DE19543222C1 - Silber-Eisen-Werkstoff für elektrische Schaltkontakte (I) - Google Patents
Silber-Eisen-Werkstoff für elektrische Schaltkontakte (I)Info
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Description
Die Erfindung betrifft Silber-Eisen-Werkstoffe mit weiteren
oxidischen Zusätzen für elektrische Schaltkontakte.
Kontaktwerkstoffe für den Einsatz in der elektrischen
Energietechnik müssen eine hohe Abbrandfestigkeit, geringe
Verschweißkraft und niedrigen Kontaktwiderstand aufweisen.
Für luftoffene Schaltgeräte der Niederspannungstechnik hat
sich für Schaltströme von kleiner als 100 A der
Verbundwerkstoff Silber-Nickel bewährt. Er besitzt eine
hohe Abbrandfestigkeit bei sehr gutem
Übertemperaturverhalten.
Ein Nachteil dieses Werkstoffes liegt jedoch darin, daß
Nickel insbesondere in Form von Stäuben schädliche
Auswirkungen auf den menschlichen Organismus haben kann.
Als Alternative zu Nickel ist verschiedentlich Eisen
vorgeschlagen worden.
In der DE 38 16 895 A1 wird die Verwendung eines Silber-Eisen-Werkstoffs
für elektrische Kontakte beschrieben, der
neben Silber 3 bis 30 Gew.-% Eisen und insgesamt 0,05 bis 5
Gew.-% von einem oder mehreren der Zusätze Mangan, Kupfer,
Zink, Antimon, Wismutoxid, Molybdänoxid, Wolframoxid und
Chromnitrid enthält. Diese Werkstoffe zeigen ein deutlich
besseres Übertemperaturverhalten bei guter Lebensdauer
gegenüber einfachen Silber-Eisen-Werkstoffen, liegen jedoch
noch unter den Werten entsprechender Silber-Nickel-
Werkstoffe.
Das gilt auch für weitere bekannte Kontaktwerkstoffe auf
der Basis Silber-Eisen. In der DE 39 11 904 A1 werden
beispielsweise Kontaktwerkstoffe geoffenbart, die neben
Silber 5 bis 50 Gew.-% Eisen und bis zu 5 Gew.-% eines oder
mehrerer der Oxide Titanoxid, Zirkoniumoxid, Nioboxid,
Tantaloxid, Molybdänoxid, Wolframoxid, Manganoxid,
Kupferoxid und Zinkoxid enthalten kann. Diese Werkstoffe
zeigen allerdings ein noch nicht optimales
Übertemperaturverhalten. Aus der DE 43 43 550 A1 ein
Kontaktwerkstoff bekannt, der neben Silber Eisenoxid,
Zirkoniumoxid und Wolframoxid enthält. In der
EP 0 586 411 B1 ein Kontaktwerkstoff aus Silber mit 1
bis 50 Gew.-% Eisen und 0,01 bis 5 Gew.-% Rhenium
beschrieben.
Das DE-GM 74 18 086 beschreibt einen Kontaktwerkstoff aus
Silber, der auch Oxide der Erdalkalimetalle und der
Seltenen Erden enthält, daneben aber auch größere Mengen an
Kadmiumoxid. Solche Werkstoffe werden bei höheren
Stromstärken eingesetzt und sind wegen des
Kadmiumoxidgehalts problematisch. Auch die DE 27 47 089 A1
beschreibt Kontaktwerkstoffe aus Silber mit größeren Mengen
Zinn- und Indiumoxid und weniger als 0,5 Gew.-% Eisenoxid.
Diese Werkstoffe sind nicht schweißbar und auch nicht als
Ersatz für Silber-Nickel-Werkstoffe verwendbar.
Weitere oxidische Zusätze zu Silber-Kontaktwerkstoffen sind
aus der DE-OS 15 39 879 und der DE-AS 11 39 281 bekannt.
Auch diese Werkstoffe können nicht als Ersatz für
Silber-Nickel dienen.
Es war daher Aufgabe der vorliegenden Erfindung,
Silber-Eisen-Werkstoffe mit weiteren oxidischen Zusätzen
für elektrische Schaltkontakte zu finden, die in ihrer
Verschweißneigung, Kontaktwiderstand und Lebensdauer den
bekannten Silber-Nickel-Werkstoffen möglichst nahe kommen.
Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß die
Werkstoffe aus 0,5 bis 4,5 Gew.-% Eisen und 0,05 bis 2 Gew.-%
von einem oder mehreren der oxidischen Zusätze
Magnesiumoxid, Calziumoxid, Yttriumoxid, Lanthanoxid,
Titanoxid, Zirkoniumoxid, Hafniumoxid, Ceroxid, Nioboxid,
Tantaloxid, Chromoxid, Manganoxid, Eisenoxid, Zinkoxid,
Aluminiumoxid, Indiumoxid, Siliziumoxid und Zinnoxid, Rest
Silber, bestehen.
Vorzugsweise setzt man 0,2 bis 1,5 Gew.-% der oxidischen
Bestandteile zu.
Besonders bewährt hat es sich, wenn die Werkstoffe 0,2 bis
1,2 Gew.-% Magnesiumoxid, Calziumoxid, Yttriumoxid,
Lanthanoxid, Titanoxid, Zirkoniumoxid, Ceroxid, Nioboxid,
Tantaloxid, Aluminiumoxid und Siliziumoxid enthalten.
Es ist weiterhin von Vorteil, wenn der Eisengehalt
zwischen 0,5 und 2,5 Gew.-% liegt.
Die bisher verwendeten Silber-Eisenwerkstoffe mit weiteren
Zusätzen enthielten normalerweise zwischen 10 und 20 Gew.-%
Eisen. Es hat sich aber gezeigt, daß mit der Reduzierung
des Eisengehaltes eine Verbesserung des
Übertemperaturverhalten einhergeht. Gleichzeitig wird aber
das Verschweißverhalten und die Lebensdauer mit abnehmendem
Eisen-Gehalt verschlechtert. Überraschenderweise hat es
sich nun gezeigt, daß durch Zusatz genannter Oxide in
Mengen zwischen 0,05 bis 2 Gew.-% die Lebensdauer und
Verschweißsicherheit überproportional steigen, ohne das der
Übertemperaturwert verschlechtert wird. Dabei ist es für
das Übertemperaturverhalten von Vorteil, wenn der
Eisen-Gehalt unter 4,5% liegt. Die Werkstoffe sind
widerstandsschweißbar und Verbindungen mit
Kupfer-Trägerwerkstoffen zeigen hohe
Verbindungsfestigkeiten. Besonders bewährt haben sich
Werkstoffe, deren Eisen-Gehalt unter 2,5 Gew.-% und die
Menge der oxidischen Zusätze unter 1,2 Gew.-% liegen.
Die Werkstoffe lassen sich wirtschaftlich herstellen und
sind in allen Schalteigenschaften mit dem
Silber-Nickel-Werkstoff vergleichbar, insbesondere die
Übertemperatur zeigt Werte, die auch die
Silber-Nickel-Werkstoffe erzielen.
Dies wurde durch elektrische Schaltversuche in
serienmäßigen Schützen nachgewiesen. Die Versuche wurden in
einem 5,5 KW-Schütz unter den Schaltbedingungen AC1 nach
DIN VDE 0660 durchgeführt. Die Übertemperaturmessung
erfolgte an den Kontaktbrücken bei einer Strombelastung von
20 A und wurde jeweils nach 200.000 Schaltungen gemessen.
Die Werkstoffe und die Ergebnisse der mit diesen
Werkstoffen durchgeführten Schaltversuche nach einer
Gesamtschaltbelastung von 600.000 Schaltspielen sind in
folgender Tabelle enthalten und zeigen die Verbesserung der
erfindungsgemäßen Werkstoffe hinsichtlich der
Kontakterwärmung gegenüber den bekannten Werkstoffen AgNi20
und AgFe8,5Zn1,5.
Werkstoff | |
Mittlere Übertemperatur in K | |
AgNi20 | |
90 | |
AgFe8,5Zn1,5 | 116 |
AgFe4MgO1 | 95 |
AgFe2MgO0,5 | 87 |
AgFe4Y₂O₃1 | 100 |
AgFe2Y₂O₃0,5 | 88 |
AgFe4CeO1 | 102 |
AgFe2CeO0,5 | 91 |
AgFe4Ta₂O₅1 | 109 |
AgFe2Ta₂O₅0,5 | 99 |
AgFe4ZnO1 | 107 |
AgFe2ZnO0,5 | 98 |
AgFe4Al₂O₃1 | 102 |
AgFe2Al₂O₃0,5 | 91 |
AgFe4SnO₂1 | 107 |
AgFe2SnO₂0,5 | 97 |
AgFe2SiO₂0,5 | 94 |
Die Herstellung der Werkstoffe erfolgt pulvermetallurgisch
durch Mischen der entsprechenden Pulver, kaltisostatischem
Pressen, Sintern und Strangpressen zu Drähten oder
Profilen.
Claims (4)
1. Silber-Eisen-Werkstoffe mit weiteren oxidischen
Zusätzen für elektrische Schaltkontakte,
dadurch gekennzeichnet,
daß sie aus 0,5 bis 4,5 Gew.-% Eisen und 0,05 bis
2 Gew.-% von einem oder mehreren der oxidischen Zusätze
Magnesiumoxid, Calziumoxid, Yttriumoxid, Lanthanoxid,
Titanoxid, Zirkoniumoxid, Hafniumoxid, Ceroxid,
Nioboxid, Tantaloxid, Chromoxid, Manganoxid, Eisenoxid,
Zinkoxid, Aluminiumoxid, Indiumoxid, Siliziumoxid und
Zinnoxid, Rest Silber, bestehen.
2. Silber-Eisen-Werkstoffe nach Anspruch 1,
dadurch gekennzeichnet,
daß sie 0,2 bis 1,5 Gew.-% der oxidischen Bestandteile
enthalten.
3. Silber-Eisen-Werkstoffe nach Anspruch 1,
dadurch gekennzeichnet,
daß sie 0,2 bis 1,2 Gew.-% Magnesiumoxid, Calziumoxid,
Yttriumoxid, Lanthanoxid, Titanoxid, Zirkoniumoxid,
Ceroxid, Nioboxid, Tantaloxid, Aluminiumoxid und
Siliziumoxid enthalten.
4. Silber-Eisen-Werkstoffe nach Anspruch 1 bis 3,
dadurch gekennzeichnet,
daß der Eisengehalt zwischen 0,5 bis 2,5 Gew.-% liegt.
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Owner name: DMC2 DEGUSSA METALS CATALYSTS CERDEC AG, 60311 FRA |
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