DE102004061497A1

DE102004061497A1 - Aus einer schmelzmetallurgisch hergestellten Kupferchromlegierung bestehendes Schirmsystem

Info

Publication number: DE102004061497A1
Application number: DE200410061497
Authority: DE
Inventors: Roman Dr. Renz
Original assignee: Siemens Corp
Current assignee: Siemens Corp
Priority date: 2004-12-15
Filing date: 2004-12-15
Publication date: 2006-07-06
Also published as: WO2006063989A1

Abstract

Um eine Vakuumschaltröhre (1) zum Unterbrechen eines Stromes mit einem einen Isolierabschnitt (2a, 2b) aufweisenden vakuumdichten Gehäuse, in dem eine Kontaktanordnung mit relativ zueinander beweglichen Kontakten (7, 9) angeordnet ist, wobei ein die Kontaktanordnung umschließendes Abschirmelement (11) zum Verhindern einer Metallabscheidung an dem Isolierabschnitt (2a, 2b) vorgesehen ist, bereitzustellen, bei der auch bei hohen Betriebsspannungen eine Beschädigung des Abschirmelementes (11) vermieden ist, wird vorgeschlagen, dass das Abschirmelement (11) zumindest teilweise aus einer schmelzmetallurgisch hergestellten Kupfer-Chromlegierung hergestellt ist.

Description

Die Erfindung betrifft eine Vakuumschaltröhre zum Unterbrechen eines Stromes mit einem einen Isolierabschnitt aufweisenden vakuumdichten Gehäuse, in dem eine Kontaktanordnung mit relativ zueinander beweglichen Kontakten angeordnet ist, wobei ein die Kontaktanordnung umschließendes Abschirmelement zum Unterdrücken einer Metallabscheidung an dem Isolierabschnitt vorgesehen ist.

Die Erfindung betrifft ferner ein Verfahren zum Herstellen einer Abschirmung einer Vakuumschaltröhre.

Die eingangs genannte Vakuumschaltröhre und das eingangs genannte Verfahren sind beispielsweise aus der DE 195 03 347 A1 bereits bekannt. Die dort gezeigte Vakuumschaltröhre weist einen ortsfest angeordneten Festkontakt sowie einen diesem axial beweglich gegenüberliegenden Bewegkontakt auf, wobei der Festkontakt an einer feststehenden Festkontaktstange gehalten ist, welche die Begrenzungswandung einer Vakuumschaltkammer vakummdicht durchgreift. Der Bewegkontakt ist hingegen an einer linear beweglichen Bewegkontaktstange befestigt, die ebenfalls aus der Vakuumkammer, in der die Kontakte angeordnet sind, herausgeführt ist. Dabei ist der Bewegkontakt über einen Metallfaltenbalg mit dem Gehäuse der Vakuumschaltkammer verbunden. Die Kontaktanordnung des Vakuumschalters ist von einem Abschirmelement umgeben, das beispielsweise aus einer gesinterten Kupfer-Chromlegierung besteht. Durch Einsatz einer gesinterten Kupfer-Chromlegierung erhöht sich die Resistenz des Schirmsystems gegen die Wechselwirkung mit dem Schalt-Lichtbogen.

In der EP 0 172 411 B1 ist ein Vakuumschutz mit Kontaktstücken offenbart, wobei die Kontaktstücke aus einer schmelzmetallurgisch hergestellten Kupfer-Chromlegierung bestehen, die aus einer Kupfermatrix mit einer gleichmäßigen Verteilung von feinteiligen dendritischen Chromausscheidungen in der Kupfermatrix besteht und die aus 75-40% Masseanteilen Kupfer und 20-60% Masseanteilen Chrom zusammengesetzt ist. Ferner ist dort ein Verfahren zur Herstellung eines solchen Kontaktstückes offenbart, bei dem Schmelzwerkstoff durch Lichtbogenschmelzen erzeugt wird. Anschließend wird der Schmelzwerkstoff durch Fließpressen umgeformt.

Der vorbekannten Vakuumschaltröhre haftet der Nachteil an, dass ein zwischen den Kontakten der Kontaktanordnung beim Öffnen gezogener Lichtbogen Fußpunkte an der Abschirmung ausbildet, wodurch diese beschädigt werden kann.

Aufgabe der Erfindung ist es daher, eine Vakuumschaltröhre der eingangs genannten Art bereitzustellen, bei der auch bei hohen Betriebsspannungen und Strömen eine Beschädigung des Abschirmelementes durch den Lichtbogen vermieden ist.

Die Erfindung löst diese Aufgabe dadurch, dass das Abschirmelement zumindest teilweise aus einer schmelzmetallurgisch hergestellten Kupfer-Chromlegierung besteht.

Die schmelzmetallurgische Herstellung ist, wie bereits ausgeführt wurde, in der EP 0 172 411 B1 offenbart, die durch diese Bezugnahme Teil des hier vorliegenden Offenbarungsgehaltes ist. Der dort beschriebene Schmelzwerkstoff weist eine im Vergleich zu pulvermetallurgischen Kupfer-Chrom-Werkstof fen weitaus größere Temperaturbeständigkeit auf, so dass die Abschirmung auch höheren Temperaturen und somit heißeren Lichtbögen standhalten kann. Die erfindungsgemäße Vakuumschaltröhre ist daher auch zum Schalten höherer Leistungen befähigt, ohne dass es bereits nach kurzer Zeit zu irreparablen Schäden an der Abschirmung kommt. Darüber hinaus ist auch bei höheren Betriebsspannungen und/oder Betriebsströmen eine hohe Lebensdauer der erfindungsgemäßen Vakuumschaltröhre bereitgestellt.

Vorteilhafterweise weist die schmelzmetallurgisch hergestellte Kupfer-Chromlegierung eine Kupfermatrix mit einer gleichmäßigen Verteilung von feinteiligen dendritischen Chromausscheidungen in der Kupfermatrix auf. Mit diesem Schmelzwerkstoff konnte die Temperaturbeständigkeit der Abschirmung noch weiter erhöht werden.

Vorteilhafterweise weist die Kupfer-Chromlegierung einen Kupferanteil zwischen 75 und 40 Gewichtsprozent und einen Chromanteil zwischen 25 und 60 Gewichtsprozent auf.

Ausgehend von dem eingangs genannten Verfahren löst die Erfindung die Aufgabe dadurch, dass ein plattenförmiger oder blockförmiger Kupfer-Chrom-Schmelzwerkstoff hergestellt wird, wobei die Abschirmung durch Kaltumformen und/oder Span abhebende Bearbeitung des Kupfer-Chrom-Schmelzwerkstoffes hergestellt wird. Im Gegensatz zu den Abschirmungen des Standes der Technik wird die Abschirmung nicht durch geeignete Ziehtechniken hergestellt. Vielmehr kommen erfindungsgemäß Verfahren der Kaltumformung zum Einsatz. So können beispielsweise aus den platten- oder blechförmigen Chrom-Kupferscheiben Streifen ausgestanzt werden, die anschließend durch Kaltumformen, also Biegen oder Rollen, in die gewünschte rohrför mige Struktur gebracht werden. Diese rohrförmigen Strukturen, oder mit anderen Worten Kupfer-Chromrohre, dienen dann als Halbzeug für die Herstellung der röhrenförmigen Abschirmung.

Gemäß dem erfindungsgemäßen Verfahren ist auch die Herstellung eines blockförmigen Kupfer-Chrom-Schmelzwerkstoffes möglich, wobei der Kupfer-Chrom Block spanabhebend bearbeitet wird, also die Abschirmung durch einfaches Bohren eines Hohlraumes in den blockförmigen Kupfer-Chrom-Schmelzwerkstoff hergestellt wird. Selbstverständlich sind auch Fräsvorgänge am Kupfer-Chrom-Schmelzwerkstoff im Rahmen der Erfindung als spanabhebende Bearbeitung möglich. Da die Spanabhebung große Materialverluste im Gefolge hat, wird im Rahmen der Erfindung das Kaltumformen von plattenförmigen Kupfer-Chrom-Schmelzwerkstoffen bevorzugt.

Weitere zweckmäßige Ausgestaltungen und Vorteile der Erfindung sind Gegenstand der nachfolgenden Beschreibung von Ausführungsbeispielen der Erfindung unter Bezug auf die Figur der Zeichnung, wobei die
Figur eine teilweise geschnittene Seitenansicht einer Vakuumschaltröhre zeigt.
Die einzige Figur zeigt eine teilweise geschnittene Seitenansicht einer Vakuumschaltröhre 1, die ein zweiteiliges hohlzylindrisches Keramikgehäuse 2a und 2b aufweist, dessen Gehäuseteile 2a und 2b jeweils stirnseitig durch metallische Deckel 3 und 4 vakummdicht verschlossen sind, so dass eine Vakuumschaltkammer 5 ausbildet ist. Der Deckel 3 ist von einer Festkontaktstange 6 vakuumdicht durchgriffen. An dem in der Vakuumschaltkammer 5 angeordneten freien Ende der Festkontaktstange 6 ist ein Festkontakt 7 angeordnet. Der Deckel 4 wird von einer Schaltstange 8 durchragt, die einen Bewegkontakt 9 trägt. Die Schaltstange 8 sowie der Bewegkontakt 9 sind längs beweglich geführt, so dass der Bewegkontakt 9 aus seiner in der Figur gezeigten Trennstellung heraus in eine Kontaktstellung überführbar ist, in der der Bewegkontakt 9 an dem Festkontakt 7 anliegt und einen Stromfluss über den Vakuumschalter 1 ermöglicht ist. Um für die Beweglichkeit des Bewegkontaktes 9 zu sorgen, ist dieser über einen ein- und ausziehbaren Metallfaltenbalg 10 mit dem Deckel 4 vakuumdicht verbunden.
Werden die Kontakte 7 und 9 bei einem über die Vakuumschaltröhre 1 fließenden Strom voneinander getrennt, wird zwischen den Kontakten 7 und 9 ein Lichtbogen gezogen. Im Bereich der Mittelspannung kommt es aufgrund der hohen Lichtbogentemperaturen zu einem Abbrand an den Kontaktflächen der Kontakte 7 und 9 und damit zu einer Bildung von Metalldampf. Um die Ablagerung dieses Metalldampfes an der Innenseite des Keramikgehäuses 2a und 2b zu vermeiden, ist eine Abschirmung 11 vorgesehen, die aus einem Abschirmungsabschnitt 12 sowie einem Befestigungsabschnitt 13 besteht. Der Abschirmungsabschnitt 12 umgibt die aus dem Festkontakt 7 und dem Bewegkontakt 9 bestehende Kontaktanordnung. Zur Halterung des Abschirmabschittes 12 ist dieser mit dem Befestigungsabschnitt 13 verlötet, der mit den als Keramikrohr realisierten Gehäuseteilen 2a und 2b fest verlötet ist. Dabei besteht der Abschirmungsabschnitt 12 aus einem Kupfer-Chrom-Schmelzwerkstoff mit einem Kupfer- und Chromanteil von jeweils 50 Gewichtsprozent. Der Befestigungsabschnitt 13 ist hingegen aus Kupfer gefertigt.
In der Figur ist ferner erkennbar, dass der Bewegkontakt 9 und der Festkontakt 7 Schlitze aufweisen, um ein die Löschung eines gezogenen Lichtbogens unterstützendes Magnetfeld zu erzeugen.
Abschließend sei darauf hingewiesen, dass die Abschirmung 11 auch lediglich zum Teil aus dem Kupfer-Chrom-Schmelzwerkstoff gebildet sein kann.

Claims

Vakuumschaltröhre (1) zum Unterbrechen eines Stromes mit einem einen Isolierabschnitt (2a, 2b) aufweisenden vakuumdichten Gehäuse, in dem eine Kontaktanordnung mit relativ zueinander beweglichen Kontakten (7, 9) angeordnet ist, wobei ein die Kontaktanordnung (7, 9) umschließendes Abschirmelement (11) zum Unterdrücken einer Metalldampfabscheidung an dem Isolierabschnitt (2a, 2b) vorgesehen ist, dadurch gekennzeichnet, dass das Abschirmelement (11) zumindest teilweise aus einer schmelzmetallurgisch hergestellten Kupfer-Chromlegierung hergestellt ist.
Vakuumschaltröhre (1) nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass die schmelzmetallurgisch hergestellte Kupferchromlegierung eine Kupfermatrix mit einer gleichmäßigen Verteilung von feinteiligen dendritischen Chromausscheidungen in der Kupfermatrix aufweist.
Verfahren zum Herstellen einer Abschirmung (11) einer Vakuumschaltröhre (1), bei dem ein plattenförmiger oder blockförmiger Kupfer-Chrom-Schmelzwerkstoff hergestellt wird, wobei die Abschirmung (11) durch Kaltumformen und/oder spanabhebenden Bearbeitung des Kupfer-Chrom-Schmelzwerkstoffes herstellt wird.