DE3511879A1

DE3511879A1 - Werkstoff fuer elektrische kontakte mit lichtbogenloeschvermoegen

Info

Publication number: DE3511879A1
Application number: DE19853511879
Authority: DE
Inventors: Ursula Dipl.-Phys. Dr. Mayer; Roland Dipl.-Ing. Dr. Michal; Jens Dipl.-Ing. 7530 Pforzheim Radbruch
Original assignee: Doduco GmbH and Co KG Dr Eugen Duerrwaechter
Current assignee: Doduco Solutions GmbH
Priority date: 1985-04-01
Filing date: 1985-04-01
Publication date: 1986-10-02
Also published as: EP0197332A2; BR8601544A; EP0197332A3; US4778958A; JPS61237310A

Description

- 3 Beschreibung:

Die Erfindung geht aus von einem Werkstoff für elektrische Kontakte mit Lichtbogenlöschvermögen auf der Basis eines mit Metallpulver gefüllten duroplastischen Polymers, wie er in der US-PS 4 011 426 beschrieben ist. Die in dieser Druckschrift beschriebenen Werkstoffe enthalten ein Metallpulver, beispielsweise ein Nickelpulver, ferner ein anorganisches, elektrisch nichtleitendes Pulver wie beispielsweise Quarzmehl, Aluminiumoxidpulver oder Dolomitpulver und ferner noch einen Kunststoff, welcher unter Lichtbogeneinwirkung Gase freisetzt, die den Lichtbogen zu löschen vermögen, insbesondere einen Kunststoff wie Polytetrafluoräthylen, welcher unter Lichtbogeneinwirkung elektronegative Gase freisetzt. Diese Bestandteile des Werkstoffs werden durch ein Bindemittel zusammengehalten, und zwar werden als Bindemittel duroplastische Polymere genannt, insbesondere Zweikomponenten-Epoxidharze. Die Herstellung der bekannten Werkstoffe geschieht in der Weise, dass die pulverigen Bestandteile in eine flüssige bis pastöse Epoxidharzzubereitung eingerührt werden, welche ausser der Epoxidharz-Grundsubstanz noch Lösungsmittel und Härtemittel enthält, welche die Aushärtung (Vernetzung) des Kunstharzes bewirken.

Die bekannten Werkstoffe für elektrische Kontakte mit Lichtbogenlöschvermögen auf der Basis eines mit Metallpulver gefüllten duroplastischen Polymers haben sich im praktischen Schaltbetrieb nicht bewährt: Ist der Anteil

des Metallpulvers so hoch, dass man eine spezifische elektrische Leitfähigkeit von wenigstens 0,1 MS/m erreicht, dann ist der Abbrand im Schaltbetrieb zu hoch und das Lichtbogenlöschvermögen unzureichend. Setzt man andererseits den Anteil des Metallpulvers zugunsten der Substanzen mit Lichtbogenlöschvermögen so weit herab, dass man ein hinreichendes Lichtbogenlöschvermögen erhält, dann ist die Leitfähigkeit zu niedrig und es ergibt sich keine grundlegende Verbesserung des Abbrandes.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, einen Werkstoff der eingangs genannten Art zu schaffen, welcher sich gleichzeitig durch gutes Lichtbogenlöschvermögen und niedrigen Abbrand bei hinreichender elektrischer Leitfähigkeit auszeichnet. Diese Aufgabe wird gelöst durch Werkstoffe mit der im Patentanspruch 1 angegebene Zusammensetzung. Vorteilhafte Weiterbildungen der Erfindung sind Gegenstand der Unteransprüche.

Der erfindungsgemäße Werkstoff zeichnet sich dadurch aus, dass er nur aus einem duroplastischen Polymer u.nd aus Metallpulver besteht, mit welchem das Polymer gefüllt ist und ihm die nötige elektrische Leitfähigkeit verleiht. Weitere organische Bestandteile wie Polytetrafluoräthylen zum Abspalten elektronegativer Gase unter Lichtbogeneinwirkung oder anorganische Bestandteile wie Quarzmehl enthält der erfindungsgemäße Werkstoff nicht. Das Lichtbogenlöschvermögen beruht vielmehr allein

auf den Zersetzungsprodukten des duroplastischen Polymers; die Lichtbogenlöschung wird in erster Linie durch den bei der Zersetzung des duroplastischen Polymers entstehenden Wasserstoff bewirkt, aber auch weitere gasförmige Zersetzungsprodukte, namentlich Kohlenmonoxid,liefern einen Beitrag zum Lichtbogenlöschvermögen. Das Lichtbogenlöschvermögen dieser Zersetzungsprodukte beruht - anders als bei der Zersetzung von beispielsweise Polytetrafluoräthylen - nicht auf ihrer Elektronegativität, sondern darauf, dass sie die Lichtbogensäule in axialer Richtung beblasen und kühlen.

Der Anteil des Metallpulvers im Polymer soll erfindungsgemäß zwischen 5 und 20 Vol-% liegen, vorzugsweise zwischen 8 und 12 Vol-%. Dass man mit einem derart niedrigen Metallpulvergehalt bereits eine praktisch brauchbare elektrische Leitfähigkeit erreicht, hängt mit der Auswahl des duroplastischen Polymers zusammen. Für die Erfindung sollen nämlich irreversibel ausgehärtete Einkomponenten-Polymere verwendet werden, die der Fachmann auch als "Formmassen" bezeichnet. Hierin liegt ein Unterschied zu den in der US-PS 4 011 426 beschriebenen Werkstoffen, in welchen als duroplastische Bindemittel Gießharze verwendet werden. Es hat sich nämlich gezeigt, dass beim Einrühren von Metallpulvern in Gießharze die Metallpulver in weitaus stärkerem Maße vom Gießharz eingehüllt werden, als es Formmassen tun, welche unter Umgehung einer niedrigviskosen Schmelze irreversibel aushärten. Die Neigung von Formmassen,die Teilchen von pulverigen Füllstoffen vollständig einzuhüllen, ist deshalb verhältnismässig gering,

sodass man schon mit verhältnismässig geringen Anteilen von Metallpulvern eine große Zahl durchgehender Strompfade in der Formmasse ausbilden kann. Das Ausbilden durchgehender Strompfade wird begünstigt durch die Verwendung eines Metallpulvers, dessen Teilchen überwiegend in Form von Schuppen vorliegen, denn benachbarte Schuppen können durch wechselseitige Überlappung leichter Kontakt miteinander machen als kugelige oder dendritische Pulver.

Mit welchem Anteil an Metallpulver man eine vorgegebene Leitfähigkeit erreichen kann, hängt auch von der verwendeten Teilchengröße ab. Vorzugsweise verwendet man Metallpulver, deren Teilchengröße durch einen Fisher-Wert zwischen 0,5 und 20 FSSS, vorzugsweise zwischen 0,5 und 10 FSSS (FSSS = "Fisher Sub-Sieve Sizer") gekennzeichnet ist.

Als Metallpulver können solche verwendet werden, die eine hinreichende elektrische Leitfähigkeit aufweisen, insbesondere Silberpulver, Kupferpulver, versilbertes Kupferpulver, auch andere Edelmetallpulver, sofern diese nicht aus Kostengründen ausgeschlossen werden müssen; verwendbar ist auch Nickelpulver, hat jedoch den Nachteil, eine schlechtere Leitfähigkeit aufzuweisen.

Patentanspruch 5 gibt ein besonders geeignetes Verfahren zum Herstellen eines erfindungsgemäßen Werkstoffes an. Man nimmt zu diesem Zweck ein Metallpulver, insbesondere mit der angegebenen Teilchengröße, und vermischt dieses

trocken mit einer wärmehärtbaren Duroplast-Formmasse, welche man zu diesem Zweck zuvor pulverisiert hat. Das Pulverisieren erfolgt am besten durch Vermählen eines Granulats aus der Duroplast-Formmasse. Es ist Stand der Technik, dass man solche Granulate bei niedrigen Temperaturen vermählen kann. Vorzugsweise stellt man durch Vermählen des Granulates ein Pulver her, dessen Teilchen kleiner als 1 mm (Durchmesser) sind. Hat man das Metallpulver und die pulverisierte Duroplast-Formmasse innig miteinander vermischt, dann preßt man aus der Mischung zunächst ohne Wärmezufuhr Formlinge und härtet diese dann unter Druck und Wärmezufuhr aus. Wegen der Verwendung von einkomponentigen, wärmehärtbaren Formmassen tritt beim Aushärten keine niedrigviskose Phase auf, und deshalb besteht nicht die Gefahr, dass die einzelnen Metallpulverteilchen in größerer Anzahl von der Formmasse vollständig umhüllt werden.

Nachfolgend geben wir noch ein Ausführungsbeispiel für einen erfindungsgemäßen Kontaktwerkstoff an:

Als duroplastische Formmasse wird ein ungesättigtes Polyesterharz, Typ 804 nach DIN 16911 verwendet. Diese Formmasse wird bei tiefen Temperaturen zu einem Pulver vermahlen, dessen Teilchengröße kleiner als 1 mm ist.

88 Vol-% der pulverisierten Formmasse werden trocken mit 12 Vol-% eines schuppenförmigen Silberpulvers vermischt,

dessen Teilchengröße durch einen Fisher-Wert von 9 FSSS gekennzeichnet ist. Aus dieser Mischung werden unter An-

wendung eines Drucks von 10 N/m² Formlinge kalt gepreßt und anschließend bei einer Temperatur zwischen 180 und 200⁰C ausgehärtet.

Man erhält auf diese Weise einen Werkstoff mit ei'ner elektrischen Leitfähigkeit von ungefähr 0,5 MS/m mit gutem Lichtbogenlöschvermögen und guter Abbrandfestigkeit. Ein Vergleich mit dem Werkstoff, welcher in der US-PS 4 011 426, Spalte 6, Zeilen 26-65 beschrieben ist, ergab, dass beim Schalten von Strömen mit einer Stromstärke von 400 A und einer Kontakttrennung binnen 10 ms der Abbrand pro Abschaltung beim bekannten Werkstoff bei 60 mg liegt, wohingegen er bei dem erfindungsgemäßen Werkstoff bei nur 11 mg lag.

Es wird vermutet, dass der günstige Abbrand damit zusammenhängt, dass zum einen das Lichtbogenlöschvermögen der verwendeten irreversibel aushärtenden Duroplaste günstig ist und dass zum anderen unter der Lichtbogeneinwirkung auf der Kontaktoberfläche keine schmelzflüssige Phase entsteht, welche erfahrungsgemäß mit größerem Abbrand verbunden ist und obendrein den Übergangswiderstand durch Unterbrechen von Strompfaden erhöht. Andererseits ist bei den erfindungsgemäßen Werkstoffen der Anteil des Metallpulvers so niedrig, dass der Zusammenhalt der duroplastischen Formmasse noch nicht nennenswert geschwächt ist.

Claims

DR. RUDOLF BAUER · DIPL.-ING. HELMUT HUBBUCH DIPL.-PHYS. ULRICH TWELMEIER WESTLICHE 29-31 IAM LEOPOLDPLATZI D-7530 PFORZHEIM iwest-gehmanY) β (072 31 I 1022 90 70 TELEGRAMME: PATMARK 28.03.1985 111/Be DODUCO KG Dr. Eugen Dürrwächter, 7530 Pforzheim " Werkstoff für elektrische Kontakte mit Lichtbogenlöschvermögen " Patentansprüche:

1. Werkstoff für elektrische Kontakte mit Lichtbogenlöschvermögen auf der Basis eines mit Metallpulver

gefüllten duroplastischen Polymers, dadurch gekennzeichnet, dass er aus 80 bis 95 Vol.-% eines irreversibel ausgehärteten Einkomponenten-Polymers und 20 bis 5 Vol-% Metallpulver besteht.

2. Werkstoff nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass er aus 88 bis 92 Vol-% des Polymers und 12 bis 8 Vol-% Metallpulver besteht.

3. Werkstoff nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass das Metallpulver überwiegend in Form von schuppenförmigen Teilchen vorliegt.

4. Werkstoff nach einem der vorstehenden Ansprüche,

dadurch gekennzeichnet, dass die Teilchengröße des Metallpulvers zwischen 0,5 und 20 FSSS, vorzugsweise zwischen 0,5 und 10 FSSS liegt.

5. Verfahren zum Herstellen eines Werkstoffes mit

einer Zusammensetzung gemäß einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass man das Metallpulver und eine zu einem Pulver vermahlene wärmehärtbare Duroplast-Formmasse trocken miteinander vermischt, kalt zu Formungen preßt und diese unter Druck und Wärmezufuhr aushärtet.

6. Verfahren nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet,

dass die Duroplast-Formmasse auf Teilchengrößen von maximal 2 mm, vorzugsweise kleiner als 1 mm, vermählen wird.