DE2039063A1

DE2039063A1 - Vakuumschalter

Info

Publication number: DE2039063A1
Application number: DE19702039063
Authority: DE
Inventors: Atkinson Denzil Malcolm
Original assignee: Associated Electrical Industries Ltd
Current assignee: Associated Electrical Industries Ltd
Priority date: 1969-08-08
Filing date: 1970-08-06
Publication date: 1971-02-18
Also published as: DE2039063B2; FR2056728A5; GB1316102A

Description

Bi,lng. Wilhelm Reiche Μ4ηα· WoliQüng Rachel
6 Frankfurt a.M. i
Patktüaße 13

6379

ASSOCIATED ELECTRICAL INDUSTRIES LIMITED, London,.England

Vakuumschalter

Die Erfindung betrifft Vakuumschalter, d.h. Stromkreisunterbrechungsvorrichtungen, die in einem evakuierten Gehäuse zwei Kontakte enthalten, von denen mindestens einer bewegbar ist, so daß er mit dem anderen in Berührung gebracht oder von diesem getrennt werden kann,um einen Stromkreis, in dem diese Vorrichtung liegt, zu schließen oder zu unterbrechen, wobei die Erfindung besonders Vorrichtungen dieser Art betrifft, die als Stromkreisunterbrecher betrieben werden,um Wechselströme mit einer Stromstärke von einigen 10 bis 100 A zu unterbrechen, die von dem einen Kontakt zu dem anderen fließen.

Derartige Vorrichtungen enthalten häufig einen Metallschirm, der die Kontakte umgibt, um das Innere der Gehäusewand gegen eine Ablagerung von Material abzuschirmen, das von den Xontakten verdampft wird, wenn sie während des Betriebs der Vorrichtung geöffnet werden.

Bislang werden die Kontakte und Schirme gewöhnlich aus Feinivupfer oder aus im Vakuum gegossenem Kupfer, oder Kupfer-1-egierungen hergestellt, wobei es als wesentlich angesehen wird, den Gasgehalt derjenigen Materialien zu verringern, aie in unmittelbarer Nähe des Lichtbogens liegen, der beim Trennen der "Kontakte ausgebildet wird, und zwar soweit wie dies praktisch möglich ist, z.B. unter einen Gehalt von

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1,5 Gewichtsteilen Sauerstoff in 10000000 Gewichtsteilen.

Nach diesem Verfahren hergestellte Kontakte und Schirme sind jedoch kostspielig, weil ihre Herstellung verhältnismäßig kostspielig ist. Der Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, einen Vakuumschat, ter zu schaffen, bei den ein Material für die Kontakte und/oder den Schirm verwendet wird, das sich billiger herstellen läßt und das weitere Vorteile aufweist, wie noch näher erläutert wird.

Nach der Erfindung werden die Kontakte und/oder der Schirm des Vakuumschalters zumindest teilweise aus Kupfer hergestellt, das 0,4 bis 1,0 Gewichtsprozent Chrom enthält.

Es hat sich herausgestellt, daß Kupfer mit weniger als 1 ^a/o Chrom eine Ausscheidungshärtungslegierung bilden, die eine hohe Festigkeit mit einer hohen elektrischen und thermischen Leitfähigkeit in sich vereinigt. Wenn es darüberhinaus nach bekannten Massenverarbeitungsverfahren beim Gießen, der Wärmebearbeitung, Abbeizung in- Säure und Wärmebehandlung hergestellt wird, weist es einen Restgasgehalt auf, der hinreichend niedrig ist, um es zur Verwendung in einem Vakuum geeignet zu machen_; ohne daß kostspielige Veredelungsbehandlungen erforderlich sind.

Bei der Herstellung wird zunächst im Bereich von 100⁰C homogenisiert (auch Lösungsglühen genannt), anschließend abgeschreckt und dann eine Ausscheidungshärtung zwischen 400 und 500⁰C vorgenommen. Das ausgeschiedene Chrom ergibt ein Material mit einer verhältnismäßig hohen elektrischen Leitfähgikeit, die angenähert gleich der von reinem Kupfer ist.

Man weiß, daß die Gasreinigungswirkung dieses Erzeugnisses auf der Fähigkeit des Chroms beruht, leichtjlas refraktäre Sesquioxid Cr₂O-Z zu bilden und das Kupfer vom gelösten Sauerstoff oder Kupferoxidul zu befreien, wenn es geschmolzen ist. Da Sesquioxid wesentlich leichter als Kupfer ist (das spezifische

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Gewicht von Sesquioxid beträgt 5,21 im Vergleich zum spezifischen Jewicht von flüssigem Kupfer, das 7,93 beträgt), fließt das Seaquioxid aus dem geschmolzenen Kupfer heraus, so daß es als Jchiagge entfernt werden kann. Das Ergebnis iet eine weitgehend gasfreie . Kupfer/Chrom-Legierung.

Die Kupfer/ChroE-Legierung, wenn sie als Kontaktmaterial verwendet wird, kann zur Oberflächenreinigung und zum Hartlöten in einen: Vökuucofen auf Temperaturen von bis zu 95O⁰C erhitzt werfer, una erlangt bei anschließendem Ausheizen des Vakuum-Trennschalters im Bereich von 400°C bis 500⁰G wieder einen großen Teil ihrer Härte und Leitfähigkeit.

Die Kupfer/Chrom-Legierung kann nicht nur zur Bildung derjenigen Teile der Kontakte verwendet werden, die die Berührungsflächen der Kontakte bilden oder in deren Nähe liegen, sondern auch zur Bildung der Leiter, die die Kontakte tragen und teilweise oder völlig außerhalb des evakuierten Gehäuses liegen. In einigen Fällen kann die den eigentlichen Kontakt bildende Spitze aus Molybdän oder einem anderen geeigneten hitzebeständigen und verschleißfesten Metall oder einer derartigen Legierung hergestellt sein.

Ein als Trennschalter ausgelegter Vakuumschalter wird im folgenden anhand einer Zeichnung beschrieben, die schematisch. einen Axialschnitt durch den Schalter darstellt«

Der Schalter hat ein Gehäuse mit einem zylindrischen Körperteil 1 aus elektrisch isolierendem Material, z.B. Glas, und zwei Metallendplatten 2 und 3,die dicht mit dem Körperteil verbunden sind. Zwei Leiter 4 und 5 ragen von gegenüberliegenden Enden in das Gehäuse, so daß ihre inneren Enden, auf denen jeweils Kontakte 6, 7 angeordnet sind, einander gegenüberliegen. Der Leiter 4 ragt durch die Endplatte 2 hindurch und ist mit dieser gasdicht verbunden. Der Leiter 5 ragt frei durch eine Öffnung 8 in der Endplatte 3 hindurch und ist durch ein Wellrohr 9 mit dieser verbunden, das eine gasdichte

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Dichtung bewirkt, jedoch eine Längsbewegung des Leiters 5 zum Öffnen und Schließen der Kontakte gestattet. Auf der Platte kann eine Hflae 10 in anrieh bekannter Weise als Führung für den Leiter vorgesehen sein.

Die Kontakte 6 und 7 können durch einen zylindrischen Schirm 11 umgeben sein, der in irgendeiner passenden Art in dem Gehäuse befestigt ist.

Nach der Erfindung sind die einandergegenüberliegenden bzw. benachbarten Teile 16 und 17 der Kontakte, die von den eigentliehen Kontaktoberflächen 26, 27 entfernt angeordnet sind, aus Kupfer mit einem Chromgehalt von 0,4 bis 1 °/> hergestellt.

Die Kontaktoberflächen 26 und 27 sind vorzugsweise mit einer Schicht aus Molybdän oder einem anderen geeigneten,hitzebeständigen und verschleißfesten Material versehen, das auf der Kupfer/Chrom-Legierung aufgebracht ist.

Der Schirm 11 und die Leiter 4 und 5 sind ebenfalls aus Kupfer mit einem Chromgehalt von 0,4 bis 1 °/o hergestellt.

Die zur Bildung der Teile 16, 17 der Kontakte und des Schirms ~ 11 verwendete Kupfer/Chrom-Legierung wird vorzugsweise nach ' einem herkömmlichen Verfahren hergestellt, bei dem katodisches oder hochleitendes Barrenkupfer mit einer 8 bis 12 $igen Chrom-Grunalegierung (Chrom-Master-Alloy) nach einer geeigneten Deoxidation legiert und dann gegossen, gewalzt, gezogen und zwischendurch angelassen oder geglüht wird.

Die Legierung hat nicht nur einen extrem niedrigen Gasgehalt, z.B. weniger als 1 1/2 Gewichtsteile Sauerstoff in 10.000.000 Gewichteteilen, sondern v/eist auch eine erhebliche Festigkeit und hohe elektrische und thermische Leitfähigkeit auf.

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Im Anschluß an ihre Herstellung werden die Kontakte und der Schirm im Vakuum auf eine Temperatur von bis zu 95O⁰C erhitzt, um- die Halterungsbauteile· zu reinigen und hartzulöten, und nachdem die Bauteile in dem Gehäuse befestigt sind, v/ird dieses ausgeheizt, beispielsweise bei einer Temperatur zwischen 400 bis 500⁰C, bevor es evakuiert und abgedichtet wird. Diese Kupf^er/Chrom-Legierung der Kontakte und des Schirms hat eine elektrische Leitfähigkeit, die höher als 75 $> der International Annealed Copper Standard liegt.

In einigen Fällen brauchen nur die Kontakte aus der Kupfer/

Chrom-Legierung hergestellt zu sein, während der Schirm aus irgendeinem anderen geeigneten bekannten Material hergestellt sein kann. Stattdessen kann auch nur der Schirm 11 daraus· hergestellt sein, während fürdie Kontakte ein anderes geeignetes Kontaktmaterial verwendet wird.

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Claims

Patentansprüche

p, Vakuumschalter,

dadurch gekennzeichnet,

daß die Kontakte und/oder der Schirm des Schalters zumindest teilweise aus einer Kupfer/Chrom-Legierung hergestellt sins, die 0,4 bis 1,0 Gewichtsprozente Chrom aufweist.
2. Vakuumschalter nach Anspruch 1,

dadurch gekennzeichnet,

daß die Kontakte und/oder der Schirm zur Reinigung und zum Hartlöten der Halterungsbauteile auf eine Temperatur von bis zu 95O⁰C im Vakuum erhitzt worden sind.
3. Vakuumschalter nach Anspruch 2,

dadurch gekennzeichnet,

daß das Schaltergehäuse und Teile der Bauteile des Schalters, einschließlich der Kontakte und des Schirms, vor dem Evakuieren und Abdichten des Gehäuses bei einer Temperatur ausgeheitzt wurden, die zwischen 400⁰C und 500⁰C liegt.
4. Vakuumschalter nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet,

daß die Kontaktoberflächen der Kontakte mit einer Schicht aus Molybdän oder einem anderen hitzebeständigen und verschleißfesten Metall oder einer derartigen Legierung versehen sind.
5. Vakuumschalter nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet,

daß die Leiter, die die Kontakte aufweisen,aus einer Kupfer/ Chrom-Legierung hergestellt sind, die 0,4 bis 1,0 Gewichts-Prozente Chrom enthält.

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ύ. Vakuumschalter nach einem der vorhergehenden Ansprüche, aadurch gekennzeichnet,

daß die Kupfer/Chrom-Legierung durch Legieren katodischen eier hochleitenden Kupfers mit einer 8 bis 12 £Sigen Chroin-Grunaletiierung nach einer geeigneten Deoxydation und durch unsehließenaes Gießen , Walzen, Ziehen und zwischenzeitliches Glühen hergestellt worden ist.

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L e e r s e i t e