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DE19543223C1 - Silber-Eisen-Werkstoff für elektrische Schaltkontakte (III) - Google Patents

Silber-Eisen-Werkstoff für elektrische Schaltkontakte (III)

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DE19543223C1
DE19543223C1 DE19543223A DE19543223A DE19543223C1 DE 19543223 C1 DE19543223 C1 DE 19543223C1 DE 19543223 A DE19543223 A DE 19543223A DE 19543223 A DE19543223 A DE 19543223A DE 19543223 C1 DE19543223 C1 DE 19543223C1
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DE
Germany
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oxide
silver
iron
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Wolfgang Dr Weise
Willi Malikowski
Roger Wolmer
Peter Dr Braumann
Andreas Koffler
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Omg AG & Co Kg 63457 Hanau De
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Degussa GmbH
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    • C22CALLOYS
    • C22C5/00Alloys based on noble metals
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    • HELECTRICITY
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    • H01HELECTRIC SWITCHES; RELAYS; SELECTORS; EMERGENCY PROTECTIVE DEVICES
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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.
Tabelle

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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