DE19543223C1 - Silber-Eisen-Werkstoff für elektrische Schaltkontakte (III) - Google Patents
Silber-Eisen-Werkstoff für elektrische Schaltkontakte (III)Info
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Description
Die Erfindung betrifft Silber-Eisen-Werkstoffe mit weiteren
metallischen und 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-Werkstoffes 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
einfach Silber-Eisen-Werkstoffen, liegen jedoch noch unter
den Werten entsprechender Silber-Nickel-Werkstoffen.
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 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-OS 27 47 089
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 metallischen und
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 20 Gew.% Eisen, 0,05 bis 5 Gew.%
Rhenium und/oder Iridium und/oder Ruthenium und 0,05 bis
2 Gew.% eines oder mehrerer Oxide aus der Reihe
Magnesiumoxid, Calziumoxid, Yttriumoxid, Lanthanoxid,
Titanoxid′ Zirkoniumoxid, Hafniumoxid, Ceroxid, Nioboxid,
Tantaloxid, Chromoxid, Manganoxid, Eisenoxid, Kupferoxid,
Zinkoxid, Aluminiumoxid, Indiumoxid, Siliziumoxid und
Zinnoxid, Rest Silber, bestehen.
Vorzugsweise enthalten die Werkstoffe 0,3 bis 1,5 Gew.%
Rhenium und/oder Iridium und/oder Ruthenium.
Bewährt hat es sich, wenn der Oxidanteil zwischen 0,2 und
1,2 Gew.% liegt und der Eisenanteil zwischen 0,5 und 10
Gew. %.
Es hat sich gezeigt, daß bei Silber-Eisen-Werkstoffen mit
Reduzierung des Eisen-Gehaltes eine Verbesserung des
Übertemperaturverhaltens einhergeht. Gleichzeitig wird aber
das Verschweißverhalten und die Lebensdauer mit abnehmendem
Eisen-Gehalt verschlechtert. Bei höheren Eisen-Gehalten
kann durch Rhenium-Zusatz die Übertemperatur verringert
werden. Durch Rhenium wird aber die Abbrandfestigkeit
verschlechtert. Überraschenderweise hat sich nun gezeigt,
daß durch oxidische Zusätze zu einem
Silber-Eisen-Rhenium-Werkstoff die Lebensdauer deutlich
ansteigt, ohne daß sich die Übertemperaturwerte
verschlechtern. Dabei läßt sich das Rhenium ganz oder
teilweise durch Iridium und/oder Ruthenium ersetzen.
Die Werkstoffe lassen sich wirtschaftlich herstellen und
sind in allen Schalteigenschaften mit den
Silber-Nickel-Werkstoffen 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 15
KW-Schütz unter den Schaltbedingungen AC4 und DIN VDE 0660
durchgeführt. Die Übertemperaturmessung erfolgte an den
Kontaktbrücken bei einer Strombelastung von 45A und erfolgt
jeweils nach 20.000 Schaltungen. Die Werkstoffe und die
Ergebnisse der mit diesen Werkstoffen durchgeführten
Schaltversuche nach einer Gesamtschaltbelastung von 60.000
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 hat.
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 metallischen und
oxidischen Zusätzen für elektrische Schaltkontakte,
dadurch gekennzeichnet,
daß sie aus 0,5 bis 20 Gew.% Eisen, 0,05 bis 5 Gew.%
Rhenium und/oder Iridium und/oder Ruthenium und 0,05
bis 2 Gew.% eines oder mehrerer Oxide aus der Reihe
Magnesiumoxid, Calziumoxid, Yttriumoxid, Lanthanoxid,
Titanoxid, Zirkoniumoxid, Hafniumoxid, Ceroxid,
Nioboxid, Tantaloxid, Chromoxid, Manganoxid, Eisenoxid,
Kupferoxid, Zinkoxid, Aluminiumoxid, Indiumoxid,
Siliziumoxid und Zinnoxid, Rest Silber, bestehen.
2. Silber-Eisen-Werkstoffe nach Anspruch 1,
dadurch gekennzeichnet,
daß sie 0,3 bis 1,5 Gew.% Rhenium und/oder Iridium
und/oder Ruthenium enthalten.
3. Silber-Eisen-Werkstoffe nach Anspruch 1 oder 2,
dadurch gekennzeichnet,
daß sie 0,2 bis 1,2 Gew.% der oxidischen Bestandteile
enthalten.
4. Silber-Eisen-Werkstoffe nach einem der Ansprüche 1
bis 3,
dadurch gekennzeichnet,
daß sie 0,5 bis 10 Gew.% Eisen enthalten.
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