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Kontaktwerkstoff
Als Kontaktwerkstoff für elektrische Schalter,
Schütze, Schweisselektroden u. dgl. wird bekanntlich Kupfer verwendet. Um die Härte und damit die Verschleissfestigkeit des Werkstoffes zu erhöhen, wird er vielfach mit einem Gehalt an Silber bis etwa 10% und bzw. oder Kadmium, Kobalt,
Chrom und Nickel in Mengen bis zu 3% ver- sehen, wobei die zusätzlichen Legierungsmetalle einzeln oder zu mehreren vorgesehen werden können. Werkstoffe dieser Art neigen im Betrieb unter Einfluss der entstehenden elektrischen Funken mehr oder minder stark zum Kleben, wodurch nicht nur ein Verschleiss der Kontaktkörper entsteht, sondern auch eine gewisse Unsicherheit beim Betätigen der Schalter, Schütze usw. hervorgerufen wird.
Insbesondere bei der Verwendung als Schweisselektrode für Punktschweissmaschinen tritt infolge dieser Werkstoffeigenschaft nach kurzer Betriebszeit eine Verschlechterung der Schweisspunkte ein.
Die Klebneigung kann vermindert werden durch Zusätze von Bor oder Borverbindungen, die jedoch teils schwer zu erzeugen, teils nur mit Schwierigkeiten der Grundlegierung einzuverleiben sind. Es wurde auch bereits ein Kontaktwerkstoff, der bis zu 50% Kadmiumoxyd enthält, vorgeschlagen. Man konnte aber mit derartigen Kontaktmaterialien, insbesondere dann keine befriedigenden Ergebnisse erzielen, wenn die Kontakte hohen Beanspruchungen unterworfen wurden, weil das Kadmiumoxyd schon bei einer Temperatur von 900 C dissoziiert.
Die Erfindung beruht auf der Erkenntnis, dass die hochschmelzenden Oxyde des Aluminiums und, gegebenenfalls oder, Chroms, in der Lage sind, die auf Funkenbildung zurückzuführende Klebneigung zu vermindern. Es wird daher vorgeschlagen, Kontaktwerkstoff für elektrische Schalter, Schütze, Schweisselektroden od. dgl., die aus Kupfer, gegebenenfalls mit Zusätzen an Silber bis zu 10% und bzw. oder Kadmium, Kobalt, Chrom und Nickel einzeln oder zu mehreren in Mengen bis zu 3%, bestehen, mit einem Gehalt an hochschmelzenden Oxyden des Aluminiums und, gegebenenfalls oder, Chroms zu versehen, die teilweise durch andere hochschmelzende Oxyde, z. B. der Elemente Kadmium, Magnesium, Silizium, Zirkon und Thorium, ersetzt sein können.
Durch den Zusatz der hoch hitzebeständigen Oxyde des Aluminiums und Chroms, welche bis zu etwa
2000 C keine Veränderungen erleiden und somit gegenüber der Einwirkung eines elektrischen
Lichtbogens sehr widerstandsfähig sind, ist ein
Kontaktmaterial geschaffen, welches auch hohen
Beanspruchungen überraschend gut standhält.
Der Gehalt an Oxyden soll insgesamt 0-5-5% betragen. Dies gilt insbesondere dann, wenn Aluminiumoxyd zugesetzt wird, und in diesem
Fall soll vornehmlich der Gehalt 0-5-2% betragen.
Obwohl diese Gehalte an hochschmelzenden Oxyden der Menge nach verhältnismässig gering sind, wird die Klebneigung des Werkstoffes wirkungsvoll herabgesetzt. Dies ist offenbar darauf zurückzuführen, dass die zweckmässig in Feinstpulverform einzubringenden genannten Oxyde sich mit dem Kupfer bzw. den zusätzlichen Legierungsmetallen nicht legieren und infolge ihrer gleichmässigen feinen Verteilung innerhalb des Grundmetalles das Kleben der Metallteilchen des Kontakt-bzw. Schweisswerkstoffes verhindern. Infolge der verhältnismässig geringen Dichte der zugesetzten Oxyde ist trotz geringer zugesetzter Gewichtsmengen der volumenmässige Anteil, insbesondere bei Verwendung von Oxyden in Feinstpulverform, verhältnismässig gross.
Günstig wirkt sich bei all dem noch aus, dass die elektrische Leitfähigkeit durch den Zusatz der Oxyde nur im Verhältnis der zugesetzten Gewichtsmengen, also nur geringfügig, herabgesetzt wird.
Bekanntlich ist die Herabsetzung der elektrischen Leitfähigkeit nur dann besonders gross, wenn die dem Grundmetall zugesetzten Stoffe mit ihm unter Mischkristallbildung legieren, was aber bei dem gemäss der Erfindung vorgeschlagenen Zusatz an Oxyden nicht der Fall ist. Der Zusatz der genannten hochschmelzenden Oxyde ist für Kontakte aus reinem Kupfer und auch für Kontakte aus Legierungen des Kupfers und den bereits erwähnten Elementen, die eine Härtewirkung ausüben, möglich, wobei die günstige Wirkung in jedem Fall erzielt wird. Der Zusatz hat aber ausserdem noch die Wirkung einer gewissen Härtesteigerung, die sich besonders dann auswirkt,
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wenn der Grundwerkstoff aus Kupfer allein besteht.
Die Herstellung geht zweckmässigerweise so vor sich, dass gepulvertes metallisches Kupfer mit dem ebenfalls gepulverten, hochschmelzenden Metalloxyd vermischt wird. Aus dieser Mischung werden Formkörper gepresst und gesintert. Unter Umständen ist es von Vorteil, eine grössere Dichte dadurch zu erreichen, dass die Körper während des Sinterns oder unmittelbar anschliessend an die Sinterung gepresst werden.
Wenn die Kontaktkörper gemäss der Erfindung auf einer Grundlegierung aufgebaut werden sollen, die ausser Kupfer noch die erwähnten härtenden Zusätze enthält, so muss ein anderer Weg eingeschlagen werden. Es ist erforderlich, zunächst die die härtenden Metalle enthaltenden Kupferlegierungen auf dem Gusswege herzustellen. Diese Gusslegierung ist sodann zu pulvern und mit dem erwähnten gepulverten Oxyd zu mischen. Hiezu werden, wie beschrieben, Sinterkörper erzeugt, wobei ebenfalls das Heisspressen an- gewendet werden kann. Die so hergestellten Sinterlegierungen gemäss der Erfindung haben den Vorzug grösserer Feinkörnigkeit verglichen mit Legierungen, die ohne Zusatz von hochschmelzenden Oxyden auf dem Schmelzweg erzeugt sind.
PATENTANSPRÜCHE :
1. Kontaktwerkstoff für elektrische Schalter, Schütze, Schweisselektroden od. dgl., bestehend aus Kupfer, gegebenenfalls mit Zusätzen von Silber bis zu 10% und bzw. oder Kadmium, Kobalt, Chrom und Nickel einzeln oder zu mehreren in Mengen bis zu 3%, dadurch gekennzeichnet, dass Oxyde des Aluminiums und bzw. oder Chroms beigemengt sind, die teilweise durch andere hochschmelzende Oxyde ersetzt sein können.