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Vakuumschalter Die vorliegende Erfindung betrifft einen Vakuumschalter
mit trennbaren Kontaktstücken, die aus einer Metall-Legierirng bestehen, die als
Hauptbestandteil Kupfer und als Nebenbestandteile Zinn sowie ein die Schweißneigung
und den Abreißstrander Kontaktstücke verminderndes weiteres Metall enthält.
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Als Werkstoff für die Kontakte eines Vakuumschalters wird üblicherweise
ein Sinterkörper aus einem abbrandfesten material wie Wolfram oder Molybdän verwendet,
welcher mit einem metallischen Füllstoff hoher elektrischer Leitfähigkeit gefüllt
ist. Als Füllstoff dient vorzugsweise eine Kupfer-Wismut-Legierurg, wobei das Wismut
eine schweißkraftreduzierende Wirkung hat. Ein solcher Kontaktwerkstoff ist beispielsweise
aus der DPS 1 805 865 bekannt.
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Vakuumschalter mit Kontakten aus derartigen Werkstoffen haben sich
in der Praxis weitgehend bewährt. Bei sehr großer Schalthäufigkeit oder hohen Schaltleistungen
kann jedoch eine so starke Beanspruchung des Kontaktmaterials vorkommen, daß kleine
Partikel des abbrandfesten Metalls aus der Oberfläche der Kontaktstücke durch den
Lichtbogen beim Abschalten des Vakuumschalters herausgerissen werden. Der so entstehende
Metall staub verbindet sich im Fall von Wolfram oder I<Iolybdän als abbrandfestes
Metall nicht mehr in vollem Umfang fest mit den kalten Teilen des Vakuumschalters.
Aufgrund ds dadurch im Vakuumschalter möglicherweise entstehenden W0lframstaubes
wird die Spannungsfestigkeit der Vakuumschaltröhre herabgesetzt.
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Aus der deutschen Auslegeschrift 1 236 630 ist als Kontaktwerkstoff
für Vakuum2chalter u.a. eine Legierung aus Kupfer und Wismut bekannt. Die Kupfer-Wismut-Legierung
soll einerseits ein Zusammenschweißen der Intakte vermeiden und andererseits den
Abreißstrom
beim Trennen der Kontakte des Vakuumschalters auf ein
Minimum haI-ten. Dieser bekannte Werkstoff befriedigt jedoch insbesondere hinsichtlich
seiner Abbrandfestigkeit nicht.
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Um die mechanische Festigkeit einer Eupfer-Wismut-Legierung für die
Kontakte von Vakuumschaltern zu erhöhen, ist schließlich aus der deutschen Offenlegungsæchrift
i 558 442 der Vorschlag bekannt geworden, einer aus Kupfer und 0,5 - 5 % Wismut
bestehende Legierung zusätzlich 0,1% bis 1% Zinn, Indium, Antimon oder Nickel beizugeben.
Die Abbrandfestigkeit dieser bekannten Legierung ist aber für die Verwendung in
Vakuumschaltern mit genügender elektrischer Lebensdauer nicht ausreichend. Würde
man den Zinnanteil für eine größere mechanische Festigkeit erhöhen, würden die Kontakte
nicht mehr die erforderliche geringe Schweißneigung aufweisen, da Wismut mit Zinn
Mischkristalle bildet und deshalb das Wismut bei einem Zinnanteil von mehr als 1%
nicht mehr die gewünscitschweißkraftreduzierende Wirkung entfalten könnte.
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Aufgabe der Erfindung ist es, ein Kontaktmaterial für Vakuumschalter
zu schaffen, das die teilweise widersprüchlichen Forderungen nach hoher Abbrandfestigkeit,
guter Leitfähigkeit, geringen Schweißkräften, minimalem Abreißstrom, hoher Spannungsfestigkeit
und großen Schaltleistungen erfüllen kann. Zur Lösung dieser Aufgabe wird bei einem
Vakuumschalter der eingangs genannten Art nach der Erfindung vorgeschlagen, daß
das die Schweißneigung und den Abreißstrom vermindernde Metall (Antischweißkomponente)
Tellur ist und der Zinnanteil etwa 3 bis 15Gew% der Metallegierung beträgt.
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Bei einem erfindungsgemäßen Vakuumschalter bildet die Metalllegierung,
aus der die Kontaktstücke hergestellt sind, aufgrund einer Kupfer-Zinn-Nischkristallbildung
ein sehr hartes und abbrandfestes Kontaktmaterial. Die Schweißneigung dieses Kontaktmaterials
ist durch den Anteil an Tellur ausreichend klein. Optimale Sigenschaften sind bei
einem Zinn-Anteil von etwa 9 Gew% der etalllegierung erreicht. Unterhalb eines Zinrtneils
von 3 Gew nimmt
die Härte und trümelfestigkeit der Legierung stark
ab, während ein Zinnanteil über 15 den Schmelzpunkt unerwunscht herabsetzen würde.
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Um den Gasgehalt des Kontaktmaterials zu reduzieren, empfiehlt es
sich, der }Setallegierung zusätzlich Aluminium im Anteil von etwa 0,05 - 0,5 Ge<S
beizugeben.
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Anhand der Zeichnung soll die Erfindung nachstehend näher erläutert
werden.
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In der Zeic>inung ist ein Vakuumschalter im Längs schnitt vereinfacht
dargestellt. Dieser Vakuumschalter hat ein vakuumdichtes Gehäuse, das in wesentlichen
aus einem zylindrischen Isolierkörper 1 aus Glas oder Keramik und zwei, die Stirnseiten
des Isolierkörpers vakuumdicht verschließenden Endplatten 2 und 3 besteht. Innerhalb
des vakuumdichten Gehauses sind einander gegenüberstehend zwei Kontaktstücke 4 angeordnet,
von denen eines an einem feststehenden Leiter 5 und das zweite an einem beweglichen
Leiter 6 befestigt ist. Der bewegliche Leiter 6 ist dabei mit einem Netallbalg 7
verbunden, der den Vakuumschalter zwischen dem beweglichen Leiter 6 und der Endplatte
3 vakuumfest abdichtet.
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Die Kontaktstücke 4 des dargestellten Vakuumschalters bestehen erlindungsgemäß
aus einer Metallegierung mit Kupfer als Hauptbestandteil und 3 - 15 Gewip Zinn sowie
0,5 - 1,5 Gews Tellur.
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Der Zinnanteil in der Legierung bedingt eine Kusfer-Zinn-Mischkristallbildung
mit auBerordentrich ausgeprägter Feinkörnigkeit, wobei Tellur an den Korngrenzen
der Mischkristalle gut verteilt ist und dadurch schweißkraftreduzierend wirken kann.
Wismut könnte als Antischweißkomponente nicht verwendet werden, da es mit Zinn liischkristalle
bildet, die nicht spröde sind. Die gegenüber Kupfer verringerte Leitfähigkeit und
die Feinkörnigkeit des gontaktraaterlals wirkt sich günstig auf die Verteilung von
Lichtbogenentladungen
beim Trennen der Kontaktstücke 4 aus. Trotz
der Härte der geschilderten Metallegierung liegt der Schmelzpunkt ihrer Bestandteile
niedriger als der Schmelzpunkt von Wolfram, so daß im Lichtbogen möglicherweise
zerstäubte Partikel der Kontaktstücke 4 auf kälteren Stellen des Vakuumschalters
wesentlich besser haften als Wolfram oder Molybdän. Dies bedeutet gegenüber Vakuumschaltern
mit wolframhaltigen Kontaktmaterial eine erhöhte Spannungsfestigkeit. Im übrigen
soll die Metalllegierung, aus der die Kontaktstücke 4 bestehen, mit Vorteil noch
Aluminium mit einem Gewichtsanteil von 0,05 bis 0,5 Ges enthalten, wodurch der Gasgehalt
durch chemische Bindung von Sauerstoff im Kontaktmaterial auf Werte unter 15 Partikel
pro Million 'Ieilchen der Metallegierung gehalten werden kann.
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Die Erfindung beschränkt sich nicht auf das dargestellte Ausführungsbeispiel.
Insbesondere ist es nicht unbedingt erforderlich, daß der Kontaktwerkstoff Aluminium
enthält, wenn man durch sorgfältige Fertigungsweise für einen entsprechend geringen
Gasgehalt der Kontaktstücke sorgt. Wichtig ist vor allem, daß der Antischweißzusatz
Tellur ist und Zinn in der Kupferlegierung in einem 90 hohen Anteil vorhanden ist,
daß eine ausreichende Härte und Abbrandfestigkeit vorliegt.
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1 Figur 4 Patentansprüche