EP1843374A2 - Arcing contact - Google Patents

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EP1843374A2
EP1843374A2 EP07105180A EP07105180A EP1843374A2 EP 1843374 A2 EP1843374 A2 EP 1843374A2 EP 07105180 A EP07105180 A EP 07105180A EP 07105180 A EP07105180 A EP 07105180A EP 1843374 A2 EP1843374 A2 EP 1843374A2
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EP
European Patent Office
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contact pin
contact
copper
tip
pin
Prior art date
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Withdrawn
Application number
EP07105180A
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German (de)
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EP1843374A3 (en
Inventor
Thomas Chyla
Volker Lehmann
Ronald Puls
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Siemens AG
Original Assignee
Siemens AG
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Filing date
Publication date
Application filed by Siemens AG filed Critical Siemens AG
Publication of EP1843374A2 publication Critical patent/EP1843374A2/en
Publication of EP1843374A3 publication Critical patent/EP1843374A3/en
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    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01H—ELECTRIC SWITCHES; RELAYS; SELECTORS; EMERGENCY PROTECTIVE DEVICES
    • H01H33/00—High-tension or heavy-current switches with arc-extinguishing or arc-preventing means
    • H01H33/02—Details
    • H01H33/04—Means for extinguishing or preventing arc between current-carrying parts
    • H01H33/12—Auxiliary contacts on to which the arc is transferred from the main contacts
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01H—ELECTRIC SWITCHES; RELAYS; SELECTORS; EMERGENCY PROTECTIVE DEVICES
    • H01H1/00—Contacts
    • H01H1/02—Contacts characterised by the material thereof
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01H—ELECTRIC SWITCHES; RELAYS; SELECTORS; EMERGENCY PROTECTIVE DEVICES
    • H01H1/00—Contacts
    • H01H1/06—Contacts characterised by the shape or structure of the contact-making surface, e.g. grooved

Definitions

  • the present invention relates to an arcing contact pin.
  • arc contacts are often present in addition to the rated current contacts, which disconnect after a turn-off after the rated current contacts. Due to the high voltage between the arcing contact pin and the mating contact forms an arc between these two immediately after the separation, which further maintains the flow of current. The arc is then blown, for example, with a quenching gas, such as sulfur hexafluoride (SF 6 ), to extinguish the arc and thereby interrupt the flow of current between the arcing contact pin and the arc counter contact. Only then is the switch-off process completed.
  • a quenching gas such as sulfur hexafluoride (SF 6 )
  • the contact pins In order to withstand the high temperatures of the turn-off arc, the contact pins have a contact tip of a Abbrandfesten material, usually tungsten on.
  • the tungsten tip is followed by copper as a low resistivity material.
  • the connection between the tungsten tip and the copper is realized as a welded connection.
  • the tungsten tip In order to weld the copper with the tungsten, the latter is drowned with copper. That is, the tungsten tip is formed as a sintered body into which liquid copper can penetrate.
  • the amount of copper is selected to form a closed copper layer over the sintered body of the contact tip at the weld side of the tip. This copper layer is then covered with the copper of the contact pin welded. In this way, a very good conductive contact pin can be realized with a erosion-resistant tip.
  • the mechanical strength of a contact pin produced in this way is determined by the weld, in particular by the copper layer on the welding surface of the contact tip.
  • both the arc contact pin and the arc counter contact are moved in opposite directions, so as to realize higher contact speeds. This increases above all the mechanical forces on the contacts. The highest mechanical loads do not occur when switching off, but when switching on.
  • Upon impact of the arcing contact pin on a recording for the arcing contact pin forming arc counter contact learns the arcing contact pin in addition to the forces caused by the high currents forces and high mechanical stresses due to pressure and shear forces. The higher the contact speed, the greater the mechanical stress on the arcing contact pin. If higher strengths of the arcing contact pin are to be achieved for higher contact speeds, this is achieved by increasing the diameter of the contact pin or by using a copper alloy with higher strength when drowning the contact tip.
  • the object of the present invention is to provide an improved arcing contact pin.
  • An inventive arc contact pin consists of a conductor material with low resistivity and has a contact tip made of a erosion-resistant material. In addition, it is provided with a extending up to the contact tip reinforcing element of a mechanically solid material compared to the conductor material. This can be achieved by simple means that the mechanical stability of the contact pin is increased compared to a contact pin according to the prior art, without its electrical conductivity is significantly impaired. The increased mechanical stability in turn allows increased contact speeds.
  • the contact tip is welded to the conductor material and the reinforcing element, for example a soul, extends inside the contact pin into the contact tip.
  • the reinforcing element bridges the weld and can thus for increased mechanical strength in the area of the weld.
  • the reinforcing element may in particular be screwed, pressed or connected by shrinkage with the contact tip into which it extends.
  • the contact tip remains firmly connected to the conductor material via the welded connection.
  • Screwed into the contact tip reinforcing element is thus not used to make the connection, but only to the reinforcement. In this way, the cohesive connection between the contact tip and the conductor material can be strengthened, without the electrical contact between the two is weakened.
  • the invention can be realized in particular in the context of arcing contact pins, in which the conductor material comprises copper, i. is made of copper or a copper-based alloy in which the erosion-resistant material comprises tungsten, that is made of tungsten or a tungsten-based alloy, and in which the mechanically strong material is steel. Due to its flexural strength, steel is particularly suitable as a material for the soul.
  • a arc contact pin over its entire length surrounding and integrally formed with the contact tip shell exists.
  • This embodiment makes it possible to expand a cylindrical area which is generally present anyway at the contact tip over the entire contact pin, so that the entire conductor material is surrounded by the jacket.
  • the entire arcing contact pin in one piece, ie be formed without weld, what its strength increased compared to an unreinforced welded arc contact pin.
  • the conductor material may consist of copper or a copper-based alloy and the erosion-resistant material of tungsten or an existing tungsten alloy.
  • the mechanical strength of the pin can be increased without changing its component dimensions. As a result, important dimension sizes for the arc extinguishing need not be changed.
  • the contact speed can be increased without increasing the extinguishing chambers. Another advantage is that the mass of the moving arcing contact pin is hardly changed and thus no additional reaction to the kinematic chain is created.
  • Fig. 1 shows a first embodiment of the inventive arc contact pin in a section through its longitudinal axis.
  • Fig. 2 shows a second embodiment of the arc contact pin according to the invention in a section through its longitudinal axis.
  • the arc contact pin 1 is made of a cylindrical pin 3 and a likewise cylindrical Contact tip 5 composed.
  • the contact tip 5 is welded to the cylindrical pin 3.
  • the weld is indicated in Fig. 1 by the reference numeral 4.
  • the cylindrical pin 3 made of copper or a copper alloy
  • the contact tip 5 is made of tungsten or a tungsten alloy, which is drowned with copper.
  • the contact tip 5 has a sintered cylindrical tungsten body 7 (or a tungsten alloy sintered body).
  • the tungsten body 7 is formed as a hollow body with an axially extending opening 11 except for its tip portion. At the tip portion 9, therefore, a shell portion 13 connects, which has the shape of a hollow cylinder.
  • the opening 11 of the sintered tungsten body 7 is filled with liquid copper, wherein the sintered body is drowned with copper.
  • liquid copper enters pores contained in the sintered tungsten body 7.
  • the filling of the copper takes place with the cylinder standing with the opening 11 open at the top.
  • the filling into the opening 11 takes place until copper projects beyond the opening 11 in the area of the tungsten body 7 facing away from the tip section 9.
  • the protruding copper 15 forms the contact surface for welding the contact tip 5 with the likewise made of copper cylindrical pin. 3
  • the Schuertränkte copper offers in the operation of the arcing contact pin has the advantage that the penetrated into the cavities of the sintered copper during the existence of the Arc evaporates and thus deprives the tungsten heat. After the arc is extinguished, the copper condenses and hardens, releasing the previously absorbed heat.
  • a steel core 17 extends through the entire cylindrical pin 3 and partly through the copper filling of the contact tip 5.
  • the steel core 17 is in its front portion 19 with the copper in the opening 11 bolted. Due to its bending strength, the steel core 17 increases the strength of the welded joint without increasing the diameter of the arcing contact pin 1 and without the use of the higher-strength copper material. The increased resistance to pressure and shear forces in the arcing contact pin 1 is provided by the soul 17 alone.
  • the steel core can be connected by means of other positive connections, eg. By means of shrinking or crushing, with the copper filling of the opening 11.
  • a second embodiment of the arc contact pin according to the invention is shown in Fig. 2.
  • the arcing contact pin 100 of the second embodiment in contrast to the arcing contact pin 100 of the first embodiment, no weld 4. Instead, the entire arcing contact pin is formed by a sintered tungsten body 107, the shell portion 113 of which is extended in the direction of the longitudinal axis A relative to the tungsten body 7 of FIG. 1 so that it extends over the entire length of the arcing contact pin 100, and its Opening filled with copper.
  • the sintered tungsten body is drowned in the filling of the opening 111 with copper.
  • the tip portion 109 of the tungsten body 107 corresponds to the tip portion 9 of the first embodiment.
  • the arcing contact pin 100 consists entirely of an extended contact tip 105, as indicated in Fig. 1 by the reference numeral 5.
  • the increased strength of the completely made of the copper-filled tungsten body 107 existing contact pin 100 results from the lack of weld, which is basically a weakness of the arcing contact pin, unless it is by means of a reinforcing element, for example.
  • the described invention provides ways to improve arcing contact pins, in particular with regard to their resistance to mechanical shear forces, without increasing the dimensions of the contact pin. This allows in particular the replacement of contact pins in existing arcing contacts by contact pins according to the invention. In addition, higher contact speeds are possible.

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Abstract

The electric arc contact pin (1) has a contact tip (5) welded at a conductive material, and a reinforcing unit (17) extending inside the pin upto the contact tip, where the contact tip is made of a fire resistant material and the reinforcing unit is made of a mechanically firm material. A core, extending through the pin upto the contact tip, is provided as the reinforcing unit, where the pin is made of the conductive material with small specific resistance.

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft einen Lichtbogenkontaktstift.The present invention relates to an arcing contact pin.

In Hochspannungsleistungsschaltern sind häufig zusätzlich zu den Nennstromkontakten so genannte Lichtbogenkontakte vorhanden, welche bei einem Ausschaltvorgang nach den Nennstromkontakten trennen. Aufgrund der hohen Spannung zwischen dem Lichtbogenkontaktstift und dem Gegenkontakt bildet sich zwischen diesen beiden unmittelbar nach dem Trennen ein Lichtbogen aus, welcher den Stromfluss weiter aufrechterhält. Der Lichtbogen wird dann bspw. mit einem Löschgas, etwa Schwefelhexfluorid (SF6), beblasen, um den Lichtbogen zum Erlöschen zu bringen und dadurch den Stromfluss zwischen dem Lichtbogenkontaktstift und dem Lichtbogengegenkontakt zu unterbrechen. Erst danach ist der Ausschaltvorgang beendet.In high-voltage circuit breakers so-called arc contacts are often present in addition to the rated current contacts, which disconnect after a turn-off after the rated current contacts. Due to the high voltage between the arcing contact pin and the mating contact forms an arc between these two immediately after the separation, which further maintains the flow of current. The arc is then blown, for example, with a quenching gas, such as sulfur hexafluoride (SF 6 ), to extinguish the arc and thereby interrupt the flow of current between the arcing contact pin and the arc counter contact. Only then is the switch-off process completed.

Um den hohen Temperaturen beim Ausschaltlichtbogen widerstehen zu können, weisen die Kontaktstifte eine Kontaktspitze aus einem Abbrandfesten Material, in der Regel Wolfram, auf. An die Wolframspitze schließt sich Kupfer als Material mit geringem spezifischen Widerstand an. Die Verbindung zwischen der Wolframspitze und dem Kupfer ist als Schweißverbindung realisiert. Um das Kupfer mit dem Wolfram verschweißen zu können, ist Letzteres mit Kupfer hintertränkt. Das heißt die Wolframspitze ist als Sinterkörper ausgebildet, in die flüssiges Kupfer eindringen kann. Die Menge an Kupfer ist so gewählt, dass sie an der Schweißseite der Spitze eine geschlossene Kupferschicht über dem Sinterkörper der Kontaktspitze bildet. Diese Kupferschicht wird dann mit dem Kupfer des Kontaktstiftes verschweißt. Auf diese Weise kann ein sehr gut leitfähiger Kontaktstift mit einer abbrandfesten Spitze realisiert werden. Die mechanische Festigkeit eines derart hergestellten Kontaktstiftes wird durch die Schweißnaht, insbesondere durch die Kupferschicht an der Schweißfläche der Kontaktspitze bestimmt.In order to withstand the high temperatures of the turn-off arc, the contact pins have a contact tip of a Abbrandfesten material, usually tungsten on. The tungsten tip is followed by copper as a low resistivity material. The connection between the tungsten tip and the copper is realized as a welded connection. In order to weld the copper with the tungsten, the latter is drowned with copper. That is, the tungsten tip is formed as a sintered body into which liquid copper can penetrate. The amount of copper is selected to form a closed copper layer over the sintered body of the contact tip at the weld side of the tip. This copper layer is then covered with the copper of the contact pin welded. In this way, a very good conductive contact pin can be realized with a erosion-resistant tip. The mechanical strength of a contact pin produced in this way is determined by the weld, in particular by the copper layer on the welding surface of the contact tip.

In modernen Hochspannungsleistungsschaltern mit Löschkammern, in denen sich der Lichtbogen ausbildet und in denen er mit dem Löschgas beblasen wird, werden in der Regel sowohl der Lichtbogenkotaktstift als auch der Lichtbogengegenkontakt gegenläufig bewegt, um so höhere Kontaktgeschwindigkeiten zu realisieren. Dadurch steigen vor allem die mechanischen Kräfte an den Kontakten. Die höchsten mechanischen Belastungen treten hierbei nicht beim Ausschalten, sondern beim Einschalten auf. Beim Auftreffen des Lichtbogenkontaktstiftes auf den eine Aufnahme für den Lichtbogenkontaktstift bildenden Lichtbogengegenkontakt erfährt der Lichtbogenkontaktstift neben den durch die hohen Stromstärken verursachten Kräften auch hohe mechanische Beanspruchungen durch Druck und Querkräfte. Je höher die Kontaktgeschwindigkeit wird, desto größer wird auch die mechanische Beanspruchung des Lichtbogenkontaktstiftes. Wenn für höhere Kontaktgeschwindigkeiten höhere Festigkeiten des Lichtbogenkontaktstiftes erzielt werden sollen, so wird dies durch eine Vergrößerung des Durchmessers des Kontaktstiftes oder durch die Verwendung einer Kupferlegierung mit höherer Festigkeit beim Hintertränken der Kontaktspitze realisiert.In modern high-voltage circuit breakers with extinguishing chambers in which the arc is formed and in which it is blown with the extinguishing gas, usually both the arc contact pin and the arc counter contact are moved in opposite directions, so as to realize higher contact speeds. This increases above all the mechanical forces on the contacts. The highest mechanical loads do not occur when switching off, but when switching on. Upon impact of the arcing contact pin on a recording for the arcing contact pin forming arc counter contact learns the arcing contact pin in addition to the forces caused by the high currents forces and high mechanical stresses due to pressure and shear forces. The higher the contact speed, the greater the mechanical stress on the arcing contact pin. If higher strengths of the arcing contact pin are to be achieved for higher contact speeds, this is achieved by increasing the diameter of the contact pin or by using a copper alloy with higher strength when drowning the contact tip.

Aus US 6,211,478 B1 ist zudem ein Lichtbogenkontaktstift bekannt, bei dem die abbrandfeste Kontaktspitze durch Aufbringen eines abbrandfesten Materials auf einen Kupferstift mittels Plasmaspritzen hergestellt wird. Eine derartige Kontaktspitze erfordert hohen Aufwand in ihrer Realisierung. Im selben Dokument ist auch eine Kontaktspitze beschrieben, die mit dem Kontaktstift verschraubt ist. Gegenüber einer Schraubverbindung stellt die Schweißverbindung als stoffschlüssige Verbindung eine bessere elektrische Kontaktierung zwischen der Kontaktspitze und dem Material des Stiftes dar.Out US 6,211,478 B1 In addition, an arcing contact pin is known, in which the erosion-resistant contact tip is produced by applying a erosion-resistant material to a copper pin by means of plasma spraying. Such a contact tip requires a lot of effort in their realization. In the same document, a contact tip is described, which is bolted to the contact pin. Compared with a screw connection, the welded joint, as a cohesive connection, represents a better electrical contact between the contact tip and the material of the pin.

Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, einen verbesserten Lichtbogenkontaktstift zur Verfügung zu stellen.The object of the present invention is to provide an improved arcing contact pin.

Diese Aufgabe wird durch einen Lichtbogenkontaktstift nach Anspruch 1 gelöst. Die abhängigen Ansprüche enthalten vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung.This object is achieved by an arcing contact pin according to claim 1. The dependent claims contain advantageous embodiments of the invention.

Ein erfindungsgemäßer Lichtbogenkontaktstift besteht aus einem Leitermaterial mit geringem spezifischen Widerstand und weist eine Kontaktspitze aus einem abbrandfestem Material auf. Zudem ist er mit einem sich bis in die Kontaktspitze erstreckenden Verstärkungselement aus einem im Vergleich zum Leitermaterial mechanisch festen Material versehen. Dadurch kann mit einfachen Mitteln erreicht werden, dass die mechanische Stabilität des Kontaktstiftes gegenüber einem Kontaktstift nach Stand der Technik erhöht wird, ohne dass seine elektrische Leitfähigkeit wesentlich beeinträchtigt wird. Die erhöhte mechanische Stabilität ermöglicht ihrerseits erhöhte Kontaktgeschwindigkeiten.An inventive arc contact pin consists of a conductor material with low resistivity and has a contact tip made of a erosion-resistant material. In addition, it is provided with a extending up to the contact tip reinforcing element of a mechanically solid material compared to the conductor material. This can be achieved by simple means that the mechanical stability of the contact pin is increased compared to a contact pin according to the prior art, without its electrical conductivity is significantly impaired. The increased mechanical stability in turn allows increased contact speeds.

In einer ersten Ausgestaltung des Lichtbogenkontaktstiftes ist die Kontaktspitze an das Leitermaterial angeschweißt und das Verstärkungselement, bspw. eine Seele, erstreckt sich im Inneren des Kontaktstiftes bis in die Kontaktspitze hinein. Auf diese Weise überbrückt das Verstärkungselement die Schweißnaht und kann so für eine erhöhte mechanische Festigkeit im Bereich der Schweißnaht sorgen. Das Verstärkungselement kann insbesondere mit der Kontaktspitze, in die es sich hinein erstreckt, verschraubt, verpresst oder durch Verschrumpfung verbunden sein. Im Unterschied zu der in US 6,211,478 B1 bleibt die Kontaktspitze über die Schweißverbindung stoffschlüssig mit dem Leitermaterial verbunden. Das bspw. in die Kontaktspitze eingeschraubte Verstärkungselement dient also nicht zum Herstellen der Verbindung, sondern lediglich zu deren Verstärkung. Auf diese Weise kann die stoffschlüssige Verbindung zwischen der Kontaktspitze und dem Leitermaterial gestärkt werden, ohne dass der elektrische Kontakt zwischen beiden geschwächt wird.In a first embodiment of the arcing contact pin, the contact tip is welded to the conductor material and the reinforcing element, for example a soul, extends inside the contact pin into the contact tip. In this way, the reinforcing element bridges the weld and can thus for increased mechanical strength in the area of the weld. The reinforcing element may in particular be screwed, pressed or connected by shrinkage with the contact tip into which it extends. Unlike the in US 6,211,478 B1 the contact tip remains firmly connected to the conductor material via the welded connection. The example. Screwed into the contact tip reinforcing element is thus not used to make the connection, but only to the reinforcement. In this way, the cohesive connection between the contact tip and the conductor material can be strengthened, without the electrical contact between the two is weakened.

Die Erfindung lässt sich insbesondere im Rahmen von Lichtbogenkontaktstiften realisieren, in denen das Leitermaterial Kupfer umfasst, d.h. aus Kupfer oder einer auf Kupfer basierenden Legierung hergestellt ist, in der das abbrandfeste Material Wolfram umfasst, also aus Wolfram oder einer auf Wolfram basierenden Legierung hergestellt ist, und in der das mechanisch feste Material Stahl ist. Aufgrund seiner Biegefestigkeit eignet sich Stahl besonders als Material für die Seele.The invention can be realized in particular in the context of arcing contact pins, in which the conductor material comprises copper, i. is made of copper or a copper-based alloy in which the erosion-resistant material comprises tungsten, that is made of tungsten or a tungsten-based alloy, and in which the mechanically strong material is steel. Due to its flexural strength, steel is particularly suitable as a material for the soul.

In einer zweiten Ausgestaltung des erfindungsgemäßen Lichtbogenkontaktstiftes ist als Verstärkungselement ein den Lichtbogenkontaktstift über seine gesamte Länge umgebender und mit der Kontaktspitze einstückig ausgebildeter Mantel vorhanden. Diese Ausgestaltung ermöglicht es, einen an der Kontaktspitze in der Regel ohnehin vorhandenen zylinderförmigen Bereich über den gesamten Kontaktstift auszudehnen, so dass das gesamte Leitermaterial vom Mantel umgeben ist. In dieser Ausgestaltung kann der gesamte Lichtbogenkontaktstift einstückig, d.h. ohne Schweißnaht ausgebildet sein, was seine Festigkeit gegenüber einem unverstärkten geschweißten Lichtbogenkontaktstift erhöht. Auch in dieser Ausgestaltung kann das Leitermaterial aus Kupfer oder einer auf Kupfer basierenden Legierung und das abbrandfeste Material aus Wolfram oder einer auf Wolfram bestehenden Legierung bestehen.In a second embodiment of the arc contact pin according to the invention as a reinforcing element a arc contact pin over its entire length surrounding and integrally formed with the contact tip shell exists. This embodiment makes it possible to expand a cylindrical area which is generally present anyway at the contact tip over the entire contact pin, so that the entire conductor material is surrounded by the jacket. In this embodiment, the entire arcing contact pin in one piece, ie be formed without weld, what its strength increased compared to an unreinforced welded arc contact pin. Also in this embodiment, the conductor material may consist of copper or a copper-based alloy and the erosion-resistant material of tungsten or an existing tungsten alloy.

Mit dem erfindungsgemäßen Lichtbogenkontaktstift kann die mechanische Festigkeit des Stiftes erhöht werden, ohne dessen Bauteildimensionen zu ändern. Dadurch brauchen wichtige Dimensionsgrößen für die Lichtbogenlöschung nicht verändert zu werden. Die Kontaktgeschwindigkeit kann erhöht werden, ohne die Löschkammern zu vergrößern. Ein weiterer Vorteil ist, dass die Masse des bewegten Lichtbogenkontaktstiftes kaum verändert wird und somit keine zusätzliche Rückwirkung auf die kinematische Kette entsteht.With the arc contact pin according to the invention, the mechanical strength of the pin can be increased without changing its component dimensions. As a result, important dimension sizes for the arc extinguishing need not be changed. The contact speed can be increased without increasing the extinguishing chambers. Another advantage is that the mass of the moving arcing contact pin is hardly changed and thus no additional reaction to the kinematic chain is created.

Weitere Merkmale, Eigenschaften und Vorteile der vorliegenden Erfindung ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung von Ausführungsbeispielen unter Bezugnahme auf die beiliegenden Figuren.Further features, properties and advantages of the present invention will become apparent from the following description of embodiments with reference to the accompanying figures.

Fig. 1 zeigt ein erstes Ausführungsbeispiel des Erfindungsgemäßen Lichtbogenkontaktstiftes in einem Schnitt durch seine Längsachse.Fig. 1 shows a first embodiment of the inventive arc contact pin in a section through its longitudinal axis.

Fig. 2 zeigt ein zweites Ausführungsbeispiel des erfindungsgemäßen Lichtbogenkontaktstiftes in einem Schnitt durch seine Längsachse.Fig. 2 shows a second embodiment of the arc contact pin according to the invention in a section through its longitudinal axis.

Ein erstes Ausführungsbeispiel für einen erfindungsgemäßen Lichtbogenkontaktstift 1 wird nachfolgend mit Bezug auf Fig. 1 beschrieben. Der Lichtbogenkontaktstift 1 ist aus einem zylinderförmigen Stift 3 und einer ebenfalls zylinderförmigen Kontaktspitze 5 zusammengesetzt. Die Kontaktspitze 5 ist mit dem zylinderförmigen Stift 3 verschweißt. Die Schweißnaht ist in Fig. 1 mit der Bezugsziffer 4 bezeichnet.A first embodiment of an arc contact pin 1 according to the invention will be described below with reference to FIG. The arc contact pin 1 is made of a cylindrical pin 3 and a likewise cylindrical Contact tip 5 composed. The contact tip 5 is welded to the cylindrical pin 3. The weld is indicated in Fig. 1 by the reference numeral 4.

Im vorliegenden Ausführungsbeispiel besteht der zylinderförmige Stift 3 aus Kupfer oder einer Kupferlegierung, während die Kontaktspitze 5 aus Wolfram oder einer Wolframlegierung besteht, die mit Kupfer hintertränkt ist. Hierzu weist die Kontaktspitze 5 einen gesinterten zylinderförmigen Wolframkörper 7 (oder einen Sinterkörper aus einer Wolframlegierung) auf. Der Wolframkörper 7 ist bis auf seinen Spitzenabschnitt als Hohlkörper mit einer sich axial erstreckenden Öffnung 11 ausgebildet. An den Spitzenabschnitt 9 schließt sich daher ein Mantelabschnitt 13 an, welcher die Form eines Hohlzylinders aufweist.In the present embodiment, the cylindrical pin 3 made of copper or a copper alloy, while the contact tip 5 is made of tungsten or a tungsten alloy, which is drowned with copper. For this purpose, the contact tip 5 has a sintered cylindrical tungsten body 7 (or a tungsten alloy sintered body). The tungsten body 7 is formed as a hollow body with an axially extending opening 11 except for its tip portion. At the tip portion 9, therefore, a shell portion 13 connects, which has the shape of a hollow cylinder.

Die Öffnung 11 des gesinterten Wolframkörpers 7 wird mit flüssigem Kupfer gefüllt, wobei der Sinterkörper mit Kupfer hintertränkt wird. Beim Hintertränken tritt flüssiges Kupfer in Poren ein, die im gesinterten Wolframkörper 7 vorhanden sind. Auf diese Weise erfolgt eine innige Verbindung des Kupfers mit dem Wolframkörper. Das Einfüllen des Kupfers erfolgt bei stehendem Zylinder mit nach oben offener Öffnung 11. Das Einfüllen in die Öffnung 11 erfolgt solange bis Kupfer in dem von Spitzenabschnitt 9 abgewandten Bereich des Wolframkörpers 7 über die Öffnung 11 vorsteht. Das überstehende Kupfer 15 bildet die Kontaktfläche zum Verschweißen der Kontaktspitze 5 mit dem ebenfalls aus Kupfer bestehenden zylinderförmigen Stift 3.The opening 11 of the sintered tungsten body 7 is filled with liquid copper, wherein the sintered body is drowned with copper. When drowning, liquid copper enters pores contained in the sintered tungsten body 7. In this way, an intimate connection of the copper takes place with the tungsten body. The filling of the copper takes place with the cylinder standing with the opening 11 open at the top. The filling into the opening 11 takes place until copper projects beyond the opening 11 in the area of the tungsten body 7 facing away from the tip section 9. The protruding copper 15 forms the contact surface for welding the contact tip 5 with the likewise made of copper cylindrical pin. 3

Das hintertränkte Kupfer bietet beim Betreib des Lichtbogenkontaktstiftes den Vorteil, dass das in die Hohlräume des Sinterkörpers eingedrungene Kupfer während des Bestehens des Lichtbogens verdampft und so dem Wolfram Wärme entzieht. Nachdem der Lichtbogen gelöscht ist, kondensiert das Kupfer wieder und härtet aus, wobei es die zuvor aufgenommene Wärme wieder abgibt.The Hinterertränkte copper offers in the operation of the arcing contact pin has the advantage that the penetrated into the cavities of the sintered copper during the existence of the Arc evaporates and thus deprives the tungsten heat. After the arc is extinguished, the copper condenses and hardens, releasing the previously absorbed heat.

Von dem von der Kontaktspitze 5 abgewandten Ende 21 des zylinderförmigen Stiftes 3 ausgehend, erstreckt sich eine Stahlseele 17 durch den gesamten zylinderförmigen Stift 3 und teilweise durch die Kupferfüllung der Kontaktspitze 5. Die Stahlseele 17 ist in ihrem vorderen Abschnitt 19 mit dem Kupfer in der Öffnung 11 verschraubt. Auf Grund ihrer Biegefestigkeit erhöht die Stahlseele 17 die Festigkeit der Schweißverbindung, ohne dass der Durchmesser des Lichtbogenkontaktstiftes 1 erhöht wird, und ohne das höherfestes Kupfermaterial Verwendung finden muss. Die erhöhte Festigkeit gegenüber Druck- und Querkräften im Lichtbogenkontaktstift 1 wird alleine durch die Seele 17 zur Verfügung gestellt.Starting from the end 21 remote from the contact tip 5 of the cylindrical pin 3, a steel core 17 extends through the entire cylindrical pin 3 and partly through the copper filling of the contact tip 5. The steel core 17 is in its front portion 19 with the copper in the opening 11 bolted. Due to its bending strength, the steel core 17 increases the strength of the welded joint without increasing the diameter of the arcing contact pin 1 and without the use of the higher-strength copper material. The increased resistance to pressure and shear forces in the arcing contact pin 1 is provided by the soul 17 alone.

Anders als in Fig. 1 dargestellt, kann die Stahlseele mittels anderer formschlüssiger Verbindungen, bspw. mittels Schrumpfen oder Quetschen, mit der Kupferfüllung der Öffnung 11 verbunden werden.Unlike in Fig. 1, the steel core can be connected by means of other positive connections, eg. By means of shrinking or crushing, with the copper filling of the opening 11.

Ein zweites Ausführungsbeispiel für den erfindungsgemäßen Lichtbogenkontaktstift ist in Fig. 2 dargestellt. Der Lichtbogenkontaktstift 100 des zweiten Ausführungsbeispiels weist im Unterschied zum Lichtbogenkontaktstift 100 des ersten Ausführungsbeispiels keine Schweißnaht 4 auf. Stattdessen ist der gesamte Lichtbogenkontaktstift von einem gesinterten Wolframkörper 107 gebildet, dessen Mantelabschnitt 113 gegenüber dem Wolframkörper 7 aus Fig. 1 in Richtung der Längsachse A so weit verlängert ist, dass er sich über die gesamte Länge des Lichtbogenkontaktstiftes 100 erstreckt, und dessen Öffnung mit Kupfer gefüllt. Wie im ersten Ausführungsbeispiel wird der gesinterte Wolframkörper beim Füllen der Öffnung 111 mit Kupfer hintertränkt. Der Spitzenabschnitt 109 des Wolframkörpers 107 entspricht dem Spitzenabschnitt 9 des ersten Ausführungsbeispiels.A second embodiment of the arc contact pin according to the invention is shown in Fig. 2. The arcing contact pin 100 of the second embodiment, in contrast to the arcing contact pin 100 of the first embodiment, no weld 4. Instead, the entire arcing contact pin is formed by a sintered tungsten body 107, the shell portion 113 of which is extended in the direction of the longitudinal axis A relative to the tungsten body 7 of FIG. 1 so that it extends over the entire length of the arcing contact pin 100, and its Opening filled with copper. As in the first embodiment, the sintered tungsten body is drowned in the filling of the opening 111 with copper. The tip portion 109 of the tungsten body 107 corresponds to the tip portion 9 of the first embodiment.

Im Grunde genommen besteht der Lichtbogenkontaktstift 100 vollständig aus einer verlängerten Kontaktspitze 105, wie sie im Fig. 1 mit der Bezugsziffer 5 bezeichnet ist. Die erhöhte Festigkeit des vollständig aus dem mit Kupfer gefüllten Wolframkörper 107 bestehenden Kontaktstiftes 100 ergibt sich aus der fehlenden Schweißnaht, welche grundsätzlich eine Schwäche des Lichtbogenkontaktstift darstellt, sofern sie nicht mittels eines Verstärkungselementes, bspw. der im Fig. 1 dargestellten Stahlseele 17, verstärkt wird.Basically, the arcing contact pin 100 consists entirely of an extended contact tip 105, as indicated in Fig. 1 by the reference numeral 5. The increased strength of the completely made of the copper-filled tungsten body 107 existing contact pin 100 results from the lack of weld, which is basically a weakness of the arcing contact pin, unless it is by means of a reinforcing element, for example. The steel core 17 shown in FIG. 1, amplified ,

Die beschriebene Erfindung stellt Möglichkeiten zur Verfügung, Lichtbogenkontaktstifte insbesondere im Hinblick auf ihre Widerstandfähigkeit gegenüber mechanischen Querkräften zu verbessern, ohne die Abmessungen des Kontaktstiftes zu erhöhen. Dies ermöglicht insbesondere das Ersetzen von Kontaktstiften in bestehenden Lichtbogenkontakten durch erfindungsgemäße Kontaktstifte. Außerdem werden höhere Kontaktgeschwindigkeiten möglich.The described invention provides ways to improve arcing contact pins, in particular with regard to their resistance to mechanical shear forces, without increasing the dimensions of the contact pin. This allows in particular the replacement of contact pins in existing arcing contacts by contact pins according to the invention. In addition, higher contact speeds are possible.

BezugszeichenlisteLIST OF REFERENCE NUMBERS

11
LichtbogenkontaktstiftArcing contact pin
33
zylinderförmiger Stiftcylindrical pin
44
SchweißnahtWeld
55
Kontaktspitzecontact tip
77
WolframkörperWolfram body
99
Spitzenabschnitttip portion
1111
Öffnungopening
1313
Mantelabschnittshell section
1515
überstehendes Kupfersupernatant copper
1717
Stahlseelesteel core
1919
vorderer Abschnittfront section
2121
EndeThe End
100100
LichtbogenkontaktstiftArcing contact pin
107107
WolframkörperWolfram body
109109
Spitzenabschnitttip portion
111111
Öffnungopening
113113
Mantelabschnittshell section
AA
Längsachselongitudinal axis

Claims (6)

Lichtbogenkontaktstift (1, 100) aus einem Leitermaterial mit geringem spezifischen Widerstand, welcher eine Kontaktspitze (5, 105) aus abbrandfestem Material aufweist,
gekennzeichnet durch
ein sich bis in die Kontaktspitze (5, 105) erstreckendes Verstärkungselement (17, 113) aus einem im Vergleich zum Leitermaterial mechanisch festen Material.Arc contact pin (1, 100) made of a conductor material with low resistivity, which has a contact tip (5, 105) made of erosion-resistant material,
marked by
an up to the contact tip (5, 105) extending reinforcing element (17, 113) made of a mechanically solid material compared to the conductor material. Lichtbogenkontaktstift (1) nach Anspruch 1,
dadurch gekennzeichnet, dass
die Kontaktspitze (5) an das Leitermaterial angeschweißt ist und sich das Verstärkungselement (17) im Inneren des Lichtbogenkontaktstiftes (1) bis in die Kontaktspitze (5) hinein erstreckt.Arc contact pin (1) according to claim 1,
characterized in that
the contact tip (5) is welded to the conductor material and the reinforcing element (17) extends inside the arc contact pin (1) into the contact tip (5). Lichtbogenkontaktstift (1) nach Anspruch 2,
dadurch gekennzeichnet, dass
als Verstärkungselement eine sich durch das Lichtbogenkontaktelement (1) bis in die Kontaktspitze (5) erstreckende Seele (17) vorhanden ist.Arc contact pin (1) according to claim 2,
characterized in that
as reinforcing element, a core (17) extending through the arcing contact element (1) into the contact tip (5) is present. Lichtbogenkontaktstift (1) nach einem der Ansprüche 1 bis 3,
dadurch gekennzeichnet, dass
das Leitermaterial Kupfer umfasst, das abbrandfeste Material Wolfram umfasst und das mechanisch feste Material Stahl ist.Arc contact pin (1) according to one of claims 1 to 3,
characterized in that
the conductor material comprises copper, the erosion-resistant material comprises tungsten and the mechanically strong material is steel. Lichtbogenkontaktstift (100) nach Anspruch 1,
dadurch gekennzeichnet, dass
als Verstärkungselement ein den Lichtbogenkontaktstift (100) über seine gesamte Länge umgebender und mit der Kontaktspitze (105) einstückig ausgebildeter Mantel (113) vorhanden ist.Arc contact pin (100) according to claim 1,
characterized in that
as reinforcement element, the arc contact pin (100) over its entire length surrounding and with the contact tip (105) integrally formed shell (113) is present. Lichtbogenkontaktstift nach Anspruch 5,
dadurch gekennzeichnet, dass
das Leitermaterial Kupfer und das abbrandfeste Material Wolfram ist.Arc contact pin according to claim 5,
characterized in that
the conductor material is copper and the erosion-resistant material is tungsten.
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