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Die Erfindung betrifft ein Verfahren
zum Herstellen einer Vakuumschaltkammer.
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Insbesondere betrifft die Erfindung
ein Verfahren zum Herstellen einer Vakuumschaltkammer mit einer hochzuverlässigen Elektrodenstruktur
zur Verwendung in einem Vakuumtrennschalter mit einer hochzuverlässigen Elektrodenstruktur,
um einen Vakuumtrennschalter für
hohe Spannung zu erhalten, der eine Stromkreistrennung bei hohem
Strom ausführen
kann.
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Ein herkömmlicher Vakuumtrennschalter
mit hoher Spannung und zum Auftrennen eines Stromkreises, in dem
ein hoher Strom fließt,
umfaßt
eine Vakuumschaltkammer (ein Unterdruckventil) mit folgendem: einer
feststehenden Elektrodeneinheit und einer beweglichen Elektrodeneinheit,
die ein Paar bilden und sich in einem Behälter befinden, der in isoliertem
Zustand unter Hochvakuum gehalten wird, Leiteranschlüssen, die mit
der feststehenden Elektrodeneinheit und der beweglichen Elektrodeneinheit
an der Außenseite
des Unterdruckventils verbunden sind, und einer Öffnungs- und Schließeinrichtung
zum Antreiben der beweglichen Elektrodeneinheit über ein isolierendes Teil.
Eine Elektrodenstruktur umfaßt
die feststehende Elektrodeneinheit und die bewegliche Elektrodeneinheit.
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Sowohl die feststehende als auch
die bewegliche Elektrodeneinheit umfassen je vier Elektrodeneinheitkomponenten.
Diese vier Elektrodeneinheitkomponenten sind eine Kontaktauflage
(ein Bogenelektrodenteil), ein Kontaktauflagen-Halteteil (ein Bogenelektroden-Halteteil)
zum Halten des Bogenelektrodenteils, ein Windungsteil (Spulenelektrodenteil),
das mit dem Bogenelektroden-Halteteil in Verbindung steht, um so
betrieben zu werden, daß Bögen über das
gesamte Bogenelektrodenteil verteilt sind, und ein Elektrodenstab,
der in einem Endbereich des Spulenelektrodenteils vorhanden ist.
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Ferner kann für eine praxisgerechte Verwendung
innerhalb der vorstehend genannten Elektrodenstruktur ein Verstärkungsteil
vorhanden sein, um deren Festigkeit zu erhöhen. Das vorstehend genannte
Bogenelektrodenteil ist direkt dem Bogen ausgesetzt, wenn ein Öffnungs-/Schließvorgang
und ein Trennvorgang für
die hohe Spannung und den großen
Strom erfolgen.
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Ein Bogenelektrodenteil benötigt die
folgenden Eigenschaften: großes
Trennvermögen,
hohe Spannungsfestigkeit, kleiner Kontaktwiderstand (hervorragende
elektrische Leitfähigkeit),
hervorragende Antischmelzeigenschaften, kleine Kontaktleistung und
kleiner Trennstromwert.
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Bei einer herkömmlichen Elektrodenstruktur
wird die Elektrodeneinheit mittels eines Verfahrens hergestellt,
bei dem Pulver aus Cr, Cu, W, Co, Mo, V, Nb oder aus Legierungen
dieser Materialien hergestellt werden und mit einer vorgegebenen
Zusammensetzung, Form und Hohlraumvolumen gesintert werden, wonach das
Skelett des Sinterkörpers
mit geschmolzenem Cu oder einer geschmolzenen Cu-Legierung durchtränkt wird
(nachfolgend wird dies als "Durchtränkungsverfahren" bezeichnet).
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Um die Spannungsfestigkeit unter
den vorstehend genannten verschiedenen Eigenschaften zu verbessern,
ist z. B. in der japanischen Patentveröffentlichung Nr. 6780/1993
ein Verfahren zum Herstellen des Bogenelektrodenteils gemäß heißisostatischem
Pressen (nachfolgend mit "HIP" abgekürzt) offenbart.
Bei dieser HIP-Verarbeitung wird die Dichte beim Sinterprozeß vor dem
Durchtränkungsprozeß erhöht, und
außerdem
wird die Hohlraumrate soweit wie möglich verringert.
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Ein Bogenelektrodenteil, das gemäß der vorstehend
genannten HIP-Verarbeitung hergestellt wurde, verfügt über höhere Spannungsfestigkeit,
und außerdem
sind Streuungen der Spannungsfestigkeit zwischen verschiedenen Bogenelektrodenteilen
klein, im Vergleich zu den Streuungen, wie sie beim Durchtränkungsverfahren
auftreten.
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Bei der herkömmlichen Herstelltechnik für eine Elektrodenstruktur
werden, unabhängig
vom Herstellverfahren für
das Bogenelektrodenteil, sei es gemäß dem Durchtränkungsverfahren
oder gemäß dem HIP-Verfahren
vier Elektrodeneinheitkomponenten zum Aufbauen einer Elektrodeneinheit
einzeln hergestellt und einer mechanischen Bearbeitung unterzogen,
und danach werden die vier Komponenten zu einem Verbindungsprozeß durch
Löten transportiert,
um dann die Elektrodenstruktur herzustellen.
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Die oben genannten vier Komponenten
zum Aufbauen der Elektrodeneinheit sind das Bogenelektrodenteil,
das Bogenelektrode-Halteteil zum Halten des Bogenelektrodenteils,
das Spulenelektrodenteil, das mit dem Bogenelektrode-Halteteil in
Verbindung steht, und der Elektrodenstab, der im Endbereich des
Spulenelektrodenteils vorhanden ist.
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Der Verbindungsprozeß durch
Löten wird
gemäß dem folgenden
Verfahren ausgeführt.
Zwischen das Bogenelektrodenteil und das Bogenelektrode-Halteteil
zum Halten des Bogenelektrodenteils, das Spulenelektrodenteil, das
mit dem Bogenelektrode-Halteteil
in Verbindung steht, und dem Elektrodenstab, der im Endbereich des
Spulenelektrodenteils vorhanden ist, werden ein Verbindungsmaterial
und ein Lötteil
mit guter Benetzungseigenschaft eingefügt, und durch Erhöhen der
Temperatur im Vakuum oder in Unterdruckatmosphäre wird der Verbindungsprozeß durch
Löten ausgeführt.
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Bei einer durch einen solchen Verbindungsprozeß durch
Löten hergestellten
Elektrodenstruktur benötigt
es lange Zeit, um eine mechanische Bearbeitung für die jeweiligen Komponenten
auszuführen,
und auch lange Zeit, um einen Zentrierprozeß für die jeweiligen Komponenten
während
des Zusammenbaus derselben durch lötende Verbindung vorzunehmen.
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Ferner kommt es in den vorstehend
genannten Fällen
zu zufälligen
Gründen
hinsichtlich der Zerstörung
und des Ausfalls von Elektrodeneinheitkomponenten wegen Mängeln beim
Verbinden durch Löten.
Hinsichtlich der Herstellung von Vakuumtrennschaltern mit höherer Spannung
und größerem Strom
in der Zukunft, besteht die Furcht, daß örtliche exotherme Effekte auftreten,
da der elektrische Widerstand des Lötteils in den Verbindungsbereichen
höher als
der der Elektrodeneinheit ist.
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Ferner wurd in jüngerer Zeit versucht, das Trennvermögen sowie
die Öffnungs-
und Schließgeschwindigkeit
von Vakuumtrennschaltern zu verbessern. Wenn die Öffnungs-
und Trenngeschwindigkeit hoch ist, wirken während des Öffnens und Schließens der
Elektrodeneinheitkomponenten große Stoßbelastungen auf dieselben,
wodurch sie sich verformen können.
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Aus den vorstehend genannten Gründen stellt
die Festigkeit der Verbindungsbereiche der Elektrodeneinheitkomponenten
der Elektrodenstruktur beim herkömmlichen
Verbinden durch Löten
eine Schwierigkeit dar und es besteht die Furcht, daß die Verbindungsfestigkeit
nicht ausreichend groß ist.
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Bei einem Vakuumtrennschalter muß das Bogenelektrodenteil
wegen der hohen Spannung und des großen Stroms einen Durchmesser
von mehr als 100 mm aufweisen.
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Jedoch ist es beim herkömmlichen
Verfahren zum Herstellen einer jeweiligen Elektrodeneinheitkomponente
gemäß dem Verbinden
durch Löten
schwierig, ein Bogenelektrodenteil mit mehr als dem vorstehend genannten
Durchmesser von 100 mm praxisgerecht herzustellen, und zwar im Hinblick
auf ausreichende Ausbeute, da wegen mangelnder Festigkeit des Bogenelektrodenteils
wegen Mängeln
beim Verbinden durch Löten
Ausfälle
auftreten.
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Ferner sind in Bogenelektrodenteilen
und Bogenelektroden-Halteteilen
zum Verteilen der während
des Öffnens
und Schließens
der Elektrodenstruktur erzeugten Bögen auf die gesamte Elektrodenstruktur,
um dadurch die Lebensdauer der Elektrodeneinheitkomponenten zu verbessern,
mehrere Nuten in einem Seitenflächenbereich
einer Elektrodeneinheit ausgebildet, um ein Magnetfeld parallel
zur Mittelachse der Elektrodenstruktur (ein vertikales Magnetfeld)
zu erzeugen.
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Die vorstehend genannte Elektrodenstruktur
mit mehreren Nuten wird unter Ausnutzung des Effekts ausgebildet,
gemäß dem Strom
an der Oberfläche
einer Metallstruktur fließt.
Da der Strom entlang ausgesparter Nutbereiche zu fließen versucht,
entsteht ein spiralförmiges
Magnetfeld um den Stromfluß,
wodurch das vorstehend genannte vertikale Magnetfeld entsteht.
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Außerdem ist es zum wirkungsvollen
Erzeugen des vertikalen Magnetfelds in der Elektrodenstruktur am
wirkungsvollsten, wenn sich die vorstehend genannten Nuten zu den
Seitenflä chenbereichen
des Bogenelektrodenteils und des Bogenelektroden-Halteteils fortsetzen.
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Wenn jedoch bei einer gemäß dem herkömmlichen
Lötverbindungsprozeß erhaltene
Elektrodenstrukturnuten über
die Grenzfläche
der Lötverbindung
hinweg ausgebildet sind, reichen Bögen bei der Bogenbildung bis
zur Lötfläche, die
im Bodenbereich einer Nut ausgebildet ist, wodurch die Temperatur
im Lötbereich ansteigt
und Probleme dahingehend entstehen, daß das Lötteil ausschmilzt.
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Aus den vorstehend genannten Gründen sind
bei der herkömmlichen
Elektrodenstruktur Nuten nur im Seitenbereich des Bogenelektroden-Halteteils
ausgebildet. Jedoch ist es bei einer solchen Elektrodenstruktur zum
Erzeugen eines vollständig
vertikalen Magnetfelds erforderlich, die Elektrodenstruktur selbst
groß zu
machen, was ein Hindernis zur Herstellung einer kleinen Elektrodenstruktur
bildet.
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WO 90/15424 offenbart ein Verfahren
zur Herstellung einer Vakuumschaltkammer, bei dem eine Cu-Cr-Kontaktauflage
stoffschlüssig
zusammen mit einer Cu-Kontaktunterlage hergestellt wird, indem ein
Pulverpreßling
des entsprechenden Aufbaus im Vakuum bei 1060°C bis zu einer geschlossenen
Porosität
gesintert und dann ungekapselt einem heißisostatischen Preßvorgang
(HIP) unterworfen wird.
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Kontaktauflagen aus Cu und einem
oder mehreren hochschmelzenden Metallen sind außerdem in
DE-A-41 10 600 und
DE-C-37 29 033 angegeben. Zur Herstellung
solcher Kontaktauflagen schlagen diese Druckschriften ebenfalls
Sinter- und HIP-Verfahren
vor. Gemäß Römpps Chemie-Lexikon,
Franckh'sche Verlagshandlung,
Stuttgart, B. Auflage, 1987, Seite 3868 und 3869 ist Sintern das
Zusammenbacken von Pulvern zu festen Körpern bei Temperaturen, die
ca. 2/3 bis 3/4 der absoluten Schmelztemperatur betragen.
DE-C-37 29 033 offenbart
auch ein HIP-Verfahren bei einer noch höheren Temperatur von 1300°C, die höher als
der Schmelzpunkt der leitfähigen
Metallkomponente (Cu) und geringer als der Schmelzpunkt der hochschmelzenden
Metallkomponente ist, um die leitfähige Kompo nente zu schmelzen.
Dieser Vorgang wird speziell als "Flüssigphasensintern" bezeichnet.
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Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde,
ein Verfahren zur Herstellung einer kompakten und belastbaren Vakuumschaltkammer
zu schaffen.
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Die Lösung dieser Aufgabe gelingt
mit dem Verfahren nach Anspruch 1. Die abhängigen Ansprüche betreffen
bevorzugte Ausführungsbeispiele
der Erfindung. Anspruch 8 gibt ein Verfahren zur Herstellung eines Vakuumtrennschalters
unter Verwendung einer erfindungsgemäß hergestellten Vakuumschaltkammer
an.
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Auführungsbeispiele der Erfindung
schaffen Vakuumschaltkammern mit kleiner Größe und langer Lebensdauer gemäß einem
integrierenden metallurgischen Herstellverfahren für eine Elektrodenstruktur,
ohne daß ein
Lötteil
verwendet wird, oder ein Vakuumtrennschalter mit kleiner Größe und langer
Lebensdauer mit einer eine Einheit bildenden Struktur gemäß einem
metallurgischen Verfahren für
eine Elektrodenstruktur ohne Verwendung eines Lötteils.
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Eine solche Vakuumschaltkammer weist
folgendes auf: einen Vakuumbehälter
zum Ausbilden einer Vakuumkammer, eine feststehende Elektrodeneinheit
im Vakuumbehälter
sowie eine bewegliche Elektrodeneinheit im Vakuumbehälter; und
ein Vakuumtrennschalter weist folgendes auf: einen isolierten Behälter, ein
Unterdruckventil mit einer feststehenden und einer beweglichen Elektrodeneinheit,
leitenden Anschlüssen,
die an der Außenseite
des Unterdruckventils mit der festen und beweglichen Elektrodeneinheit
verbunden sind, ein mit der beweglichen Elektrodeneinheit verbundenes
Isolierteil und eine Öffnungs-
und Schließeinrichtung
zum Verstellen der beweglichen Elektrodeneinheit über das
Isolierteil.
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Insbesondere wird in einer Vakuumschaltkammer
(einem Unterdruckventil) oder einem Vakuumtrennschalter mit einer
Kontaktauflage (einem Bogenelektrodenteil), einem Kontaktaufla gen-Halteteil
(Bogenelektroden-Halteteil), einem Windungsteil (Spulenelektrodenteil)
und einem Stromzuführteil
mindestens eine Grundverbindung im Verbindungsbereich zwischen dem
Bogenelektrodenteil und dem Bogenelektroden-Halteteil, dem Spulenelektrodenteil
und dem Stromzuführteil
gemäß einem
metallurgischen Verfahren als Einheit mittels Festphasendiffusion
ausgebildet.
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Als gewünschtes unter den vorstehend
genannten Teilen der Elektrodenstruktur besteht das Bogenelektrodenteil
aus mindestens einer Metallkomponente, die aus einer Gruppe ausgewählt ist,
die 20–70
Gew.-% oder mehr an Cr, W, Mo, Co und Fe umfaßt.
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Ferner ist es bevorzugt, das Bogenelektrodenteil
aus mindestens einer Metallkomponente, die aus der Gruppe, die 0,5–5 Gew.-%
an V, Nb, Zr, Ti, Ta und Si oder mehrere dieser Elemente enthält, und
mindestens einer Legierung von Metallkomponenten aus der Gruppe,
die 30–70
Gew.-% an Cu, Ag und Au oder mehrere dieser Elemente enthält, auszuwählen.
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Es ist bevorzugt, das Bogenelektroden-Halteteil,
das Spulenelektrodenteil und das Stromzuführteil aus mindestens einer
Metallkomponente aus der Gruppe, die weniger als 1,0 Gew.-% an Cr,
V, Zr, Si, W und Be oder mehrere dieser Elemente enthält, wobei
der Rest aus einer Legierung aus mindestens einer Metallkomponente
besteht, die aus der Gruppe von Cu, Ag und Au oder mehreren dieser
Elemente besteht, auszuwählen.
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Bei der vorstehend genannten Elektrodenstruktur
zur Verwendung bei einem Unterdruckventil oder einem Vakuumtrennschalter
verfügt
sowohl das Bogenelektrodenteil als auch das Bogenelektroden-Halteteil über mehrere
Nuten zum Erzeugen eines vertikalen Magnetfelds, die sich zum Seitenflächenbereich
des Bogenelektrodenteils und des Bogenelektroden-Halteteils hin
fortsetzen.
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Mindestens eines der Grundteile in
den Verbindungsbereichen zwischen dem Bogenelektrodenteil und dem
Bogenelektroden-Halteteil,
dem Spulenelektrodenteil und dem Stromzuführteil ist metallurgisch, integral gemäß einer
Festphasendiffusion ausgebildet, wodurch die Funktionsfähigkeit
innerhalb des Unterdruckventils oder des Vakuumtrennschalters weiter
verbessert sein kann.
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Ferner wird bei der vorstehend genannten
Elektrodenstruktur zur Verwendung in einem Unterdruckventil oder
einem Vakuumtrennschalter mindestens einer der Verbindungsbereiche
zwischen dem Bogenelektrodenteil und dem Bogenelektroden-Halteteil,
dem Spulenelektrodenteil und dem Stromzuführteil integral gemäß einer
heißisostatischen
Preß(HIP)-Verarbeitung
hergestellt.
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Beim vorstehend genannten Herstellverfahren
für ein
Unterdruckventil oder einen Vakuumtrennschalter wird der Heizvorgang
bei der HIP-Bearbeitung bei einer Heiztemperatur vorgenommen, die
unter dem Schmelzpunkt einer Legierung ist, die aus mindestens einer
Metallkomponente besteht, die aus der Gruppe von Cu, Ag und Au oder
mehreren dieser Elemente, die ein Volumenteil bilden, ausgewählt ist,
und es ist erwünscht,
das Metallgrundteil integral auszubilden.
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Beim vorstehend genannten Herstellverfahren
für ein
Unterdruckventil oder einen Vakuumtrennschalter ist es erwünscht, ferner
einen Prozeß zum
Einführen
verschiedener Arten von Metallpulvern in eine Metallkapsel und zum
dichten Abschließen
unter Erwärmen
und Entgasen des Innenbereichs der Metallkapsel zu verwenden. Dieser
Prozeß wird
allgemein als "Eindosungs"-Prozeß bezeichnet.
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In der Elektrodenstruktur des Unterdruckventils
zur Verwendung im Vakuumtrennschalter wird mindestens einer der
Verbindungsbereiche der Grundteile zwischen dem Bogenelektrodenteil
und dem Bogenelektroden-Halteteil, dem Spulenelektrodenteil und
dem Stromzuführteil
integral gemäß einer
HIP-Bearbeitung
ausgebildet.
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Die vier Elektrodeneinheitkomponenten,
die eine Elektrodeneinheit enthält,
sind das Bogenelektrodenteil als ein Teil und die drei anderen Teile,
die mit dem Bogenelektrodenteil verbunden sind. Die vier Komponenten
bestehen demgemäß aus dem
Bogenelektrodenteil als einer Komponente und dem Bogenelektroden-Halteteil,
dem Spulenelektrodenteil und dem Stromzuführteil als die drei anderen
Komponenten.
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Demgemäß können mindestens zwei Elektrodenkomponenten,
bei denen es sich um das Bogenelektrodenteil als eine Komponente
und mindestens eine Komponente handelt, die aus den vorstehend genannten drei
anderen Elektrodeneinheitkomponenten ausgewählt ist, metallurgisch miteinander
ohne Verwendung eines Lötprozesses
verbunden werden.
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Im oben genannten Fall stellt die
Festigkeit des Verbindungsbereichs ein Problem dar, wenn jedoch das
Grundteil (Cu-Legierung) integral auf metallurgische Weise durch
Festphasendiffusion hergestellt ist, wird hohe Festigkeit in vollem
Umfang erzielt und es treten bei der praktischen Verwendung keine
Schwierigkeiten hinsichtlich exothermer Effekte im Verbindungsbereich
auf.
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Bei der Erfindung ist die Bedeutung
einer Integration durch Metallurgie durch Festphasendiffusion die folgende.
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Wie in 7 oder 8 dargestellt, setzt sich
im Verbindungsbereich der vorstehend genannten Grundteile, zu denen
das Bogenelektrodenteil und eine der drei Komponenten gehören, die
Kristallisation (die Kristallkeime wachsen Stück für Stück auf prismatische, einkristalline
Weise) des Grundteils (in diesem Fall reines Cu) in den Verbindungsbereich
fort, und es entsteht ein Zustand, in dem der Verbindungsgrenzbereich undeutlich
ist.
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Wenn das Grundteil integral auf metallurgische
Weise durch Festphasendiffusionsverarbeitung ausgebildet ist, zeichnet
sich die Form des Metalls mit hohem Schmelzpunkt, wie Cr, das im
Grundteil dispergiert ist, dadurch aus, daß es die Form im Ausgangsmaterialpulver
unverändert
aufrechterhält.
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Das heißt, daß, da der Teilchendurchmesser
des Ausgangsmaterialpulvers durch Zerreibebearbeitung usw. kleingemacht
ist, viele Teilchenformen Winkelformen sind. Im Fall der Verwendung
einer Festphasendiffusionsverarbeitung ist die Sintertemperatur
niedrig. Da ein Metall mit hohem Schmelzpunkt wie Cr kaum reagiert,
bleibt die Teilchenform des Metalls als kantige Form aufrechterhalten.
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Zwar kann der Verbindungsbereich
des Grundteils integral durch Metallurgie gemäß einem Verbindungsverfahren
zum Schmelzen und Durchtränken
des Grundteils hergestellt werden. Jedoch reagiert im obigen Fall
wegen der Verarbeitung bei hoher Temperatur ein Teil des Materials
mit hohem Schmelzpunkt wie Cr, wodurch die Teilchenform abgerundet
wird. Die vorstehend genannten Unterschiede werden unter Bezugnahme
auf die 2 und 3 erläutert.
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2 ist
eine Photographie, die eine metallurgische Struktur eines Verbindungsteils
unter Verwendung einer erfindungsgemäßen HIP-Verarbeitung zeigt. 3 ist eine Photographie,
die eine metallurgische Struktur eines Verbindungsbereichs zeigt,
wie er beim herkömmlichen
Durchtränkungsverfahren
erhalten wurde. In diesen Figuren entsprechen dunkelgefärbte Bereiche
Cr-Teilchen, während
helle Matrixbereiche eine Cu-Legierung zeigen.
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Wenn der Teil des Metalls mit hohem
Schmelzpunkt reagiert, wird die elektrische Leitfähigkeit
des Grundteils gering, da dieses Element wie Cr in die Cu-Legierung
eindiffundiert. Wenn ein solches Elektrodenmaterial in einer Elektrodenstruktur
verwendet wird, führt
eine geringe Erniedrigung der elektrischen Leitfähigkeit wegen der hohen Spannung
und dem großen
Stromfluß zur
Erzeugung von Verlustenergie. Demgemäß ist eine Verringerung der
elektrischen Leitfähigkeit
unerwünscht.
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Das gemäß der Verarbeitung durch Festphasendiffusion
inte gral ausgebildete Grundteil kann für mehr als zwei Elektrodeneinheitkomponenten
unter den vier Elektrodeneinheitkomponenten verwendet werden, die aus
dem Bogenelektrodenteil und einer der drei anderen Komponenten bestehen.
Jedoch kann ein Teil des Verbindungsbereichs mittels Lötverbindung
hergestellt sein, und zwar angesichts der Herstellkosten der Elektrodenstruktur.
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Ferner ist es durch integrales Herstellen
der Elektrodenstruktur gemäß einer
HIP-Bearbeitung möglich,
dafür zu
sorgen, daß das
Material für
das Bogenelektrodenteil einen Zusammensetzungsgradient aufweist,
was bei der bekannten Technik auf keinen Fall erzielt werden kann.
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Im Ergebnis können thermische Spannungen
auf Grund unterschiedlicher Wärmeexpansionskoeffizienten
der Materialien innerhalb der Elektrodenstruktur gelindert werden,
und ferner kann das Auftreten thermischer Spannungen während des
Gebrauchs der Elektrodenstruktur eingeschränkt werden.
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Da während des Gebrauchs der Elektrodenstruktur
immer ein Strom fließt,
ist es bevorzugt, daß das Material
kleinen Widerstand aufweist, damit die Verluste an elektrischer
Energie so klein wie möglich
sind. Bei der Verwendung von reinem Cu wird dieses, da sein Schmelzpunkt
niedriger als die Bogentemperatur ist, leicht auf- und verschmolzen.
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Innerhalb des Bereichs, in dem der
elektrische Widerstand nicht zu sehr zunimmt, sind als Elemente (Metalle)
zum Verbessern der Verschmelzungsfestigkeit die folgenden einzeln
oder in Kombination verwendbar: Cr, W, Mo, V, Nb, Zr, Ta, Ti, Si
und Co. Diese Metalle sind dieselben, wie sie bei herkömmlichen
Elektrodenstrukturen verwendet werden.
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Diese Metalle sind solche mit hohem
Schmelzpunkt von mehr als 1800°C,
und sie können
einzeln, in Kombination oder als Legierungen verwendet werden, wobei
ein Zusammenfügen
mit Cu usw. erfolgt, das das Grundteil bildet.
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Es ist bevorzugt, daß die Gesamtmenge
20–70
Gew.-% ausmacht. Da ein Trennschalter hohe Trenngeschwindigkeit
und hohe Festigkeit aufweisen soll, ist es erwünscht, den Gesamtgehalt abhängig von
den erforderlichen Eigenschaften der Elektrodenstruktur zu erhöhen oder
zu verringern.
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Es wird eine Gesamtmenge an 0,2–5 Gew.-%
eines oder mehrerer der Elemente V, Nb, Zr, Ta, Ti und Si zugegeben,
und ferner ist es bevorzugt, als leitendes Material eine Gesamtmenge
aus mehr als einer Art eines Legierungspulvers zu verwenden, das
aus einer Gruppe ausgewählt
ist, die 30–80
Gew.-% eines oder mehrerer der Metalle Cu, Ag und Au enthält.
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Diese Elemente können mit Cu usw. intermetallische
Verbindungen mit hohem Schmelzpunkt bilden, und sie werden zugegeben,
um die Antischmelzeigenschaften und die Trenneigenschaften gegenüber den
bisherigen Werten zu verbessern. Diese Elemente werden der Art und
der Menge nach abhängig
von den erforderlichen Eigenschaften der Elektrodenstruktur ausgewählt.
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In einem Bogenelektrodenteil entstehen
Bögen während des Öffnungsvorgangs
der Elektrodenstruktur, und zwar im allgemeinen ausgehend von dem
Bereich, in dem sehr starke Ströme
fließen.
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Wenn Fremdstoffe wie Abriebpulver
auf der Elektrodenstruktur liegen, entstehen Bögen am bevorzugtesten in demjenigen
Bereich, in dem die feststehende und bewegliche Elektrodeneinheit
am dichtesten beieinander sind. Dieser Bereich erfährt am ehesten
eine Verschlechterung, und es tritt die Schwierigkeit auf, daß sich die
gesamte Lebensdauer der Elektrodenstruktur verkürzt.
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Um den vorstehend genannten, in der
Vergangenheit bestehenden Mangel zu verhindern, wird das genannte
Magnetfeld parallel zur Elektrodenachse angelegt, um Bögen auf
gleichmäßige Weise über die
gesamte Fläche
der Elektrodeneinheit zu erzeugen. Dieses Feld wird als vertikales
Magnetfeld bezeichnet, und zum Erzeugen desselben ist das genannte
Spulenelektrodenteil in der Nähe
der Elektrodeneinheit vorhanden.
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Die 4A und 4B sind schematische Ansichten
einer herkömmlichen
Elektrodenstruktur. 4A ist ein
Horizontalschnitt durch die Elektrodenstruktur entlang der Linie
B-B' in 4B. Das Bogenelektrodenteil ist
durch Lötverbindungsbearbeitung über eine
Lötfläche 92 mit
dem Bogenelektroden-Halteteil verbunden.
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4B ist
eine Draufsicht auf ein Spulenelektrodenteil 91. Der Strom
fließt
parallel zu einer viergeteilten Bogenelektrodenfläche das
Spulenelektrodenteil 91 entlang und erzeugt das vertikale
Magnetfeld. Der viergeteilte Strom fließt vom Bogenelektroden-Halteteil 94 und
einer Lötfläche 95 zum
Bogenelektrodenteil. Wie oben ausgeführt, wird durch Anbringen der
Nuten ein wirkendes Vertikalmagnetfeld erzeugt.
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Die Nuten bei der herkömmlichen,
durch eine herkömmliche
Lötverbindungsbearbeitung
hergestellten Elektrodenstruktur, wie in den 4A und 4B dargestellt,
existieren lediglich ausgehend von der Lötfläche 92 zu einem unteren
Bereich (in 4A zu einer
Linie A-A). Das heißt,
daß die
Elektrodenstruktur in diesem Fall keine Nuten aufweist, die sich
vom Bogenelektrodenteil bis zum Bogenelektroden-Halteteil erstrecken.
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Da die Nuten die Lötfläche erreichen,
erreichen bei der durch die herkömmliche
Lötverbindungsbearbeitung
hergestellten Elektrodenstruktur die während des Öffnungsvorgangs der Elektrodenstruktur
erzeugten Bögen
den Lötbereich
in den Bodenbereichen der Nuten, wodurch die Lötteile abgeschmolzen werden.
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Wenn dagegen die erfindungsgemäße Bearbeitung
mit Festphasendiffusion verwendet wird, sind außerdem in der integralen Elektrodenstruktur,
bei der keine Lötverbindungsbearbeitung
verwendet wurde, Nuten in der Elektrodeneinheit vorhanden und es
kann kein Abschmelzen von Lötteilen
erfolgen.
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Wegen der vorstehend genannten Gesichtspunkte
ist es am wünschenswertesten,
die jeweiligen Elektrodeneinheitsteile, also das Bogenelektrodenteil,
das Bogenelektroden-Halteteil, das Spulenelektrodenteil und den
Elektrodenstab mittels des Verfahrens mit Festphasendiffusion integral
auszubilden.
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Gemäß einem Ausführungsbeispiel
der Erfindung sind, wie es in 5 dargestellt
ist, mehrere Nuten 50 so vorhanden, daß sie sich von der Oberfläche eines
Bogenelektrodenteils 31 und vom Seitenbereich eines Bogenelektroden-Halteteils
aus erstrecken. In 5 umfaßt die Elektrodenstruktur
ferner ein Spulenelektrodenteil 33 und einen Elektrodenstab 34.
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Wenn mehrere Nuten 50 vorhanden
sind, die sich bis zur Oberfläche
der Elektrodeneinheit erstrecken, ist die Stärke des in der Elektrodenstruktur
erzeugten Vertikalmagnetfelds größer als
dann, wenn sich die Nuten nicht bis zur Oberfläche der Elektrodeneinheit erstrecken,
wodurch bei der Erfindung die Verteilung der Bögen verbessert werden kann.
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Demgemäß sind eine Verbesserung der
Lebensdauer sowie eine Verbesserung der Spannungsfestigkeit der
Elektrodenstruktur erzielbar, wodurch eine Verbesserung der Zuverlässigkeit
derselben erzielbar ist.
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5 zeigt
eine tassenförmige
Elektrodenstruktur, bei der das Bogenelektrodenteil 31 torusförmig ausgebildet
ist. Jedoch können
bei einer üblichen,
kreisförmigen
Elektrodenstruktur, wie sie z. B. in 13 dargestellt
ist, spiralförmige
Nuten, ähnlich
den in 5 dargestellten,
vorhanden sein, und dann werden ähnliche Wirkungen
wie vorstehend angegeben, erzielt.
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Ferner kann im Fall eines Vakuumtrennschalters
mit der oben angegebenen Elektrodenstruktur eine kompaktere Elektrodenstruktur
als gemäß dem herkömmlichen
Lötverbindungsverfahren
erhalten werden, wodurch es möglich
ist, einen kompakten Vakuumtrennschalter zu erhalten.
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Die vorstehenden Wirkungen werden
zunächst
dadurch erhalten, daß beim
integralen Ausbildungsverfahren durch HIP-Bearbeitung das Grundteil
des Bogenelektrodenteils und des Bogenelektrode-Halteteils, das
aus Cu, Ag und Au oder einer Legierung mindestens zweier dieser
Stoffe besteht, metallographisch als integrale Struktur ausgebildet
ist.
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Ferner ist es bei der integralen
Herstellung einer Elektrodenstruktur gemäß einer HIP-Bearbeitung erforderlich,
eine Heiztemperatur zu verwenden, die unter dem Schmelzpunkt des
Grundteils liegt.
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Wenn die Heiztemperatur über dem
Schmelzpunkt liegt, ist dies nicht von Vorteil, da dann Cr usw.
im Bogenelektrodenteil in das Bogenelektrode-Halteteil eindiffundiert,
wodurch sich die elektrische Leitfähigkeit verringert.
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Bei einem Verfahren zum Ausführen einer
HIP-Bearbeitung beim Herstellen einer Elektrodenstruktur wird ein
Metallpulver in eine Metallkapsel eingegeben, das Innere der Metallkapsel
wird erhitzt und entgast und die Metallkapsel wird dicht verschlossen,
und dadurch können
beinahe alle Restgase aus dem Sinterkörper entfernt werden.
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Das Vorhandensein von Restgasen ist
nicht von Vorteil, da dann, wenn solches Gas im Sinterkörper während des
Gebrauchs eines Vakuumtrennschalters aus der Elektrodenstruktur
ausgegeben wird, das Vakuum im Trennschalter verschlechert wird.
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Die Erfindung wird im folgenden anhand
von durch Figuren veranschaulichten Ausführungsbeispielen erläutert.
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1 ist
eine schematische Ansicht eines Ausführungsbeispiels eines kompletten
Vakuumtrennschalters mit einem erfindungsgemäßen Unterdruckventil;
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2 ist
ein Photo, das eine metallographische Struktur einer Elektrodenstruktur
zeigt, wie durch die Erfindung erhalten;
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3 ist
ein Photo einer metallographischen Struktur einer Elektrodenstruktur,
wie gemäß einem
herkömmlichen
Verfahren (Durchtränkungsverfahren)
erhalten.
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4A ist
ein schematischer Schnitt, der eine herkömmliche Elektrodenstruktur
zeigt;
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4B ist
eine schematische Draufsicht auf eine herkömmliche Elektrodenstruktur;
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5 ist
eine schematische Ansicht, die ein Ausführungsbeispiel einer erfindungsgemäßen Elektrodenstruktur
zeigt, in der mehrere Nuten zum Erzeugen eines vertikalen Magnetfelds
so ausgebildet sind, daß sie
sich von einem Bogenelektrodenteil in ein Bogenelektrode-Halteteil
hinein erstrecken;
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6 ist
ein Photo, das eine metallographische Struktur eines verdichteten
Körpers
aus 65 Gew.-% Cu – 35
Gew.-% Cr – 5
Gew.-% Nb zeigt, wie er gemäß der Erfindung
nach einer HIP-Bearbeitung erhalten wurde;
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7 ist
ein Photo, das eine metallographische Struktur in der Nähe einer
Kontaktfläche
zwischen einem verdichteten Körper
aus Cu-Cr-Nb und einem verdichteten Körper aus Cu-Pulver nach einer HIP-Bearbeitung gemäß der Erfindung
zeigt;
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8 ist
ein Photo, das eine metallographische Struktur in der Nähe einer
Kontaktfläche
zwischen einem laminierten, verdichteten Körper aus Cu-Cr-Ta und einem
verdichteten Körper
aus Cu-Pulver zeigt, wie nach einer HIP-Bearbeitung gemäß der Erfindung
erhalten;
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9 ist
ein Photo, das eine metallographische Struktur eines verdichteten
Körpers
aus 45 Gew.-% Cu – 50
Gew.-% Cr – 5
Gew.-% Zr nach einer HIP-Bearbeitung gemäß der Erfindung zeigt;
-
10 ist
ein Photo, das eine metallographische Struktur in der Nähe einer
Kontaktfläche
zwischen einem verdichteten Körper
aus 45 Gew.-% Cu – 50
Gew.-% Cr – 5
Gew.-% Zr und einem Stab aus reinem Cu zeigt, wie nach einer HIP-Bearbeitung
gemäß der Erfindung
erhalten;
-
11 ist
eine Ansicht, die HIP-Bearbeitungsbedingungen und Formen von Elektrodenstrukturen
gemäß der Erfindung
zeigt;
-
12 ist
ein Querschnitt durch ein Ausführungsbeispiel
eines erfindungsgemäßen Unterdruckventils;
-
13 ist
ein Querschnitt durch ein Ausführungsbeispiel
einer erfindungsgemäßen Elektrodenstruktur und
-
14 ist
eine Ansicht, die die Beziehung zwischen einer Magnetflußdichte
und einer Bogenspannung bei der Erfindung zeigt.
-
Ausführungsbeispiel 1
-
Cr-Pulver mit einer Teilchengröße von 44 μm – 150 μm, Cu-Pulver mit einer
Teilchengröße von 44 μm – 150 μm sowie Nb-Pulver mit einer
Teilchengröße von 44 μm – 90 μm wurden
durch einen V-Mischer vermischt und es wurde ein Mischpulver mit
65% Cr – 35%
Cu – 5%
Nb bezogen auf das Gewicht erhalten.
-
Das vorstehend genannte Pulvergemisch
wurde in eine Metallform gefüllt
und unter Verwendung einer Hydraulikpresse bei einem Druck von ungefähr 3000
kg/cm2 geformt, wodurch ein verdichteter
Körper
mit einem Durchmesser von 60 mm und einer Dicke von 10 mm erhalten
wurde. Die Porosität
dieses verdichteten Körpers
betrug 23–28%,
wie es aus Messungen der Volumendichte geschlossen wurde.
-
Außerdem wurde nur Cu-Pulver
mit einer Teilchengröße von 44 μm – 150 um
bei einem Druck von ungefähr
2500 kg/cm2 geformt, und es wurde ein verdichteter
Körper
mit einem Durchmesser von GO mm und einer Dicke von 50 mm erhalten.
Die Porosität
dieses verdichteten Körpers
betrug 22–27%.
-
Der verdichtete Cr-Cu-Nb-Körper und
der verdichtete Körper
aus Cu-Pulver, wie sie durch die vorstehend genannte Bearbeitung
erhalten wurden, wurden eng aneinander angrenzend in eine Kapsel
aus Flußstahl
eingesetzt und danach wurde eine HIP-Bearbeitung unter vakuumdichtem
Abschluß ausgeführt.
-
Die Bedingungen hinsichtlich der
Kapsel aus Flußstahl,
der Bearbeitung unter Vakuumabschluß und der HIP-Bearbeitung waren
die folgenden. Die Flußstahlkapsel
hatte eine Dicke von 3 mm und der Heizvorgang wurde bei ungefähr 600–700°C ausgeführt. Beim
Ausführen
eines Vakuum-Abpumpens und eines Entgasungsvorgangs erfolgte das
Entgasen bis zu einem Unterdruck von weniger als 5 × 1,33 × 10–5 hPa
(5 × 10–5 Torr),
und danach erfolgte ein Abdichten im Vakuum.
-
Es erfolgten deutliche Anstrengungen,
die Haftfläche
zwischen dem verdichteten Körper
aus Cr-Cu-Nb und dem verdichteten Körper aus Cu-Pulver klarstellend
zu untersuchen.
-
6 zeigt
ein Ergebnis zur Beobachtung der Verteilung von Metallen im verdichteten
Mischkörper aus
Cr-Cu-Nb, wie nach der HIP-Bearbeitung erhalten. 7 zeigt ein entsprechendes Ergebnis für die Grenzfläche zwischen
dem verdichteten Mischkörper
aus Cr-Cu-Nb und dem verdichteten Körper aus Cu-Pulver nach der HIP-Bearbeitung.
-
In diesen Figuren sind dunkelgefärbte Teilchen, ähnlich wie
in den 2 und 3, Cr-Teilchen, und die weiße Matrix
entspricht einer Cu-Legierung. Dies gilt auch bei später genannten
Photographien.
-
Wie in den 6 und 7 gezeigt,
sind im verdichteten Mischkörper
aus Cr-Cu-Nb und im verdichteten Körper aus Cu-Pulver keine Gaseinschlüsse vorhanden,
und ferner wurde durch die Festphasendiffusion eine theoretische
Dichte von näherungsweise
100% erhalten.
-
Ferner ist, wie es in 7 dargestellt ist, im Verbindungsbereich
zwischen dem verdichteten Mischkörper
aus Cr-Cu-Nb und
dem verdichteten Körper
aus Cu-Pulver ein Cu-Grundteil
so ausgebildet, daß es
metallographisch gesehen eine integrale Struktur bildet, anders
gesagt, liegen im Cu-Grundteil
kristalline Teilchen ohne diskontinuierlichen Grenzbereich vor.
-
Zum Erhöhender Festigkeit des verdichteten
Körper's aus Cu-Pulver wurde dem
Pulver für
den verdichteten Mischkörper
aus Cr-Cu-Nb 0,8 Gew.-% als Gesamtmenge eines oder mehrerer der
folgenden Elemente zugegeben: Cr, Ag, W, V, Nb, Mo, Ta, Zr, Si,
Be, Co, Ti, Fe. Dabei wurden dieselben Ergebnisse wie vorstehend
genannt erzielt.
-
Ausführungsbeispiel 2
-
Cr-Pulver mit einer Teilchengröße von 44 μm – 150 μm, Cu-Pulver mit einer
Teilchengröße von 44 μm – 150 μm und Ta-Pulver mit einer
Teilchengröße von 44 μm – 90 μm wurden
durch einen V-Mischer gemischt. Dann wurden Mischpulver mit den
folgenden gewichtsbezogenen Zusammensetzungen erhalten: 40% Cr – 55% Cu – 5% Ta;
35% Cr – 61%
Cu – 4%
Ta; 30% Cr – 67%
Cu – 3%
Ta; 25% Cr – 73%
Cu – 2%
Ta; 20% Cr – 79%
Cu – 1%
Ta und 15% Cr – 84%
Cu – 1%
Ta.
-
Danach wurde unter Verwendung einer
Metallform mit einem Durchmesser von 60 mm zunächst ein Mischpulver aus 40%
Cr – 55%
Cu – 5%
Ta mit einer Dicke von 0,5 mm erhalten. Danach wurde ein Mischpulver
aus 35% Cr – 61%
Cu – 4%
Ta mit einer Dicke von 0,5 mm hergestellt und auflaminiert.
-
So wurde ein verdichteter Körper mit
einer Zusammensetzung aus neun aufeinanderlaminierten Schichten
mit einem Durchmesser von 60 mm und einer Dicke von 4,5 mm erhalten,
und beim vorstehend genannten Mischpulver wurde dann ein verdichteter
Körper
aus Cu-Pulver als abschließende
Schicht ausgebildet.
-
Außerdem wurde getrennt vom vorstehend
genannten verdichteten Laminatkörper
nur Cu-Pulver einer Preßbearbeitung
unterzogen und es wurde ein verdichteter Körper aus Cu-Pulver mit einem
Durchmesser von 60 mm und einer Dicke von 40 mm erhalten. Die Cu-Oberfläche des
verdichteten Laminatkörpers
und diejenige des verdichteten Körpers
aus Cu-Pulver wurden in Kontakt gebracht und unter den Bedingungen
des Ausführungsbeispiels 1 wurde
der "Eindosungs"-Prozeß ausgeführt. Danach
wurde eine HIP-Bearbeitung bei einer Temperatur von 1000°C und einem
Durck von 2000 kg/cm2 ausgeführt.
-
8 zeigt
das Beobachtungsergebnis für
die Metallverteilung im Kontaktbereich zwischen dem verdichteten
Laminatkörper
aus 15% Cr – 84%
Cu – 1%
Ta und dem verdichteten Körper
aus Cu-Pulver. Der verdichtete Laminatkörper und der verdichtete Körper aus
Cu-Pulver sind einer HIP-Bearbeitung unterzogen.
-
Wie in 8 dargestellt,
ist die Laminatfläche
für die
jeweiligen Zusammensetzungen oder die Cu-Kontaktfläche durch
das Sintern mit Festphasendiffusion feinbearbeitet, und es ist ein
Cu-Grundteil ausgebildet, das metallographisch gesehen, eine integrale
Struktur bildet; ferner war kein Grenzbereich erkennbar.
-
Ausführungsbeispiel 3
-
Cr-Pulver mit einer Teilchengröße von 44 μm – 150 μm, Cu- Pulver mit einer
Teilchengröße von 44 μm – 150 μm und Zr-Pulver mit einer
Teilchengröße von 44 μm – 90 μm wurden
durch einen V-Mischer gemischt, und dann wurde ein Mischpulver mit
gewichtsbezogen 50% Cr – 45%
Cu – 5%
Zr erhalten.
-
Das Mischpulver wurde einer Preßbearbeitung
bei einer Druckkraft von ungefähr
3000 kg/cm2 unterzogen, und es wurde ein
verdichteter Körper
mit einem Durchmesser von 60 mm und einer Dicke von 20 mm erhalten.
Die Porosität
dieses verdichteten Körpers
betrug gemäß der Volumendichte
23–25%.
-
Der so erhaltene verdichtete Körper aus
50% Cr – 45%
Cu – 5%
Zr wurde mit einem Stab aus reinem Cu mit einem Durchmesser von
60 mm und einer Länge
von 30 mm in Kontakt gebracht, beide wurden in eine Kapsel aus Flußstahl eingesetzt,
und nach einer Abdichtungsbearbeitung im Vakuum wurde eine HIP-Bearbeitung
ausgeführt.
Die Bedingungen für
die Abdichtung im Vakuum und für
die HIP-Bearbeitung waren ähnlich wie
beim Ausführungsbeispiel
1.
-
9 zeigt
das Beobachtungsergebnis für
die Metallverteilung im Kontaktbereich des verdichteten Körpers aus
50% Cr – 45%
Cu – 5%
Zr nach der HIP-Bearbeitung.
-
10 zeigt
das Beobachtungsergebnis für
die Metallverteilung an der Kontaktfläche zwischen dem verdichteten
Körper
aus 50% Cr – 45%
Cu – 5%
Zr, der eine HIP-Bearbeitung erfuhr, und dem Stab aus reinem Cu.
-
Wie in 9 dargestellt,
sind der verdichtete Körper
aus Cr-Cu-Zr und der Stab aus reinem Cu durch den Sintervorgang
mit Festphasendiffusion fein bearbeitet. Außerdem ist, wie es in 10 dargestellt ist, an der
Kontaktfläche
zwischen dem verdichteten Körper
aus Cr-Cu-Zr und dem Stab aus reinem Cu ein Grundteil aus Cu ausgebildet,
das metallographisch gesehen eine integrale Struktur bildet, ähnlich wie
bei 8.
-
Ähnliche
Ergebnisse wie die vorstehend angegebenen wurden dann erhalten,
wenn der Stab aus reinem Cu durch einen Stab aus einer Cu-Legierung
ersetzt wurde, die 0,9 Gew.-% als Gesamtmenge eines oder mehrerer
der folgenden Elemente enthielt: Cr, Ag, W, V, Nb, Mo, Ta, Zr, Si,
Be, Co, Ti.
-
Wenn zum oben angegebenen Element
Cr zugegeben ist, verbessern sich die Härte und Festigkeit des Materials
der Elektrodeneinheit auf Grund eines alterungsbedingten Härtungsprozesses,
wodurch sich Verformungen während
der Benutzungszeit der Elektrodenstruktur verringern.
-
Wenn die Zugabemenge erhöht wird,
verschlechtert sich die elektrische Leitfähigkeit, weswegen es erwünscht ist,
die Zugabemenge so stark wie möglich
zu verringern.
-
Beim vorstehend angegebenen Ausführungsbeispiel
der Erfindung sind, wie es aus den 7, 8 und 10 erkennbar ist, das Bogenelektrodenteil,
das Bogenelektroden-Halteteil, das Spulenelektrodenteil und der Elektrodenstab
(Stromzuführteil)
so ausgebildet, daß sie
eine integrale Struktur bilden.
-
Daraus kann geschlossen werden, daß es möglich ist,
eine Elektrodenstruktur herzustellen, die einen Verbindungsbereich
aufweist, in dem das Grundteil metallographisch gesehen integral
ausgebildet ist.
-
Ausführungsbeispiel 4
-
Tabelle 1 zeigt die Beziehung zwischen
der Temperatur und dem Druck bei der HIP-Bearbeitung für ein Verfahren,
wie es bei den Ausführungsbeispielen
1–3 genutzt
wurde.
-
In Tabelle 1 kennzeichnet die Markierung
ein theoretisches Dichteverhältnis von
mehr als 98% für
den verdichteten Körper.
Die Markierung
kennzeichnet ein theoretisches
Dichteverhältnis
von weniger als 97%, und die Markierung
zeigt ein theoretisches
Dichteverhältnis
von ungefähr
97–98%.
-
-
Ferner zeigt die Markierung
eine Struktur, bei der
das Grundteil an der Kontaktfläche
metallographisch gesehen integral ausgebildet ist, die Markierung
zeigt eine Struktur, bei
der das Grundmetall keine Verbindung erfahren hat, und die Markierung
zeigt eine Struktur, bei
der das Grundteil an der Kontaktfläche metallographisch gesehen
teilweise integral ausgebildet ist.
-
Wie in der Tabelle 1 dargestellt,
verringert sich bei jedem der Ausführungsbeispiele 1 bis 3 die
theoretische Dichte des verdichteten Körpers extrem, wenn die HIP-Temperatur
unter 750°C
liegt und der HIP-Druck unter 1000 kg/cm2 liegt.
Jedoch erreicht die theoretische Dichte mehr als 98%, wenn die HIP-Temperatur
mehr als 800°C
beträgt
und der HIP-Druck mehr als 1000 kg/cm2 beträgt. Außerdem ist
es hinsichtlich der Kontaktgrenzfläche erkennbar, daß das Grundteil
an derselben metallographisch gesehen bei einer Temperatur von mehr
als 850°C
und einem Druck von mehr als 1100 kg/cm2 integral
ausgebildet ist.
-
Ausführungsbeispiel 5
-
11 zeigt
HIP-Bearbeitungsbedingungen und Elektrodenstrukturformen, wie sie
mit einem durch HIP-Bearbeitung erhaltenen Material hergestellt
wurden. Die Bedingungen für
den "Eindosungs"-Vorgang und für die HIP-Bearbeitung
waren im wesentlichen diejenigen, wie sie beim Ausführungsbeispiel
1 verwendet wurden.
-
Unter Nr. 2 hat der Stab 2 aus
reinem Cu einen Durchmesser von 80 mm und eine Länge von 120 mm, und es wurden
zwei verdichtete Mischkörper 1a und 1b mit
einem Durchmesser von 80 mm und einer Dicke von 15 mm hergestellt.
Diese letzteren wurden in einen Eindosungsbehälter 4 eingesetzt,
an dem ein Formtrennmittel 3 vorhanden ist.
-
Die HIP-Bearbeitungstemperatur betrug
1000°C und
die Verweilzeit betrug 120 Minuten, wobei die anderen Eindosungsbedingungen
usw. im wesentlichen dieselben wie beim Ausführungsbeispiel 3 waren. Unter Verwendung
der durch diese HIP-Bearbeitung
erhaltenen Materialien wurden Elektrodenstrukturen von einem Typ
(a) und einem Typ (b) hergestellt.
-
Bei der Elektrodenstruktur des Typs
(a) sind ein Bogenelektrodenteil 7, ein Bogenelektroden-Halteteil 8 und
ein Spulenelektrodenteil 9 so hergestellt, daß sie eine
integrale Struktur bilden, und ein Elektrodenstab 10 ist
in einem Verbindungsbereich 11 durch ein Lötverfahren
angebracht.
-
Bei der Elektrodenstruktur vom Typ
(b) ist im Vergleich zur Elektrodenstruktur vom Typ (a) ein Verstärkungsteil 12 aus
reinem Fe im mittleren Bereich vorhanden. Das Verstärkungsteil 12 wurde
auf das Bogenelektroden-Halteteil 8 und den Elektrodenstab 10 aufgelötet.
-
In Nr. 3 wurde abweichend von Nr.
2 ein Stab 13 aus reinem Cu mit einer Länge von 50 mm verwendet und
die Elektrodenstruktur wurde mit einem eingesenkten Teil hergestellt.
Unter Verwendung des Materials Nr. 3 aus der HIP-Bearbeitung wurden
Elektrodenstrukturen vom Typ (a) und vom Typ (b) hergestellt.
-
In Nr. 4 ist abweichend von Nr. 2
ein Stab 17 aus reinem Cu mit einem Durchmesser von 40
mm und einer Länge
von 80 mm hinzugefügt.
Unter Verwendung des durch HIP-Bearbeitung erhaltenen Materials
Nr. 4 wurde eine Elektrodenstruktur von einem Typ (c) hergestellt,
wobei es möglich
ist, eine integral aufgebaute Elektrodenstruktur mit dem Elektrodenstab 16 ohne
Verwendung einer Lötverbindung
zu erhalten.
-
Außerdem ist es unter Verwendung
des durch HIP-Bearbeitung hergestellten Materials Nr. 4 möglich, außer einer
Elektrodenstruktur vom Typ (c) auch solche vom Typ (a) und vom Typ
(b) durch Schneidbearbeitung zu erhalten.
-
Nr. 5 ist eine Kombination aus den
Ausführungsbeispielen 1 und 3.
Das heißt,
daß während der
Herstellung des Pulvers aus reinem Cu unter Einsetzen eines glockenförmigen Eisenkerns 20 ein
verdichteter Körper 19 hergestellt
wurde, ein Stab 18 aus reinem Cu im oberen Bereich des
verdichteten Körpers 19 angebracht
wurde und die Eindosungsbearbeitung ausgeführt wurde.
-
Der Eisenkern 20 weist einen
höheren
Schmelzpunkt als Cu auf; jede Form kann gewählt werden.
-
Unter Verwendung des durch HIP-Bearbeitung
erhaltenen Materials Nr. 5 wurden Elektrodenstrukturen vom Typ (d)
und vom Typ (e) hergestellt. Die Elektrodenstruktur vom Typ (d)
verfügt über eine
Form, bei der der Eisenkern 20 um den mittleren Bereich der Elektrodenstruktur
vom Typ (c) herum angeordnet ist.
-
Was die Elektrodenstruktur vom Typ
(e) betrifft, ist der Eisenkern 20 anstelle des Verstärkungsteils 12 bei
der Elektrodenstruktur vom Typ (b) vorhanden.
-
Ausführungsbeispiel
6
-
Tabelle 2 zeigt Meßergebnisse
zu folgendem: (1) elektrischer Widerstand und Festigkeit (Vergleichsbeispiel
1) eines Verbindungsbereichs (Dicke ungefähr 3 μm) für den Fall, daß ein Bogenelektrodenteil
(Zusammensetzung: 61 Gew.-% Cr – 39
Gew.-% Cu) und ein Teil aus reinem Cu durch ein herkömmliches
Lötverbindungsverfahren
miteinander verlötet
wurden (Bedingungen: 800°C
im Vakuum, Lötmaterial
gemäß dem Ni-System); (2) elektrischer
Widerstand und Festigkeit (Vergleichsbeispiel 2) für reines
Cu, das bei einer Temperatur von 800°C getempert wurde; und (3) elektrischer
Widerstand und Festigkeit für
ein durch HIP-Bearbeitung erhaltenes Material, das gemäß Nr. 6–Nr. 15
unter denselben Bedingungen wie beim Ausführungsbeispiel 3 erhalten wurde.
-
Die Messungen zum elektrischen Widerstand
wurden gemäß einem
Vierpunkte-Meßsystem
ausgeführt,
und die Festigkeitsmessungen wurden unter Verwendung einer Armsler-Zugprüfmaschine
ausgeführt.
-
Die Festigkeit an der Grenzfläche hatte
beim herkömmlichen
Löt- und
Verbindungsverfahren eine große Streuung von 12–22 kg/mm2 und
bei einer Testplatte zeigte sich bei einer Festigkeit von 12 kg/mm2 ein fehlerhafter Lötbereich.
-
Ferner betrug der elektrische Widerstand
im Bereich mit der Grenzfläche
4,82 μΩ·cm, was
ein hoher Wert mit ungefähr
dem drei- bis vierfachen im Vergleich zu dem eines Teils aus reinem
Cu ist (Vergleichsbeispiel 2).
-
-
Im Vergleich damit war die Grenzflächenfestigkeit
bei Nr. 6 mit 20–21
kg/mm2 stabil und Ausfälle der Testplatte wurden nicht
beobachtet.
-
Wenn mit einer Komponente des Bogenelektrodenteils
beim Vergleichsbeispiel 1 verglichen wird, wo reines Cu vorliegt,
ist, da eine Komponente in Nr. 6 eine Cu-Legierung mit ungefähr 0,6 Gew.-%
Cr ist und kein Löt-
und Verbindungsbereich vorhanden ist, der spezifische Widerstand
1,9 μH·cm, was
niedriger ist als beim Vergleichsbeispiel 1, wodurch Eignung zur
Verwendung für
eine Elektrodenstruktur in einem Vakuumtrennschalter besteht, in
dem ein großer
Strom fließt.
-
Außerdem hatte die Festigkeit
des reinen Cu beim Vergleichsbeispiel 2 den Maximalwert von 22–23 kg/mm2, jedoch hatte die 0,2%-Streckgrenze den
sehr niedrigen Wert von 4–5
kg/mm2. Demgemäß hält dann, wenn reines Cu als
Bogenelektroden-Halteteil oder als Spulenelektrodenteil verwendet
wird, ein solches Teil der Schlagbelastung nicht stand, weswegen
sich das Teil im Verlauf der Zeit verformt.
-
Außerdem waren die elektrischen
Widerstände
bei Nr. 7–15,
bei denen es sich um Cr- oder Cu-Legierungen mit einem oder mehreren
der Elemente Ag, V, Nb, Zr, Si, W, Be handelte, ungefähr das 1,5–2,0-fache im
Vergleich 2u denen bei getempertem reinem Cu.
-
Wenn diese Widerstandswerte mit denen
für eine
Lötverbindungsfläche gemäß der herkömmlichen Technik
verglichen werden, sind die vorstehend angegebenen Werte kleiner
als ungefähr
die Hälfte,
weswegen die Nr. 7–15
bestens für
den Gebrauch bei einer Elektrodenstruktur eines Vakuumtrennschalters
verwendbar sind. Ferner hatten die Festigkeiten bei den Nr. 7–15 Maximalwerte
von 20–25
kg/mm2, was im wesentlichen dasselbe wie
bei reinem Cu ist, jedoch betrugen die 0,2 %-Fließgrenzen
9–13 kg/mm2, mit Ausnahme von Nr. 14, so daß die Festigkeit
also ungefähr
auf das Doppelte verbessert ist.
-
Wie vorstehend ausgeführt, kann
bei einem Bogenelektrode-Halteteil,
einem Spulenelektrodenteil und einem Elektrodenstab, die gemäß der Erfindung
jeweils aus einer Cr- oder Cu-Legierung mit einem oder mehreren
der Elemente Ag, V, Nb, Zr, Si, W, Be bestehen, da keine Verformung
bei wiederholter Schlagbelastung während des Öffnungs- und Schließbetriebs
einer Elektrodenstruktur auftritt, das eine solche Verformung begleitende
Schmelzproblem verhindert werden, wodurch die Zuverlässigkeit
und Sicherheit der Elektrodenstruktur merklich verbessert sind.
-
Ferner steigt der spezifische Widerstand
abhängig
von der Zugabe eines Legierungselements an. Wenn jedoch der spezifische
Widerstand des Bogenelektrode-Halteteils, des Spulenelektrodenteils
und des Stromzuführstabs
so stark wie möglich
verringert werden, ist es erforderlich, die Elektrodentemperatur
bei der Stromzuführung
soweit wie möglich
herabzudrücken
und die bei der Bogenerzeugung währen
des Trennvorgangs erzeugte Wärme über den
Elektrodenstab zu kühlen,
weswegen es erforderlich ist, die Wärmeleitfähigkeit zu erhöhen.
-
Es ist bevorzugt, daß der spezifische
Widerstand des Bogenelektrode-Halteteils, des Spulenelektrodenteils
und des Stromzuführstabs
jeweils weniger als 2,5 μΩ·cm beträgt. Ferner
ist es bevorzugt, daß gewichtsbezogen
die Obergrenzen für
den Gehalt an Legierungselementen die folgenden sind: Cr 1,18%,
Ag 1,0%, V 1,0%, Nb 1,0%, Zr 0,8%, Si 0,5%, W 0,1%, Be 1,0%.
-
Ausführungsbeispiel 7
-
12 ist
eine Schnittansicht, die ein Unterdruckventil zeigt, das ein Bogenelektrodenteil
gemäß der Erfindung
zeigt. Ein Vakuumbehälter
zum Ausbilden einer Vakuumkammer besteht aus einem zylindrischen Isolierkörper 35 und
einer oberen Abschlußplatte 38a sowie
einer unteren Abschlußplatte 38b.
Die Abschlußplatten 38a und 38b sind
auf einem oberen bzw. unteren offenen Bereich des zylindrischen
Isolierkörpers 35 vorhanden,
der aus einem isolierenden Teil besteht.
-
Im mittleren Bereich der oberen Abschlußplatte 38a unmittelbar über einer
feststehenden Elektrodeneinheit 30a ist ein feststehender
leitender Stab 34a vorhanden, der einen Teil der feststehenden
Elektrodeneinheit 30a bildet.
-
Ein beweglicher, leitender Stab 34b ist
verschiebbar im mittleren Bereich der unteren Abschlußplatte 38b vorhanden
und unmittelbar unter einer beweglichen Elektrodeneinheit 30b angeordnet,
von der er ein Teil ist.
-
Eine Magnetfeld-Erzeugungsspule 33b und
ein Bogenelektrodenteil 31b sind an diesem beweglichen, leitenden
Stab 34b angebracht, wobei das Bogenelektrodenteil 31b der
beweglichen Elektrodeneinheit 30b so vorhanden ist, daß es Kontakt
zum Bogenelektrodenteil 31b der feststehenden Elektrodeneinheit 30a herstellt oder
sich von diesem trennt. Jedes der Bogenelektrodenteile 31a und 31b verfügt über einen
Durchmesser von mehr als 120 mm.
-
Ein Metallbalg 37 ist um
den beweglichen, leitenden Stab 34b herum angeordnet. Dieser
Metallbalg 37 ist zur Abdeckung vorhanden, und er streckt
sich ausgehend von der Innenseite der unteren Abschlußplatte 38b und
zieht sich auf diese hin zusammen.
-
Ein zylindrisches Abschirmteil 3G aus
einer Metallplatte ist über
den zylindrischen Isolierkörper 35 um beide
Bogenelektrodenteile 31a und 31b herum angeordnet,
und es ist so ausgebildet, daß es
keine Beeinträchtigung
der Isoliereigenschaften des vorstehend genannten zylindrischen
Isolierkörpers 35 erfährt.
-
Ferner ist jedes der vorstehend genannten
Bogenelektrodenteile 31a und 31b integral an Bogenelektrode-Halteteilen 32a und 32b angebracht,
die durch eine HIP-Bearbeitung erhalten wurden, und jedes ist mit den
Vertikalmagnetfeld-Erzeugungsspulen 33a bzw. 33b über ein
Verstärkungsteil 39a bzw. 39b aus
reinem Fe verbunden.
-
Die Verstärkungsteile 39a und 39b können aus
austenitischem, rostfreiem Stahl bestehen. Der zylindrische Isolierkörper 35 besteht
aus Glas oder einem keramischen Sinterkörper.
-
Der zylindrische Isolierkörper 35 ist über eine
Legierungsplatte mit einem Wärmeexpansionskoeffizient,
der ungefähr
dem von Glas oder Keramik entspricht, wie Covar, mit der oberen
und unteren Abschlußplatte 38a und 38b aus
Metall verlötet,
und er wird unter Hochvakuum von weniger als 10–8 × 1,33 hPa
(10–8 Torr) gehalten.
-
Der feststehende, leitende Stab 34a ist
mit einem Anschluß verbunden
und durch ihn wird Strom hindurchgeführt. Eine (in der Zeichnung
nicht dargestellte) Saugleitung ist an der oberen Abschlußplatte 38a vorhanden
und sie wird während
des Absaugvorgangs mit einer Vakuumpumpe verbunden.
-
Ein Getter ist vorhanden, um das
Vakuum aufrechtzuerhalten, wenn kleine Gasmengen im Innenbereich
des Vakuumgefäßes ent stehen.
Eine Abschirmplatte 3G arbeitet so, daß an ihr Metalldämpfe ausgehend von
einer Hauptelektrodenfläche
(der Oberfläche
der feststehenden Elektrodeneinheit 30a und der Oberfläche der
beweglichen Elektrodeneinheit 30b), wie sie durch Bögen erzeugt
werden, anhaften und gekühlt
werden, und das angehaftete Metall arbeitet so, daß es durch
Getterwirkung das Vakuum aufrechterhält.
-
13 ist
eine Schnittansicht, die eine Elektrodenstruktur im Detail zeigt.
Die feststehende und die bewegliche Elektrodenstruktur haben im
wesentlichen dieselbe Struktur.
-
Das Bogenelektrodenteil 31 ist
integral mit dem Elektrode-Halteteil 32 durch
die durch das Ausführungsbeispiel
4 veranschaulichte HIP-Bearbeitung ausgebildet. Die oben genannte
integrale Struktur wird durch Schneidbearbeitung erhalten, wie in
der Figur dargestellt.
-
Eine flache Verstärkungsplatte 40 aus
austenitischem, rostfreiem Stahl ist unter Verwendung eines Lötteils 42 auf
das Bogenelektrode-Halteteil 32 gelötet. Das Spulenelektrodenteil
besteht aus reinem Cu, und es ist unter Verwendung eines Lötteils 41,
das niedrigere Schmelztemperatur als das oben genannte Lötteil 42 aufweist,
mit dem leitenden Stab 34 und der Elektrodenstruktur verlötet.
-
Das Bogenelektrode-Halteteil 32 bei
diesem Ausführungsbeispiel
besteht aus reinem Cu. Oben sind Mengen von Cr, Ag, V, Nb, Zr, Si,
W und Be angegeben, die einzeln oder in Kombination diesem Bogenelektrode-Halteteil 32 zugesetzt
sein können,
wobei die Menge abhängig
von der erforderlichen Festigkeit und dem erforderlichen elektrischen
Widerstand bestimmt wird.
-
Ferner ist es möglich, den elektrischen Widerstand
ohne Ver ringern der Festigkeit durch das Ausbilden einer intermetallischen
Verbindung durch thermische Bearbeitung klein zu machen.
-
Ausführungsbeispiel 8
-
5 ist
eine perspektivische Ansicht einer Elektrodenstruktur mit Nuten,
die sich in einem Seitenflächenbereich
eines gemäß der Erfindung
hergestellten Bogenelektrodenteils befinden.
-
Dadurch, daß die Nuten im Seitenflächenbereich
des Bogenelektrodenteils eingeschnitten sind, kann hohe Stärke des
erzeugten Vertikalmagnetfelds erzielt werden.
-
In dieser Figur unterscheidet sich
die Form des Bogenelektrodenteils von dem in 13 durch die Ausbildung einer kreisförmigen Platte.
Ein Bogenelektrodenteil mit der in 5 dargestellten
Form wird als tassenförmige
Elektrode bezeichnet. Auch bei der in 13 dargestellten
Elektrodenstruktur kann ein stärkeres Vertikalmagnetfeld
erhalten werden, wenn Nuten kontinuierlich im oberen Bereich des
Bogenelektrodenteils ausgebildet werden.
-
In 14 ist
die Beziehung zwischen der Magnetflußdichte und der Bogenspannung
dargestellt. Die Bogenspannung ist bei einem konstanten Magnetfeld,
das sich mit dem Strom ändert,
minimal. Der Trennstrom wird groß, und dann ist die zum Minimieren
der Bogenspannung erforderliche Magnetflußdichte groß.
-
Bei einem Vakuumtrennschalter zum
Unterbrechen eines großen
Stroms ist es erforderlich, über
ein starkes Vertikalfeld zu verfügen,
und wenn Nuten ausgebildet werden, die sich in den Seitenflächenbereich
der Elektrodenstruktur hinein er strecken kann bei der Erfindung
ein großes
Vertikalmagnetfeld im Vergleich zum Fall bei einer herkömmlichen
Elektrodenstruktur erhalten werden, wenn Bogenelektrodenteile mit
demselben Durchmesser verglichen werden.
-
Das heißt, daß es unter Verwendung einer
erfindungsgemäß erhaltenen
Elektrodenstruktur möglich ist,
eine kompakte Struktur mit derselben Funktionsfähigkeit zu erzielen.
-
1 zeigt
schematisch eine Ansicht einer kompletten Struktur eines erfindungsgemäßen Vakuumtrennschalters.
Bei diesem ist ein Betätigungsmechanismus
in einem vorderen Bereich angeordnet, und im hinteren Bereich ist
ein gegen Kriechspannungen beständiger
Epoxidzylinder 60 für
drei Phasen zum Halten eines Unterdruckventils angeordnet. Dieser
Vakuumtrennschalter ist so aufgebaut, daß er über eine kompakte und leichte
Struktur verfügt.
-
Jeder der Phasenendbereiche wird
horizontal von einem Expoxidharzzylinder gehalten, und eine Unterdruckventil-Halteplatte
und demgemäß der Vakuumtrennschalter
sind vom Typ für
Horizontalentnahme. Das Unterdruckventil wird durch eine Betätigungsmechanismuseinheit über eine
Betätigungsstange 61 geöffnet und
geschlossen.
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Die Betätigungsmechanismuseinheit verfügt über eine
einfache Struktur, und sie bildet ein kompaktes und leichtes magnetisches
Betätigungssystem
ohne mechanische Teile, die herausgezogen werden. In dieser Betätigungsmechanismuseinheit
treten nur kleine Stöße auf,
da der Öffnungs-
und Schließhub
klein ist und nur wenige bewegliche Teile vorliegen.
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Auf der Vorderseite eines Hauptkörpers sind
zusätzlich
zu einem Sekundäranschluß für eine Verbindungsherstellung
von Hand folgende Teile im Vakuumtrennschalter angeordnet: ein Öffnungs-
und Schließanzeigemechanismus,
ein Betätigungszähler, ein
von Hand herausziehbarer Boden, eine Handausschaltvorrichtung, eine
Herausführvorrichtung,
ein Verriegelungshebel usw.
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(a) Geschlossener Zustand
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Es wird nun der geschlossene Zustand
des Vakuumtrennschalters beschrieben. Strom fließt zum oberen Anschluß 62 eines
zylindrischen Isolatorkörpers 59 und
durch Hauptelektrodeneinheiten 30a und 30b, einem
Stromsammler 63 und einem unteren Anschluß 64.
Die Kontaktkraft zwischen den Hauptelektrodeneinheiten 30a und 30b wird
durch eine Kontaktfeder 65 aufrechterhalten, die an der
Betätigungsstange 61 angebracht
ist.
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Die Kontaktkraft der Hauptelektrodeneinheiten 30a und 30b,
d.h. die Kraft durch eine schnell öffnende Feder und durch ein
Magnetfeld werden durch einen Stützhebel 6G und
einen Halt 67 aufrechterhalten. Wenn eine Ausschaltspule
ausgehend vom offenen Zustand erregt wird, schiebt ein Kolben 68 über einen
Stößel 69 eine
Walzenanordnung 70 hoch. Durch Verdrehen eines Haupthebels 71 wird
ein Kontakt geschlossen und der Kolben 68 wird vom Stützhebel 66 gehalten.
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(b) Öffnungs- und Schließbetrieb
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Beim Öffnungs- und Schließbetrieb
wird die bewegliche Elektrodeneinheit 30b zum unteren Teil hin verstellt
und Bögen
entstehen in dem Moment, in dem die feste und die bewegliche Elektrodeneinheit 30a und 30b öffnen und
voneinander getrennt werden.
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Die Bögen werden innerhalb kurzer
Zeit durch die hohe Isolierung, die Trennkraft und den starken Verteilungsvorgang im
Vakuum gelöscht.
Wenn eine Öffnungsspule 72 betätigt wird,
kommt ein Öffnungshebel 73 außer Eingriff
mit dem Halt 67, der Haupthebel 71 wird durch
das schnell öffnende
Federteil verdreht, und dann öffnen
die Hauptelektrodeneinheiten 30a und 30b. Bei
diesem Vorgang wird unabhängig
vom Vorliegen des Betriebs in einem geschlossenen Kreis nichts mechanisch
herausgezogen.
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(c) Offener Zustand
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Nachdem die Hauptelektrodeneinheiten 30a und 30b geöffnet sind,
wird eine Verbindung durch eine Rückstellfeder 74 zu
dem Zeitpunkt, zu dem der Halt 67 eingreift, rückgestellt.
Wenn in diesem Zustand die Schließspule 65 erregt wird,
wird der Schließzustand
(a) erreicht. Es ist eine Absaugleitung 76 vorhanden.
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Der Vakuumtrennschalter arbeitet
im Hochvakuum mit Bogenunterdrückung
und er verfügt über hohe Vakuumbeständigkeit
und ferner über
hervorragende Trenneigenschaften wegen der sehr schnellen Verteilung der
Bögen.
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Es gibt jedoch Fälle, in denen ein Motor ohne
Belastung oder ein Transformator geschaltet wird und der Trennvorgang
ausgeführt
wird, bevor der Strom den Nullpunkt erreicht.
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Auch existieren Fälle, bei denen ein Trennstrom
auftritt und die Öffnungs-
und Schließstoßspannung proportional
zum Produkt aus dem Strom und der Stoßimpedanz ist.
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Aus den vorstehend genannten Gründen ist
es erforderlich, wenn ein 3-kV-Transformator und ein 3-kW- oder
6-kW-Motor direkt durch den Vakuumtrennschalter geöffnet und
geschlossen werden, den Stromstoß dadurch zu -begrenzen, daß ein Stoßabsorber
an die Schaltung angeschlossen wird und die Vorrichtung geschützt wird.
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Als Stoßabsorber wird im allgemeinen
ein Kondensator verwendet, jedoch kann abhängig von der Spannungsstoßbeständigkeit
der Last ein ZnO-Körper
mit nichtlinearem Widerstand verwendet werden.
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Gemäß der Erfindung verfügt das Unterdruckventil
oder der Vakuumtrennschalter über
eine feststehende und eine bewegliche Elektrodeneinheit, die ein
Paar bilden, wobei jede dieser Elektrodeneinheit ein Bogenelektrodenteil,
ein Bogenelektroden-Halteteil zum Halten des Bogenelektrodenteils
und ein Spulenelektrodenteil aufweist, das mit dem Bogenelektroden-Halteteil
in Verbindung steht.
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Da das Bogenelektrodenteil und das
Bogenelektroden-Halteteil sowie das Spulenelektrodenteil und vorzugsweise
ein Stromzuführteil
durch eine HIP-Bearbeitung so ausgebildet sind, daß sie metallographisch gesehen
eine integrale Struktur bilden, und ferner da das Bogenelektroden-Halteteil
und das Spulenelektrodenteil aus einer Cu-Legierung bestehen, die
1,18–0,1
Gew.-% eines oder mehrerer der Elemente Cr, Ag, V, Nb, Zr, Si, W
und Be usw. enthalten, sind mechanische Bearbeitungsprozesse und
Zusammenbauprozesse im Vergleich zum Fall bei Lötverbindungsbearbeitung vereinfacht,
und es kann auch eine Zerstörung
und ein Ausfall eines Elektrodenteils wegen eines Ausfalls einer
Lötverbindung
verhindert werden.
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Ferner kann wegen der Festigkeitsverbesserung
des Bogenelektroden-Halteteils und des Spulenelektrodenteils ein
Verschmelzungsproblem, wie es mit Elektrodenverformungen einhergeht,
vermieden werden, wodurch ein Unterdruckventil mit hoher Zuverlässigkeit
und hoher Sicherheit oder ein Vakuumtrennschalter mit hoher Zuverlässigkeit
und hoher Sicherheit erhalten werden kann.