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Die Erfindung betrifft ein Kontaktstück für Hochspannungs- bzw. Hochstrom-
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schalter, insbesondere ein Greiferkontaktstück für Trennschalter,
z. B.
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für Scherentrennschalter, mit einem Kontaktstückkern aus Kupfer und
einer zumindest in einem Kontaktbereich auf dem Kontaktstückkern aufgebrachten Kontaktauflage
aus Silber.
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Kontaktstücke der in Rede steherlcen Art werden z. B. bei Trennschaltern,
insbesondere bei Hochspannungstrennschaltern bzw. Hochstromtrennschaltern verwendet.
Sie werden im folgenden lediglich der Einfachheit halber auch im Zusammenhang mit
Trennschaltern erläutert. Eine besondere Art von Trennschaltern sind Scherentrennschalter,
die als solche seit langem und in verschiedensten Ausführungsformen bekannt sind.
Über Trennschalter, also insbesondere auch über Scherentrennschalter, werden betriebsmäßig
hohe Ströme geführt. Die betriebsmäßig geführten hohen Ströme führen dazu, daß Trennschalter
mit besonderen tiochstromfesten Kontaktstücken ausgerüstet werden.
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Diese Kontaktstücke müssen insbesondere so konstruiert sein, daß sie
den bei geschlossenem Trennschalter aufgrund von mechanischen Verschiebungen der
aneinander anliegenden Kontaktstücke (z. B. Greiferkontaktstücke und Gegenkontaktstücke)
dauernd auftretenden kleinen "Abriß-Lichtbögen" widerstehen und notfalls sogar beim
Öffnen des Trennschalters infolge eines Schaltfehlers od. dgl. auftretende Abriß-Lichtbögen
überstehen können. Diese Kontaktstücke müssen also zwei Forderungen erfüllen, nämlich
einerseits bei geschlossenem Trennschalter einen möglichst geringen übergangswiderstand
bieten und andererseits unter Berücksichtigung der Abriß-Lichtbögen einen möglichst
geringen Verschleiß aufweisen. Zur Erfüllung dieser beiden Forderungen ist das Kontaktstück,
von dem die Erfindung ausgeht, mit einem Kontaktstückkern aus Kupfer und einer im
Kontaktbereich auf dem Kontaktstückkern aufgebrachten Kontaktauflage aus Silber
versehen. Die Kontaktauflage aus Silber gewährleistet dabei wegen der extrem hohen
Leitfähigkeit von Silber einen äußerst geringen Übergangswiderstand. Außerdem ist
wegen der Edelmetalleigenschaften von Silber eine geringe Empfindlichkeit gegenüber
Umwelteinflüssen, insbesondere Oxydation, gegeben. Schließlich bietet eine Kontaktauflage
aus Silber für den Betrachter auch ein ansprechendes Äußeres.
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Ein gewisses Problem ist auch bei dem bekannten, zuvor erläuterten
Kontaktstück mit einer Kontaktauflage aus Silber die Frage des Verschleißes unter
Berücksichtigung der Abriß-Lichtbögen. Tatsächlich wird die Kontaktauflage aus Silber
bei betriebsmäßig häufigem Auftreten von Abriß-Lichtbögen schnell verschlissen.
Trotz vielfacher Versuche ist es bislang nicht gelungen, hier eine wirklich überzeugende
Lösung zu finden.
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Ausgehend von dem zuvor erläuterten Stand der Technik liegt der Erfindung
nun die Aufgabe zugrunde, das bekannte Kontaktstück so auszugestalten und weiterzubilden,
daß es insbesondere unter Berücksichtfgung der betriebsmäßig auftretenden Abriß-Lichtbögen
einen möglichst geringen Verschleiß aufweist.
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Das erfindungsgemäße Kontaktstück, bei dem die zuvor aufgezeigte Aufgabe
gelöst ist, ist dadurch gekennzeichnet, daß eine weitere, auf der Kontaktauflage
aus Silber aufgebrachte Schutzauflage aus einem Weichmetall, vorzugsweise aus Zinn,
vorgesehen ist. Es hat sich in der Praxis gezeigt, daß ein so ausgebildetes Kontaktstück,
also insbesondere ein Kontaktstück mit einer Schutzauflage aus Zinn auch bei betriebsmäßig
sehr häufigem Auftreten von kleinen und größeren Abriß-Lichtbögen einen ganz überraschend
geringen Verschleiß aufweist. Dafür sind die folgenden Zusammenhänge von Bedeutung:
Silber weist eine äußerst hohe Leitfähigkeit auf und ist deshalb als Kontaktmaterial
für die betriebsmäßig zu führenden Ströme, also zur Realisierung eines möglichst
geringen Übergangswiderstandes äußerst geeignet. Silber weist einen Schmelzpunkt
von etwa 1.230 K und einen Siedepunkt von etwa 2.473 K auf.
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In geschmolzenem Zustand löst Silber sehr leicht Sauerstoff. Dieser
Sauerstoff entweicht beim Erstarren des Silbers durch Abkühlung unter Aufplatzen
der Oberfläche des Silbers. Dieses Phänomen wird als "Spratzen" bezeichnet.
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Die in den Abriß-Lichtbögen auftretenden hohen Temperaturen führen
in Verbindung mit dem teilweise recht hohen Kontaktdruck, mit dem Kontaktstücke
der in Rede stehenden Art aneinander zur Anlage kommen, dazu, daß die Auflage aus
Silber schnell verschleißt. Auch das zuvor erläuterte "Spratzen" spielt dabei eine
Rolle, sofern die in den Abriß-Lichtbögen erreichten Temperaturen die Schmelztemperatur
des Silbers überschreiten.
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Zinn weist gegenüber Silber eine deutlich geringere Leitfähigkeit
auf. Der Schmeizpunkt von Zinn liegt mit etwa 500 K sehr viel niedriger als der
Schmelzpunkt von Silber, während der Siedepunkt von Zinn mit etwa 3.000 K wesentlich
höher als der Siedepunkt von Silber liegt.
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Eine Schutzauflage aus Zinn auf der Kontqktauflage aus Silber führt
nun dazu, daß durch den Kontaktdruck und die durch die be-triebsmäßig geführten
Ströme hervorgerufene Erwärmung im Normalfall die Schutzauflage aus Zinn gewissermaßen
durchgedrückt wird. Betriebsmäßig, also bei geschlossenem Trennschalter ist die
Kontaktauflage-aus Silber mit deren sehr geringen übergangswiderstand wirksam. Dabei
kann das Zinn der Schutzauflage im Kontaktbereich durchaus über den Schmelzpunkt
von ca. 500 K hinaus erwärmt werden. Treten aufgrund von mechanischen Verschiebungen
der Kontaktstücke gegeneinander oder gar aufgrund eines Abhebens der Kontaktstiicke
voneinander kleine oder größere Lichtbögen auf, so steigen die Temperaturen in den
Bereichen der Lichtbögen an. Zumindest hier wird das Zinn über den Schmelzpunkt
hinaus erwärmt und flüssig und ist so in der Lage, sofort in die Kontaktbereiche
nachzufließen.
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Tatsächlich ist also die Oberfläche der Kontaktauflage aus Silber
stets von ggf. flüssigem Zinn abgedeckt. Die Kontaktauflage aus Silber ist also
nicht unmittelbar den Abriß-Lichtbögen ausgesetzt und kann insbesondere kaum über
den Schmelzpunkt von 1.230 K hinaus erwärmt werden. Selbst wenn dies passieren sollte,
kann jedenfalls eine Sauerstoffaufnahme des Silbers nicht stattfinden, da die Oberfläche
des Silbers noch von der Schutzauflage aus Zinn abgedeckt ist. Wegen des äußerst
hohen Siedepunktes von Zinn ist dabei auch keineswegs die Gefahr gegeben, daß die
Schutzauflage aus Zinn etwa vorzeitig verdampfen könnte.
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Im Ergebnis ist mit dem erfindungsgemäßen Kontaktstück ein Kontaktstück
verwirklicht, das betriebsmäßig einen äußerst geringen, nur durch eine Kontaktauflage
aus Silber realisierbaren Übergangswiderstand, jedoch unter Berücksichtigung der
Abriß-Lichtbögen gleichwohl einen sehr geringen Verschleiß aufweist.
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Natürlich spielen für die optimale Funktion des erfindungsgemäßen
Kontaktstückes einerseits und für die wirtschaftliche Herstellbarkeit dieses Kontaktstückes
andererseits die Dicken der verschiedenen Auflagen eine entscheidende Rolle. So
empfiehlt es sich, das erfindungsgemäße Kontaktstück so auszubilden, daß die Kontaktauflage
aus Silber eine Dicke von 1 pjm bis 30 um, vorzugsweise von 10 pm, aufweist. Die
Schutzauflage sollte vorzugsweise eine Dicke von 0,5/um bis 10'um, vorzugsweise
von 1,im bis 2 um, insbesondere von 1,5 pm aufweisen. Eine Dicke von 1 tm bis 2/im
hat sich insbesondere für eine Schutzauflage aus Zinn als nahezu optimal erwiesen.
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Eingangs ist erläutert worden, daß eine Kontaktauflage aus Silber
bei den bekannten Kontaktstücken auch optische Vorteile bietet. Hier ist natürlich
eine Auflage aus Zinn etwas benachteiligt. Dementsprechend geht eine weitere Lehre
er Erfindung, der besondere Bedeutung zukommt, dahin, auf die Schutzauflage eine
weitere Kontaktauflage aus Silber aufzubringen, die vorzugsweise eine Dicke von
l'um bis 30 pm, insbesondere von 10 pm aufweisen sollte.
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Im folgenden wird die Erfindung anhand einer lediglich ein Ausführungsbeispiel
darstellenden Zeichnung nochmals kurz erläutert; es zeigt Fig. 1 stark schematisiert,
eine Seitenansicht des oberen Teiles eines Scherentrennschalters und Fig. 2 einen
Greiferkontaktstückträger mit einem erfindungsgemäßen Kontaktstück für den Scherentrennschalter
nach Fig. 1.
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Der in Fig. 1 dargestellte Scherentrennschalter besteht in seinem
grundsätzlichen Aufbau aus einem nur teilweise dargestellten Stützer 1, einem auf
dem Stützer 1 angeordneten Antriebsaggregat 2 und zwei an das Antriebsaggregat 2
angelenkten Scheren 3 mit jeweils zwei unteren Scherengliedern 4, zwei oberen Scherengliedern
5 und zwei Greiferkontaktstückträgern 6. Die unteren Scherenglieder 4 jeder Schere
3 sind über zwei Anschlußgelenke 7 am Antriebsaggregat 2 angelenkt. Die unteren
Scherenglieder 4 und die oberen Scherenglieder
5 jeder Schere 3
sind über zwei Scherer1gelenke 8 verbunden, während die oberen Scherenglieder 5
und die Greiferkontaktstückträger 6 jeder Schere 3 über ein Kreuzgelenk 9 miteinander
verbund-2n sind. Die beiden Scheren 3 sind in den Bereichen ihrer Anschlußgelenke
7 üDer das Antriebsaggregat 2 und in den Bereichen der Scherengelenke 8 und der
Kreuzgelenke 9 über jeweils eine Abstandsstütze 10 miteinander verburden.
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Wie Fig. 1 andeutungsweise erkennen läßt, ist jeder der Greiferkontaktstückträger
6 mit einem Kontaktstück 11, hier also einem Greiferkontaktstück, versehen. In Fig.
1 ist strichpunktiert im übrigen'noch ein Gegenkontakt 12 eingezeichnet, an dem
betriebsmäßig die Kontaktstücke 11 der Greiferkontaktstückträger 6 zur Anlage kommen.
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Fig. 2 zeigt in stark vergrößerter Darstellung, zum Teil im Schnitt
einen Greiferkontaktstückträger 6 mit einem Kontaktstück 11, also hier einem Greiferkontaktstück.
Das Kontaktstück 11 weist zunächst einen Kontaktstückkern 13 aus Kupfer auf. Auf
dem Kontaktstückkern 13 aus Kupfer ist eine Kontaktauflage 14 aus Silber angebracht.
Auf der Kontaktauflage 14 aus Silber befindet sich eine Schutzauflage 15 aus Zinn.
Auf der Schutzauflage 15 aus Zinn befindet sich eine weitere Kontaktauflage 16,
wiederum aus Silber.
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Die Kontaktauflage 14 aus Silber weist eine Dicke von 10 pm, die Schutzauflage
15 aus Zinn eine Dicke von 1,5 pm und die weitere Kontaktauflage 16 aus Silber wiederum
eine Dicke von 1O/jm auf.
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Das erfindungsgemäße Kontaktstück ist überall dort anwendbar, wo Verschleißerscheinungen
im oben erläuterten Sinne auftreten können, also nicht nur, wie erläutert, bei Trennschaltern,
sondern z. B. auch bei Leistungsschaltern od. dgl..
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