(19) |
|
|
(11) |
EP 0 774 529 B1 |
(12) |
EUROPÄISCHE PATENTSCHRIFT |
(45) |
Hinweis auf die Patenterteilung: |
|
29.03.2000 Patentblatt 2000/13 |
(22) |
Anmeldetag: 26.10.1996 |
|
|
(54) |
Silber-Eisen-Werkstoff für elektrische Schaltkontakte (I)
Silver-iron material for electrical switch contacts
Matériau argent-fer pour contacts de commutateurs électriques
|
(84) |
Benannte Vertragsstaaten: |
|
DE ES FR GB IT |
(30) |
Priorität: |
20.11.1995 DE 19543222
|
(43) |
Veröffentlichungstag der Anmeldung: |
|
21.05.1997 Patentblatt 1997/21 |
(73) |
Patentinhaber: Degussa-Hüls Aktiengesellschaft |
|
60287 Frankfurt am Main (DE) |
|
(72) |
Erfinder: |
|
- Weise, Wolfgang, Dr.
60318 Frankfurt/Main (DE)
- Malikowski, Willi
63739 Aschaffenburg (DE)
- Wolmer, Roger
63571 Gelnhausen (DE)
- Braumann, Peter, Dr.
63755 Alzenau (DE)
- Koffler, Andreas
61130 Niederau (DE)
|
(56) |
Entgegenhaltungen: :
|
|
|
|
- PATENT ABSTRACTS OF JAPAN vol. 18, no. 377 (C-1225), 15.Juli 1994 & JP 06 100965 A
(TOKURIKI HONTEN CO.LTD.), 12.April 1994,
- PATENT ABSTRACTS OF JAPAN vol. 18, no. 377 (C-1225), 15.Juli 1994 & JP 06 100963 A
(TOKURIKI HONTEN CO.LTD.), 12.April 1994,
|
|
|
|
Anmerkung: Innerhalb von neun Monaten nach der Bekanntmachung des Hinweises auf die
Erteilung des europäischen Patents kann jedermann beim Europäischen Patentamt gegen
das erteilte europäischen Patent Einspruch einlegen. Der Einspruch ist schriftlich
einzureichen und zu begründen. Er gilt erst als eingelegt, wenn die Einspruchsgebühr
entrichtet worden ist. (Art. 99(1) Europäisches Patentübereinkommen). |
[0001] Die Erfindung betrifft Silber-Eisen-Werkstoffe mit weiteren oxidischen Zusätzen für
elektrische Schaltkontakte.
[0002] 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 100A der Verbundwerkstoff Silber-Nickel bewährt. Er besitzt eine hohe
Abbrandfestigkeit bei sehr gutem Übertemperaturverhalten.
[0003] 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.
[0004] In der DE-OS 38 16 895 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 Werstoffe zeigen ein deutlich
besseres Übertemperaturverhalten bei guter Lebensdauer gegenüber einfachen Silber-Eisen-Werkstoffen,
liegen jedoch noch unter den Werten entsprechender Silber-Nickel-Werkstoffe.
[0005] Das gilt auch für weitere bekannte Kontaktwerkstoffe auf der Basis Silber-Eisen.
In der DE-OS 39 11 904 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. Aus der DE-OS 43 43 550 ist ein Kontaktwerkstoff bekannt,
der neben Silber Eisenoxid, Zirkoniumoxid und Wolframoxid enthält. In der EP-PS 0
586 411 wird ein Kontaktwerkstoff aus Silber mit 1 bis 50 Gew.% Eisen und 0,01 bis
5 Gew.% Rhenium beschrieben. Aus der JP-A-06 100 965 sind Kontaktwerkstoffe bekannt,
die Silber, 0,1 bis 15 Gew.% Eisen und weniger als 10 Gew.% von Cd, Sn, Sb, Zn, In,
Bi und/oder Te enthalten. Ein intern oxidiertes Legierungspulver aus Silber mit 0,05
bis 10 Gew.% von Cd, Sn, Sb, Zn, In, Bi und/oder Te wird mit Eisenpulver gemischt
und gesintert.
[0006] 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. Des weiteren muß der Werkstoff wirtschaftlich als Draht herstellbar sein
und durch Widerstandschweißen auf Kontaktträgerstoffe aufgeschweißt werden können.
[0007] 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.
[0008] Vorzugsweise setzt man 0,2 bis 1,5 Gew.% oxidische Bestandteile zu.
[0009] Besonders bewährt hat es sich, wenn die Werkstoffe 0,2 bis 1,2 Gew.% Magnesiumoxid,
Calziumoxid, Yttriumoxid, Lanthanoxid, Titanoxid, Zirkoniumoxid, Hafniumoxid, Ceroxid,
Nioboxid, Tantaloxid, Aluminiumoxid und Siliziumoxid enthalten.
[0010] Es ist weiterhin von Vorteil, wenn der Eisengehalt zwischen 0,5 und 2,5 Gew.% liegt.
[0011] 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.
[0012] Die Werkstoffe lassen sich wirtschaftlich herstellen und sind in allen Schalteigenschaften
mit dem Silber-Nickel-Wersktoff vergleichbar, insbesondere die Übertemperatur zeigt
Werte, die auch die Silber-Nickel-Werkstoffe erzielen.
[0013] 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.
Tabelle
Werkstoff |
Mittlere Übertemperatur in K |
AgNi20 |
90 |
AgFe8,5Zn1,5 |
116 |
AgFe4MgO1 |
95 |
AgFe2MgO0,5 |
87 |
AgFe4Y2O3 1 |
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 |
[0014] Die Herstellung der Werkstoffe erfolgt pulvermetallurgisch durch Mischen der entsprechenden
Pulver, kaltisostatischem Pressen, Sintern und Strangpressen zu Drähten oder Profilen.
1. Silber-Eisen-Werkstoffe mit weiteren oxidischen Zusätzen für elektrische Schaltkontakte,
welche
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.% oxidischer 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.
1. Silver-iron materials with further oxidic additions for electrical switching contacts,
which consist of 0.5 to 4.5 wt % of iron and 0.05 to 2 wt % of one or more of the
oxidic additions magnesium oxide, calcium oxide, yttrium oxide, lanthanum oxide, titanium
oxide, zirconium oxide, hafnium oxide, cerium oxide, niobium oxide, tantalum oxide,
chromium oxide, manganese oxide, iron oxide, zinc oxide, aluminium oxide, indium oxide,
silicon oxide and tin oxide, remainder silver.
2. Silver-iron materials according to claim 1,
characterised in that they contain 0.2 to 1.5 wt % of oxidic components.
3. Silver-iron materials according to claim 1,
characterised in that they contain 0.2 to 1.2 wt % of magnesium oxide, calcium oxide,
yttrium oxide, lanthanum oxide, titanium oxide, zirconium oxide, cerium oxide, niobium
oxide, tantalum oxide, aluminium oxide and silicon oxide.
4. Silver-iron materials according to claims 1 to 3,
characterised in that the iron content lies between 0.5 and 2.5 wt %.
1. Matériaux argent-fer comportant d'autres additifs obtenus par voie d'oxydation pour
des contacts de commutation électriques, constitués de 0,5 à 4,5 % en poids de fer
et de 0,05 à 2 % en poids d'un ou plusieurs des additifs obtenus par voie d'oxydation
que sont l'oxyde de magnésium, l'oxyde de calcium, l'oxyde d'yttrium, l'oxyde de lanthane,
l'oxyde de titane, l'oxyde de zirconium, l'oxyde d'hafnium, l'oxyde de cérium, l'oxyde
de niobium, l'oxyde de tantale, l'oxyde de chrome, l'oxyde de manganèse, l'oxyde de
fer, l'oxyde de zinc, l'oxyde d'aluminium, l'oxyde d'indium, l'oxyde de silicium et
l'oxyde d'étain, le reste étant de l'argent.
2. Matériaux argent-fer selon la revendication 1,
caractérisés en ce qu'
ils contiennent de 0,2 à 1,5 % en poids de composants obtenus par voie d'oxydation.
3. Matériaux argent-fer selon la revendication 1,
caractérisés en ce qu'
ils contiennent de 0,2 à 1,2 % en poids d'oxyde de magnésium, d'oxyde de calcium,
d'oxyde d'yttrium, d'oxyde de lanthane, d'oxyde de titane, d'oxyde de zirconium, d'oxyde
de cérium, d'oxyde de niobium, d'oxyde de tantale, d'oxyde d'aluminium et d'oxyde
de silicium.
4. Matériaux argent-fer selon les revendications 1 à 3,
caractérisés en ce que
la teneur en fer est située entre 0,5 et 2,5 % en poids.