DE3136139A1

DE3136139A1 - Kontaktbolzen fuer vakuumtrennschalter

Info

Publication number: DE3136139A1
Application number: DE19813136139
Authority: DE
Inventors: Hans Ing.(Grad.) Bettge; Manfred Hinz; Gerhard Dipl.-Ing. Dr. 1000 Berlin Peche
Original assignee: Siemens AG
Current assignee: Siemens AG
Priority date: 1981-09-11
Filing date: 1981-09-11
Publication date: 1983-03-31
Also published as: JPS5867840A; GB2105910A

Description

SIEMENS AKTIENGESELLSCHAFT Unser Zeichen

Berlin und München VPA

81 P 112 4 DE

Kontaktbolzen für Vakuumtrennschalter

Die vorliegende Erfindung betrifft einen Kontaktbolzen gemäß dem Oberbegriff des Anspruchs 1. Ein derartiger Kontaktbolzen ist aus der DE-AS 27 23 822 bekannt.

Die vorliegende Erfindung befaßt sich mit einem Vakuum-Trennschalter« In anderem Zusammenhang, nämlich für Vakuumunterbrecher, die hohe Ströme unterbrechen müssen, ist aus der DE-OS 29 22 075 ein Kontaktbolzen bekannt, in welchem in einer Kupfermatrix hochschmelzendes Metallpulver untergebracht ist. In erster Linie wird dort Chrom als hochschmelzendes Metall vorgeschlagen. Neben vielen anderen Metallen, nämlich Fe, ¥, Mo, Ir, ist dort auch Kobalt vorgeschlagen. Diese Metalle sollen den Äbreißstrom verringern,, was erforderlich ist, um Überspannungen zu vermeiden»

Der vorliegenden Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, den Abbrand bei Vakuumtrennschaltern zu verringern und deren Lebensdauer zu erhöhen.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß einem Kontaktbolzen gemäß Oberbegriff des Patentanspruchs Kobalt zulegiert ist.

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Gemäß der DE-QS 27 23 822 wird einem Kontaktbolzen der eingangs beschriebenen Art Nickel zulegiert. Es hat sich jedoch herausgestellt, daß das dem Nickel im übri^n chemisch verwandte Kobalt erheblich günstigere Eigenschaften im Hinblick auf den Abbrand und die Lebensdauer des Kontaktes ergibt. Dies gilt insbesondere für Kontaktbolzen mit einer Zusammensetzung der Kontaktierungszone von

Mhs 1 Kth / 6.8.1981

VPA

I₄. 81 P 1 12

159ό bis 30% Kobalt
0,1% " 5% Metall d. Gruppe Tellur, Selen, Antimon,

Magnesium, Wismut 0,5% " 5% Aluminium
Rest Kupfer.

Dabei braucht nicht der gesamte Kontaktbolzen aus dieser Legierung zu bestehen, es genügt, daß er über einen großen Teil seiner Länge im wesentlichen nur aus Kupfer besteht und daß er in Richtung zur Kontaktierungszone einen kontinuierlichen Übergang seiner Zusammensetzung in die Legierung der Leglerungszone aufweist. Die Übergangszone kann dabei relativ zur Dicke der Kontaktierungszone kurz sein.

Ein derartiger Kontaktbolzen wird besonders vorteilhaft durch ein Verfahren hergestellt, in dem auf der Stirnfläche eines Kupferbolzens die übrigen Legierungsmetalle in fester Form verteilt werden, indem dabei das gewünschte Mischungsverhältnis eingestellt wird und indem die Legierungsmetalle zumindest teilweise geschmolzen und dadurch untereinander und mit dem Kupferbolzen legiert werden und indem anschließend durch eine mechanische Bearbeitung die gewünschte Form des Kontaktbolzen hergestellt wird.

Die beanspruchte Zusammensetzung läßt eine Legierung der Metalle untereinander und mit dem Kupferbolzen gemäß unserer Erkenntnis zu. Unter einer mechanischen Bearbeitung wird hierbei in erster Linie eine spanabhebende Bearbeitung verstanden. Auch ein Schmieden des Bolzens ist möglich.

Die Legierungsmetalle werden vorzugsweise in Form von Granulat der reinen Metalle aufgebracht. In dieser Form läßt sich das Mischungsverhältnis leicht einstellen. Das Ver-

^x fahren wird dadurch besonders einfach. Lk

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• S-

Die Metalle werden vorteilhaft stoßartig erhitzt. Dadurch wird ein teilweises Abdampfen der leichter flüchtigen Metalle weitgehend verhindert. Die Erhitzung kann vorteilhaft im Hochvakuum durchgeführt werden. Eine zusätzliche Sicherung gegen das Abdampfen relativ leicht flüchtiger Metalle ist durch eine Erhitzung in inerter Atmosphäre gegeben. Als Atmosphäre hierfür eignet sich insbesondere Argon.

Die Erhitzung erfolgt vorteilhaft durch Hoch- oder Mittelfrequenzerwärmung. Gasentladungen im Argon werden dabei vorteilhaft durch eine niederohmige Ankoppelung vermieden. Sie kann auch durch einen Ofen mit kleiner Zeittonstante ausreichend stoßartig erfolgen.

Die DE-PS 10 65 886 beschreibt ein Verfahren, bei dem die Legierungen gesondert hergestellt und als fertige Legierung s, welche bereits das erforderliche Kupfer enthält, auf die Stirnfläche eines Kontaktbolzens aufgeschmolzen wird= Die dort beschriebene Legierung ist als eine niedrigschmelzende Legierung bekannt, wohingegen beim erfindungsgemäßen Verfahren auch hochschmelzende Metalle wie Kobalt in die Legierung mit einbezogen werden können. Das erfindungsgemäße Verfahren bietet gegenüber der DE-PS 1 065 886 einen erheblichen Kostenvorteil, da die gesonderte Vorlegierung der Metalle entfällt.

Die Erfindung wird nun anhand des in der Figur gezeigten Beispiels näher erläutert. Die Figur zeigt einen erfindungsgemäßen Kontaktbolzen in geschnittener und gebrochener Ansicht vor dem Legierungsvorgang.

Ein Kontaktbolzen 1 besteht im wesentlichen aus Kupfer. Er weist eine Vertiefung 2 auf. In die Vertiefung 2 ist Granulat 4 eingefüllt, welches aus einer Mischung von Gra-

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.6.

nulaten der Metalle Kobalt, Aluminium und zumindest eines Metalles der Gruppe Bi, Te, Se, Sb, Mg besteht. Die Mischungsverhältnisse der Granulate sind so abgestimmt, daß sie nach dem Legieren mit dem Kupferbolzen eine Legierung der beanspruchten Zusammensetzung ergeben. Beispielsweise enthält die Mischung 75 % Kobalt, 12,5 % Wismut, 12,5 % Aluminium. Dadurch ergibt sich mit dem entsprechenden Kupferanteil eine Legierung von 30 % Kobalt, 5 % Wismut, 5% Aluminium.und 60 % Kupfer.
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Die Gesamtmenge des eingefüllten Granulats ist vorteilhaft so gewählt, daß sich nach der Legierungsbildung eine glatte Oberfläche des Kontaktbolzens ergibt.

Die Legierung erfolgt zwischen den auf den Kupferbolzen aufgebrachten Granulatskörnern und in den Kupferbolzen hinein bis zu einer Legierungsgrenze 3· Die Legierungsgrenze 3 stellt einen kontinuierlichen Übergang zum nichtlegierten Teil des Kontaktbolzens 1 dar-

Nach der Erhitzung wird die Oberfläche 5 des Kontaktbolzens vorteilhaft mechanisch bearbeitet, insbesondere abgedreht oder abgefräst, damit sich eine plane Oberfläche ergibt. Durch ein Abfräsen einer relativ dicken Schicht bis an die Legierungsgrenze heran kann eine Feineinstellung des Kupfergehalts in der Kontaktierungszone erreicht werden.

Die erfindungsgemäße Legierung weist wegen der zulegierten versprödenden Metalle aus der Gruppe Wismut, Tellur,

Selen, Antimon oder Magnesium ein günstiges Schweißverhalten beim Einschaltstromstoß auf. Das Kobalt erhöht die Schaltleistung und die Lebensdauer des Bolzens durch verminderten Abbrand. Das Aluminium weist auch in der Le-35

gierung die Eigenschaft auf, daß es zur Getterungder Restgase bei "brennender Entladung dient.

Die stoßartige Erhitzung des Kontaktbolzens kann durch ' einen Ofen mit kleiner Zeitkonstante erfolgen. Auch Hochoder Mittelfrequenzerwärmung in Argon-Atmosphäre eignet sich hierfür. Der Legierungsablauf wird vorteilhaft duch einen gesteuerten Temperaturzeitverlauf des Ofens geregelt und überwacht.

Das erfindungsgemäße Verfahren eignet sich generell für die Legierung von Kupfer mit Zinn, Blei, Magnesium, Aluminium, Bor, Kobalt, Eisen bei zusätzlichen Beimischungen von Tellur oder Wismut, die die Schweißneigung der Kontakte bei Kurzschlußeinschaltungen verringern. Das Verfahren ist auch einer separaten Herstellung des Kontaktmaterials mit anschließender Verlötung mit dem Kupferbolzer. überlegen«, da es gegenüber diesen Verfahren erheblich weniger Aufwand benötigt.

1 Figur

9 Patentansprüche

Leerseite

Claims

YfA Patentansprüche 81 P 1 1 2 4 DE

\1j)Kont aktbolz en für Vakuumtrennschalter, welche? beim Schaltvorgang senkrecht zu einem gegenüberliegenden Kontaktbolzen bewegt werden kann, welcher zumindest in der Kontaktierungszone aus einer Legierung Cu, Al und einem Metall der Gruppe Bi, Te, Se, Sb, Mg enthält, wobei der Anteil des Al an der Legierung unter 15 % und der Anteil des Metalls der Gruppe Bi, Te, Se, Sb, Mg zwischen o,1 und 10 % liegt, dadurch gekennzeichne t, daß der Legierung Kobalt zulegiert ist.

2o Kontaktbolzen nach Anspruch 1, ge.kennzeich· net durch folgende Zusammensetzung der Kontaktierungszones

15 - 30 % Co

0,1 - 5 % Me (=Bi, Te, Se, Sb, Mg) o,5 - 5 % Al

Rest Cu.
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3. Kontaktbolzen nach einem der Ansprüche 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß er über einen großen Teil seiner Länge im wesentlichen nur aus Kupfer besteht und daß er in Richtung zur Kontaktierungszone einen kontinuierliche! Übergang seiner Zusammensetzung in die Zusammensetzung der Legierungszone aufweist.

4. Verfahren zur Herstellung eines Kontaktbolzens nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch g e kennzeichnet, daß auf der Stirnfläche eines Kupferbolzens die übrigen Legierungsmetalle in fester Form verteilt werden, daß dabei das gewünschte Mischungsverhältnis eingestellt wird und daß die Legierungsmetalle zumindest teilweise geschmolzen und dadurch untereinander und mit dem Kupferbolzen legiert werden und daß anschließend durch eine mechanische Bearbeitung die gewünschte Form des Kontaktierungsbolzens hergestellt wird.

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5. Verfahren nach Anspruch 4, dadurch gekenn ζ ei c h η e t, daß die Legierungsmetalle in Form von Granulat der reinen Metalle aufgebracht werden.

6. Verfahren nach einem der Ansprüche 4 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß die Metalle stoßartig erhitzt werden.

7. Verfahren nach einem der Ansprüche 4 bis 6, d^ca durch gekennzeichnet, daß die Erhitzung im Hochvakuum durchgeführt wird»

8. Verfahren nach einem der Ansprüche 4 bis 6, d..a durch gekennzeichnet, daß die Metalle in inerter Atmosphäre erhitzt werden.

9. Verfahren nach Anspruch 8, dadurch -g e kennzeichnetj daß die Metalle in Argon erhitzt werden.