DE2257258A1 - Vakuum-schalterkontakte und verfahren zu ihrer herstellung - Google Patents

Description

DR. MÜLLER-BORE DIPL.-PHYS. DR. MAN ITZ DIPL.-CHEM. DR. DEUFEL

DIPL-ING. FINSTERWALD DIPL-ING. GRÄMKOW

PATENTANWÄLTE 2257258

Münch en, d en 2 2. MOV. Wl

Fik/Sv - Δ 2258

ALLIS-QHAIHERS CORPORa-TIOIT 1126 South 70th Street, West Allis 14, Wisconsin,

USA ■ ' ■

Vakuum-Schalterkontakte und Verfahren zu ihrer Herstellung

Die Erfindung betrifft allgemein elektrische Schalter und bezieht sich insbesondere auf Vakuum-Trennschalter oder Vakuum-Lastschalter und ähnliche Einrichtungen (welche nachfolgend als Vakuum-Lastschalter bezeichnet werden), und die Erfindung bezieht sich auf die Herstellung solcher Schalter.

Vakuum-Lastschalter werden in der Elektrotechnik dazu Verwendet, um Starkstromkreise beim Auftreten eines Fehlers zu trennen. Obwohl, sie in ihrer Größe komp-akt sind, sind Vakuum-Lastschalter so ausgebildet, daß sie verhältnismäßig hohe Spannungen und Ströme schalten können. Vakuum-Lastschalter

309822/0886

Dr. Müller-Bor* . Dr. Manltz · Dr. Deufel ■ Dipl.-Ing. Fineterwald Dlpl.-Ing. Qrämkow Braunschwelg, Am Bürgerpark 8 8 München 22, Robert-Koch-StraBe 1 7 Stuttgart-Bad Cannstatt, MarktatraSe 3 Telefon (0531) 73887 Telefon (0811) 293845, Telex 9-22090 mbpit Telefon (0711) 567261 Bank: Zentralkasse Bayer. Volksbanken, München, Kto.-Nr.9822 Postscheck: München 83495

weisen einen dichten Kolben auf, der zuweilen aus Keramikmaterial besteht, in welchem ein Hochvakuum in der Größen-

-7

Ordnung von 10 ' Torr herrscht, wobei ein oder mehrere Paare von bewegbaren Kontakten vorgesehen sind. In bestimmten Typen von Vakuum-Lastschaltern ist jeder Kontakt auf einer Seite eines stromführenden Elementes derart angeordnet, daß ein elektrisch leitender länglicher Stab oder Bolzen gebildet wird. Die Bolzen fluchten axial miteinander, und wenigstens ein Bolzen ist axial bewegbar, um ein öffnen und Schließen der Kontakte zu bewirken. Gewöhnlich ist eine zylindrische Metallabschirmung oder ein zylindrischer Netallschirm (dünnes Molybdän, Kupfer oder Nickel) innerhalb des Kolbens angeordnet und umgibt die Kontakte, um Metalldampf und -partikeln daran zu hindern, daß sie sich während einer Lichtbogenentwicklung zwischen den Kontakten auf der Innenseite des Kolbens ablagern und auf diese Weise einen Kurzschluß bilden.

In der Praxis wurden die Kontakte aus Elektrolytkupfer oder anderen Kontaktlegierungen hergestellt, und die Kontakte wurden an den Enden der Kontaktbolzen angeschweißt.

Bisher wurden die Bolzen aus hochreinem Kupfer hergestellt, welches oxidfrei ist und eine hohe Leitfähigkeit besitzt, nachfolgend als Elektrolytkupfer bezeichnet, wobei der Reinheitsgrad 99»95 % beträgt. Bei einem typischen Herstellungsverfahren eines Vakuum-Trennschalters wurde dieser einem Verschweißen bei hohen Temperaturen unterworfen (900°C). Bann fand ein Ausheizen (beispielsweise bei etwa 400°G über 10 bis 16 Stunden) statt, und die Elektrolytkupferbolzen wurden völlig ausgeglüht und absolut weich. Folglich war eine außerordentlich hohe Sorgfalt bei der Handhabung der Vakuum-Lastschalter während der Herstellung erforderlich, wobei die gleiche Sorgfalt auch beim Versand und beim Gebrauch notwendig war, um zu verhindern, daß Stoßbelastungen zu einem Verbiegen der Bolzen in eine Stellung führten, in welcher sie den Schirm durchdringen, den Kolben zerbrechen oder eine Fehlausrichtung erfahren.

309822/0886

Solche Vakuum-Lastschalter waren in der Herstellung kostspielig und kompliziert und waren darüberhinaus im Gebrauch aus folgenden Gründen oft unzuverlässig: das kommerziell erhältliche Elektrolytkupfer, welches für die Kontakte verwendet wurde, mußte in einem kostspieligen Vakuumgießverfahren gewonnen werden, um verbleibende Verunreinigungen zu entfernen. Die Verwendung und die Behandlung von kommerziell erhältlichen Materialien für einen Vakuum-Lastschalter, insbesondere für. die Kontakte, hat verschiedene Vorteile. Eine besteht darin, daß es überflüssig wird, kostspieliges, im Vakuumgießverfahren gewonnenes Material zu verwenden,.daß die erforderliche Bearbeitung von Kontakten und Halter vermindert wird, daß sich ein Verschweißen von Kontakten und Haltern erübrigt und daß Halter mit einer hohen Festigkeit im Vergleich zu Elektrolytkupfer, geschaffen werden. Insbesondere hat die Vermeidung einer Schweißverbindung zwischen dem Kontakt und .dem Halter den Vorteil, und zwar außer einer Kostenverminderung, daß ein Punkenspiel und ein zufälliges Haften vermieden werden. Aufgrund der Anfälligkeit von Schweißmaterialien für eine Verunreinigung mit Komponenten, die einen hohen Gasgehalt und einen, hohen Dampfdruck aufweisen, sind Schweißverbindungen allgemein dafür bekannt, daß sie bevorzugte Bereiche für ein ■Punkenspiel und eine Haftung bilden.

Es ist daher wünschenswert, verbesserte Vakuum-Lastschalter und entsprechende Verfahren zu ihrer Herstellung zu schaffen.

Die Erfindung betrifft einen verbesserten Vakuum-Lastschalter oder einen Stromkreisunterbrecher, welcher dazu in der Lage ist, hohe Ströme (in der Größenordnung bis zu 10 kA) zu unterbrechen sowie ein Verfahren zur Herstellung eines solchen Schalters.

Ein Vakuum-Lastschalter gemäß der. Erfindung weist einen Glaskolben auf, welcher mit metallischen Endscheiben ausgestattet ist, die vorzugsweise aus korrosionsbeständigem oder rostfreiem

309822/0886

Stahl bestehen, vorzugsweise aus Kovar-Ketall (Eisen-, Nickel-, Kobalt-Legierung). Ein Paar von zueinander bewegbaren Kontakten, welche an Bolzen angeformt sind, sind im Glaskolben angeordnet. Vorzugsweise ist einer der Kontakte stationär, ist an einer Endscheibe befestigt und erstreckt sich durch dieselbe hindurch, und der andere Kontakt ist beweglich in einer öffnung durch die andere Endscheibe angeordnet, wobei er durch eine flexible Dichtvorrichtung wie einen Balg gegenüber der Endscheibe abgedichtet ist, wobei der Balg vorzugsweise aus Inconel-Hetall besteht. Die Abschirmeinrichtung, welche vorzugsweise aus Nickel hergestellt ist, dient dazu, die Innenfläche des Glaskolbens sowie den Balg gegen Verunreinigung von Lichtbogen-Nebenprodukten abzuschirmen. Vorzugsweise ist die Abschirmeinrichtung zur Abschirmung des Kolbens ein nicht geerdeter Schirm oder ein Schirm, welcher auf einem mittleren Potential gehalten ist, es könnte jedoch auch ein Schirm verwendet werden, welch ei* elektrisch mit der einen der Endscheiben verbunden ist.

Gemäß der Erfindung sind jeder Kontakt und der entsprechende Bolzen zu einem integralen Bauteil geformt, und zwar durch ein geeignetes Herstellungsverfahren wie Schmieden, und zwar aus einem kommerziell erhältlichen Iiaterial mit hoher Festigkeit und hoher Leitfähigkeit (im Vergleich zu Elektrolytkupfer), beispielsweise aus einer Legierung, Vielehe 0,4 bis 0,6 % Te (Tellur), 0,007 bis 0,012 % P (Phosphor) und einem Rest von Elektrolytkupfer besteht, das einen .Reinheitsgrad von 9S,95 % aufweist. Gemäß der Erfindung' ist weiterhin vorgesehen, daß das aus Kontakt und Bolzen vereinigte Bauteil und bestimmte andere daran angeschweißte Komponenten (d.h., der Balg und die -lialgabsci'iirmuns sowie die Endscheiben), einer Wärmebehandlung unterworfen werden, um Verunreinigungen zu entfernen und <:xn ,strukturelle Ve !'änderungen gemäß folgendem Verfahren hervorzurufen:

3 09822/0886

BAD ORlGiNAi

1. Langsames Anheben der ■ Temperatur auf 50O⁰O und Halten der ieiiip er at ur über etvja eine halbe stunde;

2. .anwendung von ultrareinem Wasserstoff und langsames Anheben der !Temperatur auf 900⁰O;

~^yj. Anwendung e_uies Vakuums und Anheben der Temper Ettur auf

etwa 975°ö; ■

4. Verminderung der Temperatur auf-etwa 500⁰O und Halten der

Temperatur, bis bestimmte Gase entweichen; 5·. Abkühlen im "Vakuum; . ■ ■

6. Zusammenbau der gemäß obigem -Verfahren behandelten '!eile und anderer Komponenten, Verschweißen und ^Evakuieren der Höhre;

7. Herstellung eines Lichtbogens, oder einer !Funkenentladung im Vakuum-Lastschalter;

'ö. Ausheizen durch Anhebung der Temperatur des Lastschalters auf 400⁰C über eine Zeit /von 16 Stunden und Halten der Temperatur-über 4 Stunden, wobei zur Aufrechterhaltung des Vakuums eine rumpe angeschlossen ist.

Ein Vakuum-Lastsehalter und ein Verfahren zu seiner Herstellung gemäß der Erfindung haben zahlreiche Vorteile: beispielsweise werden kommerziell erhältliche Materialien verwendet, die eine wirtschaftlichere. Behandlung erfahren. Dadurch erübrigt sich ein kostspieliges Vakuumgießen, und die erforderlichen Bearbeitungsgänge der Kontakte und der Bolzen werden vermindert. Das Verschweißen des Kontaktes mit dem Bolzen erübrigt sich, so daß dadurch kosten gesenkt werden und eine mögliche Verunreinigungsquelle ausgeschaltet wird. Weiterhin wird dadurch ein potentieller Bereich für eine L'ntladungshaftung vermieden. Weiterhin weisen das Bolzenteil mit dem angeformten Kontakt und der Bolzen eine höhere physikalische !''estigkeit im Vergleich zu ' lyckupfer auf. Dadurch wird ein Vakuum-Lastschalter geschaffen, welcher wirtschaftlich konkurrenzfähig ist und zub gleiche oder größere Zuverlässigkeit aufweist.

BAD ORIGINAL

309822/0886

Die Erfindung wird nachfolgend beispielsweise anhand der Zeichnung beschrieben» in welcher die einzige i'igur eine bevorzugte Ausführungsfoi*m der Erfindung darstellt.

In der Zeichnung ist ein Vakuum-Lastschalter dargestellt, welcher einen Kolben 12 aufweist, der aus elektrisch isolierendem Material wie Borsilikatglas hergestellt ist und welcher Endplatte^ 13 und I^ hat, die vorzugsweise aus korrosionsbeständigem oder rostfreiem Stahl bestehen. Die Scheiben 13 und 15 sind an Hülsen 17 und 19 jeweils angeschweißt, und die letzteren sind mit doir. Glaskolben 12 dicht verbunden. Der Innenrauni des Kolbens 12 wird auf einem verhältnismäßig hohen Vakuum gehalten. Der Vakuum-Lastschalter weist weiterhin ein Paar von relativ bewegbaren üontakten und 16 auf (die in der geschlossenen Stellung dargestellt sind) , welche jeweils mit einem taai* von Bolzen 1ö und 20 einen integralen Bestandteil bilden In der dargestellten Ausführungsforia trägt der Bolzen Ib den stationären Kontakt und ist deshalb starr und aicht mit dem Kolben 12 verbunden. Der Bolzen 20 trägt den bewegbaren Kontakt und ist in dichter Beziehung zu dem Kolben 12 mittels eines, Balges 22 bewegbar angebracht, wobei der Balg vorzugsweise aus Iiiconel-Hetall besteht und an der Scheibe 15 angelötet oder angeschweißt ist. lan zylindrischer Schirm 24, der vorzugsweise aus ItfLckel besteht, ist an der Scheibe 13 befestigt und erstreckt sich um die Kontakte 14 und 16 herum. Ein scheibenförmiger Schild 26, welcher vorzugsweise aus JSickel besteht, ist an einer Schulter am Bolzen 20 angelötet oder angeschweißt, um den Balg 22 gegen Bogenprodukte zu schützen.

Der Bogenschirm 24 ist ein nicht geerdeter Schirm und nimmt während der Unterbrechung ein beliebiges Potential der Anode und der ivathode an. Vorzugsweise ist vorgesehen, daß der Schirm derart ausgebildet ist, daß er während uer Unterbrechuut; e...u mittleres Potential derart annimmt, cali α er irotes uiaiuuterschied zwischen dem cichirm und der eitlem ävr Elektroden ^It^cii

30 9 822/0886

BAD OFUQtNAL

dem Potentialunterschied zxvischen dem Schirm und der anderen Elektrode Ist oder der Schirm könnte mit einer der Endscheiben verbunden sein. Vorzugsweise wird entweder ein erdfreier Schirm oder ein Schirm auf einem mittleren Potential verwendet. : ^ "..-'" .-'■

Gemäß der Erfindung sind Eontakte 14 und 16, welche Jeweils einen integralen Bestandteil der Bolzen 18. und 20 bilden, durch Schmieden oder eine ähnliche Bearbeitung aus kommerziell erhältlichem Material wie AMIEL-Metall hergestellt, welches erzeugt wird, indem eine Hauptlegierung oder Grundlegierung von tellurium und Phosphor mit oxidfreiem Kupfer"vereinigt wird. In einer ausgeführten Ausführungsform waren die Eontakte und Bolzen (nachfolgend als Elektroden bezeichnet) aus einem Stab ■ auc AM'JOEL-Metall mit einem Durchmesser von etwa 3,75 cm (1-1/2") hergestellt. / .:=-.'-

AlIi¹KL-Metall ist' eine Legierung, welche etwa 0,4 bis 0,6 % Te,. 0,007 bis 0,012 % P und einem Rest an hochleitfähigem sauerstoff reiem Kupfer (nachfolgend als Elektrolytkupfer bezeichnet) besteht. Eine derartige Legierung wird von der Firma AMAX COPPKR, IjSC, Η.ϊ. , IT.X. hergestellt. · ·

Es hat sich gezeigt, daß für Zwecke in Verbindung mit der vorliegenden Erfindung diese Legierung solchem Elektrolytkupfer überlegen ist, welches etwa 100 Teile pro Million an metallischen Verunreinigungen und etwa 200 Seile pro Million von gasförmigen Verunreinigungen aufweist, und zwar hauptsächlich Sauerstoff in freier öder gebundener Form und Wasserstoff.

Ou-Te in der Legierung, und zwar im Vergleich zu Elektrolytkupfer, besitzt bessere Antischweißeigeiischaften und bessere mechanische Li g er sch al" ten (Sciilat.fesoigkeit, Zähigkeits- und Schmelztemperaturen). Aufgrund öes honea Dampfdruckes von Te besitzt (Ju-¹Te auch üessere irerüieige-ischaften. Die Verminderung der elektrischen

309 822/0886

,BAD ORIGiNAL,

Leitfähigkeit auf etwa 90 % IACS, und zwar aufgrund des Vorhandenseins von Te, ist nur als geringfügiger Nachteil zu werten.

Jedoch erhält kommerziell erhältliches Ou-Te zwischen 70 und 120 Teilen pro Million Phosphor. Während diese Phosphormenge sich günstig auf die Bearbeitbarkeit auswirkt und auch der Tendenz zu Oxidieren während der Bearbeitung und der Formgebung entgegenwirkt, so ist sie dennoch als Bestandteil für einen Vakuum-Last schalt kontakt nicht erwünscht. Dies ist darauf zurückzuführen, daß der größere Anteil an Phosphor in der Cu-Matrix in der Form von P₂Ou vorliegt. Dies kann bei einer Lichtbogenentwicklung zerfallen, so daß dabei Sauerstoff frei wird uid dabei die Reinheit des Vakuums im Inneren des Lastschalters beeinträchtigt wird. Es ist auch zu beachten, daß Phosphor ebenso wie eine andere Verunreinigung mit hohem Dampfdruck, beispielsweise Schwefel, die Trenneigenschaften des Kontaktes beeinflussen könnte.

Durch die Reinigungsbehandlung werden daher die Oxide zerlegt, die Konzentration von Komponenten mit hohem Dampfdruck wird vermindert, und die Konzentration von löslichen Gasen wird auf einen annehmbaren Pegel vermindert (etwa 10 Teile pro Million).

Grundsätzlich besteht das erfindungsgemäße Verfahren zur Reinigung von Ou-Te, mit einem Gehalt von P, in der folgenden Wärmebehandlung und anderen Schrittenι

a) Deoxidation des Materials unter Prüfung durch die freie aktive Komponente, Phosphor;

b) Überführung der nichtlöslichen Phosphoroxide an Stellen in der Matrix, wo sie leicht reduziert werden können,

c) Reduzieren der Oxide und Eliminieren ihrer Nebenprodukte;

d) Verminderung der Konzentration der löslichen Gase.

309822/0886

Der zur Wärmebehandlung und zur Verschweißung eines Vakuum-Lastschalters geääß der Erfindung verwendete Ofen kann beispielsweise ein Ofen sein, der' beispielsweise als Kältwandofen mit einer entsprechend dimensionierten Vakuumatmosphäre ausgestattet ist, der weiterhin ein Massenspektrometer, ein Ionenmeßgerät, ein !Feuchtigkeitsmeßgerät und einen Chromatographen aufweist. Die Reinigungsbehandlung im festen Zustand wird mit dem Schweißprozeß in einem einzigen thermischen Zyklus kombiniex't, wodurch die Reinigungsbehandlung wirtschaftlich wird. Die Elektroden (welche die Kontakte 14 und 16 sowie die Bolzen. und 20 jeweils enthalten) sowie die Endscheiben 13 und 15 und andere !eile (z B. der Balg 22), welche eine Wärmebehandlung benötigen oder eine Verschweißung benötigen, werden in dem Ofen mit einem gesteuerten Vakuum vereinigt. Der Ofen wird

-7

dann auf 10 ' lorr evakuiert, und der Wärmebehandlungszyklus beginnt. Dieser Zyklus besteht aus folgenden Schritten:

1. Die (Temperatur wird langsam auf 500⁰O erhöht und etwa über eine halbe Stunde gehalten. Das Anheben der temperatur ermöglicht es, daß eine Effusion von Gasen über die Löslichkeitsgrenze hinaus eintritt, daß weiterhin eine Kombination zwischen freiem Sauerstoff und freiem Phosphor erfolgt, um unlösliche Phosphoroxide zu bilden, und daß eine Reduktion von öu-Oxid durch Phosphor erfolgt, um Ou und Phosphoroxid zu bilden. In diesem Schritt tritt außerdem eine Rekristallisation auf, wobei sich das unlösliche Phosphoroxid an den Korngrenzen sammelt. Cuple-Partikeln werden offensichtlich von dieser Behandlung nicht betroffen.. Es ist jedoch möglich, daß Korngrenzen mit Guple-Partikeln angereichert werden. Die Massenspektrometer-Analyse während dieses Schrittes zeigt, daß eine leichte Zunahme in der Konzentration an Wasserdampf, Wasserstoff, Kohlenmonoxid und Kohlendioxid sowie an Kohlenwasserstoffen mit hoher Masse auftritt, welche- die chemische Zusammensetzung 0 H aufweisen. Diese Effekte lassen sich auf

ii Jim

den Zerfall von Oberflächenverunreinigungen zurückführen. Nach-

309822/088 8

dem die Temperatur von 500⁰O etwa eine halbe Stunde gehalten wurde, sind die fiestgase hauptsächlich Wasser (60 %) und Wasserstoff (20 %). Wenn die Temperatur langer gehalten wird, so wird dadurch keine bedeutsame Veränderung in der Konzentration der Restbestandteile erzielt. Metallographische Beobachtungen zeigen, daß im Vergleich zu nichtbehandelten Proben die behandelten Proben eine gefeintere Kornmatrix aufweisen und die unlöslichen Partikeln (möglicherweise PoOc und Gu^Te) hauptsächlich zu den Korngrenzen gefeint sind.

2. Ultrareiner Wasserstoff (Op unter 1 Teil pro Million und Taupunkt unterhalb von -100⁰C) wird zugegeben, und die Temperatur wird langsam auf 900⁰C gesteigert. Während dieser Behandlung diffundiert Wasserstoff in die behandelten Teile ein, wodurch die Oxide reduziert werden, und zwar einschließlich der Phosphoroxide, und es wird Wasserdampf gebildet. Durch diese Behandlung werden'auch andere Oxide in den behandelten Teilen reduziert, und zwar ebenso wie die Oxide in dem Schweißmaterial. Eine .chromatographische Analyse zeigt, daß dann, wenn Wasserstoff in den Ofen eingegeben wird und ein Ansteigen des Druckes auf etwa eine Atmosphäre ermöglicht wird, daß dann die Konzentration von Methan, CH^, mit der Zeit ansteigt, wodurch die Reduktion von Kohlenstoff oder Kohlenstoffverbindungen angezeigt wird. Die Feuchtigkeitsmeßeinrichtung zeigt eine Zunahme an Wasserdampf mit der Zeit, wodurch ersichtlich ist, daß die Reduktion der Oxide stattfindet. Um diese Behandlung wirkungsvoller zu gestalten, werden der Partialdruck von H^O und CH^ in der Ofenatmosphäre vermindert, indem eine Strömung von Hp durch den Ofen in dae Vakuumsystem hindurchgeleitet wird, während eine dynamische Reduktionsatmosphäre im Ofen aufrechterhalten wird. Die Analyseneinrichtung zeigt während dieses Verfahrens zunächst ein Ansteigen in der prozentualen Konzentration von CH^, und HpO, dann eine Konzentrationsabnahme auf einen aymptotisehen Wert, nachdem die Temperatur von 900°C über eine verlängerte Periode

309822/0888

gehalten wurde. Es ist weiterhin möglich, daß während dieser Stufe eine gewisse Reduktion von freiem Phosphor stattfindet, und zwar bei der Bildung von gasförmigen Phosphor-Wasserstoff-Verbindungen, beispielsweise von

3· In der dritten Phase der Behandlung wird der Ofen evakuiert, und die Temperatur wird auf etwa 975° G angehoben, damit das Schweißmaterial die Möglichkeit hat, an die entsprechenden Stellen zu fließen. Während der Verschweißung zeigt das Massenspektrometer eine Zunahme an den Eestkomponeriten Hp, CH^, und CO an. Das Aufheizen im Vakuum bei derartig hohen Temperaturen vermindert offensichtlich die Konzentration von Elementen mit hohem Dampfdruck bis zu einem gewissen Maß, beispielsweise von Phosphor.

4·. In der nächsten und letzten Behandlungsphase wird die Temperatur auf 500°0 abgesenkt und auf diesem Wert gehalten, um den Gasen oberhalb der Löslichkeitsgrenze zu ermöglichen, daß sie aus den behandelten Materialien entweichen. Die Massenspektrometeranalyse zeigt, daß während dieser Behandlungsphase BL· die Hauptkomponente ist, welche entweicht. Wenn die Effusionsrate vernachlässigbar klein . geworden ist, wird der Ofen abgeschaltet, und die behandelten Teile läßt man im Vakuum abkühlen.

Nach der obigen Behandlung werden die behandelten Teile mit dem Schirm und dem Kolben gemäß der Zeichnung zusammengebaut, und die Dichtungen werden durch Plasma-Lichtbogenschweißung angebracht. Dann wird der Lastschalter an die Absaugstation angeschlossen, und zwar beispielsweise durch ein Abschmelzrohr 28, und es beginnt der nachfolgend beschriebene Arbeitszyklus:

309-822/0886

1. Der Vakuum-Last schalte:!.· wird einer anfänglichen Oberilächen- -b'uukeiiy^tlaaung ausgesetzt, indem eine Hoch spannung, mit oü liz zwischen deu Kontakten 14 und 'Ib verwendet wird. Dies erfolgt, liideiu zunächst die Ionenpumpe abgesperrt wxi-d, so daß auf a._eye Weise der Lastschalter in einem statischen System mit geringem Druck (i? χ 10" ) gehalten ist. Der Lastschalter wird dann in en: ölbad getaucht und wird an die Sekundärwicklung eines Hocnspanuungstransforiuators angeschlossen. Die Wechselpotentialdifferenz zwischen den kontakten wird bei einem Spalt von etwa b mm (1/4") langsam vergrößert. Nachdem diese .Behandlung bei iiochspannungspegeln Λ*ρ Minuten fortgesetzt wird, wird aie Spannung abgeschaltet. Der Behandlungsvorgang wird in zwei Steifen unterteilt: die erste Stufe, welche unterhalb von 25 kV liegt, zeichnet sich dadurch aus, daß geringe Veränderungen im Partialdruck der Kestgase auftreten, iiine zweite Stufe, und zwar oberhalb von 25 kV, zeichnet sich durch verhältnismäßig große Veränderungen im Partialdruck aus. Am Ende des Bt.hanulungsvorganges (nachdem eine Spannung bis zu i?Ü kV angewandt wurde) wurden an einem Muster folgende Restgase ermittelt: etie ^yj2 % CEL, 20 % Kohlenwasserstoffe mit hoher hasse, 20 % Wasserstoff, 15 % CO, β % IUJ, 3 % kr und 2 ft CO₂.

2. Nach der Funkenentladungsbehandlung wird der Lastschalter in einen Ofen gebracht, und es beginnt eine Äusheiz-Behandlurig. Die Ofentemperatur wird langsam von umgebungstemperatur auf 40ü°C erhöht, und zwar über eine Periode von 16 Stunden, worauf die Temperatur über 4 Stunden auf 400⁰C gehalten wird. Die ionen- und Sublimationspumpen werden während der gesamten Ausheizzeit im Betrieb gehalten, während eine Kryogenpumpe dann in Tätigkeit gesetzt wurde, wenn die Temperatur oberhalb von pOO°C lag.

Es hat den Anschein, daß im Temperaturbereich von 50-100⁰C Wasserdampf die bedeutendste ivomponcnte ist, welche im gasförmigen Zustand eutweient.

«9**—— 3 ü y 8 2 2 / 0 8 8 (5 _baD

iiji Temperaturbereich zwischen 100 und 200 C sinkt die Lntwoichung,».fate vor, Wasserdampf ab, 'während eine Zunahme in · der ikrc w ei Chungs rate von H₀, 00, ÜC„ und kohlenwasserstoffen eintritt. ■ ^- ■ ' ■

im i'emptraturbereich von 200 bis 350O⁰O finden rasche Veränderungen in der Lntweichungsrate der meisten H-stgaskomponenten statt. Aia !Binde dieses Temperaturbereiches sind ή... UiA ii_oü die Kauptrestbestaiidteile, und zwar' bei ivoiizentrationen von etwa 40 "/o und 3> V° ^^r jeweiligen ü-e&amtrost-komponenten.

üoerhaib von ^00⁰O, und zwar bei der Tätigkeit der iiryogei:- pumpe, fällt die Konzentration an EUO, an ivohlenwasserstoffen und OÜp wesentlich ab. Die prozentuale Zusammensetzung, von OO zeigt eine geringe Zunahme, welcher eine Abnahme folgt. JJie prozentuale Zusammensetzung von Hp zeigt einen wesentlichen Anstieg auf etwa 70 % der G-esamtrestkomponenteia bei 400⁰C.

Wenn die Temperatur über 4 Stunden bei 400⁰O gehalten wird, so führt dies zu einer geringfügigen Zunahme in. der £L,-Kon~ zentration und zu ei.uer geringfügigen Abnahme in der .konzentration von allen anderen Restbestandteilen.

Aai ünde der Ausheizbehandlung wurde der Ofen abgeschaltet, und der Lastschalter konnte sich langsam abkühlen. Das Abschmelzrohr 2o wurde bei etwa 150⁰O abgeschmolzen.

"Jis sei. (£xauf hingewiesen, daß der Schirm und der Glaskolben in keiner W&ise thermisch behandelt sind. Die einzige Behandlung, welche sie erfahren, besteht darin, daß sie in organischen Lösung'snij-ttein von Fett befreit werden. Das Methan und andere üohlenwasGerstoffe mit hoher Masse, welche während des Hoch-Vi.rgiößenE (hi-potting) entwichen sind, können bis zu einem gewissen Grad auf die Verunreinigung dieser !''lachen zurückgeführt werden. ■

309822/0886 bad original

Untersuchungen an einem erlindimgcgemäßen Ladeschalter haben Klar gc-ze'gt, daß es möglich war, Ströme von 8-9 kA effektiv erfolgreich zu unterbrechen.

Die Verwendung und Behandlung von kommerziell erhältlichen haterialJen i'ür einen Vakuum-unterbrecher, insbesondere die .kontakte, haben verschiedene Vorteile. Bin Vorteil besteht dar.Ln, daß es nicht erforderlich ist, kostspieliges Vakuumgießmateriai zu verwenden, daß die erforderliche Bearbeitung von kontakten und dem Halter vermindert wird, dab es sich erübrigt) Kontakte mit Haltern zu verschweißen und daß Halter geschaffen werden, die im Vergleich zu EleKtrol;ytkupf er eine hohe Festigkeit aufweisen, Insbesondere hat die Vermeidung einer Schweißverbindung zwischen dein kontakt und dem Halter den Vorteil, und zwar außer einer ivostenverini ride rung, daß ein Bogenspiel una eine zufällige Befestigung vermieden sind. Aufgrund der Anfälligkeit von öchweißmaterialieu für eine Verunreinigung mit hohem Gasgehalt und hohem Dampfdruck haben sich Schweißverbindungen allgemein als bevorzugte Bogenspiel- und Haftbereiche erwiesen. Alle diese Vorteile sind wesentlich, UIa die Anwendungsmöglichke.'-teri von Vakuum-Leistungsschaltern oder Vakuuiü-Unterbrechei'i.1 zu verbessern.

Während die obige Beschreibung darauf gerichtet ist, einen bestimmten iltyp eines Vakuum-Leistungsschalters oder -Unterbrechers zu erläutern, ist für den Fachmann Jedoch offensichtlich, daß die Erfindung auch auf ärmere Arten von Vakuum-Unterbrechern, Vakuum-bchaltern, Vakuum- l'r enu sch al tern und andere Arten von !Einrichtungen anwendbar ict. Während weiterhin die Legierung als nateival angegeben ii.;t, aus welchem die Bolzen hergestellt sind, so ist offensichtlich, daß die Legierung auch dazu verwendet werden könnte, andere stromführende komponenten zu bilden, und zwar innex-halb des Vakuum-Lastschalters oder auch für andere Einrichtungen verwendet werden könnte, welche während der Herstellung der oben beschriebenen Wärmebehandlung ausgesetzt sind.

- Patentansprüche -309822/0886

BAD ORIGINAL

Claims (1)

1. Patentansprüche

   ./■Verfahren zur Herstellung von stromführenden Bauteilen aus einer ivupf er- ¹HeIlUr-PhOsphor-Legierung, welche in einem Hochvakuum-kolben eines Vakuum-üchalters zusammengefügt "werden, gekennzeichnet durch foliweiidt; Üohritte:

   a) aic Temperatur des Bauteils wird in einem Vakuum auf 5OU⁰O angehoben,

   b) uas bauteil wird einer Wasser stoff atmosphäre ausgesetzt, und die U.¹ oinperatur wiro weiter auf 900⁰G gesteigert,

   c) der Wasserstoff wird abgepumpt, um das Vakuum wieder

   _s herzustellen, und die Temperatur des Bauteils wird dann, weiter auf 975° G gesteigert,

   d) alt Temperau-¹ des Bauteils "wird auf 500⁰C abgesenkt, wänrend das Vakuum aufrechterhalten wird und

   o) das Bauteil \-r.v.a im Vakuum auf umgebungstemperatur abgekühlt.

   . otromführs:'des Bauteil für einen Vakuum-Schalter, dadurch g e k e η ii ζ ei c h ii e t, daß das Bauteil eine Kupfer-Tellur-Phosphor-Legierung von 0,4 bis 0,6 % Tellur, 0,007 bis 0,012 % Phosphor und einem Kest von sauerstoffreiem, ho chi eibfähigem ivupfer auf w ei st und weiterhin dadurch gekennzeichnet, daß das Bauteil bei 500 0 einer "Wärmebehandlung im Vakaum ausgesetzt wurde, dann in eine Wasserst offa"umosphäre b'^e"^Dracht wurde uad'.daß die Temperatur auf 9üO°ü gesteigert wurde, daiä anschließend wieder evakuiert wurde und die Temperatur auf 975°^ angehoben wurde, daß die Temperatur· dann auf 500⁰C im Vakuum abgesenkt wurde und im Vakuum auf Umgebungstemperatur .abgekühlt wurde.

   309822/0886

   BAD ORiGINAL

   Leerseite