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Title:
PRODUCTION PROCESS FOR A CONTACT ELEMENT FOR VACUUM SWITCHES, CONTACT ELEMENT AND VACUUM SWITCH
Document Type and Number:
WIPO Patent Application WO/2023/046562
Kind Code:
A1
Abstract:
The present invention relates to a process for producing a contact element (10, 20) for a vacuum switch (100). In this process, a first powder-like mixture (32), comprising particles of the first conductive material and particles of the second conductive material, or a first pre-pressed, disc-shaped green body consisting of a composite of at least the first conductive material and the second conductive material, is introduced into a pressing die (210, 240). An inner pressing stamp (220) is introduced into the die and a second powder (31, 31A) of the first conductive material or a second powder-like mixture comprising particles of the first conductive material or a second pre-pressed green body comprising the first conductive material is introduced into an intermediate space between the die and the inner pressing stamp. An outer pressing stamp (230) is introduced into the intermediate space between the die and the inner pressing stamp. Pressing pressure (A, B) is exerted on the outer and inner pressing stamps, in such a way that a disc-shaped region forming a contact disc (12, 22) of the contact element (10) is created from the first powder-like mixture (32) or the first green body, and a region forming a contact body (11, 21) or contact carrier of the contact element is created from the second powder (31, 31A) or the second powder-like mixture or the second green body.

Inventors:
BÖDINGER HERMANN (DE)
GRASKOWSKI FRANK (DE)
ISENBERG ECKEHARD (DE)
SCHUH CARSTEN (DE)
WÜSTENBERG KIRA BERDIEN (DE)
ZIEFLE ALEXANDER (DE)
Application Number:
PCT/EP2022/075611
Publication Date:
March 30, 2023
Filing Date:
September 15, 2022
Export Citation:
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Assignee:
SIEMENS AG (DE)
International Classes:
H01H11/04
Domestic Patent References:
WO2014202390A12014-12-24
Foreign References:
DE19612143A11997-10-02
US4325734A1982-04-20
DE102019216869A12021-05-06
DE102017214805A12019-02-28
DE3302595A11984-08-02
DE19513790A11995-10-19
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Claims:
Patentansprüche

1. Verfahren zur Herstellung eines Kontaktelements (10, 20) für einen Vakuumschalter (100) , mit folgenden Schritten:

- Einbringen einer ersten pulverartigen Mischung (32) aufweisend Partikel eines ersten leitfähigen Materials und Partikel eines zweiten leitfähigen Materials oder eines ersten vorgepressten, scheibenförmigen Grünkörpers bestehend aus einem Verbund aus zumindest einem ersten und einem zweiten leitfähigen Material in eine Press-Matrize (210, 240) ;

- Einbringen eines inneren Pressstempels (220) in die Matrize (210) ;

- Einfüllen eines zweiten Pulvers (31, 31A) des ersten leitfähigen Materials oder einer zweiten pulverartigen Mischung aufweisend Partikel des ersten leitfähigen Materials oder eines zweiten vorgepressten Grünkörpers aufweisend das erste leitfähige Material in einen Zwischenraum zwischen Matrize (210) und innerem Pressstempel (220) ;

- Einbringen eines äußeren Pressstempels (230) in den Zwischenraum zwischen Matrize (210) und innerem Presstempel (220) ; und

- Ausüben von Pressdruck (A, B) auf den äußeren Presstempel und auf den inneren Presstempel so, dass aus der ersten pulverartigen Mischung (32) oder dem ersten Grünkörper ein scheibenförmiger, eine Kontaktscheibe (12, 22) des Kontaktelements (10) bildender Bereich entsteht und aus dem zweiten Pulver (31, 31A) oder der zweiten pulverartigen Mischung oder dem zweiten Grünkörper ein einen Kontaktkörper (11, 21) des Kontaktelements bildender Bereich entsteht.

2. Verfahren nach Anspruch 1, bei dem zusätzlich eine elektrische Spannung an die Pressstempel (220, 230) und die Matrize (210, 240) angelegt wird.

3. Verfahren nach Anspruch 2, bei dem Spannungseinspeisepunkte sowie die jeweils eingespeisten elektrischen Leistungen so gewählt werden, dass die durch die Pulver (31, 32) oder Grün- körper fließenden elektrischen Ströme annähernd gleichverteilt sind.

4. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, bei dem die Matrize und/oder die Pressstempel vor dem in Kontakt bringen mit einem der Pulver oder Grünkörper mit einem Trennmittel versehen werden.

5. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, bei dem das erste Pulver (32) eine Mischung aus Kupferpartikeln und Chrompartikeln ist.

6. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, bei dem nach Verpressung und Sinterung der Pulver (31, 32) und/oder Grünkörper eine Mehrzahl von über den Umfang verteilten, schräg liegenden Schlitzen (13, 23) in das Kontaktelement (10, 20) oder den dessen Kontaktkörper (11, 21) bildenden Bereich so eingebracht werden, dass bei einem Stromfluss ein Magnetfeld erzeugt werden kann, das eine Bewegung eines entstehenden Lichtbogens auf einer vorgegebenen Bahn und/oder eine großflächige Ausbreitung des Lichtbogens bewirkt.

7. Kontaktelement (10, 20) für einen Vakuumschalter (100) erzeugt durch oder erzeugbar durch das Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, mit einem Kontaktkörper (11, 21) bestehend aus einem ersten leitfähigen Material oder einem Verbundwerkstoff, welcher ein erstes leitfähiges Material aufweist, und einer Kontaktscheibe (12, 22) bestehend aus einem Verbundwerkstoff, welcher neben dem ersten leitfähigen Material mindestens ein zweites leitfähiges Material aufweist .

8. Kontaktelement nach Anspruch 7, bei dem das erste leitfähige Material Kupfer ist.

9. Kontaktelement nach einem der Ansprüche 7 oder 8, bei dem das zweite leitfähige Material Chrom ist. 16

10. Kontaktelement nach Anspruch 9, bei dem der Verbundwerkstoff CuCr25 oder CuCr30 oder CuCr35 ist.

11. Vakuumschalter (100) mit einer Vakuumkammer (130) , inner- halb derer zwei Kontaktelemente (10, 20) angeordnet sind, wobei mindestens eines der Kontaktelemente (10, 20) ein Kontaktelement nach einem der Ansprüche 7 bis 10 ist.

Description:
Beschreibung

Herstellungsverfahren für ein Kontaktelement für Vakuumschalter, Kontaktelement sowie Vakuumschalter

Die vorliegende Erfindung betri f ft ein neuartiges Herstellungsverfahren für ein Kontaktelement für Vakuumschalter, ein gemäß des Verfahren erzeugtes oder erzeugbares Kontaktelement sowie einen Vakuumschalter mit einem derartigen Kontaktelement .

In Vakuumschaltern bzw . Vakuumschaltröhren für den Nieder- , Mittel- und Hochspannungsbereich werden insbesondere zum Ausschalten von Strömen größer einiger Kiloampere sogenannte Radial- oder Axialmagnetfeld-Kontakte (RMF- bzw . AMF- Kontakte ) eingesetzt . Aufbau, Funktion und Wirkprinzipien solcher Kontaktelemente in herkömmlicher Bauweise sind beispielsweise in der im Jahr 2003 veröf fentlichten Dissertationsschri ft "Modellierung des Plasmas im Vakuum- Leistungsschalter unter Berücksichtigung axialer Magnetfelder" von K . Jenkes-Botterweck, online verfügbar unter http : / /publications . rwth-aachen , de/ record/ 58842 , umfassend beschrieben .

Weit verbreitete Bauformen sind der Spiral- und der Topfkontakt . Beim Spiralkontakt , beispielsweise of fenbart in DE102019216869A1 und in DE10201721 805A1 , wird das erforderliche Magnetfeld durch die geometrische Gestaltung der Kontaktscheibe selbst erzeugt , bei anderen Kontakt formen, insbesondere beim ebenfalls beispielsweise aus der DE102017214805A1 bekannten Topfkontakt , wird das Magnetfeld durch einen zusätzlichen Spulenkörper geformt , auf welchen die Kontaktscheibe aufgesetzt ist .

Dabei werden die Spulenkörper vorzugsweise aus Kupfer- Stangenmaterial oder aus vorgeformten Kupfer-Presslingen gefertigt . Die Magnetfelderzeugung durch den häufig als Hohl- Zylinder ausgeführten Spulenkörper wird durch eine entsprechende Schiit zgebung erreicht . Speziell bei AMF-Kontakten sind auch die Kontaktscheiben häufig mit Schlitzen versehen, um eine Reduzierung von Wirbelströmen zu erreichen . Die Schlitze beider Teile müssen bei der Montage zueinander ausgerichtet werden .

Kontaktscheibe und Kontaktträger herkömmlicher Kontaktelemente werden also in verschiedenen Arbeitsschritten und aus verschiedenen Materialien gefertigt , um die j eweils gewünschten Eigenschaften zu erreichen . Beim Kontaktträger ist dies insbesondere eine hohe Leitfähigkeit , bei der Kontaktscheibe ist eine wesentliche Eigenschaft die Widerstands fähigkeit gegenüber dem Abbrand, der durch Lichtbogenereignisse beim Schalten entsteht .

In einem anschließenden Fertigungsschritt werden Kontaktscheibe und Kontaktträger mittels eines stof f schlüssigen Prozesses miteinander verbunden, beispielsweise durch Hartlöten . Dieser Fertigungsschritt zerfällt in der Praxis in mehrere einzelne Schritte und verursacht einen erheblichen Aufwand und erhebliche Kosten, da die Qualität der Verbindung zwischen Kontaktscheibe und Kontaktträger die Schaltperformance der Vakuumschaltröhre maßgeblich beeinflusst . Die aus diesem Grund erforderliche Beurteilung bzw . Qualitätskontrolle der Verbindung zwischen Kontaktscheibe und Kontaktträger ist zudem nur mit erheblichem Aufwand möglich .

Aus der DE 33 02 595 Al ist ein Kontaktträger bekannt , bei dem ein in Schraubenlinienform gewundener bzw . mit schraubenlinienförmigen Ausnehmungen versehener Körper aus einem ersten Werkstof f geringerer elektrischer Leitfähigkeit mit einem zweiten Werkstof f höherer Leitfähigkeit und geringerer Schmel z- und Gießtemperatur ausgegossen ist , wobei insbesondere die Räume zwischen den Schraubenwindungen bzw . die Ausnehmungen vergossen sind . Der aus dem ersten Werkstof f gefertigte Körper stellt dabei einen Teil der Gieß form für den zweiten Werkstof f dar . Auf den Kontaktträger wird sodann an der kontaktgebenden Stirnseite , wie vorstehend bereits erläutert , eine Kontaktscheibe aufgelötet .

Aus der DE 195 13 790 Al ist ein Kontaktelement bekannt , bei dem ein Bogenelektrodenteil , ein Bogenelektrode-Halteteil , ein Spulenelektrodenteil und ein Elektrodenstab ( Stromzuführungsteil ) so ausgebildet sind, dass sie eine integrale Struktur bilden . Dabei wird mindestens einer der Verbindungsbereiche zwischen dem Bogenelektrodenteil und dem Bogenelektrode-Halteteil , dem Spulenelektrodenteil und dem Stromzuführteil integral gemäß einer heißisostatischen Pressverarbeitung (HIP ) hergestellt . Nachteilig an dem in der DE 195 13 790 Al beschriebenen Verfahren ist , dass es mehrere einzelne Schritte benötigt .

Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es daher, ein verbessertes Herstellungsverfahren für ein Kontaktelement sowie ein Kontaktelement anzugeben, wodurch die beschriebenen Nachteile vermieden werden .

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß gelöst durch ein Herstellungsverfahren, bei dem eine erste pulverartige Mischung aufweisend Partikel des ersten leitfähigen Materials und Partikel des zweiten leitfähigen Materials oder ein erster vorgepresster, scheibenförmiger Grünkörper bestehend aus einem Verbund aus zumindest dem ersten und dem zweiten leitfähigen Material in eine Press-Matri ze eingebracht wird . In die Matri ze wird ein innerer Pressstempel eingebracht und in einen Zwischenraum zwischen Matri ze und innerem Pressstempel wird ein zweites Pulver des ersten leitfähigen Materials oder eine zweite pulverartige Mischung aufweisend Partikel des ersten leitfähigen Materials oder ein zweiter vorgepresster Grünkörper aufweisend das erste leitfähige Material eingebracht . In den Zwischenraum zwischen Matri ze und innerem Presstempel wird ein äußerer Pressstempel eingebracht . Es wird Pressdruck auf den äußeren und den inneren Presstempel ausgeübt , und zwar so , dass aus der ersten pulverartigen Mischung oder dem ersten Grünkörper ein scheibenförmiger, die Kontaktscheibe des Kontaktelements bildender Bereich entsteht und aus dem zweiten Pulver oder der zweiten pulverartigen Mischung oder dem zweiten Grünkörper ein den Kontaktkörper bzw . Kontaktträger des Kontaktelements bildender Bereich entsteht .

In einer vorteilhaften Weiterbildung des erfindungsgemäßen Verfahrens wird zusätzlich eine elektrische Spannung an die Pressstempel und die Matri ze angelegt .

In einer vorteilhaften Weiterbildung werden dabei die Spannungseinspeisepunkte sowie die j eweils eingespeisten elektrischen Leistungen so gewählt , dass die durch die Pulver oder Grünkörper fließenden Ströme annähernd gleichverteilt sind .

In einer vorteilhaften Weiterbildung werden die Matri ze und/oder die Pressstempel vor dem in Kontakt bringen mit einem der Pulver oder Grünkörper mit einem Trennmittel versehen, insbesondere mit einer Graphitbeschichtung oder einer Bornitridbeschichtung .

In einer vorteilhaften Weiterbildung ist das erste Pulver eine Mischung aus Kupferpartikeln und Chrompartikeln, insbesondere im Verhältnis CuCr25 oder CuCrS O oder CuCr35 .

In einer vorteilhaften Weiterbildung werden nach Verpressung und Sinterung der Pulver und/oder Grünkörper eine Mehrzahl von über den Umfang verteilten, schräg liegenden Schlitzen in das Kontaktelement oder den den Kontaktkörper bildenden Bereich so eingebracht , dass bei einem Stromfluss ein Magnetfeld erzeugt werden kann, das eine Bewegung eines entstehenden Lichtbogens auf einer vorgegebenen Bahn und/oder eine groß flächige Ausbreitung des Lichtbogens bewirkt .

Die vorliegende Erfindung betri f ft ferner ein Kontaktelement für einen Vakuumschalter erzeugt durch oder erzeugbar durch das vorgenannte Verfahren, mit einem Kontaktkörper bestehend aus einem ersten leitfähigen Material oder einem Verbundwerk- stof f , welcher ein erstes leitfähiges Material aufweist , und einer Kontaktscheibe bestehend aus einem Verbundwerkstof f , insbesondere einem Teilchenverbundwerkstof f , welcher neben dem ersten leitfähigen Material mindestens ein zweites leitfähiges Material aufweist .

Dabei ist das Kontaktelement ein einheitlicher Körper mit mindestens zwei Bereichen mit verschiedener Material zusammensetzung, wobei sich die Material zusammensetzung der beiden Bereiche an den vorstehend erläuterten Anforderungen orientiert : das Material des Bereiches , welcher dem Kontaktträger bzw . dem Kontaktkörper eines herkömmlichen Kontaktelements entspricht , wird so gewählt , dass es eine hohe Leitfähigkeit hat , und das Material des Bereiches , welcher der Kontaktscheibe eines herkömmlichen Kontaktelements entspricht , wird so gewählt , dass es gegenüber dem Abbrand, der durch Lichtbogenereignisse beim Schalten entsteht , widerstands fähig ist .

In vorteilhaften Weiterbildungen der vorliegenden Erfindung ist dabei das erste leitfähige Material Kupfer .

In vorteilhaften Weiterbildungen der vorliegenden Erfindung ist dabei das zweite leitfähige Material Chrom, wobei als ( Teilchen- ) Verbundwerkstof f insbesondere CuCr25 oder CuCr30 oder CuCr35 verwendet wird .

Die vorliegende Erfindung betri f ft ferner einen Vakuumschalter mit einer Vakuumkammer, innerhalb derer zwei Kontaktelemente angeordnet sind, wobei mindestens eines der Kontaktelemente entsprechend der vorliegenden Erfindung ausgebildet ist .

Ein Vorteil der vorliegenden Erfindung besteht darin, dass der Fertigungsaufwand für ein erfindungsgemäßes Kontaktelement gegenüber dem Stand der Technik verringert wird . Insbesondere entfällt die Verlötung der im Stand der Technik verwendeten verschiedenen Teile für Kontaktkörper und Kontaktscheibe sowie die in diesem Zusammenhang erforderlichen vor- bereitenden Schritte . Ferner wird durch die vorliegende Erfindung erreicht , dass die Verbindung zwischen Kontaktkörper und Kontaktscheibe an j eder Stelle ideal ist und nicht durch Lufteinschlüsse , lokal unterschiedliche Lottemperaturen oder mechanisch oder thermisch bedingte vergrößerte Lötspalte oder Oberflächenverunreinigungen usw . Fehlerstellen aufweist , die das Magnetfeld negativ beeinflussen und zu einer Erhöhung des elektrischen Widerstandes der Vakuumschaltröhre führen können .

Im Folgenden werden Aus führungsbeispiele der vorliegenden Erfindung anhand von Zeichnungen näher erläutert . Es sei darauf hingewiesen, dass sämtliche vorstehend und nachfolgend of fenbarten Varianten, Ausgestaltungen und Aus führungsbeispiele uneingeschränkt miteinander kombinierbar sind .

Fig . 1 zeigt einen AMF-Kontakt gemäß eines Aus führungsbeispiels der vorliegenden Erfindung in schematischer Darstellung;

Fig . 2 . zeigt einen RMF-Kontakt gemäß eines weiteren Aus führungsbeispiels der vorliegenden Erfindung in schematischer Darstellung;

Fig . 3 zeigt einen Vakuumschalter gemäß eines Aus führungsbeispiels der vorliegenden Erfindung schematisch in partieller Schnittdarstellung;

Fig . 4A-D illustrieren ein Aus führungsbeispiel des erfindungsgemäßen Herstellungsverfahrens .

Fig . 1 zeigt ein AMF-Kontaktelement 10 für einen Vakuumschalter mit einem Kontaktkörper 11 bestehend aus einem ersten leitfähigen Material oder einem Verbundwerkstof f , welcher ein erstes leitfähiges Material aufweist . Das erste leitfähige Material ist dabei vorzugsweise Kupfer .

Eine Kontaktscheibe 12 bzw . ein Kontaktscheibenbereich ist einstückig an einer Oberfläche des Kontaktkörpers 11 ausgebildet , genauer gesagt an der Oberfläche des Kontaktkörpers , die später die trennbare elektrische Verbindung des Vakuumschalters bilden soll .

Kontaktscheibe 12 besteht aus einem Verbundwerkstof f , insbesondere einem Teilchenverbundwerkstof f , welcher neben dem ersten leitfähigen Material mindestens ein zweites leitfähiges Material aufweist . Das zweite leitfähige Material ist dabei vorzugsweise Chrom oder ein anderes Material , das die Widerstands fähigkeit Verbundwerkstof fes gegenüber Abbrand erhöht .

Das Kontaktelement 10 weist eine Mehrzahl von über den Umfang verteilten, schräg liegenden Schlitzen 13 auf , die so in das Kontaktelement eingebracht sind, dass sie ( gemeinsam mit der Geometrie des entsprechenden Gegenkontakts ) die Ausbildung eines axialen Magnetfeldes und somit eine groß flächige Verteilung eines entstehenden Lichtbogens auf der Kontaktscheibe bewirken .

Fig . 2 zeigt ein RMF-Kontaktelement 20 für einen Vakuumschalter mit einem Kontaktkörper 21 wiederum bestehend aus einem ersten leitfähigen Material oder einem Verbundwerkstof f , welcher ein erstes leitfähiges Material aufweist . Das erste leitfähige Material ist dabei auch hier vorzugsweise Kupfer .

Eine ringförmige Kontaktscheibe 22 bzw . ein ringförmiger Kontaktscheibenbereich ist wiederum einstückig an einer Oberfläche des Kontaktkörpers 21 ausgebildet , genauer gesagt an der Oberfläche des Kontaktkörpers , die später die trennbare elektrische Verbindung des Vakuumschalters bilden soll .

Die ringförmige Kontaktscheibe 22 besteht aus einem Verbundwerkstof f , insbesondere einem Teilchenverbundwerkstof f , welcher neben dem ersten leitfähigen Material mindestens ein zweites leitfähiges Material aufweist . Das zweite leitfähige Material ist auch hier vorzugsweise Chrom oder ein anderes Material , das die Widerstands fähigkeit des Verbundwerkstof fes gegenüber Abbrand erhöht .

Der Kontaktkörper 21 weist eine Mehrzahl von über den Umfang verteilten, schräg liegenden Schlitzen 23 auf , die so in den Kontaktkörper eingebracht sind, dass sie ( gemeinsam mit der Geometrie des entsprechenden Gegenkontakts ) die thermische Belastung der Kontakte durch eine Rotation des Lichtbogens um die Längsachse der Anordnung auf den Kontaktscheiben verteilen .

Fig . 3 zeigt eine Vakuumschaltröhre 100 mit zwei Kontakten 10 , 20 gemäß der vorliegenden Erfindung . Dabei wurden rein beispielhaft zwei RMF-Kontakte 20 gemäß Fig . 2 detailliert dargestellt , deren verschiedene Bereiche 21 , 22 zur besseren Unterscheidbarkeit deutlich verschieden dargestellt sind . In anderen Aus führungsbeispielen werden AMF-Kontakte gemäß Fig . 1 oder andere Kontakt formen, die in Übereinstimmung mit der vorliegenden Erfindung konzipiert sind, verwendet .

Der Vakuumschalter 100 weist eine feststehende Anschlussscheibe bzw . einen feststehenden Anschlussbol zen 110 aus leitfähigem Material , vorzugsweise aus Kupfer, auf . Dieser ist verbunden mit einem feststehenden Kontakt 10 , 20 gemäß der vorliegenden Erfindung . Ein beweglicher Kontakt 10 , 20 gemäß der vorliegenden Erfindung ist planparallel zum feststehenden Kontakt ausgerichtet und wird von einem beweglichen Anschlussbol zen 170 getragen . Durch axiale Bewegung des beweglichen Anschlussbol zens 170 in Richtung des feststehenden Anschlussbol zens 110 wird der Vakuumschalter geschlossen, durch eine Bewegung in umgekehrter Richtung wird der Vakuumschalter geöf fnet . Der bewegliche Anschlussbol zen wird dabei in einer Führung 160 geführt .

Dabei sind die beiden Kontakte 10 , 20 in einer Vakuumkammer 130 angeordnet , die mit einem Schirm 140 ausgekleidet ist und aus einem Körper 120 aus isolierendem Material besteht . Ein Metall faltenbalg 150 dient der Abdichtung der Vakuumkammer 130 gegenüber der Umgebung im Bereich der Durchführung des beweglichen Anschlussbol zens in die Vakuumkammer .

Fig . 4 zeigt anhand des Beispiels eines AMF-Kontakts gemäß Fig . 1 ein bevorzugtes Aus führungsbeispiel des erfindungsgemäßen Herstellungsverfahrens . Das bevorzugte Aus führungsbeispiel nutzt dabei ein feld- und druckunterstütztes Sinterverfahren, besonders bevorzugt das sogenannte Spark-Plasma- Sinterverfahren ( SPS-Verf ahren) .

Allgemein ausgedrückt wird gemäß der vorliegenden Erfindung ein Kontaktelement 10 , 20 hergestellt , indem ein Ausgangspulver oder ein vorgepresster Grünkörper in eine Matri ze eingebracht und über Pressstempel mit einem uniaxial wirkenden Druck beaufschlagt wird . Gleichzeitig wird über die Pressstempel und die Stempel der Matri ze die zu sinternde Probe von elektrischem Strom in einer Art Reihenschaltung durchflossen . Die so erzeugte Joulesche Erwärmung der Probe bzw . der Matri ze führt zu einer sehr schnellen Aufhei zung der Probe und ermöglicht so das ef fi ziente Sintern des Werkstof fs .

Den Ausgangspunkt bildet , Fig . 4A, eine Mischung 32 aus Partikeln eines ersten und eines zweiten Materials , vorzugsweise Kupfer und Chrom, weiter vorzugsweise gemäß einer der bereits erwähnten Mischungen von Kupfer und Chrom mit einem Chromanteil von 25% oder 30% oder 35% . Diese wird in die Press- Matri ze bestehend aus einer Hülse 210 und einem unteren Stempel 240 gegeben . Anstelle des Pulvers kann auch ein scheibenförmiger vorgepresster Grünkörper in die Matri ze eingelegt werden . Dieses flächig verteilte Material 32 bzw . der scheibenförmige Grünkörper bilden später den Kontaktscheibenbereich 12 , 22 des Kontakteelements 10 , 20 .

Anschließend wird ein innerer Pressstempel 220 in Form eines Zylinders eingeführt , der einen geringeren Außendurchmesser im Vergleich zum Innendurchmesser der Hülse 210 der Press- Matri ze aufweist . In den entstehenden Spalt bzw . Freiraum zwischen dem inneren Pressstempel 220 und der Hülse 210 der Matri ze wird nun Pulver 31 des ersten Materials , vorzugsweise also Kupferpulver, eingefüllt . Alternativ dazu kann auch hier ein hohl zylinderförmiger vorgepresster Grünkörper oder ein vorbearbeiteter Zylinderrohling eingelegt werden . Dieses Pulver 31 bzw . der hohl zylinderförmige Grünkörper bilden später den Kontaktkörperbereich 11 , 21 des Kontaktelements 10 , 20 .

Anschließend wird, Fig . 4B, ein äußerer Pressstempel 230 in Form eines Rohrabschnitts bzw . Hohl zylinders eingeführt , der genau in den Spalt bzw . Freiraum zwischen dem inneren Pressstempel 220 und der Hülse 210 passt , und ein Pressdruck A ausgeübt . Vorzugsweise wird gleichzeitig eine Spannung an die Presswerkzeuge angelegt , um die weiter oben beschriebene gezielte Erwärmung zu bewirken .

Die Form des äußeren Pressstempels 230 ist dabei vorzugsweise so gewählt , dass bei Ausübung eines Pressdrucks A zunächst das höher geschichtete Pulver 31 gepresst wird, bevor der Pressdruck A ggf . erhöht wird und auch als Pressdruck B auf den inneren Presstempel wirkt , Fig . 4D, so dass der Pressdruck und der elektrische Strom möglichst gleichverteilt über der gesamten Fläche beider Presstempel 220 , 230 anliegen .

In Ausgestaltungen der Erfindung kann die Pressung bzw . Sinterung in zwei Schritten erfolgen, indem anschließend an einen ersten, in Fig . 4B gezeigten Pressschritt der äußere Pressstempel 230 entfernt , in den Spalt bzw . Freiraum zwischen dem inneren Pressstempel 220 und der Hülse 210 weiteres Pulver 31A eingefüllt und der äußere Pressstempel 230 erneut in den Spalt bzw . Freiraum zwischen dem inneren Pressstempel 220 und der Hülse 210 eingeführt und die zweite , finale Pressung durchgeführt wird, Fig . 4G und Fig . 4D .

Fig . 4D zeigt dabei ein besonderes Aus führungsbeispiel mit einem gegenüber der Hülse 210 beweglichen unteren Stempel 240 und Presswirkung A auf den äußeren Stempel 230 , Presswirkung B auf den inneren Stempel 220 und Presswirkung C auf den unteren Stempel 240 . Die Presswirkung A und B und C wird dabei von einer Presse bewirkt , wobei die im Zusammenhang mit Fig . 4B beschriebene Form des inneren und des äußerem Pressstempels bewirken, dass zunächst nur auf den äußeren Pressstempel 230 ein Pressdruck A wirkt und erst nach einer bestimmten Verdichtung des Pulvers 31 auch ein Pressdruck B auf den inneren Presstempel 220 ausgeübt und das Pulver 32 verpresst wird, was optional durch eine Bewegung C des unteren Stempels 240 gegenüber der Hülse 210 unterstützt wird . Durch das die Ausübung des Pressdrucks bzw . der Pressdrücke und optional das Anlegen einer elektrischen Spannung erfolgt ein Sintern mit zumindest Di f fusionsprozessen und in der Regel auch chemischen Reaktionen bzw . Legierungsbildungen im Inter- facebereich zwischen den beiden Materialien .

Durch das vorstehend beschriebene Verfahren wird ein dichter, monolithischer Kontakt aufweisend einen Kontaktscheibenbereich 12 , 22 und einen Spulenkörperbereich 11 , 21 in-situ erzeugt .

Vorzugsweise werden in Kontakt miteinander stehende Metallflächen und/oder diej enigen Flächen der Einzelteile 210 , 220 , 230 , 240 der Press-Matri ze , die in Kontakt mit dem zu sinternden Pulver bzw . Grünkörper stehen, mit einem Trennmittel versehen, beispielsweise mit einer Graphitbeschichtung oder mit einer Bornitridbeschichtung . Ein solches Trennmittel erleichtert ein Zerlegen der Press-Matri ze und eine Entnahme des erzeugten Verbundkörpers nach dem Pressvorgang .

Mit dem vorstehend beschriebenen Verfahren ist es möglich, voll flächige Kontaktscheiben 10 wie in Fig . 1 gezeigt und ringförmige Kontaktscheiben 20 wie in Fig . 2 gezeigt herzustellen .

Am Ende des SPS-Verf ährens steht ein Kontaktelement zur Verfügung, dessen Oberflächen abhängig von der zu erzielenden Qualität noch bearbeitet werden müssen, beispielsweise durch Polieren, beispielsweise um eine möglichst plane , rillenfreie Kontakt fläche zu erzielen . Ebenso ist es in der Regel erforderlich, entweder den Spulenkörper oder den gesamten Kontakt noch zu schlitzen, wie im Zusammenhang mit Fig . 1 und Fig . 2 erörtert .

Von Vorteil ist dabei , dass die Schlitze in den Kontaktscheibenbereichen 12 , 22 und den Kontaktkörperbereichen 11 , 21 in einem Arbeitsschritt eingebracht werden können und das mühevolle Ausrichten vorgeschlitzter einzelner Elemente , wie dies im Stand der Technik erforderlich ist , entfallen kann .

Von Vorteil ist weiterhin, dass das gesinterte Kontaktelement sehr endkonturnah ist , d . h . bei der finalen Bearbeitung fällt nur wenig Abfallmaterial an .

In vorteilhaften Weiterbildungen der vorliegenden Erfindung ist es möglich, auch den Kontaktkörper aus einem Verbundmaterial zu fertigen, indem anstelle von reinem Kupferpulver 31 , 31A ein geeignetes , im gesinterten Zustand die Festigkeit von Kupfer übersteigendes Pulvergemisch aus Kupfer und einem weiteren Material zugegeben wird . Dies kann auch lokal beschränkt erfolgen, d . h . beispielsweise in Bereichen des Kontaktkörpers 11 , 21 , die besonderen mechanischen und/oder elektrischen Belastungen ausgesetzt sind wie etwa die Fügestellen zwischen Kontakt 10 , 20 und Anschlussbol zen 110 , 170 .

In Aus führungsbeispielen der Erfindung ist es möglich, in einem ersten Sintervorgang zunächst einen ringförmigen Kontaktscheibenbereich zu erstellen und in einem zweiten Sintervorgang diesen ringförmigen Kontaktscheibenbereich zu einer voll flächigen Kontaktscheibe zu gestalten (nicht dargestellt ) . Dabei kann für den ringförmigen Kontaktscheibenbereich eine andere Material zusammensetzung gewählt werden als für den inneren Kontaktscheibenbereich, beispielsweise kann der Anteil von Chrom im inneren Kontaktscheibenbereich gegenüber dem umgebenden ringförmigen Kontaktscheibenbereich er- höht werden, oder es können andere Materialien zugesetzt werden . So kann eine voll flächige Kontaktscheibe 12 hergestellt werden, deren Leitfähigkeit und magnetischen Eigenschaften über den Radius der Kontaktscheibe variieren, um so die Stromverteilung und/oder Wärmeableitung im kontaktierten Zustand und/oder die Lichtbogenleitung während des Öf fnungsvorgangs vorteilhaft zu beeinflussen .

In wieder anderen Aus führungsbeispielen können über den Radius der Kontaktscheibe variierende Material zusammensetzungen erreicht werden, indem anstelle eines einheitlich gemischten Pulvers 32 radial verschiedene Pulverzusammenset zungen in die Pressmatri ze eingefüllt werden . Diese Ausgestaltung hat dabei den Vorteil , dass fließende Übergänge zwischen den einzelnen Bereichen gebildet und sich somit die elektrischen und/oder magnetischen Eigenschaften weniger abrupt ändern als beim vorstehend beschriebenen Aus führungsbeispiel .

Es sei darauf hingewiesen, dass hier nur ausgewählte Aus führungsbeispiele beschrieben wurden, die sich die vorliegende Erfindung zunutze machen . Insbesondere ist es beispielsweise möglich, andere Formen von Kontakten mittels der hier beschriebenen Prinzipien zu konzipieren und zu fertigen . Ebenso sind die als bevorzugt bezeichneten Materialien zwar bevorzugt , aber die Erfindung ist nicht auf diese Materialien beschränkt . Ferner ist es , wie bereits erwähnt , beispielsweise möglich, anstelle des Sinterverfahrens ein additives Herstellungsverfahren ( 3D-Druck) zu wählen, für welches die meisten im Zusammenhang mit dem Sinterverfahren of fenbarten Erwägungen und Vorteile gleichermaßen gelten .