WO2022069263A1 - Ein kontakt für eine vakuumschaltröhre und ein herstellungsverfahren für einen solchen - Google Patents

Ein kontakt für eine vakuumschaltröhre und ein herstellungsverfahren für einen solchen Download PDF

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Thomas Brauner
Denis Donner
Frank Graskowski
Uwe Jahnke
Klaus Oberndörfer
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Siemens Aktiengesellschaft
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Definitions

  • the invention relates to a contact for a vacuum interrupter of a low, medium or high voltage switchgear and a manufacturing method for such a contact.
  • Vacuum tubes are used in low, medium and high-voltage switchgear in order to suppress the occurrence of arcs when switching currents as far as possible or to extinguish the arcs as quickly as possible.
  • a moving contact is either removed from a counter-contact (opening of the switch) or brought together with the counter-contact (closing of the switch).
  • Each contact consists of a contact piece that makes the physical and thus also electrical contact with a corresponding counterpart of the other contact, and a contact rod that acts as an electrical feeder or discharger.
  • the contact piece is usually of larger cross section than the contact rod to which it is attached at the end in order to increase the contact area exposed to the stresses of an arc and correspondingly distribute the stress over a larger area.
  • the contact piece Because of the high stress caused by the arcs, mechanically and chemically resistant materials are selected for the contact piece, but these are associated with high costs.
  • the contact rod On the other hand, the price and good electrical conductivity are in the foreground. Contact piece and contact rod are therefore manufactured separately and connected to one another when a contact is made. However, the connection between the contact rod and the contact piece is subject to high mechanical loads during operation of the vacuum interrupter, since the switch is closed at the highest possible speed and the contacts therefore collide at high speed in order to keep the time during which an arc occurs as short as possible. For this reason, it is desirable to connect the contact rod and contact piece to one another as firmly as possible with a high level of reliability.
  • the components of the vacuum tube are often first detachably connected to one another or placed one on top of the other without connection in a vacuum brazing furnace, the vacuum brazing furnace is evacuated and the loose or detachable components of the vacuum tube are firmly connected to one another by heating, with a vacuum being created inside the Vacuum tube is enclosed.
  • Either prefabricated contacts or also detachably or loosely connected contact rods and pieces can be installed, whereby in the latter case the necessary fixed connection of contact rods and pieces is only brought about by heating in the vacuum soldering furnace. In both cases, the quality of the connection between the contact piece and the contact rod cannot be inspected after production is complete, since the contact is inside the finished vacuum tube.
  • the object of the invention is to introduce an improved contact and a method for its manufacture.
  • At least one of the contact rod and the contact piece has a wall that delimits the connection surface, which rises perpendicularly to the longitudinal axis and is arranged in such a way that the contact piece and the contact rod are also positively connected to one another by a force acting transversely to the longitudinal axis between the contact piece and the contact rod are .
  • the non-positive connection of the contact rod and contact piece has the advantageous effect that both components can be correctly positioned relative to one another before the material connection is established, and the non-positive connection holds the two components in the desired position while the material connection is being established . This prevents the components from slipping relative to each other and achieves a high-quality material connection.
  • a wall can be arranged on a lateral surface of the contact rod, so that the wall presses against an inner surface of a recess in the contact piece that is at least approximately complementary in shape to the end of the contact rod that is pressed into the contact disc, thus causing the non-positive connection between the contact piece and the contact rod .
  • the wall can also be located on the inner surface of the contact be arranged piecewise, the contact rod being inserted into the space enclosed by the wall in order to produce the non-positive connection.
  • ramparts can also be provided both on the contact rod and on the contact piece in order to increase the stability of the non-positive connection. Several ramparts can also be provided on the contact rod and/or the contact piece.
  • a wall preferably runs along a closed line, in particular along a circular line. As a result, each section of the wall is loaded with the same force.
  • the contact rod and the contact piece are particularly preferably soldered to one another, that is to say the cohesive connection of the contact rod and contact piece is produced by soldering, in particular hard soldering.
  • solder can be placed as a coating of the contact piece and/or contact rod, as a soldering foil or in some other form in the space enclosed between the contact rod and contact piece, before the non-positive and finally the material connection is established.
  • the wall or walls bring about the additional advantage that they form a barrier for the solder that liquefies during the production of the material-locking connection and keep it at the desired location.
  • the wall particularly preferably runs concentrically around the longitudinal axis. As a result, the effect of the force of the wall is uniform in all directions, so that the contact rod is centered relative to the contact piece when the non-positive connection is established.
  • a trench is provided which runs at least approximately parallel to the wall and is arranged on a side of the wall facing away from the contact surface of the contact piece. If there are several ramparts, a corresponding ditch can be provided next to each of the ramparts.
  • the ditch has the advantage that material from the adjacent wall can get into the ditch or be absorbed by it when the non-positive connection is made by deformation. For this reason, the trench is also arranged on the side of the wall facing away from the contact surface of the contact piece. The presence of a trench enables a higher quality positive connection to be made without having to use an excessively large pressing force.
  • the volume of a ditch is preferably at least half the volume of the adjacent embankment. For example, it can be at least approximately the same as the volume of the neighboring wall, or it can be larger.
  • the contact piece may have a passage having a first opening and a second opening, the first opening opening to the contact surface of the contact piece and the second opening opening to a side of the contact piece remote from the contact surface of the contact piece is open .
  • the passage has the advantage that air trapped between the contact piece and the contact rod can escape when the non-positive connection is made and finally also when the vacuum soldering furnace is evacuated, which reduces the pressing force required to create the non-positive connection and the quality of the material-locking Increased connection between contact piece and contact rod.
  • the contact rod can, for example, have a formation arranged in the passage of the contact piece. The shape can increase the area available for creating the non-positive connection.
  • the wall can also have at least one passage which has a first opening into a space enclosed by the contact piece and the end face of the contact rod and a second opening into a region surrounding the contact.
  • the passage causes air trapped between the contact piece and the contact rod during the evacuation of the vacuum soldering furnace can escape, so that a disturbing pressure effect of this air can be avoided during the heating of the vacuum brazing furnace.
  • the at least one passage can be closed by solder while the material connection between the contact piece and the contact rod is being established, but remains detectable in the finished product due to the different materials used for wall and solder.
  • the passage can be designed, for example, as a through hole or as a slot reaching up to the top of the wall.
  • the wall can have a plurality of such passages, which are arranged at least approximately equidistantly. As a result, the same mechanical properties as the bendability and deformability of the wall are achieved along the wall.
  • a first coefficient of thermal expansion of the first material is particularly preferably greater than a second coefficient of thermal expansion of the second material.
  • the first material can be copper, stainless steel or a copper or stainless steel alloy.
  • the second material may be a copper-chromium composite, a tungsten-copper compound, or a tungsten carbide-metal compound such as tungsten carbide-silver or tungsten carbide-copper.
  • a second aspect of the invention relates to a method for producing a contact according to the invention. It has at least the following steps: providing the contact rod;
  • solder can be placed between the contact rod and the contact piece before the non-positive connection is established.
  • solder can be placed between the contact rod and the contact piece before the non-positive connection is established.
  • Figure 1 shows an example of a vacuum interrupter, in which a contact according to the invention can be used, in a sectional drawing;
  • FIG. 2 shows a first exemplary embodiment of a contact according to the invention in a sectional drawing
  • FIG. 3 shows a second exemplary embodiment of a contact according to the invention in a sectional drawing
  • FIG. 4 shows a third exemplary embodiment of a contact according to the invention in a sectional drawing
  • FIG. 5 shows a fourth exemplary embodiment of a contact according to the invention in a sectional drawing
  • FIG. 6 shows a fifth exemplary embodiment of a contact according to the invention in a sectional drawing
  • FIG. 7 shows a sixth exemplary embodiment of a contact according to the invention in a sectional drawing
  • FIG. 8 shows an exemplary embodiment of the method according to the invention for producing a contact according to the invention.
  • FIG. 1 shows an example of a vacuum interrupter 100, in which a contact 1 according to the invention can be used, in a sectional drawing.
  • the vacuum interrupter 100 comprises two contacts 1 arranged opposite one another in a ceramic housing 7, one of which is usually designed as a moving contact and the other as a fixed contact.
  • the moving contact can be displaced along a direction of movement 4 within the vacuum interrupter 100, so that respective contact surfaces 14 of the two contacts 1 can be brought into contact with one another or separated from one another.
  • a flexible bellows 5 ensures that the vacuum prevailing in the vacuum interrupter 100 is maintained despite the movement of the moving contact.
  • FIG. 2 shows a first exemplary embodiment of a contact 1 according to the invention in a sectional drawing.
  • the contact rod 2 of the contact 1 has a formation 10 which fits into a correspondingly shaped passage 11 of the contact piece 3 is introduced.
  • the formation 10 can in particular be cylindrical in shape.
  • the passage 11 has the additional advantage that gas located between the contact rod 2 and the contact piece 3 can escape when the vacuum soldering furnace is evacuated. If gas remains in the vacuum soldering furnace, undesired chemical reactions can occur on the surfaces of the contact 1 and inside the vacuum interrupter 100 . In addition, trapped gas can prevent the formation of a material bond of sufficient quality.
  • a wall 8 is provided, which in the exemplary embodiment shown here is arranged on the contact rod 2 and more precisely on the formation 10 of the contact rod 2 .
  • the wall 8 runs around the formation 10 and can thus represent a ring around it.
  • the ring can be arranged concentrically around the longitudinal axis 13 of the contact 1 .
  • the wall 8 serves to create a non-positive connection between the contact rod 2 and the contact piece 3 before a material connection is then made. The non-positive connection holds contact piece 3 and contact rod 2 relative to one another in the desired position for producing the materially bonded position.
  • solder 9 for example a soldering foil
  • the wall 8 serves as a delimitation of the connection surface, since the solder 9, which is heated and liquefied during the production of the material connection, cannot pass through the wall 8. This prevents the liquefied solder 9 from leaving the area of the connection surface, as a result of which the quality of the material connection is impaired and the contact surface 14 of the contact piece 3 can be contaminated with solder.
  • FIG. 3 shows a second exemplary embodiment of a contact 1 according to the invention in a sectional drawing.
  • this is with contact piece 3 connected end of the contact rod is stepped.
  • the wall 8 delimits the connecting surface on its other side.
  • the first and the second exemplary embodiment can advantageously be combined in a vacuum interrupter 100 if the upper contact is realized according to the first exemplary embodiment and the lower contact according to the second exemplary embodiment, since if the vacuum interrupter 100 is placed vertically in the vacuum soldering furnace, the solder 9 can be held in place against the action of gravity at both contacts.
  • Figure 4 shows a third exemplary embodiment from a contact 1 according to the invention in a sectional drawing, in which two walls 8 are provided, whereby the strength of the non-positive connection is increased.
  • the arrangement of the ramparts 8 of the exemplary embodiment shown here also has the effect that they limit the connection surface on both sides, so that the solder 9 cannot leave the space defined by the ramparts 8, so that the connection surface on which the materially cohesive connection is formed , is sharply defined .
  • FIG. 7 shows a sixth exemplary embodiment of a contact 1 according to the invention in a sectional drawing, in which several walls 8 are provided which, however, in contrast to the exemplary embodiment in FIG. 4, all delimit the connecting surface at the same end.
  • Such arrangements of ramparts 8 are of course also possible in the other embodiments shown.
  • trenches 12 are also provided, each of which runs next to one of the ramparts 8 .
  • Each trench 12 is arranged on that side of the associated wall 8 which is remote from the contact side 14 .
  • FIG. 8 shows an exemplary embodiment of the method according to the invention for producing a contact according to the invention, which begins in a starting step SO and continues with a step S 1 in which a contact rod is provided.
  • step S2 A suitable contact piece is provided in step S2.
  • step S3 solder is placed between the contact rod and the contact piece.
  • Steps S1, S2 and S3 can generally be carried out in any order or at the same time.
  • step S4 the contact rod and contact piece are non-positively connected by applying a pressing force along the longitudinal axis.
  • step S5 the contact rod and contact piece are materially connected, which can include partial steps of evacuating a vacuum soldering furnace and heating the vacuum soldering furnace. The method ends in a final step S 6 after the vacuum brazing furnace has cooled down and the contact has been completed.

Abstract

Die Erfindung betrifft einen Kontakt (1) für eine Vakuumschaltröhre (100) einer Nieder-, Mittel- oder Hochspannungsschaltanlage und ein Herstellungsverfahren für einen solchen Kontakt (1). Der Kontakt (1) umfasst einen sich entlang einer Längsachse (13) des Kontaktes (1) erstreckenden Kontaktstab (2) mit einem ersten elektrisch leitfähigen Material und ein an einer Stirnfläche des Kontaktstabes (2) befestigtes Kontaktstück (3) mit einem zweiten elektrisch leitfähigen Material. Kontaktstab (2) und Kontaktstück (3) sind an einer Verbindungsfläche stoffschlüssig miteinander verbunden. Erfindungsgemäß weist wenigstens einer von Kontaktstab (2) und Kontaktstück (3) einen die Verbindungsfläche begrenzenden Wall (8) auf, welcher sich senkrecht zu der Längsachse (13) erhebt und so angeordnet ist, dass das Kontaktstück (3) und der Kontaktstab (2) außerdem durch eine quer zur Längsachse (13) zwischen Kontaktstück (3) und Kontaktstab (2) wirkende Kraft kraftschlüssig miteinander verbunden sind.

Description

Beschreibung
Ein Kontakt für eine Vakuumschaltröhre und ein Herstellungsverfahren für einen solchen
Technisches Gebiet
Die Erfindung betri f ft einen Kontakt für eine Vakuumschaltröhre einer Nieder- , Mittel- oder Hochspannungsschaltanlage und ein Herstellungsverfahren für einen solchen Kontakt .
Technischer Hintergrund
In Nieder- , Mittel- und Hochspannungsschaltanlagen werden Vakuumröhren eingesetzt , um das Auftreten von Lichtbögen beim Schalten von Strömen möglichst weitgehend zu unterdrücken oder die Lichtbögen möglichst schnell zu löschen . Beim Schalten wird ein Bewegtkontakt entweder von einem Gegenkontakt entfernt ( Öf fnen des Schalters ) oder mit dem Gegenkontakt zusammengeführt ( Schließen des Schalters ) . Jeder Kontakt besteht dabei aus einem Kontaktstück, das den physischen und damit auch elektrischen Kontakt zu einem entsprechenden Gegenstück des anderen Kontaktes herstellt , und einem Kontaktstab, der als elektrischer Zu- beziehungsweise Ableiter fungiert . Das Kontaktstück weist meist einen größeren Querschnitt als der Kontaktstab auf , an dessen Ende es befestigt ist , um die der Beanspruchung durch einen Lichtbogen ausgesetzte Kontakt fläche zu vergrößern und die Belastung entsprechend über eine größere Fläche zu verteilen . Wegen der dennoch hohen Beanspruchung durch die Lichtbögen werden für das Kontaktstück mechanisch und chemisch widerstands fähige Materialien gewählt , die j edoch mit hohen Kosten verbunden sind . Für den Kontaktstab hingegen stehen der Preis und eine gute elektrische Leitfähigkeit im Vordergrund . Kontaktstück und Kontaktstab werden daher gesondert gefertigt und bei der Herstellung eines Kontaktes miteinander verbunden . Die Verbindung von Kontaktstab und Kontaktstück ist j edoch im Betrieb der Vakuumschaltröhre hohen mechanischen Belastungen unterworfen, da das Schließen des Schalters mit möglichst großer Geschwindigkeit durchgeführt wird und die Kontakte somit mit großer Geschwindigkeit aufeinanderprallen, um die Zeit des Auftretens eines Lichtbogens möglichst kurz zu halten . Aus diesem Grund ist es erstrebenswert , Kontaktstab und Kontaktstück mit einer hohen Zuverlässigkeit möglichst fest miteinander zu verbinden .
Im Zuge der Herstellung einer Vakuumröhre werden häufig die Komponenten der Vakuumröhre zuerst lösbar miteinander verbunden oder auch ohne Verbindung aufeinander aufgesetzt in einem Vakuumlötofen platziert , der Vakuumlötofen evakuiert und die losen oder lösbaren Komponenten der Vakuumröhre durch Erhitzen fest miteinander verbunden, wobei ein Vakuum im Inneren der Vakuumröhre eingeschlossen wird . Dabei können entweder vorgefertigte Kontakte oder ebenfalls lösbar oder lose miteinander verbundene Kontaktstäbe und -stücke verbaut werden, wobei im letztgenannten Fall die notwendige feste Verbindung von Kontaktstäben und -stücken erst durch das Erhitzen im Vakuumlötofen bewirkt wird . In beiden Fällen kann die Qualität der Verbindung zwischen Kontaktstück und Kontaktstab nach Abschluss der Fertigung nicht inspi ziert werden, da der Kontakt im Inneren der fertigen Vakuumröhre liegt .
Die Erfindung macht es sich zur Aufgabe , einen verbesserten Kontakt und ein Verfahren zu seiner Herstellung einzuführen .
Die Erfindung löst diese Aufgabe durch einen Kontakt gemäß Anspruch 1 und einem Verfahren gemäß Anspruch 10 . Bevorzugte Aus führungs formen der Erfindung bilden die Gegenstände der Unteransprüche . Zusammenfassung der Erfindung
Ein erster Aspekt der Erfindung betri f ft einen Kontakt für eine Vakuumschaltröhre einer Nieder- , Mittel- oder Hochspannungsschaltanlage . Der Kontakt umfasst einen sich entlang einer Längsachse des Kontaktes erstreckenden Kontaktstab mit einem ersten elektrisch leitfähigen Material und ein an einer Stirnfläche des Kontaktstabes befestigtes Kontaktstück mit einem zweiten elektrisch leitfähigen Material und einer von dem Kontaktstab abgewandten Kontakt fläche . Kontaktstab und Kontaktstück sind an einer Verbindungs fläche stof f schlüssig miteinander verbunden . Erfindungsgemäß weist wenigstens einer von Kontaktstab und Kontaktstück einen die Verbindungs fläche begrenzenden Wall auf , welcher sich senkrecht zur Längsachse erhebt , und so angeordnet ist , dass das Kontaktstück und der Kontaktstab außerdem durch eine quer zur Längsachse zwischen Kontaktstück und Kontaktstab wirkende Kraft kraf tschlüssig miteinander verbunden sind .
Die kraf tschlüssige Verbindung von Kontaktstab und Kontaktstück bewirkt vorteilhaft , dass beide Komponenten korrekt zueinander positioniert werden können, bevor die stof f schlüssige Verbindung hergestellt wird, und die kraf tschlüssige Verbindung die beiden Komponenten während des Herstellens der stof f schlüssigen Verbindung in der gewünschten Position hält . Hierdurch wird ein Verrutschen der Komponenten zueinander verhindert und eine stof f schlüssige Verbindung hoher Qualität erreicht .
Beispielsweise kann ein Wall auf einer Mantel fläche des Kontaktstabes angeordnet sein, so dass der Wall gegen eine Innenfläche einer zu dem in die Kontaktscheibe eingepressten Ende des Kontaktstabs wenigstens näherungsweise komplementär geformten Aussparung in dem Kontaktstück presst und so die kraf tschlüssige Verbindung zwischen Kontaktstück und Kontaktstab bewirkt . Ebenso kann der Wall auch auf der der Mantelfläche des Kontaktstabs zugewandten Innenfläche des Kontakt- stücks angeordnet sein, wobei der Kontaktstab in den von dem Wall umschlossenen Raum eingeführt wird, um die kraftschlüssige Verbindung herzustellen . Selbstredend können auch Wälle sowohl an Kontaktstab als auch Kontaktstück vorgesehen sein, um die Stabilität der kraf tschlüssigen Verbindung zu erhöhen . Es können auch an dem Kontaktstab und/oder dem Kontaktstück mehrere Wälle vorgesehen sein .
Ein Wall verläuft vorzugsweise entlang einer geschlossenen Linie , insbesondere entlang einer Kreislinie . Dadurch wird j eder Abschnitt des Walls mit einer gleichen Kraft belastet .
Besonders bevorzugt sind der Kontaktstab und das Kontaktstück miteinander verlötet , das heißt , die stof f schlüssige Verbindung von Kontaktstab und Kontaktstück ist durch Löten, insbesondere Hartlöten, hergestellt . Hierzu kann Lot als Beschichtung von Kontaktstück und/oder Kontaktstab, als Lötfolie oder in sonstiger Form, in dem zwischen Kontaktstab und Kontaktstück eingefassten Raum platziert werden, bevor die kraftschlüssige und schließlich die stof f schlüssige Verbindung hergestellt werden . Der Wall oder die Wälle bewirken dabei den zusätzlichen Vorteil , dass sie eine Barriere für das sich während des Herstellens der stof f schlüssigen Verbindung verflüssigende Lot bilden und dieses an dem gewünschten Ort halten .
Besonders bevorzugt verläuft der Wall konzentrisch um die Längsachse . Dadurch ist die Kraftwirkung des Walls in alle Richtungen gleichmäßig, so dass der Kontaktstab relativ zu dem Kontaktstück beim Herstellen der kraf tschlüssigen Verbindung zentriert wird .
Bei vorteilhaften Aus führungs formen des erfindungsgemäßen Kontakts ist ein wenigstens näherungsweise parallel zu dem Wall verlaufender Graben vorgesehen, der auf einer von der Kontakt fläche des Kontaktstücks abgewandten Seite des Walls angeordnet ist . Bei mehreren Wällen kann ein entsprechender Graben neben j edem der Wälle vorgesehen sein . Der Graben hat den Vorteil , dass Material des benachbarten Walls beim Herstellen der kraf tschlüssigen Verbindung durch Verformung in den Graben gelangen beziehungsweise von diesem aufgenommen werden kann . Aus diesem Grund ist der Graben auch auf der von der Kontakt fläche des Kontaktstücks abgewandten Seite des Walls angeordnet . Durch das Vorhandensein eines Grabens kann eine kraf tschlüssige Verbindung von höherer Qualität hergestellt werden, ohne dabei eine übermäßig große Presskraft aufwenden zu müssen . Das Volumen eines Grabens entspricht vorzugsweise wenigstens der Häl fte des Volumens des benachbarten Walls . Beispielsweise kann es wenigstens näherungsweise gleich dem Volumen des benachbarten Walls oder aber auch größer sein .
Das Kontaktstück kann einen Durchgang aufweisen, der eine erste Öf fnung und eine zweite Öf fnung besitzt , wobei die erste Öf fnung zu der Kontakt fläche des Kontaktstücks geöf fnet ist und wobei die zweite Öf fnung zu einer von der Kontaktfläche des Kontaktstücks abgewandten Seite des Kontaktstücks geöf fnet ist . Der Durchgang besitzt den Vorteil , dass zwischen dem Kontaktstück und dem Kontaktstab eingeschlossene Luft beim Herstellen der kraf tschlüssigen Verbindung und schließlich auch beim Evakuieren des Vakuumlötofens entweichen kann, was die für das Herstellen der kraf tschlüssigen Verbindung erforderliche Presskraft reduziert und die Qualität der stof f schlüssigen Verbindung zwischen Kontaktstück und Kontaktstab erhöht . Der Kontaktstab kann beispielsweise eine in dem Durchgang des Kontaktstücks angeordnete Aus formung besitzen . Die Aus formung kann die für das Herstellen der kraftschlüssigen Verbindung zur Verfügung stehende Fläche erhöhen .
Alternativ oder zusätzlich zu dem Durchgang des Kontaktstücks kann auch der Wall wenigstens einen Durchgang aufweisen, der eine erste Öf fnung in einen von dem Kontaktstück und der Stirnfläche des Kontaktstabes umschlossenen Raum und eine zweite Öf fnung in eine Umgebung des Kontaktes aufweist . Der Durchgang bewirkt , dass zwischen Kontaktstück und Kontaktstab eingeschlossene Luft während des Evakuierens des Vakuumlöt- ofens entweichen kann, so dass eine störende Druckwirkung dieser Luft während des Erhitzens des Vakuumlötofens vermieden werden kann . Der wenigstens eine Durchgang kann während des Herstellens der stof f schlüssigen Verbindung von Kontaktstück und Kontaktstab durch Lot verschlossen werden, bleibt aber aufgrund der verschiedenartigen Materialien von Wall und Lot im fertigen Produkt nachweisbar . Der Durchgang kann beispielsweise als Durchgangsloch oder als bis zur Mauerkrone des Walls reichender Schlitz ausgeführt sein .
Beispielsweise kann der Wall eine Mehrzahl solcher Durchgänge aufweisen, welche wenigstens näherungsweise äquidistant angeordnet sind . Dadurch werden entlang des Walls gleiche mechanische Eigenschaften wie Bieg- und Verformbarkeit des Walls erreicht .
Besonders bevorzugt ist ein erster Wärmeausdehnungskoef fizient des ersten Materials größer als ein zweiter Wärmeausdehnungskoef fi zient des zweiten Materials . Dadurch wird erreicht , dass sich die Kraft , mit der die kraf tschlüssige Verbindung bewirkt wird, während des Erhitzens vergrößert , so dass die kraf tschlüssige Verbindung mit geringem Kraftaufwand hergestellt werden kann und während des Herstellens der stof f schlüssigen Verbindung umso zuverlässiger und kräftiger wird .
Das erste Material kann Kupfer, Edelstahl oder eine Kupferoder Edelstahllegierung sein . Das zweite Material kann ein Kupfer-Chrom-Verbundwerkstof f , eine Wol fram-Kupfer-Verbindung oder eine Wol framkarbid-Metall-Verbindung wie Wol framkarbid- Silber oder Wol f ramkarbid-Kupf er sein .
Ein zweiter Aspekt der Erfindung betri f ft ein Verfahren zum Herstellen eines erfindungsgemäßen Kontaktes ein . Es weist wenigstens die folgenden Schritte auf : -- Bereitstellen des Kontaktstabes ;
-- Bereitstellen des Kontaktstücks ; -- kraf tschlüssiges Verbinden von Kontaktstab und Kontaktstück durch Aufbringen einer Presskraft entlang der Längsachse ; und
-- stof f schlüssiges Verbinden von Kontaktstab und Kontaktstück durch Erhitzen von Kontaktstab und Kontaktstück .
Beispielsweise kann vor dem Herstellen der kraf tschlüssigen Verbindung Lot zwischen Kontaktstab und Kontaktstück platziert werden . Die oben beschriebenen besonderen Aus führungsformen des Kontaktes können ohne weiteres in entsprechende Ausbildungs formen des erfindungsgemäßen Herstellungsverfahrens überführt werden .
Kurzbeschreibung der Abbildungen
Die Erfindung wird nachfolgend anhand von Abbildungen von Aus führungsbeispielen näher erläutert . Es zeigen :
Figur 1 ein Beispiel einer Vakuumschaltröhre , in der ein erfindungsgemäßer Kontakt zum Einsatz kommen kann, in einer Schnitt Zeichnung;
Figur 2 ein erstes Aus führungsbeispiel eines erfindungsgemäßen Kontaktes in einer Schnitt Zeichnung;
Figur 3 ein zweites Aus führungsbeispiel eines erfindungsgemäßen Kontaktes in einer Schnitt Zeichnung;
Figur 4 ein drittes Aus führungsbeispiel eines erfindungsgemäßen Kontaktes in einer Schnitt Zeichnung;
Figur 5 ein viertes Aus führungsbeispiel eines erfindungsgemäßen Kontaktes in einer Schnitt Zeichnung;
Figur 6 ein fünftes Aus führungsbeispiel eines erfindungsgemäßen Kontaktes in einer Schnitt Zeichnung; Figur 7 ein sechstes Aus führungsbeispiel eines erfindungsgemäßen Kontaktes in einer Schnitt Zeichnung; und
Figur 8 ein Aus führungsbeispiel des erfindungsgemäßen Verfahrens zur Herstellung eines erfindungsgemäßen Kontaktes .
Aus führliche Abbildungsbeschreibung
Figur 1 zeigt ein Beispiel einer Vakuumschaltröhre 100 , in der ein erfindungsgemäßer Kontakt 1 zum Einsatz kommen kann, in einer Schnitt Zeichnung . Die Vakuumschaltröhre 100 umfasst zwei in einem Keramikgehäuse 7 einander gegenüberliegend angeordnete Kontakte 1 , von denen üblicherweise einer als Bewegtkontakt und der andere als Festkontakt ausgeführt ist .
Der Bewegtkontakt ist dabei entlang einer Bewegungsrichtung 4 innerhalb der Vakuumschaltröhre 100 verschiebbar, so dass j eweilige Kontakt flächen 14 der beiden Kontakte 1 miteinander in Berührung gebracht oder voneinander getrennt werden können . Ein flexibler Balg 5 sorgt dabei dafür, dass das in der Vakuumschaltröhre 100 herrschende Vakuum trotz der Bewegung des Bewegtkontaktes aufrechterhalten wird .
Jeder Kontakt 1 umfasst einen Kontaktstab 2 , der sich entlang einer Längsachse 13 erstreckt , und ein an einem Ende des Kontaktstabes 2 befestigtes Kontaktstück 3 mit den einander gegenüberliegenden Kontakt flächen 14 . Ein Schirm 6 dient dazu, die dahinterliegende Keramik vor Bedampfung mit Kontaktmaterial aus Schaltlichtbögen zu schützen und gegebenenfalls ein zwischen den Potentialen der Kontakte 1 liegendes Potential einzunehmen, wodurch das in der Vakuumschaltröhre 100 herrschende elektrische Feld vorteilhaft beeinflusst werden kann .
Figur 2 zeigt ein erstes Aus führungsbeispiel eines erfindungsgemäßen Kontaktes 1 in einer Schnitt Zeichnung . Der Kontaktstab 2 des Kontaktes 1 besitzt eine Aus formung 10 , die in einen entsprechend geformten Durchgang 11 des Kontaktstücks 3 eingeführt ist . Die Aus formung 10 kann insbesondere zylindrisch geformt sein . Der Durchgang 11 besitzt den zusätzlichen Vorteil , dass zwischen dem Kontaktstab 2 und dem Kontaktstück 3 befindliches Gas beim Evakuieren des Vakuumlötofens entweichen kann . Bleibt Gas im Vakuumlötofen, kann es zu unerwünschten chemischen Reaktionen an den Oberflächen des Kontakts 1 und im Inneren der Vakuumschaltröhre 100 kommen . Außerdem kann eingeschlossenes Gas das Ausbilden einer stof fschlüssigen Verbindung hinreichender Qualität verhindern .
Erfindungsgemäß ist ein Wall 8 vorgesehen, der in dem hier gezeigten Aus führungsbeispiel an dem Kontaktstab 2 und genauer auf der Aus formung 10 des Kontaktstabs 2 angeordnet ist . Der Wall 8 umläuft die Aus formung 10 und kann somit einen Ring um diese herum darstellen . Der Ring kann insbesondere konzentrisch um die Längsachse 13 des Kontaktes 1 herum angeordnet sein . Der Wall 8 dient dazu, eine kraf tschlüssige Verbindung zwischen Kontaktstab 2 und Kontaktstück 3 herzustellen, bevor anschließend eine stof f schlüssige Verbindung hergestellt wird . Die kraf tschlüssige Verbindung hält Kontaktstück 3 und Kontaktstab 2 relativ zueinander in der gewünschten Position für das Herstellen der stof f schlüssigen Position . Für letztere kann Lot 9 , beispielsweise eine Lötfolie , zwischen dem Kontaktstab 2 und dem Kontaktstück 3 dort platziert werden, wo die stof f schlüssige Verbindung an einer Verbindungs fläche der beiden Teile bewirkt werden soll . Der Wall 8 dient dabei als eine Begrenzung der Verbindungs fläche , da das beim Herstellen der stof f schlüssigen Verbindung erhitzte und verflüssigte Lot 9 den Wall 8 nicht passieren kann . Dadurch wird verhindert , dass das verflüssigte Lot 9 den Bereich der Verbindungs fläche verlässt , wodurch die Qualität der stof f schlüssigen Verbindung beeinträchtigt und die Kontaktfläche 14 des Kontaktstücks 3 mit Lot kontaminiert werden kann .
Figur 3 zeigt ein zweites Aus führungsbeispiel eines erfindungsgemäßen Kontaktes 1 in einer Schnitt Zeichnung . Beim zweiten Aus führungsbeispiel ist das mit dem Kontaktstück 3 verbundene Ende des Kontaktstabes gestuft ausgebildet . Der Wall 8 begrenzt beim zweiten Aus führungsbeispiel die Verbindungs fläche auf ihrer anderen Seite . Das erste und das zweite Aus führungsbeispiel können vorteilhaft in einer Vakuumschaltröhre 100 kombiniert werden, wenn der obere Kontakt gemäß dem ersten Aus führungsbeispiel und der untere Kontakt gemäß dem zweiten Aus führungsbeispiel verwirklicht werden, da bei einer senkrechten Platzierung der Vakuumschaltröhre 100 im Vakuumlötofen das Lot 9 bei beiden Kontakten gegen die Wirkung der Schwerkraft am vorgesehenen Ort gehalten werden kann .
Figur 4 zeigt ein drittes Aus führungsbeispiel eines erfindungsgemäßen Kontaktes 1 in einer Schnitt Zeichnung, bei dem zwei Wälle 8 vorgesehen sind, wodurch die Stärke der kraftschlüssigen Verbindung erhöht wird . Die Anordnung der Wälle 8 des hier gezeigten Aus führungsbeispiels hat zudem die Wirkung, dass sie die Verbindungs fläche zu beiden Seiten begrenzen, so dass das Lot 9 nicht den von den Wällen 8 begrenzten Raum verlassen kann, so dass die Verbindungs fläche , an der die stof f schlüssige Verbindung zustande kommt , scharf definiert ist .
Figur 5 zeigt ein viertes Aus führungsbeispiel eines erfindungsgemäßen Kontaktes 1 in einer Schnitt Zeichnung, das weitgehend dem zweiten Aus führungsbeispiel von Figur 3 entspricht . Der Unterschied zwischen den beiden Aus führungsbeispielen besteht darin, dass hier der Wall 8 nicht auf dem Kontaktstab 2 sondern auf dem Kontaktstück 3 angeordnet ist . Prinzipiell kann bei allen Aus führungs formen der Erfindung ein Wall 8 an dem Kontaktstab 2 oder dem Kontaktstück 3 angeordnet werden . Auch ist es möglich, einen oder mehrere Wälle sowohl an Kontaktstab 2 und dem Kontaktstück 3 vorzusehen .
Allgemein wird j edoch das Material des Kontaktstabs 2 weicher und flexibler sein als das des Kontaktstücks 3 , so dass ein Wall 8 auf dem Kontaktstab 2 das Herstellen der kraftschlüssigen Verbindung mit einer geringeren Presskraft erlaubt . Figur 6 zeigt ein fünftes Aus führungsbeispiel eines erfindungsgemäßen Kontaktes 1 in einer Schnitt Zeichnung, bei dem das Kontaktstück 3 in den Kontaktstab 2 eingelassen ist . Eine solche Aus führungs form kann gewählt werden, wenn der Wärmeausdehnungskoef fi zient des Materials des Kontaktstücks 3 größer ist als der des Materials des Kontaktstabs 2 . Dadurch dehnt sich das Kontaktstück 3 bei Erwärmung stärker aus als der Kontaktstab 2 , so dass die Stärke der kraf tschlüssigen Verbindung im Verlauf des Herstellens der stof f schlüssigen Verbindung vorübergehend erhöht wird . Dies ermöglicht , die kraf tschlüssige Verbindung mit einer verhältnismäßig geringen Kraft herzustellen, wobei während des Lötvorgangs eine größere Kraft wirkt und Kontaktstück 3 und Kontaktstab 2 relativ zueinander in der gewünschten Position hält .
Figur 7 zeigt ein sechstes Aus führungsbeispiel eines erfindungsgemäßen Kontaktes 1 in einer Schnitt Zeichnung, bei dem mehrere Wälle 8 vorgesehen sind, die j edoch im Unterschied zum Aus führungsbeispiel der Figur 4 alle die Verbindungs fläche am selben Ende begrenzen . Solche Anordnungen von Wällen 8 sind selbstredend auch bei den anderen gezeigten Aus führungsformen möglich . Bei dem sechsten Aus führungsbeispiel sind zudem Gräben 12 vorgesehen, von denen j eder neben einem der Wälle 8 verläuft . Jeder Graben 12 ist dabei auf der von der Kontaktseite 14 abgewandten Seite des zugehörigen Walls 8 angeordnet . Dies besitzt den Vorteil , dass der Wall 8 flexibel wird und beim Herstellen der kraf tschlüssigen Verbindung ein Teil des Materials des Walls 8 in den zugehörigen Graben 12 verschoben werden kann, wodurch einerseits die Anpress fläche der kraf tschlüssigen Verbindung erhöht und gleichzeitig die maximale Anpresskraft der kraf tschlüssigen Verbindung reduziert und vorteilhaft über die Fläche verteilt wird . Dadurch kann eine bessere kraf tschlüssige Verbindung unter Aufwendung einer reduzierten Presskraft realisiert werden . Selbstredend kann ein solcher Graben 12 oder mehrere Gräben 12 auch bei den anderen gezeigten Aus führungsbeispielen vorgesehen werden . Figur 8 zeigt ein Aus führungsbeispiel des erfindungsgemäßen Verfahrens zur Herstellung eines erfindungsgemäßen Kontaktes , welches in einem Startschritt S O beginnt und mit einem Schritt S 1 fortsetzt , in dem ein Kontaktstab bereitgestellt wird . In Schritt S2 wird ein passendes Kontaktstück bereitgestellt . In Schritt S3 wird Lot zwischen Kontaktstab und Kontaktstück platziert . Die Schritte S I , S2 und S3 können allgemein in beliebiger Reihenfolge oder auch gleichzeitig ausgeführt werden . Anschließend werden in Schritt S4 Kontaktstab und Kontaktstück kraf tschlüssig verbunden, indem eine Presskraft entlang der Längsachse aufgebracht wird . In Schritt S5 werden Kontaktstab und Kontaktstück stof f schlüssig verbunden, was Teilschritte des Evakuierens eines Vakuumlötofens und des Erhitzens des Vakuumlötofens umfassen kann . Das Verfahren endet in einem Endschritt S 6 nach Abkühlen des Vakuumlötofens und Fertigstellen des Kontaktes .
Die Erfindung wurde anhand von Abbildungen von Aus führungsbeispielen näher erläutert . Die Aus führungsbeispiele dienen hierbei lediglich der besseren Verständlichkeit und sollen die Erfindung, die ausschließlich durch die nachfolgenden Patentansprüche definiert wird, nicht beschränken .
Bezugs zeichenliste
1 Kontakt
2 Kontaktstab
3 Kontaktstück
4 Bewegungsrichtung
5 Balg
6 Schirm
7 Keramikgehäuse
8 Wall
9 Lot
10 Aus formung
11 Durchgang
12 Graben
13 Längsachse
14 Kontakt fläche
100 Vakuumschaltröhre

Claims

Patentansprüche
1. Ein Kontakt (1) für eine Vakuumschaltröhre (100) einer Nieder-, Mittel- oder Hochspannungsschaltanlage, der Kontakt
(1) umfassend einen sich entlang einer Längsachse (13) des Kontaktes (1) erstreckenden Kontaktstab (2) mit einem ersten elektrisch leitfähigen Material und ein an einer Stirnfläche des Kontaktstabes befestigtes Kontaktstück (3) mit einem zweiten elektrisch leitfähigen Material und einer von dem Kontaktstab abgewandten Kontakt fläche (14) , wobei Kontaktstück (3) und Kontaktstab (2) an einer Verbindungsfläche stoff schlüssig miteinander verbunden sind, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t, dass wenigstens einer von Kontaktstab (2) und Kontaktstück (3) einen die Verbindungsfläche begrenzenden Wall (8) aufweist, welcher sich senkrecht zur Längsachse (13) erhebt und so angeordnet ist, dass das Kontaktstück (3) und der Kontaktstab
(2) außerdem durch eine quer zur Längsachse (13) zwischen Kontaktstück (3) und Kontaktstab (2) wirkende Kraft kraftschlüssig miteinander verbunden sind.
2. Der Kontakt (1) des vorhergehenden Anspruchs, bei dem der Kontaktstab (2) und das Kontaktstück (3) miteinander verlötet sind .
3. Der Kontakt (1) eines der vorhergehenden Ansprüche, bei dem der Wall (8) konzentrisch um die Längsachse (13) verläuft .
4. Der Kontakt (1) eines der vorhergehenden Ansprüche, mit einem wenigstens näherungsweise parallel zu dem Wall (8) verlaufenden Graben (12) , der auf einer von der Kontakt fläche (14) des Kontaktstücks (3) abgewandten Seite des Walls (8) angeordnet ist.
5. Der Kontakt (1) eines der vorhergehenden Ansprüche, bei dem das Kontaktstück (3) einen Durchgang (11) aufweist, der eine erste Öffnung und eine zweite Öffnung besitzt, wobei die erste Öffnung zu der Kontakt fläche (14) des Kontaktstücks (3) geöffnet ist und wobei die zweite Öffnung zu einer von der Kontakt fläche (14) des Kontaktstücks (3) abgewandten Seite des Kontaktstücks (3) geöffnet ist.
6. Der Kontakt (1) des vorhergehenden Anspruchs, bei dem der Kontaktstab (2) eine in dem Durchgang (11) des Kontaktstücks (3) angeordnete Ausformung (10) besitzt.
7. Der Kontakt (1) eines der vorhergehenden Ansprüche, bei dem ein erster Wärmeausdehnungskoeffizient des ersten Materials größer ist als ein zweiter Wärmeausdehnungskoeffizient des zweiten Materials.
8. Der Kontakt (1) eines der vorhergehenden Ansprüche, bei dem das erste Material Kupfer, Edelstahl oder eine Kupferoder Edelstahllegierung ist.
9. Der Kontakt (1) eines der vorhergehenden Ansprüche, bei dem das zweite Material ein Kupfer-Chrom-Verbundwerkstoff, eine Wolfram-Kupfer-Verbindung oder eine Wolframkarbid- Metall-Verbindung ist.
10. Ein Verfahren zum Herstellen eines Kontaktes (1) gemäß einem der vorhergehenden Ansprüche und mit den Schritten: -- Bereitstellen des Kontaktstabes (2) ;
-- Bereitstellen des Kontaktstücks (3) ;
-- kraf tschlüssiges Verbinden von Kontaktstab (2) und Kontaktstück (3) durch Aufbringen einer Presskraft entlang der Längsachse (13) ; und
-- stoff schlüssiges Verbinden von Kontaktstab (2) und Kontaktstück (3) durch Erhitzen von Kontaktstab (2) und Kontaktstück ( 3 ) .
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