DE19513790B4

DE19513790B4 - Verfahren zur Herstellung einer Vakuumschaltkammer

Info

Publication number: DE19513790B4
Application number: DE19513790A
Authority: DE
Inventors: Katsuhiro Hitachi Komuro; Yoshitaka Hitachi Kojima; Yukio Hitachi Kurosawa; Shunkichi Hitachi Endoo; Tooru Hitachi Tanimizu; Yoshimi Hitachi Hakamata; Katsumi Hitachi Kuroda
Original assignee: Hitachi Ltd
Current assignee: Hitachi Ltd
Priority date: 1994-04-11
Filing date: 1995-04-11
Publication date: 2004-05-06
Anticipated expiration: 2015-04-12
Also published as: FR2719151B1; FR2719151A1; CN1115488A; US5691521A; TW265452B; KR950034339A; KR100378383B1; CN1041140C; DE19513790A1

Abstract

Verfahren zur Herstellung einer Vakuumschaltkammer mit
einem Vakuumgehäuse (35),
einer feststehenden Elektrodeneinheit (30a) in dem Vakuumgehäuse und
einer beweglichen Elektrodeneinheit (30b) in dem Vakuumgehäuse,
wobei die feststehende und die bewegliche Elektrodeneinheit jeweils eine Kontaktauflage (7, 31a, 31b) und ein diese haltendes Kontaktauflagen-Halteteil (8, 32a, 32b) aufweist,
wobei das Verfahren folgende Schritte umfaßt:
Bereitstellen eines ungesinterten, verdichteten Metallpulver-Körpers (1a, 1b) als Rohling für die Kontaktauflage, der hochschmelzendes Metallpulver und leitfähiges Cu-, Ag- und/oder Au-haltiges Metallpulver enthält,
Einbringen des Rohlings und des Kontaktauflagen-Halteteils in eine Metallkapsel (3, 4),
Erhitzen und Ausgasen des Inhalts der Kapsel bei einer Temperatur von 600–700°C,
Verschließen der Kapsel unter Vakuum, und
heißisostatisches Pressen in der Kapsel unter Festphasendiffusion der in ihr enthaltenen Bestandteile bei einer Temperatur unter dem Schmelzpunkt des Cu-, Ag- und/oder Au-haltigen Metallpulvers bis sich das Kontaktauflagen-Halteteil und die Kontaktauflage einstückig miteinander verbinden.

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Herstellen einer Vakuumschaltkammer.
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.

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.

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.

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.

Ein Bogenelektrodenteil benötigt die folgenden Eigenschaften: großes Trennvermögen, hohe Spannungsfestigkeit, kleiner Kontaktwiderstand (hervorragende elektrische Leitfähigkeit), hervorragende Antischmelzeigenschaften, kleine Kontaktleistung und kleiner Trennstromwert.

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).

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.

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.

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.

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.

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.

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.

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.

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.

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.

Bei einem Vakuumtrennschalter muß das Bogenelektrodenteil wegen der hohen Spannung und des großen Stroms einen Durchmesser von mehr als 100 mm aufweisen.

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.

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.

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.

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.

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.

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.

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.

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.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren zur Herstellung einer kompakten und belastbaren Vakuumschaltkammer zu schaffen.

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.

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.

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.

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.

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.

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.

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.

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.

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.

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.

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.

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.

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.

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.

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.

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.

Bei der Erfindung ist die Bedeutung einer Integration durch Metallurgie durch Festphasendiffusion die folgende.

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.

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.

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.

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.

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.

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.

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.

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.

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.

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.

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.

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.

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.

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.

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.

In einem Bogenelektrodenteil entstehen Bögen während des Öffnungsvorgangs der Elektrodenstruktur, und zwar im allgemeinen ausgehend von dem Bereich, in dem sehr starke Ströme fließen.

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.

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.

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.

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.

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.

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.

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.

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.

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.

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.

Demgemäß sind eine Verbesserung der Lebensdauer sowie eine Verbesserung der Spannungsfestigkeit der Elektrodenstruktur erzielbar, wodurch eine Verbesserung der Zuverlässigkeit derselben erzielbar ist.

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.

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.

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.

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.

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.

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.

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.

Die Erfindung wird im folgenden anhand von durch Figuren veranschaulichten Ausführungsbeispielen erläutert.

1 ist eine schematische Ansicht eines Ausführungsbeispiels eines kompletten Vakuumtrennschalters mit einem erfindungsgemäßen Unterdruckventil;
2 ist ein Photo, das eine metallographische Struktur einer Elektrodenstruktur zeigt, wie durch die Erfindung erhalten;
3 ist ein Photo einer metallographischen Struktur einer Elektrodenstruktur, wie gemäß einem herkömmlichen Verfahren (Durchtränkungsverfahren) erhalten.
4A ist ein schematischer Schnitt, der eine herkömmliche Elektrodenstruktur zeigt;
4B ist eine schematische Draufsicht auf eine herkömmliche Elektrodenstruktur;
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;
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;
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;
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;
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.
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.
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.
(a) Geschlossener Zustand
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.
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.
(b) Öffnungs- und Schließbetrieb
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.
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.
(c) Offener Zustand
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.
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.
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.
Auch existieren Fälle, bei denen ein Trennstrom auftritt und die Öffnungs- und Schließstoßspannung proportional zum Produkt aus dem Strom und der Stoßimpedanz ist.
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.
Als Stoßabsorber wird im allgemeinen ein Kondensator verwendet, jedoch kann abhängig von der Spannungsstoßbeständigkeit der Last ein ZnO-Körper mit nichtlinearem Widerstand verwendet werden.
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.
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.
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.

Claims

Verfahren zur Herstellung einer Vakuumschaltkammer mit einem Vakuumgehäuse (35), einer feststehenden Elektrodeneinheit (30a) in dem Vakuumgehäuse und einer beweglichen Elektrodeneinheit (30b) in dem Vakuumgehäuse, wobei die feststehende und die bewegliche Elektrodeneinheit jeweils eine Kontaktauflage (7, 31a, 31b) und ein diese haltendes Kontaktauflagen-Halteteil (8, 32a, 32b) aufweist, wobei das Verfahren folgende Schritte umfaßt: Bereitstellen eines ungesinterten, verdichteten Metallpulver-Körpers (1a, 1b) als Rohling für die Kontaktauflage, der hochschmelzendes Metallpulver und leitfähiges Cu-, Ag- und/oder Au-haltiges Metallpulver enthält, Einbringen des Rohlings und des Kontaktauflagen-Halteteils in eine Metallkapsel (3, 4), Erhitzen und Ausgasen des Inhalts der Kapsel bei einer Temperatur von 600–700°C, Verschließen der Kapsel unter Vakuum, und heißisostatisches Pressen in der Kapsel unter Festphasendiffusion der in ihr enthaltenen Bestandteile bei einer Temperatur unter dem Schmelzpunkt des Cu-, Ag- und/oder Au-haltigen Metallpulvers bis sich das Kontaktauflagen-Halteteil und die Kontaktauflage einstückig miteinander verbinden.
Verfahren nach Anspruch 1, wobei der Schmelzpunkt des hochschmelzenden Metallpulvers mehr als 1800° C beträgt.
Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, wobei die Kontaktauflage aus 80–30 Gew.% Cr, W, Mo, Co und/oder Fe oder einer Metallegierung besteht, die 20–70 Gew.% Cu, Ag und/oder Au enthält.
Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei die Kontaktauflage 0,5–5 Gew.% V, Nb, Zr, Ti, Ta und/oder Si enthält.
Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei das Kontaktauflagen-Halteteil (32a, 32b) eine Metallkomponente mit weniger als 1,0 Gew.% Cr, V, Zr, Si, W und/oder Be und im Rest Cu, Ag und/oder Au enthält.
Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei in die Kontaktauflage (31a, 31b) und das Kontaktauflagen-Halteteil (32a, 32b) mehrere Nuten (50) eingeschnitten werden.
Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei die Kontaktauflage 30 bis 70 Gew.% Cu, Ag und/oder Au enthält.
Verfahren zur Herstellung eines Vakuumtrennschalters, mit folgenden Schritten: Herstellen einer Vakuumschaltkammer mittels eines Verfahrens nach einem der vorhergehenden Ansprüche, Verbinden außerhalb der Vakuumschaltkammer vorgesehener leitender Anschlüsse (62, 64) mit der festen und der beweglichen Elektrodeneinheit, Verbinden eines Isolierteils (61) mit der beweglichen Elektrodeneinheit, und Verbinden einer Öffnungs- und Schließeinrichtung (68–75) zum Verstellen der beweglichen Elektrodeneinheit mit dem Isolierteil.