KR102287997B1

KR102287997B1 - 접촉핀 및 파이프접촉부, 및 그 제조 방법

Info

Publication number: KR102287997B1
Application number: KR1020167021852A
Authority: KR
Inventors: 아우구스트 슈바이거; 미케 뵈닝
Original assignee: 플란제 파워테크 아게
Priority date: 2014-02-21
Filing date: 2015-02-19
Publication date: 2021-08-10
Also published as: JP2017506421A; AT13815U3; AT13815U2; JP6411531B2; CN106104730A; EP3108489B1; ES2719836T3; CN106104730B; KR20160121527A; WO2015124300A1; US20160379765A1; US9875857B2; EP3108489A1

Abstract

고- 및/또는 중-전압 스위치용 접촉핀(2) 및 파이프접촉부 그리고 접촉핀 및 파이프접촉부를 제조하기 위한 방법으로서, 접촉핀(2)은: 아크-침식 저항성 재료로 구성되는 접촉팁(4), 접촉팁(4)에 연결되는 튜브형 지지 슬리브(6), 지지 슬리브(6) 안에 일체로 캐스팅되는 지지 코어(8)를 구비하며, 접촉팁(4)은, 접촉핀(2)이 사용 중인 경우 아크가 발생하는, 접촉핀(2)의 전방 영역에 배치되며, 지지 슬리브(6)는, 접촉핀(2)이 사용 중인 경우 아크가 발생하지 않고 전방 영역에 인접하는, 접촉핀(2)의 후방 영역에 배치되며, 파이프접촉부는: 아크-침식 저항성 환형 접촉부 및, 환형 접촉부에 연결되는 지지 파이프를 구비하며, 환형 접촉부는, 파이프접촉부의 사용 중 아크가 발생하는, 파이프접촉부의 전방 영역에 배치되며, 지지 파이프는, 파이프접촉부의 사용 중 아크가 발생하지 않고 전방 영역에 인접하는, 파이프접촉부의 후방 영역에 배치된다.

Description

접촉핀 및 파이프접촉부, 및 그 제조 방법{CONTACT PIN AND PIPE CONTACT, AND METHOD FOR PRODUCTION}

본 발명은 고전압 분야 및/또는 중전압 분야에서의 스위치용 접촉핀에 그리고 파이프접촉부에 관한 것이며, 각각의 경우에 접촉핀 및 파이프접촉부를 제조하기 위한 하나의 방법에 관한 것이다.

DE 10 2008 060 971 B3 는 고전압 스위치용 접촉 부품을 개시하고 있다. 아크 저항성 재료의 접촉 소자가 본체(main body)에 고정된다. 본체는 각각 핀(pin)으로 또는 중공 핀(hollow pin) 또는 파이프(pipe)로 구성될 수 있다. 아크 침식(arc erosion)으로부터 본체를 보호하기 위해, 접촉 소자에 인접하는 영역에서 본체의 외부 면은 각각 아크 저항성 또는 아크-침식 저항성 보호층으로 덮인다.

본 발명의 목적은 제조하기에 비용-효율적이고 간단한 접촉핀 및 파이프접촉부를 제공하는 것이다.

이러한 목적은 각각 청구항 1, 8, 9, 또는 11의 특징에 의해 달성된다.

유리한 설계 실시형태들은 종속항들의 대상이다.

청구항 1에 따르면, 고전압 분야 및/또는 중전압 분야에서의 스위치용 접촉핀이 제공된다. 바람직하게는 그 접촉핀은 약 12 kV 에서부터 약 1200 kV 까지의 범위에서 전압을 스위칭하기 위해 고려된다. (고전압) 스위치에 사용되는 경우, 접촉핀은, 스위치 접촉부를 폐쇄하도록, 파이프접촉부의 개구부 내에 맞물려서, 접촉핀 및 파이프접촉부에 의해 전기가 전도된다. 스위치 접촉부가 폐쇄(그리고 개방)되어 있는 경우 인가되는 고전압에 의해, 접촉핀 상에서 그리고 파이프접촉부 상에서 아크 침식을 초래할 수 있는 아크가 생성된다.

접촉핀은, 그러한 침식을 방지하기 위해, 각각 접촉부 침식 저항성 또는 아크 저항성 재료의 접촉팁(contact tip)을 갖는다. 예를 들어, 접촉팁은, 상기 접촉팁이 아크 및 그와 함께 발생하는 고온을 견디도록, 내화 금속으로부터 또는 내화 금속에 기초한 합금으로부터 제조될 수 있다. 내화 금속은 1772 ℃ 또는 그 이상(전자는 백금의 용융점에 상응함)의 용융점을 갖는 금속을 나타낸다. 달리 정의되지 않는 한, 본 발명의 맥락에서 원소 X에 기초한 합금은 원자량으로 > 50％의 X 함량을 갖는 합금인 것으로 이해된다. 바람직하게는, 구리를 침투시킨 텅스텐, 특히 질량 면에서 10 내지 40 중량％의 구리 비율을 갖는 것, 특히 바람직하게는 20 중량％의 구리 비율을 갖는 것(WCu 80/20)이 사용될 수 있다.

접촉핀은 튜브형 지지 슬리브(tubular support sleeve)를 또한 구비하며, 그것은 접촉팁에 연결된다. 그 연결은 바람직하게는 백-캐스팅(back-casting)에 의해 수행된다. 대안적인 연결 기술은 용접(welding)과 브레이징(brazing)/솔더링(soldering)이다. 지지 코어(support core)가 지지 슬리브 내에 각각 구성되거나 배치되어서, 집합적으로 지지 코어와 함께 지지 슬리브는 접촉 소자를 위한 접촉 지지체를 구성한다. 바람직하게는, 지지 코어는 (접촉핀의 축 방향으로) 지지 슬리브의 전체 길이에 걸쳐 이어지며, 그리고/또는 지지 코어는 지지 슬리브의 (내부) 체적을 충전한다.

지지 슬리브와 지지 코어는 바람직하게는, 2개의 소자 사이에서 안정적인 연결을 제공하도록, 실질적으로 일체로 (야금적으로 접합되어) 상호연결된다. 특히 바람직하게는, 지지 코어는 지지 슬리브 내에 일체형으로 캐스팅된다. 여기에서 지지 슬리브 내에 지지 코어를 통합하는 것, 지지 슬리브에 지지 코어를 연결하는 것, 접촉팁에 지지 코어를 연결하는 것, 그리고 접촉팁에 지지 슬리브를 연결하는 것은 바람직하게는 백-캐스팅 방법에 의해 수행된다. 하나의 대안적이고 바람직한 설계 실시형태에 따르면, 지지 코어는 열간 정수압 프레싱(hot isostatic pressing) 방법에 의해 지지 슬리브 안으로 압입될 수 있다. 더욱 바람직하게는, 지지 코어는, (지지 슬리브가 접촉팁에 연결되기 전에, 또는 그 이후에) 슬리브 내에 각각 삽입되거나 통합되는, 미리 만들어진 소자(prefabricated element)로서 제공될 수 있다.

지지 슬리브는, 접촉팁에 바로 인접하는 접촉 지지체의 외부 면을 형성하면서, 지지 코어를 측방향으로 둘러싼다. 접촉팁은 접촉핀의 전방 영역에 배치되며, 거기에서는 사용 중 또는 스위칭 시에 아크가 발생한다. 지지 슬리브는, 전방 영역에 인접하면서, 접촉핀의 후방 영역에 배치되며, 거기에서는 사용 중 아크가 발생하지 않는다.

지지 슬리브는 아크가 발생할 수 있는 접촉핀의 영역 밖에 있기 때문에, (예를 들어, 아크 저항성, 아크-침식 저항성, 및 온도 저항성과 같은) 슬리브 재료에 대해 설정된 요건들은, 전술된 바와 같이, 예를 들어 WCu 80/20으로부터 제조될 수 있는, 접촉팁 재료의 경우에서보다 더 낮다. 예를 들어, 보다 비용-효율적인 재료가 지지 슬리브에 사용될 수 있으며, 그로 인해 접촉핀의 전체 비용이 절감된다. DE 10 2008 060 971 B3에 기재된 바와 같은, 아크-저항성 재료를 이용하는 접촉핀의 비용-집약적인 코팅도 또한 요구되지 않는다.

또한, 전술된 접촉핀은 간단하고 비용-효율적인 방법으로 제조될 수 있다. 여기서, 전술된 바와 같이 (바람직하게는 구리를 이용하는) 백-캐스팅 공정에서 접촉팁(예를 들어 제조하기 쉬운 속이 꽉 찬 실린더(solid cylinder))은 튜브형 지지 슬리브(예를 들어 미리 만들어진 파이프(prefabricated pipe))에 연결된다. 그러나, 지지 슬리브는, 예를 들어, 접촉팁에 용접되거나 브레이징/솔더링 될 수도 있다. 지지 슬리브 내에 지지 코어를 일체로 캐스팅함으로써, 접촉핀은 안정화되고, 지지 슬리브와 지지 코어는 각각 접촉팁에 연결된다. 이러한 설계 실시형태는 특히 유리한데 왜냐하면 일체 캐스팅에 의해 (예를 들어 구리와 같은) 일체로 캐스팅된 재료는 조대-입자 미세구조(coarse-grain microstructure)를 가지며, 그로 인해 결과적으로 재료의 전기적 및 열적 전도도가, 그리고 그에 따라 지지 코어의 전도도가, 향상된다. 지지 슬리브는 튜브형이도록 구성되며, 즉, 지지 슬리브는 2개의 상호 대향 단부에서 개방되어 있거나, 또는 축 방향으로 각각 개방 슬리브 단부를 갖는다. 그로 인해, 슬리브 내에 일체로 캐스팅되는 코어 재료는 접촉팁과 직접 접촉한 상태에 있고, 그로 인해 코어와 접촉 팁 사이에 안정적인 연결이 추가로 제공된다.

바람직하게는, 지지 코어는 우수한 전기 전도도를 갖는 재료로부터 제조된다. 바람직하게는, 지지 코어는 구리 또는 알루미늄으로부터, 또는 구리 및/또는 알루미늄에 기초한 합금으로부터 제조된다. 특히 바람직하게는, 지지 코어는 구리로부터 제조된다. 이렇게 해서, 접촉핀의 전체 단면이 전기를 전도하는 데 사용된다. 특히 바람직하게는, 지지 코어는 지지 슬리브보다 더 높은 전기 전도도를 가져서, 접촉 지지체의 영역에서 접촉핀은 우수한 전기 전도도를 갖는다. 예를 들어, 코어 재료는 Cu, Cu 합금(예를 들어 CuCr1Zr), Al, 및 강철로부터 선택된다.

바람직하게는, 지지 슬리브는, (예를 들어 최대 1000℃ 까지) 열 저항성이고 (후면에 열을 초래하는) 고온 가스에 저항성인, 재료로부터 제조된다. 예를 들어, 접촉핀이 절연 가스(예를 들어 육불화황 'SF6')를 갖는 고전압 스위치에 사용되는 경우, 슬리브 재료는 스위칭 중에 생성되는 고온 절연 가스를 견디도록 구성된다. 예를 들어, 몰리브덴 또는 텅스텐이 슬리브 재료로서 이용될 수 있으며, 또는 질량 면에서 각각 90 중량％ 이상의 텅스텐 또는 90 중량％ 이상의 몰리브덴의 비율을 갖는 몰리브덴 또는 텅스텐에 기초한 합금이 이용될 수 있다. 더욱 바람직하게는, 질량 면에서 10 내지 40 중량％의 구리 비율을 갖는 텅스텐/구리, 예를 들어 WCu 80/20(Cu: 20 중량％)이 이용될 수 있다. 추가 바람직한 대안에 따르면, 강철이 지지-슬리브 재료로서 이용될 수 있으며, 그로 인해 특히 비용-효율적인 대안이 제공된다. 예를 들어 구리와 같은, 비교적 '연질' 코어 재료가 이용되는 경우, 지지 슬리브는 각각 지지 코어 또는 접촉핀을 각각 강화하거나 안정화한다.

접촉팁과 지지 슬리브를 위해 이종 재료 또는 동일한 재료가 이용될 수 있다. 심지어 동일한 재료가 접촉팁과 지지 슬리브를 위해 이용되는 경우에도, 접촉핀과 슬리브의 2개의 개별 소자를 연결함으로써 접촉핀을 제조하는 것은, 예를 들어, 속이 꽉 찬 재료의 팁(tip)이 유지되면서 전자에 바로 인접하는 (보링된(bored)) 중공 실린더를 갖도록 보링된 단 하나의 (실린더형) 소자를 제공하는 것보다, 더 간단하고 더 비용-효율적이다. 이러한 경우, 특히 재활용하기 복잡한 보링 폐기물(boring waste)이 축적된다.

특히 바람직하게는, 슬리브 재료는 접촉팁 재료보다 밀도가 더 낮다. 이로 인해 접촉핀의 중량이 감소될 수 있다. 고전압 스위치의 접촉핀 (및 파이프접촉부) 및 스위치 접촉부는, 각각, 구동장치(drive)에 의해 폐쇄되고 개방된다. 보다 경량의 접촉핀은 구동 장치상에 보다 낮은 스트레스를, 그리고 보다 낮은 출력을 갖는 더 비용 효율적인 구동장치가 사용될 수 있다는 것을, 각각 의미한다. 예를 들어, 접촉팁은 WCu 80/20 (15.2 g/㎤)으로부터 제조되고, 지지 슬리브는 몰리브덴 (10.2 g/㎤)으로부터 또는 MoCu 80/20 (9.94 g/㎤)으로부터 제조되며, 그로 인해 17 내지 20％의 중량 절감의 결과로 나타난다. 부가적으로 또는 대안적으로, 코어 재료는 바람직하게는 슬리브 재료보다 밀도가 더 낮아서, 접촉핀의 중량을 추가로 감소시킨다.

지지 슬리브의 벽 두께 즉, 슬리브의 외경(external diameter)과 내경(internal diameter) 사이의 차이는, 바람직하게는 지지 슬리브의 외부 반경의 5％ 내지 25％ 범위 내에 있다. 이로 인해, 접촉핀은 안정화되고 고온 가스에 의한 침식으로부터 보호된다. 예를 들어, (접촉 지지체의) 지지 슬리브의 직경은 약 20 ㎜ 이며, 지지 슬리브의 벽 두께는 약 1.5 ㎜ (7.5％) 이다.

바람직하게는, 접촉핀의 축 방향으로 접촉팁의 길이/크기는, 전술된 바와 같이, 접촉핀의 사용 중 발생하는 아크가 접촉팁에 제한되도록, 또는 발생하는 아크가 접촉 지지체 또는 지지 슬리브에 각각 영향을 미치지 않도록, 선택된다. 접촉핀의 축 방향으로, 접촉팁과 지지 슬리브 사이의 길이 비율은 바람직하게는 1:7과 최대 1:5 사이에 있다. 예를 들어, (각각, 접촉핀의 축 방향 또는 이동 방향으로) 접촉팁은 약 24 ㎜의 길이를 가지며, 각각, 지지 슬리브 또는 접촉 지지체는 약 130 ㎜의 축방향 길이를 갖는다. 접촉팁의 축방향 길이는 특히 바람직하게는 20 ㎜보다 더 크다.

지지 슬리브는 바람직하게는 판금 재료로부터 제조되며, 그것은 슬리브(파이프)를 형성하기 위해 굽어져서, 판금 패널의 2개의 상호 대향하는 에지가 서로에 기댄다. 이어서 그 에지는 튜브형 지지 슬리브를 제공하기 위해서 서로 용접된다. 대안적으로, 예를 들어 압출 성형(extrusion molding) 또는 압출 주조(extrusion casting)에 의해 제조된, 이음매 없는 (이미-만들어진) 파이프가 지지 슬리브로서 사용될 수 있다.

청구항 9에 따르면, 전술된 바와 같이 접촉핀을 수용하기 위해 구성되는 고전압 및/또는 중전압 스위치용 파이프접촉부가 접촉핀과 파이프접촉부 사이에서 스위칭 접촉부를 폐쇄하기 위해 제공된다. 파이프접촉부는 각각 아크 저항성 또는 아크-침식 저항성 환형 접촉부(annular contact)와, 환형 접촉부에 연결되는, 지지 파이프를 구비한다.

환형 접촉부는 스위치에서 사용 중 아크가 발생할 수 있는 파이프 접촉부의 전방 영역에 배치된다. 지지 파이프는 각각, 전방 영역에 인접하면서, 사용 중 아크가 발생하지 않는 파이프 접촉부의 후방 영역에 배치되거나, 아크가 발생할 수 있는 영역 밖에 배치된다. 접촉팁 또는 지지 슬리브에 관해 전술된 바와 같이 동일한 재료가 각각 환형 접촉부 또는 지지 파이프에 사용될 수 있다.

파이프접촉부는, 환형 접촉부(예를 들어, 소결된 텅스텐)와 지지 파이프(예를 들어, 소결된 몰리브덴)가 축방향으로 상호 정렬되고 도가니(crucible) 내에서, 예를 들어 구리로, 집합적으로 침투된다는 점에서, 간단하게 제조될 수 있다. 그에 따라, 하나의 단계에서, 2개의 구성요소는, 예를 들어 구리와 같은, 우수한 전기 전도도를 갖는 재료로 침투되고 상호연결된다. 이어서, 형성된 침투된 부분은 전술된 바와 같이 접촉핀을 위한 리셉터클 개구(receptacle opening)를 제공하기 위해 감삭 기계가공될 수 있다.

바람직하게는, 지지 파이프는 환형 접촉부보다 더 작은 벽 두께를 가지며, 지지 파이프는 환형 접촉부와 동일하거나 실질적으로 동일한 내경을 갖는다. 일단 두 소자가 축방향으로 상호 정렬되고 (구리로) 침투되면, 침투된 부분은 파이프접촉부의 우수한 전기 전도도를 보장하는 각각의 구리층이 지지 파이프의 외부 면에 남아있도록 기계가공될 수 있다. 파이프접촉부의 내부 면 상의 지지 파이프는 파이프접촉부의 기계가공 이후에 노출되어서, 이 영역에서의 파이프접촉부는, 접촉핀에 관해 전술된 바와 같이, 아크가 생성될 때 발생하는 고온 가스 및 고온으로부터 보호된다.

파이프접촉부의 외부 면을 고온 가스 및 고온의 영향으로부터 보호하기 위해, 지지 파이프는 대안적으로, 더 작은 벽 두께로, 환형 접촉부와 동일한 외경을 가질 수 있다. 두 소자가 침투되고 감삭 후-기계가공된 이후, 외부 면 상의 지지 파이프는, 침투된 재료(예를 들어 구리)의 층이 지지 파이프의 내부 면에 남아있는 채로, 노출되며, 그로 인해 결과적으로 파이프접촉부의 우수한 전기 전도도가 보장된다.

본 발명의 예시적인 실시형태들은 도면에 의해 더욱 상세하게 설명될 것이다.

본 발명에 의하면 제조하기에 비용-효율적이고 간단한 접촉핀 및 파이프접촉부가 제공된다.

도 1a-c는 조립 전과 후 접촉핀의 개별 구성요소의 개략도를 측단면도로 도시한다.
도 2a-b는, 침투 및 후-기계가공 전과 후, 제1 설계 실시형태에 따른 파이프접촉부의 구성요소의 개략도를 도시한다.
도 3a-b는 침투 및 후-기계가공 전과 후, 제2 설계 실시형태에 따른 파이프접촉부의 구성요소의 개략도를 도시한다.
도 4는 접촉핀의 대안적인 설계 실시형태의 개략도를 측단면도로 도시한다.

도 1a-c는 제조 중 접촉핀(2)의 구성요소를 개략적으로 그리고 측단면도로 도시한다. 접촉핀(2)은 접촉팁(4), 지지 슬리브(6) 및 지지 코어(8)로 구성된다.

접촉핀(2)이 고전압 스위치에 사용되는 경우, 접촉팁(4)은 스위치 접촉부를 폐쇄하기 위해서 파이프접촉부(10a-b)(도 2a-b 및 도 3a-b)와 접촉한다. 접촉팁(4)은 각각 아크 저항성 또는 아크-침식 저항성 재료로부터 제조되어서, 접촉팁(4) 또는 접촉핀(2)은, 각각, 스위칭 과정 중 발생하는 아크에 의해 손상되지 않는다. 예를 들어, WCu 80/20(Cu: 20 중량％)가 접촉팁 재료로서 이용될 수 있다. 접촉팁(4)은 스위칭 과정 중 아크가 발생할 수 있는 접촉핀(2)의 전체 전방 영역에 걸쳐 이어진다. 각각, 축 방향(A)(이동 방향)으로 접촉팁(4)은 사용 중 발생하는 아크가 접촉팁(4)에 제한되는 것을 보장하는 크기/길이를 갖는다.

튜브형 지지 슬리브(6)는 접촉팁(4)에 바로 인접하도록 배치되며, 예를 들어 전자-빔 용접(electron-beam welding)에 의해, 접촉팁(4)에 연결된다. 바람직하게는, 접촉팁(4)과 접촉 슬리브 사이의 연결은 지지 코어(8)의 일체-캐스팅 중 형성될 수 있다. 각각, 지지 슬리브(6)는 사용 중 아크가 발생하지 않는 접촉핀(2)의 영역에 배치되거나, 지지 슬리브(6)는 아크가 발생할 수 있는 영역 밖에 배치된다. 따라서, 지지 슬리브(6)는 아크 저항성이 아닌 (단지) 열 저항성이고 스위칭 과정 중 아크에 의해 생성되는 고온 가스에 저항성인 재료로부터 제조될 수 있다. 특히, 접촉핀(2)의 제조 비용이 절감되도록 더욱 비용-효율적인 재료가 사용될 수 있다. 추가로, 접촉핀(2)의 총 중량이 감소되도록 더 낮은 밀도의 재료가 지지 슬리브(6)에 사용될 수 있으며, 그로 인해 결과적으로 접촉핀(2)을 위한 구동장치가 더 작은 크기로 응력을 받거나, 또는 더 작은 출력을 갖는 더욱 비용 효율적인 구동장치가 사용될 수 있다. 예를 들어, 몰리브덴, 텅스텐, 또는 다른 내화 금속, 또는 내화 금속에 기초한 합금이 지지 슬리브(6)에 사용될 수 있다. 추가 대안은 (예를 들어 최대 약 1000℃ 까지) 고온을 견디기 위해 고려되는 강철이다. 지지 슬리브(6)는 예를 들어 이음매 없는 (이미-만들어진) 파이프로서 제공될 수 있다. 대안적으로, 각각, 파이프 또는 중공 실린더를 형성하기 위해 평평한 판금이 간단하게 굽어지고 용접될 수 있다.

일단 지지 슬리브(6)가 각각 접촉팁(4)에 고정되거나 또는 접촉팁(4) 상에 단지 위치되기만 하면 (도 1b), 다음 단계에서 지지 슬리브(6)는 지지 코어(8)가 지지 슬리브(6) 내에 구성되도록 캐스팅된다. 지지 코어(8)는, 예를 들어 구리, 알루미늄, 또는 구리/알루미늄에 기초한 각각의 합금, 예를 들어 CuCr1Zr과 같은, 우수한 전기 전도도를 갖는 재료로부터 제조된다. 우수한 전기 전도도를 갖는 지지 코어(8)는 접촉핀(2)의 전기 전도도를 향상시킨다. 지지 코어(8)를 슬리브(6) 안으로 캐스팅함으로써, 슬리브(6), 접촉팁(4), 및 코어(8)는 안정적으로 상호연결된다. 특히, 지지 코어(8)는 (접촉팁(4) 쪽으로) 슬리브(6)의 개방 단부(open end)를 통해 접촉팁(4)과 직접 접촉하고 있어서, 팁(4)과 코어(8) 사이에 우수한 전도도를 갖는 연결이 제공된다. 비교적 연질의 코어 재료가 사용되는 경우, 슬리브(6)는 지지 코어(8)를 각각 안정화하거나 지지한다.

도 1c에서 알 수 있는 바와 같이, 지지 코어(8)는, 접촉핀(2)이 각각의 스위치에서 신뢰성 있게 설치될 수 있거나, 바람직하게는 전자-빔 용접에 의해, 지지체(미도시)에 연결될 수 있는 것을 보장하기 위해서, 슬리브(6)의 개방 단부를 다소 넘어 돌출한다. 대안적으로, 코어(8)는 슬리브(6)와 동일 평면이 되도록 끝난다.

도 4는 접촉핀(2')의 대안적인 설계 실시형태의 개략도를 도시한다. 달리 명시되지 않는 한, 이하에서 설명될 접촉핀(2')의 소자의 기능 및 이용은 도 1a-c의 맥락에서 설명된 접촉핀(2)의 그것에 상당한다. 접촉핀(2, 2')의 동일하거나 동등한 소자에는 각각 동일하거나 동등한 참조 부호가 제공된다.

전술된 접촉핀(2)과는 대조적으로, 도 4에 도시된 접촉핀(2')은 각각 리세스(recess)(9) 또는 함몰부 또는 보어(bore)를 갖는 접촉팁(4')을 구비한다. (전술된 바와 같이, 접촉팁(4')에 연결되는) 접촉핀(2')의 지지 슬리브(6)에 주입되는 경우, 리세스(9')에도 마찬가지로 지지-코어 재료가 주입되어서 지지 코어(8')가 접촉팁(4')에까지 닿는다. 각각 지지-코어 재료 또는 지지 코어(8')는, 예를 들어 구리와 같은, 우수한 (열적) 전도도를 갖는 재료로부터 제조되기 때문에, 접촉팁(4')으로부터의 방열(heat dissipation)은 이러한 설계 실시형태의 접촉핀(2')에 의해 향상되어서 접촉핀(2')의 사용 수명이 연장된다.

도 2a-b는, 침투 및 후-기계가공 전과 후, 제1 설계 실시형태에 따른 파이프접촉부(10a)의 개략도를 도시한다.

도 2a는 파이프접촉부(10a)의 2개의 전구체 소자를 도시한다: (전술된 접촉핀(2)을 수용하기 위한) 리셉터클 개구(20)를 갖는 환형 접촉부(12), 및 지지 파이프(14a). 접촉핀(2)에 대한 설명에 유사하게, 환형 접촉부(12)는 아크 저항성 재료로부터 제조되며 사용 중 아크가 발생할 수 있는 파이프접촉부(10a)의 전방 영역에 배치된다. 각각, 축 방향(A)으로 환형 접촉부는 사용 중 발생하는 아크가 환형 접촉부에 제한되는 것을 보장하는 크기/길이를 갖는다. 마찬가지로 접촉핀(2)의 지지 슬리브(6)와 유사하게, 파이프접촉부(10a)의 경우, 지지 파이프(14a)는 파이프접촉부(10a)의 사용 중 아크가 발생하지 않는 영역에 배치된다.

파이프접촉부(10a)를 제조하기 위해, 환형 접촉부(12)와 지지 파이프(14a)는 각각 축방향으로 상호 정렬되거나, 축방향으로 정렬되기 위해 서로 상에 배치된다. 환형 접촉부(12)와 지지 파이프(14a)는 예를 들어 소결체로서 제공되며, 이어서 침투 공정에서, 예를 들어 구리로, 집합적으로 침투된다. 환형 접촉부(12)와 파이프(14a)는 집합적 침투에 의해 상호연결된다. 과잉 침투재료는 후속 감삭 기계가공 공정에서 제거되며, 파이프접촉부(10a)는, 도 2b에 개략적으로 도시된 바와 같이, 그 최종 형상을 얻는다.

도 2a-b에 도시된 설계 실시형태에서, 지지 파이프(14a)는 환형 접촉부(12)와 동일한 내경 및 더 작은 벽 두께를 갖는다. 침투 및 후-기계가공 후, 전기 전도층(16a)은 지지 파이프(14a)의 외부 면에 남아있는다. 도 2b에서 알 수 있는 바와 같이, 전도층(16a)은 지지 파이프(14a)의 단부 에지에 걸쳐 이어져서, 파이프접촉부(10a)는, 바람직하게는 전자-빔 용접에 의해, 지지체(미도시)에 신뢰성 있게 연결될 수 있다. 침투에 의해, 이러한 층(16a)은 환형 접촉부(12)와 지지 파이프(14a)에 안정적으로 연결되며, 그로 인해 지극히 안정적이고 우수한 전기 전도도를 갖는 파이프접촉부(10a)가 제공된다. 내부 면에서 노출되는 지지 파이프(14a)는, 각각 지지 슬리브(6) 또는 접촉핀(2)에 대해 전술된 바와 같이, 고온의 영향으로부터 그리고 고온 가스로부터 파이프접촉부(10a)의 내부 면의 보호를 보장한다.

도 3a-b는, 침투 및 후-기계가공 전과 후, 제2 설계 실시형태에 따른 파이프접촉부(10b)의 개략도를 도시한다. 달리 명시되지 않는 한, 소자, 기능, 및 사용된 재료는 도 2a-b에 대해 전술된 그것에 상당한다.

제1 설계 실시형태와는 대조적으로, 지지 파이프(14b)는 (더 작은 벽 두께로) 환형 접촉부(12)와 동일한 외경을 갖는다. 그로 인해, 도 2b에서 알 수 있는 바와 같이, 침투 및 감삭 기계가공 후 지지 파이프(14b)의 내부 면에 침투 재료의 전기 전도층(16b)이 제공된다. 외부 면에서 노출되는 지지 파이프(14a)는, 각각 지지 슬리브(6) 또는 접촉핀(2)에 대해 설명된 바와 같이, 고온의 영향으로부터 그리고 고온 가스로부터 파이프접촉부(10a)의 외부 면의 보호를 보장한다.

각각 접촉팁(4), 지지 슬리브(6), 또는 코어(8)에 대해 전술된 재료들은 환형 접촉부(12), 지지 파이프(14a-b), 또는 전기 전도체(16a-b)에 또한 사용될 수 있다.

2, 2' 접촉핀 / 핀
4, 4' 접촉팁
6 지지 슬리브
8, 8' 지지 코어
9 리세스
10a-b 파이프접촉부
12 환형 접촉부
14a-b 지지 파이프
16a-b 전기 전도체 / 침투 재료
20 리셉터클 개구
A 접촉핀 축 / 파이프접촉부 축

Claims

고전압 스위치 또는 중전압 스위치용 접촉핀(2, 2')에 있어서,
접촉핀(2, 2')은:
아크-침식 저항성 재료로 제조된 접촉팁(4, 4');
상기 접촉팁(4, 4')에 연결되는 튜브형 지지 슬리브(6); 및
지지 슬리브(6) 내에 배치되고 지지 슬리브(6)에 연결되는, 지지 코어(8, 8')
를 구비하며,
상기 접촉팁(4, 4'), 상기 지지 슬리브(6) 및 상기 지지 코어(8, 8')는 침투에 의해 야금적으로 접합되는 방식으로 상호연결되며,
접촉팁(4, 4')은, 접촉핀(2, 2')의 사용 중 아크가 발생하는, 접촉핀(2, 2')의 전방 영역에 배치되며, 상기 접촉팁은, 질량 면에서 10 내지 40 중량％의 구리 비율을 갖는, 구리를 침투시킨 텅스텐으로 이루어지며,
지지 슬리브(6)는, 전방 영역에 인접하면서, 접촉핀(2, 2')의 사용 중 아크가 발생하지 않는, 접촉핀(2, 2')의 후방 영역에 배치되고,
상기 지지 슬리브(6)는 몰리브덴, 또는 텅스텐, 또는 질량 면에서 각각 90 중량％ 이상의 텅스텐 또는 90 중량％ 이상의 몰리브덴의 비율을 갖는 몰리브덴 또는 텅스텐에 기초한 합금, 또는 질량 면에서 10 내지 40 중량％의 구리 비율을 갖는 텅스텐/구리, 또는 열 저항성 강철로 이루어진 그룹으로부터 선택된 재료를 포함하는 것을 특징으로 하는, 고전압 스위치 또는 중전압 스위치용 접촉핀(2, 2').
제1항에 있어서,
상기 접촉팁은 WCu 80/20 으로 이루어지는 것을 특징으로 하는, 고전압 스위치 또는 중전압 스위치용 접촉핀(2, 2').
제1항에 있어서,
지지-슬리브 재료는 접촉팁 재료보다 밀도가 더 낮거나, 또는 지지-코어 재료는 슬리브 재료보다 밀도가 더 낮은 것을 특징으로 하는, 고전압 스위치 또는 중전압 스위치용 접촉핀(2, 2').
제1항에 있어서,
지지 코어(8, 8')는 지지 슬리브(6)보다 더 높은 전기 전도도를 갖는 것을 특징으로 하는, 고전압 스위치 또는 중전압 스위치용 접촉핀(2, 2').
제1항에 있어서,
지지 슬리브(6)의 벽 두께는 지지 슬리브(6)의 외부 반경의 5％ 내지 25％인 것을 특징으로 하는, 고전압 스위치 또는 중전압 스위치용 접촉핀(2, 2').
제1항에 있어서,
지지-코어 재료는 구리, 알루미늄, 구리 또는 알루미늄에 기초한 합금으로부터 선택되는 것을 특징으로 하는, 고전압 스위치 또는 중전압 스위치용 접촉핀(2, 2').
제1항 내지 제6항 중 어느 한 항에 따른 접촉핀(2, 2')을 제조하기 위한 방법으로서, 상기 방법은:
- 질량 면에서 10 내지 40 중량％의 구리 비율을 갖는, 구리를 침투시킨 텅스텐으로 이루어진 접촉팁(4, 4')을 제공하는 단계;
- 침투에 의해 튜브형 지지 슬리브(6)를 접촉팁(4, 4')에 연결하는 단계
를 포함하며,
상기 튜브형 지지 슬리브(6)는 몰리브덴, 또는 텅스텐, 또는 질량 면에서 각각 90 중량％ 이상의 텅스텐 또는 90 중량％ 이상의 몰리브덴의 비율을 갖는 몰리브덴 또는 텅스텐에 기초한 합금, 또는 질량 면에서 10 내지 40 중량％의 구리 비율을 갖는 텅스텐/구리, 또는 열 저항성 강철로 이루어진 그룹으로부터 선택된 재료로 이루어지며,
지지 코어(8, 8')를 형성하기 위한 지지-코어 재료가 상기 지지 슬리브(6) 내에 배치되거나 배치가능하며,
상기 접촉팁(4, 4'), 상기 지지 슬리브(6) 및 상기 지지 코어(8, 8')는 침투에 의해 야금적으로 접합되는 방식으로 상호연결되는 것을 특징으로 하는, 접촉핀 제조 방법.
제7항에 있어서,
상기 접촉팁(4, 4')은 WCu 80/20 으로 이루어지는 것을 특징으로 하는, 접촉핀 제조 방법.
제1항 내지 제6항 중 어느 한 항에 따른 접촉핀(2, 2')을 수용하기 위한 파이프접촉부(10a-b)로서, 상기 파이프접촉부(10a-b)는:
환형 접촉부(12), 및
상기 환형 접촉부(12)에 연결되는 지지 파이프(14a-b)
를 구비하며,
상기 환형 접촉부(12)는 파이프접촉부의 사용 중 아크가 발생하는 파이프접촉부(10a-b)의 전방 영역에 배치되며, 상기 환형 접촉부(12)는 질량 면에서 10 내지 40 중량％의 구리 비율을 갖는, 구리를 침투시킨 텅스텐으로 이루어지며,
상기 지지 파이프(14a-b)는, 전방 영역에 인접하면서, 파이프접촉부의 사용 중 아크가 발생하지 않는, 파이프 접촉부(10a-b)의 후방 영역에 배치되며, 상기 지지 파이프(14a-b)는 몰리브덴, 또는 텅스텐, 또는 질량 면에서 각각 90 중량％ 이상의 텅스텐 또는 90 중량％ 이상의 몰리브덴의 비율을 갖는 몰리브덴 또는 텅스텐에 기초한 합금, 또는 질량 면에서 10 내지 40 중량％의 구리 비율을 갖는 텅스텐/구리, 또는 열 저항성 강철로 이루어진 그룹으로부터 선택된 재료로 제조된 것을 특징으로 하는, 파이프접촉부.
제9항에 있어서,
상기 환형 접촉부(12)는 WCu 80/20 으로 이루어진 것을 특징으로 하는, 파이프접촉부.
제9항에 있어서,
지지 파이프(14a)는 환형 접촉부(12)보다 더 작은 벽 두께를 갖고, 지지 파이프(14a)의 내경은 환형 접촉부(12)의 내경과 일치하거나, 또는
지지 파이프(14b)는 환형 접촉부(12)보다 더 작은 벽 두께를 갖고, 지지 파이프(14b)의 외경은 환형 접촉부(12)의 외경과 일치하는 것을 특징으로 하는, 파이프접촉부.
제9항에 따른 파이프접촉부(10a-b)를 제조하기 위한 방법으로서, 상기 방법은:
- 아크-침식 저항성 환형 접촉부(12)를 제공하는 단계;
- 내화 재료, 내화 금속에 기초한 합금, 또는 강철로 이루어진 지지 파이프(14a-b)를 제공하는 단계;
- 축 방향으로 상호 정렬되는 환형 접촉부(12)와 지지 파이프(14a-b)를 집합적으로 침투시켜서, 환형 접촉부(12)와 지지 파이프(14a-b)가 상호연결되도록 하는 단계;
- 상호연결된 환형 접촉부(12)와 지지 파이프(14a-b)를 기계가공하여, 상기 접촉핀(2, 2')을 수용하기 위한 리셉터클 개구(20)가 형성되도록 하는 단계
를 포함하는 것을 특징으로 하는, 파이프접촉부(10a-b) 제조 방법.