DD253503A5 - Schaltkontaktstuecke fuer vakuumschaltgeraete und verfahren zu deren herstellung - Google Patents
Schaltkontaktstuecke fuer vakuumschaltgeraete und verfahren zu deren herstellung Download PDFInfo
- Publication number
- DD253503A5 DD253503A5 DD87299513A DD29951387A DD253503A5 DD 253503 A5 DD253503 A5 DD 253503A5 DD 87299513 A DD87299513 A DD 87299513A DD 29951387 A DD29951387 A DD 29951387A DD 253503 A5 DD253503 A5 DD 253503A5
- Authority
- DD
- German Democratic Republic
- Prior art keywords
- additives
- base material
- melting
- layer
- contact pieces
- Prior art date
Links
- 238000000034 method Methods 0.000 title claims description 18
- 238000004519 manufacturing process Methods 0.000 title claims description 5
- 239000000463 material Substances 0.000 claims abstract description 45
- 239000000654 additive Substances 0.000 claims abstract description 33
- 238000002844 melting Methods 0.000 claims abstract description 13
- 230000008018 melting Effects 0.000 claims abstract description 13
- 239000000843 powder Substances 0.000 claims abstract description 9
- 229910052751 metal Inorganic materials 0.000 claims abstract description 7
- 239000002184 metal Substances 0.000 claims abstract description 7
- 238000007740 vapor deposition Methods 0.000 claims abstract description 4
- 239000011888 foil Substances 0.000 claims abstract 2
- 239000008187 granular material Substances 0.000 claims abstract 2
- 239000010949 copper Substances 0.000 claims description 13
- 239000012071 phase Substances 0.000 claims description 12
- 229910052745 lead Inorganic materials 0.000 claims description 8
- 229910052802 copper Inorganic materials 0.000 claims description 6
- 238000005476 soldering Methods 0.000 claims description 5
- 229910052684 Cerium Inorganic materials 0.000 claims description 4
- 230000001464 adherent effect Effects 0.000 claims description 4
- 229910052738 indium Inorganic materials 0.000 claims description 4
- 229910052744 lithium Inorganic materials 0.000 claims description 4
- 229910052711 selenium Inorganic materials 0.000 claims description 4
- 229910052714 tellurium Inorganic materials 0.000 claims description 4
- YBNMDCCMCLUHBL-UHFFFAOYSA-N (2,5-dioxopyrrolidin-1-yl) 4-pyren-1-ylbutanoate Chemical compound C=1C=C(C2=C34)C=CC3=CC=CC4=CC=C2C=1CCCC(=O)ON1C(=O)CCC1=O YBNMDCCMCLUHBL-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 3
- 229910052787 antimony Inorganic materials 0.000 claims description 3
- 229910052797 bismuth Inorganic materials 0.000 claims description 3
- 239000007791 liquid phase Substances 0.000 claims description 3
- 150000002739 metals Chemical class 0.000 claims description 3
- 239000000203 mixture Substances 0.000 claims description 3
- 238000005245 sintering Methods 0.000 claims description 3
- RYGMFSIKBFXOCR-UHFFFAOYSA-N Copper Chemical compound [Cu] RYGMFSIKBFXOCR-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 2
- 101100365539 Drosophila melanogaster Sesn gene Proteins 0.000 claims description 2
- 229910002665 PbTe Inorganic materials 0.000 claims description 2
- 229910052772 Samarium Inorganic materials 0.000 claims description 2
- 229910045601 alloy Inorganic materials 0.000 claims description 2
- 239000000956 alloy Substances 0.000 claims description 2
- 229910052782 aluminium Inorganic materials 0.000 claims description 2
- 229910052788 barium Inorganic materials 0.000 claims description 2
- 229910052791 calcium Inorganic materials 0.000 claims description 2
- 229910052804 chromium Inorganic materials 0.000 claims description 2
- 229910000765 intermetallic Inorganic materials 0.000 claims description 2
- 229910052746 lanthanum Inorganic materials 0.000 claims description 2
- 229910052749 magnesium Inorganic materials 0.000 claims description 2
- 238000002360 preparation method Methods 0.000 claims description 2
- MFIWAIVSOUGHLI-UHFFFAOYSA-N selenium;tin Chemical compound [Sn]=[Se] MFIWAIVSOUGHLI-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 2
- 229910052709 silver Inorganic materials 0.000 claims description 2
- 238000004544 sputter deposition Methods 0.000 claims description 2
- 229910052712 strontium Inorganic materials 0.000 claims description 2
- OCGWQDWYSQAFTO-UHFFFAOYSA-N tellanylidenelead Chemical compound [Pb]=[Te] OCGWQDWYSQAFTO-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 2
- 229910052718 tin Inorganic materials 0.000 claims description 2
- 229910052719 titanium Inorganic materials 0.000 claims description 2
- 239000011669 selenium Substances 0.000 claims 6
- 239000011575 calcium Substances 0.000 claims 4
- 239000011777 magnesium Substances 0.000 claims 3
- 239000010936 titanium Substances 0.000 claims 2
- OYPRJOBELJOOCE-UHFFFAOYSA-N Calcium Chemical compound [Ca] OYPRJOBELJOOCE-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims 1
- WHXSMMKQMYFTQS-UHFFFAOYSA-N Lithium Chemical compound [Li] WHXSMMKQMYFTQS-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims 1
- FYYHWMGAXLPEAU-UHFFFAOYSA-N Magnesium Chemical compound [Mg] FYYHWMGAXLPEAU-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims 1
- BUGBHKTXTAQXES-UHFFFAOYSA-N Selenium Chemical compound [Se] BUGBHKTXTAQXES-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims 1
- BQCADISMDOOEFD-UHFFFAOYSA-N Silver Chemical compound [Ag] BQCADISMDOOEFD-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims 1
- 229910005642 SnTe Inorganic materials 0.000 claims 1
- ATJFFYVFTNAWJD-UHFFFAOYSA-N Tin Chemical compound [Sn] ATJFFYVFTNAWJD-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims 1
- RTAQQCXQSZGOHL-UHFFFAOYSA-N Titanium Chemical compound [Ti] RTAQQCXQSZGOHL-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims 1
- XAGFODPZIPBFFR-UHFFFAOYSA-N aluminium Chemical compound [Al] XAGFODPZIPBFFR-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims 1
- WATWJIUSRGPENY-UHFFFAOYSA-N antimony atom Chemical compound [Sb] WATWJIUSRGPENY-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims 1
- DSAJWYNOEDNPEQ-UHFFFAOYSA-N barium atom Chemical compound [Ba] DSAJWYNOEDNPEQ-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims 1
- 230000015572 biosynthetic process Effects 0.000 claims 1
- JCXGWMGPZLAOME-UHFFFAOYSA-N bismuth atom Chemical compound [Bi] JCXGWMGPZLAOME-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims 1
- 238000005219 brazing Methods 0.000 claims 1
- GWXLDORMOJMVQZ-UHFFFAOYSA-N cerium Chemical compound [Ce] GWXLDORMOJMVQZ-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims 1
- APFVFJFRJDLVQX-UHFFFAOYSA-N indium atom Chemical compound [In] APFVFJFRJDLVQX-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims 1
- 238000007733 ion plating Methods 0.000 claims 1
- FZLIPJUXYLNCLC-UHFFFAOYSA-N lanthanum atom Chemical compound [La] FZLIPJUXYLNCLC-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims 1
- KZUNJOHGWZRPMI-UHFFFAOYSA-N samarium atom Chemical compound [Sm] KZUNJOHGWZRPMI-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims 1
- VSZWPYCFIRKVQL-UHFFFAOYSA-N selanylidenegallium;selenium Chemical compound [Se].[Se]=[Ga].[Se]=[Ga] VSZWPYCFIRKVQL-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims 1
- 239000004332 silver Substances 0.000 claims 1
- CIOAGBVUUVVLOB-UHFFFAOYSA-N strontium atom Chemical compound [Sr] CIOAGBVUUVVLOB-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims 1
- JBQYATWDVHIOAR-UHFFFAOYSA-N tellanylidenegermanium Chemical compound [Te]=[Ge] JBQYATWDVHIOAR-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims 1
- PORWMNRCUJJQNO-UHFFFAOYSA-N tellurium atom Chemical compound [Te] PORWMNRCUJJQNO-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims 1
- 239000002800 charge carrier Substances 0.000 description 3
- 239000000470 constituent Substances 0.000 description 3
- 238000011161 development Methods 0.000 description 3
- 230000018109 developmental process Effects 0.000 description 3
- 238000005516 engineering process Methods 0.000 description 3
- 230000001965 increasing effect Effects 0.000 description 3
- 230000001939 inductive effect Effects 0.000 description 3
- 230000001681 protective effect Effects 0.000 description 3
- 230000000694 effects Effects 0.000 description 2
- 238000002474 experimental method Methods 0.000 description 2
- 239000011261 inert gas Substances 0.000 description 2
- 239000000155 melt Substances 0.000 description 2
- 239000002245 particle Substances 0.000 description 2
- 238000012805 post-processing Methods 0.000 description 2
- 238000007792 addition Methods 0.000 description 1
- 238000005275 alloying Methods 0.000 description 1
- 230000001166 anti-perspirative effect Effects 0.000 description 1
- 239000003213 antiperspirant Substances 0.000 description 1
- 238000005253 cladding Methods 0.000 description 1
- 150000001875 compounds Chemical class 0.000 description 1
- 230000001010 compromised effect Effects 0.000 description 1
- 239000002482 conductive additive Substances 0.000 description 1
- 238000001816 cooling Methods 0.000 description 1
- 230000006735 deficit Effects 0.000 description 1
- 238000012217 deletion Methods 0.000 description 1
- 230000037430 deletion Effects 0.000 description 1
- 230000001419 dependent effect Effects 0.000 description 1
- 230000008020 evaporation Effects 0.000 description 1
- 238000001704 evaporation Methods 0.000 description 1
- 239000007789 gas Substances 0.000 description 1
- 230000001771 impaired effect Effects 0.000 description 1
- 238000010309 melting process Methods 0.000 description 1
- 229910052697 platinum Inorganic materials 0.000 description 1
- 238000004663 powder metallurgy Methods 0.000 description 1
- 238000012545 processing Methods 0.000 description 1
- 238000010791 quenching Methods 0.000 description 1
- 230000000171 quenching effect Effects 0.000 description 1
- 230000007847 structural defect Effects 0.000 description 1
- 239000000126 substance Substances 0.000 description 1
- 239000000758 substrate Substances 0.000 description 1
- 238000003466 welding Methods 0.000 description 1
- 238000004804 winding Methods 0.000 description 1
- 229910052726 zirconium Inorganic materials 0.000 description 1
Classifications
-
- H—ELECTRICITY
- H01—ELECTRIC ELEMENTS
- H01H—ELECTRIC SWITCHES; RELAYS; SELECTORS; EMERGENCY PROTECTIVE DEVICES
- H01H1/00—Contacts
- H01H1/02—Contacts characterised by the material thereof
- H01H1/0203—Contacts characterised by the material thereof specially adapted for vacuum switches
Landscapes
- Contacts (AREA)
- High-Tension Arc-Extinguishing Switches Without Spraying Means (AREA)
- Manufacture Of Switches (AREA)
- Powder Metallurgy (AREA)
Abstract
Schaltkontaktstuecke fuer Vakuumschaltgeraete bestehen ueblicherweise aus einem Grundmaterial mit Zusaetzen leicht verdampfbarer Komponenten zum Erzeugen einer hinreichend leitenden Schaltstrecke beim Ausschaltvorgang. Angestrebt wird ein ueberspannungsfreies Schaltverhalten des Vakuumschaltgeraetes. Dies wird erfindungsgemaess dadurch erreicht, dass die Zusaetze (12, 22, 32) in einer die Schaltflaeche (11, 21, 31) des Kontaktstueckes (1, 10, 20) bedeckenden festhaftenden Schicht (14, 24, 34) konzentriert sind. Derartige Kontaktstuecke (10, 20, 30) lassen sich insbesondere durch direktes Aufschmelzen der Zusaetze, durch Anschmelzen einer separaten Auflage (22) aus den Zusaetzen in Pulverform, als Granulat oder als Folie bzw. Blech oder aber auch durch Aufdampfen der Zusaetze (32) auf die Schaltflaeche (11, 21, 31) eines vorgegebenen Koerpers (10, 20, 30) aus Grundmaterial herstellen. Als Grundmaterial wird vorteilhafterweise ein CuCr-Kontaktwerkstoff verwendet. Fig. 1
Description
Hierzu 1 Seite Zeichnungen
Die Erfindung bezieht sich auf Schaltkontaktstücke für Vakuumschaltgeräte, bestehend aus einem Grundmaterial mit Zusätzen leicht verdampfbarer Komponenten zum Erzeugen einer hinreichend leitenden Schaltstrecke beim Ausschaltvorgang. Darüber hinaus bezieht sich die Erfindung auch auf Verfahren zur Herstellung solcher Kontaktstücke. Die erfindungsgemäßen Schaltkontaktstücke finden insbesondere Verwendung bei solchen Vakuumschaltgeräten, die zur Schaltung von Motoren eingesetzt werden.
Charakteristik der bekannten technischen Lösungen
In induktiven Schaltkreisen kann es bei Verwendung von Vakuumschaltern in speziellen Schaltfällen, z. B. beim Ausschalten eines anlaufenden Motors, zu mehrfachen (multiplen) Wiederzündungen mit virtuellen Stromabrissen kommen, die zu einer starken Spannungsbelastung in den Eingangswindungen des geschalteten Gerätes führen und die gegebenenfalls Schutzmaßnahmen erforderlich machen (Lit: K.Stegmüller, „elektrotechnik" 66/22, Nov. 1984, S. 16-23). Es besteht daher Bedarf an überspannungsfreien Vakuumschaltgeräten, die diese Tendenz zu Spannungshüben beim Schalten kleiner Ströme in induktiven Kreisen nicht besitzen. Für das Kontaktmaterial in derartigen Schaltern bedeutet das die Forderung nach einem langen Lichtbogenbrennen bis zum Stromnullbereich, d.h. nach einem niedrigen Abreißstrom <0,2A, und gleichzeitig nach einem hinreichend leitenden Lichtbogen, um die Instabilität des Abreißvorganges auf ein Minimum zu reduzieren. Zur Erfüllung dieser Forderung müssen im Schaltfall durch den Lichtbogen Ladungsträger in ausreichender Anzahl erzeugt werden, d. h. es muß eine hohe Dampferzeugungsrate aus der Kathode gegeben sein.
Durch eine starke Metalldampfabgabe und damit eine hohe Ladungsträgermenge wird'prinzipiell das Ausschaltvermögen des Systems gefährdert. Es besteht daher die Forderung nach Kontaktmaterial, das sowohl ein überspannungsfreies Schaltverhalten zeigt als auch hohes Leistungsschaltvermögen aufweist.
Für Kontaktwerkstoffe mit überspannungsfreiem Schaltverhalten wurde bisher vorgeschlagen, einem Grundmaterial, z. B. CuCr, eine genügende Menge von leichtverdampflichen Zusatzkomponenten hinzuzufügen. Derartige Werkstoffe werden beispielsweise in der EP-A-0083200, der EP-AP-OO83245, der DE-A-31 50846 und der EP-A-OO90579 beschrieben.
Die bei letzterem Stand der Technik angeführten Zusätze sind für den Einsatz in Vakuumschalter-Kontaktwerkstoffen bereits in anderem Zusammenhang bekannt, beispielsweise zur Abreißstromsenkung oder Schweißkraftminderung, und werden nach verschiedenen Verfahren im Volumen des Kontaktwerkstoffes weitgehend homogen verteilt, um bei Abbrandverlusten stets wieder nachlieferbar zu sein.
Die bekannten Lösungen besitzen gravierende Nachteile:
— Da mitzunehmender Größe des Ausschaltstromes auch die Menge an verdampften Kontaktmaterial — und damit an Ladungsträgern — durch die leichtverdampflichen Zusätze zwangsläufig besonders stark ansteigt, wird das Ausschaltvermögen mit wachsenden Strömen erheblich beeinträchtigt und im Vergleich zu zusatzfreien Werkstoffen deutlich vermindert.
— Durch den hohen Anteil von in der Regel spröden Zusatzstoffen bzw. spröden Phasen dieser Stoffe verliert der Werkstoff seine notwendige Duktilität, die für die mechanische Belastung beim Schaltvorgang und für eine gute elektrische Kontaktgabe bei Dauerstrombelastung wichtig ist.
— Zugleich werden durch die i. a. schlecht leitenden Zusatzstoffe Strom- und Wärmeleitung der Elektroden eingeschränkt, d.h., es kann zu Problemen infolge erhöhter Wärmeentwicklung kommen.
— Die Herstellung derartiger Kontaktwerkstoffkombinationen erfolgt bevorzugt auf pulvermetallurgischem Wege. Daraus und unter Berücksichtigung der verwendeten Zusätze, z.B. wie bei dem aus der DE-A-31 50846 bekannten Werkstoff, ergibt sich eine nicht vernachlässigbare Anfälligkeit für Gefügefehler, Inhomogenitäten und hohe Restgasgehalte, die eine zusätzliche Beschränkung im Schaltleistungsvermögen und in der Spannungsfestigkeit bewirken.
— Ein wesentliches verarbeitungsmäßiges Hindernis beim Einsatz der genannten Art von sog. „Low Surge"*- Kontaktwerkstoffen ergibt sich aus der Tatsache, daß die meisten der angeführten Zusätze zugleich gute Antischweißeigenschaften besitzen. Bei mit diesen Zusätzen hochlegierten Werkstoffen können sich erhebliche Probleme bezüglich ihrer Verbindungstechnikergeben.
Im Extremfall, z. B. bei einem aus der EP-A-OO90579 bekannten Werkstoff, sind sie nicht mit den bekannten Verfahren lötbar.
„LOW SURGE" = kleine Überspannungen
Ziel der Erfindung ist es, in induktiven Schaltkreisen den problemlosen Einsatz von Vakuumschaltgeräten zu ermöglichen.
Aufgabe der Erfindung ist es daher, Schaltkontaktstücke der eingangs genannten Art zu schaffen, die ein hinreichendes überspannungsfreies Schaltverhalten bei gutem Leistungsschaltvermögen aufweisen und problemlos bezüglich der Verbindungstechnik mit Kontaktstückunterlagen aus Kupfer sind.
Die Aufgabe wird erfindungsgemäß durch die Merkmale des Patentanspruches 1 gelöst. Vorteilhafte Weiterbildungen sind Gegenstand der Unteransprüche. Spezifische Verfahren zur Herstellung derartiger Kontaktstücke sind in den Ansprüchen 9,10 bis 12 sowie 13 und 14 angegeben. Dabei könnten vorteilhaft Zusätze gemäß den Ansprüchen 15 und 16 verwendet werden. Um die oben abgehandelten Nachteile des Standes der Technik zu vermeiden, wird gemäß der Erfindung vorgeschlagen, ein bewährtes Grundmaterial, z. B. CuCr, lediglich auf der Schaltfläche mit einer Schicht aus geeigneten leichtverdampflichen Zusätzen bzw. hochkonzentrierten Verbindungen/Legierungen dieser Zusätze zu versehen und das Grundmaterial selbst unlegiert zu belassen. Durch Versuche konnte bestätigt werden, daß bereits diese Anordnung genügt, um zu guten Resultaten hinsichtlich eines weitgehend überspannungsfreien Schaltverhaltens zu gelangen. Ein rasches Nachlassen der Wirkung der leichtverdampflichen Zusätze, wie es aufgrund der unvermeidlichen Verarmungseffekte und der damit bewirkten Kontakterosion befürchtet werden mußte, findet überraschenderweise nicht statt. Dies kann durch die Annahme erklärt werden, daß beim Verdampfen der Zusätze ein wesentlicher Teil davon wieder im Bereich des Kontaktspaltes auf den Schaltflächen kondensiert. Ein wesentlicher Vorteil der erfindungsgemäßen Lösung liegt darin, daß mit ihr sowohl das gewünschte überspannungsfreie Schaltverhalten als auch ein befriedigendes Leistungsschaltvermögen erreicht werden kann. Beides beruht darauf, daß bei kleinen und mittleren Schaltströmen, bei denen das überspannungsfreie Schaltverhalten gefordert wird, die aufgebrachte Schicht aus leichtverdampflichen Zusätzen wirksam wird und daß bei hohen Strömen, bei denen eine sichere Ausschaltung gefordert wird, der energiereiche Schaltlichtbogen auf das Grundmaterial durchstößt und dort keine weiteren leichtverdampflichen Zusätze freisetzt, die den Löschvorgang unzulässig behindern.
Ein weiterer Vorteil der erfindungsgemäßen Lösung ist, daß ein qualitativ hochwertiger und duktiler Grundwerkstoff eingesetzt werden kann. Außerdem können durch Einsatz eines bewährten Grundwerkstoffes die bekannten Vakuumhartlötverfahren beim Verbinden mit dem Kontaktträger bzw. den Kontaktbolzen beinhaltet werden, d. h. es gibt keine Probleme mit der Verbindungstechnik.
Ausführungsformen der Erfindung bezüglich Materialwahl der Zusätze, werden nachfolgend im einzelnen beschrieben. Die festhaftenden Schichten aus diesen Zusätzen können durch unterschiedliche Verfahrenstechnologien hergestellt werden, zu denen weiter unten auf die Figurenbeschreibung der Zeichnung verwiesen wird.
Auf einen Grundkörper aus geeignetem Kontaktmaterial, beispielsweise aus CuCr-Schmelzwerkstoff, soll eine Schicht von ausgewählten Zusätzen aufgebracht werden:
Die Schichtdicke soll dabei in Abhängigkeit von den Anforderungen und vom gewählten Schichtmaterial bevorzugt einige Vioo mm bis einige Viomm betragen. Es können jedoch auch Schichten größerer Dicke (einige mm) verwendet werden, wenn die Schicht aus verfahrenstechnischen Gründen mit Bestandteilen des Grundwerkstoffes vermischt ist.
Als Komponenten für die Schicht, d.h. als geeignete Zusätze, kommen insbesondere intermetallische Verbindungen der Elemente Se, Te, Pt), Bi untereinander bzw. mit Ag, Al, Ba, Ca, Ce, In, La, Li, Sb, Sn, Sr1Ti oder Zr bzw. mit Cu als Grundwerkstoff in Betracht. Auch Mg oder Sm sind zur Bildung von derartigen Phasen möglich. Alle Elemente sind als Zusatzkomponenten bisher speziell für solche Eigenschaftsverbesserungen bekannt, die eine Erhöhung der Metalldampfdichte bei Lichtbogenbelastung, z. B. zum Erzielen eines niedrigen Abreißstromes, erfordern. Hierzu wird beispielsweise auf die US-PS 2975255, die DE-A-1081 950, die DE-A-1236630, die US-PS 3596027 und die DE-PS 21 24707 verwiesen.
Aus verarbeitungstechnischen Gründen ist die Schmelz- oder Erweichungstemperatur der Schicht höher als die verwendete Löttemperatur zu wählen (z. B. T 800°C). Beispiele für Schichtkomponenten mit entsprechendem Schmelzpunkt sind: Ag2Se, Ag2Te, AI2Se3, AI2Te3, Ba2Bi3, Ba2Pb, Bi2Ca3, Bi3Ce4, Bi3La4, BiLi3, Bi2Mg3, Bi2Zr3, Ca2Pb, Ce2Pb, Cu2Se, Cu2Te, In2Se3, LaPb bzw. La2Pb, Li2Se, Li2Te, PbSe, Pb2Sm, PbTe, PbTi2, Pb3Zr5, SeSn, SeZn, TeTi, TeZn.
Wichtig für die bestimmungsgemäße Eignung der Schicht ist ihre gute Haftung auf dem Grundmaterial. Dies wird alternativ durch Anschmelzen, über eine Schmelzreaktion oder durch Ansintern in flüssiger Phase erreicht. Um das Anlegieren der Schicht zu erleichtern, können auch Zusätze verwendet werden, die mit dem Grundmaterial bzw. einer Komponente davon eine Reaktion eingehen und auf diese Weise eine solche Schicht erzeugen, die bei der Löttemperatur beständig ist. Solche Zusätze sind z. B.
InSe, In2Te3, Sb2Se3 oder Sb2Te3, die beispielsweise mit Cu eines Grundwerkstoffes CuCr geeignete Dreistoffsysteme bilden.
Keinesfalls darf die Schicht locker gebundene Partikel enthalten, da dann Spannungsfestigkeit und Schaltverhalten beeinträchtigt werden.
Da durch Schaltvorgänge Material zwischen den Elektroden ausgetauscht wird, kann es unter Umständen für die Erzielung einer ausreichenden Reduktion der Überspannungen bereits genügen, nur jeweils eines der Kontaktstücke des Vakuumschalters zu beschichten.
Die Figuren 1 bis 3 zeigen drei unterschiedliche Beispiele für Herstellungsverfahren von erfindungsgemäßen Kontaktstücken.
In Fig. 1 ist eine Deckfläche 11 eines Formkörpers 10 aus einem Grundmaterial CuCr, z.B. CuCr50, mit Partikeln 12 von Ag2Se-Pulver bedeckt. Die Pulvermenge ist dabei so bemessen, daß sich nach dem Prozeßende eine Schichtdicke von ca. 50 bis 100^m ergibt. Ein Schutzmantel bzw. ein erhöhter Rand 13 des Körpers 10 verhindert ein seitliches Heruntergleiten des Pulvers bzw. ein Herabfließen beim Schmelzprozeß. Der Formkörper 10 wird mit dem Pulver 12 in einem Gefäß 5 mit Vakuum (p < 10~3mbar) oder in verdünnter hochreiner Inertgasatmosphäre auf ca. 9500C aufgeheizt und einige Zeit (ca. 10-20 min) auf dieser Temperatur
— 4· — iüJ
belassen. Dabei schmilzt das Ag2Se-Pulver, bindet an die CuCr-Unterlage des Körpers 10 an und bildet die gewünschte Schicht 14. Nach Erkalten wird der Rand 13des Formkörpers 10 abgedreht. Die Schicht 14kann unmittelbar, d.h. ohne Nachbearbeitung, als Kontaktfläche des so hergestellten Kontaktstückes eingesetzt werden.
In Fig. 2 wird eine Pulvermischung aus 20 bis 25% Cr, 30-40% Sb2Te3 und Rest Cu zu einer flachen Scheibe 22 von ca. 1-3 mm Höhe gepreßt und als Auflage auf die Oberfläche 21 eines Grundkörpers 20 aus CuCr, z. B. CuCr50, mit Schutzmantel 23 gelegt. Im Gefäß 5 mit Vakuum oder Inertgasatmosphäre entsprechend Fig. 1 wird die Anordnung auf ca. 1 0000C aufgeheizt und auf dieser Temperatur für 30 bis 60 min belassen. Dabei findet ein Flüssigphasensintern der aufgelegten Preßscheibe 22 statt und das bei ca. 622°C schmelzende Sb2Te3 wandelt sich bevorzugt in Cu2Te um. Über das dabei in Cu gelöste Sb ergibt sich eine fehlerfreie Anbindung an die Oberfläche 21 des Grundkörpers 20 aus CuCr. Die Auflage 22 kann anschließend spanend zur Schicht 24 mit gewünschter Stärke abgearbeitet werden.
In Fig. 3 soll ein Kontaktstück 30 aus CuCr, z.B. aus CuCr 50, mit einer ca. 50/xm dicken Schicht 34 aus PbSe versehen werden. Die Schicht 34 wird bei diesem Beispiel in bekannter Weise durch Aufdampfung der Zusätze 32 auf die Unterseite 31 des Kontaktstückes 30 im Vakuumgefäß 5 gemäß Fig. 1, beispielsweise durch Kathodenzerstäubung oder lonenplattierungen, erzeugt. Die Schicht 34 kann ohne Nachbearbeitung als Schaltfläche dienen.
Bei den Kontaktstücken gemäß Fig. 2 kann der Anteil der Zusätze in Relation zum Grundmaterial in geeigneter Weise variiert werden und beispielsweise bei 30% liegen, während bei Fig. 1 und Fig.3 jeweils reine Zusatzdeckschichten vorliegen. In jedem Fall wird für die Zusätze wenigstens eines von solchen Elementen verwendet, deren Dampfdruck bei 1 000°C oberhalb von etwa 1 mbar liegt und die untereinander bzw. mit anderen Metallen intermetallische Phasen bilden. Der Dampfdruck diese Phasen liegt dabei in anderen Größenordnungen als der Dampfdruck der Einzelkomponenten. Durch Einwirkung des Lichtbogens beim Schalten wird jedoch die intermetallische Phase in die Komponenten mit entsprechendem Dampfdruck zerlegt. Während des Lötprozesses dagegen werden die gebildeten intermetallischen Phasen noch nicht zerlegt, so daß lediglich der Dampfdruck dieser Phasen maßgeblich ist. Dadurch treten im Lötprozeß keine Beeinträchtigungen durch zu hohen Metalldampfentwicklung auf.
In Tabelle 1 sind einige Beispiele für Abreißströme aufgeführt, wie sie an erfindungsgemäßen Kontaktstücken, d. h. an CrCu-Kontaktkörpern mit einer in beschriebener Weise versehenen Schicht, gemessen wurden:
Kontaktschicht- Abreißströme in A bei 40 A
zusammensetzung Mittelwert Maximalwert
| Ag2Te | 0,05 |
| Ag2Se | 0,05 |
| Sb2Se3 | 0,07 |
| Sb2Te3 | 0,07 |
| CuCr22Sb2Te330 | 0,20 |
| CuCr22PbSe30 | 0,10 |
0,35 0,45 0,40 0,50 0,70 0,50
Speziell mit gemäß Fig. 2 hergestellten Kontaktstücken wurden dreipolige Schaltversuche durchgeführt. Eszeigte sich, daß die Steilheit des Stromlöschvermögens auf weniger als 20% des Wertes von reinem CrCu50-Kontaktstücken heruntergesenkt werden konnte und daß demzufolge bei auftretenden multiplen Wiederzündungen im Lastkreis keine virtuellen Stromabrisse mehr auftraten. Zugleich konnten Kurzschlußstrom-Ausschaltleistungen von 20 bis 25kAbei 12kV Nennspannung erreicht werden. Dies bedeutet eine Erhöhung um mehr als 50% gegenüber konventionellen überspannungsvermindemden Kontaktstücken aus solchen Werkstoffen, die einen einheitlichen,nicht schichtmäßigen Aufbau aufweisen.
Claims (16)
1. Schaltkontaktstücke für Vakuumschaltgeräte, bestehend aus einem Grundmaterial mit Zusätzen leicht verdampfbarer Elemente zum Erzeugen einer hinreichend leitenden Schaltstrecke beim Ausschaltvorgang, wobei die Zusätze bevorzugt in dem der Schaltfläche zugewandten Bereich des Kontaktstückes vorhanden sind, dadurch gekennzeichnet, daß die Zusätze (12, 22, 33) als intermetallische Phasen mit einem Erweichungs- oder Schmelzpunkt oberhalb der benötigten Vakuum-Hartlöttemperatur nur in einer die Schaltfläche (11,21,31) des Kontaktstückes (10,20,30) bedeckenden, festhaftenden Schicht konzentriert sind und wenigstens als eine Komponente solche leicht verdampfbaren Elemente, die einen Dampfdruck von mehr als etwa 1 mbar bei 10000C haben, aufweisen.
2. Schaltkontaktstücke nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die leicht verdampfbaren Elemente Selen (Se), Tellur (Te), Blei (Pb), Wismut (Bi), Barium (Ba), Calcium (Ca), Cer (Ce), Indium (In), Lanthan (La), Lithium (Li), Antimon (Sb) und/oder Strontium (Sr) sind, die intermetallische Phasen untereinander oder mit weiteren Metallen bilden.
3. Schaltkontaktstücke nach Anspruchs, dadurch gekennzeichnet, daß die weiteren Metalle Silber (Ag), Aluminium (Al), Kupfer (Cu), Magnesium (Mg), Samarium (Sm), Zinn (Sn), Titan (Ti), Zink (Zn) oder Zirkon (Zr) sind.
4. Kontaktstücke nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß der Erweichungs- oder Schmelzpunkt der Zusätze oberhalb von etwa 8000C liegt.
5. Kontaktstücke nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Zusätze (12, 22,32) folgende intermetallische Verbindungen einzeln oder in Kombination sind:
Ag2Se, Ag2Te, AI2Se3, AI2Te3, Ba2Bi3, Ba2Pb, Bi2Ca3, Bi3Ce4, Bi3La4, BiLi3, Bi2Mg3, Bi2Zr3, Ca2Pb, Ce2Pb, Cu2Se, Cu2Te, In2Se3, LaPb bzw. La2Pb, Li2Se, Li2Te, PbSe, Pb3Sm, PbTe, PbTi2, Pb3Zr5, SeSn, SeZn, TeTi, TeZn.
6. Kontaktstücke nach Anspruch 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß die Dicke der festhaftenden Schicht (14, 24,34) kleiner als 2 mm, vorzugsweise kleiner als 1 mm ist.
7. Kontaktstücke nach Anspruch 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß die Dicke der festhaftenden Schicht (14, 24, 34) größer als 1/100 mm ist.
8. Kontaktstücke nach Anspruch 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, daß als Grundmaterial ein CuCr-Werkstoff, vorzugsweise mit Massenanteilen von 30 bis 60% Cr, verwendet ist.
9. Verfahren zur Herstellung eines Kontaktstückes gemäß Anspruch 1 oder Anspruch 2 bis 8, dadurch gekennzeichnet, daß die Schicht (14) durch Aufschmelzen von pulverförmigen Zusätzen (12) auf die Oberfläche (11) eines vorgegebenen Körpers (10) aus Grundmaterial erzeugt wird.
10. Verfahren zur Herstellung eines Kontaktstückes gemäß Anspruch 1 oder Anspruch 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, daß die Schicht (24) durch Anschmelzen einer Auflage (22) aus den Zusätzen in Pulverform, als Granulat oder als Folie bzw. Blech auf die Oberfläche (21) eines vorgegebenen Körpers (20) aus Grundmaterial erzeugt wird.
11. Verfahren nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, daß die Auflage (22) mit Anteilen des Grundmaterials vermischt wird.
12. Verfahren nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, daß die Auflage (22) aus einer gepreßten Pulvermischung besteht, die aus Anteilen des Grundmaterials und Zusätzen, vorzugsweise mit 1/3 des Gesamtvolumens, erzeugt wird und daß die Auflage durch Aufschmelzen bzw. Flüssigphasenintern mit der Unterlage aus Grundmaterial verbunden wird.
"13. Verfahren zur Herstellung eines Kontaktstückes gemäß Anspruch 1 oderAnspruch2bis8, dadurch ' gekennzeichnet, daß die Schicht (24) durch Aufdampfen auf die Oberfläche (31) eines vorgegebenen Körpers (30) aus Grundmaterial erzeugt wird.
14. Verfahren nach Anspruch 13, dadurch gekennzeichnet, daß das Aufdampfen durch Sputtern oder lonenplattieren erfolgt.
— Δ— £.~JO
15. Verfahren nach Anspruch 9,10 oder 13 zur Herstellung eines Kontaktstückes gemäß Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, daß von niedriger als ca. 8000C schmelzenden intermetallischen Phasen als Zusätzen ausgegangen wird, deren Aufspaltung und Reaktion mit Cu in einem Wärmeprozeß zur Bildung von lötfesten, vorzugsweise von oberhalb 8000C schmelzenden Legierungen bzw. intermetallischen Phasen führt.
16. Verfahren nach Anspruch 15, dadurch gekennzeichnet, daß die intermetallischen Phasen InSe, InTe bzw. In2Te3, Sb2Se3, Sb2Te3, SnTe sind.
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| DE3602835 | 1986-01-30 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| DD253503A5 true DD253503A5 (de) | 1988-01-20 |
Family
ID=6292991
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| DD87299513A DD253503A5 (de) | 1986-01-30 | 1987-01-28 | Schaltkontaktstuecke fuer vakuumschaltgeraete und verfahren zu deren herstellung |
Country Status (6)
| Country | Link |
|---|---|
| US (1) | US4749830A (de) |
| EP (1) | EP0234246A1 (de) |
| JP (1) | JPS62184727A (de) |
| CN (1) | CN1008954B (de) |
| DD (1) | DD253503A5 (de) |
| IN (1) | IN170083B (de) |
Families Citing this family (8)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| EP0368860A1 (de) * | 1987-07-28 | 1990-05-23 | Siemens Aktiengesellschaft | Kontaktwerkstoff für vakuumschalter und verfahren zu dessen herstellung |
| DE3842919C2 (de) * | 1988-12-21 | 1995-04-27 | Calor Emag Elektrizitaets Ag | Schaltstück für einen Vakuumschalter |
| JP2643037B2 (ja) * | 1991-06-17 | 1997-08-20 | 三菱電機株式会社 | 真空スイッチ管 |
| DE19537657A1 (de) * | 1995-10-10 | 1997-04-17 | Abb Patent Gmbh | Verfahren und Vorrichtung zur Herstellung eines Kontaktstückes |
| CN100495608C (zh) * | 2006-06-20 | 2009-06-03 | 杭州之江开关股份有限公司 | 断路器动触头辫子线冷挤压工艺 |
| CN103824711B (zh) * | 2013-12-20 | 2016-01-20 | 宁波赛特勒电子有限公司 | 一种双层银基复合氧化物电触点材料及其应用 |
| CN104103435B (zh) * | 2014-07-21 | 2016-07-13 | 南通万德科技有限公司 | 一种耐电弧烧蚀的钨合金开关触点及其制备方法 |
| CN113293320B (zh) * | 2021-06-21 | 2022-03-18 | 福州大学 | 一种Te元素掺杂四方相Sr2Sb材料及其制备方法 |
Family Cites Families (11)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| NL241567A (de) * | 1958-07-24 | |||
| GB1020914A (en) * | 1961-11-10 | 1966-02-23 | Gen Electric | Improvements in vacuum circuit interrupter |
| JPS4836071B1 (de) * | 1968-07-30 | 1973-11-01 | ||
| DE2014638A1 (de) * | 1970-03-26 | 1971-10-14 | Siemens Ag | Verfahren zur Herstellung eines Zweischichten Kontaktstuckes |
| DE3136139A1 (de) * | 1981-09-11 | 1983-03-31 | Siemens AG, 1000 Berlin und 8000 München | Kontaktbolzen fuer vakuumtrennschalter |
| JPS5848323A (ja) * | 1981-09-16 | 1983-03-22 | 三菱電機株式会社 | 真空開閉器用接点 |
| JPS58108622A (ja) * | 1981-12-21 | 1983-06-28 | 三菱電機株式会社 | 真空開閉器用電極材料 |
| JPS58115728A (ja) * | 1981-12-28 | 1983-07-09 | 三菱電機株式会社 | 真空しや断器用接点 |
| JPS58165225A (ja) * | 1982-03-26 | 1983-09-30 | 株式会社日立製作所 | 真空しや断器 |
| EP0172411B1 (de) * | 1984-07-30 | 1988-10-26 | Siemens Aktiengesellschaft | Vakuumschütz mit Kontaktstücken aus CuCr und Verfahren zur Herstellung dieser Kontaktstücke |
| JPS6174222A (ja) * | 1984-09-19 | 1986-04-16 | 株式会社日立製作所 | 真空遮断器 |
-
1987
- 1987-01-19 EP EP87100621A patent/EP0234246A1/de not_active Withdrawn
- 1987-01-27 JP JP62017144A patent/JPS62184727A/ja active Pending
- 1987-01-28 CN CN87100459.3A patent/CN1008954B/zh not_active Expired
- 1987-01-28 DD DD87299513A patent/DD253503A5/de not_active IP Right Cessation
- 1987-01-30 IN IN93/CAL/87A patent/IN170083B/en unknown
- 1987-01-30 US US07/008,799 patent/US4749830A/en not_active Expired - Fee Related
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| EP0234246A1 (de) | 1987-09-02 |
| US4749830A (en) | 1988-06-07 |
| CN87100459A (zh) | 1987-08-12 |
| JPS62184727A (ja) | 1987-08-13 |
| CN1008954B (zh) | 1990-07-25 |
| IN170083B (de) | 1992-02-08 |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| EP0731986B1 (de) | Vorrichtung zur strombegrenzung | |
| DE1515759C3 (de) | Vakuumschalter | |
| DE2659012B2 (de) | Verfahren zum Herstellen eines Sinterkontaktwerkstoffes aus Silber und eingelagerten Metalloxiden | |
| DE2357333C3 (de) | Durchdringungsverbundmetall als Kontaktwerkstoff für Vakuumschalter | |
| DE3028115C2 (de) | Verfahren zum Herstellen eines Vakuumschalter-Kontaktstückes | |
| DE602004008854T2 (de) | Elektrischer Kontakt und Verfahren zu seiner Herstellung, Elektrode für Vakuumschalter und Vakuumschalter. | |
| DE102005000727B4 (de) | Elektrisches Kontaktelement und Verfahren zu dessen Herstellung sowie Vakuum-Unterbrecher, Vakuum-Leistungsschutzschalter und Lastschalter unter Verwendung desselben | |
| DE68914905T2 (de) | Kontaktmaterial für einen Vakuumschalter. | |
| EP0172411B1 (de) | Vakuumschütz mit Kontaktstücken aus CuCr und Verfahren zur Herstellung dieser Kontaktstücke | |
| DE2510322C2 (de) | Kaltleiter-Bauelement | |
| DD253503A5 (de) | Schaltkontaktstuecke fuer vakuumschaltgeraete und verfahren zu deren herstellung | |
| EP0170812A2 (de) | Verfahren zur Herstellung von Sinterkontaktwerkstoffen | |
| EP0645049A1 (de) | Werkstoff für elektrische kontakte auf der basis von silber-zinnoxid oder silber-zinkoxid. | |
| EP0182386A2 (de) | Verfahren zur Herstellung von Kontaktstücken aus diesem Werkstoff | |
| EP0152606B1 (de) | Kontaktwerkstoff und Herstellung von Kontaktstücken | |
| DE2920014C2 (de) | ||
| DE2254623A1 (de) | Durchdringungsverbundmetall als kontaktwerkstoff fuer vakuumschalter mit hohen schaltzahlen | |
| DE3150846C2 (de) | ||
| DE69614489T2 (de) | Kontaktmaterial für Vakuumschalter und Verfahren zu dessen Herstellung | |
| DE2723749C3 (de) | Kontaktstücke für Vakuum-Trennschalter | |
| EP0164664A2 (de) | Sinterkontaktwerkstoff für Niederspannungsschaltgeräte der Energietechnik | |
| DE4110600C2 (de) | Elektrode für einen Vakuum-Leistungsschalter | |
| DE3232627C2 (de) | ||
| DE2349210A1 (de) | Kontaktwerkstoff fuer vakuumschalter und vakuumfunkenstrecken | |
| DE1765626B2 (de) | Kontaktstuecke fuer vakuumschalter |
Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| PJ | Ceased due to non-payment of renewal fee (addendum to changes before extension act) |