DE2527326A1 - Schaltstueck mit einer aus einem graphitkoerper bestehenden lichtbogenelektrode und verfahren zu dessen herstellung - Google Patents
Schaltstueck mit einer aus einem graphitkoerper bestehenden lichtbogenelektrode und verfahren zu dessen herstellungInfo
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Description
PL/dh
BBC Aktiengesellschaft Brown, Boveri & Cie., Baden (Schweiz)
Schaltstück mit einer aus einem Graphitkörper bestehenden Lichtbogenelektrode und Verfahren zu dessen Herstellung
Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf ein Schaltstück mit einer aus einem Graphitkörper bestehenden Lichtbogenelektrode,
insbesondere für Hochspannungs-Leistungsschalter mit einem gasförmigen Isoliermittel, und auf ein Verfahren
zu dessen Herstellung.
Es ist bereits bekannt, als Material für Lichtbogenelektroden Graphit zu verwenden. Eine solche Lösung ist in der DT-AS
1 154 548 beschrieben. Die Schaltstücke eines elektrischen Schalters, von denen beim Ausschalten ein Lichtbogen gezogen
wird, sind aus Graphit hergestellt. Bei derartigen Schaltern sind Graphitschaltstücke insbesondere dann vorteilhaft ver-
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wendbar, wenn als Lichtbogenlöschmittel und gegebenenfalls Isoliermittel ein elektronegatives fluorhaltiges Gas, insbesondere
Schwefelhexafluorid SF_ verwendet wird. Der Mate-
rialverlust von Graphitschaltstücken ist wesentlich geringer, als bei metallischen Schaftstücken, selbst wenn diese aus
hochwertigem, lichtbogenfestem Material, wie Silberwolfram oder Kupferwolfram, bestehen. Bei elektrischen Leistungsschaltern mit Graphitelektroden ergibt sich die Schwierigkeit,
dass die als Lichtbogenelektroden eingesetzten Graphitkörper mit dem stromtragenden Schaltstücken mechanisch und
elektrisch verbunden werden müssen. Grahpitkörper haben jedoch in der Regel nicht ausreichende mechanische Festigkeit,
die die Einarbeitung eines Gewindes zur Verbindung mit dem Schaltstück unmöglich macht. Um diese mechanische Festigkeit
zu erhöhen, ist es bereits vorgeschlagen worden, den Graphitkörper an Stellen einer galvanischen und mechanischen
Verbindung mit den Schaltstücken mit einem elektrisch leitenden Zusatz eines oder mehrerer Metalle zu versehen (DT-OS
2 221 6 30). Eine andere Art der Befestigung des Graphitkörpers an das Schaltstück ist in der DT-OS 2 230 927 beschrieben.
Die aus Graphit bestehende düsenförmige Lichtbogenelektrode ist in ein aus kaltverfestigtem Kupfer gefertigtes
Rohr kalt eingepresst und von diesem unter Reibschluss umfasst. Die DT-OS 2 232 3m beschreibt eine Schrumpfverbindung
zwischen dem Graphitkörper und dem Schaltstück, die mittels
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eines ringförmigen Metallkörpers ausgeführt ist. Um die Uebergangswiderstände
zwischen dem Graphitkörper und dem Schaltstück möglichst klein zu halten, muss man jedoch mit ziemlich
grossen Drücken auf den Graphitkörper rechnen, was in Hinsicht auf die verhältnismässig kleine mechanische Festigkeit
des Graphits ungünstig ist, und es kann während der Montage oder während des Betriebs zum Bruch des Graphitkörpers kommen.
Die Aufgabe der Erfindung besteht inbesondere darin, ein Schaltstück mit einer aus einem Graphitkörper bestehenden
Lichtbogenelektrode und ein Verfahren zu dessen Herstellung zu schaffen, die Nachteile des Bekannten nicht aufweisen.
Die Verbindung zwischen dem Graphitkörper und dem Schaltstück soll gut elektrisch leitend sein und der Graphitkörper
darf nicht durch diese Verbindung übermässig mechanisch beansprucht
werden.
Die vorgenannte Aufgabe wird bei einem Schaltstück der eingangs genannten Art erfindungsgemäss dadurch gelöst, dass
die aus einem Graphitkörper bestehende Lichtbogenelektrode mit dem wenigstens in dem mit der Lichtbogenelektrode verbundenen
Teil seiner Oberfläche aus einem hochschmelzenden Metall bestehenden Schaltstück mittels einer wenigstens ein
karbidbildendes Metall enthaltenden Lotschicht verbunden ist.
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Der Vorteil der Erfindung besteht insbesondere darin, dass das wenigstens ein karbidbildendes Metall enthaltende Lot
den Graphit leicht benetzt, was eine mechanische Verbindung ermöglicht.
Besonders vorteilhaft ist es, wenn das Schaltstück wenigstens
in dem mit der Lichtbogenelektrode verbundenen Teil seiner Oberfläche aus Molybdän bzw. Molybdänbasislegierungen
oder aus Wolfram bzw. Wolframbasislegierungen besteht. Molybdän
ist als Stützmaterial besonders geeignet, weil sein Wärmedehungskoeffizient 4,3 · 10 /0C sehr ähnlich dem Wärmedehnungskoeffizienten
des Graphits ist (etwa 3 · 10 /0C). Durch diese Wahl werden grössere Spannungen in der Verbindungsschicht
während der Temperaturänderungen verhindert. Ferner ist es zweckmässig, wenn die Lotschicht aus einem
Cu- oder Ni-Basis-Lot besteht. Diese wenigstens ein karbidbildendes Metall enthaltenden Lote sichern eine gute mechanische
und elektrisch leitende Verbindung.
Gemäss einer weiteren Ausgestaltung ist zwischen der aus
einem Graphitkörper bestehenden Lichtbogenelektrode und der wenigstens ein karbidbildendes Metall enthaltenden Lotschicht
eine karbidbildende Metallschicht angeordnet. Das Benetzen des Graphits ist mit dieser karbidbildenden Metallschicht
noch verbessert, so dass man eine so mechanisch feste Ver-
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bindung zwischen Graphit und dem Schaltstück erhält, dass bei einer Zugspannungprüfung der Bruch im Graphit entsteht,
also nicht in der Verbindungsschicht. Nach einer bevorzugten Ausführungsform enthält die karbidbildende Metallschicht
Chrom. Versuche haben erwiesen, dass dieses Metall sehr günstig die Festigkeit der Verbindung beeinflusst.
Es empfiehlt sich, das obengenannte Schaltstück mit der aus einem Graphitkörper bestehenden Lichtbogenelektrode erfindungsgemäss
so herzustellen, dass die wenigstens ein karbidbildendes Metall enthaltende Lotschicht auf den zu verbindenden
Teil der Oberfläche plasmagespritzt oder aufgedampft wird. Ferner ist es zweckmässig, wenn auch die karbidbildende
Metallschicht auf den zu verbindenden Teil der Oberfläche der aus einem Graphitkörper bestehenden Lichtbogenelektrode
plasmagespritzt oder aufgedampft wird. Durch diese Verfahren erhält man gleichmässige Schichten des aufgetragenen Materials.
In der Zeichnung sind Ausführungsbeispiele des Erfindungsgegenstandes
schematisch dargestellt.
Es zeigt
Fig. 1 eine erste beispielsweise Ausführungsform der Erfindung
im Längsschnitt und
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Fig. 2 eine zweite beispielsweise Ausführungsform der Erfindung
im Längsschnitt.
Gemäss Fig. 1 ist eine aus einem Graphitkörper bestehende
Lichtbogenelektrode mit 1 bezeichnet. Mit der Bezugs ziffer 2 ist ein aus einem hochschmelzenden Metall bestehendes
Schaltstück benannt und eine wenigstens ein karbidbildendes Metall enthaltende Lotschicht ist durch die Zahl 3 gekennzeichnet.
Gleiche Teile sind in Fig. 2 mit denselben Bezugszahlen versehen wie in Fig. 1. Eine karbidbildende Metallschicht
ist in Fig. 2 mit der Bezugs zahl 4 bezeichnet.
Das in Fig. 1 dargestellte Ausführungsbeispiel zeigt eine Graphitlichtbogenelektrode 1, die mit dem Schaltstück 2
mittels der Lotschicht 3 verbunden ist. Das Schaltstück 2 besteht vorzugsweise aus Molybdän oder Molybdänbasislegierungen.
Unter Umständen kann man auch andere Metalle verwenden, wie z.B. Wolfram oder Wolframbasislegierungen, die
einen verhältnismässig niedrigen Wärmedehnungskoeffizienten aufweisen. Die Lotschicht 3 enthält wenigstens ein karbidbildendes
Metall, um ein günstiges Benetzen des Graphits zu erreichen. Sie besteht z.B. aus einer Cu + 1 % Cr - Legierung.
Auch die Lote mit einer Ni-Basis sind geeignet, wie z.B. 71 % Ni, 17 % Mo, 7 % Cr, 5 % Fe, oder Ni-Cr-B-Si;
Ni-Cr-P; Ni-Si-B usw. Lote. Es ist auch die Anwendung von
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anderen Loten, z.B. mit Au- oder Ag-Basis möglich.
Das zweite Ausführungsbeispiel gemäss Fig. 2 zeigt zwischen
der Graphitlichtbogenelektrode 1 und der Lotschicht 3 die karbidbildende Metallschicht 4. Mit dieser Metallschicht
ist das Benetzen des Graphits noch verbessert und die mechanische Festigkeit der Verbindung ist noch grosser. Diese
Metallschicht 4 besteht vorzugsweise aus Chrom. Man kann selbstverständlich auch andere karbidbildende Metalle verwenden,
wie z.B. Zr, Nb, Ta, Hf usw.
Die wenigstens ein karbidbildendes Metall enthaltende Lotschicht 3 und/oder die karbidbildende Metallschicht 4 wird
vorzugsweise auf die zu verbindende Oberfläche plasmagespritzt oder aufgedampft. Man kann selbstverständlich auch andere an
sich bekannten Technologien verwenden.
Der Erfindungsgegenstand ist auf das in der Zeichnung Dargestellte
selbstverständlich nicht beschränkt. So kann das Schaltstück 2 aus Stahl oder Kupfer bestehen und nur in dem
zu verbindenden Teil mit einer Schicht aus Molybdän oder aus einem anderen Metall mit einem niedrigen Wärmedehnungskoeffizienten
versehen sein. Ebenfalls kann man eine andere geeignete Form der Lichtbogenelektroden 1 und der Schaltstücke
2 wählen. '
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Claims (8)
1.) Schaltstück mit einer aus einem Graphitkörper bestehenden
Lichtbogenelektrode, insbesondere für Hochspannungs-Leistungsschalter mit einem gasförmigen Isoliermittel, dadurch
gekennzeichnet, dass die aus einem Graphitkörper bestehende Lichtbogenelektrode (1) mit dem wenigstens in
dem mit der Lichtbogenelektrode (1) verbundenen Teilseiner
Oberfläche aus einem hochschmelzenden Metall bestehenden Schaltstück (2) mittels einer wenigstens ein karbidbildendes
Metall enthaltenden Lotschicht (3) verbunden ist.
2. Schaltstück nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass es wenigstens in dem mit der Lichtbogenelektrode (1) verbundenen
Teil seiner Oberfläche aus Molybdän bzw. Molybdänbasislegierungen oder aus Wolfram bzw. Wolframbasislegierungen
besteht.
3. Schaltstück nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Lotschicht (3) aus einem Cu-Basis-Lot besteht.
4. Schaltstück nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Lotschicht (3) aus einem Ni-Basis-Lot besteht.
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5. Schaltstück nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass zwischen der aus einem Graphitkörper bestehenden
Lichtbogenelektrode (1) und der wenigstens ein karbidbildendes Metall enthaltenden Lotschicht (3) eine karbidbildende
Metallschicht (4) angeordnet ist.
6. Schaltstück nach den Ansprüchen 1 und 5, dadurch gekennzeichnet,
dass die karbidbildende Metallschicht (4) Chrom enthält.
7. Verfahren zur Herstellung des Schaltstückes mit der aus einem Graphitkörper bestehenden Lichtbogenelektrode gemäss
Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die wenigstens ein karbidbildendes Metall enthaltende Lotschicht (3) auf
den zu verbindenden Teil der Oberfläche plasmagespritzt oder aufgedampft wird.
8. Verfahren zur Herstellung des Schaltstückes mit der aus einem Graphitkörper bestehenden Lichtbogenelektrode gemäss
den Ansprüchen 1 und 5, dadurch gekennzeichnet, dass die karbidbildende Metallschicht (4) auf den zu verbindenden
Teil der Oberfläche der aus einem Graphitkörper bestehenden Lichtbogenelektrode (1) plasmagespritzt oder aufgedampft
wird.
BBC Aktiengesellschaft Brown, Boveri & Cie.
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