DE19543208C1 - Silber-Eisen-Werkstoff für elektrische Schaltkontakte (II) - Google Patents
Silber-Eisen-Werkstoff für elektrische Schaltkontakte (II)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 ist ein
Kontaktwerkstoff bekannt, der neben Silber Eisenoxid,
Zirkoniumoxid und Wolframoxid enthält. In der
EP 0 586 411 B1 wird 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 4,6 bis 15 Gew.-% Eisen und 0,05 bis 5 Gew.-%
von einem oder mehreren der oxidischen Zusätze
Magnesiumoxid, Calziumoxid, Yttriumoxid, Lanthanoxid,
Ceroxid, Chromoxid, Eisenoxid, Aluminiumoxid, Indiumoxid,
Siliziumoxid und Zinnoxid, Rest Silber, bestehen.
Vorzugsweise enthält der Werkstoff 0,2 bis 1,5 Gew.-% der
genannten Oxide.
Weiterhin ist von Vorteil, wenn der Eisengehalt zwischen
4,6 und 10 Gew.-% liegt.
Die besten Schalteigenschaften zeigen Werkstoffe mit 4,6
bis 6 Gew.-% Eisen und 0,2 bis 1,2 Gew.-% oxidische
Bestandteile, Rest Silber.
Die bisher verwendeten Silber-Eisen-Werkstoffe enthalten
üblicherweise ca. 10-20 Gew.-% Eisen, wie auch der
Silber-Nickel Vergleichswerkstoff 10-20 Gew.-% Ni enthält.
Im Vergleich zu Silber-Nickel-Werkstoffen ist bei
Silber-Eisen-Werkstoffen die Übertemperatur deutlich
stärker von der Eisen-Konzentration abhängig.
Überraschenderweise hat sich nun gezeigt, daß durch Zusatz
von Oxiden der genannten Art die Übertemperatur gesenkt
werden kann. Gleichzeitig wird die Lebensdauer durch diese
Zusätze verbessert. Die Werkstoffe sind
widerstandsschweißbar. Die Verbindungen mit Kupfer-Trägerwerkstoffen
weisen hohe Festigkeiten auf.
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 wird jeweils nach 200.000 Schaltungen gemessen.
Die verwendeten 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 mittleren
Übertemperatur gegenüber den bekannten Werkstoffen AgNi20
und AgFe8,5Zn1,5.
Die Herstellung der Werkstoffe erfolgt pulvermetallurgisch
durch Mischen der entsprechenden Pulver, kaltisostatischem
Pressen, Sintern und Strangpressen zu Drähten oder
Profilen.
| Werkstoff | |
| Mittlere Übertemperatur in K | |
| AgNi20 | |
| 90 | |
| AgFe8,5Zn1,5 | 116 |
| AgFe5MgO4 | 98 |
| AgFe9MgO1 | 110 |
| AgFe5MgO5 | 111 |
| AgFe5MgO0,5 | 85 |
| AgFe5Fe₂O₃4 | 102 |
| AgFe9Y₂O₃1 | 114 |
| AgFe5Y₂O₃5 | 117 |
| AgFe5Y₂O₃0,5 | 88 |
| AgFe5CeO4 | 105 |
| AgFe9CeO1 | 109 |
| AgFe5CeO5 | 118 |
| AgFe5CeO0,5 | 96 |
| AgFe5Al₂O₃4 | 100 |
| AgFe9Al₂O₃1 | 108 |
| AgFe5Al₂O₃5 | 112 |
| AgFe5Al₂O₃0,5 | 91 |
| AgFe5SnO₂4 | 121 |
| AgFe9SnO₂1 | 123 |
| AgFe5SnO₂5 | 120 |
| AgFe5SnO₂0,5 | 104 |
| AgFe5SiO₂0,5 | 94 |
Claims (4)
1. Silber-Eisen-Werkstoffe mit weiteren oxidischen
Zusätzen für elektrische Schaltkontakte,
dadurch gekennzeichnet,
daß sie aus 4,6 bis 15 Gew.-% Eisen und 0,05 bis 5 Gew.-%
von einem oder mehreren der oxidischen Zusätze
Magnesiumoxid, Calziumoxid, Yttriumoxid, Lanthanoxid,
Ceroxid, Chromoxid, Aluminiumoxid, Indiumoxid,
Eisenoxid, 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 Zusätze
enthalten.
3. Silber-Eisen-Werkstoffe nach Anspruch 1 und 2,
dadurch gekennzeichnet,
daß der Eisengehalt zwischen 4,6 und 10 Gew.-% liegt.
4. Silber-Eisen-Werkstoffe nach Anspruch 1 bis 3,
dadurch gekennzeichnet,
daß sie 4,6 bis 6 Gew.-% Eisen und 0,2 bis 1,2 Gew.-%
oxidische Zusätze enthalten.
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