DE1564713C

DE1564713C - Mehrschichtiger Sinterkontaktkorper

Info

Publication number: DE1564713C
Authority: DE
Inventors: Horst Dr. 8500 Nürnberg; Scherbaum Rudolf Dipl.-Phys. 8400 Regens bürg Schreiner
Original assignee: Siemens AG
Current assignee: Siemens AG
Publication date: 1971-07-22

Description

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Die Erfindung bezieht sich auf einen mehrschich- Die Kontakthauptschicht hat eine wesentlich größere tigen Sinterkontaktkörper mit geringer Schweißhaft- Dicke als die Oberflächenschicht,
kraft, der aus einer Kontaktschicht mit einer Kontakt- Die Kontakthauptschicht kann aus den bekannten hauptschicht und einer Oberflächenschicht besteht. Kontaktstoffkombinationen, die für Kontaktstücke Für die bisher bekannten mehrschichtigen Sinter- 5 kleiner Schweißhaftkraft eingesetzt werden, wie Agkontaktc wurden aus Gründen des besseren Aufbrin- CdO, Ag-Ιη.,Ο.,, Ag-SnO.,, Ag-PbO, Cu-PbO, Ags>ens der Kontakte vornehmlich die Systeme Metall ZnO, Ag-Fe',0.,, Ag-MoO.;, Ag-WC, Ag-CdO-Ni, — Metallverbindungen und Metall—Metalloid ver- Ag-MgO-Ni, Ag-CdO-C oder Ag-C (Graphit) bewendet. Günstige Kontaktstoffe mit Metallaxid-oder stehen. Mit kleiner Zusatzmenge, z.B. <5% Metalloidgehalt sind z.B. Ag-CdO, Ag-Ni-CdO, io für die angegebenen Metalloxidzusätze bzw. <2% Ag-SnO₂, Ag-ZnO, Ag-MgO, Ag-Graphit. Um einen für den Graphitzusatz, wird nur eine kleine Kontakt zu schaffen, der nicht nur auf der Kontakt- Senkung der Schweißkraft gegenüber dem Grundseite gute Kontakteigenschaften aufweist, sondern auf metall erreicht. Mit steigender Zusatzmenge an der Befestigungsseite auch gute Löt- und Schweiß- Metalloxid oder Graphit wird die Wirkung auf eigenschaften hat, wurde auf der zu lötenden oder zu 15 die Schweißeigenschaften größer, und die Schweißschweißenden Seite eine zweite Schicht aus einem ' haftkraft nimmt stärker ab. Ein günstiger Be-Matcrial mit guten Löt- oder Schweißeigenschaften reich für die Zusatzmenge liegt für Metalloxid aufgebracht. zwischen 5 und 15% und bei Graphit zwischen In anderen Fällen wurde ein Mehrschichtenkon- 2 und 10%. Bei den größeren Gehalten an taktkörper aus Gründen der höheren Abbrandfestig- 20 Zusatzkomponente zum Grundmetall Silber oder keit benutzt. Auch bei Mehrschichtenkontaktkörpern Kupfer, z. B. > 15% Metalloxid oder > 10% Gramit einer Kontaktschicht aus Kontaktwerkstoff, die phit, werden jedoch neben den Schweißeigenschaften ( eine höhere Schweißgrenz-Strornstärke und eine nied- auch die übrigen Eigenschaften des Kontaktwerkrigere Brückenfestigkeit der beim Schalten ver- stoffes verändert. Diese Veränderungen können auch schweißten Kontakte (Schweißhaftkraft) zeigen, wird 25 j_n für ein Schaltgerät ungünstiger Richtung gehen, speziell bei Kurzschlußschaltungen (ζ. B. Draufschal- So nimmt z. B. bei zunehmendem Zusatz an Metall-ίεη = Schließen des Kurzschlußsiromes beim Ein- oxid oder Graphit zum Grundmetall der Abbrand schalten des Schalters) und bei einer bestimmten des Kontaktwerkstoffes zu. Es ist daher nicht mög-Kurzschluß-Stromstärke noch nicht die hier gefor- lieh, das gesamte Kontaktstück aus einer solchen derte weitere Verminderung der Schweißfestigkeit 3° Zusammensetzung mit hohem Oxid- bzw. Graphit-'jrreicht. Speziell nicht geschaltete neue Kontakt- anteil, und zwar eine ausreichende Schweißsicherheit, flächen verschweißen bei den ersten Kurzschluß- jedoch einen zu großen Abbrand hat, zu machen. Draufschaltungen häufig und intensiv, und die zum Als Oberflächenschicht jedoch bringt so ein Kontaktöffnen der Schweißbrücke erforderliche Kraft liegt werkstoff mit höherem Gehalt an Zusatzkomponenmeist oberhalb der Kontaktöffnungskraft des Schal- 35 ten auf einer Kontakthauptschicht mit kleinerem Geters. In diesen Fällen bleiben die Kontakte ver- halt an Zusatzkomponente ganz besondere Vorteile, schweißt. Insbesondere bei Kurzschlußschaltungen der neuen Weiterhin ist ein Sinterwerkstoff bekannt, der für oder wenig geschalteten Kontaktstücke ist ein großer elektrische Kontakte beispielsweise in mechanischen technischer Fortschritt erzielt worden, da die Kon-Stromrichtern geeignet ist. Zur Verhinderung des 4° taktstücke aus schweißsicherem Material ohne diese kalten Zusammenschweißens der Kontaktfläche wird im Vergleich dazu schweißsichere Schicht bei diesen mindestens' eine molekulare Schutzschicht, z. B. aus Bedingungen verschweißen.

öl, Fett, Graphit, Wasser oder einem Gas auf den Die zweite Kontaktschicht befindet sich an der (

Kontaktflächen erzeugt. Kontakte mit einer solchen Kontaktoberfläche und ist bei den ersten Schaltungen

Schicht sind höchstens zum Schalten geringer Ströme 45 der Neukontakte wirksam. Die Oberflächenschicht

geeignet. Beim Schalten höherer Stromstärken, bei- kann im Vergleich zur Kontakthauptschicht relativ

spielsweise von Stromstärken um 1000 A, ist eine dünn sein; sie liegt zwischen 0,02 und 0,3 mm, vor-

solchc Schutzschicht für das Verschweißen völlig un- zugsweise bei 0,15 mm.

wesentlich. Auf der dem Trägermetall zugekehrten Seite kann,

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, neue 5° wie bereits bekannt, eine weitere Schicht aus einem

Kontaktflächen vor dem Verschweißen zu schützen, gut lötbaren oder gut schweißbaren Metall aufge-

die bei den ersten Kurzschluß-Draufschaltungen hau- bracht sein.

Hg und intensiv erfolgen. Zur weiteren Erläuterung des Aufbaues des Kon-Erfindungsgemäß wird die Aufgabe dadurch gc- taktes nach der Erfindung wird auf die Zeichnung löst, daß die Kontakthauptschicht neben Silber oder 55 verwiesen. Es zeigen die

Kupfer 5 bis 15% Metalloxide oder 2 bis 10% Me- Fig. 1 und 2 den schematischen Aufbau von er-

talloidc und die Oberflächenschicht neben Silber oder findungsgemäßen Kontakten.

Kupfer über 15% Metalloxide oder über 10% Me- In beiden Figuren haben die Bezugszeichen dietalloide enthält und daß die Kontakthauptschicht 90 selbe. Bedeutung. Es sind bezeichnet mit 1 das Träbis 95% und die Oberflächenschicht 5 bis 10Vu der ^6o germctall, mit 2 die Kontakthauptschicht und mit 3 gesamten Kontaktschichtdicke beträgt. die Oberflächenschicht. Nach F i g. 2 ist eine gut Iöt-Dicser Sinterkontaktkörper, dessen Kontaktschicht oder schweißbare Schicht 4 zwischen dem Trägeraus einer Kontakthauptschicht aus einem Material metall 1 und der Kontakthauptschicht 2 angeordnet, mit kleiner Schweiühaftkraft besteht, auf welcher Das Aufbringen der Oberflächenschicht auf die sich die zweite Kontaktschicht, die sogenannte Ober- 65 Konlakthauptschicht kann durch Einfüllen einer gefiächenschicht, aus einem Material geringer Schweiß- eigneten Pulvermischung, beispielsweise einer Aghaftkraft gegenüber dem Material der Kontakthaupt- Graphitpulvermischung, in eine Matrize und gemeinschicht befindet, erfüllt die gestellten Forderungen. sames Verdichten, Sintern und Nachpressen erfolgen.

Der Kontaktkörper kann dann durch Schweißen oder Löten mit dem Kontaktträger verbunden werden.

Wegen der leichteren Lötbarkeit ist es in manchen Fällen vorteilhaft, auf die Lötseite der Kontakthauptschicht noch eine gut lötbare Schicht, z. B. eine SiI-ber- oder Kupferschicht, aufzubringen. Dies kann durch Aufpressen erfolgen. In diesem Falle werden drei verschieden zusammengesetzte Pulver aufeinander in die Matrize gefüllt, z: B. zuerst Silberpulver für die leicht lötbare Schicht mit einer Schichtdicke von 0,3 mrn, darauf die Kontakthauptschicht mit einer Schichtdicke von etwa 2,7 mm und auf diese die Kontaktoberflächenschicht mit einer Schichtdicke von 0,1 mm. Die angegebenen Schichtdicken beziehen sich auf den nachgepreßten Sinterkontakt, die Füllhöhen der Pulverschichten sind etwa um den Füll faktor 3 größer.

Die aufeinandergeschichteten Pulver werden mit 4 t/cm² verdichtet, der Preßkörper wird bei 800° C während einer Stunde in Wasserstoff gesintert, und die Sinterkörper werden mit 8 /cm² nachgepreßt, dabei kalibriert und zum Endformteil verdichtet.

Als besonders günstig hat es sich erwiesen, die Oberflächenschicht des gesinterten Kontaktes zu perforieren. Dies kann beispielsweise durch Nachpressen des gesinterten Kontaktes mit einem geriffelten Preßstempel erfolgen. Mit Kontakten mit einer perforierten bzw. reliefartig aufgerauhten Oberflächenschicht konnte eine weitere Herabsetzung der Schweißhaftkraft bei Kurzschlußschaltungen der Neukontaktstücke erzielt werden.

Als Beispiel werden erfindungsgemäße Kontaktstücke aus AgC (Graphit) im Detail angegeben. Die beiden Kontaktschichten können jedoch in gleicher Weise aus den oben angegebenen Kontaktstoffkombinationen bestehen, wobei die dickere Kontakthauptschicht einen kleineren Gehalt an Metalloxid oder Graphit aufweist als die dünnere Oberflächenschicht. Der Oxid- oder Graphitgehalt in der Oberflächenschicht ist auf möglichst kleine Schweißhaftkraft ausgelegt. Die Kontaktschichten bestehen aus Silber-Graphit. Als besonders geeignet haben sich Kontaktkörper erwiesen, dessen Kontakthauptschicht aus Ag-Graphit der Zusammensetzung 95/5 (Ag-Graphit) besteht und auf dessen Kontakthauptschicht sich eine Oberflächenschicht aus Ag-Graphit der Zusammensetzung 80/20 befindet. Diese Oberflächenschicht aus Ag-Graphit 80/20 ist durch eine wesentlich geringere Schweißhaftkraft gegenüber der aus Ag-Graphit 95/5 gekennzeichnet. Die Schichtdicke der Oberflächenschicht liegt zwischen 0,05 und 0,2 mm. Sie beträgt etwa 5 bis 10% der Dicke der Kontakthauptschicht.

Mit den erfindungsgemäßen Kontaktkörpern tritt überraschenderweise im Schweißstrombereich zwischen 700 und 1500 A bei Kurzschluß-Draufschaltungen noch kein Verschweißen ein, so daß die entstehenden Schweißbrücken mit Öiinungskräflen < 400 ρ getrennt werden können. Solche Kontakte mit einem Durchmesser von etwa 5 mm und einer Höhe von 2,5 mm können z. B. als Kontakte für einen Wechselstromautomaten von 20 A Nennstrom verwendet werden.

So hergestellte Kontaktkörper konnten bei einem Wechselslromautomaten von 20 A Ncnnstrorn beim Draufschalten von Kurzschlußströmen zwischen 700 und 1500 A auch beim Schalten auf die nicht geschalteten neuen Kontaktflächen nicht zum Verschweißen gebracht werden. Beim Schalten unter Nennstrom oder unter Kurzschlußstrombedingungen brennt die Oberflächenschicht ab, und die Kontakthauptschicht, die im geschalteten Zustand eine ausreichende Schweißsicherheit besitzt, bildet schließlich die Kontaktoberfläche.

Claims

Patentansprüche:

1. Mehrschichtiger Sinterkontaktkörper mit ge- , ringer Schweißhaftkraft, der aus einer Kontaktschicht mit einer Kontakthauptschicht und einer Oberflächenschicht besteht, dadurch gekennzeichnet, daß die Kontakthauptschicht neben Silber oder Kupfer 5 bis 15°/o Metalloxide oder 2 bis 10⁰/o Metalloide und die Oberflächenschicht neben Silber oder Kupfer über 15% Metalloxide oder über 10% Metalloide enthält und daß die Kontakthauptschicht 90 bis 95% und die Oberflächenschicht 5 bis 10% der gesamten Kontaktschichtdicke beträgt.

2. Mehrschichtiger Sinterkontaktkörper nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Oberflächenschicht perforiert ist.

3. Mehrschichtiger Sinterkontaktkörper nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß auf. der Kontaktrückscite eine gut lot- eder gut schweißbare Schicht vorhanden ist. .

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen