WO1997014163A1

WO1997014163A1 - Verfahren und vorrichtung zur herstellung eines kontaktstückes

Info

Publication number: WO1997014163A1
Application number: PCT/EP1996/004294
Authority: WO
Inventors: Dietmar Gentsch
Original assignee: ABB Patent GmbH
Current assignee: ABB Patent GmbH
Priority date: 1995-10-10
Filing date: 1996-10-02
Publication date: 1997-04-17
Anticipated expiration: 1998-04-10
Also published as: DE19537657A1; EP0796500A1; CN1070635C; US6010659A; DE59607681D1; CN1166231A; JPH11501766A; JP3652706B2; EP0796500B1

Abstract

Es wird ein Verfahren zur Herstellung eines Kontakstückes mit einem Grundkörper aus elektrisch gut leitendem Material (erstes Material) und einer Kontaktschicht aus elektrisch weniger gut leitendem, lichtbogenabbrandfestem Material (zweites Material) beschrieben, bei der die Kontaktschicht eine mit dem Material des Grundkörpers getränkte Sinterstruktur aufweist. Der Grundkörper und die Sinterstruktur werden übereinander in eine napfartige Form eingebracht, darin bis über die Schmelztemperatur des ersten Materials, aber noch unter der Schmelztemperatur des zweiten Materials erwärmt, so daß das erste Material aufschmilzt und in die Sinterstruktur eindringt. Die Sinterstruktur kann dabei dadurch hergestellt werden, daß das zweite Material in Pulverform auf das erste Material aufgestreut wird und zunächst in einem Entgasungsprozeß unterhalb der Schmelztemperatur des ersten Materials gesintert wird. Es besteht auch die Möglichkeit, die Sinterstruktur vorher herzustellen und einen Grünling auf den Grundkörper aufzulegen.

Description

Verfahren und Vorrichtung zur Herstellung eines Kontaktstuckes

Beschreibung

Die Erfindung betrifft ein Verfahren und eine Vorrichtung zur Herstellung eines Kon¬ taktstuckes gemäß dem Oberbegriff der Ansprüche 1 und 13

Kontaktstucke, die bei einer Schalthandlung einen Lichtbogen fuhren müssen, müs¬ sen unterschiedlichen Bedingungen genügen Zum einen muß bei geschlossenem Schalter das Kontaktstuck eine ausreichend hohe elektrische Leitfähigkeit besitzen, zum anderen darf das Kontaktstuck bei Auftreten eines Schaltlichtbogens nicht zu schnell erodieren damit die Lebensdauer des Schaltgerätes ausreichend hoch bleibt Wahrend bei gasisolierten Hochspannungsleistungsschaltern die Kontaktanordnung aufgeteilt werden kann in Kontaktstucke, die den Nennstrom fuhren, und Kontakt¬ stucke, die den Lichtbogen fuhren und demgemäß abbrandfest sein müssen, können bei einem Vakuumschalter keine den Nennstrom fuhrenden Kontaktstucke vorgese¬ hen werden, so daß die einzige Kontaktstuckanordnung sowohl den Nennstrom als auch den Lichtbogen fuhren muß

Bei einer Ausschalthandlung in einer Vakuumkammer bildet sich bei bestimmten Stromstarken ein sog. kontrahierter Lichtbogen, der durch geeignete Formgebung der Kontaktstucke in Rotation versetzt wird so daß der Abbrand des Kontaktmateπals niedrig gehalten werden kann. Gleichwohl muß die Oberfläche der sich gegenüberlie¬ genden Kontaktstucke mit abbrandfestem Material versehen sein, damit die Erosion der Kontaktstucke, wie eingangs erwähnt, gering bleibt

In der Vergangenheit sind die Kontaktstucke für einen Vakuumschalter aus zwei oder mehr metallischen Komponenten hergestellt worden in dem eine sintermetallische Struktur die oft im wesentlichen aus Chrom besteht mit Kupfer getrankt wird, so daß ein Kontaktkorper aus einer Chrom-Kupferlegierung entsteht Großtechnisch können in der Regel solche Chrom-Kupferkontakte siπtermetallurgisch auch aus einer Pul¬ vermischung der entsprechenden Metalle hergestellt werden wobei hier Kontakt¬ stucke entstehen die vollständig aus diesem Gemisch bestehen

ERSATZBLAπ (REGEL 26) Da das abbrandfeste Material beispielsweise Chrom eine geringere elektrische Leit¬ fähigkeit aufweist als Kupfer ist man bestrebt, den Chromanteil in dem gesamten Kontaktstuck möglichst gering zu halten was auf die unterschiedlichsten Weisen ge¬ lingt Beispielsweise kann auf einem Grundkorper eine Kontaktplatte aus dem Ver¬ bundmetall aufgebracht werden aus der DE 31 07 688 beispielsweise ist bekannt, die Oberflache durch ein Plasmaspritzverfahren zu beschichten

Aus der DE 35 41 584 sind ein Verfahren und eine Vorrichtung zum Herstellen von Metall-Verbund-Werkstoffen sowie damit hergestellte Kontaktstucke für elektrische Schaltgerate bekannt geworden bei denen mit einem geeigneten Energiestrahl die Oberflache des Grundkorpers bereichsweise aufgeschmolzen und Pulverwirkkompo¬ nenten dem Schmelzvolumen zugeführt und in den Grundwerkstoff eingebaut werden

Bei dem Verfahren nach der EP 0458 922 B1 wird die Substratoberflache, d h die Oberflache des Tragerkorpers lokal aufgeschmolzen und der Zusatzstoff in Form ei¬ ner losen Pulverschicht auf die Substratoberflache aufgebracht dadurch wird das in der Pulverschicht befindliche Pulver benetzt bzw die Pulverschicht wird mit dem flus¬ sigen Material aus dem aufgeschmolzenen lokalen Bereich getrankt, wodurch das Pulver der Pulverschicht in die Oberflache des Substrates eingebunden und die an¬ gestrebte Oberflachenschicht gebildet wird

Aufgabe der Erfindung ist es, ein Verfahren zur Herstellung eines Kontaktstuckes zu schaffen, das einfach in der Durchfuhrung ist und bei dem ein Kontaktstuck erzeugt wird welches eine gute elektrische Leitfähigkeit mit hoher Lichtbogenabbrandfestig- keit sowie ausreichender mechanischer Festigkeit aufweist

Diese Aufgabe wird erfindungsgemaß gelost durch die kennzeichnenden Merkmale des Anspruches 1

Erfindungsgemaß also wird der Grundkorper und die Sinterstruktur übereinander in eine vorzugsweise napfartige Form eingebracht und dann bis über die Schmelztempe-

ERSATZBLÄΪT (REGEL 26) ratur des ersten Materials aber noch unter der Schmelztemperatur des zweiten Materi¬ als erwärmt so daß das erste Material aufschmilzt und in die Sinterschicht eindringt

Zur Bildung der Sinterstruktur kann das zweite Material in Pulverform auf das erste Material aufgebracht bzw aufgestreut werden Danach werden beide Materialien zu¬ nächst auf eine Sintertemperatur unterhalb der Schmelztemperatur des ersten Materi¬ als zur Erzeugung der Sinterstruktur und danach über die Schmelztemperatur des er¬ sten Materials erhitzt Bei Untersuchungen hat sich ergeben, daß insbesondere dann, wenn die Form aus Stahl besteht, das Kupfer die Innenwand der Stahlform benetzt, so daß dann wenn die Pulvermenge in gleicher Hohe oder unterhalb des Randes der Form liegt, die aufgebrachte Chrom-Kupferschicht sich vom Rand her nach innen ab¬ senkt so daß bei einer Nachbearbeitung im Randbereich die gesamte Kontaktkorper- schicht abgedreht wird

Aus diesem Grund wird die Form mit Pulver überfüllt, so daß das Pulver den Rand der Form überragt Damit seitlich das Pulver nicht herabrieselt, wird ein Formring auf den Grundkorper aufgelegt, der dafür sorgt, daß das Pulver im Randbereich konisch abge¬ schrägt ist, der Konuswinkel ist ein Böschungswinkel, der abhangig ist von der Korn¬ große des Pulvers Jedenfalls muß ein solcher Winkel gewählt werden, damit das Pul¬ ver in diesem Bereich nicht nach außen herabrieselt

Der Grundkorper kann dabei an seiner Kontaktseite auch eine napfformige Vertiefung aufweisen, in die das zweite Material eingebracht wird, der Rand der Vertiefung sollte dann den Rand der Form überragen

Es besteht auch die Möglichkeit, zur Erzielung einer napfformigen Vertiefung einen Ring aus dem ersten Material auf den Grundkorper aufzulegen, der die Innenwandung der Form berührt und in dessem Inneren sich das zweite Material in Pulverform z B befindet Auch dieser Ring sollte den Rand der Form überragen

ERSATZBUTT (REGEL 26) Es besteht natürlich auch die Möglichkeit, das zweite Material schon vorgesintert in Form einer Platte d h in Form eines Grünlings, auf das erste Material aufzulegen, und auch hier soll diese vorgesiπterte Platte den Rand der Form überragen

Die napfartige Form kann aus Metall, vorzugsweise aus Stahl oder Edelstahl beste¬ hen, am fertigen Kontaktstuck verbleibt dann diese Form als sog verlorene Form Diese verlorene Form hat den Vorteil, daß sie auf der der Kontaktfläche entgegenge¬ setzt liegenden Seite das Kontaktstuck mechanisch verstärkt und versteift Verwendet man ferritischen Stahl dann wird man zweckmaßigerweise die Wandung der Napfform lediglich teilweise entfernen und zwar soweit, daß bei einer Ausschalthand¬ lung der Lichtbogen nicht den Endrand der Form aus dem ferπtscheπ Stahl erreicht Hierdurch erhalt man einen weiteren Vorteil es gibt verschiedene Arten von Kontakt¬ stucken, beispielsweise Spiralkontaktstucke, zwischen denen beim Ausschalten ein radiales Magnetfeld erzeugt wird Dabei kontrahiert der Lichtbogen und wird von der Spiralform in Drehung versetzt Gunstig ist es, ein axiales Magnetfeld zu erzeugen, weil das axiale Magnetfeld einen diffusen Lichtbogen erzeugt Wenn die Wandung der Form nach dem Erkalten nur teilweise abgedreht ist, also am Außenrand des Kontaktstuckes noch vorhanden ist, dann verstärkt diese Wandung zusammen mit der Wandung des gegenüberliegenden Kontaktstuckes im Umfangsbereich das axiale Magnetfeld, welches insbesondere dann von Vorteil ist, wenn durch geeignete Maßnahmen zwischen den geöffneten Kontakten ein Axialmagnetfeld erzeugt wird

Es besteht auch die Möglichkeit, die Form aus Keramik herzustellen, anstatt die Form vollständig aus Keramik herzustellen, kann sie einen Boden aus Kohlenstoff (Graphit) und eine gegen den Boden gedruckte Wandung aus Keramik aufweisen Die Innenflä¬ che der Wandung aus Keramik wird von dem ersten Material nicht benetzt, so daß nach der Erstarrung die Oberflache konvex gewölbt ist Als Keramik kann vorteilhaft Al₂0₃ verwendet werden

Bei Untersuchungen hat sich herausgestellt, daß beim Abkühlen ohne weitere Maß¬ nahmen im mittleren Bereich Lunker entstehen können so daß ein solches Kontakt¬ stuck nicht verwendbar ist Daher muß der Abkuhlvorgang so gesteuert werden, daß die Abkühlung im Bereich der Mittelachse des Kontaktstuckes früher erfolgt als im Umfangsbereich, und zu diesem Zweck wird der Umfangsbereich des Kontaktstuckes im Ofen von Abschirmblechen umgeben, die die vom Rand des Kontaktstuckes nach außen abgestrahlte Wärme reflektieren, so daß die Abkühlung von innen, also von der Mittelachse des Kontaktstuckes aus erfolgen kann Dadurch werden im mittleren Bereich Lunker vermieden und evtl. Kleinlunker im Außenbereich können leicht ab¬ gedreht und entfernt werden.

Wenn ein Kontaktstuck hergestellt werden soll, das in eine Vakuumschaltkammer ein¬ gebaut wird, dann wird als Kupfer oxygenfreies hochleitendes Kupfer verwendet und die Erhitzung in einem Hochvakuumofen durchgeführt. Dabei entgast das Chrompul¬ ver im Hochvakuumofen bei den Temperaturen unterhalb des Kupferschmelzpunktes. Im Zuge dieser Extrementgasuπg sintert das Pulver zu einem steifen porösen Gerüst zusammen, wobei sich die Dicke der Schicht unwesentlich ändert Es besteht natür¬ lich auch die Möglichkeit, während dieses Entgasungsvorganges das Chrompulver einer Druckkraft zu unterwerfen, was mit einem entsprechenden Druckstempel erfol¬ gen kann Nach Abschluß dieses Prozesses wird dann das System kurzzeitig über den Kupferschmelzpunkt erhitzt, so daß die poröse Chromschicht porenfrei mit hoch¬ reinem Kupfer getränkt wird.

Es besteht auch die Möglichkeit, das Verfahren anstatt in Vakuum in einer Schutz- gasathmosphäre durchzuführen, die aus Argon oder Helium bestehen kann.

Anstatt Chrompulver allein kann natürlich jede Art von Metall verwendet werden, vor¬ ausgesetzt, daß seine Schmelztemperatur oberhalb der von der Schmelztemperatur des Tragerkorpers liegt. Anstatt Chrom allein kann demgemäß auch jedes andere Me¬ tall sowie Mischungen aus diesen Metallen verwendet werden

Darüberhinaus kann die Erfindung auch zur Herstellung von Kontaktstucken für Schaltgeräte verwendet werden, die nicht Vakuumschaltkammern sind Wenn anstatt einer plattenförmigen Grundkorperform der Grundkörper eine abgerundete Kuppel¬ form aufweist, dann kann diese auch in einer Form aus Stahl beispielsweise einge- setzt werden, sie wird dann vollständig mit dem zweiten Material angefüllt, so daß der kuppelformige Grundkorper vollständig bedeckt ist, auch hier ist eine Uberfullung der Form mit dem zweiten Material in gleicher Weise sinnvoll wie bei den scheibenförmi¬ gen Kontaktstucken

Mit der Dicke der Pulverschicht wird auch die Dicke der Kontaktschicht bestimmt, je nach Korngroße des Pulvers und Sinterverfahren kann der Anteil des Chroms in der Koπtaktschicht variiert werden

Anhand der Zeichnung, in der einige Ausfuhrungsbeispiele der Erfindung dargestellt sind sollen die Erfindung sowie weitere vorteilhafte Ausgestaltungen und Verbesse¬ rungen der Erfindung und weitere Vorteile naher erläutert und beschrieben werden

Es zeigen

Fig 1 bis 5 unterschiedliche Ausgestaltungen der Form mit eingesetzten

Komponenten,

Fig 6 eine Schnittansicht durch eine Form mit Abschirmblechen,

Fig 7 und 8 zwei weitere Ausfuhrungsformen einer erfindungsgemäßen Form,

Fig 9 und 10 zwei fertige Kontaktstucke,

Fig 11 und 12 zwei weitere Ausfuhrungsformen der Erfindung,

Fig 13 die Anordnung gemäß Fig 12 nach der Wärmebehandlung, und

Fig 14 ein Temperatur-Zeit-Diagramm zur Wärmebehandlung der Kon¬ taktstucke Zur Durchfuhrung des erfindungsgemaßen Verfahrens und zur Herstellung eines Kon¬ taktstuckes mit einem Grundkorper aus elektrisch gut leitendem Material vorzugs¬ weise aus Kupfer und einer Kontaktschicht vorzugsweise aus Chrom-Kupfer wird wie folgt hergestellt

In eine napfformige Form 10 mit einem Boden 11 und einer Seitenwandung 12 wird ein Grundkorper 13 aus Kupfer eingelegt, der an seiner kontaktseitigen Flache eine napfformige Vertiefung 14 mit einem axial vorspringenden Rand 15 aufweist, in die Napfform 14, 15 wird Chrompulver 16 eingefüllt Der Ringspalt 17 zwischen der Innen¬ flache der Form 10 und der Außenflache des Grundkorpers 13 sollte möglichst eng ausgebildet sein Sodann wird die Form 10 mit dem Grundkorper 13 und dem Chrom¬ pulver 16 (im folgenden auch Kontaktschicht 16 genannt) in einen Hochvakuumofen eingebracht und gemäß Fig 14 einer Wärmebehandlung unterzogen Zunächst wird die Anordnung auf eine Temperatur Ti erwärmt die unterhalb des Schmelzpunktes des Materials liegt, aus dem der Grundkorper 13 besteht Bei Kupfer ist dies eine Temperatur von 1 083° C, die Temperatur Ti muß kleiner sein als 1 083° C Wahrend des Zeitraumes Δt_E wird die Anordnung entgast und durch die Fusion sintert das Pul¬ ver 16 zusammen und bildet ein poriges Gerüst eine Sinterstruktur Durch Erhöhung der Temperatur innerhalb des Ofens auf den Wert T₂, der oberhalb des Schmelz¬ punktes von Kupfer aber unterhalb des Schmelzpunktes des Chrompulvers liegt, wird die Sinterstruktur mit Kupfer getrankt, so daß die Kontaktschicht gebildet wird Die Abkühlung erfolgt dann innerhalb des Ofens, wobei um die Anordnung gemäß Fig 6 eine Abschirmung 18 angeordnet ist, die im Bereich der Mittelachse M-M der Anord¬ nung je eine Öffnung 19 und 20 in der parallel zum Boden 11 der Form 10 verlaufen¬ den Wandung 21 und 22 der Abschirmung 18 besitzt Dadurch kann Wärmeenergie E durch die Öffnungen 19 und 20 abstrahlen wogegen die Wärmeenergie W, die vom Rand der Anordnung abgestrahlt wird, durch die Abschirmung 18 wieder zum Rand hin reflektiert wird Dadurch ist die Abkühlung gesteuert von innen, also vom Zentrum M-M her nach außen wodurch Lunker im Bereich des Zentrums M-M verhindert wer¬ den sollten evtl im Bereich des Randes kleine Lunker auftreten, so können diese ohne weiteres durch Zerspanung entfernt werden Die Fig 6 zeigt dabei das fertige Kontaktstuck 23 und man erkennt daß der Kragen 15 in der Kontaktschicht 16a der

ERSÄTZBLATT (REGEL 26) Fig 6 verschwunden ist das Material dieses Kragens ist in die Sinterstruktur einge¬ flossen Die Dicke der Kontaktschicht 16a ist abhangig von der Tiefe oder Hohe der Pulverschicht 16 der Fig 1

Bei der Ausfuhrung gemäß Fig 1 ist die Form aus einem Material hergestellt, das von dem Kupfer des Grundkorpers 13 nicht benetzt wird

Bei der Ausführung gemäß Fig 2 ist die Form 24 aus Metall, aus Edelstahl oder Stahl hergestellt, diese Form wird von Kupfer benetzt und ist dann eine sog verlorene Form sie ist Teil des Kontaktstuckes

Bei der Ausfuhrung nach Fig 3 ist auf den Kragen 15 ein Deckel oder eine Platte 25 aufgebracht, der Locher 26 aufweist, durch den aus dem Pulver beim Sinter- und Ent¬ gasungsvorgang das Gas austreten kann Ggf kann der Außendurchmesser der Platte 25 kleiner sein als der Innendurchmesser des Kragens 15, dann kann die Platte 25 mit einer bestimmten Druckkraft gegen das Pulver gedruckt werden, wodurch die Große der beim Sinter- und Entgasungsvorgang entstehenden Hohlräume beeinflußt werden kann

Bei der Ausfuhrung gemäß Fig 4 wird der Boden 27 der Form 24 und die Seitenwand 28 mit Keramik 29 und 30 beschichtet, so daß das gesinterte Kontaktstuck aus der Form 24 herausgenommen werden kann Es besteht dabei auch die Möglichkeit, die Beschichtung 29 wegzulassen, so daß das Kupfer des Grundkorpers 13 den Boden 27 benetzt

Bei der Ausfuhrung gemäß Fig 5 ist in die Form 24 eine Platte 31 aus Kupfer einge¬ legt Auf die Platte 31 aus Kupfer ist ein Ring 32 aufgelegt, der einen radialen Kragen 33 und einen zylindrischen Vorsprung 34 aufweist Der zylindrische Vorsprung 34 be¬ sitzt einen Außendurchmesser der genau in die Wandung 28 der Form 24 hineinpaßt Die Innenflache 35 des zylindrischen Vorsprunges 32 ist konisch und zwar sich zum Boden 24 hin erweiternd ausgebildet Der Winkel α den eine Mantellinie mit der be¬ nachbarten Oberflache der Kupferplatte 31 bildet ist so zu bemessen daß das auf die Platte 31 aufgelegte Pulver 36 nicht herunterπeselt wenn der Ring 32 entfernt wird Der Winkel u ist praktisch ein Boschungswinkel, er ist abhangig von der Körnung des Pulvers 36

Aus der Fig 5 ist ersichtlich, daß die freie Flache des Pulvers 36 die Randkante der Seitentwand 24 überragt Dies ist auf folgendes zurückzuführen

Bei der Ausfuhrung nach den Fig 2, 3 besteht das Problem daß das Kupfer des Grundkorpers 13 die Seitenwandung 28 der Form 24 benetzt Dadurch zieht sich das Kupfer des Grundkorpers 13 an der Innenwandung zum Rand der Seitenwandung 28 hoch, so daß die Dicke des fertigen Kontaktstuckes in der Mitte, also im Zentrum M-M niedriger ist als am Außenumfangsrand, die Kontaktschicht 16a ist konkav ausgebil¬ det so daß bei der Herstellung des eigentlichen Kontaktstuckes am Umfaπgsrand die Gefahr besteht daß die gesamte Kontaktschicht abgedreht wird Eine solche Struktur ist nicht zu verwenden Aus diesem Grund ist die Hohe der Pulverschicht 36 so ge¬ wählt daß sie den Rand der Seitenwandung 28 überragt Die Form 24 ist damit über¬ füllt und es bildet sich eine Kontaktstuckform aus bei der die Trennebene 16b der Kontaktschicht 16 und des Grundkorpers 13a sehr eben ist, vorausgesetzt, die be¬ nachbarte Oberflache des Grundkorpers 13a war eben Wenn die benachbarte Flache des Grundkorpers 13a eine andere Form besitzt, dann wird diese Trennebene dieser anderen Form entsprechen, da die Sinterstruktur durch diese Oberflache des Kon- taktkorpers oder Grundkorpers 13 beeinflußt ist

Wenn die Form aus einem nicht benetzenden Material hergestellt ist, dann wird sich eine konvex gewölbte Oberflache der Kontaktschicht 16a bilden siehe auch Fig 13

Um eine konkave Ausgestaltung der Kontaktschicht 16a zu vermeiden, wird gemäß Fig 7 der Grundkorper 70 mit einem vorspringenden Kragen 71 zur Bildung einer Ver¬ tiefung 72 so bemessen daß er den freien Rand 73 der Seitenwanduπg 74 der Form 75 die der Form 24 entspricht, überragt Anstatt eines einstuckig angeformten Randes oder Kragens 71 kann auf den Grund¬ korper 80 ein Ring 81 aufgelegt werden, dessen Außendurchmesser dem Innendurch¬ messer der Seitenwandung 74 der Form 75 entspricht Der Ring 81 überragt den Rand 73

Bei der Ausfuhrung nach Fig. 9 ist die Seitenwandung 74 der verlorenen Form 75 ab¬ gedreht, wobei der freie Rand 76 abgeschrägt ist und unterhalb der Trennebene 77 zwischen dem Grundkörper 78 und der Kontaktschicht 79 liegt, so daß ein Lichtbogen nicht mit der Seitenwandung 74 der Form in Kontakt gerät.

Bei der Ausfuhrung gemäß Fig 10 kann die abgeschrägte Randfläche oder Stirnflä¬ che durch eine konkave Bogenform 82 ersetzt werden.

Bei der Ausfuhrung nach den Fig. 9 bzw 10 wird die Form 75 aus ferritischem Mate¬ rial hergestellt. Dadurch entsteht im Bereich der Seitenwandungen 74 zwischen dem in Fig. 9 bzw Fig. 10 gezeigten Kontaktstuck und einem gleichartig ausgebildeten, ge¬ genüberliegenden Kontaktstuck ein axiales Magnetfeld 83, welches weitere Vorteile hat, insbesondere dann, wenn durch geeignete Maßnahmen zwischen den sich öff¬ nenden Kontaktstucken ein Axialmagnetfeld erzeugt wird

Bei den Ausfuhrungen nach den Fig. 1 bis 10 ist der Grundkörper als Scheibe, ggf. mit vorspringendem Rand gezeichnet. Es besteht auch die Möglichkeit, siehe Fig. 11 , in eine Form 84, die den Formen 24, 75 entspricht, einen kuppeiförmigen Grundkörper 85 einzulegen und den Raum 86 zwischen der Form 84 und dem Grundkörper 85 mit Pulver 87 auszufüllen, wobei die freie Fläche 88 des Pulvers den Rand 89 der Form 84 überragt und dort wieder eine Böschung ähnlich der Böschung 35 der Fig 5 gebil¬ det wird Man kann nun die Anordnung gemäß Fig 11 in der gleichen Weise einem Wärmebehandlungsverfahren unterwerfen wie z B die Anordnungen gemäß den Fig 1 bis 6 Dann wird der kuppeiförmige Grundkörper 85 in die Sinterstruktur, die durch das Pulver 87 gebildet ist. eindringen und- durch eine geeignete spanende Nachbearbeitung kann dadurch ein kuppelformiges Kontaktstuck gebildet werden, welches als Lichtbogenabreißkontaktstuck bei einem Hσchspannungsleistuπgsschal- ter verwendet werden kann, bei dem ein Isohergas als Loschmedium verwendet wird

Die Form gemäß Fig 1 ist eine Keramikform die beispielsweise aus AI₂O₃hergestellt

Bei der Ausfuhrung gemäß den Fig 12 und 13 wird eine Form benutzt die eine Koh¬ lenstoffplatte (Graphit-Platte) 90 aufweist, auf der ein zylindrischer Ring 91 aus AI₂O₃ aufgesetzt wird In den Ring 91 wird auf die Platte ein Grundkorper eingesetzt, der, da er den Grundkorpern gemäß den Fig 1 bis 4 gleicht die Bezugsziffer 13 erhalt Der Ring 91 muß mit mechanischer Kraft F gegen die Platte 90 gedruckt werden, damit vermieden wird daß durch den Spalt zwischen dem Ring 91 und der Platte 90 flussiges Kupfer austreten kann Nach der Wärmebehandlung, die in gleicher Weise ablauft wie die oben beschriebenen Verfahrensablaufe ist die Kontaktschicht 92 kon¬ vex gewölbt, insbesondere im Umfangsrand, da das Kupfer des Grundkorpers 13 den Keramikring nicht benetzt Bei allen Anordnungen wird für den Grundkorper vorzugs¬ weise sauerstofffreies hochleitendes Kupfer verwendet, zur Bildung der Kontakt¬ schicht wird Chrompulver verwendet Es ist selbstverständlich, daß jede Art von Ma¬ terialien sowohl für den Grundkorper als auch die Kontaktschicht verwendet werden kann sofern das Material des Grundkorpers elektrisch gut leitend und das Material für die Kontaktschicht abbrandfest ist und geringe Verschweißπeigung aufweist Kupfer und Chrom sind dabei lediglich übliche Materialien, die üblicherweise bei Vakuum¬ schaltkammern verwendet werden Das Kupfer-Chrom-Mischungsverhaltnis kann, wie bekannt auf sintermetallurgischem Wege in einem weiten Bereich eingestellt werden, so daß der elektrische Widerstandswert die Lichtbogenfestigkeit und die Ver¬ schweißneigung optimiert werden können Das Chrompulver kann unterschiedliche Korngroßen oder lediglich eine Korngroße in engem Großenbereich aufweisen Es können auch Korner unterschiedlicher Gestalt benutzt werden wobei zusätzlich noch möglich ist zur Bildung der Sinterstruktur für die Kontaktschicht eine Mischung aus Chrom-Kupferpulver zu verwenden Es ist oben dargestellt, daß alle Sinterstrukturen dadurch hergestellt werden, daß Pul¬ ver in πeselfahiger Form auf den Grundkorper aufgebracht und danach das rieselfä- hige Pulver gesintert wird Es besteht auch die Möglichkeit, eine vorher gesinterte Platte auf den Grundkörper aufzulegen; die bei den Ausführungen nach den Fig. 1 bis 13 geltenden Überlegungen betreffend konvexer oder konkaver Oberflächengestalt sind auch dann zu beachten, wenn eine Sinterplatte (Grünling) aufgelegt wird.

Bei der Verwendung einer Form aus Stahl oder Edelstahl besteht das Problem, daß eine gewisse Menge an Stahl in die Kupferschmelze einlegiert Wenn erforderlich, könnte die Innenfläche der Form 24 mit einer Folie aus einem Material, das in der Kupferschmelze unlöslich ist, z. B Wolfram oder Molybdän belegt werden, so daß die Form von der Kupferschmelze, ähnlich wie bei der Ausführung mit der Beschichtung 29, 30 mit Keramik, getrennt ist.

Für die Herstellung von Kontaktstucken für einen Vakuumschalter wird ein Hochvaku¬ umofen zu verwenden sein, damit das Chrompulver ausreichend entgast werden kann Wenigstens bei der Ausfuhrung nach Fig. 11 könnte auch eine Schutzgas- athmosphäre im Ofen herrschen

ERSATZBLAπ (REGEL 26)

Claims

Ansprüche

1 Verfahren zur Herstellung eines Kontaktstuckes mit einem Grundkörper aus elektrisch gut leitendem Material (erstes Material) und einer Kontaktschicht aus elek¬ trisch weniger gut leitendem, lichtbogenabbrandfestem Material (zweites Material) wo¬ bei die Koπtaktschicht eine mit dem Material des Grundkörpers getränkte Sinterstruk¬ tur aufweist, dadurch gekennzeichnet, daß der Grundkörper und die Sinterstruktur übereinander in eine napfartige Form eingebracht und darin bis über die Schmelz¬ temperatur des ersten Materials, aber noch unter der Schmelztemperatur des zweiten Materials erwärmt wird, so daß das erste Material aufschmilzt und in die Sinterstruktur eindringt

2. Verfahren nach Anspruch 1 , dadurch gekennzeichnet, daß zur Bildung der Sinterstruktur das zweite Material in Pulverform auf das erste Material aufgestreut wird, daß die Materialien zunächst auf eine Sintertemperatur oder Entgasungstempe¬ ratur unterhalb der Schmelztemperatur des ersten Materials zur Erzeugung der Sin¬ terstruktur und danach beide über die Schmelztemperatur des ersten Materials erhitzt werden

3 Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß eine sol¬ che Menge an Pulver auf den Kontaktkorper aufgestreut wird, daß das Pulver den Rand der Form überragt.

4 Verfahren nach Anspruch 3. dadurch gekennzeichnet, daß das Pulver im Umfangsbereich konisch abgeschrägt auf den Grundkorper aufgestreut wird, wobei der Konus- oder Böschungswinkel so gewählt ist. daß ein Abrieseln des Pulvers ver¬ hindert ist

5. Verfahren nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß der Böschungs¬ winkel mittels eines Formringes, der auf den Grundkörper aufgelegt wird, erzeugt wird

ERSATZBLAπ (REGEL 26) 6 Verfahren nach einem der vorherigen Ansprüche dadurch gekennzeichnet, daß der Grundkorper an seiner Kontaktseite eine napfformige Vertiefung aufweist, in die das zweite Material eingebracht wird

7 Verfahren nach einem der vorherigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß ein Ring aus erstem Material auf den Grundkorper aufgelegt wird, der die Innen¬ wandung der Form berührt und in dessen Innenraum das zweite Material eingebracht wird

8 Verfahren nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß der Ring den Rand der Form überragt

9 Verfahren nach einem der vorherigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß das zweite Material in Form einer vorgesinterten Platte (Grünling) auf das erste Material aufgelegt wird

10 Verfahren nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, daß die Platte so gesintert wird, daß sie eine Dicke erhalt, so daß sie nach Auflegen auf den Grundkor¬ per den freien Rand der Form überragt

1 1 Verfahren nach einem der vorherigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Sinterstruktur vorzugsweise aus Chrom, Molybdän, Wolfram, Hafnium, Niob und Tantal sowie Mischungen daraus hergestellt wird

12 Verfahren nach Anspruch 11 dadurch gekennzeichnet, daß dem Metallpul¬ ver ein Sinterhilfsstoff beigemischt ist, der entweder ein Metallpulver oder ein leicht zersetzbares Metallsalz ist

13 Vorrichtung zur Durchfuhrung des Verfahrens nach einem der vorherigen Ansprüche dadurch gekennzeichnet, daß die napfartige Form aus Metall, vorzugs¬ weise aus Stahl oder Edelstahl besteht

ERSATZBLAπ (REGEL 26) 14 Vorrichtung nach Anspruch 13 dadurch gekennzeichnet, daß nach Erkalten die Wandung der Form wenigstens teilweise abgedreht ist

15 Vorrichtung nach einem der Ansprüche 13 und 14, dadurch gekennzeich¬ net, daß die napfartige Form aus austenitischem oder ferritischem Stahl besteht

16 Vorrichtung nach einem der Ansprüche 13 bis 15, dadurch gekennzeichnet, daß wenigstens die Innenflache der Wandung der Form mit einer Keramikschicht ab¬ gedeckt ist

17 Vorrichtung nach einem der Ansprüche 13 und 14, dadurch gekennzeich¬ net daß die Innenflache der Form aus Metall mit einer Folie aus einem mit dem ersten Material nicht loslichen Metall ausgekleidet ist, so daß beim Aufschmelzen des ersten Materials ein Losen des Metalls der Form vermieden ist

18 Vorrichtung zur Durchfuhrung des Verfahrens nach einem der Ansprüche 1 bis 12 dadurch gekennzeichnet, daß die Form wenigstens teilweise aus Keramik ge¬ bildet ist

19 Vorrichtung nach Anspruch 18, dadurch gekennzeichnet, daß die Form ei¬ nen Boden aus Kohlenstoff und eine gegen den Boden gedruckte Wandung aus Ke¬ ramik vorzugsweise Al₂0₃ aufweist

20 Vorrichtung nach einem der Ansprüche 13 bis 19, dadurch gekennzeichnet, daß die Pulverschicht mit einer Metallplatte abgedeckt ist, die beim Trankvorgang fest und porenfrei mit der Kontaktschicht verbunden ist und die Bohrungen oder Nuten zur Entgasung aufweist

21 Vorrichtung nach einem der Ansprüche 13 bis 20 dadurch gekennzeichnet, daß der Abkuhlvorgang in einem Ofen so gesteuert wird, daß das Kontaktstuck im Be¬ reich der Mittelachse starker abkühlt als im Bereich des Umfanges

ERSATZBLAπ (REGEL 26) 22 Vorrichtung nach Anspruch 21. dadurch gekennzeichnet, daß der Umfangs¬ bereich des Kontaktstuckes im Ofen von Abschirmblechen umgeben ist, die die vom Rand des Kontaktstuckes beim Abkühlen abgestrahlte Wärme reflektieren, so daß die Abkühlung von innen, also von der Mittelachse des Kontaktstuckes aus erfolgt.

ERSATZBLAπ (REGEL 26)