EP2191486A1 - Tubular component usable as a shield in a vacuum switch tube and method for producing a tubular component usable as a shield in a vacuum switch tube - Google Patents

Tubular component usable as a shield in a vacuum switch tube and method for producing a tubular component usable as a shield in a vacuum switch tube

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Publication number
EP2191486A1
EP2191486A1 EP08804652A EP08804652A EP2191486A1 EP 2191486 A1 EP2191486 A1 EP 2191486A1 EP 08804652 A EP08804652 A EP 08804652A EP 08804652 A EP08804652 A EP 08804652A EP 2191486 A1 EP2191486 A1 EP 2191486A1
Authority
EP
European Patent Office
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copper
shield
metal
mold
powder
Prior art date
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Withdrawn
Application number
EP08804652A
Other languages
German (de)
French (fr)
Inventor
Klaus Gessner
Ulf SCHÜMANN
Andreas Stelzer
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Siemens AG
Original Assignee
Siemens AG
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Filing date
Publication date
Application filed by Siemens AG filed Critical Siemens AG
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Withdrawn legal-status Critical Current

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    • H01H—ELECTRIC SWITCHES; RELAYS; SELECTORS; EMERGENCY PROTECTIVE DEVICES
    • H01H33/00—High-tension or heavy-current switches with arc-extinguishing or arc-preventing means
    • H01H33/60—Switches wherein the means for extinguishing or preventing the arc do not include separate means for obtaining or increasing flow of arc-extinguishing fluid
    • H01H33/66—Vacuum switches
    • H01H33/662—Housings or protective screens
    • H01H33/66261—Specific screen details, e.g. mounting, materials, multiple screens or specific electrical field considerations
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B22—CASTING; POWDER METALLURGY
    • B22F—WORKING METALLIC POWDER; MANUFACTURE OF ARTICLES FROM METALLIC POWDER; MAKING METALLIC POWDER; APPARATUS OR DEVICES SPECIALLY ADAPTED FOR METALLIC POWDER
    • B22F3/00—Manufacture of workpieces or articles from metallic powder characterised by the manner of compacting or sintering; Apparatus specially adapted therefor ; Presses and furnaces
    • B22F3/24—After-treatment of workpieces or articles
    • B22F3/26—Impregnating
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B22—CASTING; POWDER METALLURGY
    • B22F—WORKING METALLIC POWDER; MANUFACTURE OF ARTICLES FROM METALLIC POWDER; MAKING METALLIC POWDER; APPARATUS OR DEVICES SPECIALLY ADAPTED FOR METALLIC POWDER
    • B22F5/00—Manufacture of workpieces or articles from metallic powder characterised by the special shape of the product
    • B22F5/10—Manufacture of workpieces or articles from metallic powder characterised by the special shape of the product of articles with cavities or holes, not otherwise provided for in the preceding subgroups
    • B22F5/106—Tube or ring forms
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    • C22—METALLURGY; FERROUS OR NON-FERROUS ALLOYS; TREATMENT OF ALLOYS OR NON-FERROUS METALS
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    • C22C1/00—Making non-ferrous alloys
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    • H01H33/60—Switches wherein the means for extinguishing or preventing the arc do not include separate means for obtaining or increasing flow of arc-extinguishing fluid
    • H01H33/66—Vacuum switches
    • H01H33/662—Housings or protective screens
    • H01H33/66261—Specific screen details, e.g. mounting, materials, multiple screens or specific electrical field considerations
    • H01H2033/66269—Details relating to the materials used for screens in vacuum switches

Definitions

  • the invention relates to a usable as a shield in a vacuum interrupter tubular member made of a first metal and a method for producing such a component.
  • a vacuum interrupter is ⁇ be known, the shield is uniformly made of a copper-chromium material with a melting copper and chromium content of each ⁇ wells 50%.
  • the present invention seeks to provide a shield for a vacuum switching ⁇ tube, which combines the advantages of different metals.
  • This object is achieved in a usable as a shield in a vacuum interrupter tubular member made of a first metal in that the component between two end regions has a central portion having a second metal having a melting temperature, the hö ⁇ forth than the melting temperature of the first Metal is.
  • the end regions consist of copper and between the end regions of a middle Section of a copper and chromium-containing alloy is present.
  • a shield which consists of copper-chromium in the relevant contact gap area.
  • the shield is characterized in the contact gap area by a high erosion resistance over pure copper.
  • a method for producing such a tubular component which can be used as a shield provides as the first method step that in a molten mold with a tubular cavity an axially first portion of the cavity is filled with a low-melting metal, wherein in a further step in the in axia ⁇ ler direction adjoining portion of the cavity a Herge ⁇ imputed tubular porous blank is by means of a powder of refractory metal is introduced, and wherein further provided a low-melting metal in the subsequent axially adjacent section of the cavity before the Contents of the melt mold in vacuum for a time sufficient for partial melt diffusion into the porous blank is brought to a sufficiently high temperature, and wherein finally after cooling of the melt mold, a tubular component is removed for further processing.
  • FIG. 1 is a partially sectioned side view of a vacuum interrupter according to an embodiment of the invention
  • FIG. 2 shows a press mold for producing a pressed article, in particular a CrCu blank
  • Fig. 3 is a melt mold for producing a shield in the form of a metallic, predominantly rotationally symmetrical shell, in which the material composition behaves heterogeneously only in the axial direction.
  • Fig. 1 shows a partially sectioned side view of a vacuum interrupter 1, which has a two-part hollow cylindrical ceramic housing 2 a and 2 b, the housing parts 2 a and 2 b are each sealed at the end by metallic cover 3 and 4 vaku- umdicht, so that a vacuum interrupter chamber 5 is formed.
  • the lid 3 is of a fixed contact rod
  • the lid 4 is penetrated by a switching rod 8, which carries a moving contact 9.
  • the moving contact 9 and the fixed ⁇ contact 7 have slots to generate a deletion of a ge ⁇ arc pulled supporting magnetic field.
  • the shift rod 8 and the moving contact 9 are longitudinally guided ⁇ Lich, so that the moving contact 9 can be transferred from its in the disconnected position shown in Fig. 1 out in a contact position in which the moving contact 9 on the fixed contact
  • a shield 11 is provided.
  • the cylindrical shield 11 is formed as a sleeve with three sections 12, 13 and 14.
  • the shielding 11 surrounds exhaust from the fixed contact 7 and the contact 9 Move ⁇ existing contact arrangement.
  • the shield 11 shown in FIG. 1 inside the vacuum interrupter 1 thus serves to avoid ceramic vapor deposition of the hollow cylindrical ceramic housing 2a and 2b.
  • the shield 11 is made of a metal, in particular copper or a copper-containing alloy, such as copper-chromium.
  • the end portions or portions 12, 14 are made of copper and the middle portion 13 is made of a copper-chromium alloy.
  • the method for producing the shield 11 leads to a shield 11 whose material composition is behaves heterogeneously in the axial direction.
  • a section 12 made of copper In the shield 11 in the axial direction alternately follow a section 12 made of copper, a section 13 made of copper-chromium, and then a section 14, which again consists of copper.
  • the structure of the shield 11 of three sections 12, 13 and 14 makes it possible to realize by means of the central portion 13 a ⁇ telwall for vacuum interrupters so that the shield 11 only in the contact gap region of the contacts 7 and 9 consists of copper-chromium.
  • Copper-chromium has the advantage of increased burn-off resistance of the copper chromium, reduced conductivity for reducing eddy currents, and furthermore the advantage of better properties of copper-chromium in interactions of the switching plasma with the shield 11, compared to a copper vapor shield only.
  • the process for the preparation of the three sections 12, 13, 14 having shield 11 begins with a tube section, pressing or blank of pressed refractory metal, for example, mechanically compacted Chrompul ⁇ ver or sintered chromium powder is prepared.
  • a press mold 21 made of steel or a similarly constructed graphite sinter, shown schematically in FIG.
  • the mold 21 essentially consists of a base part 23 with a flat bottom and an annular circumferential stop 25.
  • the stopper 25 forms a cylin ⁇ derförmige recess into which a cylinder mold core 27 can be inserted. Together with a stop 25 on the outside embracing hollow cylinder 29 of the cylinder mold core 27 forms an annular space 31.
  • the hollow cylinder 29 is supported on a flange 33 of the base member 23 with the interposition of a rubber ring 35.
  • a pipe section blank or pressing is made by means of the mold 21 or a graphite sinter, not shown in the drawing, by the annular space 31 is filled, for example, with a mixture of chromium powder and copper powder to a predetermined filling level.
  • the powder present in the annular space 31 is then compressed.
  • the copper powder may have a grain size of 40-250 microns and the chromium powder a grain size of 50-300 microns.
  • Fig. 3 schematically illustrates a melt mold 41 for producing the shield 11 with the sections 12, 13 and 14.
  • the melt mold 41 has a circular disk-shaped bottom plate 43 with a centering hole 42 and a circular peripheral skirt 44.
  • the bottom plate 43 and the others in the following Parts of the melt mold 41 which are still described are preferably made of hard graphite.
  • the centering hole 42 serves to receive a pin 47 formed on a mold guide column 46.
  • the skirt 44 serves to guide a guide cylinder 48 into which a lower mold part 49, a middle mold part 51, an upper mold part 53 and a final mold part 55 are inserted ,
  • Each of the mold parts 49 to 55 consists of an inner ring part 54 guided on the mold guide column 46 and an outer ring part 56 guided by the guide cylinder 48. They contact each other along annular surfaces which engage one another with recesses and projections which can be seen in the drawing.
  • the mold parts 49 to 55 thus each consist of an outer ring member 56 which is supported against the guide cylinder 48, and in each case an inner ring member 54 which is guided by the mold guide column 46.
  • a low melting ⁇ ing metal This may be a copper powder or a section of a copper tube.
  • the tubular gap portion 63 between the two annular parts of the central mold part 51 serves to receive high-melting metal such as a tubular pressing 65, for example, in the mold 21 from a mixture of copper powder with a grain size of 40-300 microns and chromium powder with a grain size of 50-300 microns was produced.
  • a compact 65 it is also possible to use a blank which has been produced by sintering chromium powder.
  • a chromium powder with a grain size of 50-300 microns at a temperature of 125O 0 C for 60 min are annealed in a vacuum furnace, not shown in the drawing.
  • the dimensions of the blank or compact 65 are chosen so that it abuts the circumferential shoulder 59 and can not fall into the gap of the lower mold part 49, even if it is only partially filled with a material.
  • the gap portion 67 in the region of the mold parts 53 and 55 similar to the tube-shaped gap in the Be rich filled ⁇ 61 with a low-melting metal in whole or in part.
  • This may again be a copper powder or a section of a copper tube.
  • the melt mold 41 When the melt mold 41 is vacuum-heated to the melting temperature of the low-melting metal, in particular the copper, is heated, the molten metal fills the melt mold 41 in the lower portion 61 from.
  • the low-melting metal, in particular copper, in the upper region 67 then diffuses through the pressure 65 and fills out its pores.
  • an alloy of the low-melting and high-melting metal is formed in the tubular gap section 63.
  • the alloy can be changed in their composition.
  • the low-melting metal from the upper portion 67 is used as an alloy depot. A sufficient amount of material must be kept from the ⁇ sem basically in the upper region 67 to a homogeneous structure si ⁇ cher creative.
  • the exposure time of the molten phase should be extended until the blank or tubular pressure is 65 completely saturated by the low-melting metal, in particular ⁇ sondere copper.
  • the melting process described at a temperature of 1150 to 125O 0 C with a holding time of 20 to 60 min is carried out in vacuo, in order to prevent oxidation of the metals used, in particular the copper and the chromium. If this does not happen in a vacuum, no connection of the metals takes place.
  • the shield 11 produced in the manner described above forms a hollow cylindrical shell, in which metal ⁇ metallic materials alternate in the axial direction, the transitions to the central portion 13 are abrupt. At a transition is always a low-melting metal and an alloy of the low-melting and high-melting metal.
  • the described combination of copper-copper-chromium-copper represents a shield 11, which is used as a vapor shield in vacuum interrupters 1 in a particularly advantageous manner to achieve increased erosion resistance and reduction of eddy currents in the relevant contact ⁇ gap area.

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Abstract

A vacuum switch tube (1) comprises a shield (11) having sections (12, 13, and 14), in which copper, the alloy copper-chrome, and then copper again alternate.

Description

Beschreibungdescription
Als Abschirmung in einer Vakuumschaltröhre einsetzbares rohr- förmiges Bauteil sowie Verfahren zur Herstellung eines als Abschirmung in einer Vakuumschaltröhre einsetzbaren rohrför- migen BauteilsCan be used as a shield in a vacuum interrupter tube-shaped component and method for producing a usable as a shield in a vacuum interrupter tubular member
Die Erfindung betrifft ein als Abschirmung in einer Vakuumschaltröhre einsetzbares rohrförmiges Bauteil aus einem ers- ten Metall sowie ein Verfahren zur Herstellung eines derartigen Bauteils.The invention relates to a usable as a shield in a vacuum interrupter tubular member made of a first metal and a method for producing such a component.
Aus der DE 10 2004 061 497 Al ist eine Vakuumschaltröhre be¬ kannt, deren Abschirmung einheitlich aus einem Kupfer-Chrom- Schmelzwerkstoff mit einem Kupfer- und Chromanteil von je¬ weils 50% hergestellt ist.From DE 10 2004 061 497 Al a vacuum interrupter is ¬ be known, the shield is uniformly made of a copper-chromium material with a melting copper and chromium content of each ¬ weils 50%.
Aus der Patentschrift DE 44 29 379 C2 ist eine Vakuumschalt¬ röhre bekannt, deren zylindrischer Dampfschirm oder Abschir- mung ganz aus Kupfer hergestellt ist.From patent specification DE 44 29 379 C2 describes a vacuum switching tube ¬ is known, the cylindrical vapor shield or shielding of all copper produced is.
Ausgehend von diesem Stand der Technik liegt der Erfindung die Aufgabe zugrunde, eine Abschirmung für eine Vakuumschalt¬ röhre zu schaffen, die die Vorteile der verschiedenen Metalle vereinigt .Based on this prior art, the present invention seeks to provide a shield for a vacuum switching ¬ tube, which combines the advantages of different metals.
Diese Aufgabe wird bei einem als Abschirmung in einer Vakuumschaltröhre einsetzbaren rohrförmigen Bauteil aus einem ersten Metall dadurch gelöst, dass das Bauteil zwischen zwei Endbereichen über einen mittleren Abschnitt verfügt, der ein zweites Metall mit einer Schmelztemperatur aufweist, die hö¬ her als die Schmelztemperatur des ersten Metalls ist.This object is achieved in a usable as a shield in a vacuum interrupter tubular member made of a first metal in that the component between two end regions has a central portion having a second metal having a melting temperature, the hö ¬ forth than the melting temperature of the first Metal is.
Dabei ist es besonders von Vorteil, wenn die Endbereiche aus Kupfer bestehen und zwischen den Endbereichen ein mittlerer Abschnitt aus einer Kupfer und Chrom enthaltenden Legierung vorhanden ist.It is particularly advantageous if the end regions consist of copper and between the end regions of a middle Section of a copper and chromium-containing alloy is present.
Auf diese Weise wird eine Abschirmung realisiert, die im re- levanten Kontaktspaltbereich aus Kupfer-Chrom besteht. Bei einer derartigen Gestaltung zeichnet sich die Abschirmung im Kontaktspaltbereich durch eine hohe Abbrandfestigkeit gegenüber reinem Kupfer aus. Weiterhin ergibt sich der Vorteil der verminderten Leitfähigkeit zur Reduzierung von Wirbelströmen und damit geringerer Wechselwirkungen des Schaltplasmas mit der Abschirmung. Außerhalb des Kontaktspaltbereichs kann das dort vorliegende Kupfer besonders einfach bearbeitet und ver¬ formt werden.In this way, a shield is realized which consists of copper-chromium in the relevant contact gap area. In such a design, the shield is characterized in the contact gap area by a high erosion resistance over pure copper. Furthermore, there is the advantage of reduced conductivity to reduce eddy currents and thus lower interactions of the Schaltplasmas with the shield. Outside the range, the contact gap present there copper can be edited in a particularly simple and be ver ¬ formed.
Ein Verfahren zur Herstellung eines derartigen als Abschirmung einsetzbaren rohrförmigen Bauteils sieht als ersten Verfahrensschritt vor, dass in einer Schmelzform mit einem rohrförmigen Hohlraum ein in axialer Richtung erster Abschnitt des Hohlraums mit einem nieder schmelzenden Metall gefüllt wird, wobei in einem weiteren Arbeitsschritt in dem in axia¬ ler Richtung sich anschließenden Abschnitt des Hohlraums ein mittels eines Pulvers aus hoch schmelzendem Metall herge¬ stellter rohrförmiger poröser Rohling eingebracht wird, und wobei weiterhin in dem in axialer Richtung sich daran an- schließenden Abschnitt des Hohlraums ein nieder schmelzendes Metall bereitgestellt wird, bevor der Inhalt der Schmelzform im Vakuum für eine zur teilweisen Schmelzdiffusion in den porösen Rohling ausreichende Zeit auf eine ausreichend hohe Temperatur gebracht wird, und wobei schließlich nach dem Ab- kühlen der Schmelzform ein rohrförmiges Bauteil zur Weiterverarbeitung entnommen wird.A method for producing such a tubular component which can be used as a shield provides as the first method step that in a molten mold with a tubular cavity an axially first portion of the cavity is filled with a low-melting metal, wherein in a further step in the in axia ¬ ler direction adjoining portion of the cavity a Herge ¬ imputed tubular porous blank is by means of a powder of refractory metal is introduced, and wherein further provided a low-melting metal in the subsequent axially adjacent section of the cavity before the Contents of the melt mold in vacuum for a time sufficient for partial melt diffusion into the porous blank is brought to a sufficiently high temperature, and wherein finally after cooling of the melt mold, a tubular component is removed for further processing.
Weitere Vorteile und Einzelheiten der Erfindung ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung von Ausführungsbeispielen, bei der teilweise auf die Figuren der Zeichnung Bezug genommen wird. Es zeigen :Further advantages and details of the invention will become apparent from the following description of embodiments in which reference is partially made to the figures of the drawing. Show it :
Fig. 1 eine teilweise geschnittene Seitenansicht einer Vakuumschaltröhre gemäß einem Ausfüh- rungsbeispiel der Erfindung,1 is a partially sectioned side view of a vacuum interrupter according to an embodiment of the invention,
Fig. 2 eine Pressform zum Herstellen eines Press- lings, insbesondere eines CrCu-Rohlings, und2 shows a press mold for producing a pressed article, in particular a CrCu blank, and
Fig. 3 eine Schmelzform zur Herstellung einer Abschirmung in Gestalt einer metallischen, überwiegend rotationssymmetrischen Hülle, in der sich die WerkstoffZusammensetzung nur in axialer Richtung heterogen verhält.Fig. 3 is a melt mold for producing a shield in the form of a metallic, predominantly rotationally symmetrical shell, in which the material composition behaves heterogeneously only in the axial direction.
Fig. 1 zeigt eine teilweise geschnittene Seitenansicht einer Vakuumschaltröhre 1, die ein zweiteiliges hohlzylindrisches Keramikgehäuse 2a und 2b aufweist, dessen Gehäuseteile 2a und 2b jeweils stirnseitig durch metallische Deckel 3 und 4 vaku- umdicht verschlossen sind, so dass eine Vakuumschaltkammer 5 ausgebildet ist. Der Deckel 3 ist von einer FestkontaktstangeFig. 1 shows a partially sectioned side view of a vacuum interrupter 1, which has a two-part hollow cylindrical ceramic housing 2 a and 2 b, the housing parts 2 a and 2 b are each sealed at the end by metallic cover 3 and 4 vaku- umdicht, so that a vacuum interrupter chamber 5 is formed. The lid 3 is of a fixed contact rod
6 vakuumdicht durchgriffen. An dem in der Vakuumschaltkammer 5 angeordneten freien Ende der Festkontaktstange 6 ist ein Festkontakt 7 angeordnet.6 vacuum-tight. At the arranged in the vacuum interrupter 5 free end of the fixed contact rod 6, a fixed contact 7 is arranged.
Der Deckel 4 wird von einer Schaltstange 8 durchragt, die einen Bewegkontakt 9 trägt. Der Bewegkontakt 9 und der Fest¬ kontakt 7 weisen Schlitze auf, um ein die Löschung eines ge¬ zogenen Lichtbogens unterstützendes Magnetfeld zu erzeugen. Die Schaltstange 8 sowie der Bewegkontakt 9 sind längs beweg¬ lich geführt, so dass der Bewegkontakt 9 aus seiner in der in Fig. 1 gezeigten Trennstellung heraus in eine Kontaktstellung überführbar ist, in der der Bewegkontakt 9 an dem FestkontaktThe lid 4 is penetrated by a switching rod 8, which carries a moving contact 9. The moving contact 9 and the fixed ¬ contact 7 have slots to generate a deletion of a ge ¬ arc pulled supporting magnetic field. The shift rod 8 and the moving contact 9 are longitudinally guided ¬ Lich, so that the moving contact 9 can be transferred from its in the disconnected position shown in Fig. 1 out in a contact position in which the moving contact 9 on the fixed contact
7 anliegt und ein Stromfluss über den Vakuumschalter 1 ermög- licht ist. Um für die Beweglichkeit des Bewegkontaktes 9 zu sorgen, ist dieser über einen ein- und ausziehbaren Metallfaltenbalg 10 mit dem Deckel 4 vakuumdicht verbunden.7 is applied and a current flow via the vacuum switch 1 is made light. In order for the mobility of the Bewegkontaktes 9 ensure this is connected via a retractable metal bellows 10 with the lid 4 vacuum-tight.
Werden die Kontakte 7 und 9 bei einem über die Vakuumschalt- röhre 1 fließenden Strom voneinander getrennt, wird zwischen den Kontakten 7 und 9 ein Lichtbogen gezogen. Im Bereich des Kontaktspaltes kommt es aufgrund der hohen Lichtbogen-tempe- raturen zu einem Abbrand an den Kontaktflächen der Kontakte 7 und 9 und damit zu einer Bildung von Metalldampf.If the contacts 7 and 9 are separated from each other by a current flowing through the vacuum switch tube 1, an arc is drawn between the contacts 7 and 9. In the area of the contact gap, due to the high arc temperatures, burnup occurs at the contact surfaces of the contacts 7 and 9 and thus the formation of metal vapor.
Um die Ablagerung dieses Metalldampfes an der Innenseite des Keramikgehäuses 2a und 2b zu vermeiden, ist eine Abschirmung 11 vorgesehen. Die zylinderförmige Abschirmung 11 ist als Hülse mit drei Abschnitten 12, 13 und 14 ausgebildet. Die Ab- schirmung 11 umgibt die aus dem Festkontakt 7 und dem Beweg¬ kontakt 9 bestehende Kontaktanordnung. Die in Fig. 1 im Innern der Vakuumschaltröhre 1 dargestellte Abschirmung 11 dient somit zur Vermeidung von Keramikbedampfung der hohlzy- lindrischen Keramikgehäuse 2a und 2b.In order to avoid the deposition of this metal vapor on the inside of the ceramic housing 2a and 2b, a shield 11 is provided. The cylindrical shield 11 is formed as a sleeve with three sections 12, 13 and 14. The shielding 11 surrounds exhaust from the fixed contact 7 and the contact 9 Move ¬ existing contact arrangement. The shield 11 shown in FIG. 1 inside the vacuum interrupter 1 thus serves to avoid ceramic vapor deposition of the hollow cylindrical ceramic housing 2a and 2b.
Zur Halterung der als Dampfschirm wirksamen hülsenförmigen Abschirmung 11 ist diese mit einem Befestigungselement 16 verbunden, das mit den als Keramikrohr realisierten Gehäuseteilen 2a und 2b fest verlötet ist.For holding the effective as a vapor shield sleeve-shaped shield 11, this is connected to a fastening element 16 which is soldered to the realized as a ceramic tube housing parts 2a and 2b.
Die Abschirmung 11 besteht aus einem Metall, insbesondere Kupfer oder einer Kupfer enthaltenden Legierung, wie beispielsweise Kupfer-Chrom. Vorzugsweise sind die Endbereiche oder Abschnitte 12, 14 aus Kupfer und der mittlere Bereich oder mittlere Abschnitt 13 aus einer Kupfer-Chrom-Legierung hergestellt .The shield 11 is made of a metal, in particular copper or a copper-containing alloy, such as copper-chromium. Preferably, the end portions or portions 12, 14 are made of copper and the middle portion 13 is made of a copper-chromium alloy.
Nachfolgend wird beschrieben, wie die metallische, überwie¬ gend rotationssymmetrische Hülle oder Abschirmung 11 mit Hilfe eines Schmelzdiffusionsverfahrens hergestellt werden kann. Das Verfahren zur Herstellung der Abschirmung 11 führt zu einer Abschirmung 11, deren WerkstoffZusammensetzung sich in axialer Richtung heterogen verhält. In der Abschirmung 11 folgen in axialer Richtung abwechselnd auf einen Abschnitt 12 aus Kupfer ein Abschnitt 13 aus Kupfer-Chrom, und dann ein Abschnitt 14, der wieder aus Kupfer besteht.The following describes how the metallic überwie ¬ quietly rotationally symmetrical shell or shield 11 can be produced by a melt diffusion method. The method for producing the shield 11 leads to a shield 11 whose material composition is behaves heterogeneously in the axial direction. In the shield 11 in the axial direction alternately follow a section 12 made of copper, a section 13 made of copper-chromium, and then a section 14, which again consists of copper.
Der Aufbau der Abschirmung 11 aus drei Abschnitten 12, 13 und 14 gestattet es, durch den mittleren Abschnitt 13 einen Mit¬ telschirm für Vakuumschaltröhren so zu realisieren, dass die Abschirmung 11 nur im Kontaktspaltbereich der Kontakte 7 und 9 aus Kupfer-Chrom besteht. Der mittlere Abschnitt 13 ausThe structure of the shield 11 of three sections 12, 13 and 14 makes it possible to realize by means of the central portion 13 a ¬ telschirm for vacuum interrupters so that the shield 11 only in the contact gap region of the contacts 7 and 9 consists of copper-chromium. The middle section 13 from
Kupfer-Chrom hat gegenüber einem Dampfschirm nur aus Kupfer den Vorteil der erhöhten Abbrandfestigkeit des Kupfer-Chroms, der verminderten Leitfähigkeit zur Reduzierung von Wirbelströmen und weiterhin den Vorteil der besseren Eigenschaften von Kupfer-Chrom bei Wechselwirkungen des Schaltplasmas mit der Abschirmung 11.Copper-chromium has the advantage of increased burn-off resistance of the copper chromium, reduced conductivity for reducing eddy currents, and furthermore the advantage of better properties of copper-chromium in interactions of the switching plasma with the shield 11, compared to a copper vapor shield only.
Das Verfahren zur Herstellung der drei Abschnitte 12, 13, 14 aufweisenden Abschirmung 11 beginnt damit, dass ein Rohrab- schnitt, Pressung oder Rohling aus gepresstem hochschmelzendem Metall, beispielsweise mechanisch verdichtetem Chrompul¬ ver oder gesintertem Chrompulver, hergestellt wird. Dies kann mit Hilfe einer in Fig. 2 schematisch dargestellten Pressform 21 aus Stahl oder einer ähnlich aufgebauten Graphitsinterform erfolgen. Die Pressform 21 besteht im Wesentlichen aus einem Basisteil 23 mit einem ebenen Boden und einem ringförmigen umlaufenden Anschlag 25. Der Anschlag 25 bildet eine zylin¬ derförmige Ausnehmung, in die ein Formzylinderkern 27 einsetzbar ist. Zusammen mit einem den Anschlag 25 auf der Außenseite umgreifenden Hohlzylinder 29 bildet der Formzylinderkern 27 einen Ringraum 31. Der Hohlzylinder 29 ist auf einem Flansch 33 des Basisteils 23 unter Zwischenlage eines Gummirings 35 abgestützt.The process for the preparation of the three sections 12, 13, 14 having shield 11 begins with a tube section, pressing or blank of pressed refractory metal, for example, mechanically compacted Chrompul ¬ ver or sintered chromium powder is prepared. This can be done with the aid of a press mold 21 made of steel or a similarly constructed graphite sinter, shown schematically in FIG. The mold 21 essentially consists of a base part 23 with a flat bottom and an annular circumferential stop 25. The stopper 25 forms a cylin ¬ derförmige recess into which a cylinder mold core 27 can be inserted. Together with a stop 25 on the outside embracing hollow cylinder 29 of the cylinder mold core 27 forms an annular space 31. The hollow cylinder 29 is supported on a flange 33 of the base member 23 with the interposition of a rubber ring 35.
Zur Herstellung des mittleren Abschnittes 13 der Abschirmung 11 wird zunächst ein Rohrabschnitt, Rohling oder Pressung mit Hilfe der Pressform 21 oder einer in der Zeichnung nicht dargestellten Graphitsinterform hergestellt, indem der Ringraum 31 beispielsweise mit einer Mischung aus Chrompulver und Kupferpulver bis zu einer vorbestimmten Füllhöhe aufgefüllt wird. Mit Hilfe eines ringförmigen Pressstempels 32 wird dann das im Ringraum 31 vorhandene Pulver verdichtet. Um die Form¬ stabilität des im Ringraum 31 entstehenden Rohlings zu erhö¬ hen, kann es zweckmäßig sein, das Pulver in einer Graphitsinterform zu sintern statt es in einer Pressform 21 aus Stahl zu verdichten. Das Kupferpulver kann eine Körnung von 40-250 μm und das Chrompulver eine Körnung von 50-300 μm aufweisen.For the preparation of the central portion 13 of the shield 11 is first a pipe section, blank or pressing is made by means of the mold 21 or a graphite sinter, not shown in the drawing, by the annular space 31 is filled, for example, with a mixture of chromium powder and copper powder to a predetermined filling level. With the aid of an annular ram 32, the powder present in the annular space 31 is then compressed. In order to form ¬ stability of the resulting blank into the annular space 31 raised stabili ¬ hen, it can be advantageous to sinter the powder into a graphite sintering form rather than to compress it in a die 21 of steel. The copper powder may have a grain size of 40-250 microns and the chromium powder a grain size of 50-300 microns.
Fig. 3 veranschaulicht schematisch eine Schmelzform 41 zur Herstellung der Abschirmung 11 mit den Abschnitten 12, 13 und 14. Die Schmelzform 41 verfügt über eine kreisscheibenförmige Bodenplatte 43 mit einem Zentrierloch 42 und einer kreisförmig umlaufenden Randleiste 44. Die Bodenplatte 43 sowie die anderen im folgenden noch beschriebenen Einzelteile der Schmelzform 41 bestehen vorzugsweise aus Hartgraphit.Fig. 3 schematically illustrates a melt mold 41 for producing the shield 11 with the sections 12, 13 and 14. The melt mold 41 has a circular disk-shaped bottom plate 43 with a centering hole 42 and a circular peripheral skirt 44. The bottom plate 43 and the others in the following Parts of the melt mold 41 which are still described are preferably made of hard graphite.
Das Zentrierloch 42 dient zur Aufnahme eines an einer Formführungssäule 46 ausgebildeten Zapfens 47. Die Randleiste 44 dient zur Führung eines Führungszylinders 48, in den ein un¬ teres Formteil 49, ein mittleres Formteil 51, ein oberes Formteil 53 und ein abschließendes Formteil 55 eingesetzt sind. Die Formteile 49 bis 55 bestehen jeweils aus einem an der Formführungssäule 46 geführten inneren Ringteil 54 und einem vom Führungszylinder 48 geführten äußeren Ringteil 56. Sie berühren sich entlang von Ringflächen, die mit in der Zeichnung erkennbaren Ausnehmungen und Vorsprüngen ineinander greifen. Die Formteile 49 bis 55 bestehen somit jeweils aus einem äußeren Ringteil 56, der gegen den Führungszylinder 48 abgestützt ist, sowie jeweils einem inneren Ringteil 54, der durch die Formführungssäule 46 geführt ist. Zwischen den in- neren und äußeren Ringteilen 54, 56 der Formteile 49, 51, 53 sind jeweils ringförmige oder rohrförmige Hohlräume ausgebildet. Da der Zwischenraum zwischen dem inneren und äußeren Ringteil des unteren Formteils 49 in radialer Richtung kleiner ist als der entsprechende Spalt in den anderen Formteilen 51, 53 und 55, ergibt sich in dem rohrförmigen Hohlraum ein umlaufender Absatz 59.The centering hole 42 serves to receive a pin 47 formed on a mold guide column 46. The skirt 44 serves to guide a guide cylinder 48 into which a lower mold part 49, a middle mold part 51, an upper mold part 53 and a final mold part 55 are inserted , Each of the mold parts 49 to 55 consists of an inner ring part 54 guided on the mold guide column 46 and an outer ring part 56 guided by the guide cylinder 48. They contact each other along annular surfaces which engage one another with recesses and projections which can be seen in the drawing. The mold parts 49 to 55 thus each consist of an outer ring member 56 which is supported against the guide cylinder 48, and in each case an inner ring member 54 which is guided by the mold guide column 46. Between the inner and outer ring parts 54, 56 of the mold parts 49, 51, 53 are respectively annular or tubular cavities educated. Since the gap between the inner and outer ring portion of the lower mold part 49 in the radial direction is smaller than the corresponding gap in the other mold parts 51, 53 and 55, results in the tubular cavity a circumferential shoulder 59th
Zur Herstellung der Abschirmung wird der rohrförmige Spalt im Bereich 61 des unteren Formteils 49 mit einem nieder schmel¬ zenden Metall ganz oder teilweise gefüllt. Dabei kann es sich um ein Kupfer-Pulver oder um einen Abschnitt eines Kupfer- Rohres handeln. Der rohrförmige Spaltabschnitt 63 zwischen den beiden Ringteilen des mittleren Formteils 51 dient zur Aufnahme von hoch schmelzendem Metall wie einem rohrförmigen Pressung 65, der beispielsweise in der Pressform 21 aus einer Mischung von Kupferpulver mit einer Körnung von 40-300 μm und Chrompulver mit einer Körnung von 50-300 μm hergestellt wurde.To produce the shielding of the tubular gap in the region 61 of the lower mold part 49 is filled wholly or partially with a low melting ¬ ing metal. This may be a copper powder or a section of a copper tube. The tubular gap portion 63 between the two annular parts of the central mold part 51 serves to receive high-melting metal such as a tubular pressing 65, for example, in the mold 21 from a mixture of copper powder with a grain size of 40-300 microns and chromium powder with a grain size of 50-300 microns was produced.
Statt eines Presslings 65 kann auch ein Rohling verwendet werden, der durch Sintern von Chrompulver hergestellt wurde. Dazu kann ein Chrompulver mit einer Körnung von 50-300 μm bei einer Temperatur von 125O0C während 60 min in einem in der Zeichnung nicht dargestellten Vakuumofen geglüht werden. Die Abmessungen des Rohlings oder Presslings 65 sind dabei so ge- wählt, dass er am umlaufenden Absatz 59 anschlägt und nicht in den Spalt des unteren Formteils 49 absinken kann, auch wenn dieser nur teilweise mit einem Material gefüllt ist. Nach dem Einsetzen des Rohlings oder Presslings 65 in den Spaltabschnitt 63 wird der Spaltabschnitt 67 im Bereich der Formteile 53 und 55 ähnlich wie der rohrförmige Spalt im Be¬ reich 61 mit einem nieder schmelzenden Metall ganz oder teilweise ausgefüllt. Dabei kann es sich wiederum um ein Kupfer- Pulver oder um einen Abschnitt eines Kupfer-Rohres handeln.Instead of a compact 65, it is also possible to use a blank which has been produced by sintering chromium powder. For this purpose, a chromium powder with a grain size of 50-300 microns at a temperature of 125O 0 C for 60 min are annealed in a vacuum furnace, not shown in the drawing. The dimensions of the blank or compact 65 are chosen so that it abuts the circumferential shoulder 59 and can not fall into the gap of the lower mold part 49, even if it is only partially filled with a material. After the insertion of the blank or pellet 65 in the gap portion 63, the gap portion 67 in the region of the mold parts 53 and 55 similar to the tube-shaped gap in the Be rich filled ¬ 61 with a low-melting metal in whole or in part. This may again be a copper powder or a section of a copper tube.
Wenn die Schmelzform 41 im Vakuum auf die Schmelztemperatur des nieder schmelzenden Metalls, insbesondere des Kupfers, erhitzt wird, füllt das geschmolzene Metall die Schmelzform 41 im unteren Bereich 61 aus. Das niedrig schmelzende Metall, insbesondere Kupfer, im oberen Bereich 67 diffundiert dann durch den Pressung 65 und füllt dessen Poren aus. Dadurch entsteht im rohrförmigen Spaltabschnitt 63 eine Legierung aus dem nieder und hoch schmelzenden Metall. Über die Porigkeit des Rohlings oder rohrförmigen Presslings 65 lässt sich die Legierung in ihrer Zusammensetzung verändern. Bei der vorbeschriebenen Anordnung für die Herstellung der Abschirmung 11 in der Schmelzform 41 wird das niedrig schmelzende Metall aus dem oberen Bereich 67 als Legierungsdepot verwendet. Aus die¬ sem Grunde muss im oberen Bereich 67 eine ausreichende Menge an Material vorgehalten werden, um ein homogenes Gefüge si¬ cherzustellen .When the melt mold 41 is vacuum-heated to the melting temperature of the low-melting metal, in particular the copper, is heated, the molten metal fills the melt mold 41 in the lower portion 61 from. The low-melting metal, in particular copper, in the upper region 67 then diffuses through the pressure 65 and fills out its pores. As a result, an alloy of the low-melting and high-melting metal is formed in the tubular gap section 63. About the porosity of the blank or tubular compact 65, the alloy can be changed in their composition. In the above-described arrangement for manufacturing the shield 11 in the melt mold 41, the low-melting metal from the upper portion 67 is used as an alloy depot. A sufficient amount of material must be kept from the ¬ sem basically in the upper region 67 to a homogeneous structure si ¬ cherzustellen.
Die Einwirkdauer der schmelzflüssigen Phase muss so lange ausgedehnt werden, bis der Rohling oder rohrförmige Pressung 65 vollständig durch das niedrig schmelzende Metall, insbe¬ sondere Kupfer, gesättigt ist. Der beschriebene Schmelzvor- gang bei einer Temperatur von 1150 bis 125O0C mit einer Haltezeit von 20 bis 60 min erfolgt im Vakuum, um ein Oxidieren der verwendeten Metalle, insbesondere des Kupfers und des Chroms, zu verhindern. Geschieht dies nicht im Vakuum, findet keine Verbindung der Metalle statt.The exposure time of the molten phase should be extended until the blank or tubular pressure is 65 completely saturated by the low-melting metal, in particular ¬ sondere copper. The melting process described at a temperature of 1150 to 125O 0 C with a holding time of 20 to 60 min is carried out in vacuo, in order to prevent oxidation of the metals used, in particular the copper and the chromium. If this does not happen in a vacuum, no connection of the metals takes place.
Wenn der in der Schmelzform 41 erstellte Schmelzrohling für die Abschirmung 11 abgekühlt ist, wird er der Schmelzform 41 entnommen. Anschließend kann eine spanabhebende Bearbeitung sowie auch eine spanlose Verformung der Abschirmung 11 erfol- gen, um die einbaufertige Abschirmung zu erhalten.When the fuse blank for the shield 11 prepared in the melt mold 41 has cooled, it is taken out of the melt mold 41. Subsequently, machining as well as non-cutting deformation of the shield 11 can take place to obtain the ready-to-install shielding.
Die auf die oben beschriebene Weise hergestellte Abschirmung 11 bildet eine hohlzylinderförmige Hülle, in der sich metal¬ lische Materialien in axialer Richtung einander abwechseln, wobei die Übergänge zum mittleren Abschnitt 13 abrupt sind. An einem Übergang liegt immer ein nieder schmelzendes Metall und eine Legierung aus dem nieder schmelzenden und hoch schmelzenden Metall vor. Die beschriebene Kombination von Kupfer-Kupfer-Chrom-Kupfer stellt eine Abschirmung 11 dar, die als Dampfschirm in Vakuumschaltröhren 1 in besonders vorteilhafter Weise eingesetzt wird, um im relevanten Kontakt¬ spaltbereich eine erhöhte Abbrandfestigkeit und Reduzierung von Wirbelströmen zu erzielen. The shield 11 produced in the manner described above forms a hollow cylindrical shell, in which metal ¬ metallic materials alternate in the axial direction, the transitions to the central portion 13 are abrupt. At a transition is always a low-melting metal and an alloy of the low-melting and high-melting metal. The described combination of copper-copper-chromium-copper represents a shield 11, which is used as a vapor shield in vacuum interrupters 1 in a particularly advantageous manner to achieve increased erosion resistance and reduction of eddy currents in the relevant contact ¬ gap area.

Claims

Patentansprüche claims
1. Als Abschirmung in einer Vakuumschaltröhre (1) einsetzba- res rohrförmiges Bauteil (11) aus einem ersten Metall, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t, dass das Bauteil (11) zwischen zwei Endbereichen (12, 14) über einen mittleren Abschnitt (13) verfügt, der ein zweites Metall mit einer Schmelztemperatur aufweist, die höher als die Schmelztemperatur des ersten Metalls ist.1. As a shield in a vacuum interrupter (1) insertable tubular member (11) made of a first metal, characterized in that the component (11) between two end regions (12, 14) has a central portion (13), the one second metal having a melting temperature that is higher than the melting temperature of the first metal.
2. Bauteil nach Anspruch 1, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t, dass die Endbereiche (12, 14) aus Kupfer bestehen, und zwischen den Endbereichen (12, 14) ein mittlerer Abschnitt (13) aus einer Kupfer und Chrom enthaltenden Legierung vorhanden ist.2. Component according to claim 1, characterized in that the end regions (12, 14) consist of copper, and between the end regions (12, 14) a middle section (13) made of a copper and chromium-containing alloy is present.
3. Bauteil nach Anspruch 1 oder 2, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t, dass die Endbereiche (12, 14) auf einen Durchmesser verformt sind, der kleiner als der Durchmesser des mittleren Abschnittes ist.3. Component according to claim 1 or 2, characterized in that the end regions (12, 14) are deformed to a diameter which is smaller than the diameter of the central portion.
4. Verfahren zur Herstellung eines als Abschirmung in einer Vakuumschaltröhre einsetzbaren rohrförmigen Bauteils, bei dem in einer Schmelzform mit einem rohrförmigen Hohlraum ein in axialer Richtung erster Abschnitt des Hohlraumes mit einem nieder schmelzenden Metall gefüllt wird, wobei in dem in axialer Richtung sich anschließenden Abschnitt des Hohlraumes ein mittels eines Pulvers aus hoch schmel¬ zendem Metall hergestellter rohrförmiger poröser Rohling eingebracht wird, und in dem in axialer Richtung sich daran anschließenden Abschnitt des Hohlraumes ein nieder schmelzendes Metall bereitgestellt wird, bevor der Inhalt der Schmelzform im Vakuum für eine zur teilweisen Schmelz- diffusion in den porösen Rohling ausreichende Zeit auf eine ausreichend hohe Temperatur gebracht wird, und nach dem Abkühlen der Schmelzform ein rohrförmiges Bauteil zur Weiterverarbeitung entnommen wird.4. A method for producing a usable as a shield in a vacuum interrupter tubular member in which in a melt mold with a tubular cavity in the axial direction a first portion of the cavity is filled with a low-melting metal, wherein in the adjoining in the axial direction of the section Cavity is introduced by means of a powder made of hochschmel ¬ zendem metal tubular porous blank, and in the axially adjoining portion of the cavity, a low-melting metal is provided before the contents of the mold in vacuo for a partially melted diffusion is brought into the porous blank sufficient time to a sufficiently high temperature, and after cooling the molten shape, a tubular component is removed for further processing.
5. Verfahren nach Anspruch 4, bei dem das nieder schmelzende Metall ein Kupfer-Rohr ist.5. The method of claim 4, wherein the low melting point metal is a copper tube.
6. Verfahren nach Anspruch 4, bei dem das nieder schmelzende Metall Kupfer in Pulverform ist.6. The method of claim 4, wherein the low melting point metal is copper in powder form.
7. Verfahren nach einem der Ansprüche 4 bis 6, bei dem der poröse Rohling aus einem aus Kupfer und Chrom bestehenden Pulver durch Pressen in einer Pressform bei einem ausrei- chend hohem Druck hergestellt wird.7. The method according to any one of claims 4 to 6, wherein the porous blank is made of a powder consisting of copper and chromium by pressing in a mold at a sufficiently high pressure.
8. Verfahren nach einem der Ansprüche 4 bis 6, bei dem der poröse Rohling dadurch hergestellt wird, dass Chrompulver in einer Sinterform bei einer Temperatur von 125O0C wäh- rend 60 min in einem Vakuumofen geglüht wird.8. The method according to any one of claims 4 to 6, wherein the porous blank is prepared by annealing chromium powder in a sintering mold at a temperature of 125O 0 C during 60 min in a vacuum oven.
9. Verfahren nach Anspruch 8, bei dem zur Herstellung des porösen Rohlings Chrompulver mit einer Körnung von 50-300 μm verwendet wird.9. The method of claim 8, wherein for the preparation of the porous blank chromium powder with a grain size of 50-300 microns is used.
10. Verfahren nach Anspruch 7, bei dem zur Herstellung des porösen Rohlings Kupferpulver mit einer Körnung von 40-300 μm und Chrompulver mit einer Körnung von 50-300 μm verwendet wird.10. The method of claim 7, wherein for the production of the porous blank copper powder with a grain size of 40-300 microns and chromium powder with a grain size of 50-300 microns is used.
11. Verfahren nach einem der Ansprüche 4 bis 10, bei dem die Schmelzform im Vakuumofen auf 1150 bis 125O0C mit einer Haltezeit von 20 bis 60 min erhitzt wird. 11. The method according to any one of claims 4 to 10, wherein the melt mold is heated in a vacuum oven to 1150 to 125O 0 C with a holding time of 20 to 60 min.
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