Verwendung eines Silber-Eisen-Werkstoffs für elektrische Kontakte

Abstract

 Für elektrische Kontakte wird ein Silber- Eisen- ­Werkstoff verwendet, der eine geringe Verschweißneigung, einen geringen Kontaktwiderstand und einen breiten Anwendungsbereich besitzt. Er enthält neben Silber 3 - 30 Gew.-% Eisen und einen oder mehrere der Zusätze Mangan, Kupfer, Zink, Antimon, Wismutoxid, Molybdänoxid, Wolframoxid und Chromnitrid in Mengen von insgesamt 0,05 bis 5 Gew.-%.

Beschreibung

[0001] Die Erfindung betrifft die Verwendung eines Silber- ­Eisen- Werkstoffs mit weiteren Zusätzen für elektrische Kontakte.

[0002] Die wesentlichen Anforderungen an einen elektrischen Kontaktwerkstoff sind hohe Abbrandfestigkeit, geringe Verschweißkraft und niedriger Kontaktwiderstand. Je nach Belastungsart und Schaltstrom ergibt sich eine unter­schiedliche Gewichtung hinsichtlich des Anforderungs­profils. Für luftoffene Schaltgeräte der Nieder­spannungstechnik eignet sich z.B. Ag/SnO₂ aufgrund seiner hohen Abbrandfestigkeit und Sicherheit gegen Verschweißen besonders gut für Schaltströme von 100 - 3000 A. Für geringere Belastungen hat sich z.B. der Verbundwerkstöff Ag/Ni bewährt. Er besitzt gegenüber Feinsilber eine erhöhte Abbrandfestigkeit, ohne eine wesentliche Erhöhung des Kontaktwiderstandes zu bewirken.

[0003] Ein weiterer, häufig verwendeter Verbundwerkstoff ist Ag/W, der sich durch hohe Abbrandfestigkeit auszeichnet. Beim häufigen Schalten an Luft bildet sich jedoch eine Deckschicht aus Silberwolframat, die zu einer Erhöhung des Kontaktwiderstands führt.

[0004] Aus der japanischen Patentanmeldung 79/148 109 sind elektrische Kontaktwerkstoffe bekannt, die neben Silber noch Eisen, Nickel, Chrom und/oder Kobalt enthalten. Besonders Werkstoffe der Zusammensetzung Ag 10 Fe zeigen einen hohen Verschweißwiderstand bei noch guter elektrischer Leitfähigkeit.

[0005] Trotzdem fand dieser Werkstoff bislang keine breitere Anwendung, was auf die sich während des Schaltens bildenden Deckschichten und damit zu hohen Kontakterwärmungen zurückzuführen ist. Das gleiche gilt für die übrigen bekannten Zusätze Nickel, Chrom und/oder Kobalt.

[0006] Es war daher Aufgabe der vorliegenden Erfindung, einen Silber- Eisen- Werkstoff für elektrische Kontakte zu finden, der eine geringe Verschweißneigung, einen möglichst geringen Kontaktwiderstand und damit Kontakterwärmung zeigt und eine hohe Lebensdauer und breiten Anwendungsbereich in bezug auf die Schaltstromstärke besitzt.

[0007] Die Aufgabe wird erfindungsgemäß durch die Verwendung eines Silber- Eisen- Werkstoffs mit 3 bis 30 Gew.-% Eisen und einem oder mehreren der folgenden Zusätze Mangan, Kupfer, Zink, Antimon, Wismutoxid, Molybdänoxid, Wolframoxid, Chromnitrid in Mengen von insgesamt 0,05 bis 5 Gew.-% gelöst.
Mit diesen Werkstoffen wird überraschenderweise eine Verringerung des Kontaktwiderstandes und damit der Kontakterwärmung erreicht, ohne daß die an sich gute Sicherheit gegen Verschweißen beeinträchtigt wird. Die Verbesserung in der Kontakterwärmung beträgt im Vergleich zu Ag/Fe-90/10 bis zu 43 %. Die Verbesserung wird durch eine günstige Beeinflussung der Ausbildung der sich bildenden Fe-Oxidschichten erreicht. Während der Werkstoff Ag/Fe-90/10 ohne Zusätze eine durchgehende Oxidschicht aufweist, wird durch die genannten Zusätze diese Oxidschicht derart beeinflußt, so daß sich ein niedriger Kontaktwiderstand in Verbindung mit einer guten Sicherheit gegen das Verschweißen ergibt.

[0008] Besonders gut geeignet ist ein Werkstoff mit 3 - 20 % Fe und einem oder mehreren der Zusätze Mn, Cu, Zn, Bi, Bi₂O₃, MoO₃, WO₃ und/oder CrN in Mengen von insgesamt 0,2 bis 2 Gew.-%. Außerdem hat es sich bewährt, dem Silber neben 3 bis 20 Gew.-% Eisen entweder 0,2 bis 2 % nur metallische Zusätze oder 0,2 bis 2 % nur nichtmetallische Zusätze zuzugeben.

[0009] Günstige Eingenschaften haben Werkstoffe gezeigt, die neben 3 bis 20 % Eisen 0,2 bis 2 % nur einen der Zusätze Mangan, Kupfer, Zink, Antimon, Wismutoxid, Molybdänoxid oder Wolframoxid, Rest Silber enthalten. Vorzugsweise enthalten sie neben 3 bis 20 % Eisen 0,2 bis 2 % Zink und gegebenenfalls 0 bis 2 % Kupfer,Tantal und/­oder Antimon, Rest Silber oder 0,2 bis 2 % Molybdänoxid, Rest Silber.

[0010] Aufgrund der Unlöslichkeit von Eisen in Silber können diese Werkstoffe nicht auf schmelzmetallurgischem Weg hergestellt werden. Die Herstellung der Werkstoffe erfolgt nach bekannten pulvermetallurgischen Verfahren. Dabei hat es sich als günstig erwiesen, wenn das verwendete Eisenpulver nicht größer als 32 µm ist. Dadurch erzielt man eine sehr gleichmäßige Verteilung der Eisenpartikel im Gemisch und im Zusammenwirken mit den weiteren Zusätzen eine sehr geringe Deckschichtausbildung beim Schalten.

[0011] Mit den so gefertigten Werkstoffen wurden elektrische Schaltversuche durchgeführt. Neben der Prüfung des Kontaktwiderstandes in einem Modellprüfstand wurde auch ein serienmäßiger Schutz zur Prüfung der Kontakterwärmung herangezogen.

[0012] Die Ergebnisse dieser Versuche sind in folgender Tabelle enthalten und zeigen die Verbesserung der erfindungsgemäßen Werkstoffe hinsichtlich Kontaktwiderstand und Kontakt­erwärmung gegenüber dem bekannten Werkstoff Ag/Fe-90/10.

Ansprüche

1. Verwendung eines Silber- Eisen-Werkstoffs mit 3 bis 30 Gew.-% Eisen und einem oder mehreren der Zusätze Mangan, Kupfer, Zink, Antimon, Wismutoxid, Molybdänoxid, Wolframoxid, Chromnitrid in Mengen von insgesamt 0,05 bis 5 Gew.-%, Rest Silber, für elektrische Kontakte.

2. Verwendung eines Silber- Eisenwerkstoffs gemäß Anspruch 1, mit 3 bis 20 % Eisen und einem oder mehreren der Zusätze Mangan, Kupfer, Zink, Antimon, Wismutoxid, Molybdänoxid, Wolframoxid, Chromnitrid in Mengen von insgesamt 0,2 bis 2 Gew.-%, Rest Silber, für elektrische Kontakte.

3. Verwendung eines Werkstoffs gemäß Anspruch 1 und 2, aus 3 bis 20 % Eisen und insgesamt 0,2 bis 2 % Mangan, Kupfer, Zink, und/oder Antimon, Rest Silber, für elektrische Kontakte.

4. Verwendung eines Werkstoffs gemäß Anspruch 1 und 2, aus 3 bis 20 % Eisen und insgesamt 0,2 bis 2 % Wismutoxid, Molybdänoxid und/oder Wolframoxid, Rest Silber, für elektrische Kontakte.

5. Verwendung eines Werkstoffs gemäß einem der vorhergehenden Ansprüche, aus 3 bis 20 % Eisen, 0,2 bis 2 % Zink und 0 bis 2 % Kupfer, Antimon und/oder Tantal, Rest Silber, für elektrische Kontakte.

6. Verwendung eines Werkstoffs gemäß einem der vorhergehenden Ansprüche, aus 3 bis 20 % Eisen und 0,2 bis 2 % Molybdänoxid, Rest Silber, für elektrische Kontakte.