Untersuchung des intrinsischen Ausschaltvermögens eines Modellvakuumschalters und der Wechselwirkungen mit der Prüfumgebung zur Optimierung von Kontaktwerkstoffen

In der Entwicklung von Kontaktwerkstoffen für die Anwendung in Vakuumschaltgeräten kann in der Regel kein kausaler Zusammenhang zwischen den Eigenschaften eines Werkstoffes und den Schalteigenschaften eines Schalters hergestellt werden. Die Komplexität der Stromunterbrechung im Vakuum, die Vielzahl der Einflussgrößen zwischen dem Kontaktwerkstoff und dem Schaltverhalten des Schalters sowie die oftmals widersprüchlichen Anforderungen an die Werkstoffeigenschaften verhindern für gewöhnlich die unmittelbare Rückführung einer Veränderung in den Schalteigenschaften auf ihre Ursache. Daher wird der Einfluss geringfügiger Veränderungen in der Herstellung von festphasengesinterten Verbundwerkstoffen, wie beispielsweise der Einfluss von Änderungen in der Werkstoff-Mikrostruktur oder der Chromproduktionscharge, noch immer kontrovers diskutiert. In der vorliegenden Arbeit werden daher mögliche Einflüsse der Mikrostruktur und der Chromproduktionscharge festphasengesinterter CuCr-Verbundwerkstoffe auf das Ausschaltvermögen eines Modellschalters untersucht und bestmöglich isoliert. Für einen möglichst direkten Zusammenhang zwischen dem Kontaktwerkstoff und dem Ausschaltvermögen wird auf Magnetfeldkontakte verzichtet, die wiederkehrende Spannung wird auf Werte unter 1 kV begrenzt. Die Komplexität der Stromunterbrechung und die Anzahl der beeinflussenden Parameter werden auf ein Minimum reduziert. Einflüsse aus der Prüfumgebung auf das Ausschaltvermögen werden systematisch ausgewertet, um Störgrößen zu identifizieren, ihren Einfluss zu limitieren und um relative Veränderungen des Ausschaltvermögens einordnen zu können. Die Untersuchung des Ausschaltvermögens der Kontaktwerkstoffe erfolgt schließlich in einer standardisierten und auf Reproduzierbarkeit optimierten Prüfumgebung. Die Ergebnisse legen nahe, dass das Ausschaltvermögen der Kontaktwerkstoffe unter den gegebenen Versuchsbedingungen auf grundlegende Veränderungen in der Mikrostruktur und der Chromcharge nicht reagiert. Die auftretenden Wiederzündungsmechanismen sind unsensibel für die genannten Veränderungen der Kontaktwerkstoffe. Zur Bewertung der Ergebnisse werden die Mikrostruktur der Werkstoffe nach den Kurzschlussunterbrechungen sowie die Entladungszustände der Schaltstrecke ausgewertet. Anhand der Wiederzündungszeitpunkte und des Reststromverhaltens der Schaltstrecke werden Rückschlüsse auf mögliche Wiederzündungsmechanismen gezogen. Der kritische Wiederzündungsmechanismus scheint nicht mit "Townsend-ähnlichen" Elektronenlawinen in Verbindung zu stehen, sondern mit oberflächenabhängigen Vorgängen in Zusammenhang mit "liquid protrusions" oder Metalltropfen