DE1960769B2

DE1960769B2 - Vakuumschalter-kontakt und verfahren zu seiner herstellung

Info

Publication number: DE1960769B2
Application number: DE19691960769
Authority: DE
Inventors: Hans; Peche Gerhard Dr.; Scholz Erwin; 1000 Berlin Bettge
Original assignee: Siemens AG
Current assignee: Siemens AG
Priority date: 1969-12-03
Filing date: 1969-12-03
Publication date: 1972-05-10
Also published as: DE1960769A1; JPS5941254B1; GB1287665A

Description

I 963 769

die Zonen mit zu versprödender Kontaktfläche freiläßt, Die Graphitmaske ist in den Räumen über dieien Zonen mit dem versprühenden Material gefüllt, das dann unter Erwärmung in die Kontaktstöcke im Austausch gegen den Werkstoff mit hoher elektrischer Leitfähigkeit eindiffundiert.

An Hand 4er Figuren der Zeichnung soll die Erfindung nachstehend näher erläutert werden, Dabei zeigt

Fig. 1 einen Längsschnitt eines vereinfacht dargestellten Vakuumschalters,

Fig.2 ein Kontaktstück eines erfindungsgemäßen Vakuumschalters und

Fig, 3 das Kontaktstück der Fig. 2 bei seiner Herstellung,

In Fig. α ist mit 1 ein zylindrischer Isolierkörper bezeichnet, der zusammen mit zwei metallischen Endplatten 2 und 3 ein vakuumdichtes Gehäuse bildet. In diesem vakuumdichten Gehäuse sind einender gegenüberstehend zwei Kontaktstücke 4 angeordnet, von denen eines a- einem feststehenden Leiter 5 und das zweite an einem beweglichen Leiter 6 angelötet ist. Ein Metallbalg 7 dichtet den Vakuumschalter dort ab, wo der Leiter 6 beweglich durch das vakuumdichte Gehäuse des Vakuumschalters hindurchgeführt ist.

In Fig. 2 ist vergrößert ein Kontakistück4 eines Vakuumschalters nach F i g. 1 dargestellt. Dieses Kontaktstück besteht aus einem porösen abbrandfesten Körper 8 in Form eines Wolfram Sinterkörpers mit einem Porenvolumen von etwa 5O°/o. Die Poren dieses Wolfram-Sinterkörpers sind zur Erhöhung der Leitfähigkeit der Kontaktstücke 4 mit einem Werkstoff hoher elektrischer Leitfähigkeit, vorzugsweise Kupfer, gefüllt. Um die Schweißkräfte eines derartigen Wolfram-Kupfer-Verbundmetalls herabzusetzen, ist in einzelne Zonen 9 der Kontaktfläche der Kontaktstücke 4 ein Material in begrenzter Schichtdicke eindiffundiert, das die Kontaktfläche vers,prödet; hiemi eignet sich bei dem genannten Wolfram-Kupfer-Verbundmetall besonders Wismut. Die Diffusionstiefe des Wismuts (Schichtdicke) ist danach bestimmt, daß für die gesamte Lebensdauer des Vakuumschalters ein ausreichender Vorrat an Wismut gesichert ist. Bei einer Diffusionstiefe von 1 mm erreicht man eine Lebensdauer von mehr als 500 000 Schaltungen bei einem Abbrand < 1 mm. Die Zonen 9, von denen im dargestellten Ausführungsbeispiel eine kreisförmig und eine ringförmig jeweils konzentrisch zum Mittelpunkt der Kortaktstiicke 4 angeordnet sind, bedecken vorzugsweise etwa die Hälfte der Kontaktfläche eines KontaktStückes.

Die Kontaiktetticke 4 der Fig, 2 sind besonders vorteilhaft in folgender Weise hergestellt: Es wird s !zunächst ein Wolfram-Kupfer-Verbundkörper dadurch gefertigt, daß der Körper 8 aus Wolframpulver mit einem Porenvolumen von etwa 3P^fl/p gesintert und anschließend im Hochvakuum mit Rupfer getränkt wird. Anschließend wird die Kontaktfläcbe

« fertig bearbeitet und der Verbundkörper auf den zugehörigen Leiter S bzw, 6 aufgelötet. Wie aus F i g. 3 näher ersichtlich, wird anschließend die Kontaktfläche der Kontaktstück© 4 mit einer Graphitmaske 10 abgedeckt, welche die Zonen9 als eine zentrische

,₅ Kreisfläche sowie als eine zweite ringförmige Fläche f_re{ läßt. Die Räume 11 über diesen Zonen werden nut Wismut gefüllt Die Anordnung wird dann im Hochvakuum auf etwa 600° C erwärmt. Dabei diffundiert Wismut ar. den nicht abgedeckten Stellen in

_ao den Wolf ram-Kupur-Verbundkörper im Austausch gegen Kupfer ein und bildet einen Vorrat für Korngrenzendilfusion während der Lebensdauer der Schaltstücke 4. Durch die Menge des Wismuts in der Graphitmaske 10 und und die Diffusionstemperatur st>_wj_e Diffusionszeit wird die Schichtdicke des Wismuts im Wolframkörper begrenzt. Günstige Eigenschaften wurden erzielt, wenn die Zonen d«is mit Kupfer getränkten Wolframs und die Zonen mit Wismut der Fläche nach etwa gleich sind. Es sei jedoch erwähnt,

daß sich das Verhältnis der Diffusionszone von Wismut zum abgedeckten Kupfer in Abhängigkeit der Abbrandfestigkeit und des Schweißverhaltens variieren läßt, wobei der Anteil des versprödenden Materials zwischen 25 und 90% der gesamten Kontaktfläche betragen kann. In jedem Fall bleibt die Festigkeit der Lötstelle zwischen dem Kontaktstück 4 einerseits und den zugehöngen Leitern 5 bzw. 6 andererseits voll erhalten.

Die Erfindung beschränkt sich nicht auf das dar-

«o gestellte Ausführungsbeispiel. Insbesondere müssen die Kontaktstücke nicht aus Wolfram, Kupfer und Wismut bestehen; vielmehr können diese Metalle auch durch andere Metalle vergleichbarer Eigenschäften ersetzt sein. Weiterhin kann es genügen, wenn nur ein Kontaktstück des Vakuumschalters ein versprödendes Material enthält (unsymmetrische Kontaktbestückung). Bei Verwendung beispielsweise von Wismut als versprödendes Material diffundiert unter dem Einfluß des Schaltlichtbogens genügend viel Wismut in den Gegenkontakt, um die Schweißkräfte gering zu halten.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen

Claims

1960 709 ι will, den Kontaktbub während der Lebensdauer eines Patentansprüche!: Vakuumschalter* nachstellen zu müssen. Um licbtbpgenbeetändige Kontaktetücke großer

1. Vakuumschalter mit Kontaktstücken aus mechanischer Festigkeit m erzielen, ist es bekannt, einem elektrisch leitfähigen porösen abbrand- 5 die Kontaktstüpke eines Vakuumschalter? aus einem festen Körper, dessen Poren mit einsm metal- porösen Körper herzustellen, der mit einer geeigneten lischen Werkstoff hoher elektrischer Leitfähigkeit Metallegierung gefüllt ist (man vgl. .beispielsweise die gefüllt sind i'nd der außerdem bei mindestens deutsche Patentschrift 1Q81950, insbesondere Patenteinem Kontaktstück ein Material enthält, das die ansprach 6 mit zugehöriger Beschreibung). Der Kör-Kontaktfläche versprödet, dadurch ge kenn- io per besteht dabei aus Wolfram oder Molybdän und zeichnet, ctaß das die Kontaktfläche versprö- ist durch Sinterung von Wolfram- oder Molybdändende Material nur in einzelnen Zonen (9) der pulver hergestellt Wenn man einen solchen porösen Kontakifläcbe zumindest eines Kontaktstückes .■ Kontaktkörper lediglich mit einem Metall hoher (4) im Austausch gegen den Werkstoff hoher elektrischer Leitfähigkeit, insbesondere Kupfer t'änkt, elektrischer Leitfähigkeit in begrenzter Schicht- 15 besteht gewöhnlich eine Neigung zum Verschweißen dicke eindiffundiert ist der Kontakte. Um ein Verschweißen der Kontakte

2. Vakuumschalter nach Anspruch 1, dadurch abzuschwächen, ist es auch bereits bekannt, den gekennzeichnet, daß die Zonen (9) mit die Kon- Werkstoff hoher Leitfähigkeit mit einem Material zu taktflächc versprödendem Material konzentrisch legieren, das eine gewisse Sprödigkeit in die Kontaktzum Mittelpunkt der Kontaktstücke angeordnet 20 fläche bringt. Eine entsprechende Sprödigkeit erhält sind und einen Anteil zwischen 25 und 90%>, man beispielsweise, wenn man dem Kupfer, mit dem insbesondere etwa 50%, der Kontaktfläche der ein poröser Wolframkörper getränkt ist, Wismut bis Kontaktstücke einnehmen. zu 1 Gewichtsprozent oder mehr zusetzt.

3. Vakuumschalter nach Anspruch 1 oder 2, Vakuumschalter-Kontakte müssen im Vakuumdadurch gekennzeichnet, daß der poröse Körper 25 schalter, auch wenn sie in der geschilderten Weise aus Wolfram besteht und der metallische Werk- ausgebildet sind und dementsprechend sehr gute stoff hoher elektrischer Leitfähigkeit Kupfer so- Schalteigenschaften haben, an Zuleitungen befestigt wie das die Kontaktfläche versprödende Material werden, von denen wenigstens eine beweglich ist. Zu Wismut ist. diesem Zweck werden gewöhnlich die Kontaktstücke

4. Verfahren zur Herstellung eines Vakuum- 30 auf stabförmige Zuleitungen aufgelötet. Das Material, schalters nach einem der Ansprüche 1 bis 3, da- das die Schweißkräfte auf der Kontaktfläche hercbdurch gekennzeichnet, daß zunächst der poröse setzt, versprödet jedoch auch das Lot und setzt daabbrandfeste Körper gesintert, nach der Trän- durch die Haftfestigkeit der Lötung unzulässig stark kung mit dem Werkstoff hoher elektrischer Leit- herab. Um diese Schwierigkeit zu beseitigen, wird fähigkeit auf einen Kontaktträger (Stromzafüh- 35 bei einem Vakuumschalter der eingangs erwähnten rung) aufgelötet und dann die Kontaktfläche mit Art nach der Erfindung vorgeschlagen, daß das die einer Graphitmaske (10) abgedeckt wird, welche Kontaktfläche versprödende Material nur in einzeldie Zonen (9) mit zu versprödender Kontakt- nen Zonen der Kontaktfläche zumindest eines Konfiäche freiläßt und in Räumen (11) über diesen taktstückes im Austausch gegen den Werkstoff hoher Zonen mit dem betreffenden Material gefüllt ist, 40 elektrischer Leitfähigkeit in begrenzter Schichtdicke das dann im Vakuum unter Erwärmung in die eindiffundiert ist.

Kontaktstücke eindiffundiert wird. Es ist an sich bereits ein Vakuumschalter mit

5. Ve.-fahren nach Anspruch 4, dadurch ge- Kontaktstücken aus einem abbrandfesten Kontaktkennzeichnet, daß bei Kontaktstücken, die aus werkstoff bekannt, bei dem die Kontaktoberfläche e'nem mit Kupfer getränkten porösen Wolfram- 45 mit Aussparungen versehen ist, in die ein weniger körper bestehen, die Graphitmaskf¹ mit Wismut abbrandfestes Material, insbesondere eine Nickelgefüllt wird, das man im Hochvakuum bei etwa Zinn-Kupfer-Legierung eingebracht ist. Dieses weni-600" C in dir Kontaktstücke (4) eindiffundieren ger abbrandfeste Material kann in einer oder mchläßt. reren ringförmigen Aussparungen enthalten sein. Bei

50 diesem an sich bekannten Vakkumschalter liegt der

Kontaktwerkstoff nicht in poröser, sondern in massiver Form vo ·. Da dabei die weniger abbrandfeste Legierung mit der Lötseite der Kontaktstücke nicht

Die Erfindung betrifft einen Vakuumschalter mit in Berührung kommt, besteht das der vorliegenden

Kontaktstücken aus einem elektrisch leitfähigen 55 Erfindung zugrunde liegenden Problem dort nicht,

porösen abbrandfesten Körper, dessen Poren mit Ein wesentlicher Vorteil der Erfindung besteht

einem metallischen Werkstoff hoher elektrischer darin, daß ein Vakuumschalter mit Kontaktstücken

Leitfähigkeit gefüllt sind und der außerdem bei erzielt ist, die bei befriedigender Leitfähigkeit und

mindestens einem Kontaktstück ein Material enthält, hoher Abbrandfestigkeit ausreichend geringe Schweiß-

das die Kontaktfläche versprödet. 60 neigung haben und trotzdem gut lötfähig sind.

Schaltkontakte für Vakuumschalter sollen einer- Die Kontaktstücke eines erfindungsgemäßen Vaseits eine hohe elektrische Leitfähigkeit haben und kuumschalters werden vorzugsweise in einer Maskenandererseits lichtbogenbeständig sein, um den Kon- technik hergestellt. Dabei wird zunächst der poröse taktabbrand im Betrieb des Vakuumschalters niedrig abbrandfeste Körper mit dem Werkstoff hoher elekzu halten. Die zweite Forderung, nämlich die nach 65 frischer Leitfähigkeit gasfrei getränkt und danach auf einem geringen Kontaktabbrand, ist von ganz beson- einen Kontaktträger, der als Zuleitung der Kontaktderer Bedeutung bei Vakuumschaltern für große stücke dient, aufgelötet. Anschließend wird die Kon-Schaltzahlen, weil man nach Möglichkeit vermeiden taktflUche mit einer Graphitmaske abgedeckt, welche