DE2521504A1 - PROCESS FOR PRODUCING AN ELECTRODE FOR VACUUM SWITCH OR VACUUM SPARK GANG - Google Patents
PROCESS FOR PRODUCING AN ELECTRODE FOR VACUUM SWITCH OR VACUUM SPARK GANGInfo
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Description
The English Electric Company LimitedThe English Electric Company Limited
1 Stanhope Gate, London WlA IEH, England1 Stanhope Gate, London WlA IEH, England
Verfahren zur Herstellung einer Elektrode für Vakuumschalter oderProcess for the production of an electrode for vacuum switches or
VakuumfunkenstreckenVacuum spark gaps
Gegenstand des Hauptpatentes ist eine· Elektrode für Vakuumschalter oder Vakuumfunkenstrecken, bei welcher der die Lichtbogenansatzbzw. Kontaktfläche bildenden Teil aus einer Matrix eines Metalles mit hohem Schmelzpunkt gebildet ist, deren Zwischenräume voll mit einem Imprägnierungsmetall oder -Legierung ausgefüllt sind, das einen niedrigeren Schmelzpunkt und eine größere elektrische Leitfähigkeit als das Matrixmetall besitzt, wobei ein Matrixmetall Anwendung findet, dessen Schmelzpunkt wesentlich höher liegt als der von Kupfer, jedoch niedriger als der von Molybdän, dessen Siedepunkt nicht wesentlich höher liegt als 30000C und das mit dem Imprägnierungsmetall keine andere Legierung bildet, außer einer Ausscheidungslegierung. The subject of the main patent is an electrode for vacuum switches or vacuum spark gaps. The contact surface forming part is formed from a matrix of a metal with a high melting point, the interstices of which are completely filled with an impregnation metal or alloy that has a lower melting point and greater electrical conductivity than the matrix metal, a matrix metal being used whose melting point is significantly higher is than that of copper, but lower than that of molybdenum, the boiling point of which is not significantly higher than 3000 ° C. and which does not form any other alloy with the impregnation metal, except for a precipitation alloy.
Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf ein Verfahren zur Herstellung einer solchen Elektrode. Gemäß der Erfindung wird eine Elektrode gemäß Hauptpatent 1 640 039 in der Weise durchgeführt, daß eine Platte aus dem Metall mit niedrigerem Schmelzpunkt von der oberen Oberfläche einer horizontal angeordneten Scheibe getragen wird, die als Matrix aus Partikeln des zusammengesinterten Metalls mit hohem Schmelzpunkt hergestellt ist, daß dieser Aufbau unter VakuumThe present invention relates to a method of manufacture such an electrode. According to the invention, an electrode according to main patent 1 640 039 is carried out in such a way that a plate made of the lower melting point metal is supported by the upper surface of a horizontally disposed disk, which is made as a matrix of particles of the metal sintered together with a high melting point, that this construction under vacuum
509849/0304509849/0304
auf eine Temperatur erhitzt und so lange auf dieser Temperatur gehalten wird, daß Verunreinigungsspuren aus Sauerstoff aus den Metalloberflächen der Platte und der Scheibe entfernt werden, ohne daß die Platte geschmolzen wird, und daß dann die Temperatur des Aufbaus auf einen zweiten Temperaturwert angehoben wird, der ausreicht um die Platte aus niedrig schmelzendem Metall zu schmelzen und letztere zu veranlassen,·in die Matrix aus dem Metall mit hohem Schmelzpunkt einzufließen, wobei die relativen Gewichte von Scheibe und Platte derart gewählt sind, daß im wesentlichen die gesamte Matrix mit dem Metall mit niedrigem Schmelzpunkt imprägniert wird.heated to a temperature and kept at this temperature for so long that traces of contamination from oxygen from the Metal surfaces of the plate and the disc can be removed without that the plate is melted and that the temperature of the structure is then raised to a second temperature value which is sufficient to melt the plate of low-melting metal and cause the latter to · into the matrix of the metal flow with a high melting point, wherein the relative weights of disk and plate are chosen such that substantially the entire matrix is impregnated with the low melting point metal.
Bei einem derartigen Verfahren kann die Scheibe mit Abmessungen hergestellt sein, die mit jenen vergleichbar sind, die die Elektrode bzw. das Kontaktelement hat, die Teil der Vakuumfunkenstrecke oder einer Vakuum-Unterbrecherelektrode sind, so daß die anschließende spanabhebende Bearbeitung für die Elektrode vermindert wird.In such a method, the disc can be made with dimensions comparable to those that make up the electrode or the contact element has, which are part of the vacuum spark gap or a vacuum interrupter electrode, so that the subsequent machining for the electrode is reduced will.
Sowohl die Scheibe als auch die Platte besitzen vorzugsweise eine kreisrunde Gestalt und haben etwa gleiche Durchmesser.Both the disk and the plate are preferably circular in shape and have approximately the same diameter.
Vorzugsweise besteht die Scheibe aus Chrompartikeln, deren Größe 250 pm nicht übersteigt und die zusammengesintert sind, jedoch können Kobalt- oder Eisenpartikel ähnlicher Größe stattdessen benutzt werden.Preferably, the disk consists of chromium particles, the size of which does not exceed 250 µm and which are sintered together, but cobalt or iron particles of similar size can be used instead.
Die Metallplatte besteht vorzugsweise aus Kupfer oder Silber oder einer Legierung eines dieser Metalle oder beider Metalle. Kupferlegierungen können z.B. Zirkonium, Tantal oder Titan enthalten, jedoch nur in kleinen Anteilen bis zu etwa O,3#·The metal plate is preferably made of copper or silver or an alloy of one of these metals or both metals. Copper alloys can contain e.g. zirconium, tantalum or titanium, but only in small proportions up to about 0.3 #
Wenn die Scheibe aus Chrom besteht und die Platte aus Kupfer, hat letztere vorzugsweise ein Gewicht, welches wenigstens 6o# desIf the disc is made of chrome and the plate is made of copper, the latter preferably has a weight which is at least 60%
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Gewichtes der Scheibe beträgt um zu gewährleisten, daß eine im wesentlichen gleichförmige Imprägnierung der gesamten Matrix gewährleistet ist.Weight of the disc is to ensure that a substantially uniform impregnation of the entire matrix is guaranteed.
Eine zufriedenstellende Imprägnierung hängt auch von einer entsprechenden Entfernung von Sauerstoff aus der Metalloberfläche ab. Um dies zu gewährleisten, muß die Erhitzung des Aufbaus in einem geeigneten Vakuum vorzugsweise unter einem Druck von nicht mehr als 10"^ Torr, durchgeführt werden. Allgemein gewährleisten niedrigere Drücke eine wirksamere Desoxydation, aber das Ausmaß des erforderlichen Vakuums zur Erlangung zufriedenstellender Ergebnisse kann Jeweils experimentell ermittelt werden.A satisfactory impregnation also depends on an appropriate one Removal of oxygen from the metal surface. To ensure this, the structure must be heated in a suitable vacuum, preferably under a pressure of no more than 10 "^ torr. Generally ensure lower pressures mean more efficient deoxidation, but the amount of vacuum required to achieve satisfactory results can be determined experimentally in each case.
Die Temperaturen, auf die der Aufbau erhitzt wird, und die Aufheizzeiten, die bei der Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahrens benutzt werden, hängen von den Materialien für die Scheibe und die Platte ab. Die Jeweils geeigneten Temperaturen und Zeiten für die Jeweiligen Materialien kennen ebenfalls experimentell ermittelt werden.The temperatures to which the structure is heated and the heating times that are required when carrying out the process according to the invention used depend on the materials for the disc and plate. The appropriate temperatures in each case and times for the respective materials know can also be determined experimentally.
Vorzugsweise wird anfänglich die Temperatur des Aufbaus ziemlich schnell auf einen Wert angehoben, der gerade unter der Schmelztemperatur des Imprägnierungsmetalles liegt, das die Platte bildet und nach dieser ersten Erwärmungsstufe wird die Temperatur relativ langsam über die Schmelztemperatur auf einen Punkt angehoben, der etwas über der Schmelztemperatur liegt, um eine Imprägnierung der Scheibe zu gewährleisten, bevor der Aufbau abgekühlt wird. Die zweite Erhitzungsstufe wird vorzugsweise sehr graduell durchgeführt, so daß die Temperatur des Aufbaues auf den Maximalwert angehoben wird, und zwar gerade über den Schmelzpunkt des Imprägnierungsmetalls und während einer ausgedehnten Zeitdauer, die beispielsweise zwei bis drei Stunden betragen kann.Preferably the temperature of the structure initially becomes quite rapidly increased to a value just below the melting temperature of the impregnation metal that is the plate forms and after this first heating stage the temperature is relatively slowly above the melting temperature to a point raised, which is slightly above the melting temperature, in order to ensure an impregnation of the disc before the structure is cooled. The second heating stage is preferred carried out very gradually, so that the temperature of the structure is raised to the maximum value, just above the Melting point of the impregnation metal and for an extended period of time, for example two to three hours can be.
509849/0304 ./.509849/0304 ./.
In einem solchen Pall ist es nicht notwendig alle Spuren von Sauerstoff aus dem Metall der Scheibe während der ersten Erhitzungsstufe zu entfernen und eine weitere Desoxydation kann während des anfänglichen Teils der zweiten Erhitzungsstufe stattfinden, bevor die Platte schmilzt.In such a pall it is not necessary to have all traces of Oxygen from the metal of the disc during the first heating stage to remove and further deoxidation can occur during the initial part of the second heating stage take place before the plate melts.
Das erfindungsgemäße Verfahren hat den Vorteil, daß mehrere Kontaktelemente bzw. Elektroden gleichzeitig hergestellt werden können.The method according to the invention has the advantage that several contact elements or electrodes are produced at the same time can.
So kann eine Zahl von Aufbauten übereinander unter Zwischenfügung von Abstandshaltern aufgebaut werden, die die unteren Oberflächen der Scheiben des Metalls mit hohem Schmelzpunkt von den oberen Oberflächen der Platten unmittelbar darunter tragen und der gesamte Stapel kann gleichzeitig erhitzt werden.In this way, a number of structures can be built on top of one another with the interposition of spacers, which the lower Wear surfaces of the disks of the high melting point metal from the top surfaces of the plates immediately below and the entire stack can be heated at the same time.
Die Abstandshalter müssen natürlich aus einem Material bestehen, welches keine schädliche Wirkung auf das Herstellungsverfahren hat. Wenn Metallabstandshalter benutzt werden, muß das Metall einen höheren Schmelzpunkt haben als das Metall mit niedrigem Schmelzpunkt, welches die Platten bildet und wenn die Platten aus Kupfer oder Silber bestehen, dann können die Abstandshalter aus Weicheisen bestehen. Vorzugsweise bestehen die Abstandshalter aus Pflöcken, und diese können in Löchern der Platten angeordnet sein. Drei derartige Pflöcke werden normalerweise benutzt, um die benachbarten Scheiben im Abstand zu halten. Die Pflöcke liegen zweckmäßigerweise auf den Ecken eines gleichseitigen Dreiecks.The spacers must of course be made of a material that does not have a deleterious effect on the manufacturing process Has. If metal spacers are used, the metal must have a higher melting point than the lower metal Melting point, which forms the plates and if the plates are made of copper or silver, then the spacers consist of soft iron. Preferably, the spacers consist of pegs and these can be arranged in holes in the plates be. Three such pegs are normally used to keep the adjacent discs spaced. The pegs are expediently on the corners of an equilateral triangle.
Nachstehend wird das Verfahren zur gleichzeitigen Herstellung mehrerer Kontaktelemente für Vakuumschalter gemäß der Erfindung anhand der Zeichnung beschrieben. In der Zeichnung zeigen:The following is the method for the simultaneous production of a plurality of contact elements for vacuum switches according to the invention described with reference to the drawing. In the drawing show:
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Pig. 1 eine Seitenansicht eines Stapels von Kontaktelementen; Pig. 1 is a side view of a stack of contact elements;
Fig. 2 einen Schnitt nach der Linie II-II gemäß Figur 1.Fig. 2 shows a section along the line II-II according to Figure 1.
Eine Scheibe 1 aus Chrompartikeln, deren Grüße 250 pm nicht überschreitet, und die in einem hohen Vakuum gesintert sind, werden von einem Becher 2 über drei Pflücke 3 aus Weicheisen getragen. Auf der oberen Oberfläche der Scheibe 1 ist eine Scheibe 4 aus sauerstoffreiem Kupfer mit im wesentlichen dem gleichen Durchmesser wie die Chromscheibe 1 angeordnet. Ihr Gewicht beträgt etwa zwei Drittel des Gewichtes der Scheibe Die Kupferscheibe 4 ist mit drei Lüchern 5 ausgestattet, die auf den Ecken eines gleichseitigen Dreiecks liegen und in diese Lücher sind drei Weicheisendübelzapfen 6 eingesetzt, deren Länge grüßer ist als die Dicke der Kupferscheibe und die als Träger für eine weitere gesinterte Chromscheibe 11 dienen, deren untere Oberfläche so in einem Abstand zur oberen Oberfläche der Kupferscheibe 4 gehalten wird* Auf der Oberfläche der zweiten Chromscheibe 11 liegt eine weitere Kupferscheibe 14 und ein Stapel solcher Aufbauten wird durch weitere Abstandsdübel 16 gebildet, wie dies aus Figur 1 ersichtlich ist, die eine teilweise geschnittene Seitenansicht eines solchen Stapels zeigt. Die jeweils aufeinanderfolgenden Gruppen von Dübelzapfen sind wie bei 6 und 16 in Figur 2 dargestellt, gegeneinander versetzt.A disc 1 made of chromium particles, the size of which does not exceed 250 μm , and which are sintered in a high vacuum, are carried by a cup 2 over three picks 3 made of soft iron. On the upper surface of the disk 1, a disk 4 made of oxygen-free copper with essentially the same diameter as the chrome disk 1 is arranged. Their weight is about two thirds of the weight of the disc. The copper disc 4 is equipped with three holes 5, which are located on the corners of an equilateral triangle and in these holes three soft iron dowel pins 6 are inserted, the length of which is greater than the thickness of the copper disc and the than Support for another sintered chrome disk 11, the lower surface of which is kept at a distance from the upper surface of the copper disk 4 this can be seen from Figure 1, which shows a partially sectioned side view of such a stack. The successive groups of dowel pins are offset from one another as shown at 6 and 16 in FIG.
Der so hergestellte Stapel wird dann in einen Vakuum-Ofen gebracht, wobei mehrere solcher Stapel gleichzeitig behandelt werden künnen wenn dies der Durchmesser der Scheiben bzw. die Kapazität des Ofens erlauben. Der Vakuum-Ofen wird unter einenThe stack produced in this way is then placed in a vacuum oven, several such stacks can be treated at the same time if this is the diameter of the disks or the Allow capacity of the oven. The vacuum oven is under a
-4 Unterdruck in der Grüßenordnung von 2 χ 10 Torr, gebracht und dann erfolgt eine Erhitzung auf eine Temperatur von 10500C-4 negative pressure in the order of magnitude of 2 10 Torr, and then heating to a temperature of 1050 0 C takes place
609849/0304 ./.609849/0304 ./.
in etwa 1 1/2 Stunden. Der Ofen wird unter dem Unterdruck während dieser Erhitzungsstufe gehalten, um eine teilweise Desoxydation der Oberfläche von Scheiben und Platten zu bewirken. Dann wird die Temperatur des Ofens langsam von 105O0C auf 109O0C angehoben, und zwar während einer Zeitdauer von etwa 2 1/2 Stunden. Während dieses Schmelzvorganges wird die Oberfläche der gesinterten <3hromscheiben weiter von Sauerstoff befreit und dann schmelzen die Kupferscheiben und das geschmolzene Kupfer dringt in die Matrix der entsprechenden Chromscheiben ein und imprägniert diese, wobei der Becher 2 überschüssiges Kupfer aufsammelt, welches möglicherweise vorhanden sein kann.in about 1 1/2 hours. The furnace is kept under the vacuum during this heating step to cause partial deoxidation of the surface of the panes and plates. Then, the temperature of the oven is slowly raised from 105O 0 C to 109O 0 C, during a time period of about 2 1/2 hours. During this melting process, the surface of the sintered chrome disks is further freed of oxygen and then the copper disks melt and the molten copper penetrates the matrix of the corresponding chrome disks and impregnates them, whereby the cup 2 collects excess copper which may be present.
Nach Abkühlung des Ofens werden die Stapel entfernt und die mit Kupfer imprägnierten Chromscheiben werden von den Abstandsdübeln getrennt. Die einzelnen Kupfer-imprägnierten Chromscheiben werden dann zur Herstellung von Kontaktelementen für Elektroden von Vakuumschaltern benutzt, wie sie beispielsweise in Figur 1 des Hauptpatentes Nr. 1 640 039 dargestellt sind. Die Gräße der Scheiben ist so gewählt, daß nur eine minimale spanabhebende Bearbeitung oder eine andere Bearbeitung erforderlich ist.After the oven has cooled down, the stacks are removed and the ones with Copper impregnated chrome washers are separated from the spacer dowels. The individual copper-impregnated chrome discs are then for the production of contact elements for electrodes of Vacuum switches are used, as shown, for example, in Figure 1 of the main patent No. 1,640,039. The size of the Discs is chosen so that minimal machining or other machining is required.
Gemäß einem Ausführungsbeispiel besitzen die gesinterten Chromscheiben einen Durchmesser von etwa 60 mm und eine Dicke von etwa 8,5 mm und ein Gewicht von etwa 120 g. Derartige Scheiben wurden mit Kupfer imprägniert, wobei sauerstoffreie Kupferscheiben von einem gleichen Durchmesser und einer Dicke von 3,0 mm be-· nutzt wurden, die etwa 75 g wogen und nach den vorbeschriebenem Verfahren verarbeitet wurden. Die Locher in den Kupferscheiben zur Festlegung der Trägerdübel waren etwa 5 mm im Durchmesser und lagen etwa 20mm vom Mittelpunkt der Scheiben entfernt.According to one embodiment, the sintered chrome disks a diameter of about 60 mm and a thickness of about 8.5 mm and a weight of about 120 g. Such discs were impregnated with copper, using oxygen-free copper disks of the same diameter and a thickness of 3.0 mm. were used, which weighed about 75 g and according to the above Procedures were processed. The holes in the copper washers to fix the support dowels were about 5 mm in diameter and were about 20mm from the center of the discs.
Die Erfindung kann jedoch auch benutzt werden, um Chromscheiben anderer Gestalt und anderer Abmessungen zu imprägnieren. Dann werden Abmessungen und Gewicht der Kupferscheiben entsprechendHowever, the invention can also be used to impregnate chrome disks of other shapes and dimensions. then the dimensions and weight of the copper washers are adjusted accordingly
50 9849/0304 ./.50 9849/0304 ./.
gewählt. Die Erfindung umfaßt auch Vakuum-Unterbrecherelektroden, welche Kontaktelemente besitzen, welche gemäß der Erfindung hergestellt sind und ebenfalls Vakuumschalter, welche solche Elektroden benutzen.chosen. The invention also encompasses vacuum interrupter electrodes having contact elements made in accordance with the invention are and also vacuum switches that use such electrodes.
Es kennen irgendwelche Vakuum-Öfen Anwendung finden, beispielsweise ein Strahlungsofen mit einem elektrischen Widerstandsheizelement aus Molybdän oder stattdessen können auch Wirbelstromüfen benutzt werden. Bei Anwendung der letzteren werden die Chrom-Kupferscheiben zweckmäßigerweise von Graphithülsen umgeben, die auch durch Graphitendkappen oben und unten geschlossen sein kinnen, während die Erhitzung erfolgt.Any vacuum ovens can be used, for example a radiant furnace with an electrical resistance heating element made of molybdenum or, instead, eddy current furnaces to be used. When using the latter, the chrome copper washers are expediently made of graphite sleeves surrounded, which can also be closed by graphite end caps at the top and bottom while the heating takes place.
Patentansprüche :Patent claims:
509849/03Q4509849 / 03Q4
Claims (12)
dadurch gekennzeichnet, daß die gesinterte Chromscheibe einen Durchmesser von 60 mm, eine Dicke von 8,5 mm und ein Gewicht von etwa 120 g besitzt, und daß die Kupferplatte den gleichen Durchmesser wie die Scheibe aufweist, und eine Dicke von etwa ~5,Q mm und ein Gewicht von etwa 75 g besitzt.7. The method according to claim 6,
characterized in that the sintered chrome disc has a diameter of 60 mm, a thickness of 8.5 mm and a weight of about 120 g, and that the copper plate has the same diameter as the disc and a thickness of about ~ 5, Q mm and a weight of about 75 g.
dadurch gekennzeichnet, daß nach der anfänglichen Erhitzung des Aufbaus auf einen Punkt kurz unter der Schmelztemperatur der Platte die Temperatur des Aufbaus auf den Maximalwert während einer Zeitdauer von zwei bis drei Stunden angehoben wird, wobei die Erhitzung des Aufbaus bei einem Druck von nicht mehr als 10"^ Torr durchgeführt wird.9. The method according to claim 8,
characterized in that after the initial heating of the structure to a point just below the melting temperature of the plate, the temperature of the structure is raised to the maximum value over a period of two to three hours, the heating of the structure at a pressure of not more than 10 "^ Torr is carried out.
dadurch gekennzeichnet, daß die Scheibe aus zusammengesinterten Chrompartikeln besteht und die Platte aus Kupfer hergestellt ist, und daß der Aufbau anfänglich auf eine Temperatur von etwa 10500C während einer Zeitdauer von 1 1/2 Stunden angehoben wird, und daß dann die Temperatur während nicht weniger als 2 1/2 Stunden auf etwa 10900C angehoben wird, wobei beide Erwärmungsstufen bei einem Druck von nicht mehr als 2 χ 10 Torr durchgeführt werden.10. The method according to claim 9,
characterized in that the disc consists of chromium particles sintered together and the plate is made of copper, and in that the structure is initially raised to a temperature of about 1050 ° C. over a period of 1 1/2 hours, and then the temperature is not raised for is raised to about 1090 0 C for less than 2 1/2 hours, both heating stages being carried out at a pressure of not more than 2 10 Torr.
dadurch gekennzeichnet, daß die Abstandshalter aus Dübelzapfen bestehen, und daß die Platten mit LSchern ausgerüstet sind, in die die Dübelzapfen eingreifen.12. The method according to claim 10,
characterized in that the spacers consist of dowel pins, and that the plates are equipped with L holes into which the dowel pins engage.
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Legal Events
Date | Code | Title | Description |
---|---|---|---|
8141 | Disposal/no request for examination |