KONTAKTSTIFT UND ROHRKONTAKT SOWIE VERFAHREN ZUR HERSTELLUNG

Beschreibung

[0001] Die Erfindung betrifft einen Kontaktstift und einen Rohrkontakt für Schalter im Hochspannungsbereich und/oder Mittelspannungsbereich sowie jeweils ein Verfahren zur Herstellung eines Kontaktstifts und Rohrkontakts.

[0002] DE 10 2008 060 971 B3 offenbart ein Kontaktteil für Hochspannungsschalter. Ein Kontaktelement aus einem lichtbogenresistenten Material ist auf einem Grundkörper befestigt. Der Grundkörper kann als Stift oder als Hohlstift bzw. Rohr ausgebildet sein. Um den Grundkörper vor Abbrand zu schützen, ist die Außenseite des Grundkörpers in einem an das Kontaktelement anschließenden Bereich mit einer lichtbogenresistenten bzw. abbrandresistenten Schutzschicht bedeckt. DE 10 2012 101222 A1 offenbart ein Kontaktstift für Hochspannungs- und/oder Mittelspannungsschalter, gemäß dem Oberbegriff des Anspruchs 1.

[0003] Es ist Aufgabe der Erfindung, einen einfach und kostengünstig herstellbaren Kontaktstift und Rohrkontakt bereitzustellen.

[0004] Diese Aufgabe wird mit den Merkmalen des Anspruchs 1, 8, 9 bzw. 11 gelöst.

[0005] Vorteilhafte Ausgestaltungen sind Gegenstand der Unteransprüche.

[0006] Gemäß Anspruch 1 wird ein Kontaktstift für Schalter im Hochspannungsbereich und/oder Mittelspannungsbereich bereitgestellt. Vorzugsweise ist der Kontaktstift zur Schaltung von Spannungen in einem Bereich von etwa 12 kV bis etwa 1200 kV ausgelegt. Bei der Verwendung des Kontaktstifts in einem (Hochspannungs-) Schalter greift der Kontaktstift in eine Öffnung eines Rohrkontakts ein, um einen Schaltkontakt zu schließen, so dass über Kontaktstift und Rohrkontakt Strom geleitet wird. Beim Schließen (und Trennen) des Schaltkontakts entstehen durch die hohen anliegenden Spannungen Lichtbögen, die am Kontaktstift und am Rohrkontakt zu Abbrand führen können. Der Kontaktstift weist eine Kontaktspitze aus einem abbrandresistenten bzw. lichtbogenresistenten Material auf, um einen solchen Abbrand zu verhindern. Beispielsweise kann die Kontaktspitze aus einem Refraktärmetall oder aus einer Legierung auf Refraktärmetallbasis hergestellt sein, so dass sie den Lichtbögen und den dabei auftretenden hohen Temperaturen standhält. Mit einem Refraktärmetall wird auf ein Metall Bezug genommen, das einen Schmelzpunkt größer gleich 1772°C (entspricht dem Schmelzpunkt von Platin) aufweist. Wenn nicht anders definiert, wird unter einer Legierung auf Basis eines Elements X im Zusammenhang mit dieser Erfindung eine Legierung verstanden, die einen Gehalt an X von > 50 At% aufweist. Vorzugsweise kann mit Kupfer infiltriertes Wolfram verwendet werden, insbesondere mit einem Massenanteil von Kupfer zwischen 10 bis 40 Gew.-%, besonders bevorzugt 20 Gew.-% Kupfer (WCu 80/20).

[0007] Der Kontaktstift weist weiterhin eine rohrförmige Trägerhülse auf, die mit der Kontaktspitze verbunden ist. Die Verbindung erfolgt bevorzugt durch Hintergießen. Alternative Verbindungstechniken sind Schweißen und Löten. In der Trägerhülse ist ein Trägerkern ausgebildet bzw. angeordnet, so dass die Trägerhülse zusammen mit dem Trägerkern einen Kontaktträger für das Kontaktelement ausbildet. Vorzugsweise erstreckt sich der Trägerkern über die gesamte Länge (in axialer Richtung des Kontaktstifts) der Trägerhülse und/oder der Trägerkern füllt das (Innen-)Volumen der Trägerhülse aus.

[0008] Trägerhülse und Trägerkern sind vorzugsweise stoffschlüssig miteinander verbunden (metalurgical bonded), um eine stabile Verbindung zwischen den beiden Elementen bereitzustellen. Besonders bevorzugt ist der Trägerkern in die Trägerhülse eingegossen. Einbringen des Trägerkerns in die Trägerhülse, Verbinden von Trägerkern und Trägerhülse, von Trägerkern und Kontaktspitze sowie von Trägerhülse und Kontaktspitze erfolgt dabei bevorzugt durch einen Hintergießvorgang. Gemäß einer alternativen bevorzugten Ausgestaltung kann der Trägerkern mittels eines heißisostatischen Pressvorgangs in die Trägerhülse eingepresst werden. Weiter bevorzugt kann der Trägerkern als vorgefertigtes Element bereitgestellt werden, das (vor oder nach dem Verbinden der Trägerhülse mit der Kontaktspitze) in die Hülse eingesteckt bzw. eingebracht wird.

[0009] Die Trägerhülse umschließt den Trägerkern seitlich und bildet die Außenseite des Kontaktträgers, der direkt an die Kontaktspitze anschließt. Die Kontaktspitze ist in einem vorderen Bereich des Kontaktstifts angeordnet, in dem bei der Verwendung bzw. beim Schalten Lichtbögen auftreten. Die Trägerhülse ist in einem an den vorderen Bereich anschließenden hinteren Bereich des Kontaktstifts angeordnet, in dem bei der Verwendung keine Lichtbögen auftreten.

[0010] Da die Trägerhülse außerhalb des Bereichs des Kontaktstifts liegt, in dem Lichtbögen auftreten können, sind die Anforderungen an das Hülsenmaterial (wie z.B. Lichtbogenbeständigkeit, Abbrandfestigkeit und Temperaturbeständigkeit) geringer als beim Kontaktspitzenmaterial, das z.B. wie oben beschrieben aus WCu 80/20 hergestellt sein kann. Es kann beispielsweise ein kostengünstigeres Material für die Trägerhülse verwendet werden, wodurch insgesamt die Kosten des Kontaktstifts verringert werden. Es ist auch keine kostenintensive Beschichtung des Kontaktstifts mit lichtbogenresistenten Material notwendig wie in DE 10 2008 060 971 B3 beschrieben.

[0011] Zudem kann der oben beschriebene Kontaktstift einfach und kostengünstig hergestellt werden. Die Kontaktspitze (z.B. einfach herstellbarer Vollzylinder) wird dabei bevorzugt wie erwähnt in einem Hintergießprozess (bevorzugt mit Kupfer) mit der rohrförmigen Trägerhülse (z.B. ein Fertigrohr) verbunden. Die Trägerhülse kann jedoch auch beispielsweise an die Kontaktspitze angeschweißt oder angelötet werden. Durch das Eingießen des Trägerkerns in die Trägerhülse wird der Kontaktstift stabilisiert bzw. Trägerhülse und Trägerkern mit der Kontaktspitze verbunden. Diese Ausgestaltung ist besonders vorteilhaft, da durch das Eingießen das eingegossene Material (wie z.B. Kupfer) ein grobkörniges Gefüge aufweist, wodurch wiederum die elektrische und thermische Leitfähigkeit des Materials und damit die Leitfähigkeit des Trägerkerns erhöht werden. Die Trägerhülse ist rohrförmig ausgebildet, d.h. die Trägerhülse ist an zwei gegenüberliegenden Enden offen bzw. weist in axialer Richtung offene Hülsenenden auf. Dadurch tritt das in die Hülse eingegossene Kernmaterial direkt in Kontakt mit der Kontaktspitze, wodurch zusätzlich eine stabile Verbindung zwischen Kern und Kontaktspitze bereitgestellt wird.

[0012] Vorzugsweise ist der Trägerkern aus einem elektrisch gut leitenden Material hergestellt. Bevorzugt ist der Trägerkern aus Kupfer oder Aluminium oder aus einer Legierung auf Kupfer- und/oder Aluminiumbasis hergestellt. Besonders bevorzugt ist der Trägerkern aus Kupfer hergestellt. Damit wird der gesamte Querschnitt des Kontaktstifts zur Leitung von Strom verwendet. Besonders bevorzugt weist der Trägerkern eine höhere elektrische Leitfähigkeit als die Trägerhülse auf, so dass der Kontaktstift im Bereich des Kontaktträgers elektrisch gut leitend ist. Beispielsweise wird das Kernmaterial ausgewählt aus: Cu, Cu-Legierung (z.B. CuCr1Zr), AI und Stahl.

[0013] Erfindungsgemäß ist die Trägerhülse aus einem Material hergestellt, das hitzebeständig (z.B. bis ca. 1000°C) und resistent gegen Heißgase ("Hinterbrand") ist. Wenn der Kontaktstift beispielsweise in einem Hochspannungsschalter mit Isoliergas (z.B. Schwefelhexafluorid 'SF6') verwendet wird, ist das Hülsenmaterial ausgebildet, den bei den Schaltungen entstehendem heißen Isoliergasen standzuhalten. Beispielsweise kann als Hülsenmaterial Molybdän oder Wolfram verwendet werden, oder eine Legierung auf Basis von Molybdän oder Wolfram mit einem Massenanteil von größer gleich 90 Gew.-% Wolfram bzw. größer gleich 90 Gew.-% Molybdän. Weiter bevorzugt kann Wolfram-Kupfer mit einem Massenanteil von Kupfer zwischen 10 bis 40 Gew.-% verwendet werden, z.B. WCu 80/20 (Cu: 20 Gew.-%). Gemäß einer weiteren bevorzugten Alternative kann Stahl als Trägerhülsenmaterial verwendet werden, wodurch eine besonders kostengünstige Alternative bereitgestellt wird. Bei der Verwendung eines relativ 'weichen' Kernmaterials, wie z.B. Kupfer, versteift bzw. stabilisiert die Trägerhülse den Trägerkern bzw. den Kontaktstift.

[0014] Für die Kontaktspitze und die Trägerhülse können unterschiedliche Materialien oder dieselben Materialien verwendet werden. Auch bei der Verwendung desselben Materials für Kontaktspitze und Hülse ist die Herstellung des Kontaktstifts durch das Verbinden der zwei einzelnen Elemente Kontaktspitze und Hülse einfacher und kostengünstiger als beispielsweise das Bereitstellen nur eines (zylinderförmigen) Elements, das ausgebohrt wird, so dass eine Spitze aus Vollmaterial stehen bleibt, mit einem daran anschließenden (ausgebohrten) Hohlzylinder. Insbesondere fällt in diesem Fall aufwendig zu recycelnder Bohrabfall an.

[0015] Besonders bevorzugt weist das Hülsenmaterial eine geringere Dichte als das Kontaktspitzenmaterial auf. Dadurch kann das Gewicht des Kontaktstifts reduziert werden. Kontaktstifte (und Rohrkontakte) bzw. Schaltkontakte von Hochspannungsschaltern werden mittels Antrieben geschlossen und geöffnet. Ein geringeres Gewicht des Kontaktstifts bedeutet eine geringere Belastung des Antriebs bzw. es können kostengünstigere Antriebe mit geringerer Leistung verwendet werden. Beispielsweise ist die Kontaktspitze aus WCu 80/20 (15,2 g/cm³) hergestellt und die Trägerhülse aus Molybdän (10,2 g/cm³) oder aus MoCu 80/20 (9,94 g/cm³) hergestellt, wodurch sich eine Gewichtseinsparung von 17-20% ergibt. Zusätzlich oder alternativ weist das Kernmaterial vorzugsweise eine geringere Dichte als das Hülsenmaterial auf, um das Gewicht des Kontaktstifts weiter zu verringern.

[0016] Bevorzugt liegt die Wandstärke der Trägerhülse, d.h. die Differenz zwischen Außendurchmesser und Innendurchmesser der Hülse, in einem Bereich zwischen 5% bis 25% des Außenradius der Trägerhülse. Dadurch wird der Kontaktstift stabilisiert und vor Erosion durch Heißgase geschützt. Beispielsweise beträgt der Durchmesser der Trägerhülse (des Kontaktträgers) etwa 20 mm und die Wandstärke der Trägerhülse etwa 1,5 mm (7,5%).

[0017] Vorzugsweise ist die Länge/Ausdehnung der Kontaktspitze in axialer Richtung des Kontaktstifts so ausgewählt, dass, wie oben beschrieben, bei der Verwendung des Kontaktstifts auftretende Lichtbögen auf die Kontaktspitze beschränkt sind bzw. dass auftretende Lichtbögen nicht auf den Kontaktträger bzw. die Trägerhülse treffen. Bevorzugt liegt in axialer Richtung des Kontaktstifts das Längenverhältnis zwischen Kontaktspitze und Trägerhülse zwischen 1:7 und bis 1:5. Beispielsweise weist die Kontaktspitze eine Länge (in axialer Richtung bzw. Bewegungsrichtung des Kontaktstifts) von etwa 24 mm auf und die Trägerhülse bzw. der Kontaktträger weist eine axiale Länge von etwa 130 mm auf. Besonders bevorzugt ist die axiale Länge der Kontaktspitze größer 20 mm.

[0018] Bevorzugt wird die Trägerhülse aus einem Blechmaterial hergestellt, das zu einer Hülse (Rohr) gebogen wird, so dass zwei gegenüberliegende Kanten des Blechs aneinander anliegen. Anschließend werden die Kanten miteinander verschweißt, um die rohrförmige Trägerhülse bereitzustellen. Alternativ kann ein nahtloses (Fertig-)Rohr als Trägerhülse verwendet werden, dass z.B. mittels Strangpressen oder Stranggießen hergestellt wird.

[0019] Gemäß Anspruch 9 wird ein Rohrkontakt für Hochspannungs- und/oder Mittelspannungsschalter bereitgestellt, der ausgebildet ist, einen wie oben beschriebenen Kontaktstift aufzunehmen, um einen Schaltkontakt zwischen Kontaktstift und Rohrkontakt zu schließen. Der Rohrkontakt weist einen lichtbogenresistenten bzw. abbrandresistenten Kontaktring und ein mit dem Kontaktring verbundenes Trägerrohr auf.

[0020] Der Kontaktring ist in einem vorderen Bereich des Rohrkontakts angeordnet, in dem bei Verwendung in einem Schalter Lichtbögen auftreten können. Das Trägerrohr ist in einem an den vorderen Bereich anschließenden hinteren Bereich des Rohrkontakts angeordnet, in dem bei der Verwendung keine Lichtbögen auftreten, bzw. außerhalb des Bereichs angeordnet, in dem Lichtbögen auftreten können. Für den Kontaktring bzw. das Trägerrohr können die gleichen Materialien verwendet werden wie oben in Bezug auf die Kontaktspitze bzw. die Trägerhülse beschrieben.

[0021] Der Rohrkontakt kann auf einfache Weise hergestellt werden, indem ein Kontaktring (z.B. gesintertes Wolfram) und ein Trägerrohr (z.B. gesintertes Molybdän) axial zueinander ausgerichtet werden und gemeinsam in einem Tiegel mit z.B. Kupfer infiltriert werden. Damit werden in einem Schritt die beiden Bauteile mit einem gut elektrisch leitendem Material, wie z.B. Kupfer, infiltriert und miteinander verbunden. Anschließend kann das erzeugte infiltrierte Teil spanend bearbeitet werden, um die Aufnahmeöffnung für einen wie oben beschriebenen Kontaktstift bereitzustellen.

[0022] Vorzugsweise weist das Trägerrohr eine geringere Wandstärke als der Kontaktring auf, wobei das Trägerrohr den gleichen oder im Wesentlichen gleichen Innendurchmesser wie der Kontaktring aufweist. Nachdem beide Elemente axial zueinander ausgerichtet (mit Kupfer) infiltriert wurden, kann das infiltrierte Teil so bearbeitet werden, dass auf der Außenseite des Trägerrohrs eine entsprechende Kupferschicht verbleibt, die eine gute elektrische Leitfähigkeit des Rohrkontakts gewährleistet. Nach der Bearbeitung des Rohrkontakts liegt auf der Innenseite des Rohrkontakts das Trägerrohr frei, so dass der Rohrkontakt in diesem Bereich vor Heißgasen und hohen Temperaturen geschützt ist, die bei der Entstehung von Lichtbögen auftreten, wie oben in Bezug auf den Kontaktstift beschrieben.

[0023] Um eine Außenfläche des Rohrkontakts vor dem Einfluss von Heißgasen und hohen Temperaturen zu schützen, weist das Trägerrohr alternativ den gleichen Außendurchmesser wie der Kontaktring auf, bei geringerer Wandstärke. Nach dem Infiltrieren und der spanenden Nachbearbeitung der beiden Elemente liegt das Trägerrohr auf der Außenseite frei und auf der Innenseite des Trägerrohrs verbleibt eine Schicht des infiltrierten Materials (z.B. Kupfer), wodurch wiederum eine gute elektrische Leitfähigkeit des Rohrkontakts gewährleistet wird.

[0024] Anhand der Figuren werden Ausführungsformen der Erfindung näher erläutert. Es zeigen:

Fig. 1a-c

schematische Darstellungen der einzelnen Komponenten eines Kontaktstifts in geschnittener Seitenansicht vor und nach dem Zusammenfügen,

Fig. 2a-b

schematische Darstellungen der Komponenten eines Rohrkontakts gemäß einer ersten Ausgestaltung vor und nach einer Infiltration und Nachbearbeitung,

Fig. 3a-b

schematische Darstellungen der Komponenten eines Rohrkontakts gemäß einer zweiten Ausgestaltung vor und nach einer Infiltration und Nachbearbeitung, und

Fig. 4

eine schematische Darstellung einer alternativen Ausgestaltung eines Kontaktstifts in geschnittener Seitenansicht.

[0025] Fig. 1a-c zeigen schematisch und in geschnittener Seitenansicht die Komponenten eines Kontaktstifts 2 während der Herstellung. Der Kontaktstift 2 ist aufgebaut aus einer Kontaktspitze 4, einer Trägerhülse 6 und einem Trägerkern 8.

[0026] Bei der Verwendung der Kontaktspitze 2 in einem Hochspannungsschalter kontaktiert die Kontaktspitze 2 einen Rohrkontakt 10a-b (Fig. 2a-b und 3a-b), um den Schaltkontakt zu schließen. Die Kontaktspitze 4 ist aus einem lichtbogenresistenten bzw. abbrandresistenten Material hergestellt, so dass die Kontaktspitze 4 bzw. der Kontaktstift 2 durch die bei einem Schaltvorgang auftretende Lichtbögen nicht beschädigt wird. Beispielsweise kann als Kontaktspitzenmaterial WCu 80/20 (Cu: 20 Gew.-%) verwendet werden. Die Kontaktspitze 4 erstreckt sich über den gesamten vorderen Bereich des Kontaktstifts 2, in dem bei einem Schaltvorgang Lichtbögen auftreten können. Bzw. die Kontaktspitze 4 hat in axialer Richtung A (Bewegungsrichtung) eine Ausdehnung/Länge, die gewährleitstet, dass bei Verwendung auftretende Lichtbögen auf die Kontaktspitze 4 beschränkt bleiben.

[0027] Direkt anschließend an die Kontaktspitze 4 ist die rohrförmige Trägerhülse 6 angeordnet und mit der Kontaktspitze 4 verbunden, beispielsweise mittels Elektronenstrahlschweißen. Bevorzugt kann die Verbindung Kantaktspitze 4 und Trägerhülse beim Eingießen des Trägerkerns 8 erfolgen. Die Trägerhülse 6 ist in einem Bereich des Kontaktstifts 2 angeordnet, in dem bei der Verwendung keine Lichtbögen auftreten bzw. die Trägerhülse 6 ist außerhalb des Bereichs angeordnet, in dem Lichtbögen auftreten können. Daher kann die Trägerhülse 6 aus einem Material hergestellt werden, das nicht lichtbogenresistent ist sondern (nur) hitzebeständig und resistent gegen Heißgase ist, die bei Schaltvorgängen aufgrund der Lichtbögen entstehen. Insbesondere können preiswertere Materialien verwendet werden, so dass die Herstellungskosten des Kontaktstifts 2 verringert werden. Zusätzlich können für die Trägerhülse 6 Materialien mit geringerer Dichte verwendet werden, so dass sich das Gesamtgewicht des Kontaktstifts 2 verringert, wodurch wiederum ein Antrieb für den Kontaktstift 2 weniger belastet wird oder ein kostengünstigerer Antrieb mit weniger Leistung verwendet werden kann. Beispielsweise kann für die Trägerhülse 6 Molybdän, Wolfram, oder ein anderes Refraktärmetall oder eine Legierung auf Refraktärmetallbasis verwendet werden. Eine weitere Alternative ist Stahl, der ausgelegt ist den hohen Temperaturen standzuhalten (z.B. bis ca. 1000°C). Die Trägerhülse 6 kann beispielsweise als nahtloses (Fertig-)Rohr bereitgestellt werden. Alternativ kann ein Flachblech einfach zu einem Rohr bzw. Hohlzylinder gebogen und verschweißt werden.

[0028] Nachdem die Trägerhülse 6 an der Kontaktspitze 4 befestigt bzw. nur positioniert wurde (Fig. 1b), wird in einem nächsten Schritt die Trägerhülse 6 ausgegossen, so dass ein Trägerkern 8 in der Trägerhülse 6 ausgebildet wird. Der Trägerkern 8 ist aus einem elektrisch gut leitendem Material hergestellt, beispielsweise Kupfer, Aluminium oder eine entsprechende Legierung auf Kupfer-/Aluminiumbasis, z.B. CuCr1Zr. Der elektrisch gut leitende Trägerkern 8 verbessert die elektrische Leitfähigkeit des Kontaktstifts 2. Durch das Gießen des Trägerkerns 8 in die Hülse 6 werden Hülse 6, Kontaktspitze 4 und Kern 8 stabil miteinander verbunden. Insbesondere ist der Trägerkern 8 über das offene Ende der Hülse 6 (zur Kontaktspitze 4 hin) in direktem Kontakt mit der Kontaktspitze 4, so dass eine sehr gut leitende Verbindung zwischen Spitze 4 und Kern 8 bereitgestellt wird. Bei Verwendung eines weicheren Kernmaterials stabilisiert bzw. stützt die Hülse 6 den Trägerkern 8.

[0029] Wie in Fig. 1c zu sehen, ragt der Trägerkern 8 etwas über das offene Ende der Hülse 6 hinaus, um zu gewährleisten, dass der Kontaktstift 2 sicher in einen entsprechenden Schalter eingebaut bzw. mit einem Träger (nicht dargestellt) verbunden werden kann, vorzugsweise mittels Elektronenstrahlschweißen. Alternativ schließt der Kern 8 bündig mit der Hülse 6 ab.

[0030] Fig. 4 zeigt eine schematische Darstellung einer alternativen Ausgestaltung eines Kontaktstifts 2'. Sofern nicht anders angegeben entspricht die Funktion und Verwendung der Elemente des im folgenden beschriebenen Kontaktstifts 2' denen des in Zusammenhang mit Fig. 1a-c beschriebenen Kontaktstifts 2. Gleiche bzw. entsprechende Elemente der Kontaktstifte 2, 2' sind mit gleichen bzw. entsprechenden Bezugszeichen versehen.

[0031] Im Unterschied zum oben beschriebenen Kontaktstift 2, weist der in Fig. 4 dargestellte Kontaktstift 2' eine Kontaktspitze 4' mit einer Ausnehmung 9 bzw. Vertiefung oder Bohrung auf. Beim Ausgießen einer Trägerhülse 6 des Kontaktstifts 2' (die wie oben beschrieben mit der Kontaktspitze 4' verbunden wird) wird die Ausnehmung 9' ebenfalls mit dem Trägerkernmaterial ausgegossen, so dass der Trägerkern 8' bis in die Kontaktspitze 4' hineinreicht. Da das Trägerkernmaterial bzw. der Trägerkern 8' aus einem gut (Wärme)leitenden Material wie z.B. Kupfer hergestellt ist, wird durch diese Ausgestaltung des Kontaktstifts 2' die Wärmeabfuhr aus der Kontaktspitze 4' verbessert, so dass sich die Lebensdauer des Kontaktstifts 2' erhöht.

[0032] Fig. 2a-b zeigen eine schematische Darstellung eines Rohrkontakts 10a gemäß einer ersten Ausgestaltung vor und nach einer Infiltration und Bearbeitung.

[0033] Fig. 2a zeigt die beiden Ausgangselemente des Rohrkontakts 10a: einen Kontaktring 12 mit einer Aufnahmeöffnung 20 (zur Aufnahme des oben beschriebenen Kontaktstifts 2) und ein Trägerrohr 14a. Analog wie oben in Bezug auf den Kontaktstift 2 beschrieben ist der Kontaktring 12 aus einem lichtbogenresistenten Material hergestellt und in einem vorderen Bereich des Rohrkontakts 10a angeordnet, in dem bei der Verwendung Lichtbögen auftreten können. Bzw. der Kontaktring weist in axialer Richtung A eine Ausdehnung/Länge auf, die gewährleistet, dass bei Verwendung auftretende Lichtbögen auf den Kontaktring beschränkt bleiben. Ebenso analog zur Trägerhülse 6 des Kontaktstifts 2 ist beim Rohrkontakt 10a das Trägerrohr 14a in einem Bereich angeordnet, in dem bei Verwendung des Trägerrohrs 10a keine Lichtbögen auftreten.

[0034] Zur Herstellung des Trägerrohrs 10a werden der Kontaktring 12 und das Trägerrohr 14a axial zueinander ausgerichtet bzw. aufeinander angeordnet. Kontaktring 12 und Trägerrohr 14a werden beispielsweise als Sinterkörper bereitgestellt und anschließend zusammen in einem Infiltrationsprozess infiltriert, beispielsweise mit Kupfer. Durch die gemeinsame Infiltration werden Kontaktring 12 und Rohr 14a miteinander verbunden. In einem anschließenden spanenden Bearbeitungsprozess wird das überschüssige Infiltrationsmaterial abgetragen und der Rohrkontakt 10a erhält seine endgültige Form, wie schematisch in Fig. 2b dargestellt.

[0035] In der in Fig. 2a-b dargestellten Ausgestaltung weist das Trägerrohr 14a eine geringere Wandstärke und den gleichen Innendurchmesse wie der Kontaktring 12 auf. Nach dem Infiltrieren und Nachbearbeiten verbleibt eine elektrisch leitende Schicht 16a auf der Außenseite des Trägerrohrs 14a. Wie in Fig. 2b zu sehen, erstreckt sich die leitende Schicht 16a über die Stirnkante des Trägerrohrs 14a, damit der Rohrkontakt 10a sicher mit einem Träger (nicht dargestellt) verbunden werden kann, vorzugsweise mittels Elektronenstrahlschweißen. Durch das Infiltrieren ist diese Schicht 16a stabil mit dem Kontaktring 12 und Trägerrohr 14a verbunden, wodurch ein äußerst stabiler und elektrisch gut leitender Rohrkontakt 10a bereitgestellt wird. Das auf der Innenseite freiliegende Trägerrohr 14a gewährleistet den Schutz der Innenseite des Rohrkontakts 10a vor dem Einfluß von hohen Temperaturen und vor Heißgasen, wie oben in Bezug auf die Trägerhülse 6 bzw. den Kontaktstift 2 beschrieben.

[0036] Fig. 3a-b zeigen eine schematische Darstellung eines Rohrkontakts 10b gemäß einer zweiten Ausgestaltung vor und nach dem Infiltrieren und Nachbearbeiten. Sofern nicht anders angegeben, entsprechen die Elemente, Funktionen und verwendeten Materialien den oben in Bezug auf Fig. 2a-b beschriebenen.

[0037] Im Unterschied zur ersten Ausgestaltung weist das Trägerrohr 14b den gleichen Außendurchmesser wie der Kontaktring 12 auf (bei geringerer Wandstärke). Wie in Fig. 2b zu sehen, wird nach dem Infiltrieren und spanenden Bearbeiten dadurch auf der Innenseite des Trägerrohrs 14b eine elektrisch leitende Schicht 16b aus dem Infiltrationsmaterial bereitgestellt. Das auf der Außenseite freiliegende Trägerrohr 14a gewährleistet den Schutz der Außenseite des Rohrkontakts 10a vordem Einfluß von hohen Temperaturen und vor Heißgasen, wie in Bezug auf die Trägerhülse 6 bzw. den Kontaktstift 2 beschrieben.

[0038] Die oben in Bezug auf Kontaktspitze 4, Trägerhülse 6 bzw. Kern 8 beschrieben Materialien können auch für Kontaktring 12, Trägerrohr 14a-b bzw. elektrischen Leiter 16a-b verwendet werden.

Bezugszeichenliste

[0039] 

2, 2'

Kontaktstift / Pin

4, 4'

Kontaktspitze

6

Trägerhülse

8, 8'

Trägerkern

9

Ausnehmung

10a-b

Rohrkontakt

12

Kontaktring

14a-b

Trägerrohr

16a-b

elektrischer Leiter / Infiltrationsmaterial

20

Aufnahmeöffnung

A

Achse Kontaktstift / Achse Rohrkontakt

Ansprüche

1. Kontaktstift (2, 2') für Hochspannungs- und/oder Mittelspannungsschalter, wobei der Kontaktstift (2, 2') aufweist:

eine Kontaktspitze (4, 4') aus einem abbrandresistenten Material, und

eine mit der Kontaktspitze (4, 4') verbundene rohrförmige Trägerhülse (6),

einen Trägerkern (8, 8'), der in der Trägerhülse (6) angeordnet und mit der Trägerhülse (6) verbunden ist,

wobei die Kontaktspitze (4, 4') in einem vorderen Bereich des Kontaktstifts (2, 2') angeordnet ist, in dem bei der Verwendung des Kontaktstifts (2, 2') Lichtbögen auftreten, und

wobei die Trägerhülse (6) in einem an den vorderen Bereich anschließenden hinteren Bereich des Kontaktstifts (2, 2') angeordnet ist,

in dem bei der Verwendung des Kontaktstifts (2, 2') keine Lichtbögen auftreten, dadurch gekennzeichnet, dass das Trägerhülsenmaterial ausgewählt ist aus: einem Refraktärmetall, einer Legierung auf Refraktärmetallbasis und Stahl.

2. Kontaktstift nach Anspruch 1, wobei das Trägerhülsenmaterial eine geringere Dichte als das Kontaktspitzenmaterial aufweist, und/oder wobei das Trägerkernmaterial eine geringere Dichte als das Hülsenmaterial aufweist.

3. Kontaktstift nach Anspruch 1 oder 2, wobei der Trägerkern (8, 8') eine höhere elektrische Leitfähigkeit als die Trägerhülse (6) aufweist.

4. Kontaktstift nach Anspruch 1, 2 oder 3, wobei die Wandstärke der Trägerhülse (6) zwischen 5% bis 25% des Außenradius der Trägerhülse (6) beträgt, vorzugsweise zwischen 15% bis 18%.

5. Kontaktstift nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei die Kontaktspitze (4, 4') aus zumindest einem Refraktärmetall oder einer Refraktärmetalllegierung mit einem Refraktärmetall-Massegehalt von größer gleich 90 Gew.-% hergestellt ist, wobei insbesondere das zumindest eine Refraktärmetall ausgewählt ist aus Wolfram und Molybdän.

6. Kontaktstift nach einem der vorhergehenden Ansprüche,
wobei das Trägerkernmaterial ausgewählt ist aus: Kupfer, Aluminium, einer Legierung auf Kupfer- oder Aluminiumbasis und Stahl.

7. Kontaktstift nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei Trägerhülse (6) und Trägerkern (8, 8') stoffschlüssig miteinander verbunden sind, vorzugsweise der Trägerkern (8, 8') in die Trägerhülse (6) eingegossen ist.

8. Verfahren zur Herstellung eines Kontaktstifts (2, 2') nach einem der vorhergehenden Ansprüche, mit den Schritten:

Bereitstellen einer Kontaktspitze (4, 4') aus einem abbrandresistenten Material,

Verbinden einer rohrförmigen Trägerhülse (6) aus einem Refraktärmetall, einer Legierung auf Refraktärmetallbasis oder Stahl mit der Kontaktspitze (4, 4'), wobei in der Trägerhülse (6) ein Trägerkernmaterial angeordnet ist oder anordenbar ist, um einen Trägerkern (8, 8') in der Trägerhülse (6) auszubilden.

9. Rohrkontakt zur Aufnahme eines Kontaktstiftes (2, 2') nach einem der Ansprüche 1 bis 6, wobei der Rohrkontakt (10a-b) aufweist:

einen abbrandresistenten Kontaktring (12), und

ein mit dem Kontaktring (12) verbundenes Trägerrohr (14a-b),

wobei der Kontaktring (12) in einem vorderen Bereich des Rohrkontakts (10a-b) angeordnet ist, in dem bei der Verwendung des Rohrkontakts Lichtbögen auftreten, und

wobei das Trägerrohr (14a-b) in einem an den vorderen Bereich anschließenden hinteren Bereich des Rohrkontakts (10a-b) angeordnet ist, in dem bei der Verwendung des Rohrkontakts keine Lichtbögen auftreten, dadurch gekennzeichnet, dass das Trägerrohrmaterial ausgewählt ist aus: einem Refraktärmetall, einer Legierung auf Refraktärmetallbasis und Stahl.

10. Rohrkontakt nach Anspruch 9, wobei das Trägerrohr (14a) eine geringere Wandstärke als der Kontaktring (12) aufweist und der Innendurchmesser des Trägerrohrs (14a) dem Innendurchmesser des Kontaktrings (12) entspricht, oder
wobei das Trägerrohr (14b) eine geringere Wandstärke als der Kontaktring (12) aufweist und der Außendurchmesser des Trägerrohrs (14b) dem Außendurchmesser des Kontaktrings (12) entspricht.

11. Verfahren zur Herstellung einer Rohrkontakts (10a-b) nach Anspruch 9 oder 10 mit den Schritten:

Bereitstellen eines abbrandresistenten Kontaktrings (12),

Bereitstellen eines Trägerrohrs (14a-b) aus einem Refraktärmetall, einer Legierung auf Refraktärmetallbasis oder Stahl,

gemeinsames Infiltrieren des Kontaktrings (12) und des Trägerrohrs (14a-b), die axial zueinander ausgerichtet sind, so dass Kontaktring (12) und Trägerrohr (14a-b) miteinander verbunden werden,

Bearbeiten des verbundenen Kontaktrings (12) und Trägerrohrs (14a-b), so dass eine Aufnahmeöffnung (20) ausgebildet wird, um einen Kontaktstift (2, 2') nach einem der Ansprüche 1 bis 6 aufzunehmen.

Claims

1. A contact pin (2, 2') for a high-voltage switch and/or medium-voltage switch, wherein the contact pin (2, 2') has:

a contact tip (4, 4') from an arc-erosion resistant material, and a tubular support sleeve (6) which is connected to the contact tip (4, 4'),

a support core (8, 8') which is disposed in the support sleeve (6) and is connected to the support sleeve (6),

wherein the contact tip (4, 4') is disposed in a forward region of the contact pin (2, 2') in which arcs arise during use of the contact pin (2, 2'), and

wherein the support sleeve (6) is disposed in a rear region of the contact pin (2, 2'), adjoining the forward region, in which no arcs arise during use of the contact pin (2, 2') characterized in that

the support sleeve material is selected from: a refractory material, an alloy based on refractory material, and steel.

2. The contact pin as claimed in claim 1, wherein the support-sleeve material is of lesser density than the contact-tip material, and/or wherein the support-core material is of lesser density than the sleeve material.

3. The contact pin as claimed in claim 1 or 2, wherein the support core (8, 8') has higher electrical conductivity than the support sleeve (6).

4. The contact pin as claimed in claim 1, 2, or 3, wherein the wall thickness of the support sleeve (6) is between 5% and 25%, preferably between 15% and 18%, of the external radius of the support sleeve (6).

5. The contact pin as claimed in one of the preceding claims, wherein the contact tip (4, 4') is produced from at least one refractory metal or from a refractory-metal alloy having a refractory-metal content by mass of 90% by weight or more, wherein in particular the at least one refractory metal is selected from tungsten and molybdenum.

6. The contact pin as claimed in one of the preceding claims, wherein the support-core material is selected from: copper, aluminum, an alloy based on copper or aluminum and steel.

7. The contact pin as claimed in one of the preceding claims, wherein the support sleeve (6) and the support core (8, 8') are interconnected in a materially integral manner, the support core (8, 8') preferably being integrally cast in the support sleeve (6).

8. A method for producing a contact pin (2, 2') as claimed in one of the preceding claims, the method comprising the following steps:

- providing a contact tip (4, 4') of an arc-erosion resistant material;

- connecting a tubular support sleeve (6) made from a refractory material, an alloy based on refractory material, or steel to the contact tip (4, 4'), wherein a support-core material is disposed or disposable in the support sleeve (6), so as to configure a support core (8, 8') in the support sleeve (6).

9. A pipe contact for receiving a contact pin (2, 2') as claimed in one of claims 1 to 6, wherein the pipe contact (10a-b) has:

an arc-erosion resistant annular contact (12), and

a support pipe (14a-b) which is connected to the annular contact (12),

wherein the annular contact (12) is disposed in a forward region of the pipe contact (10a-b) in which arcs arise during use of the pipe contact, and

wherein the support pipe (14a-b) is disposed in a rear region of the pipe contact (10a-b), adjoining the forward region, in which no arcs arise during use of the pipe contact, characterized in that

the support pipe material is selected from: a refractory material, an alloy based on refractory material, and steel.

10. The pipe contact as claimed in claim 9, wherein the support pipe (14a) has a lesser wall thickness than the annular contact (12), and the internal diameter of the support pipe (14a) corresponds to the internal diameter of the annular contact (12), or
wherein the support pipe (14b) has a lesser wall thickness than the annular contact (12), and the external diameter of the support pipe (14b) corresponds to the external diameter of the annular contact (12).

11. A method for producing a pipe contact (10a-b) as claimed in claim 9 or 10, the method comprising the following steps:

- providing an arc-erosion resistant annular contact (12);

- providing a support pipe (14a-b) from a refractory material, an alloy based on refractory material, or steel,

- collectively infiltrating the annular contact (12) and the support pipe (14a-b) which are mutually aligned in an axial manner, such that the annular contact (12) and the support pipe (14a-b) are interconnected;

- machining the interconnected annular contact (12) and support pipe (14a-b) such that a receptacle opening (20) for receiving a contact pin (2, 2') as claimed in one of claims 1 to 6 is configured.

Revendications

1. Tige de contact (2, 2') pour commutateur à haute tension et/ou à moyenne tension, la tige de contact (2, 2') présentant
une pointe de contact (4, 4') en un matériau résistant au feu et une douille de support (6) de forme tubulaire reliée à la pointe de contact (4, 4'),
une âme de support (8, 8') disposée dans la douille de support (6) et reliée à la douille de support (6),
la pointe de contact (4, 4') étant disposée dans une partie avant de la tige de contact (2, 2') dans laquelle surviennent des arcs lumineux lorsque la tige de contact (2, 2') est utilisée,
la douille de support (6) étant disposée dans une partie arrière de la tige de contact (2, 2') qui se raccorde à la partie avant et dans laquelle aucun arc lumineux ne survient lorsque la tige de contact (2, 2') est utilisée,
caractérisée en ce que
le matériau de la douille de support est sélectionné parmi un métal réfractaire, un alliage à base de métaux réfractaires et l'acier.

2. Tige de contact selon la revendication 1, dans laquelle le matériau de la douille de support présente une densité moindre que celle du matériau de la pointe de contact et/ou dans laquelle le matériau de l'âme de support présente une densité moindre que celle du matériau de la douille.

3. Tige de contact selon la revendication 1 ou 2, dans laquelle l'âme de support (8, 8') présente une conductivité électrique plus élevée que la douille de support (6).

4. Tige de contact selon la revendication 1, 2 ou 3, dans laquelle l'épaisseur de la paroi de la douille de support (6) représente entre 5 % et 25 % et de préférence entre 15 % et 18 % du rayon extérieur de la douille de support (6).

5. Tige de contact selon l'une des revendications précédentes, dans laquelle la pointe de contact (4, 4') est réalisée en au moins un métal réfractaire ou un alliage de métaux réfractaires dont la teneur massique en métaux réfractaires est supérieure ou égale à 90 % en poids, le ou les métaux réfractaires étant notamment sélectionnés parmi le tungstène et le molybdène.

6. Tige de contact selon l'une des revendications précédentes, dans laquelle le matériau de l'âme de support est sélectionné parmi le cuivre, l'aluminium, un alliage à base de cuivre ou d'aluminium et l'acier.

7. Tige de contact selon l'une des revendications précédentes, dans laquelle la douille de support (6) et l'âme de support (8, 8') sont reliées l'une à l'autre en correspondance de matière, l'âme de support (8, 8') étant de préférence coulée dans la douille de support (6).

8. Procédé de fabrication d'une tige de contact (2, 2') selon l'une des revendications précédentes, le procédé présentant les étapes qui consistent à :

préparer une pointe de contact (4, 4') en un matériau résistant au feu,

relier une douille de support (6) de forme tubulaire en un métal réfractaire, un alliage à base de métal réfractaire ou en acier avec la pointe de contact (4, 4'), un matériau d'âme de support étant disposé dans la douille de support (6) ou pouvant y être disposé pour former une âme de support (8, 8') dans la douille de support (6).

9. Contact tubulaire destiné à recevoir une tige de contact (2, 2') selon l'une des revendications 1 à 6,
le contact tubulaire (10a-b) présentant :

une bague de contact (12) résistant au feu et

un tube de support (14a-b) relié à la bague de contact (12),

la bague de contact (12) étant disposée dans une partie avant du contact tubulaire (10a-b) dans laquelle surviennent des arcs lumineux lorsque le contact tubulaire est utilisé et

le tube de support (14a-b) étant disposé dans une partie arrière du contact tubulaire (10a-b) qui se raccorde à la partie avant et dans laquelle aucun arc lumineux ne survient lorsque le contact tubulaire est utilisé,
caractérisé en ce que

le matériau du tube de support est sélectionné parmi un métal réfractaire, un alliage à base de métaux réfractaires et l'acier.

10. Contact tubulaire selon la revendication 9, dans lequel le tube de support (14a) présente une épaisseur de paroi moindre que celle de la bague de contact (12) et le diamètre intérieur du tube de support (14a) correspond au diamètre intérieur de la bague de contact (12) ou
dans lequel le tube de support (14b) présente une épaisseur de paroi moindre que celle de la bague de contact (12) et le diamètre extérieur du tube de support (14b) correspond au diamètre extérieur de la bague de contact (12).

11. Procédé de fabrication d'un contact tubulaire (10a-b) selon la revendication 9 ou 10, présentant les étapes qui consistent à :

préparer une bague de contact (12) résistant au feu,

préparer un tube de support (14a-b) en un métal réfractaire, un alliage à base de métal réfractaire ou en acier,

infiltrer conjointement la bague de contact (12) et le tube de support (14a-b) alignés axialement l'un par rapport à l'autre de telle sorte que la bague de contact (12) et le tube de support (14a-b) soient reliés l'un à l'autre,

traiter la bague de contact (12) et le tube de support (14a-b) qui ont été reliés, de manière à former une ouverture de réception (20) permettant de recevoir une tige de contact (2, 2') selon l'une des revendications 1 à 6.

Zeichnung