[0001] Die Erfindung betrifft einen Werkstoff für elektrische Kontakte, bestehend aus einem
Gemisch aus Silber, einer Silberlegierung oder einem Silberverbundwerkstoff mit 0,05
bis 7 Gew.% Kohlenstoff, das kaltisostatisch gepresst und gesintert ist.
[0002] Kontaktwerkstoffe auf der Basis von Silber mit einigen Gewichtsprozenten Kohlenstoff
in Form von Graphit haben in der Niederspannungs-Energietechnik weite Verbreitung
gefunden. In Schutzschaltern bieten Kontakte aus Silber-Graphit eine hohe Sicherheit
gegen Verschweißungen. Nachteilig ist jedoch ein hoher Abbrand und eine schlechte
Lichtbogenableitung.
[0003] Es gab daher viele Versuche, durch weitere Zusätze zu Silber-Graphit die Abbrandfestigkeit
dieses Kontaktwerkstoffs zu erhöhen. Verbesserungen erreicht man beispielsweise durch
den Einbau von Kohlenstoff- bzw. Graphitfäden in den Werkstoff. So wird in der PCT-Anmeldung
WO-92/18995-A1 ein Silber-Kohlenstoff-Verbundwerkstoff für elektrische Kontakte der
eingangs genannt Art beschrieben, der neben Graphitpulver noch Kohlenstoffasern enthält,
wobei die Länge der Kohlenstoffasern mehr als doppelt so lang sein müssen als der
Durchmesser der Graphitteilchen, die einen mittleren Teilchendurchmesser von 0,2 bis
40 µm besitzen sollen. Dabei wird erwähnt, daß als pulverförmiger Kohlenstoff auch
Ruß eingesetzt werden kann. Am günstigsten soll sich jedoch ein Werkstoff verhalten,
bei dem sowohl das Kohlenstoffpulver als auch die Kohlenstoffasern aus Graphit bestehen.
[0004] Die Herstellung dieser Werkstoffe ist durch die Verwendung von Kohlenstoffasern relativ
teuer. Außerdem zeigen die Werkstoffe wegen der unterschiedlichen Partikelgrößen von
Pulver und Faser ein ungleichmäßiger Ausbrennverhalten, was die Lebensdauer der Kontaktstücke
verkürzt.
[0005] Die US-PS 2,319,240 beschreibt einen Silber-Kohlenstoff-Werkstoff für elektrische
Kontakte, bei dem außer Graphit auch anderer Kohlenstoff verwendet werden kann. Über
die Art des Kohlenstoffs und die Größe dieser Kohlenstoffteilchen werden keine Angaben
gemacht. Die Herstellung dieser Werkstoffe erfolgt durch Vermischen entsprechender
Pulver, Pressen des Pulvers zu einem Halbzeug und Sintern.
[0006] Ruße mit Primärteilchengrößen unterhalb 25 nm bzw. zwischen 10 und 100 nm sind aus
der DE-PS 23 57 524 bzw. aus der Schrift "Elektrisch leitende Kunststoffe", Carl Hauser
Verlag, München, 1986, Seite 55-61, bekannt.
[0007] Es war daher Aufgabe der vorliegenden Erfindung, einen Werkstoff für elektrische
Kontakte, bestehend aus Silber, einer Silberlegierung oder einem Silberverbundstoff
mit 0,05 bis 7 Gew.% Kohlenstoff zu entwickeln, der verbesserte Abbrandeigenschaften
bei sehr guter Verschweißsicherheit zeigt.
[0008] Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß der Kohlenstoff ausschließlich
in Form von Ruß mit einer mittleren Primärteilchengröße von weniger als 150 Nanometer
dem Silber-, Silberlegierungs- oder Silberverbundwerkstoffpulver zugesetzt ist.
[0009] Vorzugsweise liegt die mittlere Primärteilchengröße des eingesetzten Rußes bei weniger
als 100 Nanometer.
[0010] Diese Werkstoffe zeigen überraschenderweise gegenüber den bekannten Silber-Kohlenstoff-Kontaktwerkstoffen
eine verbesserte Abbrandfestigkeit bei hervorragender Verschweißsicherheit. Ein weiterer
Vorteil des Werkstoffes liegt darin, daß er mit vermindertem Kohlenstoffgehalt bessere
Werte als Silber-Graphit aufweist und dadurch weniger leitfähige Rückstände beim Schalten
hinterläßt.
[0011] Neben Silber kann durch Zusatz von Ruß auch das Abbrandverhalten von beispielsweise
AgNi- und AgCuO-Verbundwerkstoffen verbessert werden.
[0012] Folgende Beispiele sollen die Erfindung näher erläutern:
1. Ag-Pulver (<63µm) wird mit Rußpulver einer mittleren Primärteilchengröße von ca.
100 nm in der Zusammensetzung Ag/Ruß-95/5 trocken gemischt und zu einem Strangpreßbolzen
kaltisostatisch gepreßt. Nach dem Sintern unter Schutzgas wird der Bolzen zu Profil
stranggepreßt. Das Profil wird bis zur gewünschten Endabmessung gewalzt. Von dem Endprofil
werden Kontaktstücke abgetrennt, die anschließend zur Erzeugung einer löt- und schweißbaren
Schicht in Luft oder Sauerstoffatmosphäre ausgebrannt werden.
2. Ag-Pulver (<63µm) wird mit Rußpulver mit einer mittleren Primärteilchengröße von
ca. 100 nm in der Zusammensetzung Ag/Ruß-98/2 trocken gemischt, zu einem Strangpreßbolzen
kaltisostatisch gepresst und wie in Beispiel 1 zu Kontaktstücken weiterverarbeitet.
3. Ag-Pulver (<63µm) wird mit Rußpulver mit einer mittleren Primärteilchengröße von
ca. 150 nm in der Zusammensetzung Ag/Ruß-98/2 naß in einem Attritor gemischt. Nach
dem Trocknen wird die Mischung zu einem Strangpreßbolzen kaltisostatisch gepreßt und
wie in Beispiel 1 weiterverarbeitet.
[0013] Die nach Beispiel 1 bis 3 hergestellten Kontaktstücke wurden in einem Modellprüfstand
bei 100 A in ihrem Abbrandverhalten und bei 1000 A in ihrer Verschweißkraft mit gleich
zusammengesetzten Silber-Graphitwersktoffen verglichen, die anstatt Ruß Graphitpulver
bzw. Graphitpulver und Graphitfasern enthielten.
[0014] Die Ergebnisse zeigt folgende Tabelle.
Tabelle
Werkstoff |
Verschweißkraft 95 % Wert in N |
mittl. Abbrand in mg (100 A) |
Ag/Ruß 98/2 |
10 |
10 |
Ag/Ruß 95/5 |
5 |
30 |
Ag/Graphit 95/5 |
15 |
25 |
Ag/Graphit/Graphitfasern 95/2,5/2,5 |
35 |
15 |
1. Werkstoff für elektrische Kontakte, bestehend aus einem Gemisch aus Silber, einer
Silberlegierung oder einem Silberverbundwerkstoff mit 0,05 bis 7 Gew.% Kohlenstoff,
das kaltisostatisch gepresst und gesintert ist,
dadurch gekennzeichnet,
daß der Kohlenstoff ausschließlich in Form von Ruß mit einer mittleren Primärteilchengröße
von weniger als 150 Nanometer dem Silber-, Silberlegierungs- oder Silberverbundwerkstoffpulver
zugesetzt ist.
2. Werkstoff nach Anspruch 1,
dadurch gekennzeichnet,
daß der Ruß eine mittlere Primärteilchengröße von weniger als 100 Nanometer besitzt.
1. Material for electrical contacts, consisting of a mixture of silver, a silver alloy
or a silver composite with 0.05 to 7 wt.% carbon, which is cold isostatic pressed
and sintered,
characterised in that
the carbon is added to the silver, silver alloy or silver composite powder exclusively
in the form of carbon black with an average primary particle size of less than 150
nanometers.
2. Material according to claim 1,
characterised in that
the carbon black possesses an average primary particle size of less than 100 nanometers.
1. Matériau pour contacts électriques constitué d'un mélange d'argent, d'un alliage d'argent
ou d'un matériau composite d'argent, avec de 0,05 à 7 % en poids de carbone, qui est
pressé de façon isostatique à froid et fritté,
caractérisé en ce que
le carbone est ajouté exclusivement sous forme de noir de fumée ayant une taille particulaire
primaire moyenne inférieure à 150 nm à la poudre de matériau d'argent, d'alliage d'argent
ou de composite d'argent.
2. Matériau selon la revendication 1,
caractérisé en ce que
le noir de fumée possède une taille particulaire primaire moyenne inférieure à 100
nm.