EP0298981B1 - Contact system for vacuum switches with an axial magnetic field - Google Patents
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- EP0298981B1 EP0298981B1 EP87902049A EP87902049A EP0298981B1 EP 0298981 B1 EP0298981 B1 EP 0298981B1 EP 87902049 A EP87902049 A EP 87902049A EP 87902049 A EP87902049 A EP 87902049A EP 0298981 B1 EP0298981 B1 EP 0298981B1
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- H01H—ELECTRIC SWITCHES; RELAYS; SELECTORS; EMERGENCY PROTECTIVE DEVICES
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- H01H33/66—Vacuum switches
- H01H33/664—Contacts; Arc-extinguishing means, e.g. arcing rings
- H01H33/6642—Contacts; Arc-extinguishing means, e.g. arcing rings having cup-shaped contacts, the cylindrical wall of which being provided with inclined slits to form a coil
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- H01H1/00—Contacts
- H01H1/02—Contacts characterised by the material thereof
- H01H1/0203—Contacts characterised by the material thereof specially adapted for vacuum switches
- H01H1/0206—Contacts characterised by the material thereof specially adapted for vacuum switches containing as major components Cu and Cr
Definitions
- the invention relates to a contact arrangement for vacuum switches with an axial magnetic field, the contact pieces of which contain disc-shaped contact bodies made of contact material as the base material, the contact bodies being soldered onto the contact carrier and, in order to reduce eddy currents, having radial areas which have a lower electrical conductivity than the base material.
- DE-A-2 443 141 describes a contact arrangement in which there are four current conductors which run in the form of hooks radially and azimuthally to generate the axial magnetic field and the disk-shaped contact body is radially slotted to avoid eddy currents.
- DE-A-3 231 593 a structure of a contact made of azimuthal current conductors is known, which are formed by multiple, same-way slitting of a pot contact onto which a contact disk provided with radial slots is soldered as a contact body.
- EP-A-0 055 008 shows the course of current conductors for magnetic field formation, the current in the contact disk often running in a meandering manner in the arc plane and the contact body being divided into several parts by wide slots.
- EP-A-0 155 584 and EP-A-0 052 371 assume the need for radial slots in the contact body in contact arrangements for vacuum switches with an axial magnetic field.
- suitable current blocking bodies made of a material with high resistance, such as stainless steel and ceramic.
- such blocking bodies would have to be introduced into the contact pieces with the actual contact body made of a CuFe or CuCo alloy and the underlying contact carrier of the same geometry, which consists of a CuPb or CuBi alloy is possible with great effort.
- a disadvantage of the prior art is that because of the wide radial slots in the contact surface facing the arc, cathode base points preferably attach to the edges thereof, which can lead to reignitions due to thermal overheating. The same applies if the current blocking bodies for the replacement of the slots lead to macroscopic inhomogeneities on the switching side.
- the slices of the disks can only be made up to about a third of the contact disk diameter in order to maintain the stability of the contact body. Because of the lack of slits in the central area of the contact pieces, the eddy currents flowing there remain fully effective.
- the object of the invention is therefore to provide contact pieces for vacuum switches with an axial magnetic field, in which eddy currents and thus coupled axial residual magnetic fields are prevented in the zero current crossing without disturbing slots or other macroscopic inhomogeneities impairing the contact surface of the contact body.
- Such contact bodies with means for suppressing eddy currents should be able to be produced in a simple manner using the known manufacturing technologies.
- the object is achieved in that the radial areas starting from the rear of the contact body extend only over part of the thickness of the contact body, i.e. do not extend to the surface of their switching sides.
- the radial regions can preferably be formed by grooves on the side facing away from the switching side of the contact piece.
- the radial regions can also be diffusion zones of an additive that reduces the electrical conductivity of the contact material.
- the diffusion zones can also originate from the grooves on the side facing away from the switching side of the contact piece.
- the radial regions can also be fillings or molded parts made of a material with a lower conductivity than that of the base material.
- a contact piece 1 of a vacuum switch comprises a pot-like contact carrier 2 with obliquely circumferential slot 3.
- the mating contact piece 1 ' has in the corresponding contact carrier 2' a slot 3 'running in the same direction in the axial direction, so that an axial overall due to the current flow Magnetic field is generated.
- For the contact carrier 2 or 2 ' is a contact pin 4 or 4' made of copper or the like. guided.
- a disk-shaped contact body 10 or 10 'made of a suitable contact material for example a CuCr material with 50% Cr.
- the contact body usually consists of a disk, into which slots are made radially from the circumference up to approximately two thirds of the center. The center of the pane cannot be slotted to ensure sufficient stability.
- the contact body 10 shows the contact body 10 with its switching side 11 and its rear side 12. It can be seen that 15 ridges of lower electrical conductivity can be produced by radially running, wedge-shaped grooves milled in from the rear.
- the wedge angle can be, for example, 10 to 90 '.
- the wedge depth is dimensioned so that the disc 10 still has sufficient mechanical stability for the soldering process on the contact carrier 2 or 2 'and support body 5 or 5'.
- the contact body 10 is expediently oriented azimuthally in such a way that the radial regions of the slits 3 and 3 'defined by the grooves 15 are correspondingly assigned to the contact carriers 2 and 2' according to FIG. 1.
- star-shaped regions of lower electrical conductivity than those of the base material are produced in a contact body 20 with the switching side 21 and rear side 22 by local diffusion of suitable components.
- the components for the diffusion zones have, for example for a CuCr contact material, for example iron (Fe), cobalt (Co), nickel (Ni), titanium (Ti) or aluminum (AI), i.e. components which form a mixed crystal with copper and thus the Effectively reduce electrical conductivity, proven.
- the diffusion zones are expediently delimited by masks.
- the diffusion takes place from the rear side 22 of the contact piece 20.
- a contact piece in the combination of FIGS. 2 and 3. Grooves are first introduced into the contact piece from the rear and the diffusion of the conductivity-reducing additive is effected from the base of the grooves.
- grooves 15 according to FIG. 2 also have a semicircular profile 16 in their cross section, can have a rectangular profile 17 or a trapezoidal profile 18. Other shapes are also conceivable.
- the grooves 16 to 18 can advantageously be the starting point for diffusion zones 25 according to FIG. 3.
- FIGS. 6 and 7 show contact bodies 40 and 50 which are produced by the sintering impregnation process by impregnating a chrome structure with liquid copper.
- the powder-metallurgical manufacturing process of such disks 40 and 50 enables radial regions, for example spoke-shaped or star-shaped, to be produced as webs from a material of lower conductivity than that of the base material, simultaneously with the production of the molded part.
- segment-like powder regions of such materials are introduced into the powder bed, which lead to the desired regions of low conductivity in the subsequent impregnation process.
- Different powders can be layered, for example, by means of sheets arranged in a star shape, which are removed after the filling process.
- radial areas can be produced in a simple manner which - corresponding to the exemplary embodiment according to FIG. 3 described for diffusion zones - end below the buttons.
- Radial segments can also be introduced from the circumference up to a predetermined position to the center of the circular disk. The limits can be parallel or radial. It is advisable to select the areas as narrowly as possible, but instead to select a larger number, for example eight or more, but at least four, in a circle-symmetrical manner over the pane.
- radially extending powder fillings can be introduced directly into the molded body 20 with the switching side 21 and soldering side 22 according to FIG. 3, starting from the rear side 22 up to close to the switching side 21, each forming approximately bar-shaped webs 25 due to parallel boundaries and forming in the Cross the disc center.
- the webs 25 define star-shaped or spoke-shaped areas and leave the contact surface 21 of the contact body 20 unchanged.
- the different powder layers 44 and 55 can be present in such a way that the powders of the material for the radial areas of low conductivity either remain undissolved or else dissolved in the finished material.
- the choice of material must ensure that there is no homogeneous solution in the impregnation metal.
- Fe iron
- the subsequent impregnation process from iron (Fe) powder leads to the Fe powder bodies being dissolved or dissolved, the Fe in the form of FeCr precipitating again on immediately adjacent Cr grains of the impregnation material.
- areas 55 with poor electrical conductivity are introduced as narrow webs in a contact body 50.
- the areas 54 made of base material are specifically separated by sheets, for example made of iron (Fe), cobalt (Co), titanium (Ti), nickel (Ni), aluminum (Al) or alloys thereof.
- the sheets 55 can be inserted radially from the circumference into the powder bed for the compact, which can be achieved in a simple manner by suitably folded sheet metal strips.
- the height of the sheet metal strip is chosen to be lower than the total thickness d of the contact disk.
- the inserted webs 55 result in the desired webs of lower conductivity than that of the base material.
- the outer region of the contact body 50 can then be turned off, so that the star-shaped structure of the webs formed by the plates 55 is created. However, a highly conductive central area 56 remains in the contact body 50.
- the contact bodies 10, 20, 30, 40 or 50 described in detail above can be easily soldered onto the contact carriers 2 or 2 'and the support bodies 5 or 5' of the contact pieces 1 or 1 'according to FIG. 1.
- the different contact bodies are each appropriately oriented such that the radial areas of lower electrical conductivity are correspondingly assigned to the slot 3 or 3 'of the contact carrier 2 or 2'.
- the invention was described above using a CuCr base material with 30 to 60% chromium as the contact material. Contacts can also be produced according to the invention with other contact material systems, for example based on CuW or CuMo.
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Abstract
Description
Die Erfindung bezieht sich auf eine Kontaktanordnung für Vakuumschalter mit axialem Magnetfeld, deren Kontaktstücke scheibenförmige Kontaktkörper aus Kontaktwerkstoff als Grundmaterial enthalten, wobei die Kontaktkörper auf Kontaktträger aufgelötet sind und zur Verminderung von Wirbelströmen radiale Bereiche aufweisen, die eine geringere elektrische Leitfähigkeit als das Grundmaterial haben.The invention relates to a contact arrangement for vacuum switches with an axial magnetic field, the contact pieces of which contain disc-shaped contact bodies made of contact material as the base material, the contact bodies being soldered onto the contact carrier and, in order to reduce eddy currents, having radial areas which have a lower electrical conductivity than the base material.
Mit der zunehmenden Verbreitung des Vakuumschaltprinzips im Mittelspannungsbereich wird die Beherrschung höherer Ausschaltströme gefordert. Auch Ströme oberhalb von 40 kA sollen sicher abgeschaltet werden, wobei zugleich angestrebt wird, die Außenabmessungen der Schaltröhre beizubehalten oder zu verkleinern. Es wurde eine Vielzahl spezieller Kontaktgeometrien vorgeschlagen, die den Schaltstrom in der Nähe der Kontaktkörper in azimutaler Richtung führen. Hierdurch wird während des Schaltens zwischen den Kontaktstücken ein axiales Magnetfeld erzeugt, welches einen über die gesamte Kontaktfläche gleichmäßig diffus verteilten Schaltlichtbogen bewirkt.With the increasing spread of the vacuum switching principle in the medium-voltage range, the mastery of higher breaking currents is required. Currents above 40 kA should also be safely switched off, with the aim of maintaining or reducing the outer dimensions of the switching tube. A large number of special contact geometries have been proposed which carry the switching current in the azimuthal direction in the vicinity of the contact bodies. As a result, an axial magnetic field is generated during the switching between the contact pieces, which causes a switching arc which is uniformly diffusely distributed over the entire contact surface.
Bei derartigen Kontaktkonfigurationen mit axialem Magnetfeld tritt generell folgendes Problem auf: Durch die zeitliche Änderung des Stromes in der azimutalen Stromlaufbahn werden in geschlossenen, ringförmigen Kontaktträgerböden, in scheibenförmigen Kontaktkörpern oder auch in Kontaktringen Wirbelströme induziert. Derartige Wirbelströme erzeugen Sekundär-Magnetfelder, welche das axiale Magnetfeld in seiner Amplitude schwächen und bezüglich seiner Phasenlage gegenüber dem durch den Schalter fließenden Strom verschieben. Die Phasenverschiebung des axialen Magnetfeldes bewirkt aber, daß während und nach dem Nulldurchgang des Stromes ein erhebliches axiales Restmagnetfeld erhalten bleibt. Dieses Magnetfeld verhindert das schnelle Abströmen der noch vorhandenen Ladungsträger aus dem Kontaktspalt und begünstigt ein unerwünschtes Wiederzünden des Lichtbogens.The following problem generally arises with such contact configurations with an axial magnetic field: Due to the temporal change in the current in the azimuthal current path, eddy currents are induced in closed, ring-shaped contact carrier bottoms, in disk-shaped contact bodies or in contact rings. Such eddy currents generate secondary magnetic fields which weaken the amplitude of the axial magnetic field and shift its phase position with respect to the current flowing through the switch. The phase shift of the axial magnetic field, however, has the effect that a considerable axial residual magnetic field is maintained during and after the zero crossing of the current. This magnetic field prevents the charge carriers that are still present from flowing rapidly out of the contact gap and promotes undesired re-ignition of the arc.
Es sind verschiedene Lösungen zur Vermeidung von Wirbelströmen bei Vakuumschaltern mit axialem Magnetfeld bekannt. Beispielsweise ist in der DE-A-2 443 141 eine Kontaktanordnung beschrieben, bei der vier hakenförmig radial und azimutal verlaufende Stromleiter zur Erzeugung des axialen Magnetfeldes vorhanden sind und der scheibenförmige Kontaktkörper zur Vermeidung von Wirbelströmen radial geschlitzt ist. Weiterhin ist aus der DE-A-3 231 593 ein Aufbau eines Kontaktes aus azimutalen Stromleitern bekannt, die durch eine mehrfache, gleichsinnige Schlitzung eines Topfkontaktes gebildet werden, auf den eine mit radialen Schlitzen versehene Kontaktscheibe als Kontaktkörper aufgelötet ist. Darüber hinaus wird in der EP-A-0 055 008 der Verlauf von Stromleitern zur Magnetfeldausbildung dargestellt, wobei der Strom in der Kontaktscheibe vielfach mäanderhaft in der Lichtbogenebene verläuft und der Kontaktkörper durch breite Schlitze in mehrere Teile unterteilt ist.Various solutions for avoiding eddy currents in vacuum switches with an axial magnetic field are known. For example, DE-A-2 443 141 describes a contact arrangement in which there are four current conductors which run in the form of hooks radially and azimuthally to generate the axial magnetic field and the disk-shaped contact body is radially slotted to avoid eddy currents. Furthermore, from DE-A-3 231 593 a structure of a contact made of azimuthal current conductors is known, which are formed by multiple, same-way slitting of a pot contact onto which a contact disk provided with radial slots is soldered as a contact body. In addition, EP-A-0 055 008 shows the course of current conductors for magnetic field formation, the current in the contact disk often running in a meandering manner in the arc plane and the contact body being divided into several parts by wide slots.
Ganz entsprechend wird in der EP-A-0 155 584 und in der EP-A-0 052 371 von der Notwendigkeit von radialen Schlitzen im Kontaktkörper bei Kontaktanordnungen für Vakuumschalter mit axialem Magnetfeld ausgegangen. Alternativ dazu soll es auch möglich sein, geeignete Stromsperrkörper aus einem Material mit hohem Widerstand, wie rostfreier Stahl und Keramik, zu verwenden. Solche Sperrkörper müßten gemäß der EP-A-0 052 371 in die Kontaktstücke mit dem eingentlichen Kontaktkörper aus einer CuFe-oder CuCo-Legierung und dem darunterliegenden Kontaktträger gleicher Geometrie, der aus einer CuPb- oder CuBi-Legierung besteht, eingebracht werden, was nur mit großem Aufwand möglich ist.Correspondingly, EP-
In der Fachliteratur (beispielsweise "IEEE Transactions on Power Apparatus and Systems" (1980), Seite 2079 bis 2085) wird im einzelnen ausgeführt, unter welchen Voraussetzungen Schlitze zur Wirbelstromvermeidung in der dem Lichtbogen ausgesetzten Kontaktscheibe benötigt werden, wobei in der Praxis durchweg von der Notwendigkeit der Schlitze als geeignetes Mittel zur Wirbelstromunterdrückung ausgegangen wird.In the specialist literature (for example "IEEE Transactions on Power Apparatus and Systems" (1980), pages 2079 to 2085) it is explained in detail under what conditions slots are required in order to avoid eddy currents in the contact disk exposed to the arc, in practice consistently of The necessity of the slots as a suitable means for eddy current suppression is assumed.
Nachteilig beim Stand der Technik ist, daß wegen der breiten radialen Schlitze in der dem Lichtbogen zugewandten Kontaktoberfläche an deren Kanten bevorzugt Kathodenfußpunkte ansetzen, welche durch thermische Überhitzung zu Neuzündungen führen können. Gleiches gilt wenn die Stromsperrkörper zum Ersatz der Schlitze zu makroskopischen Inhomogenitäten an der Schaltseite führen. Darüber hinaus kann beim Stand der Technik die Schlitzung der Scheiben nur bis etwa einem Drittel des Kontaktscheibendurchmessers erfolgen, um die Stabilität des Kontaktkörpers zu erhalten. Wegen der fehlenden Schlitzung im zentralen Bereich der Kontaktstücke bleiben die dort fließenden Wirbelströme voll wirksam.A disadvantage of the prior art is that because of the wide radial slots in the contact surface facing the arc, cathode base points preferably attach to the edges thereof, which can lead to reignitions due to thermal overheating. The same applies if the current blocking bodies for the replacement of the slots lead to macroscopic inhomogeneities on the switching side. In addition, in the prior art, the slices of the disks can only be made up to about a third of the contact disk diameter in order to maintain the stability of the contact body. Because of the lack of slits in the central area of the contact pieces, the eddy currents flowing there remain fully effective.
Aufgabe der Erfindung ist es daher, Kontaktstücke für Vakuumschalter mit axialem Magnetfeld zu schaffen, bei denen Wirbelströme und damit gekoppelte axiale Restmagnetfelder im Stromnulldurchgang verhindert werden, ohne daß störende Schlitze oder andere makroskopische Inhomogenitäten die Kontaktfläche des Kontaktkörpers beeinträchtigen. Derartige Kontaktkörper mit Mitteln zur Unterdrückung von Wirbelstömen sollen mit den bekannten Fertigungstechnologien in einfacher Weise herstellbar sein.The object of the invention is therefore to provide contact pieces for vacuum switches with an axial magnetic field, in which eddy currents and thus coupled axial residual magnetic fields are prevented in the zero current crossing without disturbing slots or other macroscopic inhomogeneities impairing the contact surface of the contact body. Such contact bodies with means for suppressing eddy currents should be able to be produced in a simple manner using the known manufacturing technologies.
Die Aufgabe ist erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß die radialen Bereiche von der Rückseite der Kontaktkörper ausgehend sich nur über einen Teil der Dicke der Kontaktkörper, d.h. nicht bis zur Oberfläche von deren Schaltseiten, erstrecken.The object is achieved in that the radial areas starting from the rear of the contact body extend only over part of the thickness of the contact body, i.e. do not extend to the surface of their switching sides.
Gemäß der Erfindung wird also vorgeschlagen, in Axialfeld-Kontaktsystemen solche Kontaktkörper einzusetzen, die auf der Schaltfläche weitgehend glatt sind, die aber trotzdem Leitfähigkeitssprünge zur Unterdrückung von Wirbelströmen durch radiale Bereiche mit einer gegenüber dem Kontaktmaterial deutlich geringeren elektrischen Leitfähigkeit bewirken.According to the invention, it is therefore proposed to use such contact bodies in axial field contact systems which are largely smooth on the button, but which are nevertheless conductive cause jumps to suppress eddy currents through radial areas with a significantly lower electrical conductivity than the contact material.
Vorzugsweise können die radialen Bereiche durch Nuten auf der der Schaltseite des Kontaktstückes abgewandten Seite gebildet sein. Die radialen Bereiche können auch Diffusionszonen eines die elektrische Leitfähigkeit des Kontaktmaterials mindernden Zusatzes sein. Die Diffusionszonen können auch von den Nuten auf der der Schaltseite des Kontaktstückes abgewandten Seite ausgehen.The radial regions can preferably be formed by grooves on the side facing away from the switching side of the contact piece. The radial regions can also be diffusion zones of an additive that reduces the electrical conductivity of the contact material. The diffusion zones can also originate from the grooves on the side facing away from the switching side of the contact piece.
Weiterhin können speziell bei pulvermetallurgisch hergestellten Kontaktkörpern die radialen Bereiche auch Füllungen oder Formteile aus einem Material mit geringerer Leitfähigkeit als die des Grundmaterials sein.Furthermore, especially in the case of contact bodies produced by powder metallurgy, the radial regions can also be fillings or molded parts made of a material with a lower conductivity than that of the base material.
Füllungen oder Formteile an sich werden beim Stand der Technik zwar schon als sogenannte Stromsperrkörper, welche die Schlitze von Kontaktkörpern ersetzen sollen, erwähnt. Erst im Rahmen der erfindungsgemäßen Lehre können sie jedoch bei der pulvermetallurgischen Herstellung der Formteile für den Kontaktkörper bereits in den Rohling derart eingebracht werden, daß sie die Schaltfläche des fertigen Kontaktkörpers unbeeinflußt lassen. Insbesondere kann dann die Schaltseite vollkommen aus Grundmaterial gebildet sein.Fillings or molded parts as such are already mentioned in the prior art as so-called current blocking bodies, which are intended to replace the slots in contact bodies. It is only within the framework of the teaching according to the invention, however, that they can be introduced into the blank in the powder-metallurgical production of the molded parts for the contact body in such a way that they leave the button of the finished contact body unaffected. In particular, the switch side can then be formed entirely from the base material.
Vorteilhaft ist bei der Erfindung insbesondere, daß eine für den Lötvorgang der Kontaktscheibe auf den Kontaktstückträger ausreichende mechanische Stabilität gewährleistet ist. Durch die glatte Kontaktfläche des Kontaktkörpers werden die Schalteigenschaften des Kontaktstückes nicht verändert.It is particularly advantageous in the invention that sufficient mechanical stability is ensured for the soldering process of the contact disk onto the contact piece carrier. The switching properties of the contact piece are not changed by the smooth contact surface of the contact body.
Weitere Vorteile der Erfindung ergeben sich aus der nachfolgenden Figurenbeschreibung von Ausführungsbeispielen anhand der Zeichnung in Verbindung mit den Patentansprüchen.Further advantages of the invention result from the following description of the figures of exemplary embodiments with reference to the drawing in conjunction with the patent claims.
Es zeigen
- Fig. 1 eine Kontaktanordnung für ein Vakuumschaltgerät mit axialem Magnetfeld in Schnittdarstellung.
- Fig. 2 bis Fig. 4 drei verschiedene Ausführungsformen der zugehörigen Kontaktkörper in perspektivischer Darstellung und
- Fig. 5 verschiedene Möglichkeiten der Querschnittsform für die Nuten auf der Unterseite der Kontaktkörper,
- Fig. 6 und 7 zwei weitere Ausführungsformen von pulvermetallurgisch hergestellten Kontaktkörpern.
- Fig. 1 shows a contact arrangement for a vacuum switching device with an axial magnetic field in a sectional view.
- FIGS. 2 to 4 show three different embodiments of the associated contact body in a perspective view and
- 5 different possibilities of the cross-sectional shape for the grooves on the underside of the contact body,
- 6 and 7 two further embodiments of powder metallurgically produced contact bodies.
In Fig. 1 umfaßt ein Kontaktstück 1 eines Vakuumschalters aus einen topfartigen Kontaktträger 2 mit schräg umlaufender Schlitzung 3. Das Gegenkontaktstück 1' weist in dem entsprechenden Kontaktträger 2' eine in Achsrichtung gleichsinnig verlaufende Schlitzung 3' auf, so daß insgesamt aufgrund des Stromflusses ein axiales Magnetfeld erzeugt wird. Zum Kontaktträger 2 bzw. 2' ist ein Kontaktbolzen 4 bzw. 4' aus Kupfer od.dgl. geführt. Im Kontaktträger 2 bzw. 2' ist ein Stützkörper 5 bzw. 5' aus elektrisch schlecht leitenden Material, beispielsweise Chrom/NickelStahl in Doppel-T-Form, eingefügt.In Fig. 1, a
Auf dieser Anordnung befindet sich jeweils ein scheibenförmiger Kontaktkörper 10 bzw. 10' aus geeignetem Kontaktmaterial, beispielsweise einem CuCr-Werkstoff mit 50% Cr. Beim Stand der Technik besteht der Kontaktkörper üblicherweise aus einer Scheibe, in die vom Umfang ausgehend radial bis etwa zwei Drittel zum Mittelpunkt Schlitze eingebracht sind. Das Zentrum der Scheibe kann dabei nicht geschlitzt werden, um eine hinreichende Stabilität zu gewährleisten.On this arrangement there is in each case a disk-
In Fig. 2 ist der Kontaktkörper 10 mit seiner Schaltseite 11 und seiner Rückseite 12 dargestellt. Es ist ersichtlich, daß sich durch von der Rückseite her eingefräste, radial verlaufende, keilförmige Nuten 15 Stege geringerer elektrischer Leitfähigkeit erzeugen lassen. Dabei kann der Keilwinkel beispielsweise 10 bis 90' betragen. Die Keiltiefe wird so bemessen, daß die Scheibe 10 noch genügende mechanische Stabilität für den Lötvorgang auf dem Kontaktträger 2 bzw. 2' und Stützkörper 5 bzw. 5' behält. Dabei ist der Kontaktkörper 10 zweckmäßigerweise azimutal derart orientiert, daß die durch die Nuten 15 definierten radialen Bereiche der Schlitzung 3 bzw. 3' der Kontaktträger 2 bzw. 2' gemäß Fig. 1 entsprechend zugeordnet sind.2 shows the
Bei einer solchen Ausbildung eines Kontaktkörpers mit Nuten 15 läßt sich zeigen, daß sich eine begrenzte Wirktiefe des elektrischen Stromes aufgrund des Skin-Effektes ergibt und damit eine Unterdrückung unerwünschter Wirbelströme gewährleistet ist.With such a design of a contact body with
In Fig. 3 sind in einem Kontaktkörper 20 mit Schaltseite 21 und Rückseite 22 durch lokale Diffusion geeigneter Komponenten sternförmige Bereiche geringerer elektrischer Leitfähigkeit als die des Grundmaterials erzeugt. Als Komponenten für die Diffusionszonen haben sich speziell für einen CuCr-Kontaktwerkstoff beispielsweise Eisen (Fe), Kobalt (Co), Nickel (Ni), Titan (Ti) oder Aluminium (AI), also Komponenten die mit Kupfer einen Mischkristall bilden und damit die elektrische Leitfähigkeit wirksam herabsetzen, bewährt.3, star-shaped regions of lower electrical conductivity than those of the base material are produced in a
Zur Herstellung der sternförmigen Bereiche 25 werden zweckmäßigerweise die Diffusionszonen durch Masken begrenzt. Die Diffusion erfolgt von der Rückseite 22 des Kontaktstückes 20 her.To produce the star-
Das Belassen mit unverändertem Kontaktmaterial entweder der Kontaktstücke 10 und 20 zur gesamten Schaltseite 11 bzw. 21 hin oder des Kontaktstückes 30 zum Zentralbereich 36 hin gewährleistet die gewünschte Lichtbogenverteilung beim Schaltvorgang.Leaving the
In weiteren Ausführungsformen der Erfindung ist es auch möglich, ein Kontaktstück in der Kombination von Fig. 2 und Fig. 3 aufzubauen. Dabei werden zuerst von der Rückseite her in das Kontaktstück Nuten eingebracht und von der Grundfläche der Nuten die Diffusion des leitfähigkeitsmindernden Zusatzes bewirkt.In further embodiments of the invention, it is also possible to construct a contact piece in the combination of FIGS. 2 and 3. Grooves are first introduced into the contact piece from the rear and the diffusion of the conductivity-reducing additive is effected from the base of the grooves.
In Fig. 5 ist gezeigt, daß die Nuten 15 nach Fig. 2 in ihrem Querschnitt auch ein Halbrundprofil 16, ein Rechteckprofil 17 oder ein Trapezprofil 18 haben können. Auch andere Formen sind denkbar. Dabei können die Nuten 16 bis 18 vorteilhaft Ausgangspunkt von Diffusionszonen 25 gemäß Fig. 3 sein.5 shows that the
In Fig. 6 und 7 sind Kontaktkörper 40 und 50 dargestellt, die im Sintertränkverfahren durch Tränkung eines Chromgerüstes mit flüssigem Kupfer hergestellt sind. Durch das pulvermetallurgische Fertigungsverfahren solcher Scheiben 40 bzw. 50 können bereits gleichzeitig mit der Herstellung des Formteiles radiale Bereiche, beispielsweise speichen- oder sternförmig, als Stege aus einem material geringerer Leitfähigkeit als die des Grundmaterials erzeugt werden. Zur Herstellung solcher Kontaktkörper werden in die Pulverschüttung segmentartige pulverbereiche solcher Materialien eingebracht, die beim nachfolgenden Tränkprozeß zu den gewünschten Bereichen geringer Leitfähigkeit führen. Das Schichten von unterschiedlichen Pulvern kann beispielsweise durch sternförmig angeordnete Bleche, die nach dem Füllvorgang entfernt werden, erfolgen.6 and 7
Durch einen geeigneten Füllvorgang lassen sich in einfacher Weise solche radiale Bereiche herstellen, die - entsprechend dem für Diffusionszonen beschriebenen Ausführungsbeispiel nach Fig. 3 - unterhalb der Schaltflächen enden. Es können auch vom Umfang ausgehend radiale Segmente bis in vorgegebene Lage zum Mittelpunkt der Kreisscheibe eingebracht werden. Die Begrenzungen können parallel oder radial verlaufen. Es empfiehlt sich, die Bereiche möglichst schmal, dafür aber eine größere Anzahl, beispielsweise acht oder mehr, aber wenigstens vier, kreissymmetrisch über die Scheibe verteilt zu wählen.By means of a suitable filling process, such radial areas can be produced in a simple manner which - corresponding to the exemplary embodiment according to FIG. 3 described for diffusion zones - end below the buttons. Radial segments can also be introduced from the circumference up to a predetermined position to the center of the circular disk. The limits can be parallel or radial. It is advisable to select the areas as narrowly as possible, but instead to select a larger number, for example eight or more, but at least four, in a circle-symmetrical manner over the pane.
Bei einer pulvermetallurgischen Herstellung können jetzt unmittelbar in den Formkörper 20 mit Schaltseite 21 und Lötseite 22 gemäß Fig. 3 von der Rückseite 22 ausgehend bis nahe zur Schaltseite 21 radial verlaufende Pulverfüllungen eingebracht werden, die durch parallele Begrenzungen jeweils etwa balkenförmige Stege 25 bilden und sich im Scheibenzentrum kreuzen. Die Stege 25 definieren stern- oder speichenförmige Bereiche und belassen die Kontaktfläche 21 des Kontaktkörpers 20 unverändert.In a powder metallurgical production, radially extending powder fillings can be introduced directly into the molded
Bei Preßlingen gemäß Fig. 6 können die unterschiedlichen Pulverschichten 44 und 55 derart vorliegen, daß die Pulver des Materials für die radialen Bereiche niedriger Leitfähigkeit entweder ungelöst oder aber auch gelöst im fertigen Werkstoff verbleiben. Im letzteren Fall ist aber durch Materialwahl dafür zu sorgen, daß eine homogene Lösung im Tränkmetall unterbleibt. Beispielsweise bei Cu-Pulverpreßlingen mit eingelagerten Segmenten, z.B. aus Eisen (Fe)-Pulver führt der anschließende Tränkprozeß zur An-oder Auflösung der Fe-Pulverkörper, wobei sich das Fe in Form von FeCr an unmittelbar benachbarten Cr-Körnern des Tränkwerkstoffes wieder ausscheidet.6, the
In Fig. 7 sind in einem Kontaktkörper 50 elektrisch schlecht leitende Bereiche 55 als schmale Stege eingebracht. In diesem Fall werden aber die Bereiche 54 aus Grundmaterial speziell durch Bleche, beispielsweise aus Eisen (Fe), Kobalt (Co), Titan (Ti), Nickel (Ni), Aluminium (AI) oder Legierungen davon, getrennt. Die Bleche 55 können vom Umfang ausgehend radial in die Pulverschüttung für den Preßling eingeschoben werden, was sich in einfacher Weise durch geeignet gefalzte Blechstreifen erreichen läßt. Die Blechstreifenhöhe ist niedriger gewählt als die gesamte Dicke d der Kontaktscheibe.In FIG. 7,
Durch den Sinter- und Tränkprozeß ergeben sich durch die eingelegten Bleche 55 die erwünschten Stege geringerer Leitfähigkeit als die des Grundmaterials. Der Außenbereich des Kontaktkörpers 50 läßt sich anschließend abdrehen, so daß die sternförmige Struktur der durch die Bleche 55 gebildeten Stege entsteht. Es verbleibt aber ein hochleitfähiger Zentralbereich 56 im Kontaktkörper 50.Due to the sintering and impregnation process, the inserted
Die vorstehend im einzelnen beschriebenen Kontaktkörper 10, 20, 30, 40 oder 50 können problemlos auf die Kontaktträger 2 bzw. 2' und die Stützkörper 5 bzw. 5' der Kontaktstücke 1 bzw. 1' gemäß Fig. 1 aufgelötet werden. Dabei werden die unterschiedlichen Kontaktkörper jeweils zweckmäßigerweise derart orientiert, daß die radialen Bereiche geringerer elektrischer Leitfähigkeit der Schlitzung 3 bzw. 3' der Kontaktträger 2 bzw. 2' entsprechend zugeordnet sind.The
Die Erfindung wurde vorstehend an einem CuCr-Basiswerkstoff mit 30 bis 60% Chrom als Kontaktmaterial beschrieben. Auch mit anderen Kontaktwerkstoff-Systemen, beispielsweise auf CuW- oder CuMo-Basis, sind Kontakte gemäß der Erfindung herstellbar.The invention was described above using a CuCr base material with 30 to 60% chromium as the contact material. Contacts can also be produced according to the invention with other contact material systems, for example based on CuW or CuMo.
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