Spezielle Werkstoffe (VAKURIT) für Vakuumschalter

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Mit dem Namen VAKURIT wird eine Familie gasarmer Kontaktwerkstoffe bezeichnet, die speziell für den Einsatz in Vakuumschaltern entwickelt wurden. Table 1.

Physikalische Eigenschaften der gasarmen Werkstoffe (VAKURIT) für Vakuumschalter

Gasarme Werkstoffe auf der Basis von Refraktärmetallen

Kontaktwerkstoffe aus W/Cu, W/Ag, WC/Ag oder Mo/Cu können in Vakuumschaltern eingesetzt werden, wenn der Summengasgehalt nicht über ca. 150 ppm liegt. Bei den vor allem in Vakuumschützen eingesetzten gasarmen W/Cu (VAKURIT)-Werkstoffen verleiht das hochschmelzende W-Gerüst in Verbindung mit der hochleitfähigen und bereits bei Temperaturen um 2000 °C in merklichem Umfang verdampfenden Cu-Komponente eine hohe Abbrandfestigkeit.

Da nahezu keine gegenseitige Löslichkeit von Wolfram, Wolframkarbid bzw. Molybdän und Kupfer bzw. Silber besteht, erfolgt die Herstellung dieser Werkstoffe auf pulvermetallurgischem Wege durch Pressen und Sintern des W-, WC- oder Mo-Pulvers und anschließendem Tränken mit gasarmem Cu oder Ag. Der Anteil der refraktären Komponente liegt meist zwischen 60-85 Massen-%. (Figure 1 und Figure 2).

Durch Zusätze von ca. 1 Massen-% Sb kann das Abreißstromverhalten, d.h. der mehr oder weniger abrupte Stromabriss (current chopping) kurz vor dem natürlichen Stromnulldurchgang, von W/Cu (VAKURIT)-Werkstoffen verbessert werden. (Table 2). Die in Vakuum-Schützen eingesetzten Kontaktstücke haben üblicherweise die Form von Scheiben oder Ronden. Diese werden unter Vakuum auf Kontaktträger aus Kupfer aufgelötet. (Table 3).

Gasarme Werkstoffe auf Kupfer-Chrom-Basis

Als Kontaktmaterial für Vakuum-Leistungsschalter der Mittelspannungstechnik haben sich gasarme Werkstoffe auf Cu/Cr-Basis durchgesetzt. Üblich sind Cr- Gehalte zwischen 25-55 Massen-% (Figure 3 und Figure 4). Bei der pulvermetallurgischen Herstellung der Cu/Cr (VAKURIT)-Werkstoffe nach der Sintertechnik wird die Mischung aus Chrom und Kupferpulver z.B. zu einer Scheibe gepresst, unter reduzierendem Schutzgas oder im Vakuum unterhalb der Schmelztemperatur des Kupfers gesintert und kalt oder warm nachgepresst. Je nach Zusammensetzung verbinden die Cu/Cr (VAKURIT)-Werkstoffe eine relativ gute elektrische und thermische Leitfähigkeit mit hoher dielektrischer Festigkeit, geringem Abbrand und hoher Verschweißresistenz sowie bei Verwendung in Leistungsschaltern mit günstigen Werten für den Abreißstrom. Diese vorteilhaften Eigenschaften ergeben sich aus dem Zusammenwirken der beiden Komponenten Kupfer und Chrom (Table 2).

Die Schalteigenschaften der Cu/Cr (VAKURIT)-Werkstoffe werden u.a. von der Reinheit des eingesetzten Cr-Pulvers bzw. von Art und Menge der im Cr-Pulver vorhandenen Verunreinigungen bestimmt. Daneben spielen auch die Korngröße und die Korngrößenverteilung des Cr-Pulvers eine wichtige Rolle. Die Summengasgehalte können wegen der hohen Getteraktivität des Chroms mit bis etwa 650 ppm deutlich höher liegen als bei Werkstoffen auf Refraktärbasis. Neben der wirtschaftlichen Sintertechnik werden für die Herstellung von Cu/Cr-Kontaktwerkstoffen noch das Tränkverfahren und das Vakuumlichtbogenschmelzen verwendet. Cu/Cr-Werkstoffe werden in Form von Ringen oder Scheiben, die zur Beeinflussung des Lichtbogenlaufs häufig mit Schlitzen versehen sind, vor allem in Vakuum-Leistungsschaltern im Bereich der Mittelspannung eingesetzt (Table 3). Auch in Schützen und Leistungsschaltern der Niederspannungs-Energietechnik finden Ronden aus Cu/Cr-Werkstoffen vermehrt Anwendung.


Figure 1 Gefüge von W/Cu 30Sb1-gasarm

Figure 2 Gefüge von WC/Ag 50/50 -gasarm

Figure 3 Gefüge von Cu/Cr 75/25 -gasarm

Figure 4 Gefüge von Cu/Cr 50/50 -gasarm


Figure 1: Gefüge von W/Cu 30Sb1-gasarm
Figure 2: Gefüge von WC/Ag 50/50 -gasarm
Figure 3: Gefüge von Cu/Cr 75/25 -gasarm
Figure 4: Gefüge von Cu/Cr 50/50 -gasarm


Table 2: Kontakt- und Schalteigenschaften der VAKURIT-Werkstoffe
Werkstoff/DODUCO-Bezeichnung Eigenschaften
W/Cu 80/20 - gasarm
VAKURIT W/Cu20
Hohe Sicherheit gegen Verschweißungen,

niedriger Kontaktwiderstand,
hohe Schaltstücklebensdauer bei Schützen im AC-4-Betrieb,
niedriger Abreißstrom.

W/Cu30Sb1 - gasarm
VAKURIT W/Cu30Sb1
Ähnliche Eigenschaften wie VAKURIT W/Cu 20,
etwas günstigeres Abreißstromverhalten als VAKURIT W/Cu 20.
WC/Ag 60/40 - gasarm
VAKURIT WC/Ag40
Besonders niedriger Abreißstrom
Cu/Cr 75/25-50/50 - gasarm
VAKURIT Cu/Cr25-50
Hohe Sicherheit gegen Verschweißungen im Kurzschlussfall,
niedriger Kontaktwiderstand, hohe Abbrandfestigkeit,
hohes Ausschaltvermögen.


Table 3: Anwendungsbeispiele und Lieferformen der VAKURIT-Werkstoffe

Werkstoff

Anwendungsbeispiele

Lieferformen

W/Cu 80/20 - gasarm

VAKURIT W/Cu 20

W/Cu 30Sb1 - gasarm

VAKURIT W/Cu30Sb1

WC/Ag 60/40 - gasarm

VAKURIT WC/Ag 40

Vakuum-Schütze

Vakuum-Lastschalter

Kontaktscheiben, Gelötete Kontaktteile

Cu/Cr 75/25 - gasarm

VAKURIT Cu/Cr 25

Cu/Cr 60/40 - gasarm

VAKURIT Cu/Cr 40

Cu/Cr 50/50 - gasarm

VAKURIT Cu/Cr 50

Vakuum-Leistungsschalter

Vakuum-Schütze

Kontaktscheiben

Kontaktringe

Kontaktformteile

Referenzen

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