Silber-Eisen-Werkstoff für elektrische Schaltkontakte (II)

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 Werkstoffe zeigen ein deutlich besseres Übertemperaturverhalten bei guter Lebensdauer gegenüber einfachen Silber-Eisen-Werkstoffen, liegen jedoch noch unter den Werten entsprechender Silber-Nickel-Werkstoffen.

[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. Desweiteren 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 4,6 bis 15 Gew.% Eisen und 0,05 bis 5 Gew.% von einem oder mehreren der oxidischen Zusätze Magnesiumoxid, Calziumoxid, Yttriumoxid, Lanthanoxid, Ceroxid, Chromoxid, Eisenoxid, Aluminiumoxid, Indiumoxid, Siliziumoxid und Zinnoxid, Rest Silber, bestehen.

[0008] Vorzugsweise enthält der Werktoff 0,2 bis 1,5 Gew.% der genannten Oxide.

[0009] Weiterhin ist von Vorteil, wenn der Eisengehalt zwischen 4,6 und 10 Gew.% liegt.

[0010] Die besten Schalteigenschaften zeigen Werkstoffe mit 4,6 bis 6 Gew.% Eisen und 0,2 bis 1,2 Gew.% oxidische Bestandteile, Rest Silber.

[0011] Die bisher verwendeten Silber-Eisen-Werkstoffe enthalten üblicherweise ca. 10-20 Gew.% Eisen, wie auch der Silber-Nickel Vergleichswerkstoff 10-20 Gew.% Ni enthält. Im Vergleich zu Silber-Nickel Werkstoffen ist bei Silber-Eisen--Werkstoffen die Übertemperatur deutlich stärker von der Eisen-Konzentration abhängig.
Überraschenderweise hat sich nun gezeigt, daß durch Zusatz von Oxiden der genannten Art die Übertemperatur gesenkt werden kann. Gleichzeitig wird die Lebensdauer durch diese Zusätze verbessert. Die Werkstoffe sind widerstandsschweißbar. Die Verbindungen mit Kupfer-Trägerwerkstoffen weisen hohe Festigkeiten auf.

[0012] Die Werkstoffe lassen sich wirtschaftlich herstellen und sind in allen Schalteigenschaften mit dem Silber-Nickel-Werkstoff 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 wird jeweils nach 200.000 Schaltungen gemessen.
Die verwendeten 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.

[0014] Die Herstellung der Werkstoffe erfolgt pulvermetallurgisch durch Mischen der entsprechenden Pulver, kaltisostatischem Pressen, Sintern und Strangpressen zu Drähten oder Profilen.

Tabelle

Werkstoff	Mittlere Übertemperatur in K
AgNi20	90
AgFe8,5Zn1,5	116
AgFe5MgO4	98
AgFe9MgO1	110
AgFe5MgO5	111
AgFe5MgO0,5	85
AgFe5Fe2O34	102
AgFe9Y2O31	114
AgFe5Y2O35	117
AgFe5Y2O30,5	88
AgFe5CeO4	105
AgFe9CeO1	109
AgFe5CeO5	118
AgFe5CeO0,5	96
AgFe5Al2O34	100
AgFe9Al2O31	108
AgFe5Al2O35	112
AgFe5Al2O30,5	91
AgFe5SnO24	121
AgFe9SnO21	123
AgFe5SnO25	120
AgFe5SnO20,5	104
AgFe5SiO20,5	94

Ansprüche

1. Silber-Eisen-Werkstoffe mit weiteren oxidischen Zusätzen für elektrische Schaltkontakte,
dadurch gekennzeichnet,
daß sie aus 4,6 bis 15 Gew.% Eisen und 0,05 bis 5 Gew.% von einem oder mehreren der oxidischen Zusätze Magnesiumoxid, Calziumoxid, Yttriumoxid, Lanthanoxid, Ceroxid, Chromoxid, Aluminiumoxid, Indiumoxid, Eisenoxid, Siliziumoxid und Zinnoxid, Rest Silber, bestehen.

2. Silber-Eisen-Werkstoffe nach Anspruch 1,
dadurch gekennzeichnet,
daß sie 0,2 bis 1,5 Gew.% oxidische Zusätze enthalten.

3. Silber-Eisen-Werkstoffe nach Anspruch 1 und 2,
dadurch gekennzeichnet,
daß der Eisengehalt zwischen 4,6 und 10 Gew.% liegt.

4. Silber-Eisen-Werkstoffe nach Anspruch 1 bis 3,
dadurch gekennzeichnet,
daß sie 4,6 bis 6 Gew.% Eisen und 0,2 bis 1,2 Gew.% oxidische Zusätze enthalten.