnismäßig großen Fremdstoffgehalt benutzen kann, wenn man vergleichsweise niedrige Berylliummengen hinzufügt, so daß die Herstellungskosten solcher Vakuumschaltgeräte nach der Erfindung gegenüber den bisher anfallenden Herstellungskosten drastisch gesenkt werden können.Therefore, according to the invention is about ^_2/3 of costs and the amount of work can be saved, which were necessary for the production of an electrode material for vacuum switchgear previously. In addition, it has been found that the starting material for electrodes that are not to be used in vacuum switching devices that are too high in performance can be a copper quality with a relatively large foreign matter content if comparatively low amounts of beryllium are added, so that the manufacturing costs of such vacuum switching devices according to the invention are compared the production costs incurred up to now can be drastically reduced.

Die Affinität eines Metalles gegenüber Sauerstoff wird üblicherweise durch die freie Energie bei derThe affinity of a metal for oxygen is usually determined by the free energy in the

.10 Bildung des entsprechenden Oxids gemessen. Je negativer dieser Wert pro Atom Sauerstoff ist, desto größer ist die Affinität eines Metalles zu Sauerstoff. Die Stabilität des so gebildeten Oxides wird durch die Zersetzungstemperatur gemessen, sofern diese Zersetzungstemperatur bekannt ist. Ist die Zersetzungstemperatur nicht bekannt, so sind der Schmelzpunkt und die Verdampfungstemperatur gute Kriterien. Allgemein gilt, daß ein Oxid um so stabiler ist, je höher der Schmelzpunkt und die Verdampfungstemperatur liegen..10 Formation of the corresponding oxide measured. The more negative this value per atom of oxygen, the more the affinity of a metal for oxygen is greater. The stability of the oxide thus formed is through the Decomposition temperature measured, provided this decomposition temperature is known. If the decomposition temperature is not known, the melting point and the Evaporation temperature good criteria. In general, the higher the oxide, the more stable it is Melting point and the evaporation temperature are.

In der nachfolgenden Tabelle 1 sind nun diese Parameter für Oxide von Kupfer sowie für Oxide von Beryllium und Lanthan angegeben.In the following table 1 these parameters are now for oxides of copper and for oxides of Beryllium and Lanthanum indicated.

Oxidoxide Freie BildungsFree educational Freie BildungsFree educational ZersetzungsDecomposition SiedeBoil SchmelzEnamel energie beienergy energie pro Atomenergy per atom temperaturtemperature punktPoint punktPoint 1080°C1080 ° C von O2from O2 CuOCuO -42 kl-42 kl -42 k]-42 k] 1026^cC1026 ^c C CuO₂ CuO ₂ -75 k]-75 k] -75 k]-75 k] 1800°C1800 ° C __ —- BeOBeO -46OkJ-46OkJ -46OkJ-46OkJ —- 3900°C3900 ° C 2500⁰C2500 ⁰ C La₂O₃ La ₂ O ₃ -140OkJ-140OkJ -47OkJ-47OkJ —- 2400⁰C2400 ⁰ C 2315°C2315 ° C

Aus der Tabelle 1 geht hervor, daß die Affinität von Beryllium und Lanthan gegenüber Sauerstoff am Schmelzpunkt des Kupfers etwa 10 mal größer als die Affinität von Kupfer gegenüber Sauerstoff bei der gleichen Temperatur ist Diese beiden Elemente vereinigen sich daher rasch mit jeglichem vorhandenen Sauerstoff und bilden mit dem Sauerstoff Oxide. Im Elektrodenmaterial zufriedenstellender Eigenschaften zu erhalten, sollte die freie Bildungsenergie des Metalloxids, dessen Metall zum Binden des Sauerstoffes verwendet wird, pro Atom Sauerstoff einen Wert haben, der noch stärker negativ als -418 kj ist Weiterhin sieht man, daß die Oxide des Beryllium und Lanthan sehr stabil sind und selbst unter den Zuständen nicht dissozilieren, die in einem Lichtbogen herrschen. Der Grund für die Überlegenheit von Beryllium liegt darin.From Table 1 it can be seen that the affinity of beryllium and lanthanum for oxygen am The melting point of copper is about 10 times greater than the affinity of copper for oxygen is at the same temperature. These two elements therefore quickly unite with whatever is present Oxygen and form oxides with the oxygen. Satisfactory properties in the electrode material To obtain, the free energy of formation of the metal oxide, whose metal should bind the oxygen is used, have a value per atom of oxygen which is even more negative than -418 kj one that the oxides of beryllium and lanthanum are very stable and not even under the conditions dissocile, which prevail in an arc. The reason beryllium is superior is because of this.

daß der Dampfdruck von Beryllium dem Dampfdrucl von Kupfer etwa gleicht so daß das Beryllium den voi Kupferatomen unterhaltenen Lichtbogen nicht beein trächtigt Da das Atomgewicht von Beryllium seh niedrig ist kondensieren sich die Berylliumatome nac dem Erlöschen des Bogens als erste aus der Dampfpha se. Außerdem ist Beryllium im Vergleich zu den seltenethat the vapor pressure of beryllium is roughly equal to the vapor pressure of copper, so that the beryllium corresponds to the voi Copper atoms maintained arcing not affected. Since the atomic weight of beryllium see is low, the beryllium atoms are the first to condense out of the vapor phase after the arc is extinguished se. Besides, beryllium is rare compared to the

ho Erden leichter erhältlich und ist zudem auch billiger. Ei weiterer Grund für die Überlegenheit von Beryllium fü den hier interessierenden Zweck besteht darin, da Beryllium nur ein einziges Oxid der Formel BeO bilde das sehr stabil ist Mehrwertige Metalle können zwa auch stabile Oxide der Zusammensetzung M₁O^ biide wobei »y« größer als 1 ist. Diese Oxide können jedoch i ein anderes weniger stabiles Oxid zerfallen, die sich auc ursprünglich bilden können, deren Eigenschafteho earth is more readily available and also cheaper. Egg Another reason for the superiority of beryllium fo the interest here purpose is as beryllium represents only a single oxide of formula BeO which is very stable polyvalent metals can zwa also stable oxides of the composition M ₁ O ^ biide wherein "y" is greater than 1 is. These oxides can, however, decompose into another less stable oxide, which can also form originally, their properties

unbekannt oder unvorheVsagbar sind.are unknown or unpredictable.

Stabile Oxide werden auch von anderen Metallen gebildet Diese sind jedoch für die Zwecke der Erfindung nur am Rande oder gar nicht brauchbar. So sollte bespielsweise Magnesium oder ein anderes Metall mit einem niedrigeren Siedepunkt nicht verwendet werden, da der Dampfdruck von elementarem Magnesium oder eines anderen niedrig siedenden Metalls für Vakuumschaltgeräte zu hoch ist, und da ein Oberschuß des aktiven Metalls zur Sauerstoffbindung notwendig ist, wenn aller Sauerstoff entfernt werden solL Auch Thorium bildet ein stabiles Oxid. Ein Oberschuß von elementarem Thorium in Vakuumschaltgeräten sollte aber vermieden werden, da die Ablösearbeit für Thorium sehr niedrig ist. Außerdem enthält das stabile Thoriumoxidmolekül zwei Atome Sauerstoff.Stable oxides are also formed by other metals, however these are for the purpose of Invention only marginally useful or not at all. For example, magnesium or another metal should be used with a lower boiling point cannot be used as the vapor pressure of elemental magnesium or other low-boiling metal is responsible for Vacuum switchgear is too high, and there is a surplus of the active metal is necessary for oxygen scavenging if all oxygen is to be removed, too Thorium forms a stable oxide. An excess of elemental thorium in vacuum switchgear should but should be avoided since the work of detachment for thorium is very low. Also contains the stable Thorium oxide molecule two atoms of oxygen.

Die Menge, in der das sauerstoffbindende Metall dem Hauptbestandteil hinzugefügt werden muß, ist mindestens Vio Gewichtsprozent Die Menge kann in Abhängigkeit vom verwendeten Material schwanken. Die maximale Menge des beigefügten sauerstoffbindenden Metalls darf jedoch nicht zu einer solchen Konzentration führen, bei der nach dem Phasendiagramm der entstehenden Legierung während des Abkühlens eine intermetallische Verbindung entsteht, wenn sich die Schmelze gerade verfestigt Wenn beispielsweise Kupfer der Hauptbestandteil ist, darf Beryllium nur in Mengen zwischen 0,1 und 113 Gewichtsprozent beigegeben werden. Lanthan als ein Beispiel einer seltenen Erde aus der Lanthanreihe darf nur in Mengen zwischen 0,1 und 18 Gewichtsprozent beigegeben werden. Als praktisch brauchbare Regel soll die Menge des sauerstoffbindenden Metalls zwischen 0,1 Gewichtsprozent und einem Wert liegen, der nach der Bearbeitung der ganzen Elektrode zu einem Überschuß von nicht verbrauchtem, sauerstoffbindenden Metall in der Elektrode zwischen 0,1 und 10 Gewichtsprozent führt.The amount in which the oxygen scavenging metal demolishes The main ingredient to be added is at least Vio percent by weight. The amount can be in Vary depending on the material used. However, the maximum amount of the added oxygen-binding metal must not be such Concentration lead, according to the phase diagram of the resulting alloy during the When cooling down, an intermetallic compound is formed when the melt is just solidifying For example, copper is the main component, beryllium may only be used in amounts between 0.1 and 113 Weight percent are added. Lanthanum as an example of a rare earth from the lanthanum series is allowed can only be added in amounts between 0.1 and 18 percent by weight. As a practical rule, it is supposed to the amount of oxygen-binding metal between 0.1 percent by weight and a value according to the processing of the entire electrode to an excess of unconsumed, oxygen-binding metal in the electrode between 0.1 and 10 Weight percent leads.

Nach einer bevorzugten Ausföhrungsfonn des erfindungsgemäßen Verfahrens werden die Legierungsbe- standteile im Vakuum mit gerichteter Kühlung geschmolzen, um eine gute Durchmischung der Hauptbestandteile mit dem sauerstoffbindenden Zusatz sicherzustellen. Das dabei verwendete Vakuum liegt beispielsweise bei 0,0133Pa (10-⁴Τοιτ), besser noch bei 0,00133 Pa (IO-⁵ Torr). Die für diesen Verfahrensschritt benötigte Zeit ist kurz. Dieser Verfahrensschritt wird beim Schmelzpunkt des Hauptbestandteils der Legierung durchgeführt Um eine gerichtete Kühlung zu bewerkstelligen, muß eine Kühlfalle vorhanden sein. Man kann aber auch einen modifizierten »Bridgeman«- Ofen verwenden. Man kann beispielsweise etwa 1360 g hochreines Kupfer der obigen Reinheit und etwa 27 g hochreines Beryllium einmal oder mehrere Male jeweils für etwa eine halbe Stunde auf eine Temperatur von etwa HOO⁰C bringen und gerichtet kühlen. Anschließend wird in einem sauren Ätzbad aus einem Teil HF, drei Teilen HNO3 und zehn Teilen Essigsäure gewaschen, um das ganze Berylliumoxid von der Oberfläche zu entfernen. Dann wird mit destilliertem Wasser fto nachgewaschen. Man kann auch die Oxide mechanisch von der Oberfläche entfernen. Wenn auch hochreines Kupfer der obigen Reinheit als Ausgangsmaterial besonders geeignet ist, kann man auch als Ausgangsmaterial Elektrolyt-Kupfer verv/enden, da man auch mit f>5 Elektrolyt-Kupfer in vielen Fällen, insbesondere bei Vakuumschaltgeräten für niedrigere Ströme gute Ergebnisse erzielt. Man kann die eben beschriebeneAccording to a preferred embodiment of the method according to the invention, the alloy constituents are melted in a vacuum with directed cooling in order to ensure thorough mixing of the main constituents with the oxygen-binding additive. The vacuum used in this case is, for example 0,0133Pa (10- ⁴ Τοιτ), more preferably at 0.00133 Pa (IO- ⁵ Torr). The time required for this process step is short. This process step is carried out at the melting point of the main component of the alloy. In order to achieve directional cooling, a cold trap must be present. But you can also use a modified "Bridgeman" oven. One can, for example, about 1360 g of high-purity copper of the above purity and about 27 g of high purity beryllium once or several times in each case for about half an hour to a temperature of about HOO bring ⁰ C and cool directed. It is then washed in an acidic etching bath consisting of one part HF, three parts HNO3 and ten parts acetic acid in order to remove all of the beryllium oxide from the surface. Then it is washed with distilled water fto. The oxides can also be removed mechanically from the surface. Even if high-purity copper of the above purity is particularly suitable as the starting material, electrolytic copper can also be used as the starting material, since good results can also be achieved with f> 5 electrolytic copper in many cases, especially with vacuum switching devices for lower currents. You can do the one just described Ausführungsform aber auch derart abwandeln, daß man die Legierungsbestandteile jeweils für sich zum Reinigen ein- oder mehrere Male einem Zonenschmelzverfahren unterwirftBut also modify the embodiment in such a way that one the alloy components are each subjected to a zone melting process one or more times for cleaning

Nach einer anderen Ausführungsform des erfindungsgemäßen Verfahrens wird hochreines und nominell sauerstofffreies Kupfer in der Form eines Stabes mit einer Länge von etwa 30,5 cm und einem Durchmesser von etwa 2,5 cm, dessen Gewicht etwa 1600 g beträgt, zum Zonenschmelzen in einen Bornitridtiegel gelegt In dasjenige Tiegelende, an dem mit dem Zonenschmelzen begonnen wird, wird eine bestimmte Menge von hochreinem Beryllium gegeben. Das Beryllium kann hierbei als Granulat vorliegen.According to another embodiment of the method according to the invention, it becomes highly pure and nominal oxygen-free copper in the shape of a rod with a length of about 30.5 cm and a diameter of about 2.5 cm, the weight of which is about 1600 g, placed in a boron nitride crucible for zone melting In the end of the crucible where the zone melting occurs is started, a certain amount of high purity beryllium is given. The beryllium can present here as granules.

Seine Menge kann etwa 1 Gewichtsprozent betragen. Es ist günstig, wenn das Beryllium vorher durch Zonenschmelzen gereinigt worden ist Nun wird eine bewegbare Spule an einen Hf-Genierator angeschlossen, der ein 500-KHz-Oszillator sein kann. Diese Spule hat mehrere Windungen und einen Durchmesser, der so groß ist daß die Spule über den Tiegel mit dem Kupfer und dem Beryllium herüber geschoben werden kann. Die Länge der Spule ist so gewählt, daß von dem Kupferstab jeweils nur eine Länge von etwa 2$ cm geschmolzen werden kana Diese Spule wird nun über den Anfang des Kupferstabes geschoben und erregt, so daß der Anfang des Kupferstabes zusammen mit dem dort vorhandenen Beryllium auf eine Temperatur von etwa UOO⁰C gebracht wird und schmilzt, so daß sich eine flüssige Zone von etwa 2£ cm Länge bildet. Nun läßt man diese flüssige Zone mit einer Geschwindigkeit von etwa 30,5 bis 33 cm pro Stunde durch den ganzen Kupferstab hindurch wandern. Während dieser Zeit hat das Beryllium aufgrund seiner Lösungseigenschaften in Kupfer die Gelegenheit in der flüssigen Kupferphase zu verbleiben und den Sauerstoff in neu geschmolzenem Kupfer zu binden. Dabei bildet sich Berylliumoxid, das zur Außenfläche des Kupferstabes fließt Nach dem Abkühlen kann das Oxid leicht in einem saueren Ätzbad entfernt werden. Ein hierfür geeignetes Ätzbad kann aus einem Teil HF, drei Teilen HNO₃ und 10 Teilen Essigsäure bestehen. Auf diese Weise wird praktisch der gesamte Sauerstoff aus dem Kupferstab entfernt, während das Beryllium praktisch vollständig in dem Kupferstab verbleibt. Man läßt die flüssige Zone kontinuierlich durch den ganzen Kupferstab hindurchlaufen. Wenn die flüssige Zone am Ende des Kupferstabes angekommen ist, wird die Wanderungsrichtung der flüssigen Zone umgekehrt, und die flüssige Zone wandert wieder mit derselben Geschwindigkeit bis zum Anfang des Stabes zurück.Its amount can be about 1 percent by weight. It is beneficial if the beryllium has previously been cleaned by zone melting. Now a movable coil is connected to an RF generator, which can be a 500 KHz oscillator. This coil has several turns and a diameter that is so large that the coil can be pushed over the crucible with the copper and beryllium. The length of the coil is chosen so that only a length of about 2 cm can be melted from the copper rod. This coil is now pushed over the beginning of the copper rod and excited so that the beginning of the copper rod together with the beryllium present there a temperature of about UOO ⁰ C is brought and melts, so that a liquid zone about 2 pounds cm in length is formed. This liquid zone is now allowed to migrate through the entire copper rod at a speed of about 30.5 to 33 cm per hour. During this time, the beryllium, due to its dissolving properties in copper, has the opportunity to remain in the liquid copper phase and to bind the oxygen in newly melted copper. Beryllium oxide is formed, which flows to the outer surface of the copper rod. After cooling, the oxide can easily be removed in an acidic etching bath. A suitable etching bath can consist of one part HF, three parts HNO ₃ and 10 parts acetic acid. In this way, practically all of the oxygen is removed from the copper rod, while the beryllium remains practically completely in the copper rod. The liquid zone is allowed to run continuously through the entire copper rod. When the liquid zone has reached the end of the copper rod, the direction of migration of the liquid zone is reversed and the liquid zone travels back at the same speed to the beginning of the rod.

Durch dieses Zonennivellieren werden das Beryllium und etwa noch im Kupferstab verbleibende Berylliumoxidreste gleichförmig innerhalb des ganzen Kupferstabes verteilt. Da das im Kupferstab noch verbleibende Berylliumoxid völlig gleichförmig verteilt ist, und da es nur in einer außerordentlich geringen Konzentration vorliegt, macht es sich beim Betrieb des Vakuumschaltgerätes nicht mehr bemerkbar. Es sind auch noch im Beryllium weitere Bestandteile, wie Berylliumverbindungen und Berylliumlegierungen vorhanden. Ihre Konzentration ist aber ebenfalls sehr gering. Außerdem beeinträchtigen diese Berylliumverbindungen bzw. Legierungen die Wirkungsweise des Vakuumschaltgerätes nicht, sondern verbessern und unterstützen diese Wirkungsweise. Wie im Falle von Elektroden, die durch Schmelzen im Vakuum gereinigt worden sind, können auch zonennivellierte Elektroden, insbesondere solche,As a result of this zone leveling, the beryllium and any remaining beryllium oxide residues in the copper rod are uniformly distributed throughout the entire copper rod. As the remaining in the copper rod Beryllium oxide is completely uniformly distributed, and because it is only in an extremely low concentration is present, it is no longer noticeable when the vacuum switchgear is in operation. There are also still in the Beryllium also contains other components such as beryllium compounds and beryllium alloys. Her But concentration is also very low. In addition, these beryllium compounds or Alloys do not improve the effectiveness of the vacuum switchgear, but rather improve and support it Mode of action. As in the case of electrodes that have been cleaned by melting in a vacuum also zone-leveled electrodes, especially those

APAP

die zum Schalten niedrigerer Ströme bestimmt sind, anstatt aus hochreinem Kupfer oder einem Äquivalent davon aus Elektrolytkupfer hergestellt werden.designed to switch lower currents instead of high purity copper or equivalent of which are made from electrolytic copper.

Wenn der Kupferstab abgekühlt ist, und wenn von den beiden Stabenden des zonennivellierten Kupferstabes jeweils eine Länge von etwa 5,27 cm entfernt worden ist, wird der Oxidüberzug von der Staboberflächp entfernt Hierzu kann man beispielsweise den Kupferstab eine Minute lang in einem Ätzbad waschen, das aus etwa einem Teil Fluorwasserstoffsäure, drei ι ο Teilen Salpetersäure und zehn Teilen Essigsäure besteht Anschließend wird der Stab in destilliertem Wasser gespült und getrocknet Anschließend kann man aus dem Kupferstab im Vakuum die Elektroden gießen, wie sie in den Vakuumschaltgeräten nach den F i g. 1 und 2 verwendet werden. Wenn die Elektroden gegossen worden sind, werden sie in die Vakuumschaltgeräte nach den F i g. 1 und 2 eingebaut, die dann betriebsfertig sindWhen the copper rod has cooled, and when of the two rod ends of the zone-leveled copper rod After a length of approximately 5.27 cm has been removed at a time, the oxide coating is removed from the rod surface removed To do this, you can, for example, wash the copper rod for one minute in an etching bath, that from about one part hydrofluoric acid, three ι ο parts nitric acid and ten parts acetic acid Then the rod is rinsed in distilled water and dried. Then you can pour the electrodes from the copper rod in a vacuum, as they are in the vacuum switching devices according to FIGS. 1 and 2 can be used. When the electrodes have been cast, they are put into the vacuum switchgear according to the F i g. 1 and 2 installed, which are then ready for use

Nach einer anderen Ausführungsform der Erfindung wird von einer Beryllium-Kupfer-Legierung ausgegangen. Hierzu kann man beispielsweise eine handelsübliche Legierung verwenden, die 0,55 Gewichtsprozent Beryllium, Rest Kupfer mit Spuren von Kobalt enthält. Diese Legierung kann dann durch Zonennivellieren, ein- oder mehrmaliges Zonenschmelzen oder durch Vakuumschmelzen mit gerichteter Kühlung gereinigt werden. Anschließend wird das Berylliumoxid wieder entfernt, wie es bereits beschrieben wurde.Another embodiment of the invention is based on a beryllium-copper alloy. For this purpose, a commercially available alloy can be used, for example, which is 0.55 percent by weight Contains beryllium, the remainder being copper with traces of cobalt. This alloy can then be zone-leveled, or repeated zone melting or cleaned by vacuum melting with directed cooling. The beryllium oxide is then removed again, as already described.

Die Schaltgeräte nach den F i g. 1 und 2, die nach der Erfindung konstruiert sind, zeigen anfänglich im wesentlichen die gleichen oder noch bessere elektrische Eigenschaften wie die bisherigen Vakuumschaltgeräte mit Kupferelektroden, bei denen das Elektrodenmaterial vor der Herstellung der Elektroden durch ein sechsmaliges Zonenschmelzen zur Entfernung des Sauerstoffes gereinigt worden war. Darüber hinaus behalten die erfindungsgemäßen Schaltgeräte diese besonders günstigen anfänglichen elektrischen Eigenschaften über eine längere Betriebsdauer bei, da das Beryllium in den Elektroden in der Lage ist, eventuell noch auftretenden Sauerstoff zu binden und das hohe Vakuum aufrecht zu erhalten, das zum Betrieb von Vakuumschaltgeräten erforderlich ist.The switching devices according to FIGS. 1 and 2 constructed in accordance with the invention initially show in FIG essentially the same or even better electrical properties as the previous vacuum switching devices with copper electrodes, in which the electrode material is passed through a zone melting six times to remove the oxygen. Furthermore the switching devices according to the invention retain these particularly favorable initial electrical properties over a longer period of operation, as the beryllium in the electrodes is able to possibly to bind any oxygen still occurring and to maintain the high vacuum required to operate Vacuum switching devices is required.

Die Erfindung ist nicht auf Kupferelektroden beschränkt. Man kann vielmehr jeden Teil der Kupferelektroden durch Silber ersetzen. Zusätzlich werden in vielen Fällen in solchen Vakuumschaltgeräten Kupfereiektroden mit weiteren Zusätzen verwendet, die eine zu abrupte Stromunterbrechung sowie ein Verschweißen der Elektroden solcher Vakuumschaltgeräte unterbinden sowie auch anderen ungünstigen Eigenschaften solcher Vakuumschaltgeräte entgegenwirken, die sonst häufig bei solchen Schaltgeräten zuThe invention is not limited to copper electrodes. Rather, you can see any part of the Replace copper electrodes with silver. In addition, in many cases such vacuum switching devices Copper electrodes are used with other additives that cause too abrupt power interruption as well Prevent welding of the electrodes of such vacuum switching devices as well as other unfavorable ones Properties of such vacuum switching devices counteract which otherwise often occur in such switching devices

finden sind.are found.

Die Erfindung beinhaltet auch, den Hauptbestandteil der Elektrodenlegierung für Vakuumschaltgeräte sowie die Legierungszusätze vor dem Herstellen der Elektrodenlegierung nach dem hier beschriebenen Verfahren im Vakuum sauerstofffrei zu machen. Man erzielt dabei die gleichen Vorteile, die man bei der Herstellung von Vakuumschaltgeräten erreichen kann, die Elektroden benutzen, die ausschließlich aus Kupfer hergestellt sind. Auch andere Zusätze zu den Elektrodenlegierungen für Vakuumschaltgeräte kann man auf gleiche Weise behandeln.The invention also includes the main component of the electrode alloy for vacuum switching devices as well the alloy additives prior to manufacturing the electrode alloy using the process described here to make oxygen-free in a vacuum. You get the same advantages that you get in the production of Vacuum switching devices that use electrodes made exclusively of copper. Other additives to the electrode alloys for vacuum switching devices can also be made in the same way treat.

Die F i g. 3 ist eine graphische Darstellung und zeigt, wie die Entionisierung bei Vakuumschaltgeräten nach Fig.2 verläuft, wenn Lichtbogen mit einem Spitzenstrom von 250 Ampere erloschen sind. Man sieht, daß in dieser Hinsicht bestimmte Eigenschaften von Vakuumschaltgeräten mit erfindungsgemäßen Elektroden aus Kupfer-Beryllium den entsprechenden Eigenschaften von Vakuumschaltgeräten äquivalent sind, die mit Elektroden ausgerüstet sind, die durch sechsmaliges Zonenschmelzen gereinigt wurden. In der F i g. 3 ist die Durchschlagsspannung für den Funkenstreckenschalter nach F i g. 2 in Abhängigkeit von der Zeit für verzögert angelegte Spannungsimpulse aufgetragen, die nach dem Erlöschen des Bogens an ein Vakuumschaltgerät angelegt wurden, dessen Kupferelektroden durch sechsmaliges Zonenschmelzen gereinigt worden waren. Diese Werte sind durch die kleinen Kreise dargestellt Die durch kleine Quadrate dargestellten Werte gelten dagegen für ein Vakuumschaltgerät, dessen Elektroden aus Kupfer-Beryllium mit einem Berylliumgehalt von weniger als 1% hergestellt wurden. Wie man der F i g. 3 entnimmt, konnten während der Laufzeit der Versuche praktisch keine Unterschiede zwischen diesen beiden Vakuumschaltgeräten festgestellt werden.The F i g. 3 is a graphical representation and shows how the deionization proceeds in vacuum switching devices according to FIG. 2 when arcs with a peak current of 250 amperes have been extinguished. It can be seen that in this respect certain properties of vacuum switching devices with electrodes according to the invention made of copper-beryllium are equivalent to the corresponding properties of vacuum switching devices equipped with electrodes which have been cleaned by zone melting six times. In FIG. 3 is the breakdown voltage for the spark gap switch according to FIG. 2 plotted as a function of the time for delayed applied voltage pulses, which were applied to a vacuum switching device after the arc had gone out, the copper electrodes of which had been cleaned by zone melting six times. These values are shown by the small circles. The values shown by small squares, on the other hand, apply to a vacuum switchgear whose electrodes are made of copper-beryllium with a beryllium content of less than 1%. How to get the F i g. 3, practically no differences could be found between these two vacuum switching devices during the runtime of the tests.

In der Fig.4 ist die Durchschlagsfestigkeit von Vakuumschaltgeräten für impulsmäßige Belastung als Funktion des Elektrodenabstandes dargestellt. Die Werte, die durch die kleinen Kreise dargestellt sind, gelten für ein Vakuumschaltgerät mit Elektroden, deren Kupfer durch sechsmaliges Zonenschmelzen gereinigt wurde. Die Werte dagegen, die durch kleine Quadrate dargestellt sind, gelten für ein Vakuumschaltgerät, dessen Elektroden erfindungsgemäß aus Kupfer-Beryllium, mit einem Berylliumanteil von weniger als 1 Gewichtsprozent Beryllium bestehen. Auch in der Durchschlagsfestigkeit für impulsmäßige Belastung besteht zwischen Vakuumschaltgeräten mit den erfindungsgemäßen Elektroden aus Kupfer-Beryllium und Vakuumschaltgeräten mit Elektroden, deren Kupfer durch sechsmaliges Zonenschmelzen gereinigt wurde, kein merklicher Unterschied.In Figure 4, the dielectric strength of Vacuum switching devices for pulsed loading shown as a function of the electrode spacing. the Values represented by the small circles apply to a vacuum switchgear with electrodes whose Copper has been cleaned by zone melting six times. The values, on the other hand, indicated by small squares are shown, apply to a vacuum switching device, the electrodes of which, according to the invention, are made of copper-beryllium, with a beryllium content of less than 1 percent by weight beryllium. Also in the Dielectric strength for pulsed loading exists between vacuum switching devices with the inventive Electrodes made of copper beryllium and vacuum switching devices with electrodes made of copper was cleaned by zone melting six times, no noticeable difference.

Hierzu 2 Blatt ZeichnuncenFor this purpose 2 sheets of drawings

Claims

Patent claims:

1. Vacuum switchgear with an evacuated housing, the internal pressure of which is 0.0133 Pa (10- * Torr) or less, as well as with two main electrodes that are isolated from each other in the housing and together form a spark gap, the two main electrodes at least partially an alloy, the main component of which is a relatively low-melting metal with a high vapor pressure, which is used as an arc electrode; is suitable, and that the main alloy component is added a small amount of a material whose affinity for oxygen is high and which forms a highly stable oxide together with oxygen, characterized in that the main alloy component as a temperature-resistant oxide to bind the oxygen from the main alloy component with the material high affinity for oxygen is added in an amount which is between 0.1 percent by weight and a maximum amount which, in accordance with the phase diagram of the alloy, does not yet lead to intermetallic compounds during solidification of the liquid alloy, and that of the material with high affinity Oxygen after binding the oxygen from the main alloy constituent there is still an excess.

2. Vacuum switching device according to claim 1, characterized in that the material with high affinity to oxygen is beryllium, which is present in the alloy in an amount between 0.1 and 11.5 percent by weight is present.

3. Vacuum switching device according to claim 1 or 2, characterized in that the main component the alloy is copper.

4. Vacuum switching device according to claim 1, characterized in that the binding of the oxygen from the main constituent of the alloy by the material with high affinity for oxygen is carried out prior to assembly of the switching device to such an extent that no free or bound oxygen is present in the main alloy constituent .

5. A method for producing a vacuum switching device according to any one of claims 1 to 4, characterized in that a certain amount of a relatively low-melting material with high vapor pressure, which contains a small amount of oxygen and is suitable for main electrodes, together with a small amount of a Material with a high affinity for oxygen, which forms a high-temperature stable oxide, is placed in a crucible, the amount of the substance with high affinity for oxygen being between 0.1 percent by weight and a maximum amount at which, in accordance with the phase diagram of the alloy when the liquid melt solidifies for the first time, no intermetallic compound is formed, so that the crucible is then heated under a pressure of 0.0133 Pa (10 * Torr) or less that the substances in the crucible form a melt Material with high affinity for oxygen with the oxygen in the low melting point en material with high vapor pressure combines and forms a stable oxide that an

die Oberfläche der Schmelze fließt und sich durch eine blasige oder wolkige Oberfläche der Schmelze bemerkbar macht, daß dann die Schmelze im Vakuum gerichtet abgekühlt und die Oberfläche des Barrens von der blasigen oder wolkigen Schicht befreit wird, und daß zum Schluß aus dem Barren die Elektrode für das Vakuumschaltgerät hergestellt werden.the surface of the melt flows and spreads through a blistered or cloudy surface of the melt makes it noticeable that the melt is then in the Vacuum directed and cooled the surface of the billet from the vesicular or cloudy layer is released, and that finally the electrode for the vacuum switchgear is made from the ingot will.

6. Verfahren nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß als Material mit hoher Affinität zu Sauerstoff Beryllium in einer Menge zwischen 0,1 und 11,5 Gewichtsprozent verwendet wird.6. The method according to claim 5, characterized in that as a material with high affinity Oxygen beryllium is used in an amount between 0.1 and 11.5 percent by weight.

7. The method according to claim 5, characterized in that ώε oxide layer is removed from the surface of the ingot by etching and subsequent washing in water.

8. The method according to claim 5, characterized in that the arc electrodes are cast from the ingot in a vacuum.

9. The method according to claim 5, characterized in that copper with a purity of 99.96 or bestir is used as the material with a relatively low melting point and high vapor pressure, and that beryllium is used as the material with high affinity for oxygen.

10. The method according to claim 9, characterized in that the beryllium in an amount between 0.1 and 11.5 percent by weight is used.

11. The method according to claim 9, characterized in that that the main component of the main electrodes is copper with a purity of 99.995 that is nominally oxygen free.