DE19902499C2 - Verfahren zum Herstellen einer Kontaktanordnung für eine Vakuumschaltröhre - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Herstellen einer Kontaktanordnung, umfassend einen Kontaktträger und ein mit diesem verbundenes Kontaktstück als Hubleiter oder Festleiter für eine Vakuumschaltröhre, wobei der Kontaktträger aus Kupfer und das Kontaktstück aus einem abbrandfesten elektrisch leitfähigen Material, enthaltend Kupfer und mindestens eine Metallkomponente mit einem Schmelzpunkt oberhalb 1400°C besteht und für das Kontaktstück ein Rohling aus einer gesinterten Metallmatrix, deren Schmelzpunkt oberhalb 1400°C liegt, verwendet wird und der Rohling in eine Gießform eingebracht wird.

Kontaktanordnungen in Gestalt von Hubleitern und Festleitern für eine Vakuumschaltröhre mit einem Kontaktträger aus elektrisch gut leitendem Material, wie Kupfer, und einem Kontaktstück aus abbrandfestem Material, das elektrisch etwas weniger gut leitend ist als der Kontaktträger, wobei eine Metallkomponente Kupfer und mindestens eine Metallkomponente mit einem Schmelzpunkt oberhalb 1400°C vorhanden ist, beispielsweise Kupfer-Chrom, sind bekannt, wozu beispielsweise auf die DE 195 34 398 A1, DE 44 47 391 C1 und DE 196 32 573 A1 verwiesen wird.

Bei einer bekannten Herstellungsweise werden der Kontaktträger und das Kontaktstück separat gefertigt und nachfolgend vereinigt, beispielsweise durch Verlöten unter Zwischenlage einer Lötscheibe oder Lötfolie. Die hierbei entstehenden Verbindungsstellen bewirken eine zusätzliche Strom- bzw. Wärmeübergangsstelle, des weiteren kann es zu Benetzungsfehlstellen im Verbindungsbereich kommen, die ebenfalls zu einem erhöhten Übergangswiderstand führen. Das Auftragen der Lötscheibe oder Lötfolie und richtige Plazieren derselben für den Lötvorgang, um ein Verrutschen der miteinander zu verbindenden Teile zu vermeiden, ist mit erhöhtem Aufwand insbesondere bei hängender Position des Kontaktstückes während des Lötvorganges verbunden.

Eine bekannte Herstellungsweise der Kontaktstücke wird beispielsweise wie in der DE 44 47 391 beschrieben, wobei für den Kontaktwerkstoff des Kontaktstückes eine gesinterte Metallmatrix hergestellt wird, deren Hauptkomponente aus Wolfram, Molybdän, Chrom, Nickel oder Eisen besteht, und die dann anschließend mit einer Tränksubstanz aus einem gut elektrisch leitenden Material, wie Kupfer, Silber oder deren Legierungen, getränkt wird, wobei das Tränken in einem Hochvakuumofen stattfindet. Die so gefertigten Kontaktstücke oder Kontaktwerkstoffe werden dann anschließend durch Verbinden mit einem Kontaktträger zu der jeweils gewünschten Kontaktanordnung weiterverarbeitet. Hierfür ist meistens eine Bearbeitung des Kontaktstückes bzw. Kontaktträgers für die gegenseitige formschlüssige Aufnahme erforderlich, des weiteren ist es in vielen Fällen erforderlich, daß der das Kontaktstück aufnehmende Kontaktträger aus einem gasarmen Kupfer oder Kupferlegierung, wie OFHC-Kupfer, gefertigt werden muß.

Des weiteren ist die Herstellung von Kontaktwerkstoffen für Kontaktstücke für Kontaktanordnungen von Vakuumschaltern, enthaltend eine gesinterte Metallmatrix, die anschließend mit einer Tränksubstanz aus Kupfer, Silber oder deren Legierungen getränkt wird, beispielsweise in der DE-OS 22 54 623, DE-OS 22 40 493 und DE 23 57 333 A1 beschrieben.

Aus der DE 196 32 573 A1 ist bereits ein Verfahren zum Herstellen einer Kontaktanordnung, umfassend einen Kontaktträger und ein Kontaktstück in einstückiger Weise, beschrieben, wobei zuerst ein Kontaktträger aus elektrisch gut leitendem Material, wie zum Beispiel Kupfer, hergestellt wird, und der Kontaktträger anschließend unter Vakuum in dem Bereich, in dem das Kontaktstück anschließen soll, mittels einer Wärmequelle aufgeschmolzen wird und in diese Kupferschmelze ein Pulver aus einem elektrisch weniger gut leitendem Material, zum Beispiel aus Chrom, eingegeben wird und danach die so hergestellte Kontaktanordnung abgekühlt wird. Bei dieser Art der Herstellung des Kontaktstückbereiches an dem Kontaktträger ist die Herstellung einer gleichmäßigen homogenen Durchdringung des das Kontaktstück bildenden Materials mit dem aufgeschmolzenen Kupfer des Kontaktträgers problematisch. Auch das Herstellen gleichmäßiger Schichten ist schwierig.

Aus der US 5697 150 A ist ein Verfahren zum Vereinigen eines Kontaktstückes mit einem Kontaktträger zu einer Kontaktanordnung bekannt geworden, bei dem ein poröser Sinterkörper aus hochschmelzenden Metallen für das Kontaktstück und ein Kontaktträger aus elektrisch gut leitfähigem Metall in eine Gießform eingebracht werden und die Gießform bis zum Schmelzen des elektrisch gut leitfähigen Metalls erhitzt wird, so daß das geschmolzene Metall in den porösen Sinterkörper infiltrieren kann und der Kontaktträger und das Kontaktstück sich verbinden.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein preiswertes und wirtschaftliches Verfahren zum Herstellen einer Kontaktanordnung aus einem Kontaktträger aus Kupfer, insbesondere auch aus preiswertem Elektrolytkupfer und einem abbrandfesten Kontaktstück zu schaffen, bei dem nur noch eine geringfügige Nachbearbeitung erforderlich ist und definierte Verhältnisse bezüglich der Schichtdicke und Gleichmäßigkeit des Kontaktstückes und dessen Form möglich sind und ein homogener gleichmäßiger Übergang und Verbindung vom Kontaktstück zum Kontaktträger erzeugt wird.

Die Erfindung löst die gestellte Aufgabe bei einem gattungsgemäßen Verfahren gemäß Patentanspruch 1 dadurch, daß
der Rohling für das Kontaktstück in eine der Form der Kontaktanordnung aus Kontaktstück und Kontaktträger, wie einem Hubleiter oder Festleiter, entsprechende Gießform eingebracht wird,
dann die Gießform mit Kupferpulver aufgefüllt wird und
im Vakuum auf die Schmelztemperatur des Kupferpulvers erhitzt wird, wobei ein Teil des schmelzflüssigen Kupfers in den Rohling infiltriert und der verbleibende Teil des schmelzflüssigen Kupfers den Kontaktträger der Kontaktanordnung, wie eines Hubleiters oder Festleiters, ausbildet,
und die so gebildete einstückige Kontaktanordnung beispielsweise in der Gestalt eines Hubleiters oder Festleiters nach dem Abkühlen und Erstarren aus der Gießform entnommen wird.

Die Erfindung ermöglicht die Herstellung der Kontaktanordnung in zwei Hauptschritten, wobei in einem ersten Schritt die Herstellung eines Rohlings nur für das Kontaktstück in Gestalt einer gesinterten Metallmatrix erfolgt. Der Rohling ist porös. In dem zweiten erfindungsgemäßen Verfahrensschritt wird die Herstellung des Kontaktträgers und seiner Form zugleich mit der Tränkung der gesinterten Metallmatrix des Kontaktstückes in einem Verfahrensschritt durchgeführt, so daß eine einstückige integrierte Kontaktanordnung aus Kontaktträger und Kontaktstück entsteht. Zugleich mit der Herstellung des Kontaktträgers wird der Rohling zu dem Kontaktstück komplettiert und des weiteren zugleich der Verbund von Kontaktstück und Kontaktträger erzeugt und die einstückige Kontaktanordnung erhalten. Diese integrierte Kontaktanordnung, die die Form eines Hubleiters oder eines Festleiters bzw. jede gewünschte Form eines Leiters aufweisen kann, kann ohne umfangreiche Nacharbeit zum Beispiel in eine Vakuumschaltröhre eingebaut werden. Die Nacharbeit beschränkt sich im wesentlichen auf eine Nacharbeit und Paßarbeit im Bereich der Oberflächen der Kontaktstücke.

Das erfindungsgemäße Verfahren hat den Vorteil, daß ein Lotmaterial und auch der Vorgang des Verbindens von separat hergestelltem Kontaktstück mit einem separat hergerstellten Kontaktträger entfällt. Darüber hinaus ist die Herstellung des Kontaktträgers als fertiger Gießling wesentlich preiswerter als die Herstellung aus einem Rohgießling, der nachträglich bearbeitet werden muß, wie durch Drehen und zusätzlich aufwendige Reinigung. Das erfindungsgemäße Verfahren ermöglicht eine absolut vollflächige Verbindung des Kontaktträgers mit dem Kontaktstück über die einheitliche Kupferschmelze. Darüber hinaus kann das erfindungsgemäße Verfahren mit preiswertem Elektrolytkupfer für die Herstellung der Kontaktanordnung durchgeführt werden.

Vorteilhafte Weiterbildungen des erfindungsgemäßen Verfahrens sind den kennzeichnenden Merkmalen der Unteransprüche entnehmbar. Für das erfindungsgemäße Verfahren wird bevorzugt ein Rohling eingesetzt, der das spätere Kontaktstück an der Kontaktanordnung bildet, der aus einem Metallpulver oder - pulvermischung, enthaltend Chrom, Eisen, Kobalt, Wolfram, Wolframcarbid, Molybdän, Nickel, Zirkon und/oder Titan, hergestellt wird, wobei das Metallpulver zuerst zu einem Formkörper kalt verpreßt wird und danach der Formkörper durch Zufuhr von Wärme zu dem Rohling gesintert wird, d. h. die Metallmatrix hergestellt wird.

Die Erfindung wird nachfolgend anhand der Zeichnung beispielhaft erläutert. Es zeigen

Fig. 1a einen Hubleiter für eine Vakuumschaltröhre schematisch im Längsschnitt

Fig. 1b einen Festleiter für eine Vakuumschaltröhre schematisch im Längsschnitt

Fig. 2 einen Rohling für das Kontaktstück nach Fig. 1a, 1b

Fig. 3 einen schematischen Schnitt durch eine Gießform für einen Festleiter gemäß Fig. 1b.

Die in der Fig. 1a und 1b dargestellten Kontaktanordnungen sind in Gestalt des Hubleiters 1 bzw. des Festleiters 2 für den Einsatz in einer Vakuumschaltröhre ausgebildet und sind mit ihrem Kontaktstücken 11, 21 einander zugewandt dargestellt, wie sie auch in einer Vakuumschaltröhre einander zugeordnet sind. Jede Kontaktanordnung weist einen Kontaktträger 10 bzw. 20 für die die Kontaktfläche bildenden Kontaktstücke 11 bzw. 21 auf. Die Kontaktträger 10 bzw. 20 der Kontaktanordnungen 1 bzw. 2 sind entsprechend ihrer Funktion und Anordnung in einer Vakuumschaltröhre gestaltet. Die Kontakträger 10, 20 der Kontaktanordnung 1, 2 sind aus einem gut leitenden elektrischen Material, vorzugsweise Kupfer, bevorzugt Elektrolytkupfer, hergestellt.

Die Kontaktstücke 11, 21 sind weniger gut elektrisch leitend als die Kontaktträgerbereiche 10, 20 ausgebildet, da sie als schaltende Oberflächenschicht entsprechende Anforderungen nach hohem Stromschaltvermögen, guter dielektrischer Festigkeit, hoher Lebensdauer und niedrigem Abbrand sowie ausreichend geringen Schweißkräften erfüllen müssen. Die Kontaktstücke umfassen daher eine gesinterte Metallmatrix beispielsweise auf Chrombasis, die integral mit dem Material der Kontaktträgerbereiche 10, 20 durchtränkt ist. Auf diese Weise entstehen einstückige Kontaktanordnungen 1, 2 mit einem integrierten Kontaktstückbereich 11, 21.

Die Herstellung der integrierten einstückigen Kontaktanordnung erfolgt in der Weise, daß zuerst ein Rohling 21a, siehe Fig. 2, aus einer gesinterten Metallmatrix, beispielsweise auf Basis Chrom oder Eisen, Kobalt, Wolfram, Wolframcarbid oder Molybdän oder Kombinationen solcher Metalle, in bekannter Weise hergestellt wird. Hierbei wird ein poröser Körper aus hochschmelzenden Metallen erhalten. Ein solcher Rohling 21a aus einer gesinterten Metallmatrix, beispielsweise Chrom, wird dann, siehe Fig. 3, in die mehrteilige Gießform 3, die die äußere Kontur einer Kontaktanordnung, hier der Kontaktanordnung 2 gemäß Fig. 1b, aufweist, eingelegt. Dann wird die Gießform, d. h. der verbleibende Hohlraum mit Kupferpulver 4 aufgefüllt. Danach wird die Gießform in einem Hochvakuumofen auf Schmelztemperatur des Kupferpulvers erhitzt, wobei das geschmolzene Kupferpulver zum einen in das Metallgerüst des Rohlings 21a infiltriert und im übrigen den Gießhohlraum ausfüllt. Nach dem Erstarren der Kupferschmelze kann die so hergestellte nunmehr einstückige Kontaktanordnung mit Kontaktträgerbereich 20 und Kontaktstückbereich 21, siehe Fig. 1b, aus der Gießform entnommen werden. Es sind nur noch geringe Nacharbeiten vorzugsweise im Bereich der Oberfläche des Kontaktstückes 21 erforderlich.

Es ist auch möglich, daß nach dem Einsetzen des Rohlings 21a für die Tränkung des Kontaktstückbereiches von Kontaktstückbereich und Kontaktträger unterschiedlich zusammengesetzte elektrisch leitende Metallpulver aufgestreut werden, zum Beispiel eine Kupfersilber-Pulverschicht aufgestreut wird, die ausreicht, um nach dem Anschmelzen den Rohling 21a zu infiltrieren und erst hierauf für die Ausbildung des übrigen Bereiches des Kontaktträgers die Gießform mit Kupferpulver aufgefüllt wird.

Claims (2)

1. Verfahren zum Herstellen einer Kontaktanordnung, umfassend einen Kontaktträger (10, 20) und ein mit diesem verbundenes Kontaktstück (11, 21), als Hubleiter (1) oder Festleiter (2) für eine Vakuumschaltröhre, wobei der Kontaktträger aus Kupfer und das Kontaktstück aus einem abbrandfesten elektrisch leitfähigen Material, enthaltend Kupfer und mindestens eine Metallkomponente mit einem Schmelzpunkt oberhalb 1400°C, besteht,
und für das Kontaktstück (11, 21) ein Rohling (21a) aus einer gesinterten Metallmatrix, deren Schmelzpunkt oberhalb 1400°C liegt, verwendet wird, und der Rohling in eine Gießform eingebracht wird,
dadurch gekennzeichnet, daß dieser Rohling (21a)in eine der Form der Kontaktanordnung aus Kontaktstück (11, 21) und Kontaktträger (10, 20), wie einem Hubleiter (1) oder Festleiter (2) entsprechende Gießform (3) eingebracht wird, und
dann die Gießform (3) mit Kupferpulver (4) aufgefüllt wird und
im Vakuum auf die Schmelztemperatur des Kupferpulvers erhitzt wird, wobei ein Teil des schmelzflüssigen Kupfers in den Rohling infiltriert und der verbleibende Teil des schmelzflüssigen Kupfers den Kontaktträger (10, 20) der Kontaktanordnung, wie eines Hubleiters (1) oder Festleiters (2) ausbildet,
und die so gebildete einstückige Kontaktanordnung 10, 11 bzw. 20, 21) beispielsweise in der Gestalt eines Hubleiters (1) oder Festleiters (2)nach dem Abkühlen und Erstarren aus der Gießform entnommen wird.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Rohling (21a) aus einem Metallpulver oder Metallpulvermischung enthaltend Chrom, Eisen, Kobalt, Wolfram, Wolframcarbid, Molybdän, Nickel, Zirkon und/oder Titan hergestellt wird, die zuerst zu einem Formkörper kalt verpreßt wird und danach der Formkörper durch Zufuhr von Wärme zu dem Rohling gesintert wird.