Silber-Eisen-Werkstoff für elektrische Schaltkontakte (I)

Beschreibung

[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.

[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.

Ansprüche

1. Silber-Eisen-Werkstoffe mit weiteren oxidischen Zusätzen für elektrische Schaltkontakte,
dadurch gekennzeichnet,
daß sie 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.