EP4367705A1 - Kontaktträger für vakuumschalter, vakuumschalter sowie herstellungsverfahren für einen kontaktträger - Google Patents

Kontaktträger für vakuumschalter, vakuumschalter sowie herstellungsverfahren für einen kontaktträger

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EP4367705A1
EP4367705A1 EP22773166.8A EP22773166A EP4367705A1 EP 4367705 A1 EP4367705 A1 EP 4367705A1 EP 22773166 A EP22773166 A EP 22773166A EP 4367705 A1 EP4367705 A1 EP 4367705A1
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EP
European Patent Office
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contact carrier
contact
powder
vacuum switch
conductive material
Prior art date
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Granted
Application number
EP22773166.8A
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English (en)
French (fr)
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EP4367705B1 (de
Inventor
Thomas Brauner
Hermann BÖDINGER
Frank Graskowski
Carsten Schuh
Kira Berdien WÜSTENBERG
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
Siemens Corp
Original Assignee
Siemens AG
Siemens Corp
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Publication date
Application filed by Siemens AG, Siemens Corp filed Critical Siemens AG
Publication of EP4367705A1 publication Critical patent/EP4367705A1/de
Application granted granted Critical
Publication of EP4367705B1 publication Critical patent/EP4367705B1/de
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    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • 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
    • H01H33/664—Contacts; Arc-extinguishing means, e.g. arcing rings
    • H01H33/6642—Contacts; Arc-extinguishing means, e.g. arcing rings having cup-shaped contacts, the cylindrical wall of which being provided with inclined slits to form a coil
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01H—ELECTRIC SWITCHES; RELAYS; SELECTORS; EMERGENCY PROTECTIVE DEVICES
    • H01H1/00—Contacts
    • H01H1/02—Contacts characterised by the material thereof
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    • H01H1/0206—Contacts characterised by the material thereof specially adapted for vacuum switches containing as major components Cu and Cr
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01H—ELECTRIC SWITCHES; RELAYS; SELECTORS; EMERGENCY PROTECTIVE DEVICES
    • H01H11/00—Apparatus or processes specially adapted for the manufacture of electric switches
    • H01H11/04—Apparatus or processes specially adapted for the manufacture of electric switches of switch contacts
    • H01H11/048—Apparatus or processes specially adapted for the manufacture of electric switches of switch contacts by powder-metallurgical processes

Definitions

  • the present invention relates to a novel contact carrier for vacuum switches, a vacuum switch with such a contact carrier and a manufacturing method for a contact carrier.
  • Vacuum interrupters for the low, medium and high voltage range are used in particular to switch off currents greater than a few kiloamperes, so-called radial or axial magnetic field contacts (RMF or AMF contacts).
  • RMF or AMF contacts radial or axial magnetic field contacts
  • Structure, function and operating principles of such contact elements in conventional construction are, for example, in the dissertation published in 2003, "Modeling of the plasma in the vacuum circuit breaker taking into account axial magnetic fields" by K. Jenkes-Botterweck, available online at htt://publications. RWTH Aachen . de/ record/ 58842 , comprehensively described .
  • Fig. 1 shows a conventional AMF contact 10 in a schematic representation.
  • a contact carrier Coil body 11 carries a contact disc 12 .
  • the contact carrier and contact disk have a plurality of oblique slots 13 distributed over the circumference, which are thus cut into the contact element. ment are introduced so that they (together with the geometry of the corresponding mating contact) cause the formation of an axial magnetic field and thus a large-area distribution of an emerging arc on the contact disk.
  • FIG. 2 shows a conventional RMF contact 20 in a schematic representation.
  • a contact carrier Bobbin 21 carries an annular contact disk 22 .
  • the contact carrier 21 has a plurality of oblique slots 23 distributed over the circumference, which are introduced into the contact body in such a way that they (together with the geometry of the corresponding mating contact) reduce the thermal load on the contacts due to rotation of the arc occurring during switching operations distributed around the longitudinal axis of the arrangement on the contact discs.
  • the bobbins are preferably made from copper bar stock or from preformed copper compacts.
  • DE 33 02 595 A1 discloses a contact carrier in which a coiled or body provided with helical recesses is cast from a first material of lower electrical conductivity with a second material of higher conductivity and lower melting and casting temperature, in particular the spaces between the screw turns or the recesses are cast.
  • the body made from the first material represents part of the casting mold for the second material.
  • the disadvantage of this is that the melting point of the first material must be well above the melting point of the second material and that the production of such a contact carrier takes a lot of time due to several sequential work steps.
  • the object of the present invention is therefore to specify a contact carrier for vacuum switches and a manufacturing method for such a contact carrier, whereby the disadvantages described are avoided.
  • a contact carrier of a contact element for a vacuum switch which consists predominantly of a first conductive material or composite material and has a plurality of recesses distributed over the circumference of a second material with a lower conductivity than the first material or composite material, which during a switching operation of the vacuum switch, they cause the formation of a magnetic field and thus a movement of an arc that is produced on a predetermined path.
  • a material is let into the slot-shaped openings known from the prior art that has a lower conductivity than the material of the contact carrier, the shape of the slots not being limited to slots, but a significantly larger one variety of shapes allowed, which in turn enables optimization of the magnetic field formation, which is not possible with the classic cutting or cutting processes are not feasible or only with great effort.
  • “Introduction” means that the second material is already introduced into the first material during the formation of the contact carrier basic shape and not afterwards, for example not by making slots in a contact carrier, which then expire with the second material .
  • the first conductive material ie the material of the contact carrier base body, is copper.
  • Stainless steel or another metal with a significantly lower conductivity than copper is preferably used for the material let into the slots.
  • ceramics or ceramic-metal composite materials are used as the second material.
  • a contact carrier according to the invention can be produced, for example, by additive manufacturing methods (3D printing), in particular by a 2-component 3D printing method.
  • 3D printing is that the contact carrier, including the recesses, can be manufactured in one operation and complex slot shapes can also be realized that cannot be realized with conventional machining processes or only with great effort.
  • the present invention also relates to a vacuum switch with a vacuum chamber, within which two contact elements are arranged, with at least one of the contact elements having a contact carrier according to the invention.
  • the present invention also relates to a method, alternative to 3D printing, for producing a contact carrier according to the invention, which consists predominantly of a first material or composite material.
  • one or more molded parts made of a second material with a lower conductivity than the first material or composite material are introduced into a powder bed or a press die.
  • the molded parts that mainly determine the shape of the contact carrier are introduced into the press die and a powder or also green parts of the first material pre-pressed from powder are introduced into the remaining free spaces. Then pressure is applied in such a way that the contact carrier with the embedded or embedded moldings arises.
  • the powder can also be subjected to an electric current during the pressing process.
  • the voltage feed points and the electrical power fed in are preferably selected in such a way that the currents flowing through the powder are approximately evenly distributed.
  • a copper powder is preferably used as the powder.
  • Stainless steel is preferably chosen as the second material.
  • the molded part or parts are preferably designed in such a way that, after the powder has been pressed and sintered, they form indentations in the contact carrier distributed over the circumference, which cause a magnetic field to be formed during a switching operation of the vacuum switch and thus cause an arc to move on a predetermined path.
  • FIG. 3 shows the contact carrier of an AMF contact according to an embodiment of the present invention schematically in a perspective view
  • Fig. 4 shows the contact carrier of an RMF contact according to an embodiment of the present invention schematically in a perspective view
  • Fig. 5 shows a vacuum switch according to an embodiment of the present invention schematically in a partial sectional view.
  • Fig. 3 shows a bobbin or Contact carrier 31 of an AMF contact element for a vacuum switch 100 consisting of a first conductive material or composite material f.
  • the first conductive material is preferably copper.
  • the representation of the contact disk has been omitted for the purpose of a clearer representation of the present invention.
  • the contact disk or a contact disk area can be attached to the surface of the contact carrier 31 or, in developments of the present invention, can be formed in one piece with the contact carrier, namely on the surface of the contact element, which is later to form the separable electrical connection of the vacuum switch.
  • the coil body 31 has a plurality of obliquely distributed over the circumference, in the example of FIG. 3 essentially slit-shaped indentations 33, into which a second material with lower electrical conductivity compared to the first material is embedded, in such a way that the indentations (together with the geometry of the indentations or slits of the actual, not shown in Fig. 3 Contact disk and the corresponding mating contact) cause the formation of an axial magnetic field and thus a large-area distribution of an arc that occurs on the contact disk.
  • Fig. 4 shows a bobbin or Contact carrier 41 of an RMF contact element for a vacuum switch 100 consisting of a first conductive material or composite material f.
  • the first conductive material is in turn preferably copper.
  • the representation of the contact disk was omitted for the purpose of a clearer representation of the present invention.
  • annular contact disk or an annular contact disk area can be attached to the surface of the contact carrier 41 or, in developments of the present invention, can be formed in one piece with the contact carrier, namely on the surface of the contact element, which is later to form the separable electrical connection of the vacuum switch.
  • the coil body 41 has a plurality of obliquely distributed over the circumference, in the example of FIG. 4 essentially slit-shaped indentations 43, in which a second material with lower electrical conductivity compared to the first material is embedded, in such a way that the indentations (together with the geometry of the indentations or slits of the corresponding mating contact) reduce the thermal load on the contacts distributed by rotating the arc around the longitudinal axis of the arrangement on the contact discs.
  • Fig. 5 shows a two-contact vacuum interrupter 100 with contact carriers 31, 41 according to the present invention.
  • An RMF contact system with bobbins according to FIG. 4 shown in detail.
  • AMF contacts shown in FIG. 3 or other contact forms designed in accordance with the present invention are used.
  • the vacuum switch 100 has a fixed connecting disk or a fixed connection bolt zen 110 made of conductive material, preferably made of copper. This is connected to the bobbin 31, 41 of a fixed contact. A moveable contact is coplanar with the fixed contact and is carried by a moveable terminal stud 170 .
  • the vacuum switch is closed by an axial movement of the movable connection bolt 170 in the direction of the fixed connection bolt 110, and the vacuum switch is opened by a movement in the opposite direction.
  • the movable connecting bolt is guided in a guide 160 .
  • the two contacts are arranged in a vacuum chamber 130 which is lined with a screen 140 and consists of a body 120 made of insulating material.
  • a metal bellows 150 together with the guide 160, serves to seal the vacuum chamber 130 from the environment in the area where the movable connecting bolt passes through into the vacuum chamber.
  • One or more molded parts preferably made of stainless steel, which will later form the indentations in the copper coil body, are placed in a matrix.
  • the position of the molded parts is determined by suitable means.
  • a molding can be used in which the several, in the example of FIG. 3 and figs. 4 plate-shaped recesses are connected to each other by narrow webs that do not impair the subsequent function and thus form a ring-shaped molded part that retains its shape over the subsequent filling of powder.
  • molded parts which largely correspond to their final shape, but protrude somewhat beyond the later circumference of the contact element, can be used in corresponding receptacles in the matrix.
  • the projecting beyond the scope material of the moldings can then in the course of be removed with final surface treatment of the contact element.
  • Copper powder is poured into the gaps in the die and surrounding the molded parts and pressurized with a uniaxial pressure. Electrical current preferably flows through the sample to be sintered in a type of series connection at the same time via the press ram and the die. The resulting Joule heating of the sample or of the die leads to a very rapid heating of the sample and thus enables the ef fi cient sintering of the material.
  • the die can have an inner, cylindrical body around which the bobbin 31, 41 is at least partially formed.
  • the complete contact element can be produced using the sintering process by using a first powdery mixture comprising particles of a first conductive material and particles of the second conductive material or a first pre-pressed, disk-shaped green body consisting of a composite of at least first and the second conductive material is introduced into a press die.
  • An inner ram is introduced into the die and the molded parts (as already described) are placed in a space between the die and the inner ram and a second powder of the first conductive material or a second powder-like mixture containing particles of the first conductive material or a second pre-pressed green body comprising the first conductive material is introduced.
  • An outer ram is placed in the space between the die and the inner ram.
  • a contact carrier or a contact element is available whose surfaces still have to be processed depending on the quality to be achieved, for example by polishing, for example in order to achieve a contact surface that is as flat as possible and free of grooves.
  • polishing for example in order to achieve a contact surface that is as flat as possible and free of grooves.
  • the sintered coil body or the sintered contact element is very near net shape, d. H . there is very little waste material in the final processing.
  • the coil former from a composite material by adding a suitable powder mixture of copper and another material that exceeds the strength of copper in the sintered state instead of pure copper powder. This can also be done locally, i . H . for example in areas of the coil former that are exposed to particular mechanical and/or electrical loads, such as the joints between the contact and the connection bolt.

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Abstract

Die vorliegende Erfindung betrifft einen Kontaktträger (31, 41) eines Kontaktelements für einen Vakuumschalter (100), der überwiegend aus einem ersten leitfähigen Material oder Ver- bundwerkstoff besteht und eine Mehrzahl von über den Umfang verteilten Einlassungen (33, 43) eines zweiten Materials aufweist, welche bei einem Schaltvorgang des Vakuumschalters (100) die Formung eines Magnetfeldes und somit eine Bewegung eines entstehenden Lichtbogens auf einer vorgegebenen Bahn bewirken, wobei das zweite Material eine gegenüber dem ersten Material oder Verbundwerkstoff geringerer Leitfähigkeit auf- weist und bereits während der Ausformung der Kontaktträger- grundform in das erste Material eingebracht wird. Die vorlie- gende Erfindung betrifft ferner ein Herstellungsverfahren für einen derartigen Kontaktträger.

Description

Beschreibung
Kontaktträger für Vakuumschalter, Vakuumschalter sowie Herstellungsverfahren für einen Kontaktträger
Die vorliegende Erfindung betri f ft einen neuartigen Kontaktträger für Vakuumschalter, einen Vakuumschalter mit einem derartigen Kontaktträger sowie ein Herstellungsverfahren für einen Kontaktträger .
In Vakuumschaltern bzw . Vakuumschaltröhren für den Nieder- , Mittel- und Hochspannungsbereich werden insbesondere zum Ausschalten von Strömen größer einiger Kiloampere sogenannte Radial- oder Axialmagnetfeld-Kontakte (RMF- bzw . AMF- Kontakte ) eingesetzt . Aufbau, Funktion und Wirkprinzipien solcher Kontaktelemente in herkömmlicher Bauweise sind beispielsweise in der im Jahr 2003 veröf fentlichten Dissertationsschri ft "Modellierung des Plasmas im Vakuum- Leistungsschalter unter Berücksichtigung axialer Magnetfelder" von K . Jenkes-Botterweck, online verfügbar unter htt : / /publications . rwth-aachen . de/ record/ 58842 , umfassend beschrieben .
Weit verbreitete Bauformen sind der Spiral- und der Topfkontakt . Beim Spiralkontakt , beispielsweise of fenbart in DE102019216869A1 und in DE10201721 805A1 , wird das erforderliche Magnetfeld durch die geometrische Gestaltung der Kontaktscheibe selbst erzeugt , bei anderen Kontakt formen, insbesondere beim ebenfalls beispielsweise aus der DE102017214805A1 bekannten Topfkontakt , wird das Magnetfeld durch einen zusätzlichen Spulenkörper geformt , auf welchen die Kontaktscheibe aufgesetzt ist .
Fig . 1 zeigt einen herkömmlichen AMF Kontakt 10 in schematischer Darstellung . Ein Kontaktträger bzw . Spulenkörper 11 trägt eine Kontaktscheibe 12 . Kontaktträger und Kontaktschei- be weisen eine Mehrzahl von über den Umfang verteilten, schräg liegenden Schlitzen 13 auf , die so in das Kontaktele- ment eingebracht sind, dass sie ( gemeinsam mit der Geometrie des entsprechenden Gegenkontakts ) die Ausbildung eines axialen Magnetfeldes und somit eine groß flächige Verteilung eines entstehenden Lichtbogens auf der Kontaktscheibe bewirken .
Fig . 2 zeigt einen herkömmlichen RMF-Kontakt 20 in schematischer Darstellung . Ein Kontaktträger bzw . Spulenkörper 21 trägt eine ringförmige Kontaktscheibe 22 . Der Kontaktträger 21 weist eine Mehrzahl von über den Umfang verteilten, schräg liegenden Schlitzen 23 auf , die so in den Kontaktkörper eingebracht sind, dass sie ( gemeinsam mit der Geometrie des entsprechenden Gegenkontakts ) die thermische Belastung der Kontakte durch eine Rotation des bei Schaltvorgängen entstehenden Lichtbogens um die Längsachse der Anordnung auf den Kontaktscheiben verteilen .
Dabei werden die Spulenkörper vorzugsweise aus Kupfer- Stangenmaterial oder aus vorgeformten Kupfer-Presslingen gefertigt . Die Stromflusssteuerung und damit die Magnetfelderzeugung durch den häufig als Hohl zylinder ausgeführten Spulenkörper wird durch die bereits erwähnten Schlitze erreicht .
Nachteilig daran ist , dass die Schlitzung des Kontaktträgers bzw . Spulenkörpers dessen mechanische Stabilität erheblich beeinträchtigt und in vielen Fällen einen Stützkörper erforderlich macht . Zudem hinterlassen die spanenden Arbeitsverfahren, die zum Einbringen der Schlitze angewendet werden, scharfe Kanten und Grate , die in zusätzlichen Arbeitsschritten abgerundet bzw . entfernt werden müssen, um Verletzungen bei der Handhabung der Spulenkörper sowie der fertigen Kontaktelemente zu verhindern . Scharfe Kanten und Grate können zu ferner zu lokalen Überhöhungen der elektrischen Feldstärke führen und so die dielektrische Festigkeit der Vakuumschaltröhre negativ beeinflussen . Weiterhin kann sich Grat unter dem Einfluss des elektrischen Feldes und/oder durch mechanische Erschütterung bei den Schaltvorgängen ablösen und einen elektrischen Durchschlag in der Vakuumschaltröhre einleiten . Aus der DE 33 02 595 Al ist ein Kontaktträger bekannt , bei dem ein in Schraubenlinienform gewundener bzw . mit schraubenlinienförmigen Ausnehmungen versehener Körper aus einem ersten Werkstof f geringerer elektrischer Leitfähigkeit mit einem zweiten Werkstof f höherer Leitfähigkeit und geringerer Schmel z- und Gießtemperatur ausgegossen ist , wobei insbesondere die Räume zwischen den Schraubenwindungen bzw . die Ausnehmungen vergossen sind . Der aus dem ersten Werkstof f gefertigte Körper stellt dabei einen Teil der Gieß form für den zweiten Werkstof f dar . Nachteilig daran ist , dass der Schmel zpunkt des ersten Werkstof fes deutlich über dem Schmel zpunkt des zweiten Werkstof fes liegen muss und dass die Fertigung eines solchen Kontaktträgers aufgrund mehrerer sequentieller Arbeitsschritte viel Zeit beansprucht .
Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es daher, einen Kontaktträger für Vakuumschalter sowie ein Herstellungsverfahren für einen derartigen Kontaktträger anzugeben, wodurch die beschriebenen Nachteile vermieden werden .
Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß gelöst durch einen Kontaktträger eines Kontaktelements für einen Vakuumschalter, der überwiegend aus einem ersten leitfähigen Material oder Verbundwerkstof f besteht und eine Mehrzahl von über den Umfang verteilten Einlassungen eines zweiten Materials mit gegenüber dem ersten Material oder Verbundwerkstof f geringerer Leitfähigkeit aufweist , welche bei einem Schaltvorgang des Vakuumschalters die Formung eines Magnetfeldes und somit eine Bewegung eines entstehenden Lichtbogens auf einer vorgegebenen Bahn bewirken .
Mit anderen Worten ist gemäß der vorliegenden Erfindung in die aus dem Stand der Technik bekannten schlitz förmigen Öf fnungen ein Material eingelassen, das gegenüber dem Material des Kontaktträgers eine geringere Leitfähigkeit aufweist , wobei die Form der Einlassungen nicht auf Schlitze beschränkt ist , sondern eine deutlich größere Formenviel falt erlaubt , wodurch wiederum Optimierungen der Magnetfeldbildung ermöglicht werden, die mit den klassischen schneidenden bzw . spanenden Verfahren nicht oder nur mit sehr hohem Aufwand realisierbar sind .
Mit "Einlassung" ist dabei gemeint , dass das Einbringen des zweiten Materials in das erste Material bereits während der Aus formung der Kontaktträgergrundform erfolgt und nicht nachträglich, also beispielsweise nicht , indem in einen Kontaktträger Schlitze eingebracht werden, die anschließend mit dem zweiten Material verfällt werden .
In bevorzugten Ausgestaltungen der Erfindung ist das erste leitfähige Material , also das Material des Kontaktträgergrundkörpers , Kupfer .
Für das in die Schlitze eingelassene Material wird bevorzugt Edelstahl oder ein anderes Metall mit deutlich geringerer Leitfähigkeit als Kupfer verwendet . In alternativen Ausgestaltungen werden Keramiken oder Keramik-Metall- Verbundwerkstof fe ( Cermets ) als zweites Material genutzt .
Ein erfindungsgemäßer Kontaktträger kann beispielsweise durch additive Herstellungsverfahren ( 3D-Druck) hergestellt werden, insbesondere durch ein 2-Komponenten-3D-Druck-Verf ahren . Der Vorteil des 3D-Drucks besteht darin, dass der Kontaktträger einschließlich der Einlassungen in einem Arbeitsgang gefertigt werden kann und auch komplexe Schlitz formen realisiert werden können, die mit herkömmlichen spanenden Arbeitsverfahren nicht oder nur mit großem Aufwand realisiert werden können .
Die vorliegende Erfindung betri f ft ferner einen Vakuumschalter mit einer Vakuumkammer, innerhalb derer zwei Kontaktelemente angeordnet sind, wobei mindestens eines der Kontaktelemente einen erfindungsgemäßen Kontaktträger aufweist . Die vorliegende Erfindung betri f ft außerdem ein zum 3D-Druck alternatives Verfahren zur Herstellung eines erfindungsgemäßen Kontaktträgers , der überwiegend aus einem ersten Material oder Verbundwerkstof f besteht . Dabei werden ein oder mehrere Formteile aus einem zweiten Material mit gegenüber dem ersten Material oder Verbundwerkstof f geringerer Leitfähigkeit in ein Pulverbett oder eine Press-Matri ze eingebracht . Anschließend werden die die Form des Kontaktträgers hauptsächlich bestimmenden Formteile in die Press-Matri ze eingebracht und in die verbleibenden Freiräume wird ein Pulver oder auch aus Pulver vorgepresste Grünteile des ersten Materials eingebracht . Anschließend wird ein Pressdruck so ausgeübt , dass aus dem Pulver der Kontaktträger mit den eingebetteten bzw . eingelassenen Formteilen entsteht .
Dabei kann das Pulver während des Pressvorgangs zusätzlich mit einem elektrischen Strom beaufschlagt werden .
Die Spannungseinspeisepunkte sowie die j eweils eingespeisten elektrischen Leistungen werden dabei bevorzugt so gewählt , dass die durch das Pulver fließenden Ströme annähernd gleichverteilt sind .
Vorzugsweise wird als Pulver ein Kupferpulver verwendet . Als zweites Material wird bevorzugt Edelstahl gewählt .
Das oder die Formteile sind vorzugsweise so gestaltet , dass sie nach Verpressung und Sinterung des Pulvers über den Umfang verteilte Einlassungen im Kontaktträger bilden, welche bei einem Schaltvorgang des Vakuumschalters die Formung eines Magnetfeldes und somit eine Bewegung eines entstehenden Lichtbogens auf einer vorgegebenen Bahn bewirken .
Im folgenden werden Aus führungsbeispiele der vorliegenden Erfindung anhand von Zeichnungen näher erläutert . Es sei darauf hingewiesen, dass sämtliche vorstehend und nachfolgend of fenbarten Varianten, Ausgestaltungen und Aus führungsbeispiele uneingeschränkt miteinander kombinierbar sind . Fig . 3 zeigt den Kontaktträger eines AMF Kontakts gemäß eines Aus führungsbeispiels der vorliegenden Erfindung schematisch in perspektivischer Darstellung;
Fig . 4 zeigt den Kontaktträger eines RMF Kontakts gemäß eines Aus führungsbeispiels der vorliegenden Erfindung schematisch in perspektivischer Darstellung; und
Fig . 5 zeigt einen Vakuumschalter gemäß eines Aus führungsbeispiels der vorliegenden Erfindung schematisch in partieller Schnittdarstellung .
Fig . 3 zeigt einen Spulenkörper bzw . Kontaktträger 31 eines AMF-Kontaktelements für einen Vakuumschalter 100 bestehend aus einem ersten leitfähigen Material oder Verbundwerkstof f . Das erste leitfähige Material ist dabei vorzugsweise Kupfer . Auf die Darstellung der Kontaktscheibe wurde im Sinne einer klareren Darstellung der vorliegenden Erfindung verzichtet .
Es sei j edoch darauf hingewiesen, dass die Kontaktscheibe bzw . ein Kontaktscheibenbereich an der Oberfläche des Kontaktträgers 31 angebracht oder in Weiterbildungen der vorliegenden Erfindung einstückig mit dem Kontaktträger ausgebildet sein kann, und zwar an der Oberfläche des Kontaktelements , die später die trennbare elektrische Verbindung des Vakuumschalters bilden soll .
Der Spulenkörper 31 weist eine Mehrzahl von über den Umfang verteilten, schräg liegenden, im Beispiel der Fig . 3 im Wesentlichen schlitz förmigen Einlassungen 33 auf , in die ein zweites Material mit geringerer elektrischer Leitfähigkeit gegenüber dem ersten Material eingelassen ist , und zwar so , dass die Einlassungen ( gemeinsam mit der Geometrie der Einlassungen oder Schlitze der eigentlichen, in Fig . 3 nicht dargestellten Kontaktscheibe sowie des entsprechenden Gegenkontakts ) die Ausbildung eines axialen Magnetfeldes und somit eine groß flächige Verteilung eines entstehenden Lichtbogens auf der Kontaktscheibe bewirken . Fig . 4 zeigt einen Spulenkörper bzw . Kontaktträger 41 eines RMF-Kontaktelements für einen Vakuumschalter 100 bestehend aus einem ersten leitfähigen Material oder Verbundwerkstof f . Das erste leitfähige Material ist dabei wiederum vorzugsweise Kupfer . Auch in Fig . 4 wurde auf die Darstellung der Kontaktscheibe im Sinne einer klareren Darstellung der vorliegenden Erfindung verzichtet .
Es sei j edoch darauf hingewiesen, dass eine ringförmige Kontaktscheibe bzw . ein ringförmiger Kontaktscheibenbereich an der Oberfläche des Kontaktträgers 41 angebracht oder in Weiterbildungen der vorliegenden Erfindung einstückig mit dem Kontaktträger ausgebildet sein kann, und zwar an der Oberfläche des Kontaktelements , die später die trennbare elektrische Verbindung des Vakuumschalters bilden soll .
Der Spulenkörper 41 weist eine Mehrzahl von über den Umfang verteilten, schräg liegenden, im Beispiel der Fig . 4 im Wesentlichen schlitz förmigen Einlassungen 43 auf , in die ein zweites Material mit geringerer elektrischer Leitfähigkeit gegenüber dem ersten Material eingelassen ist , und zwar so , dass die Einlassungen ( gemeinsam mit der Geometrie der Einlassungen oder Schlitze des entsprechenden Gegenkontakts ) die thermische Belastung der Kontakte durch eine Rotation des Lichtbogens um die Längsachse der Anordnung auf den Kontaktscheiben verteilen .
Fig . 5 zeigt eine Vakuumschaltröhre 100 mit zwei Kontakten mit Kontaktträgern 31 , 41 gemäß der vorliegenden Erfindung . Dabei wurde rein beispielhaft ein RMF-Kontaktsystem mit Spulenkörpern gemäß Fig . 4 detailliert dargestellt . In anderen Aus führungsbeispielen werden AMF-Kontakte gemäß Fig . 3 oder andere Kontakt formen, die in Übereinstimmung mit der vorliegenden Erfindung konzipiert sind, verwendet .
Der Vakuumschalter 100 weist eine feststehende Anschlussscheibe bzw . einen feststehenden Anschlussbol zen 110 aus leitfähigem Material , vorzugsweise aus Kupfer, auf . Dieser ist verbunden mit dem Spulenkörper 31 , 41 eines feststehenden Kontakts . Ein beweglicher Kontakt ist planparallel zum feststehenden Kontakt ausgerichtet und wird von einem beweglichen Anschlussbol zen 170 getragen . Durch axiale Bewegung des beweglichen Anschlussbol zens 170 in Richtung des feststehenden Anschlussbol zens 110 wird der Vakuumschalter geschlossen, durch eine Bewegung in umgekehrter Richtung wird der Vakuumschalter geöf fnet . Der bewegliche Anschlussbol zen wird dabei in einer Führung 160 geführt .
Dabei sind die beiden Kontakte in einer Vakuumkammer 130 angeordnet , die mit einem Schirm 140 ausgekleidet ist und aus einem Körper 120 aus isolierendem Material besteht . Ein Metall faltenbalg 150 dient gemeinsam mit der Führung 160 der Abdichtung der Vakuumkammer 130 gegenüber der Umgebung im Bereich der Durchführung des beweglichen Anschlussbol zens in die Vakuumkammer .
Im folgenden wird ein bevorzugtes Herstellungsverfahren zur Herstellung der Kontaktträger bzw . Spulenkörper 31 , 41 beschrieben .
Ein oder mehrere Formteile , vorzugsweise aus Edelstahl , die später die Einlassungen im kupfernen Spulenkörper bilden, werden in eine Matri ze eingebracht . Die Lage der Formteile wird dabei durch geeignete Mittel festgelegt . Beispielsweise kann ein Formteil verwendet werden, bei dem die mehreren, im Beispiel der Fig . 3 und Fig . 4 plattenförmig dargestellten Einlassungen durch schmale , die spätere Funktion nicht beeinträchtigende Stege miteinander verbunden sind und so ein ringförmiges Formteil bilden, das gegenüber der folgenden Einfüllung von Pulver seine Form bewahrt .
Alternativ können mehrere Formteile , die ihrer endgültigen Form weitgehend entsprechen, aber etwas über den späteren Umfang des Kontaktelements herausragen, in entsprechenden Aufnahmen der Matri ze eingesetzt werden . Das über dem Umfang hinausragende Material der Formteile kann dann im Zuge der finalen Oberflächenbearbeitung des Kontaktelements mit entfernt werden .
In die Zwischenräume der Matri ze und die Formteile umgebend wird Kupferpulver eingefüllt und über Pressstempel mit einem uniaxial wirkenden Druck beaufschlagt . Vorzugsweise wird gleichzeitig über die Pressstempel und die Matri ze die zu sinternde Probe von elektrischem Strom in einer Art Reihenschaltung durchflossen . Die so erzeugte Joulesche Erwärmung der Probe bzw . der Matri ze führt zu einer sehr schnellen Aufhei zung der Probe und ermöglicht so das ef fi ziente Sintern des Werkstof fs .
Die Matri ze kann einen inneren, zylindrischen Körper aufweisen, um den herum der Spulenkörper 31 , 41 zumindest teilweise geformt wird .
In Aus führungsbeispielen der vorliegenden Erfindung kann das komplette Kontaktelement einschließlich der Kontaktscheibe mittels des Sinterverfahrens hergestellt werden, indem eine erste pulverartige Mischung aufweisend Partikel eines ersten leitfähigen Materials und Partikel des zweiten leitfähigen Materials oder ein erster vorgepresster, scheibenförmiger Grünkörper bestehend aus einem Verbund aus zumindest dem ersten und dem zweiten leitfähigen Material in eine Press- Matri ze eingebracht wird . In die Matri ze wird ein innerer Pressstempel eingebracht und in einen Zwischenraum zwischen Matri ze und innerem Pressstempel werden die Formteile (wie bereits beschrieben) eingelegt und es wird ein zweites Pulver des ersten leitfähigen Materials oder eine zweite pulverartige Mischung aufweisend Partikel des ersten leitfähigen Materials oder ein zweiter vorgepresster Grünkörper aufweisend das erste leitfähige Material eingebracht . In den Zwischenraum zwischen Matri ze und innerem Presstempel wird ein äußerer Pressstempel eingebracht . Es wird Pressdruck auf den äußeren und den inneren Presstempel ausgeübt , und zwar so , dass aus der ersten pulverartigen Mischung oder dem ersten Grünkörper ein scheibenförmiger, die Kontaktscheibe des Kon- taktelements bildender Bereich entsteht und aus dem zweiten Pulver oder der zweiten pulverartigen Mischung oder dem zweiten Grünkörper ein den Kontaktkörper bzw . Kontaktträger 31 , 41 des Kontaktelements bildender Bereich mit Einlassungen 33 , 43 entsteht .
Am Ende des SPS-Verf ährens steht ein Kontaktträger bzw . ein Kontaktelement zur Verfügung, dessen Oberflächen abhängig von der zu erzielenden Qualität noch bearbeitet werden müssen, beispielsweise durch Polieren, beispielsweise um eine möglichst plane , rillenfreie Kontakt fläche zu erzielen . Gegenüber bekannten Verfahren entfällt j edoch das Schlitzen des Spulenkörpers sowie das Entgraten der Schlitze . Außerdem ist es gegenüber Schlitzverfahren möglich, die Formteile nahezu beliebig aus zugestalten und damit das Magnetfeld zu optimieren .
Von Vorteil ist , dass der gesinterte Spulenkörper bzw . das gesinterte Kontaktelement sehr endkonturnah ist , d . h . bei der finalen Bearbeitung fällt nur wenig Abfallmaterial an .
In vorteilhaften Weiterbildungen der vorliegenden Erfindung ist es möglich, den Spulenkörper aus einem Verbundmaterial zu fertigen, indem anstelle von reinem Kupferpulver ein geeignetes , im gesinterten Zustand die Festigkeit von Kupfer übersteigendes Pulvergemisch aus Kupfer und einem weiteren Material zugegeben wird . Dies kann auch lokal beschränkt erfolgen, d . h . beispielsweise in Bereichen des Spulenkörpers , die besonderen mechanischen und/oder elektrischen Belastungen ausgesetzt sind wie etwa die Fügestellen zwischen Kontakt und Anschlussbol zen .
Es sei darauf hingewiesen, dass hier nur ausgewählte Aus führungsbeispiele beschrieben wurden, die sich die vorliegende Erfindung zunutze machen . Insbesondere ist es beispielsweise möglich, andere Formen von Spulenkörpern und Kontakten mittels der hier beschriebenen Prinzipien zu konzipieren und zu fertigen . Ebenso sind die als bevorzugt bezeichneten Materia- lien zwar bevorzugt , aber die Erfindung ist nicht auf diese Materialien beschränkt . Ferner ist es , wie bereits erwähnt , beispielsweise möglich, anstelle des Sinterverfahrens ein additives Herstellungsverfahren ( 3D-Druck) zu wählen, für welches die meisten im Zusammenhang mit dem Sinterverfahren of fenbarten Erwägungen und Vorteile gleichermaßen gelten .

Claims

Patentansprüche
1. Kontaktträger (31, 41) eines Kontaktelements für einen Vakuumschalter (100) , überwiegend bestehend aus einem ersten leitfähigen Material oder einem Verbundwerkstoff, wobei der Kontaktträger eine Mehrzahl von über den Umfang verteilten Einlassungen (33, 43) eines zweiten Materials aufweist, welche bei einem Schaltvorgang des Vakuumschalters (100) die Formung eines Magnetfeldes und somit eine Bewegung eines entstehenden Lichtbogens auf einer vorgegebenen Bahn bewirken, wobei das zweite Material eine gegenüber dem ersten Material oder Verbundwerkstoff geringerer Leitfähigkeit aufweist und bereits während der Ausformung der Kontaktträgergrundform in das erste Material eingebracht wird.
2. Kontaktträger (31, 41) nach Anspruch 1, bei dem das erste leitfähige Material Kupfer ist.
3. Kontaktträger (31, 41) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, bei dem das zweite Material Edelstahl ist.
4. Vakuumschalter (100) mit einer Vakuumkammer (130) , innerhalb derer zwei Kontaktelemente angeordnet sind, wobei mindestens eines der Kontaktelemente einen Kontaktträger (31, 41) nach einem der vorhergehenden Ansprüche aufweist.
5. Verfahren zur Herstellung eines überwiegend aus einem ersten leitfähigen Material bestehenden Kontaktträgers (31, 41) eines Kontaktelements für einen Vakuumschalter (100) , mit folgenden Schritten:
- Einbringen eines oder mehrerer Formteile aus einem zweiten Material mit gegenüber dem ersten Material oder Verbundwerkstoff geringerer Leitfähigkeit in ein Pulverbett oder eine Press-Matrize;
- Einbringen eines oder mehrerer Formkörper sowie eines Pulvers des ersten Materials in das Pulverbett oder die Press- Matrize; und - Ausüben von Pressdruck so, dass aus dem Pulver der Kontaktträger (31, 41) entsteht.
6. Verfahren nach Anspruch 5, bei dem das Pulver während des Pressvorgangs zusätzlich mit einem elektrischen Strom beaufschlagt wird.
7. Verfahren nach Anspruch 6, bei dem Spannungseinspeisepunkte sowie die jeweils eingespeisten elektrischen Leistungen so gewählt werden, dass die durch das Pulver fließenden Ströme annähernd gleichverteilt sind.
8. Verfahren nach einem der Ansprüche 5 bis 7, bei dem das Pulver ein Kupferpulver oder eine Mischung aus Kupferpartikeln und einem weiteren leitfähigen Material ist.
9. Verfahren nach einem der Ansprüche 5 bis 8, bei dem das zweite Material Edelstahl ist.
10. Verfahren nach einem der Ansprüche 5 bis 9, bei dem das oder die Formteil (e) so gestaltet sind, dass sie nach Ver- pressung und Sinterung des Pulvers über den Umfang verteilte Einlassungen (33, 43) im Kontaktträger (31, 41) bilden, welche bei einem Schaltvorgang des Vakuumschalters die Formung eines Magnetfeldes und somit eine Bewegung eines entstehenden Lichtbogens auf einer vorgegebenen Bahn bewirken.
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* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
DE3150168C2 (de) * 1981-12-18 1990-03-29 Sachsenwerk, Licht- und Kraft-AG, 8000 München Elektrischer Vakuum-Schalter
DE3302595A1 (de) 1983-01-27 1984-08-02 Calor-Emag Elektrizitäts-Aktiengesellschaft, 4030 Ratingen Kontaktanordnung fuer vakuumschalter
JPH01502546A (ja) * 1986-03-26 1989-08-31 シーメンス、アクチエンゲゼルシヤフト 軸方向磁界を伴なう真空遮断器の接触子装置
DE102017214805A1 (de) 2017-08-24 2019-02-28 Siemens Aktiengesellschaft Strombegrenzung mit einem Vakuumschalter
DE102018201301A1 (de) * 2018-01-29 2019-08-01 Siemens Aktiengesellschaft Verfahren zum Herstellen eines Kontaktbauteils sowie Kontaktbauteil, Vakuumschaltröhre und Schaltanlage
DE102019216869B4 (de) 2019-10-31 2023-02-16 Siemens Aktiengesellschaft Kontaktbolzen zum Abschirmen und Halten einer Kontaktscheibe, Vakuum-Schaltelement aufweisend eine Kontaktscheibe und Verfahren zum Herstellen eines Kontaktbolzens

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