EP4059035A1 - Vakuumleistungsschalter mit verschweissbar ausgestalteten kupferschaltkontakten - Google Patents

Vakuumleistungsschalter mit verschweissbar ausgestalteten kupferschaltkontakten

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EP4059035A1
EP4059035A1 EP20816117.4A EP20816117A EP4059035A1 EP 4059035 A1 EP4059035 A1 EP 4059035A1 EP 20816117 A EP20816117 A EP 20816117A EP 4059035 A1 EP4059035 A1 EP 4059035A1
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EP
European Patent Office
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contact
aluminum
contact pieces
electrical
circuit breaker
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EP20816117.4A
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EP4059035C0 (de
EP4059035B1 (de
Inventor
Thomas Chyla
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Siemens Energy Global GmbH and Co KG
Original Assignee
Siemens Energy Global GmbH and Co KG
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Publication date
Application filed by Siemens Energy Global GmbH and Co KG filed Critical Siemens Energy Global GmbH and Co KG
Publication of EP4059035A1 publication Critical patent/EP4059035A1/de
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Publication of EP4059035C0 publication Critical patent/EP4059035C0/de
Publication of EP4059035B1 publication Critical patent/EP4059035B1/de
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    • H01H2001/0205—Conditioning of the contact material through arcing during manufacturing, e.g. vacuum-depositing of layer on contact surface

Definitions

  • the present invention relates to a method for the produc- tion of an electrical switching contact arrangement for a vacuum circuit breaker, the method comprising at least the steps: a) providing two electrical contact pieces made of copper or a copper alloy; b) Be coating the electrical contact pieces with aluminum or an aluminum alloy, the contact piece being coated using a cold gas spraying process; c) Welding the side coated in process step b), each with a current transfer contact; and d) arranging the units obtained in step b) within the vacuum circuit breaker.
  • the invention further relates to an electrical switching contact arrangement for a vacuum circuit breaker with the contact pieces produced by the method according to the invention.
  • Vacuum circuit breakers for switching medium and high voltages have long been state of the art. This design is robust and has proven itself particularly for absorbing high currents. The disadvantage, however, is that for the switching contacts, due to the absorption of high breaking currents and the associated high forces of the arc plasma, only certain materials are rials are suitable. From these structural constraints, there is only a very limited choice of materials and, accordingly, only limited manufacturing options for these components located on the direct switching path of the current.
  • the contact bolts of a vacuum interrupter are preferably made of copper or copper alloys due to their thermal and electrical properties, which can then only be connected to other components of the vacuum circuit-breaker to a very limited extent mechanically by screwing or clamping. These purely mechanical fastening options can be cumbersome and prone to failure.
  • EP 0203 367 A1 describes a contact arrangement for vacuum switches, with two contacts arranged coaxially opposite one another and displaceable in their axial direction relative to one another, each consisting of a disc-shaped contact piece with a contact surface and a disc located behind it from electrically good conductive material, which the latter are directly connected to the central power supply bolt and through their shape with circular recesses and slots create radial and azimuthal current conductors and thus means for generating axial magnetic fields, whereby -the current from the power supply bolt via the current conductor the disk is guided to the contact piece, characterized by the following features: a) The slots run from the periphery of the disk tangentially to the circular Aussparun conditions, b) the slots and the recesses are each webs for current management between the disk and con clock piece be limited, c) the contacts arranged opposite one another are oriented azimuthally in such a way that the circular cutouts of the two opposite disks are congruent in the axial direction, the associated
  • DE 3347 550 Al discloses a composite material made of chromium and copper, in particular for electrical contact pieces in vacuum switches for medium to high voltages in power engineering, the material being made of a chromium framework impregnated with copper or copper alloys, the The material contains carbon, which is partly in the form of free graphite and partly in the form of bonded metal carbides, for which the chromium structure also has a content of one or more of the metals nickel, cobalt or iron in an amount of 0.05 to 2 parts by weight in%.
  • EP 1831 903 B1 discloses a vacuum interrupter chamber with a first and a second contact piece for switching an electric current flowing through the vacuum interrupter chamber in the closed switching state and with at least one heat pipe containing a working medium for dissipating heat generated by the electric current in the vacuum interrupter chamber, wherein the heat pipe comprises a section called the evaporator and a section of the heat pipe called the condenser, the heat pipe having a flexibly deformable section.
  • the object of the present invention to at least partially overcome the disadvantages known from the prior art. It is in particular the object of the present invention to provide a solution which is characterized by a ne particularly advantageous mechanical and electrical connection of the electrical contact pieces to the further structure of a vacuum interrupter chamber.
  • the object is achieved according to the invention at least in part by a method with the features of claim 1 and by an electrical contact arrangement with the features of claim 7.
  • the present invention thus relates to a method for producing an electrical switching contact arrangement for a vacuum circuit breaker comprising two electrical contact pieces which can be contacted with one another, the method comprising at least the steps: a) providing two electrical contact pieces made of copper or a copper alloy; b) Coating in each case at least one side of the electrical contact pieces with aluminum or an aluminum alloy, the contact piece being coated using a cold gas spraying process and at least one coated side facing the contact side of the two contact pieces; c) welding the side of the contact pieces coated with aluminum in process step b), each with a current transfer contact; d) Arranging the units of contact piece and current transfer contact obtained in step b) within the vacuum circuit breaker.
  • the method according to the invention is a method for the produc- tion of an electrical switching contact arrangement for a vacuum circuit breaker comprising two electrical contact pieces which can be contacted with one another.
  • Vacuum interrupters usually consist of a cylindrical, evacuated, insulating ceramic housing in which there are two switching contacts. One of the two switching contacts is fixed, whereas the other switching contact is movably arranged. The ends of the ceramic housing are metallized at the end faces and soldered to metallic flanges. In order to transmit the movement of the movable contact from the outside into the interior of the vacuum chamber, it is connected to the housing via a metal bellows.
  • a metal vapor shield made of copper or stainless steel is attached in the area of the contacts.
  • the metal vapor screen can be potential-free or connected to one of the contacts.
  • the metal bellows can also be capped for protection.
  • appropriate shields can be integrated.
  • the two contact pieces form parts of the switching contact arrangement and can, depending on the position from the two contact pieces, contact or not.
  • the current arresters which forward the currents conducted through the contact pieces, can also be counted as part of the switching contact arrangement.
  • two electrical contact pieces made of copper or a copper alloy are provided.
  • the electrical contact pieces consist entirely of copper or can also comprise copper alloys. Alloys of copper and chromium with a chromium content of 25-50%, for example, have also been shown to be suitable as ge.
  • the contact pieces can have any geometry. However, cylindrical geometries which each have two end faces and a lateral surface have proven to be particularly favorable. One end face is responsible for the mechanical and electrical contacting of the other contact piece when the vacuum interrupter is in operation, whereas the other end face of the contact piece is then equipped according to the invention with an aluminum coating and welded to the current conductor.
  • the coating takes place at least one side of the electrical contact pieces with aluminum or an aluminum alloy, the contact piece being coated using a cold gas spraying process and at least one coated side of the contact side opposite that of the contact pieces.
  • Cold gas spraying or cold gas spraying is a coating method for metals in which a powdery metal material, metal alloys is applied to a substrate at high speeds. Due to the high kinetic energy of the powder, it binds to the substrate.
  • the gas can preferably be nitrogen and this is accelerated to supersonic speed by means of high pressure and by means of a nozzle. Heating up the gas jet can increase the flow speed of the gas and thus also increase the particle speed. The associated heating of the particles can cause them to deform on impact.
  • Powders made of aluminum or aluminum alloys can be suitable for coating.
  • aluminum powders with a monodisperse size distribution around a D50 value between 10 and 250 ⁇ m have proven to be particularly suitable (measured by means of dynamic light scattering).
  • These powders can form layers that are particularly mechanically resilient and these layers also only have a small proportion of air inclusions. This can help one Maintain the best possible vacuum within the vacuum tube.
  • process step c) the side of the contact pieces coated with aluminum in process step b) is welded, each with a current transfer contact.
  • the mechanical and electrical connection of the individual contact pieces to the respective current transfer contact is therefore not effected via a copper layer but rather via the aluminum layer according to the invention applied using a cold gas spraying process.
  • Direct welding of a copper layer or a copper alloy layer to the current transfer contact which can usually also be made of copper, is technically not possible.
  • the welding of the aluminum layer with the current transfer contact can take place by the welding methods known from the prior art.
  • the units obtained in process step b) from the contact piece and Stromübergangskon are arranged within the vacuum circuit breaker.
  • the units of contact piece and current transfer contact can be installed in the vacuum chamber of the vacuum circuit breaker.
  • further components of the vacuum circuit breaker such as a metal bellows or the end seals, can be connected to the units in any way.
  • the welded connection can be located inside or outside the vacuum chamber after installation. This results as a function of the geometry of the contact piece and the current transfer contact.
  • adjacent areas of the two contact pieces can also be coated with aluminum or an aluminum alloy using a cold gas spraying method.
  • the contact pieces are provided with an aluminum coating at the desired connection point to the current arrester.
  • additional surfaces of the contact piece are also provided with an aluminum coating.
  • An adjacent area which is suitable for this is, for example, the jacket area of the contact piece. If the contact piece is, for example, cylindrically shaped, the coating is applied once to one end face and to at least part of the cylinder jacket adjoining it. This coating can contribute to improved electrical properties of the contact piece. Furthermore, this configuration can enable a more uniform coating of the end face of the contact piece.
  • the side opposite the contact side can be coated with a constant layer thickness in method step b).
  • a coating of the contact piece with a constant layer thickness has proven to be particularly suitable.
  • a constant layer thickness can be assumed in those cases in which the layer thickness varies by less than 10% over the area under consideration, for example the front side.
  • suitable layer thickness ranges for a reliable connection between the current arrester and the contact piece can be between 500 ⁇ m and, for example, 3 cm.
  • the cold gas sprayed aluminum coating can be mechanically processed after application.
  • the applied aluminum coating is subjected to a further mechanical processing step.
  • This mechanical one The processing step can include, for example, smoothing the layer by means of a grinding process. But it is also possible that the aluminum layer is reduced somewhat in thickness by an ablation process. For this purpose, turning or lapping of this layer can be suitable, for example.
  • the aluminum coating can also be given a particularly suitable, low surface roughness, for example by means of a smoothing process, which leads to improved mechanical adhesion during the welding process.
  • the welding method in method step c) can be an electron beam welding method.
  • the connection of the applied aluminum layer with the further current transfer contact or current conductor via an electron beam welding process has proven to be particularly suitable with regard to the mechanical and electrical properties of the connection.
  • the electron beam welding process can in particular result in the connection between the two parts being formed particularly homogeneously, which can also contribute to a particularly homogeneous dissipation of the currents within the vacuum interrupter.
  • the mechanical forces that occur can be absorbed particularly advantageously via the homogeneous connection.
  • the weldable surface of the current transfer contact can have partially silver-plated contact surfaces.
  • the current transfer contact has areas on the contact surface for the aluminum coating of the contact piece which are silver-plated.
  • the silver-plated areas on the current transfer contact can preferably have a size of 5% to 25% of the total area of the current transfer contact.
  • an electrical switching contact arrangement for a vacuum circuit breaker comprising two opposing contact pieces each made of at least one two-layer metallic composite material with a layer of copper and a layer of aluminum or their alloys, the surfaces of the contact pieces being aligned with one another
  • the copper layers and the surfaces of the contact pieces facing away therefrom have the aluminum layers, one or both switching contact pieces of the electrical switching contact arrangement being obtained by the method according to the invention and the contact pieces being welded to one current transfer contact of the vacuum circuit breaker.
  • the electrical switching contact arrangement for a vacuum circuit breaker accordingly has two contact pieces, the contact pieces each individually having a layer which was applied by means of a cold gas spraying process.
  • This further layer of aluminum adheres very well to copper and is welded to the further current conductor using a welding process.
  • This configuration eliminates the measures usually carried out to connect the contact piece and current conductor, such as screwing or clamping.
  • a homogeneous adhesion is obtained between the contact piece and the current conductor, which in particular also leads to the electrical currents occurring during switching being dissipated homogeneously and evenly through the contact piece and the current conductor.
  • the layer thickness of the aluminum coating on the side opposite the contact side and / or the lateral surface can be greater than or equal to 1 mm and less than or equal to 20 mm.
  • These layer thicknesses of the aluminum coating have proven to be a mechanically permanent and electrically advantageous connection of the contact piece to the Tried and tested current arrester. The result is a low-maintenance vacuum circuit breaker whose electrical performance is only insignificantly reduced by the aluminum layer. Smaller layer thicknesses can be disadvantageous, since in this case the layer thickness is insufficient for welding. Larger layer thicknesses can be disadvantageous, since in this case the electrical properties of the unit consisting of contact piece and current conductor are significantly reduced.
  • the layer thickness of the aluminum coating on the opposite side of the contact side can be greater than or equal to 2.5 mm and less than or equal to 20 mm and the coating on the outer surface greater than or equal to 1 mm and less than or equal to 7.5 mm.
  • the layer thickness on the jacket layer of the contact piece does not reach the same thickness as the coating on the end face. This difference in thickness can contribute to a particularly favorable discharge of currents occurring in the area of the unit comprising contact piece and current conductor or current transfer contact.
  • the thickness ratio between the copper and aluminum layer of the contact piece is greater than or equal to 4 and less than or equal to 15.
  • the electrical performance is essentially not reduced and improved mechanical properties of the unit comprising contact piece and current arrester are obtained.
  • Fig. 1 is a schematic overview of the assemblies egg nes vacuum circuit breaker from the prior art in a plan
  • FIG. 2 shows a schematic overview of the assemblies of a vacuum circuit breaker from the prior art in cross section
  • Fig. 3 is a schematic overview of the assemblies egg nes vacuum circuit breaker according to the invention in cross section;
  • FIG. 4 shows a schematic overview of two contact pieces, each with an aluminum coating on the end face and partially on the outer surface;
  • Fig. 5 is a schematic overview of a Greanord voltage of two units according to the invention of contact piece and current conductor in cross section.
  • the vacuum circuit breaker 1 shows schematically the structure of a vacuum circuit breaker 1.
  • the vacuum circuit breaker 1 has two contact pieces 4, 5, of which one of the contact pieces is movable and one of the contact pieces is fixed.
  • the vacuum circuit breaker 1 also has a metal vapor screen 2 and an outer insulator 3.
  • the contact piece 4 is on the Current arrester 6 connected to the further electrical network.
  • the contact piece 5 is connected to the current conductor 7 with the wide Ren electrical network.
  • the contact pieces 4, 5 can each be connected to the corresponding current arrester 6, 7, for example via a clamp connection or a screw connection.
  • FIG. 2 also shows schematically the structure of a vacuum circuit breaker 1.
  • the vacuum circuit breaker 1 has two contact pieces 4, 5, of which in this game the contact piece 4 is movable and the contact piece 5 is fixed.
  • the vacuum circuit breaker 1 can also have a metal vapor screen 2, a metal bellows 8, a protective cap 9 for the metal bellows 8 and an outer insulator 3.
  • the contact piece 4 is connected to the further electrical network via the current arrester 7.
  • the contact piece 5 is connected to the current conductor 6 with the further electrical network.
  • the contact pieces 4, 5 can each be connected to the corresponding current arrester 6, 7, for example via a clamp connection or a screw connection.
  • FIG. 3 shows schematically the structure of a vacuum circuit breaker 1 according to the invention.
  • the vacuum circuit breaker 1 comprises two contact pieces 4, 5, of which, in this example, the contact piece 4 is movable and the contact piece 5 is fixed.
  • the vacuum circuit breaker 1 can also have a metal vapor screen 2, a metal bellows 8, a protective cap 9 for the metal bellows 8 and an outer insulator 3.
  • the contact piece 4 is connected to the further electrical network via the current arrester 7.
  • the contact piece 5 is connected to the current arrester 6 with the further electrical network rule.
  • the contact pieces 4, 5 each have a cold gas-sprayed aluminum layer 10 on their end faces or surfaces.
  • the respective contact piece 4, 5 was the corresponding current arrester or current transfer contact 6, 7 over a welded joint 11 mechanically connected.
  • the result is a mechanically extremely stable unit which is exposed to significantly fewer mechanical disturbances and errors.
  • the dimensions of the contact pieces 4.5 in relation to the thickness of the aluminum coating 10 result in very good electrical properties for the unit made up of contact pieces 4, 5 and current arresters 6.7.
  • the welded connection points 11 are located within the vacuum chamber. It is also possible to arrange one of the welding points 11 inside and one of the welding points 11 outside the vacuum chamber.
  • FIG. 4 schematically shows contact pieces 4, 5 according to the invention, each with a cold gas-sprayed aluminum layer 10.
  • the coating was carried out uniformly, it being evident here that both the end face and the jacket layer of the contacts were coated. This coating can contribute to particularly favorable electrical and mechanical properties of the vacuum circuit breaker 1.
  • FIG. 5 schematically shows a configuration according to the invention for connecting the contact pieces 4, 5 and the current collectors 6, 7.
  • the aluminum layers 10 sprayed with cold gas and the welded connections 11 to the current arresters are shown in each case.
  • the welded connection points 11 are located outside of the vacuum chamber.

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  • Manufacturing & Machinery (AREA)
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Abstract

Die vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren zur Herstellung einer elektrischen Schaltkontaktanordnung für einen Vakuumleistungsschalter, wobei das Verfahren mindestens die Schritte umfasst: a) Bereitstellen zweier elektrischer Kontaktstücke aus Kupfer oder einer Kupferlegierung; b) Beschichten der elektrischen Kontaktstücke mit Aluminium oder einer Aluminiumlegierung, wobei die Beschichtung der Kontaktstückes über ein Kaltgassprühverfahren erfolgt; c) Verschweißen der im Verfahrensschritt b) beschichteten Seite mit jeweils einen Stromübergangskontakt; und d) Anordnen der im Verfahrensschritt b) erhaltenen Einheiten innerhalb des Vakuumleistungsschalter. Die Erfindung betrifft des Weiteren eine elektrische Schaltkontaktanordnung für einen Vakuumleistungsschalter mit den nach dem erfindungsgemäßen Verfahren hergestellten Kontaktstücken.

Description

Beschreibung
Vakuumleistungsschalter mit verschweißbar ausgestalteten Kup ferschaltkontakten
Die vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren zur Herstel lung einer elektrischen Schaltkontaktanordnung für einen Va kuumleistungsschalter, wobei das Verfahren mindestens die Schritte umfasst: a) Bereitstellen zweier elektrischer Kon taktstücke aus Kupfer oder einer Kupferlegierung; b) Be schichten der elektrischen Kontaktstücke mit Aluminium oder einer Aluminiumlegierung, wobei die Beschichtung der Kontakt stückes über ein Kaltgassprühverfahren erfolgt; c) Verschwei ßen der im Verfahrensschritt b) beschichteten Seite mit je weils einen Stromübergangskontakt; und d) Anordnen der im Verfahrensschritt b) erhaltenen Einheiten innerhalb des Vaku umleistungsschalter. Die Erfindung betrifft des Weiteren eine elektrische Schaltkontaktanordnung für einen Vakuumleistungs schalter mit den nach dem erfindungsgemäßen Verfahren herge stellten Kontaktstücken.
Die sichere und wartungsarme Kontrolle hoher Ströme oder ho her Spannungen ist heutzutage umso wichtiger, da im Zuge der Energiewende die Distanzen zwischen dem Ort der Erzeugung und dem Ort des Verbrauches der elektrischen Energie immer größer werden. Dadurch bedingt werden immer größere Strommengen über die bestehende Infrastruktur geleitet, welches sich im beson deren Maße auf die Störanfälligkeit des gesamten Systems aus wirkt. Um dieser Situation gerecht zu werden, sind sicherere und wartungsärmere Einzelkomponenten eine Grundvoraussetzung.
Vakuum-Leistungsschalter zum Schalten mittlerer und hoher Spannungen gehören schon seit langem zum Stand der Technik. Diese Bauform ist robust und hat sich insbesondere für die Aufnahme hoher Ströme bewährt. Nachteilig hingegen ist je doch, dass sich für die Schaltkontakte aufgrund der Aufnahme hoher Ausschaltströme und den damit verbundenen hohen Kräften des auftretenden Lichtbogenplasmas, sich nur bestimmte Mate- rialen eignen. Aus diesen konstruktiven Randbedingungen erge ben sich gerade für diese, auf dem direkten Schaltweg des Stromes liegende Bauteile, eine nur sehr eingeschränkte Mate rialauswahl und dementsprechend nur eingeschränkte Herstell möglichkeiten. So werden beispielsweise die Kontaktbolzen ei ner Vakuum-Schaltröhre aufgrund der thermischen und elektri schen Eigenschaften bevorzugt aus Kupfer oder Kupferlegierun gen gefertigt, welche dann mechanisch nur sehr eingeschränkt über ein Verschrauben oder ein Verklemmen mit weiteren Be standteilen des Vakuum-Leistungsschalters verbunden werden können. Diese rein mechanischen Befestigungsmöglichkeiten können umständlich und störanfällig sein.
Auch in der Patentliteratur werden unterschiedliche Ansätze zur Verbesserung des Aufbaus der elektrischen Kontakte von Vakuum-Leistungsschaltern behandelt.
So beschreibt beispielsweise die EP 0203 367 Al eine Kon taktanordnung für Vakuumschalter, mit zwei koaxial einander gegenüber angeordneten und in ihrer Achsrichtung relativ zu einander verschiebbaren Kontakten, die je aus einem - schei benförmigen Kontaktstück mit Kontaktfläche und einer dahinter mit Abstand liegenden Scheibe aus elektrisch gut leitendem Material bestehen, welche letztere direkt mit dem zentralen Strom- zuführungsbolzen verbunden sind und durch ihre Formge bung mit kreisförmigen Aussparungen und Schlitzen radial und azimutal verlaufende Stromleiter und dadurch Mittel zur Er zeugung von axialen Magnetfeldern realisieren, wobei -der Strom vom Stromzuführungsbolzen über die Stromleiter der Scheibe zum Kontaktstück geführt wird, gekennzeichnet durch folgende Merkmale: a) Die Schlitze laufen vom Umfang der Scheibe ausgehend tangential an die kreisförmigen Aussparun gen, b) von den Schlitzen und den Aussparungen werden jeweils Stege zur Stromführung zwischen Scheibe und Kontaktstück be grenzt, c) die einander gegenüber angeordneten Kontakte sind azimutal derart orientiert, dass die kreisförmigen Aussparun gen der beiden gegenüberliegenden Scheiben in Achsrichtung deckungsgleich sind, die zugehörigen tangentialen Schlitze dagegen nur am Außendurchmesser der Scheiben einander gegen überstehen .
Des Weiteren offenbart die DE 3347 550 Al einen Verbundwerk stoff aus Chrom und Kupfer, insbesondere für elektrische Kon taktstücke in Vakuumschaltern für mittlere bis hohe Spannun gen der Energietechnik, wobei der Werkstoff aus einem mit Kupfer oder Kupfer-Legierungen getränkten Chromgerüst be steht, wobei der Werkstoff Kohlenstoff enthält, der teilweise in Form von freiem Graphit und teilweise in gebundener Form von Metallcarbiden vorliegt, wozu das Chromgerüst zusätzlich einen Gehalt eines oder mehrerer der Metalle Nickel, Kobalt oder Eisen in einer Menge von 0,05 bis 2 Masseanteilen in % hat.
Die EP 1831 903 Bl offenbart eine Vakuumschaltkammer mit ei nem ersten und einem zweiten Kontaktstück zum Schalten eines im geschlossenen Schaltzustand durch die Vakuumschaltkammer fließenden elektrischen Stromes und mit mindestens einem ein Arbeitsmedium beinhaltendem Wärmerohr zum Abführen von durch den elektrischen Strom in der Vakuumschaltkammer entstehender Wärme, wobei das Wärmerohr einen als Verdampfer bezeichneten Abschnitt und einen als Kondensator bezeichneten Abschnitt des Wärmerohres umfasst, wobei das Wärmerohr einen flexibel verformbaren Abschnitt aufweist.
Derartige aus dem Stand der Technik bekannte Lösungen zur Verbesserung der elektrischen und mechanischen Eigenschaften der elektrischen Kontakte von Vakuum-Leistungsschaltern kön nen jedoch noch weiteres Verbesserungspotential bieten, ins besondere hinsichtlich der mechanischen und elektrischen An bindung der Kontaktstücke an die weiteren Komponenten der Va kuum-Schaltkämmer .
Es ist die Aufgabe der vorliegenden Erfindung, die aus dem Stand der Technik bekannten Nachteile zumindest teilweise zu überwinden. Es ist insbesondere die Aufgabe der vorliegenden Erfindung, eine Lösung bereitzustellen, welche sich durch ei- ne besonders vorteilhafte mechanische und elektrische Anbin dung der elektrischen Kontaktstücke an den weiteren Aufbau einer Vakuumschaltkammer auszeichnet.
Die Lösung der Aufgabe erfolgt erfindungsgemäß zumindest zum Teil durch ein Verfahren mit den Merkmalen des Anspruchs 1, sowie durch eine elektrische Kontaktanordnung mit den Merkma len des Anspruchs 7.
Die vorliegende Erfindung betrifft somit ein Verfahren zur Herstellung einer elektrischen Schaltkontaktanordnung für ei nen Vakuumleistungsschalter umfassend zwei miteinander kon taktierbare elektrische Kontaktstücke, wobei das Verfahren mindestens die Schritte umfasst: a) Bereitstellen zweier elektrischer Kontaktstücke aus Kupfer oder einer Kupferlegierung; b) Beschichten jeweils mindestens einer Seite der elektri schen Kontaktstücke mit Aluminium oder einer Aluminiumlegie rung, wobei die Beschichtung der Kontaktstückes über ein Kaltgassprühverfahren erfolgt und mindestens eine beschichte te Seite der Kontaktseite der beiden Kontaktstücke gegenüber liegt; c) Verschweißen der im Verfahrensschritt b) mit Aluminium be schichteten Seite der Kontaktstücke mit jeweils einen Strom übergangskontakt; d) Anordnen der im Verfahrensschritt b) erhaltenen Einheiten aus Kontaktstück und Stromübergangskontakt innerhalb des Va kuumleistungsschalter .
Überraschenderweise wurde gefunden, dass eine mechanische An bindung der Kontaktstücke über eine Schicht aus kaltgasge sprühtem Aluminium an die weiteren Bauteile von Vakuum- Schaltkammern zu besonders langlebigen und wartungsarmen Va kuum-Schaltkämmern führt. Die bisher aus dem Stand der Tech nik bekannten Verklemmungen oder Verschraubungen sind somit überflüssig und vorteilhafterweise ergeben sich durch die An bindung über Verschweißen elektrisch homogenere Kontaktstel len zwischen Kontaktstück und Stromableiter. Das Abführen ho- her Spannungen oder hoher Ströme erfolgt in der erfindungsge mäßen Ausgestaltung über eine homogene Anbindung des Kontakt stück an den Stromableiter, so dass die auftretenden elektri schen und magnetischen Felder homogen abgeleitet werden kön nen. Dies ist in aus dem Stand der Technik bekannten Ausge staltungen schwieriger, in denen die Kontaktstücke nicht sym metrisch an die Stromableiter angebunden sind. Dadurch kann sich immer eine Vorzugsrichtung in der Ableitung der Ströme ergeben, welches zu einem erhöhten Verschleiß bestimmter Be reiche des Kontaktstückes führen kann. Ein weiterer Vorteil besteht darin, dass die kaltgasgesprühte Aluminiumschicht sehr dicht ist, so dass auch im Betrieb das Vakuum der Vaku- um-Schaltröhre über lange Standzeiten garantiert werden kann. Die Anbindung des Kontaktstückes über ein Verschweißen mit dem Stromableiter ist mechanisch im hohen Maße belastbar, so dass die ausfallsicheren Standzeiten der Vakuum-Schaltröhre verlängert werden können.
Das erfindungsgemäße Verfahren ist ein Verfahren zur Herstel lung einer elektrischen Schaltkontaktanordnung für einen Va kuumleistungsschalter umfassend zwei miteinander kontaktier bare elektrische Kontaktstücke. Vakuumschaltröhren bestehen in der Regel aus einem zylinderförmigen, evakuierten, isolie renden Keramikgehäuse, in welchen sich zwei Schaltkontakte befinden. Einer der beiden Schaltkontakte ist fest, wohinge gen der andere Schaltkontakt beweglich angeordnet ist. Die Enden des Keramikgehäuses sind an den Stirnflächen metalli siert und mit metallischen Flanschen verlötet. Um die Bewe gung des beweglichen Kontakts von außen ins Innere der Vaku umkammer zu übertragen, ist dieser über einen Metallfalten balg mit dem Gehäuse verbunden. Damit sich während eines Schaltvorgangs kein verdampfendes Kontaktmaterial auf der in neren Oberfläche der Keramik anlagern und so die Isolation schwächen kann, ist im Bereich der Kontakte ein Metalldampf schirm aus Kupfer oder Edelstahl angebracht. Je nach Ausfüh rungsvariante kann der Metalldampfschirm potentialfrei oder mit einem der Kontakte verbunden sein. Der Metallfaltenbalg kann ebenfalls zum Schutz mit einer Kappe versehen sein. Um dielektrische Probleme am Übergang von der Keramik zum metal lischen Endflansch zu vermeiden, können entsprechende Ab schirmungen integriert sein. Die beiden Kontaktstücke bilden Teile der Schaltkontaktanordnung und können sich je nach Ab stand der beiden Kontaktstücke kontaktieren oder nicht. Zu der Schaltkontaktanordnung können auch noch die Stromableiter gezählt werden, welche die durch die Kontaktstücke geleiteten Ströme weiterleiten.
Im Verfahrensschritt a) erfolgt das Bereitstellen zweier elektrischer Kontaktstücke aus Kupfer oder einer Kupferlegie rung. Die elektrischen Kontaktstücke bestehen dabei ganz aus Kupfer oder können auch Kupferlegierungen umfassen. Als ge eignet haben sich beispielsweise auch Legierungen aus Kupfer und Chrom mit einem Chromanteil von beispielsweise 25-50% er wiesen. Erfindungsgemäß ist es prinzipiell möglich, dass nur ein Kontaktstück mit der erfindungsgemäßen Aluminiumlegierung ausgerüstet wird. Es hat sich aber als deutlich effizienter erwiesen, dass beide Kontaktstücke der Vakuum-Schaltröhre er findungsgemäß mit einer Aluminiumbeschichtung ausgerüstet werden. Die Kontaktstücke können dabei jedwede Geometrie auf weisen. Als besonders günstig haben sich aber zylindrische Geometrien herausgestellt, die jeweils zwei Stirnseiten und eine Mantelfläche aufweisen. Die eine Stirnseite ist im Be trieb der Vakuum-Schaltröhre für die mechanische und elektri sche Kontaktierung des anderen Kontaktstückes verantwortlich, wohingegen die andere Stirnseite des Kontaktstücks dann er findungsgemäß mit einer Aluminiumbeschichtung ausgerüstet und an die Stromableiter geschweißt wird.
Im Verfahrensschritt b) erfolgt das Beschichten jeweils min destens einer Seite der elektrischen Kontaktstücke mit Alumi nium oder einer Aluminiumlegierung, wobei die Beschichtung der Kontaktstückes über ein Kaltgassprühverfahren erfolgt und mindestens eine beschichtete Seite der Kontaktseite der bei den Kontaktstücke gegenüberliegt. Kaltgassprühen oder auch Kaltgasspritzen ist eine Beschichtungsmethode für Metalle, bei der ein pulverförmiger Metallwerkstoff, Metalllegierungen mit hohen Geschwindigkeiten auf ein Substrat aufgebracht wird. Aufgrund der hohen kinetischen Energie des Pulvers ver bindet sich dieses mit Substrat. Das Gas kann vorzugsweise Stickstoff sein und dieses wird durch hohen Druck und mittels einer Düse auf Überschallgeschwindigkeit beschleunigt. Ein Aufheizen des Gasstrahls kann die Strömungsgeschwindigkeit des Gases erhöhen und somit auch die Partikelgeschwindigkeit vergrößern. Die damit ebenfalls verbundene Erwärmung der Par tikel kann deren Verformung beim Aufprall bewirken. Die Gas temperatur liegt beim Kaltgasspritzen jedoch deutlich unter halb der Schmelztemperatur der eingesetzten Pulver, so dass ein Schmelzen der Metallpartikel im Gasstrahl nicht stattfin det. Überraschenderweise kann diese Technik auch bei dem Auf bau von Vakuum-Schaltröhre eingesetzt werden und es lassen sich mittels dieser Technik Schichten erstellen, die den ext remen Belastungen durch die auftretenden Ströme und Spannun gen standhalten können. Zusätzlich war nicht vorherzusehen, dass sich die über diese Beschichtungstechnik herstellbar Be schichtungen auch für den Einsatz im Vakuum eignen. Die Kom bination aus elektrischer Belastung und Umgebungsbedingungen schienen a priori für den Einsatz dieser Technik ungeeignet. Mittels Kaltgassprühens wird insofern mindestens die Rücksei te des oder der Schaltkontakte beschichtet, wobei die Rück seite diejenige Seite meint, welche keinen direkten Kontakt zum anderen Schaltkontakte aufweist. Die Rückseite des Schaltkontakte ist mit dem Stromübergangskontakt verbunden, welcher den Schaltkontakt elektrisch mit den weiteren Be standteilen des elektrischen Netzes verbindet.
Zur Beschichtung können sich beispielsweise Pulver aus Alumi nium oder Aluminiumlegierungen eignen, welche eine enge Par tikelgrößenverteilung aufweisen. So haben sich beispielsweise Aluminiumpulver mit einer monodispersen Größenverteilung um einen D50 Wert zwischen 10 und 250 pm als besonders geeignet herausgestellt (gemessen mittels dynamischer Lichtstreuung). Diese Pulver können besonders mechanisch belastbare Schichten ausbilden und diese Schichten weisen zudem nur einen geringen Anteil an Lufteinschlüssen auf. Dies kann dazu beitragen, ein möglichst gutes Vakuum innerhalb der Vakuumröhre beizubehal ten.
Im Verfahrensschritt c) erfolgt das Verschweißen der im Ver fahrensschritt b) mit Aluminium beschichteten Seite der Kon taktstücke mit jeweils einen Stromübergangskontakt. Die me chanische und elektrische Anbindung der einzelnen Kontaktstü cke an den jeweiligen Stromübergangskontakt erfolgt also nicht über eine Kupfer- sondern über die erfindungsgemäße mit einem Kaltgassprühverfahren aufgebrachte Aluminiumschicht.
Ein direktes Verschweißen einer Kupferschicht oder einer Kup- ferlegierungs-Schicht mit dem Stromübergangskontakt, welcher üblicherweise auch aus Kupfer ausgebildet sein kann, ist technisch nicht möglich. Das Verschweißen der Aluminium schicht mit dem Stromübergangskontakt kann dabei durch die aus dem Stand der Technik bekannten Schweißverfahren erfol gen.
Im Verfahrensschritt d) werden die im Verfahrensschritt b) erhaltenen Einheiten aus Kontaktstück und Stromübergangskon takt innerhalb des Vakuumleistungsschalter angeordnet. Nach dem Zusammenfügen von Kontaktstück und Stromübergangskontakt durch ein Schweißverfahren, können die Einheiten aus Kontakt stück und Stromübergangskontakt in die Vakuumkammer des Vaku um-Leistungsschalters eingebaut werden. Dazu können noch wei tere Bestandteile des Vakuum-Leistungsschalters, wie bei spielsweise ein Metall-Faltenbalg oder die Enddichtungen, in beliebiger Weise mit den Einheiten verbunden werden. Die ge schweißte Verbindung kann sich nach dem Einbau dabei inner halb oder auch außerhalb der Vakuumkammer befinden. Dies ergibt sich als Funktion der Geometrie des Kontaktstücks und des Stromübergangkontaktes.
In einer bevorzugten Ausführungsform des Verfahrens können im Verfahrensschritt b) zusätzlich zu der der Kontaktseite ge genüberliegenden Seite auch dazu angrenzende Bereiche der beiden Kontaktstücke über ein Kaltgassprühverfahren mit Alu minium oder einer Aluminiumlegierung beschichtet werden. Er- findungsgemäß werden die Kontaktstücke an der gewünschten Verbindungsstelle zum Stromableiter mit einer Aluminiumbe schichtung versehen. Neben der Beschichtung dieser Verbin dungsstelle hat es sich als besonders geeignet herausge stellt, dass auch noch zusätzliche Flächen des Kontaktstücks mit einer Aluminiumbeschichtung versehen werden. Ein angren zender Bereich, welcher sich dazu eignet, ist beispielsweise der Mantelbereich des Kontaktstückes. Ist das Kontaktstück beispielsweise zylindrisch geformt, so wird die Beschichtung einmal auf eine Stirnseite und zu mindestens noch auf einen Teil des dazu angrenzenden Zylindermantels aufgebracht. Diese Beschichtung kann zu verbesserten elektrischen Eigenschaften des Kontaktstückes beitragen. Des Weiteren kann diese Ausge staltung eine gleichmäßigere Beschichtung der Stirnseite des Kontaktstückes ermöglichen.
In einer weiter bevorzugten Ausgestaltung des Verfahrens kann die Beschichtung der der Kontaktseite gegenüberliegenden Sei te im Verfahrensschritt b) mit einer konstanten Schichtdicke erfolgen. Zum Erhalt möglichst gleichmäßiger mechanischer und elektrischer Eigenschaften der Verbindungsstelle zwischen Stromableiter und Kontaktstück hat sich eine Beschichtung des Kontaktstück mit einer konstanten Schichtdicke als besonders geeignet herausgestellt. Eine konstante Schichtdicke ist in den Fällen anzunehmen, in denen die Schichtdicke über die be trachtete Fläche, beispielsweise die Stirnseite, um weniger als 10 % variiert. Generell geeignete Schichtdickenbereiche zur verlässlichen Verbindung zwischen Stromableiter und Kon taktstück können zwischen 500 pm und beispielsweise 3 cm lie gen.
Im Rahmen eines bevorzugten Aspektes des Verfahrens kann die kaltgasgesprühte Aluminiumbeschichtung nach dem Aufbringen mechanisch bearbeitet werden. Zum Erhalt einer möglichst re produzierbaren Festigkeit im Rahmen des Schweißvorganges hat es sich als besonders geeignet herausgestellt, dass die auf gebrachte Aluminiumbeschichtung noch einem weiteren mechani schen Bearbeitungsschritt unterzogen wird. Dieser mechanische Bearbeitungsschritt kann beispielsweise das Glätten der Schicht durch einen Schleifprozess beinhalten. Es ist aber auch möglich, dass die Aluminiumschicht durch einen Abtra gungsprozess etwas in der Dicke reduziert wird. Dazu können sich beispielsweise ein Abdrehen oder ein Läppen dieser Schicht eignen. Die Aluminiumbeschichtung kann aber auch bei spielsweise durch einen Glättungsprozess eine besonders ge eignete, geringe Oberflächenrauigkeit erhalten, welche zu ei ner verbesserten mechanischen Haftung im Rahmen des Schweiß vorganges führt.
Innerhalb einer weiter bevorzugten Ausgestaltung des Verfah rens kann das Schweißverfahren im Verfahrensschritt c) ein Elektronenstrahlschweißverfahren sein. Das Verbinden der auf gebrachten Aluminiumschicht mit dem weiteren Stromübergangs kontakt oder Stromableiter über ein Elektronenstrahlschweiß verfahren hat sich bezüglich der mechanischen und elektri schen Eigenschaften der Verbindung als besonders geeignet herausgestellt. Das Elektronenstrahlschweißverfahren kann insbesondere dazu führen, dass die Verbindung zwischen beiden Teilen besonders homogen ausgebildet wird, welches auch zu einer besonders homogenen Abführung der Ströme innerhalb der Vakuum-Schaltkämmer beitragen kann. Des Weiteren können über die homogene Verbindung die auftretenden mechanischen Kräfte besonders vorteilhaft aufgenommen werden.
Innerhalb einer bevorzugten Charakteristik des Verfahrens kann die verschweißbare Fläche des Stromübergangskontakts partiell versilberte Kontaktflächen aufweisen. Zur Verbesse rung der Stromleitung über die Einheit aus Stromableiter oder Stromübergangskontakt und Kontaktstück hat es sich als güns tig erwiesen, dass der Stromübergangskontakt an der Kontakt fläche zur Aluminiumbeschichtung des Kontaktstückes Bereiche aufweist, welche versilbert sind. Die versilberten Flächen am Stromübergangskontakt können bevorzugt eine Größe von 5 % bis 25 % der gesamten Fläche des Stromübergangskontakts ausma chen. Des Weiteren erfindungsgemäß ist ein elektrische Schaltkon taktanordnung für einen Vakuumleistungsschalter, wobei die elektrische Schaltkontaktanordnung zwei gegenüberliegende Kontaktstücke aus jeweils mindestens einen zweilagigen metal lischen Verbundwerkstoff mit einer Lage aus Kupfer und einer Lage aus Aluminium oder deren Legierungen umfasst, wobei die jeweils zueinander ausgerichteten Oberflächen der Kontaktstü cke die Kupferlagen und die jeweils davon abgewandten Flächen der Kontaktstücke die Aluminiumlagen aufweisen, wobei eines oder beide Schaltkontaktstücke der elektrischen Schaltkon taktanordnung nach dem erfindungsgemäßen Verfahren erhalten werden und die Kontaktstücke mit jeweils einem Stromüber gangskontakt des Vakuumleistungsschalter verschweißt sind.
Die elektrische Schaltkontaktanordnung für einen Vakuumleis tungsschalter weist demzufolge zwei Kontaktstücke auf, wobei die Kontaktstücke jeweils einzeln eine Schicht aufweisen, welche mittels eines Kaltgassprühverfahrens aufgebracht wur den. Diese weitere Schicht aus Aluminium haftet sehr gut auf Kupfer und wird mit dem weiteren Stromableiter über ein Schweißverfahren verschweißt. Durch diese Ausgestaltung ent fallen die üblicherweise durchgeführten Maßnahmen zur Verbin dung von Kontaktstück und Stromableiter, wie beispielsweise ein Verschrauben oder ein Verklemmen. Es wird eine homogene Haftung zwischen Kontaktstück und Stromableiter erhalten, welche insbesondere auch dazu führt, dass die auftretenden elektrischen Ströme beim Schalten homogen und gleichmäßig durch das Kontaktstück und den Stromableiter abgeführt wer den. Für die weiteren Vorteile der erfindungsgemäßen Schalt kontaktanordnung wird explizit auch auf die Vorteile des er findungsgemäßen Verfahrens verwiesen.
In einer bevorzugten Ausgestaltung der elektrischen Schalt kontaktanordnung kann die Schichtdicke der Aluminiumbeschich tung auf der der Kontaktseite gegenüberliegenden Seite und/oder der Mantelfläche größer oder gleich 1 mm und kleiner oder gleich 20 mm betragen. Diese Schichtdicken der Alumini umbeschichtung haben sich für eine mechanisch dauerhafte und elektrisch vorteilhafte Anbindung des Kontaktstückes an den Stromableiter bewährt. Es ergibt sich ein wartungsarmer Vaku umleistungsschalter, dessen elektrische Leistungsfähigkeit durch die eingebrachte Aluminiumschicht nur unwesentlich re duziert ist. Kleinere Schichtdicken können nachteilig sein, da sich in diesem Fall keine ausreichende Schichtdicke für ein Verschweißen einstellt. Größere Schichtdicken können nachteilig sein, da in diesem Fall die elektrischen Eigen schaften der Einheit aus Kontaktstück und Stromableiter deut lich verringert werden.
Innerhalb einer bevorzugten Ausführungsform der elektrischen Schaltkontaktanordnung kann die Schichtdicke der Aluminiumbe schichtung auf der Kontaktseite gegenüberliegenden Seite grö ßer oder gleich 2,5 mm und kleiner oder gleich 20 mm und die Beschichtung auf der Mantelfläche größer oder gleich 1 mm und kleiner oder gleich 7,5 mm betragen. Zum Erhalt einer mög lichst gleichmäßigen Beschichtung hat es sich als günstig herausgestellt, dass sowohl die Stirnseite wie auch die Man telfläche des Kontaktstückes beschichtet werden. Dabei ist es insbesondere günstig, dass die Schichtdicke auf der Mantel schicht des Kontaktstück nicht dieselbe Dicke erreicht wie die Beschichtung auf der Stirnfläche. Dieser Unterschied in den Dicken kann zu einer besonders günstigen Ableitung auf tretender Ströme im Bereich der Einheit aus Kontaktstück und Stromleiter oder Stromübergangskontakt beitragen.
Nach einem weiter bevorzugten Aspekt der elektrischen Schalt kontaktanordnung kann das Dickenverhältnis zwischen Kupfer- und Aluminiumschicht des Kontaktstückes, ausgedrückt als Quo tient aus der Dicke(Kupfer)/Dicke(Aluminium), größer oder gleich 4 und kleiner oder gleich 15 betragen. Zum Erhalt ei nes möglichst leistungsfähigen Schalters hat es sich als günstig herausgestellt, oben angegebene Bereiche der Relation zwischen Dicke des Kontaktstückes und Dicke der aufgebrachten Aluminiumschicht einzuhalten. Durch diese Relation wird die elektrische Leistungsfähigkeit im Wesentlichen nicht redu ziert und es werden verbesserte mechanische Eigenschaften der Einheit aus Kontaktstück und Stromableiter erhalten. Hinsichtlich weiterer Vorteile und technischer Merkmale der Schalteranordnung wird auf die Beschreibung der Schalterano rdnung, die Figuren und die Beschreibung der Figuren verwie sen, und umgekehrt.
Weitere Einzelheiten, Merkmale und Vorteile des Gegenstandes der Erfindung ergeben sich aus den Unteransprüchen sowie aus der nachfolgenden Beschreibung der Figuren und den zugehöri gen Beispielen. In den Figuren zeigen die:
Fig. 1 eine schematische Übersicht über die Baugruppen ei nes Vakuumleistungsschalter aus dem Stand der Technik in einer Aufsicht;
Fig. 2 eine schematische Übersicht über die Baugruppen ei nes Vakuumleistungsschalter aus dem Stand der Technik im Querschnitt;
Fig. 3 eine schematische Übersicht über die Baugruppen ei nes erfindungsgemäßen Vakuumleistungsschalters im Quer schnitt;
Fig. 4 eine schematische Übersicht über zwei Kontaktstücke mit jeweils einer Aluminiumbeschichtung auf der Stirn seite und partiell auf der Mantelfläche;
Fig. 5 eine schematische Übersicht über eine Kontaktanord nung aus zwei erfindungsgemäßen Einheiten aus Kontakt stück und Stromableiter im Querschnitt.
Die Figur 1 zeigt schematisch den Aufbau eines Vakuum- Leistungsschalters 1. Der Vakuum-Leistungsschalter 1 weist zwei Kontaktstücke 4, 5 auf, von denen eines der Kontaktstü cke beweglich und eines der Kontaktstücke feststehend ange ordnet ist. Neben weiteren Baugruppen weist der Vakuum- Leistungsschaltern 1 noch einen Metalldampfschirm 2 und einen äußeren Isolator 3 auf. Das Kontaktstück 4 ist über den Stromableiter 6 mit dem weiteren elektrischen Netz verbunden. Das Kontaktstück 5 ist mit dem Stromableiter 7 mit dem weite ren elektrischen Netz verbunden. Die Kontaktstücke 4, 5 kön nen beispielsweise über eine Klemmverbindung oder eine Ver schraubung jeweils mit dem entsprechenden Stromableiter 6, 7 verbunden sein.
Die Figur 2 zeigt schematisch ebenfalls den Aufbau eines Va kuum-Leistungsschalters 1. Der Vakuum-Leistungsschalter 1 weist zwei Kontaktstücke 4, 5 auf, von denen in diesem Bei spiel das Kontaktstück 4 beweglich und das Kontaktstück 5 feststehend angeordnet ist. Neben weiteren Baugruppen kann der Vakuum-Leistungsschalter 1 noch einen Metalldampfschirm 2, einen Metallfaltenbalg 8, eine Schutzkappe 9 für den Me tallfaltenbalg 8 und einen äußeren Isolator 3 aufweisen. Das Kontaktstück 4 ist über den Stromableiter 7 mit dem weiteren elektrischen Netz verbunden. Das Kontaktstück 5 ist mit dem Stromableiter 6 mit dem weiteren elektrischen Netz verbunden. Die Kontaktstücke 4, 5 können beispielsweise über eine Klemm verbindung oder eine Verschraubung jeweils mit dem entspre chenden Stromableiter 6, 7 verbunden sein.
Die Figur 3 zeigt schematisch den Aufbau eines erfindungsge mäßen Vakuum-Leistungsschalters 1. Der Vakuum- Leistungsschalter 1 umfasst zwei Kontaktstücke 4, 5, von de nen in diesem Beispiel das Kontaktstück 4 beweglich und das Kontaktstück 5 feststehend angeordnet ist. Neben weiteren Baugruppen kann der Vakuum-Leistungsschalter 1 noch einen Me talldampfschirm 2, einen Metallfaltenbalg 8, eine Schutzkappe 9 für den Metallfaltenbalg 8 und einen äußeren Isolator 3 aufweisen. Das Kontaktstück 4 ist über den Stromableiter 7 mit dem weiteren elektrischen Netz verbunden. Das Kontakt stück 5 ist mit dem Stromableiter 6 mit dem weiteren elektri schen Netz verbunden. Die Kontaktstücke 4, 5 weisen an ihren Stirnseiten oder -flächen jeweils eine kaltgasgesprühte Alu miniumschicht 10 auf. Über diese kaltgasgesprühte Aluminium schicht 10 wurde das jeweilige Kontaktstück 4, 5 dem entspre chenden Stromableiter oder Stromübergangskontakt 6, 7 über eine Schweißverbindung 11 mechanisch verbunden. Es ergibt sich eine mechanisch äußerst stabile Einheit, welche deutlich weniger mechanischen Störungen und Fehlern ausgesetzt ist. Zudem ergeben sich durch die Abmessungen der Kontaktstücke 4,5 im Verhältnis zur Dicke der Aluminiumbeschichtung 10 sehr gute elektrische Eigenschaften für die Einheit aus Kontakt stück 4, 5 und Stromableiter 6,7. In dieser Ausgestaltung be findet sich die geschweißten Verbindungsstellen 11 innerhalb der Vakuumkammer. Es ist auch möglich, eine der Schweißstel- len 11 innerhalb und eine der Schweißstellen 11 außerhalb der Vakuumkammer anzuordnen.
Die Figur 4 zeigt schematisch erfindungsgemäße Kontaktstücke 4, 5 mit jeweils einer kaltgasgesprühte Aluminiumschicht 10. Die Beschichtung erfolgte gleichmäßig, wobei hier zu erkennen ist, dass sowohl die Stirnseite als auch die Mantelschicht der Kontakte beschichtet wurde. Diese Beschichtung kann zu besonders günstigen elektrischen und mechanischen Eigenschaf ten des Vakuum-Leistungsschalters 1 beitragen.
Die Figur 5 zeigt schematisch eine erfindungsgemäße Ausge staltung für die Anbindung der Kontaktstücke 4,5 und die Stromableiter 6,7. In dieser Figur sind jeweils die kaltgas gesprühte Aluminiumschichten 10 und die Schweißverbindungen 11 zu den Stromableiter dargestellt. In dieser Ausgestaltung befinden sich die geschweißten Verbindungsstellen 11 außer halb der Vakuumkammer.
BezugsZeichen:
1 Vakuumleistungsschalter
2 Metalldampfschirm 3 Isolator
4 Bewegliches Kontaktstück
5 Feststehendes Kontaktstück
6 Stromableiter 7 Stromableiter 8 Metallfaltenbalg
9 Schutzkappe
10 Kaltgasgesprühte Aluminiumschicht 11 Schweißverbindung

Claims

Patentansprüche
1. Verfahren zur Herstellung einer elektrischen Schaltkon taktanordnung für einen Vakuumleistungsschalter (1) umfassend zwei miteinander kontaktierbare elektrische Kontaktstücke (4, 5), dadurch gekennzeichnet, dass das Verfahren mindestens die Schritte umfasst: a) Bereitstellen zweier elektrischer Kontaktstücke (4, 5) aus Kupfer oder einer Kupferlegierung; b) Beschichten jeweils mindestens einer Seite der elektri schen Kontaktstücke (4, 5) mit Aluminium oder einer Alumini umlegierung (10), wobei die Beschichtung (10) der Kontaktstü cke (4, 5) über ein Kaltgassprühverfahren erfolgt und mindes tens eine beschichtete Seite (10) der Kontaktseite der beiden Kontaktstücke gegenüberliegt; c) Verschweißen der im Verfahrensschritt b) mit Aluminium be schichteten Seite (10) der Kontaktstücke (4, 5) mit jeweils einen Stromübergangskontakt (6, 7); d) Anordnen der im Verfahrensschritt b) erhaltenen Einheiten aus Kontaktstück (4, 5) und Stromübergangskontakt (6, 7) in nerhalb des Vakuumleistungsschalter (1).
2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekenn zeichnet, dass im Verfahrensschritt b) zusätzlich zu der der Kontaktseite gegenüberliegenden Seite auch dazu angren zende Bereiche der beiden Kontaktstücke über ein Kaltgas sprühverfahren mit Aluminium oder einer Aluminiumlegierung (10) beschichtet werden.
3. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Beschichtung der der Kontaktseite gegenüberliegenden Seite im Verfahrens schritt b) mit einer konstanten Schichtdicke erfolgt.
4. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die kaltgasgesprüh- te Aluminiumbeschichtung (10) nach dem Aufbringen mechanisch bearbeitet wird.
5. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Schweißverfah ren im Verfahrensschritt c) ein Elektronenstrahlschweißver fahren ist.
6. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die verschweißbare Fläche des Stromübergangskontakts partiell versilberte Kon taktflächen aufweist.
7. Elektrische Schaltkontaktanordnung für einen Vakuumleis tungsschalter (1), dadurch gekennzeichnet, dass die elektrische Schaltkontaktanordnung zwei gegenüberliegende Kontaktstücke (4, 5) aus jeweils mindestens einen zweilagigen metallischen Verbundwerkstoff mit einer Lage aus Kupfer und einer Lage aus Aluminium (10) oder deren Legierungen (10) um fasst, wobei die jeweils zueinander ausgerichteten Oberflä chen der Kontaktstücke (4, 5) die Kupferlagen und die jeweils davon abgewandten Flächen der Kontaktstücke (4, 5) die Alumi niumlagen (10) aufweisen, wobei eines oder beide Schaltkon taktstücke (4, 5) der elektrischen Schaltkontaktanordnung nach einem Verfahren nach einem der Ansprüche 1-6 erhalten werden und die Kontaktstücke (4, 5) mit jeweils einem Strom übergangskontakt (6, 7) des Vakuumleistungsschalter (1) ver schweißt sind.
8. Elektrische Schaltkontaktanordnung nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, dass die Schichtdicke der Aluminiumbeschichtung (10) auf der der Kontaktseite ge genüberliegenden Seite und/oder der Mantelfläche größer oder gleich 1 mm und kleiner oder gleich 20 mm beträgt.
9. Elektrische Schaltkontaktanordnung nach Anspruch 7 oder 8, dadurch gekennzeichnet, dass die Schichtdicke der Aluminiumbeschichtung (10) auf der Kontaktseite gegen- überliegenden Seite größer oder gleich 2,5 mm und kleiner o- der gleich 20 mm und die Beschichtung auf der Mantelfläche größer oder gleich 1 mm und kleiner oder gleich 7,5 mm be trägt.
10. Elektrische Schaltkontaktanordnung nach einem der An sprüche 8 oder 9, dadurch gekennzeichnet, dass das Dickenverhältnis zwischen Kupfer- und Aluminiumschicht (10) des Kontaktstückes (4, 5), ausgedrückt als Quotient aus der Dicke(Kupfer)/Dicke(Aluminium), größer oder gleich 4 und kleiner oder gleich 15 beträgt.
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