DE3327010A1 - Erosion-proof switching piece - Google Patents
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Abstract
Description
Abbrandfestes Schaltstück Die Erfindung betrifft ein abbrandfestes Schaltstück, insbesondere für den Einsats in Starkstrom-Niederspannungs-.Consumption-resistant contact piece The invention relates to an erosion-proof contact piece Contact piece, especially for use in high-voltage, low-voltage.
Schaltgeräten.Switching devices.
Es sind abbrandfeste Schaltstfoke aus Edelmetallwerkstoffen bekannt. Derartige Schaltstüoke bestehen aus einer Silbermatrix, in die Unedelmetallozide eingebettet sind. Solche Unedelmetalloxide sind beispielsweise Zinnoxid oder Cadmiumoxid. Es sind unterschiedliche Wege beschritten worden, um die Abbrandfestigkeit von Schalt stücken aus Silber-Metalloxid-Werkstoffen zu erhöhen.There are known burn-resistant Schaltstfoke made of precious metal materials. Such Schaltstüoke consist of a silver matrix in the base metal azides are embedded. Such base metal oxides are, for example, tin oxide or cadmium oxide. Different approaches have been taken to improve the erosion resistance of switching pieces made of silver-metal oxide materials to increase.
Ein solcher Weg besteht beispielsweise darin, daß das Schaltstüok aus Silber mit 12 bis 18 Masse-% Zinnoxid besteht, tobei das Zinnoxid in Form von 1 bis 15 #m dicken Fasen vorliegt, die sich parallel oder senkrecht zur Schaltfläche erstrecken (FR-OS 2.307.358).One such way is, for example, that the Schaltstüok consists of silver with 12 to 18 mass% tin oxide, tobei the tin oxide in the form of There are 1 to 15 #m thick chamfers that are parallel or perpendicular to the button extend (FR-OS 2,307,358).
Die Nachteile dieser Lösung bestehen darin, daß sich Bslbzeug für solche Schalt stücke lediglich durch ein spezielles Verfahren, das Strangpressen, herstellen läßt, um die gewünschte Faserausbildung zu erzielen. Um die für die Ausbildung dünner Fasern erforderliche Umfcrmbarkeit zu gewEhrleisten, muß der Zinnoxidgehalt relativ niedrig gehalten werden. Ein solcher Silber-Zinnoxid-Werkstoff weist Jedoch eine niedrigere Abbrandfestigkeit als ein Silber-Kadmiumoxid-Werkstoff auf.The disadvantages of this solution are that Bslbzeug for such contact pieces only through a special process, extrusion, can be produced to achieve the desired fiber formation. To those for training The tin oxide content must ensure the required formability of thin fibers can be kept relatively low. However, such a silver-tin oxide material has a lower erosion resistance than a silver-cadmium oxide material.
Ein anderer Weg, die Abbrandfestigkeit von Schaltstücken aus Silber und Zinnoxid zu erhöhen, besteht darin, daß das Schalt stück auf dem Wege der inneren Oxydation hergestellt wird und außerdem Indiumoxid und Kupferoxid enthält Die Nachteile dieser Lösung bestehen darin, daß der Metalloxidgehalt auf unter 20 Maese-% begrenzt werden muß, um die innere Oxydation überhaupt durchführen zu können. Hohe Gehalte beispielsweise an Zinn führen zur Ausbildung von Sperrschichten, die die Diffusion des Sauerstoffs behindern.Another way, the erosion resistance of contact pieces made of silver and tin oxide to increase, is that the switching piece on the way of the inner Oxidation is produced and also contains indium oxide and copper oxide the Disadvantages of this solution are that the metal oxide content is below 20 Maese-% must be limited in order to be able to carry out the internal oxidation at all. Height Contents of tin, for example, lead to the formation of barrier layers that protect the Obstruct diffusion of oxygen.
Die Abbrandfestigkeit eines inneroxydierten Silber-Zinnoxid-Werkstoffes ist niedriger als die von Silber-Oadmiumozid-Werkstoffen.The erosion resistance of an internally oxidized silver-tin oxide material is lower than that of silver oadmiumocide materials.
Ein günstiges Abbrandverhalten zeigen Schaltatücke, die aus einem inneroxydierten Silber-Cadmiumosid-Werkstoff bestehen.A favorable burn-up behavior shows switching pieces that consist of a internally oxidized silver-cadmiumoside material.
Eine weitere Erhöhung der Äbbrandfestigkeit soll sich dadurch erzielen lassen, daß der Werkstoff weitere Unedelmetalloxide enthält, die an den Korngrenzen ausgeschieden werden und den Werkstoff verspröden (DE-PS 2.011.002).This should achieve a further increase in burn resistance let that the material contains other base metal oxides at the grain boundaries are separated and the material becomes brittle (DE-PS 2.011.002).
Die Nachteile dieser Lösung bestehen darin, daß ein spezieller Verfahrensablauf der inneren Oxydation eingehalten werden muß, um die gewünschte, den Abbrand verbessernde Gefügeausbildung zu erzielen. Die dazu erforderliche Zeitdauer und der hohe Energieaufwand setzen die Wirtschaftlichkeit des Verfahrens der inneren Oxydation herab. Das gewünschte Gefüge des mehrere Metalloxide enthaltenden Werkstoffes ist spröde und läßt eine Umformung nur in eingeschränktem Maße zu. So muß der Kadmiumoxidgehalt auf etwa 15 % begrenzt werden, um überhaupt eine Fertigung von Schalt stücken zu ermöglichen. Durch diese Begrenzung des Kadmiumoxidgehaltes kann eine erwünschte weitere Erhöhung der AbbrandZestigkeit nicht erzielt werden.The disadvantages of this solution are that a special procedure the internal oxidation must be observed in order to achieve the desired, the burn-off improving To achieve structure formation. The time required for this and the high expenditure of energy reduce the economic efficiency of the internal oxidation process. The wished The structure of the material containing several metal oxides is brittle and leaves a Reshaping only to a limited extent. So the cadmium oxide content has to be about 15% should be limited in order to even enable the manufacture of switching pieces. By limiting the cadmium oxide content in this way, a desired further increase can be achieved the charring strength cannot be achieved.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein abbrandfestes Schaltstück zu entwickeln, das gleichzeitig edelmetallspa rend ist.The invention is based on the object of an erosion-proof contact piece to develop that saves precious metals at the same time.
Erfindungsgemäß wird die Aufgabe dadurch gelöst, daß das Schaltstück aus einem edelmetallhaltigen Kern und aus einem edelmetallfreien Mantel, dessen Querschnittsfläche 10 bis 85 der Gesamtfläche des Schaltstückes beträgt, besteht.According to the invention the object is achieved in that the contact piece from a precious metal-containing core and from a precious metal-free jacket, its Cross-sectional area is 10 to 85 of the total area of the contact piece, there is.
Der edelmetallfreie Mantel besteht aus Kupfer oder einem Kupferwerkstoff, aus Nickel oder einem Nickelwerkstoff oder aus Stahl oder aus mehreren dieser Werkstoffe. Der Mantel besteht vorzugsweise aus einer Schicht, er kann Jedoch auch aus mehreren Schichten bestehen. Der Mantel kann außer dem Umfang des Schaltstückes auch die Fügeseite des Schaltstükkes bilden.The non-precious metal jacket is made of copper or a copper material, made of nickel or a nickel material or of steel or of several of these materials. The jacket preferably consists of one layer, but it can also consist of several Layers exist. In addition to the circumference of the contact piece, the jacket can also use the Form the joining side of the switching piece.
Der edelmetallhaltige Kern besteht aus Silber oder aus einer Silberlegierung oder aus einem inneroxydierten Silber-Metalloxid-Werkstoff oder aus einem pulvermetallurgisch hergestellten Silber-Werkstoff oder aus einem Silber-Verbundwerkstoff mit im Silber eingebettetem Unedelmetall. Der Kern besteht vorzugsweise aus einem Werkstoff, er kann Jedoch auch aus mehreren Werkstoffen bestehen.The precious metal-containing core consists of silver or a silver alloy or from an internally oxidized silver-metal oxide material or from a powder-metallurgical one produced silver material or from a silver composite material with in the silver embedded base metal. The core is preferably made of one material, he However, it can also consist of several materials.
Die Silberlegierung des edelmetallhaltigen Kerns besteht vorzugsweise aus Silber mit bis zu 20 % Kupfer oder bis zu 20 % Kadmium.The silver alloy of the noble metal-containing core is preferably made made of silver with up to 20% copper or up to 20% cadmium.
Der inneroxydierte Silber-Metalloxid-Werkstoff des edelmetallhaltigen Kerns besteht vorzugsweise aus bis zu 20 % Kadmiumoxid oder bis zu 10 % Zinnoxid oder bis zu 8 %Zinkoxid oder bis zu 20 % Kadmiumoxid und Zinnoxid und/oder Zinkoxid, Rest Silber.The inner-oxidized silver-metal oxide material of the precious metal The core preferably consists of up to 20% cadmium oxide or up to 10% tin oxide or up to 8% zinc oxide or up to 20% cadmium oxide and tin oxide and / or zinc oxide, Remainder silver.
Der pulvermetallurgisch hergestellte Silber-Werkstoff des edelmetallhaltigen Kerns besteht vorzugsweise aus 5 bis 40 % Nickel und/oder Stahl oder 5 bis 25 % Kadmiumoxid oder Zinnoxid oder Zinkoxid oder aus einem Gemisch dieser Metalloxide, Rest Silber oder aus 5 bis 40 % Nickel und/oder Stahl und bis zu 25 % Kadmiumoxid und/oder Zinnoxid und/ oder Zinkoxid und/oder 0,01 bis 10 % Hartstoffe, wie Boride, Nitride, Silizide, Karbide, Rest Silber.The powder-metallurgically produced silver material of the precious metal The core preferably consists of 5 to 40% nickel and / or steel or 5 to 25% Cadmium oxide or tin oxide or zinc oxide or a mixture of these metal oxides, The remainder is silver or from 5 to 40% nickel and / or steel and up to 25% cadmium oxide and / or tin oxide and / or zinc oxide and / or 0.01 to 10% hard materials, such as borides, Nitrides, silicides, carbides, the rest silver.
Der Silber-Verbundwerkstoff des edelmetallhaltigen Kerns besteht vorzugsweise aus 5 bis 40 % Nickel und/oder Stahl in form von Teilchen, Fasern, Ringen o+g., Rest Silber oder Silber mit bis zu 25 % Kadmiumoxid und/oder Zinnoxid und/ oder Zinkoxid.The silver composite material of the noble metal-containing core is preferably made from 5 to 40% nickel and / or steel in the form of particles, fibers, rings o + g., Remainder silver or silver with up to 25% cadmium oxide and / or tin oxide and / or Zinc oxide.
Die Erfindung soll anhand von 7 AusfUhrungsbeispielen näher erläutert werden. Die in den Beispielen verwendeten Zahlenangaben beziehen sich auf den durch den Abbrand hervorgerufenen Masseverlust eines Schaltstückes in/ug/Schaltung bei einer Schaltstromstärke von 1 - 100 A oder 400 A.The invention is to be explained in more detail on the basis of 7 exemplary embodiments will. The numbers used in the examples relate to the through the loss of mass of a contact piece in / ug / circuit caused by the burn a switching current of 1 - 100 A or 400 A.
Beispiel 1 Ein erfindungsgemäßes Schaltstück weist einen Durchmesser von 10 mm auf und besteht aus einem Silberkern von 8 mm Durchmesser und aus einem Kupfermantel von 1 mm Dicke. Bei einem Schaltstrom I = 100 A weist dieses Schaltstück einen Abbrand von O,511ug/Schaltung auf. Ein bekanntes Schaltetück aus Silber von 10 mm Durchmesser weist einen höheren Abbrand (0,80/ug/Schaltung) auf, wenn der Schaltstrom ebenfalls I = 100 A beträgt.Example 1 A contact piece according to the invention has a diameter of 10 mm and consists of a silver core of 8 mm diameter and a 1 mm thick copper jacket. With a switching current I = 100 A, this contact piece a burn-up of 0.511ug / circuit. A well-known switch piece made of silver from 10 mm diameter has a higher burn-off (0.80 / ug / switching) when the Switching current is also I = 100 A.
Beispiel 2 Ein erfindungsgemäßes Schaltstück von 10 mm Durchmesser besteht aus einem Kern von 8 mm Durchmesser aus Silber mit 10 % Eadmiumosid und aus einem Kupfermantel von 1 mm Dicke, Dieses Schaltstück weist bei I ! 100 A einen Abbrand von O,13/ug/Schaltung auf. Ein bekanntes Schaltstllck aus AgCdO-10 weist einen höheren Abbrand (0,21/ug/Schaltung) bei einem Durchmesser von 10 mm auf.Example 2 A contact piece according to the invention with a diameter of 10 mm consists of a core of 8 mm diameter made of silver with 10% eadmiumoside and made of a copper jacket 1 mm thick, this contact piece has at I! 100 A one Burndown of 0.13 / ug / circuit up. A well-known switch piece made of AgCdO-10 has a higher burn-off (0.21 / ug / switching) with a diameter of 10 mm.
Beispiel 3 Ein erfindungsgemäßes Schaltstück von 10 mm Durchmesser besteht aus einem Kern von 8 mm Durchmesser aus Silber mit 25 % Nickel in Form von 61 Fasern und aus einem Kupfermantel von 1 mm Dicke. Dieses Schaltstück weist bei I = 100 A einen Abbrand von 0,14 und bei I = 400 A einen Abbrand von 5,5 #g/Schaltung auf. Die entsprechenden Abbrandwerte eines AgNi25-Schaltstückee von 10 mm Durchmesser sind höher und betragen 0,77 und 25,4 #g/Schaltung.Example 3 A contact piece according to the invention with a diameter of 10 mm consists of a core of 8 mm diameter made of silver with 25% nickel in the form of 61 fibers and a copper jacket 1 mm thick. This contact has at I = 100 A a burn-up of 0.14 and at I = 400 A a burn-up of 5.5 # g / switching on. The corresponding erosion values of an AgNi25 contact piece with a diameter of 10 mm are higher and are 0.77 and 25.4 # g / switching.
Beispiel 4 Ein erfindungsgemäßes Schaltstück von 10 mm Durchmesser besteht aus einem Kern von 8 mm Durchmesser aus Silber mit 25 % Stahl in Form von 61 Fasern und aus einem Kupfermantel von 1 mm Dicke. Dieses Schaltstück weist bei I = 100 A einen Abbrand von 0,32/ug/Schaltung und bei I = 400 A von 3,85/ug/Schaltung auf. Die entsprechenden Abbrandwerte eines Schaltstückes von 10 mm Durchmesser aus Silber mit 25 /% Stahl sind höher und betragen 0,65 und 9,45/ug/Schal tung.Example 4 A contact piece according to the invention with a diameter of 10 mm consists of a core of 8 mm diameter made of silver with 25% steel in the form of 61 fibers and a copper jacket 1 mm thick. This contact has at I = 100 A a consumption of 0.32 / ug / switching and at I = 400 A of 3.85 / ug / switching on. The corresponding erosion values of a contact piece with a diameter of 10 mm Silver with 25 /% steel are higher and are 0.65 and 9.45 / ug / circuit.
Beispiel 5 Ein erfindungsgemäßes Schaltstück von 10 mm Durchmesser besteht aus einem Kern von 8 mm Durchmesser aus Silber mit 25 % Nickel in Form von 397 Fasern und aus einem 1 mm dikken Mantel aus einem Kupfer-Chrom-Werkstoff, der gleichzeitig die Fügeseite des Schaltstückes bildet. Dieses Schaltstück weist bei I = 100 A einen Abbrand von 0,07/ug/Schaltung und bei I = 400 A einen Abbrand von i,73 auf.Example 5 A contact piece according to the invention with a diameter of 10 mm consists of a core of 8 mm diameter made of silver with 25% nickel in the form of 397 fibers and a 1 mm thick sheath made of a copper-chromium material, the at the same time forms the joining side of the contact piece. This contact has at I = 100 A a burn-up of 0.07 / ug / switching and at I = 400 A a burn-up of i, 73 on.
Die entsprechenden Abbrandwerte eines Schaltstückes von 10 mm Durchmesser, das aus AgCd0-10 besteht, sind höher und betragen 0,21 und 3,08/ug/Schaltung.The corresponding erosion values of a contact piece with a diameter of 10 mm, which consists of AgCd0-10 are higher at 0.21 and 3.08 / ug / circuit.
Beispiel 6 Ein erfindungsgemäßes Schaltstück von 10 mm Durchmesser besteht aus einem Kern von 8 mm Durchmesser, der pulvermetallurgisch aus Silber mit 15 % CdO, 1 % Bornitrid und 19 % Nickel hergestellt wurde, und aus einem 1 mm dicken Mantel aus Nickel. Dieses Schaltstück weist bei I = 100 A einen Abbrand von 0,22/ug/Schaltung und bei I = 400 A einen Abbrand von 6,4 auf. Die entsprechenden Abbrandwerte eines Schaltstückes von 10 mm Durchmesser, das aus Silber mit 25 % Nickel in Form von 61 Fasern besteht, sind höher und betragen 0,77 und 25,4/ug/Schaltung.Example 6 A contact piece according to the invention with a diameter of 10 mm consists of a core with a diameter of 8 mm, which is powder-metallurgically made of silver made with 15% CdO, 1% boron nitride and 19% nickel, and from a 1 mm thick coat of nickel. At I = 100 A, this contact piece has a burn-up of 0.22 / ug / switching and at I = 400 A a burn-up of 6.4. The corresponding Consumption values of a contact piece with a diameter of 10 mm, which is made of silver with 25% Nickel in the form of 61 fibers are higher and are 0.77 and 25.4 / ug / circuit.
Beispiel 7 Ein erfindungsgemäßes Schaltstück von 10 mm Durchmesser besteht aus einem Kern von 5 mm Durchmesser aus Silber mit 10 % CdO und aus einem Kupfertnantel von 2,5 mm Dicke.Example 7 A contact piece according to the invention with a diameter of 10 mm consists of a core of 5 mm diameter made of silver with 10% CdO and of a Copper dumbbell 2.5 mm thick.
Dieses Schaltstück weist bei I = 100 A einen Abbrand von 0,28/ug/Sohaltung auf. Ein Schaltstück von 10 mm Durchmesser aus Silber mit 10 % GdO weist trotz des erheblich höheren Edelmetallanteiles einen Abbrand der gleichen Größenordnung (0,22 #g/Schaltung) auf.At I = 100 A, this contact piece has a burn-up of 0.28 / ug / so holding on. A contact piece with a diameter of 10 mm made of silver with 10% GdO shows despite the A significantly higher proportion of precious metals results in a burn of the same order of magnitude (0.22 # g / circuit).
Die Vorteile der erfindungsgemä.ßen Schaltstücke bestehen darin, daß die Schalt stücke trotz des beträchtlich verringerten Edelmetallgehaltes abbrandfest sind. Die Abbrand festigkeit nimmt überraschenderweise mit dem verringerten Edelmetallgehalt nicht in gleicher Weise ab. Es ist dadurch möglich, die geforderte Abbrandfestigkeit in einem weiten Bereich einzustellen und dadurch die gewünschte Lebensdauer der Schaltstücke und des Schaltgerätes für den Jeweiligen Einsatzfall zu erzielen und außerdem das nur begrenzt zur Verfügung stehende Edelmetall in beträchtlichem Maße einzusparen. Die Vielzahl der in den erfindungsgemäßen Schaltstücken einzusetzenden Edelmetallwerkstoffe erlaubt zum einen eine Anpassung an bestehende Herstellungstechnologien und damit die Auswahl des wirtschaftlichsten Herstellungsverfahrens und zum anderen die Umgehung solcher Werkstoffbestandteile, die eine Verbesserung der Abbrandfestigkeit lediglich zu Lasten der Uiformbarkeit des Werkstoffes zulassen. Die Möglichkeit, unterschiedlichste Edelmetallwerkstoffe einzusetzen, erlaubt außerdem die gezielte Erreichung weiterer positiver Eigenschaften - wie beispielsweise hohe elektrische Leitfähigkeit - neben der Abbrandfestigkeit, so daß die Anpaßbarkeit an den Jeweiligen Schaltgerätetyp verbessert wird. Die Ausbildung des erfindungsgemaßen edelmetallfreien Mantels begünstigt das Fügen der erfindungsgemäßen Schalt stücke sn den Schaltstückträger und verbessert dadurch den Wärmeübergang vom Schaltstückzum Schaltstückträger.The advantages of the contact pieces according to the invention are that the contact pieces burn-resistant despite the considerably reduced precious metal content are. The erosion resistance surprisingly decreases with the reduced precious metal content not in the same way. This makes it possible to achieve the required erosion resistance set in a wide range and thereby the desired service life of the To achieve contact pieces and the switching device for the respective application and also the precious metal, which is only available to a limited extent, to a considerable extent to save. The multitude of those to be used in the contact pieces according to the invention Precious metal materials, on the one hand, allow adaptation to existing manufacturing technologies and thus the selection of the most economical manufacturing process and on the other hand the bypassing of such material components that improve the erosion resistance allow only at the expense of the Uformability of the material. The possibility, Using a wide variety of precious metal materials also allows targeted Achievement of other positive properties - such as high electrical properties Conductivity - in addition to the erosion resistance, so that the adaptability to the individual Switching device type is improved. The formation of the noble metal-free according to the invention Jacket favors the joining of the switching pieces according to the invention sn the contact piece carrier and thereby improves the heat transfer from the contact piece to the contact piece carrier.
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