接触销和接触管以及用于制造的方法

摘要

一种用于高压开关和/或中压开关的接触销(2)和接触管，以及制造接触销和接触管的方法，其中接触销(2)具有：由耐烧损材料制成的触头(4)；与触头(4)连接、管状的支承套筒(6)；浇铸到支承套筒(6)中的支承芯(8),其中，触头(4)设置在接触销(2)前端区域，在接触销(2)使用过程中在前端区域中出现电弧，而且其中，支承套筒(8)设置在接触销(2)位于前端区域之后的后端区域中，在接触销(2)使用过程中在后端区域中不会出现电弧。其中接触管具有：由耐烧损材料制成的接触环；与接触环连接的支承管，其中，接触环设置在接触管前端区域，在接触管使用过程中在前端区域中出现电弧，而且其中支承管设置在接触管位于前端区域之后的后端区域中，在接触管使用过程中在后端区域中不出现电弧。

权利要求

1.一种用于高压开关和/或中压开关的接触销(2,2’)，其中，所述接触销(2,2’)具有：由耐烧损材料制成的触头(4,4’)，和与所述触头(4,4’)连接的、管状的支承套筒(6)，其特征在于，设置在所述支承套筒(6)中并且与所述支承套筒(6)连接的支承芯(8，8’),其中，所述触头(4,4’)设置在所述接触销(2,2’)的前端区域，在所述接触销(2,2’)的使用过程中在所述前端区域中出现电弧，而且所述支承套筒(6)设置在所述接触销(2,2’)的位于前端区域之后的后端区域中，在所述接触销(2,2’)的使用过程中在所述后端区域中不会出现电弧。

2.根据权利要求1所述的接触销，其中，支承套筒材料具有比触头材料更小的密度，和/或其中，支承芯材料具有比套筒材料更小的密度。

3.根据权利要求1或2所述的接触销，其中，所述支承芯(8，8’)具有比所述支承套筒(6)更高的导电性。

4.根据权利要求1、2或3所述的接触销，其中，所述支承套筒(6)的壁厚为所述支承套筒(6)的外径的5％至25％之间，优选15％至18％之间。

5.根据上述权利要求中任意一项所述的接触销，其中，所述触头(4,4’)由至少一种难熔金属或者由具有大于等于90重量％的难熔金属的难熔合金制成，其中，特别是从钨和钼中选择至少一种难熔金属。

6.根据上述权利要求中任意一项所述的接触销，其中，支承套筒材料选自：难熔金属、基于难熔金属的合金和钢，和/或其中，支承芯材料选自：铜、铝、基于铜或铝的合金和钢。

7.根据上述权利要求中任意一项所述的接触销，其中，所述支承套筒(6)和所述支承芯(8，8’)材料配合的相互连接，优选将所述支承芯(8，8’)浇铸到所述支承套筒(6)中。

8.用于制造接触销、特别是制造根据上述权利要求中任意一项所述的接触销(2,2’)的方法，其具有以下步骤：由耐烧损的材料制备触头(4,4’)，

将管状的支承套筒(6)与所述触头(4,4’)连接，其中，在所述支承套筒(6)中设置或能够设置支承芯材料，从而在所述支承套筒(6)中形成支承芯(8，8’)。

9.用于容纳根据权利要求1至6中任意一项所述的接触销(2,2’)的接触管，其中，所述接触管(10a-b)具有：耐烧损的接触环(12)，和

与所述接触环(12)连接的支承管(14a-b)，

其中，所述接触环(12)设置在所述接触管(10a-b)的前端区域中，在所述接触管的使用过程中在所述前端区域中出现电弧，而且其中，所述支承管(14a-b)设置在所述接触管(10a-b)位于所述前端区域之后的后端区域中，在所述接触管的使用过程中在所述后端区域中不会出现电弧。

10.根据权利要求9所述的接触管，其中，所述支承管(14a)具有比所述接触环(12)更小的壁厚而且所述支承管(14a)的内径等于所述接触环(12)的内径，或者其中，所述支承管(14b)具有比所述接触环(12)更小的壁厚而且所述支承管(14b)的外径等于所述接触环(12)的外径。

11.用于制造根据权利要求9或10所述的接触管(10a-b)的方法，其具有以下步骤：制备耐烧损的接触环(12)，

制备支承管(14a-b)，

共同浸渗轴向上相互对齐的所述接触环(12)和所述支承管(14a-b)，从而使所述接触环(12)和所述支承管(14a-b)相互连接，加工已连接的所述接触环(12)和所述支承管(14a-b)，从而形成容纳口(20)，以便于容纳根据权利要求1至6中任意一项所述的接触销(2,2’)。

说明书

接触销和接触管以及用于制造的方法

技术领域

[0001] 本发明涉及一种用于高压范围和/或中压范围中的开关的接触销和接触管以及分别用于制造接触销和接触管的方法。

背景技术

[0002] DE 10 2008 060 971 B3公开了一种用于高压开关的接触部分。由耐电弧材料制成的接触元件固定在基体上。该基体可以作为销子或者作为套销或管形成。为了保护基体不被烧损，该基体的外侧在连接接触元件的区域中通过耐电弧的或者耐烧损的保护层覆盖。

发明内容

[0003] 本发明的目的在于提供一种能够简单且低成本制造的接触销和接触管。

[0004] 该目的通过权利要求1,8,9或11的特征得以实现。

[0005] 有利的设计方案为从属权利要求的主题。

[0006] 根据权利要求1提供了一种用于高压范围和/或中压范围中的开关的接触销。优选该接触销设计用于在约12kV到约1200kV范围内的电压的开关。在该接触销在(高压)开关中使用的情况下，为了闭合开关触点，该接触销嵌入接触管的开口中，从而使电流引导通过接触销和接触管。在闭合(和断开)开关触点的过程中通过邻近的高电压产生电弧，该电弧可能在接触销或接触管上导致烧损。

[0007] 该接触销具有由耐烧损或耐电弧的材料制成的触头，从而防止了这类烧损。例如触头可以由难熔金属或者由基于难熔金属的合金制成，从而使其能耐受电弧以及在此出现的高温。难熔金属涉及具有大于等于1772℃的熔点(等于铂金的熔点)的金属。如果没有其他限定，在本发明的上下文中，基于元素X的合金应理解为具有＞50原子量％的X含量的合金。优选可以使用通过铜浸渗的钨，特别是具有铜的重量比重在10至40重量％之间、特别优选为20重量％的铜(WCu80/20)。

[0008] 该接触销另外还具有与触头连接的、管状的支承套筒。该连接优选通过后浇铸而完成。可选的连接技术为熔焊和钎焊。在支承套筒中形成或设置支承芯,从而支承套筒与支承芯一起形成用于接触元件的接触载体。优选该支承芯延伸经过支承套筒(在接触销的轴向方向上)的整个长度和/或支承芯填满支承套筒的(内)容积。

[0009] 支承套筒和支承芯优选材料配合的相互连接(冶金连接)，从而在两个元件之间提供稳固的连接。特别优选将支承芯浇铸到所述支承套筒中。将支承芯引入到支承套筒中，支承芯与支承套筒的连接、支承芯与触头的连接以及支承套筒与触头的连接在此优选通过后浇铸完成。根据替代性的优选设计可以借助热等静压过程将支承芯压入支承套筒中。更优选可以使支承芯作为预制的部件而提供，该预制的部件(在支承套筒与触头连接之前或之后)插入或引入套筒中。

[0010] 支承套筒从侧面围绕支承芯并且形成直接连接在触头上的接触载体的外侧。触头设置在使用或者开关过程中出现电弧的接触销的前端区域。支承套筒设置在接触销位于前端区域之后的后端区域中，在使用过程中在后端区域中不会出现电弧。

[0011] 由于支承套筒位于接触销可能出现电弧的区域之外，因此对套筒材料的要求(例如耐电弧性、耐烧损稳定性以及耐热性)小于在接触销材料中的要求，该接触销材料例如可以如上所述地由WCu80/20制成。例如可以将低成本的材料用于支承套筒，由此总体上降低接触销的成本。如在DE 10 2008 060 971 B3中所公开的，通过耐电弧材料高成本地涂覆接触销不是必要的。

[0012] 另外，上述接触销可以以简单且低成本的方式制造。触头(例如能够简单制造的实心圆柱体)在此优选如上所述地在后浇铸过程中(优选通过铜)与管状的支承套筒(例如预制管)连接。但是也可以将支承套筒熔焊或钎焊在触头上。通过将支承芯浇铸到支承套筒中而稳固接触销或者支承套筒和支承芯与触头连接。这种设计是特别有利的，因为通过浇铸使铸造材料(例如铜)具有粗晶粒的组织结构，由此也提高了材料的导电性和传热性并以此提高了支承芯的传导性。支承套筒以管状的形式形成，即，支承套筒在两个相对的端部上是敞开的或者在轴向方向上具有敞开的套筒端部。浇铸到套筒中的芯材料由此与触头直接接触，由此额外地提供在芯和触头之间牢固的连接。

[0013] 优选的是，支承芯由导电性良好的材料制成。优选支承芯由铜或铝制成，或者由基于铜和/或铝的合金制成。特别优选支承芯由铜制成。因此接触销的整个横截面可以用于导电。特别优选支承芯具有比支承套筒更高的导电性，从而使接触销在接触载体的区域中具有良好的导电性。芯材料例如选自：Cu、Cu合金(例如CuCr1Zr)、Al和钢。

[0014] 优选支承套筒由耐高温(例如最高约1000℃)的且耐受热气(会导致“后烧损”)的材料制成。当例如在具有绝缘气体(例如六氟化硫“SF6”)高压开关中使用接触销时，使用支承套筒以便于耐受在开关过程中产生的热的绝缘气体。例如可以使用钼或钨作为套筒材料，或者使用基于钼或钨的合金，该合金具有大于等于90重量％的钨或者大于等于90重量％的钼的重量比。更优选可以使用具有10至40重量％之间的铜的重量比的钨铜，例如WCu80/20(Cu:20重量％)。根据另一种优选的替代方案可以使用钢作为支承套筒材料，由此提供一种特别成本有效的选择。在使用相对“软”的芯材料(例如铜)的情况下，支承套筒加固或固定支承芯或接触销。

[0015] 可以将不同的材料或相同的材料用于触头和支承套筒。即使在将相同的材料用于触头和套筒的情况下，例如与仅制备(圆柱形的)已钻孔的元件相比，通过两个单独的元件触头和套筒的连接的接触销的制造更简单且成本更低，从而触头保持由实心材料制成，并具有与其连接的(已钻孔的)空心圆柱体。特别是在这种情况下产生难以循环利用的钻孔废料。

[0016] 特别优选支承套筒具有比触头材料更小的密度。由此可以减小接触销的重量。接触销(和接触管)或高压开关的开关触点借助驱动闭合和打开。接触销的更小的重量意味着该驱动的更小的负荷或者可以使用具有更小功率的低成本的驱动。例如触头由WCu80/20(15.2g/cm3)制成而且支承套筒由钼(10.2g/cm3)或者由MoCu80/20(9.94g/cm3)制成，由此产生17-20％的重量减轻。额外地或者替代性地，芯材料优选具有比套筒材料更小的密度，从而可以进一步减小接触销的重量。

[0017] 优选支承套筒的壁厚、即套筒的外径和内径之间的差值处于支承套筒的外径的5％至25％之间的范围内。由此使接触销稳固并且防止通过热气产生腐蚀。例如(接触载体的)支承套筒的直径为约20mm而且支承套筒的壁厚为1.5mm(7.5％)。

[0018] 优选这样选择触头在接触销的轴向方向上的长度/延伸，即，如上所述地在接触销的使用过程中出现的电弧局限于触头上或者出现的电弧不会出现在接触载体上或者支承套筒上。优选在接触销的轴向方向上触头和支承套筒之间的长度比在1:7和最大1:5之间。例如触头具有约24mm的(在轴向方向上或接触销的移动方向上)长度而支承套筒或接触载体具有约130mm的轴向长度。特别优选触头的轴线长度大于20mm。

[0019] 优选支承套筒由板材制成，该板材弯曲成套筒(管)，从而使板的两个相对的边缘相互贴靠。随后使边缘相互焊接，从而提供管状的支承套筒。替代性地可以使用无缝(预制)管作为支承套筒，例如借助挤压或连铸制成。

[0020] 根据权利要求9提供一种用于高压开关和/或中压开关的接触管，其形成用于容纳上述的接触销，从而闭合接触销和接触管之间的开关触点。该接触管具有耐电弧或耐烧损的接触环和与接触环连接的支承管。

[0021] 接触环设置在使用过程中可能在开关中出现电弧的接触管的前端区域中。支承管设置在接触管位于该前端区域之后的、在使用中不会出现电弧的后端区域中或者设置可能出现电弧的区域之外。如以上对触头或支承套筒的描述，可以将相同的材料用于接触环或者支承管。

[0022] 通过接触环(例如已烧结的钨)和支承管(例如已烧结的钼)轴向上相互对齐并且一起在钳锅中例如通过铜浸渗，可以以简单的方式制造接触管。由此在一个步骤中通过良好导电性的材料(例如铜)浸渗和相互连接两个部件。随后可以切削地加工所产生的、已浸渗的部分，从而为上述的接触销提供容纳口。

[0023] 优选支承管具有比接触环更小的壁厚，其中，支承管具有与接触环相同或基本上相同的内径。在两个元件以在轴向上相互对齐的方式(通过铜)浸渗之后，可以加工已浸渗的部分，以便于使相应的铜层保留在支承管的外侧上，该铜层确保了接触管的良好的导电性。在接触管的加工之后，支承管在接触管的内侧上保持开放，从而使接触管在该区域内不受到在电弧产生的情况下出现的热气和高温影响，如上对接触销的描述。

[0024] 为了使接触管的外表面不受到热气和高温的影响，在支承管具有比接触环更小的壁厚的情况下，该支承管可选地具有与接触环相同的外径。在两个元件的浸渗和切削的后加工之后，支承管在外侧上保持开放而且在支承管的内侧上保留浸渗材料(例如铜)的层，由此进一步确保了接触管的良好的导电性。

附图说明

[0025] 借助附图进一步说明本发明的实施方式。其中：

[0026] 图1a-c以侧截面图示出了在组装之前和之后接触销的各个组件的示意图，[0027] 图2a-b示出了在浸渗和后处理之前和之后根据第一种设计方案的接触管的组件的示意图，

[0028] 图3a-b示出了在浸渗和后处理之前和之后根据第二种设计方案的接触管的组件的示意图，以及

[0029] 图4以侧截面图示出了接触销的替代性的设计方案的示意图。

具体实施方式

[0030] 图1a-c以侧截面图、示意性地示出了在制造过程中的接触销2的组件。该接触销2由触头4、支承套筒6以及支承芯8组成。

[0031] 在将触头2用于高压开关中的情况下，触头2接触接触管10a-b(图2a-b和图3a-b),从而闭合开关触点。该触头4是由耐电弧的或者耐烧损的材料制成，从而触头4或者接触销2不会由在开关过程中出现的电弧损坏。例如，WCu80/20(Cu:20重量％)可以使用作为触头材料。该触头4延伸经过接触销2的整个前方区域，在开关过程中可能在该区域中出现电弧。或者该触头4具有在轴向方向A(移动方向)上的延伸/长度，该延伸/长度确保将在使用过程出现的电弧保持局限于触头4上。

[0032] 直接连接在触头4上地设置管状的支承套筒6并且使其与触头4连接，例如借助电子束焊接。优选可以在浇铸支承芯8的过程中进行触头4与支承套筒6的连接。将支承套筒6设置在使用中不会出现电弧的接触销2的区域中或者将支承套筒6设置在可能出现电弧的区域之外。因此，支承套筒可以由非耐电弧的而是(仅)耐热且耐受热气的材料制成，该热气是在开关过程中由于电弧而产生。特别是可以使用便宜的材料，从而降低接触销2的制造成本。额外地可以将具有较低密度的材料用于支承套筒6，从而降低接触销2的总重量，由此也使得用于接触销2的驱动受到更小的负荷或者可以使用较低功率的低成本的驱动。例如可以将钼、钨或者其他难熔金属或者基于难熔金属的合金用于支承套筒6。另一个替代方案是设计为耐受高温(例如最高约1000℃)的钢。支承套筒6例如可以作为无缝的(成品)管而提供。替代性地可以以简单的方式将平板弯曲和焊接成为管或圆柱体。在将支承套筒6固定或者仅放置在触头4上(图1b)之后，在接下来的步骤中浇铸该支承套筒6，从而在支承套筒6中形成支承芯8。该支承芯8由导电性良好的材料制成，例如铜、铝或者基于铜/铝的相应的合金，比如CuCr1Zr。导电性良好的支承芯8改善了接触销2的导电性。通过将支承芯8浇铸在套筒6中使套筒6、触头4和支承芯8牢固地相互连接。特别是支承芯8经套筒6的敞开的端部(朝向触头4)与触头4直接接触，从而得到了触头4和支承芯8之间传导性很好的连接。在使用软质的芯材料的情况套筒6使支承芯8得到固定或支承。

[0033] 如从图1c中可以看出，支承芯8略微从套筒6的开放的端部上突出，从而确保接触销2可以可靠地装入相应的开关中或者与载体(未示出)连接，优选借助电子束焊接。该支承芯8替代性地与套筒6齐平封闭。

[0034] 图4示出了接触销2’的替代性的设计方案的示意图。只要没有其他说明，以下描述的接触销2’的元件的功能和应用对应于结合图1a-c描述的接触销2。接触销2,2’的相同或相应的元件标有相同或相应的附图标记。

[0035] 与上述接触销2的不同之处在于，图4中示出的接触销2’具有包括凹口9或凹陷或者钻孔的触头4’。在接触销2’的支承套筒6(如上所述地与触头4’连接)的浇铸过程中,凹口9’同样浇铸有支承芯材料，从而支承芯8’延伸到触头4’中。由于支承芯材料或者支承芯8’由良好(热)传导型的材料、例如铜制成，因此通过接触销2’的这种设计改善了触头4’的散热，从而提高了接触销2’的使用寿命。

[0036] 图2a-b示出了在浸渗和后处理之前和之后根据第一种设计方案的接触管10a的示意图。

[0037] 图2a示出了接触管10a的两个初始元件：具有容纳口20(用于容纳上述接触销2)的接触环12和支承管14a。类似于以上关于接触销2的描述，接触环12由耐电弧的材料制成并且设置在使用中可能出现电弧的接触管10a的上方区域。或者接触环具有在轴向方向A上的延伸/长度，该延伸/长度确保将在使用过程出现的电弧保持局限于接触环上。同样地，类似于接触销2的支承套筒6，在接触管10a中，支承管14a设置在接触管10a的使用中不会出现电弧的区域中。

[0038] 为了制造接触管10a,将接触环12和支承管14a轴向地相互对齐或者相互叠放。接触环12和支承管14a例如作为烧结体而提供并随后共同在浸渗过程中浸渗，例如通过铜。通过共同浸渗使接触环12和支承管14a相互连接。在接下来的切削的加工过程中，除去多余的浸渗材料并且使接触管10a获得其最终的形状，例如在图2b中示意性所示。

[0039] 在图2a-b中所示的设计中，支承管14a具有较小的壁厚而具有与接触环12一样的内径。在浸渗和后处理之后，导电层16a保留在支承管14a的外侧上。如从图2b中可以看出，导电层16a在支承管14a的端面切边上延伸，由此使接触管10a可以可靠地与载体(未示出)连接，优选借助电子束焊接。通过浸渗使该层16a与接触环12和支承管14a牢固地连接，由此提供了极其稳定且导电性良好的接触管10a。在内侧暴露的支承管14a确保了接触管10a的内侧受到防止高温涌入和防止热气的保护，如上关于支承套筒6或接触销2的描述。

[0040] 图3a-b示出了在浸渗和后处理之前和之后根据第二种设计方案的接触管10b的示意图。只要没有其他说明，元件、功能以及所使用的材料对应于以上关于图2a-b的描述。

[0041] 与第一种设计方案不同的是，该支承管14b具有与接触环12同样的外径(在更小的壁厚的条件下)。如图2b中可以看出，在浸渗和切削加工之后由此在支承管14b的内侧上提供由浸渗材料组成的导电层16b。在外侧上暴露的支承管14a确保了接触管10a的外侧受到防止高温涌入和防止热气的保护，如上关于支承套筒6或接触销2的描述。

[0042] 以上关于触头4、支承套筒6或支承芯8描述的材料也可以用于接触环12、支承管14a-14b或者电导体16a-b。

[0043] 附图标记列表

[0044] 2，2'  接触销/针

[0045] 4，4'  触头

[0046] 6      支承套筒

[0047] 8，8'  支承芯

[0048] 9      凹口

[0049] 10a-b  接触管

[0050] 12     接触环

[0051] 14a-b  支承管

[0052] 16a-b  电导体/浸渗材料

[0053] 20     容纳口

[0054] A      接触销的轴/接触管的轴