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Title:
METHOD FOR PRODUCING A CONTACT COMPONENT, AND CONTACT COMPONENT, VACUUM INTERRUPTER AND SWITCHGEAR
Document Type and Number:
WIPO Patent Application WO/2019/145103
Kind Code:
A1
Abstract:
The invention relates to a method for producing a contact component (123, 130) for an electrical switch, having a contact surface (126) for closing an electrical contact. The contact component is at least partially produced from powder, different types of powder being used for the contact component. According to the invention, in order to produce the contact component, for example of the contact layer (130), an additive manufacturing method based on a powder bed, such as selective laser melting, is implemented. The contact layer (130) is produced from a sequence of layers in the powder bed, and, in order to produce the different material compositions, a powder of a first type of powder, for example of carbon (C), and a powder of a second type of powder, for example of silver (Ag), are mixed directly in the layer in different mixing ratios. At least two dosing devices are used for this purpose, by means of which the types of powder are directly mixed in the powder bed. This is advantageous in that different mixing ratios can be produced with only two powder supplies. It allows layers with concentration gradients or even layers with sub-regions consisting of different materials to be produced. The invention also relates to a contact component produced according to said method, to a vacuum interruptor comprising such a contact component, and to a switchgear comprising such a vacuum interruptor.

Inventors:
KRÜGER, Ursus (Krampnitzer Weg 11, Berlin, 14089, DE)
STIER, Oliver (Zimmermannstraße 29, Berlin, 12163, DE)
Application Number:
EP2018/086324
Publication Date:
August 01, 2019
Filing Date:
December 20, 2018
Export Citation:
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Assignee:
SIEMENS AKTIENGESELLSCHAFT (Werner-von-Siemens-Straße 1, München, 80333, DE)
International Classes:
H01H11/04
Foreign References:
DE19650752C11998-03-05
DE4133466A11992-05-07
EP2838096A12015-02-18
DE4133466A11992-05-07
EP2838096A12015-02-18
Other References:
V. I. MALI ET AL., STRUCTURE AND PROPERTIES OF EXPLOSIVELY COMPACTED COPPER-MOLYBDENUM, COMBUSTION, EXPLOSION, AND SHOCKWAVES, vol. 38, no. 4, 2002, pages 473 - 4T1
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Claims:
Patentansprüche

1. Verfahren zum Herstellen eines Kontaktbauteils (15a, 15b) für einen elektrischen Schalter mit einer Kontaktflache (126) zum Schließen eines elektrischen Kontaktes, wobei

• das Kontaktbauteil (15a, 15b) zumindest teilweise aus Pulver hergestellt wird und

• zur Herstellung unterschiedlicher Materialzusammenset zungen in dem Kontaktbauteil (15a, 15b) unterschiedliche Pulverarten verwendet werden,

d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t,

dass ein pulverbettbasiertes additives Fertigungsverfahren zum Einsatz kommt, bei dem

• das Kontaktbauteil (15a, 15b) zumindest teilweise in ei ner Folge von Lagen in einem Pulverbett (13) hergestellt wird,

• zur Herstellung der unterschiedlichen Materialzusammen setzungen Pulver (19a, 19b, 19c) unterschiedlicher Pul verarten in zumindest einem Teil der Lagen kombiniert werden .

2. Verfahren nach Anspruch 1,

d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t,

dass die Pulver (19a, 19b, 19c) unterschiedlichen Pulverarten dadurch kombiniert werden, dass diese durch mehrere

Dosiervorrichtungen (20a, 20b, 20c) in zumindest eine der zu erzeugenden Lagen des Pulverbettes (13) eingebracht werden.

3. Verfahren nach Anspruch 2,

d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t,

dass mindestens eine der Dosiervorrichtungen als Rieselvor richtung (20c) ausgeführt ist und in einem Abstand über die Oberfläche des Pulverbettes (13) geführt wird, wobei das Pul ver (19c) einer ersten Pulverart durch Rieseln dosiert wird.

4. Verfahren nach Anspruch 3,

d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t,

dass die Oberfläche des Pulverbettes (13) nach der Dosierung durch Rieseln mit einer weiteren Dosiervorrichtung, insbeson dere einem Abstreifer (20a) oder einer Walze (20b) , geglättet wird .

5. Verfahren nach Anspruch 3 oder 4,

d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t,

dass nach der Dosierung von Pulver (19c) der ersten Pulverart Pulver (19a) einer zweiten Pulverart durch die weitere

Dosiervorrichtung, insbesondere den Abstreifer (20a) oder die Walze (20b), dadurch dosiert wird, dass das Pulver (19a) der zweiten Pulverart mit dem Abstreifer (20a) oder der Walze (20b) von einem Pulvervorrat (21) auf das Pulverbett (13) verschoben wird.

6. Verfahren nach einem der voranstehenden Ansprüche,

d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t,

dass durch mindestens eine der Dosiervorrichtungen (20a, 20b, 20c) das Pulver (19a, 19b, 19c) nur in einer Teilfläche des Pulverbettes (13) dosiert wird.

7. Verfahren nach Anspruch 6,

d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t,

dass

• das Pulver (19c) einer ersten Pulverart in einer Teil fläche der herzustellenden Lage des Pulverbettes (13) dosiert wird,

• danach zumindest ein Teil des Pulvers (19c) der ersten Pulverart durch eine Energiequelle verfestigt wird und

• danach Pulver einer zweiten Pulverart (19a) in derselben Lage dosiert wird und

• danach zumindest ein Teil des Pulvers (19c) der zweiten Pulverart durch eine Energiequelle verfestigt wird.

8. Verfahren nach Anspruch 6 oder 7,

d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t,

dass das Pulver (19c) der ersten Pulverart Chrom, Nickel, Wolfram, Eisen, Tantal, Niob, Molybdän, Rhenium, Titan, Zink, Kohlenstoff, SnCg, WC, CdO, ZnO, Fe203, Zr02, MgO, NiO oder Iri203 enthält und das Pulver der zweiten Pulverart Silber oder Kupfer enthält.

9. Verfahren nach einem der Ansprüche 6 bis 8,

d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t,

dass aus dem Pulver (19c) der ersten Pulverart in mehreren aufeinanderfolgenden Lagen eine Einsatzstruktur (30) erzeugt wird, die beim Verfestigen des Pulvers (19a) der zweiten Pul verart in dieses eingebettet wird.

10. Verfahren nach einem der voranstehenden Ansprüche, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t,

dass aus Pulver (19c) einer ersten Pulverart und aus Pulver (19a) einer zweiten Pulverart eine Pulvermischung in der Lage des Pulverbettes (13) hergestellt wird.

11. Verfahren nach Anspruch 10,

d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t,

dass

• das Pulver (19c) der ersten Pulverart Chrom, Nickel, Wolfram, Eisen, Tantal, Niob, Molybdän, Rhenium, Titan, Zink, Kohlenstoff, SnCg, WC, CdO, ZnO, Fe203, Zr02, MgO, NiO oder Ih2q3 enthält

• und das Pulver (19a) der zweiten Pulverart Silber oder Kupfer enthält

oder eine Mischung von Partikeln aus Silber oder Kupfer und Partikeln aus einem der Materialien Chrom, Nickel, Wolfram, Eisen, Tantal, Niob, Molybdän, Rhenium, Titan, Zink, Kohlenstoff, Sn02, WC, CdO, ZnO, Fe203, ZrÜ2, MgO, NiO oder Ih2q3 enthält.

12. Verfahren nach einem der Ansprüche 10 oder 11,

d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t,

dass das Mischungsverhältnis zwischen dem Pulver (19c) der ersten Pulverart und dem Pulver (19a) der zweiten Pulverart in der Folge der Lagen verändert wird.

13. Verfahren nach einem der voranstehenden Ansprüche, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t,

dass das Kontaktbauteil (15a, 15b) durch additives Erzeugen einer Kontaktschicht (130) auf einem vorgefertigten Kontakt träger (123, 124) hergestellt wird.

14. Kontaktbauteil für eine elektrische Schaltanlage mit ei ner Kontaktschicht (130),

d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t,

dass dieses nach einem Verfahren gemäß Anspruch 13 herge stellt ist.

15. Vakuumschaltröhre,

d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t,

dass diese ein Kontaktbauteil (15a , 15b) gemäß Anspruch 14 aufweist .

16. Schaltanlage,

d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t,

dass in diese eine Vakuumschaltröhre gemäß Anspruch 15 einge baut ist.

Description:
Beschreibung

Verfahren zum Herstellen eines Kontaktbauteils sowie Kontakt bauteil, Vakuumschaltröhre und Schaltanlage

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Herstellen eines Kontaktbauteils für einen elektrischen Schalter mit einer Kontaktflache zum Schließen eines elektrischen Kontaktes. Da bei wird das Kontaktbauteil zumindest teilweise aus einem Pulver hergestellt. Zur Herstellung von unterschiedlichen Ma terialzusammensetzungen kommen dabei unterschiedliche Pulver arten zum Einsatz. Weiterhin betrifft die Erfindung ein Kon taktbauteil für eine elektrische Schaltanlage, welche eine Kontaktschicht aufweist. Außerdem betrifft die Erfindung eine Vakuumschaltröhre mit einem Kontaktbauteil und eine Schaltan lage mit einer Vakuumschaltröhre.

Elektrische Schalter der eingangs angegebenen Pulverart sind z. B. aus der DE 41 33 466 Al bekannt. Diese Schalter weisen Kontaktbauteile auf, wobei deren Funktion darin besteht, bei einem Schaltvorgang in gegenseitigen Kontakt zu kommen, um den elektrischen Strom zu übertragen. Die Kontaktbauteile sind in dem Schalter in einer mechanischen Anordnung zueinan der positioniert, die es erlaubt, den Schaltvorgang durchzu führen. Unter anderem können derartige Schalter auch als Va- kuumschaltröhren ausgeführt werden. Elektrische Schalter wer den in Schaltanlagen eingebaut, die die Integration des Schalters beispielsweise in ein elektrisches Netz erlauben.

Gemäß der DE 41 33 466 Al ist beschrieben, dass Kontaktbau teile für einen Schalter mit einer Kontaktschicht beschichtet werden können. Diese kann beispielsweise aus Silber bestehen und elektrochemisch aufgebracht werden. Während des elektro chemischen Beschichtens werden überdies Graphitpartikel in die sich ausbildende Schicht eingebaut. Die Graphitpartikel werden dem für das elektrochemische Beschichten verwendeten Elektrolyt beigemischt, so dass eine Dispersion entsteht.

Dies ermöglicht den Einbau der Graphitpartikel während des elektrochemischen Beschichtens.

Kontaktbauteile können auch pulvermetallurgisch hergestellt werden, wie aus der EP 2 838 096 Al hervorgeht. Dabei können unterschiedliche Pulver verwendet werden und schichtweise zu einem Sinterkörper zusammengefügt werden. Das Sintern kann beispielsweise durch das sog. Spark Plasma Sintering (SPS) erfolgen. Durch Verwendung verschiedener Pulverarten, in de nen Pulverpartikel unterschiedlicher Pulverart sind, lassen sich beispielsweise Graphitpartikel in einer Matrix aus Sil ber einbetten. Das Sinterverfahren erfordert die Herstellung geeigneter Werkzeuge zum Pressen des Kontaktbauteils, wobei die Sinterbehandlung zur Verdichtung der Partikel gewisse Be handlungszeiten erfordert.

Mit dem genannten Verfahren lassen sich insbesondere auch Gradientenschichten hersteilen, in denen sich die Materialzu sammensetzung in dem Kontaktbauteil kontinuierlich oder zu mindest in kleinen Schritten ändert. Zu diesem Zweck wird das Kontaktbauteil mehrlagig aufgebaut, wobei mehrere Pulverarten mit schrittweise sich ändernden Materialzusammensetzungen vorgehalten werden müssen.

Gemäß V. I. Mali et al . , Structure and Properties of

Explosively Compacted Copper-Molybdenum, Combustion, Explosi on, and Shockwaves, Vol. 38, No.4, pp. 473-4T1, 2002, können Kontakte auch dadurch hergestellt werden, dass ein Gemisch von Pulvern durch Sprengplattieren auf ein Substrat aufge bracht wird. Das Substrat kann beispielsweise ein Kontaktkör per sein.

Die Aufgabe der Erfindung besteht darin, ein Verfahren zum Herstellen von Kontaktbauteilen mit Zonen unterschiedlicher Materialzusammensetzung anzugeben, welches bei einem geringen Aufwand hinsichtlich der Bevorratung von Materialien einen vergleichsweise großen Spielraum für eine Modifikation von Konzentrationsverhältnissen dieser Materialien im Kontaktbau teil gewährleistet. Außerdem ist es Aufgabe der Erfindung, ein Kontaktbauteil für eine elektrische Schaltanlage, eine Vakuumschaltröhre mit einem solchen Kontaktbauteil bezie hungsweise eine Schaltanlage mit einem solchen Kontaktbau teil anzugeben, bei denen ein vergleichsweise großer Spiel raum für eine lokale Modifikation der Zusammensetzung ausge schöpft werden kann.

Diese Aufgabe wird mit dem eingangs angegebenen Verfahren zum Herstellen eines Kontaktbauteils erfindungsgemäß dadurch ge löst, dass ein pulverbettbasiertes additives Fertigungsver fahren zum Einsatz kommt, bei dem das Bauteil in einer Folge von Lagen in einem Pulverbett hergestellt wird. Erfindungsge mäß ist vorgesehen, dass zur Herstellung der Zonen unter schiedlicher Materialzusammensetzung oder einer sich kontinu ierlich ändernden Materialzusammensetzung unterschiedliche Pulverarten in zumindest einem Teil der Lagen kombiniert wer den. Mit anderen Worten ist vorgesehen, dass unterschiedliche Materialzusammensetzungen in den einzelnen Lagen durch unter schiedliche Kombination der zur Verfügung stehenden Pulverar ten hergestellt werden. Dies kann dadurch erreicht werden, dass die Pulverarten (d. h. die Pulver unterschiedlicher Pul verarten) bei der Herstellung der Lage im Pulverbett mitei nander kombiniert werden, so dass deren Mischungsverhältnis während der Herstellung des Kontaktbauteils die Materialzu sammensetzung bestimmt. Dies hat den wesentlichen Vorteil, dass nur wenige unterschiedliche Pulverarten gelagert werden müssen, da es nicht notwendig ist, Pulverarten mit unter schiedlichen Mischungsverhältnissen ihrer Komponenten einzeln zu bevorraten.

Als Beispiele für das additive Fertigen können das selektive Lasersintern (auch SLS für Selective Laser Sintering) , das Selektive Laserschmelzen (auch SLM für Slective Laser

Melting) und das Elektronenstrahlschmelzen (auch EBM für Electron Beam Melting) genannt werden. Diese Verfahren eignen sich insbesondere zur Verarbeitung von metallischen Werkstof fen in Form von Pulvern, mit denen Konstruktionsbauteile her gestellt werden können. Beim SLM, SLS und EBM werden die Bauteile lagenweise vorzugs weise in einem Pulverbett hergestellt. Diese Verfahren werden daher auch als pulverbettbasierte additive Fertigungsverfah ren bezeichnet. Es wird jeweils eine Lage des Pulvers in dem Pulverbett erzeugt, die durch die Energiequelle (Laser oder Elektronenstrahl) anschließend in denjenigen Bereichen lokal aufgeschmolzen oder gesintert wird, in denen das Bauteil ent stehen soll. So wird das Bauteil sukzessive lagenweise er zeugt und kann nach Fertigstellung dem Pulverbett entnommen werden .

Für das SLS ist charakteristisch, dass die Pulverteilchen bei diesen Verfahren nicht vollständig aufgeschmolzen werden. Demgegenüber liegt beim SLM und EBM der Energieeintrag be tragsmäßig bewusst so hoch, dass die Pulverpartikel vollstän dig aufgeschmolzen werden.

Eine andere Möglichkeit besteht nach einer Ausgestaltung der Erfindung darin, dass die unterschiedlichen Pulverarten in zumindest einem Teil der Lagen so kombiniert werden, dass Pulver einer ersten Pulverart in einer Teilfläche der herzu stellenden Lage des Pulverbettes dosiert wird, danach mindes tens ein Teil des Pulvers der ersten Pulverart durch eine Energiequelle verfestigt wird, danach Pulver einer zweiten Pulverart in der selben Lage dosiert wird und zumindest ein Teil des Pulvers der zweiten Pulverart anschließend durch die Energiequelle verfestigt wird, wobei die beiden verfestigten Pulverarten (d. h. die beiden Pulver der beiden Pulverarten) gemeinsam die hergestellte Lage des Kontaktbauteils ausbil den. Hierdurch kann vorteilhaft erreicht werden, dass in dem Kontaktbauteil in der hergestellten Lage das Pulver der ers ten Pulverart ohne Zumischung einer anderen Pulverart verfes tigt wird. Hierdurch lässt sich gemäß einer besonderen Ausge staltung der Erfindung in mehreren aufeinander folgenden La gen eine Einsatzstruktur in dem Kontaktbauteil erzeugen. Die se kann die Funktionalität des Kontaktbauteils verbessern. Beispielsweise können Einsatzstrukturen derart geformt wer- den, dass diese den Aufbau eines Magnetfeldes während des Schaltvorgangs beeinflussen und auf diese Weise auch die Aus breitung des sich ausbildenden Lichtbogens. Zu diesem Zweck werden in herkömmlichen Schaltkontakten, bei denen Kontakt schichten zur elektrischen Kontaktierung auf Kontaktköpfen aufgebracht werden, in diese Kontaktköpfe Schlitze eingefügt, die in dem erfindungsgemäß additiv hergestellten Kontaktbau teil mit einem Material als Einsatzstruktur zumindest teil weise ausgefüllt werden kann. Dieses Material leitet den Strom schlechter als das umgebende Material des Kontaktbau teils. Die Schlitze beziehungsweise die Einsatzstrukturen können schräg zur Ebene der Kontaktfläche verlaufen. Außerdem können die Schlitze beziehungsweise die Einsätze in der Ebene der Kontaktfläche und in Ebenen parallel zu der Kontaktfläche spiralförmig nach außen verlaufen.

Das erfindungsgemäße Verfahren kann vorteilhaft auch dazu ge nutzt werden, das Mischungsverhältnis zwischen dem Pulver der ersten Pulverart und dem Pulver der zweiten Pulverart in der Folge der Lagen zu verändern. Zu diesem Zweck wird das Ver hältnis der durch die Dosiervorrichtung aufgebrachten Pulver arten in benachbarten Lagen verändert. Wird das Mischungsver hältnis in jeder neuen Lage verändert, so entsteht ein Kon zentrationsgradient des Pulvers der ersten Pulverart in dem Pulver der zweiten Pulverart (und umgekehrt) . Allerdings kann das Mischungsverhältnis mehrerer benachbarter Lagen auch bei behalten werden, so dass Konzentrationssprünge zwischen zwei Gruppen von erzeugten Pulverlagen verwirklicht werden können.

Gemäß einer besonderen Ausgestaltung der Erfindung ist vorge sehen, dass die unterschiedlichen Pulverarten dadurch kombi niert werden, dass diese durch mehrere Dosiervorrichtungen in zumindest eine der zu erzeugenden Lagen des Pulverbettes ein gebracht werden. Somit kann vorteilhaft für jede Pulverart eine eigene Dosiervorrichtung vorgesehen werden, so dass ein Wechsel in den Dosiervorrichtungen nicht erforderlich ist. Um ein Mischung von Pulverarten beziehungsweise eine lokale Er zeugung von Einsatzstrukturen zu verwirklichen wird jeweils die Dosiervorrichtung angesteuert, welche die betreffende Pulverart bevorratet. Hierdurch ist vorteilhaft ein Wechsel zwischen den Pulverarten ohne zusätzliche Rüstzeiten möglich.

Eine weiterführende Ausgestaltung der Erfindung sieht vor, dass mindestens eine der Dosiervorrichtungen in einem Abstand über die Oberfläche des Pulverbettes geführt wird und das Pulver durch Rieseln dosiert wird. Hierdurch ist es möglich, das Pulver einer ersten Pulverart mittels eines Abstreifers zu dosieren, indem das Material über das Pulverbett geschoben wird. Durch Rieseln lässt sich auf diesem Material mittels der weiteren Dosiervorrichtung das Pulver einer zweiten Pul verart verteilen. Dies ist besonders von Vorteil wenn das Pulver der zweiten Pulverart nur eine geringe Konzentration aufweisen soll.

Wenn Einsatzstrukturen hergestellt werden sollen, hat die Do sierung durch Rieseln für das die Einsatzstruktur umgebende Material (Pulver der zweiten Art) zusätzlich den Vorteil, dass das Pulver der zweiten Art auch in der direkten Umgebung der Einsatzstruktur zuverlässig dosiert werden kann. Anders wäre dies bei Verwendung eines Abstreifers, da eine Dosierung von Pulver direkt hinter der Einsatzstruktur (in Bewegungs richtung des Abstreifers gesehen) nur in einer verringerten Menge möglich ist (sogenannte Schattenbildung) . Damit ergibt sich eine besondere Ausgestaltung der Erfindung dadurch, dass sowohl das Pulver der ersten Art als auch das Pulver der zweiten Art mit einer Rieselvorrichtung (Dosiervorrichtung zum Rieseln) dosiert werden.

Die Dosiervorrichtung zum Rieseln muss im letztgenannten Fall derart ausgeführt sein, dass auch eine lokale Dosierung von Pulver der ersten Pulverart und der zweiten Pulverart im Pul verbett möglich ist. Hierfür kann beispielsweise ein

Dosiertrichter zur Anwendung kommen. Soll das Pulver der zweiten Pulverart über einen größeren Flächenbereich verteilt werden, so bietet sich eine schlitzförmige Dosiervorrichtung an, welche waagerecht über das Pulverbett geführt wird, wäh- rend das Pulver der zweiten Pulverart aus dieser herausrie selt.

Gemäß vorteilhaften Ausgestaltungen der Erfindung können zum Mischen der Partikel in den Lagen des Pulverbettes unter schiedliche Verfahren angewendet werden. Wenn eine

Dosiervorrichtung zum Rieseln zum Einsatz kommt, kann vor teilhaft beispielsweise eine lokale Dosierung nur dort erfol gen, wo die Lage des Pulverbettes zu dem Bauteil verfestigt wird. Damit wird das nicht verfestigte Pulvermaterial nur in einem geringen Maße durch die zugemischte Komponente kontami niert, was eine Wiederverwendung erleichtert. Die Oberfläche des Pulverbettes kann nach der Dosierung durch Rieseln mit tels einer Glätteinrichtung wie einem Abstreifer oder einer Walze geglättet werden, um eine homogene Verteilung des do sierten Pulvers zu fördern.

Nach der Dosierung durch Pulver einer ersten Pulverart durch Rieseln kann zwecks Herstellung einer Pulvermischung Pulver einer zweiten Pulverart durch den Abstreifer oder die Walze, auf das Pulverbett aufgetragen werden. Der Abstreifer oder die Walze arbeiten dann als weitere Dosiervorrichtung. Dabei entsteht die Pulvermischung, deren Mischungsverhältnis durch die Menge des jeweils dosierten Pulvers beeinflusst werden kann. Nach der Dosierung können die Schritte des Dosierens von Pulver der ersten Pulverart durch Rieseln und Dosierung von Pulver der zweiten Pulverart mittels Abstreifer oder Wal ze einmal oder mehrmals wiederholt werden. Das Mischungsver hältnis der beiden Pulverarten hängt jeweils von der zu do sierenden Menge der einzelnen Pulverarten ab. Beim Rieseln lässt sich die dosierte Pulvermenge einerseits durch den Öff nungsquerschnitt der Dosiereinrichtung und andererseits durch die Verfahrgeschwindigkeit während des Rieselns beeinflussen. Die Menge der durch die weitere Dosiereinrichtung dosierten Pulvermenge ist in erster Linie dadurch zu beeinflussen, in welcher Höhe oberhalb der Oberfläche des Pulverbettes diese geführt wird. Die Dicke der zu erzeugenden Lagen im Pulverbett hängt nicht zuletzt von den Verfahrensparametern des angewendeten additi ven Fertigungsverfahrens ab. Wenn es das Mischungsverhältnis der beiden Pulver erfordert, müssen die Dosierschritte für das Pulver der ersten Pulverart und das Pulver der zweiten Pulverart gegebenenfalls mehrmals wiederholt werden, bis die erforderliche Lagendicke zum Verfestigen durch den Energie strahl (Laserstrahl oder Elektrodenstrahl) erreicht ist.

Durch wiederholtes Dosieren können somit Zwischenlagen er zeugt werden, die gemeinsam die zu verfestigende Lage im Pul verbett bilden. Hierdurch ist vorteilhafterweise eine feinere Verteilung des Pulvers der ersten Pulverart in dem Pulver der zweiten Pulverart durch Rieseln möglich. Außerdem kann inner halb einer zu fertigenden Lage ein linearer Konzentrations gradient des Pulvers der ersten Pulverart in dem Pulver der zweiten Pulverart erzeugt werden.

Je nach eingebrachter Energiemenge zur Verfestigung des Pul vers und den Schmelzpunkten der unterschiedlichen Pulverarten wird bei der Herstellung des Kontaktbauteils eine Legierung aus den Pulverarten gewonnen (Variante 1), oder die Partikel des Pulvers der ersten Pulverart und der zweiten Pulverart bilden eine Dispersion. Dabei wird das Pulver der ersten Pul verart nicht aufgeschmolzen (Variante 2) und wird durch Auf schmelzen des Pulvers der zweiten Pulverart dispers in einer Matrix des durch das Pulver der zweiten Pulverart gebildeten Werkstoffs verteilt. Es gibt aber auch die Möglichkeit, dass beide Pulver aufschmelzen, aber nicht legieren (Variante 3) . Dann gibt es eine Emulsion, die wieder erstarrt.

So wäre es z.B. mit Kupfer und Molybdän (bei einem genügend hohen Energieeitrag der Energiestrahls) , die nicht mischbar und nicht ineinander löslich sind (Variante 3) . Tatsächlich sind Cu-Mo-Mischungen für Kontakte besonders interessant, da diese eine hohe Verschleißfestigkeit mit einer guten elektri schen Leitfähigkeit verbinden. Dabei können Pulvermischungen aus der ersten und zweiten Pulverart mit 20 bis 80 vol-% Pul veranteil Molybdän verwendet werden. Silber und Kupfer können im durch das additive Fertigungsver fahren erzeugten Schmelzprozess beispielsweise mit Chrom, Ni ckel, Eisen, Titan und Zink aufgeschmolzen werden, wobei un ter Ausbildung von Mischkristallen Legierungen entstehen (Va riante 1 ) .

Das Pulver der ersten Pulverart kann jedoch auch aus Wolfram, Tantal, Niob, Molybdän, Rhenium, Kohlenstoff, Zinnoxid

(SnCg) , Wolframcarbid (WC) , Cadmiumoxid (CdO) , Zinkoxid

(ZnO) , Eisenoxid (Fe 2 0 3) , Zirkoniumoxid (Zr0 2) , Magnesiumoxid (MgO) , Nickeloxid (NiO) oder Indiumoxid (In 2 0 3) bestehen.

Partikel dieser Pulverart werden durch den Energieeintrag des Energiestrahls aufgrund der hohen Schmelztemperaturen norma lerweise nicht aufgeschmolzen (Variante 2) . CdO schmilzt ab 1230°C. Sn02 hat den Schmelzpunkt bei 1630°C. Molybdän schmilzt bei 2620°C. Diese Temperaturen sind noch in Reich weite der Strahlschmelzverfahren wie dem SLM, so dass es je nach Leistung des Energiestrahls zum Aufschmelzen beider Pul verarten kommen kann (Variante 3) . Bei beiden Varianten wer den die Partikel unter Ausbildung einer Dispersion in die Matrix des umgebenden Werkstoffs aus Silber oder Kupfer ein gebaut .

Wenn das Pulver der ersten Pulverart und das Pulver der zwei ten Pulverart in den Lagen gemischt werden, fällt als Abfall nicht verfestigtes Pulver an, welches als Pulvermischung vor liegt. Dieser Effekt kann weitgehend verhindert werden, wenn das Pulver einer Pulverart nur lokal in dem Bereich dosiert wird, in dem eine Verfestigung des Pulverbettes stattfinden soll .

Das nicht verfestigte Pulvergemisch der ersten Pulverart und der zweiten Pulverart kann allerdings für nachfolgende Ferti gungsgänge weiterer Kontaktbauteile als Pulver der ersten Art verwendet werden. Voraussetzung ist, dass das Mischungsver hältnis bekannt ist. Dieses lässt sich entweder messtechnisch bestimmen oder aus dem Pulververbrauch des entsprechenden Fertigungsganges eines Bauteils berechnen. Im folgenden Fer tigungsgang kann dann das Pulver der zweiten Pulverart zuge mischt werden, soweit dies zum Erreichen der geforderten Kon zentration notwendig ist. Dies setzt selbstverständlich vo raus, dass die Konzentration des Pulvers der zweiten Pulver art in dem als Pulver der ersten Pulverart verwendeten Pul vergemisch noch unterhalb der Konzentration liegt, welche in dem Kontaktbauteil zu erzeugen ist.

Besonders vorteilhaft ist es, wenn das Kontaktbauteil durch additives Erzeugen einer Kontaktschicht auf einem vorgefer tigten Kontaktträger hergestellt wird. Dies hat den Vorteil, dass durch das additive Fertigungsverfahren nur der die Kon taktfläche bildende Teil des Kontaktbauteils additiv herge stellt werden muss. Daher kann die restliche Struktur vor teilhaft mittels herkömmlicher Fertigungsverfahren kosten günstig hergestellt werden.

Bspw. kann der Kontaktträger aus einem Kontaktplättchen be stehen, welches aus Blech gestanzt werden kann. Eine andere Möglichkeit besteht darin, das Kontaktbauteil als Kontakt schicht direkt auf einem Kontaktkopf des Kontaktbauteils her zustellen .

Die eingangs angegebene Aufgabe wird außerdem durch ein Kon taktbauteil, eine Vakuumschaltröhre mit einem solchen Kon taktbauteil oder durch eine Schaltanlage mit einer solchen Vakuumschaltröhre gelöst, indem ein Kontaktbauteil nach dem oben beschriebenen Verfahren hergestellt wird. Dabei werden die bereits im Zusammenhang mit dem erfindungsgemäßen Verfah ren geschilderten Vorteile für das so hergestellte Kontakt bauteil erreicht.

Weitere Einzelheiten der Erfindung werden nachfolgend anhand der Zeichnung beschrieben. Gleiche oder sich entsprechende Zeichnungselemente sind jeweils mit den gleichen Bezugszei chen versehen und werden nur insoweit mehrfach erläutert, wie sich Unterschiede zwischen den einzelnen Figuren ergeben. Bei den im Folgenden erläuterten Ausführungsbeispielen han delt es sich um bevorzugte Ausführungsformen der Erfindung. Bei den Ausführungsbeispielen stellen die beschriebenen Kom ponenten der Ausführungsformen jeweils einzelne, unabhängig voneinander zu betrachtende Merkmale der Erfindung dar, wel che die Erfindung jeweils auch unabhängig voneinander weiter bilden und damit auch einzeln oder in einer anderen als der gezeigten Kombination als Bestandteil der Erfindung anzusehen sind. Des Weiteren sind die beschriebenen Ausführungsformen auch durch weitere der bereits beschriebenen Merkmale der Er findung ergänzbar.

Es zeigen:

Figur 1 ein Ausführungsbeispiel des erfindungsgemäßen Ver fahrens bei dem ein selektives Laserschmelzen zum Einsatz kommt, geschnitten dargestellt,

Figur 2 ein Ausführungsbeispiel des erfindungsgemäßen Ver fahrens, bei dem Pulver durch Rieseln dosiert wird, dreidimensional dargestellt,

Figur 3 eine Vakuumschaltröhre, in der zwei Ausführungsbei spiele des Kontaktbauteils zum Einsatz kommen, ge schnitten dargestellt,

Figur 4 ein Ausführungsbeispiel für den Kontaktkopf einer

Vakuumschaltröhre als anderes Ausführungsbeispiel des erfindungsgemäßen Kontaktbauteils,

Figur 5 ein Kontaktplättchen mit einer Kontaktschicht als weiteres Ausführungsbeispiel des erfindungsgemäßen Kontaktbauteils als teilweise aufgeschnittene Sei tenansicht, wobei dieses Kontaktplättchen in einer Vakuumschaltröhre gemäß Figur 3 zum Einsatz kommen kann . In Figur 1 ist eine Anlage zum Laserschmelzen dargestellt. Diese weist eine Prozesskammer 11 auf, in der eine absenkbare Bauplattform 12 zur Herstellung eines Pulverbetts 13 vorgese hen ist. Auf der Bauplattform 12 kann als Bauteil 14 ein mit einer Kontaktschicht 130 beschichtetes Kontaktplättchen 123 hergestellt werden, indem ein Energiestrahl 15 in Form eines Laserstrahls von einem Laser 16 erzeugt und über einen Um lenkspiegel 17 durch ein Fenster 18 in der Prozesskammer 11 auf das Bauteil 14 gerichtet wird.

Die Herstellung des Bauteils 14 erfolgt lagenweise, wobei zu diesem Zweck die Bauplattform 12 sukzessive abgesenkt werden kann. Ein Pulver 19a und ein Pulver 19b können mittels eines Abstreifers 20a, der in Richtung des dargestellten Doppel pfeils auf einer Traverse 27b waagerecht verschiebbar ist, zur lagenweisen Befüllung des Pulverbetts 13 dosiert werden. Das Pulver 19a, 19b ist zu diesem Zweck jeweils in einem Pul vervorrat 21 untergebracht, wobei ein axial verschiebbarer Dosierzylinder 22 die von dem Abstreifer 20a zu transportie rende Pulvermenge vorgibt. Ein weiteres Pulver kann in einem nicht dargestellten Pulvervorrat untergebracht sein, der sich hinter der Zeichenebene befindet und durch einen nicht darge stellten Abstreifer rechtwinklig zu dem Doppelpfeil des dar gestellten Abstreifers 20a dosiert werden kann.

Mittels des Abstreifers 20a kann in einer herzustellenden La ge auch beispielsweise sowohl das Pulver 19a als auch danach das Pulver 19b dosiert werden. Dabei erzeugt der Abstreifer beim axialen Verschieben während der Dosierung des Pulvers 19b eine Pulvermischung aus beiden Pulvern 19a, 19b.

Mit einer als Rieseleinrichung 20c ausgeführten

Dosiervorrichtung kann ein Pulver 19c durch Rieseln auf dem Pulverbett 13 dosiert werden. Die Rieselvorrichtung 20c weist einen Vorratsbehälter 25 auf, an den ein verschließbarer Dosiertrichter 26 angeschlossen ist. Dadurch kann das Pulver 19c punktuell unterhalb des Dosiertrichters 26 auf dem Pul verbett 13 abgelegt werden. Um größere Flächenbereiche (par- tielle oder vollständige Fläche des Pulverbettes 13) mit dem Pulver 19c zu belegen, ist die Rieselvorrichtung 20c auf ei ner Traverse 27a verschiebbar gelagert, wobei die Traverse 27a ihrerseits auf Schienen 28 senkrecht zur Zeichenebene verschiebbar ist. Mittels nicht dargestellter motorischer An triebe kann die Rieseleinrichtung 20c somit oberhalb der ge samten Fläche des Pulverbettes 13 verschoben werden.

Nach einer Dosierung des Pulvers 19c kann mittels einer Walze 20b ein Glätten der Oberfläche des Pulverbettes 13 erfolgen. Diese kann auf einer Traverse 27b verschoben werden und rollt dabei über das Pulverbett 13. soll die Walze als dosierte Einrichtung verwendet werden, so wird diese blockiert, damit ein Rollen über das Pulverbett verhindert wird. Stattdessen begleitet die Walze 20b dann wieder Abstreife 20a über das Pulverbett. Die Traverse 27b dient sowohl dem Abstreifer 20a als auch der Walze 20b als Führung, wobei ein motorischer An trieb nicht näher dargestellt ist.

Durch aufeinander folgende Verwendung der Dosierungsvorrich tungen kann damit auf dem Pulverbett 13 eine Mischung von Pulvern erfolgen, so zum Beispiel des Pulvers 19c einer ers ten Pulverart, z.B. aus Kohlenstoff, und Pulver 19a einer zweiten Pulverart, z.B. Kupfer. Stattdessen kann auch ein an deres Pulver 19b einer zweiten Pulverart, bestehend aus Sil ber, verwendet werden.

Gemäß Figur 2 ist dargestellt, dass die Rieselvorrichtung 20c statt mit einem Dosiertrichter 26 (vgl. Figur 1) auch mit ei ner Pulverzuführung 29 ausgestattet sein kann, die einen nicht näher dargestellten Dosierschlitz aufweist. Hierdurch ist es möglich, das Pulver 19c in kürzerer Zeit zu dosieren, wobei der Dosierschlitz der Breite des Pulverbettes 13, ge messen senkrecht zur durch einen Doppelpfeil angedeuteten Be wegungsrichtung der Rieselvorrichtung 20c entspricht. Weiter hin ist der Abstreifer 20a dargestellt, der ebenfalls in Richtung des angedeuteten Doppelpfeils verschoben werden kann und bei dem Ausführungsbeispiel gemäß Figur 2 zum Glätten des durch Rieseln dosierten Pulvers 19c dient.

Eine Vakuumschaltröhre 110 gemäß Figur 3 weist ein evakuier tes Gehäuse 111 auf, das im Wesentlichen aus zwei koaxial zu einander angeordneten hohlzylindrischen Keramikisolatoren 112 und 113 und zwei Deckeln 114 und 115 besteht. Durch die De ckel 114, 115 sind Stromführungsbolzen 116, 117 zu einer Kon taktanordnung 122 hindurchgeführt (der Stromführungsbolzen 116 ist zwecks Durchführen des Schaltvorgangs axial beweglich ausgeführt) . Teil des Gehäuses ist auch ein Faltenbalg 118, der einerseits mit dem Deckel 115 und andererseits mit dem Stromführungsbolzen 116 verlötet ist. Innerhalb des Gehäuses sind ein Hauptschirm 119 und als Abschirmelemente ein oberer Endschirm 120 und ein unterer Endschirm 121 angeordnet.

In der Vakuumschaltröhre 110 kommen zwei Kontaktbauteile 15a, 15b zum Einsatz. Das Kontaktbauteil 15b ist über den Strom führungsbolzen 117 fest mit dem Gehäuse 111 verbunden und bildet damit den Festkontakt. Das Kontaktbauteil 15a ist über den Stromführungsbolzen 116, der axial beweglich ist, als Schaltkontakt ausgeführt. Die stirnseitigen Enden der Kon taktbauteile 15a, 15b, die einander gegenüberliegen, weisen jeweils die Kontaktschicht 130 auf, die sich auf je einem Kontaktplättchen 123 befindet, welches seinerseits auf dem Stromführungsbolzen 116 beziehungsweise dem Stromführungsbol zen 117 aufgelötet ist. Hierzu stellen die Stromführungsbol zen 116, 117 jeweils einen Kontaktkopf 124 zur Verfügung, welcher mit Schlitzen 125 versehen ist.

Gemäß Figur 4 ist das Kontaktbauteil 15b dargestellt, welches demjenigen gemäß Figur 3 ähnelt. Dieses unterscheidet sich von dem Kontaktbauteil 15b gemäß Figur 3 jedoch dadurch, dass die Kontaktschicht 130 nicht auf einem Kontaktplättchen (vgl. Figur 3, 123) , sondern direkt auf dem Kontaktkopf 124 herge stellt ist. Außerdem weist die Kontaktschicht 130 Einsatz strukturen 30 auf, die dem Magnetfeldaufbau während des

Schaltvorganges und damit die Ausbreitung des Lichtbogens be- einflussen sollen. Die Einsatzstrukturen 30 führen dabei die Geometrie der Schlitze 125 fort, mit dem Unterschied, dass sie mit dem Material des Pulvers der ersten Pulverart ausge füllt sind. Die Einsatzstrukturen 30 sowie in nicht darge stellter Weise die Schlitze 125 weisen in radialer Richtung einen bogenförmigen Verlauf auf.

Wie Figur 4 außerdem zu entnehmen ist, lassen sich die Ein- satzstrukturen 30 nur erkennen, weil die Kontaktschicht 130 teilweise aufgeschnitten dargestellt ist. Der Schnitt liegt waagerecht in einer Ebene, in der die Einsatzstrukturen 30 in axialer Richtung des Kontaktbauteils 15 enden, das heißt, dass die folgenden Lagen, die die Kontaktflache 126 ausbil den, ohne die Einsatzstruktur 30 hergestellt werden. Diese Lagen werden durch Mischen des Pulvers der ersten Pulverart, beispielsweise Silber, und Pulver der zweiten Pulverart, bei spielsweise Kohlenstoff, und anschließendes Verfestigen der Pulvermischung erzeugt. Dabei stellt sich ein konstantes Mi schungsverhältnis der beiden Pulver in diesem Bereich der Kontaktschicht 130 ein.

In Figur 5 ist dargestellt, wie in der Kontaktschicht 130 durch Mischen der ersten Pulverart und der zweiten Pulverart ein Konzentrationsgradient 31a, 31r eingestellt werden kann. Die Kontaktschicht 130 befindet sich auf einem Kontaktplätt chen 123, wie dieses bei dem Vakuumschalter gemäß Figur 3 zum Einsatz kommt.

Das Pulver der ersten Pulverart besteht aus Kohlenstoff C, welches als Partikel 32 in einer Matrix 33 aus Silber Ag ein gebettet ist. Die maßstäblichen Verhältnisse gemäß Figur 5 entsprechen dabei nicht der Realität. Die Matrix aus Silber wird durch Aufschmelzen des Pulvers der zweiten Pulverart er zeugt, welches aus Silber besteht.

Zu erkennen ist, dass durch Mischen der beiden Pulverarten in axialer Richtung in aufeinanderfolgenden Lagen die Konzentra tion an Pulver der ersten Pulverart immer weiter angehoben wird, so dass die Konzentration an Kohlenstoff von einer Kon zentration Ki an der Grenzfläche zwischen Kontaktplättchen 123 und Kontaktschicht 130 bis zu einer Konzentration K 2 an der Kontaktfläche 126 ansteigt.

Gleichzeitig ist es auch möglich, die Konzentration des Koh lenstoffs innerhalb einer Lage lokal zu verändern. Dies ist in Figur 5 auch dargestellt, wobei die Konzentration an Koh lenstoff K 2 in radialer Richtung ausgehend von der Mittelach se der Kontaktschicht 130 nach außen zunächst kontant bleibt. Im radial äußeren Bereich ergibt sich dann der Konzentrati onsgradient 31r bis zum Außenrand der Kontaktschicht, wobei sich am Rand die Konzentration K 3 einstellt. Auf diese Weise kann der Konzentrationsgehalt K an Kohlenstoffpartikeln be darfsgerecht gesteuert werden. Das Ausführungsbeispiel gemäß Figur 5 ist hier nur exemplarisch erläutert worden. Andere Konzentrationsverteilungen können bedarfsgerecht zum Einsatz kommen .

Beispielsweise weisen additiv hergestellte Kontaktschichten aus Silber mit eingelagerten Graphitpartikeln hervorragende elektrische Eigenschaften auf. Einerseits verringern die Gra phitpartikel die Geschwindigkeit einer Abnutzung der Kontakt schicht. Andererseits lässt sich eine Kontaktschicht mit ei ner genügenden elektrischen Leitfähigkeit hersteilen, die durch die eingelagerten Graphitpartikel nur in geringem Maße herabgesetzt wird.