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Diese Erfindung bezieht sich auf einen
Kontaktwerkstoff für einen Vakuumschalter, der ausgezeichnet in
der Lage ist, große Ströme zu schalten.
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Der Vakuumschalter hat verschiedene Vorteile,
wie Wartungsfreiheit, keine Umweltverunreinigung,
ausgezeichnete Fähigkeit, Strom zu schalten usw., aufgrund
deren sich seine Anwendung sehr rasch erweiterte. Mit
dieser Ausdehnung seines Einsatzes wurden Forderungen
immer stärker, daß der Vakuumschalter einer höheren
Spannung widerstehen und er große Ströme schalten sollte.
Andererseits hängt die Leistungsfähigkeit des
Vakuumschalters zu einem großen Ausmaß von solchen Faktoren ab,
die vom Kontaktwerkstoff im Vakuumbehälter des
Vakuumschalters bestimmt werden.
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Damit der Kontaktwerkstoff die Anforderungen im
Vakuumschalter erfüllen kann, muß er folgende
Eigenschaften aufweisen: (1) eine Kapazität zum Schalten großer
Ströme; (2) hoher Spannung widerstehen; (3) geringen
Kontaktwiderstand; (4) geringe Schmelzadhäsionskraft; (5)
geringen Wert des Abreißstromes; (6) gute
Verarbeitbarkeit; (7) genügende mechanische Festigkeit usw.
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Im tatsächlichen Kontaktwerkstoff ist es recht
schwierig, alle diese Eigenschaften zu erhalten, und die
allgemeinen Umstände sind derzeit derart, daß man einen
Werkstoff einsetzt, der, in Abhängigkeit von seinem
speziellen
Einsatzzweck, besonders wichtige Eigenschaften zu
Lasten anderer Eigenschaften aufweist. So hat zum
Beispiel der Kontaktwerkstoff aus Kupfer/Wolfram-Legierung,
wie er in der JP-OS 78 429/1980 offenbart ist, eine
ausgezeichnete Fähigkeit, Spannung zu widerstehen, woraufhin
er häufig für einen Lastschalter, ein Kontaktglied usw.
eingesetzt wird, obwohl seine Fähigkeit, Strom zu
schalten, gering ist.
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Andererseits wurde der Kontaktwerkstoff aus
Kupfer/Chrom-Legierung, der zum Beispiel in der JP-OS
71 375/1979 offenbart ist, aufgrund seiner
ausgezeichneten Fähigkeit, Strom zu schalten, weit für einen Schalter
oder ähnliches, eingesetzt, doch ist seine Fähigkeit,
Spannung zu widerstehen, gegenüber dem oben erwähnten
Kontaktwerkstoff aus Kupfer/Wolfram-Legierung, gering.
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Weiter hat der Kontaktwerkstoff aus Kupfer/Chrom/Wismut-Legierung,
wie er zum Beispiel in der JP-OS
147 481/1979 offenbart ist, eine geringe
Schmelzadhäsions- und Abziehkraft, was es ermöglicht, die
Betriebskraft des Vakuumschalters zu verringern, mit der Folge,
daß ein solcher Schalter in einer kompakten Größe
gefertigt werden kann, und der Abreißstrom ebenfalls gering
gemacht werden kann. Seine Fähigkeit, Spannung zu
widerstehen, und seine Fähigkeit, Strom zu schalten, sind
jedoch, gegenüber dem oben erwähnten Kontaktwerkstoff aus
Kupfer/Chrom-Legierung, gering.
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Weiter ist der Kontaktwerkstoff aus Kupfer/
Molybdän/Niob-Legierung, wie er zum Beispiel in der JP-OS
230 619/1984 offenbart ist, ausgezeichnet in der
Fähigkeit, Strom zu schalten und Spannung zu widerstehen,
aufgrund dessen er in der Zukunft in weitem Rahmen
anwendbar erscheint, obwohl der Kontaktwerkstoff einen
höheren Abreißstrom und eine höhere Schmelzadhäsions- und
Abziehkraft aufweist, als der oben erwähnte
Kontaktwerkstoff aus Kupfer/Chrom/Wismut-Legierung.
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Die EP-A-155 322 offenbart einen
Kontaktwerkstoff für einen Vakuumschalter mit einer gesinterten
Matrix aus ein oder mehreren Elementen, ausgewählt aus
den hochschmelzenden Elementen Mo, W und Ta, die mit Cu
oder Ag oder deren Legierung imprägniert ist. Das
imprägnierende, leitende Metall kann mindestens eines aus Pb,
Bi, Te, Se, Sb und Cd enthalten. Das bevorzugte Material
dieser Druckschrift ist ein poröser Sinterkörper aus
Cobalt, imprägniert mit einer Silberlegierung, die 10%
oder mehr von Se oder Te enthält. Ein solches Material
ist jedoch hinsichtlich verschiedener Eigenschaften als
ein Kontaktwerkstoff für einen Vakuumschalter nicht
vollkommen befriedigend.
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Die EP-A-110 176 offenbart einen
Kontaktwerkstoff, umfassend Cu-Cr-Ta + (Al oder Ti) + ein
niedrigschmelzendes Material. Auch ein solches Material ist
nicht vollkommen befriedigend als ein Kontaktwerkstoff
für einen Vakuumschalter.
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Wie oben beschrieben, haben die konventionellen
Kontaktwerkstoffe für Vakuumschalter bisher ihre
verschiedenen Eigenschaften genutzt. In den letzten Jahren
wurden jedoch Forderungen nach der Fähigkeit, große
Ströme zu schalten und hoher Spannung zu widerstehen, für
Vakuumschalter immer stärker, mit dem Ergebnis, daß
solche konventionellen Kontaktwerkstoffe die geforderte
Leistung nur schwer erbringen können. Es wurde auch
gefordert, daß der Kontaktwerkstoff eine Verkleinerung
des Vakuumschalters gestattet.
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Die vorliegende Erfindung wurde im Hinblick
darauf gemacht, den konventionellen Kontaktwerkstoff, wie
er oben erwähnt ist, zu verbessern, und sie zielt auf die
Schaffung eines verbesserten Kontaktwerkstoffes für
Vakuumschalter, der eine ausgezeichnete Fähigkeit zum
Schalten von Strom aufweist, höherer Spannung widerstehen
kann, eine geringe Schmelzadhäsions- und Abziehkraft hat
und einen geringen Abreißstrom und einen geringen
Leistungsverbrauch an den Kontaktpunkten aufweist.
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Die vorliegenden Erfinder haben auf einer
experimentellen Basis durch Zugabe verschiedener Metalle,
Legierungen und intermetallischer Verbindungen zu
Kupfergrundlage verschiedene Legierungsmaterialien hergestellt,
und haben diese Legierungsmaterialien in Vakuumschaltern
benutzt, um mit diesen verschiedene Tests auszuführen.
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Als Ergebnis dieser Tests wurde festgestellt, daß die
Kontaktwerkstoffe, die in der Grundlegierung aus Kupfer-
Molybdän-Niob ein oder mehrere Arten niedrigschmelzender
Metalle enthalten, wie Wismut, Tellur, Antimon, Thallium,
Blei, Selen, Cer und Calcium, und die Kontaktmaterialien,
die in der Grundlegierung aus Kupfer-Molybdän-Tantal ein
oder mehrere Arten niedrigschmelzender Metalle, wie
Wismut, Tellur, Antimon, Thallium und Blei, enthalten,
ausgezeichnet waren hinsichtlich ihrer Fähigkeit, Strom zu
schalten und Spannung zu widerstehen, und daß sie eine
geringe Schmelzadhäsions- und Abziehkraft, einen geringen
Abreißstrom und einen geringen Leistungsverbrauch am
Kontakt aufwiesen.
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Der Kontaktwerkstoff für den Vakuumschalter
gemäß der vorliegenden Erfindung ist dadurch
gekennzeichnet, daß er in der Kupfer-Molybdän-Tantal-Grundlegierung
ein oder mehrere Arten niedrigschmelzender Metalle
innerhalb der in Anspruch 1 angegebenen Bereiche enthält,
ausgewählt aus Wismut, Antimon, Tellur, Thallium und Blei.
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Es werden im folgenden verschiedene Arten der
Ausführung der vorliegenden Erfindung unter Bezugnahme
auf mehrere bevorzugte Beispiele und die beigefügte
Zeichnung beschrieben, in der zeigen:
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Fig. 1, 2 und 3 graphische Darstellungen,
die die Fähigkeit der Kontaktwerkstoffe, die, gemäß einem
Beispiel der vorliegenden Erfindung, nach dem
Infiltrations-Verfahren hergestellt sind, Strom zu schalten bzw. zu
unterbrechen;
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Fig. 4, 5 und 6 graphische Darstellungen der
Fähigkeit der Kontaktwerkstoffe, die, gemäß einem
Beispiel der vorliegenden Erfindung, durch das
Infiltrations-Verfahren hergestellt sind, Spannung zu widerstehen;
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Fig. 7 und 8 graphische Darstellungen der
Fähigkeit der Kontaktwerkstoffe, die, gemäß einem anderen
Beispiel der vorliegenden Erfindung, nach dem
Pulversinter-Verfahren
hergestellt sind, Strom zu schalten bzw. zu
unterbrechen;
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Fig. 9 und 10 graphische Darstellungen der
Fähigkeit der Kontaktwerkstoffe, die, gemäß einem anderen
Beispiel der vorliegenden Erfindung, durch das
Pulversinter-Verfahren hergestellt sind, Spannung zu widerstehen;
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Fig. 11 und 12 graphische Darstellungen der
Fähigkeit der Kontaktwerkstoffe, die, gemäß einem anderen
Beispiel der vorliegenden Erfindung, hergestellt sind
nach dem Vakuum-Heißpreß-Verfahren, Strom zu schalten
bzw. zu unterbrechen, und
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Fig. 13 und 14 graphische Darstellungen der
Fähigkeit der Kontaktwerkstoffe, die, gemäß einem anderen
Beispiel der vorliegenden Erfindung, nach dem Vakuum-
Heißpreß-Verfahren hergestellt sind, Spannung zu
widerstehen.
BEISPIELE
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Im folgenden wird die vorliegende Erfindung
detailliert unter Bezugnahme auf spezifische Beispiele
beschrieben.
Herstellung von Kontaktwerkstoffen
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Die Kontaktwerkstoffe wurden gemäß der
Pulvermetallurgie unter Anwendung der drei Verfahren
"Infiltration", "Pulversintern" und "Heißpressen" hergestellt.
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Die Herstellung von Kontaktwerkstoff nach dem
Infiltrations-Verfahren wurde in einer solchen Weise
ausgeführt, daß Molybdänpulver mit einer Teilchengröße
von im Mittel 3 um, Tantalpulver mit einer Teilchengröße
von 40 um oder weniger, Kupferpulver mit einer
Teilchengröße von 40 um oder weniger und Wismutpulver mit einer
Teilchengröße von 75 um oder weniger, in ihren jeweiligen
Verhältnissen von 67,6 : 13,9 : 18.0 : 0,5 abgewogen wurden,
gefolgt vom Vermischen der Bestandteile für zwei Stunden,
woraufhin das gemischte Pulver in eine Metallform einer
vorbestimmten Konfiguration gefüllt und unter einem Druck
von 1 Tonne/cm² geformt wurde, danach eine Masse aus
sauerstofffreiem Kupfer auf diesem Formkörper angeordnet
wurde, der eine Stunde lang in Wasserstoffatmosphäre bei
einer Temperatur von 1250ºC gehalten wurde, um den
Kontaktwerkstoff durch Imprägnieren des sauerstofffreien
Kupfers in den Formkörper zu erhalten. Das endgültige
Zusammensetzungsverhältnis dieses Kontaktwerkstoffes ist
in der folgenden Tabelle 1 angegeben, wo es als
"Probennummer T-Bi-18" angegeben ist. Diese Tabelle 1 führt
auch andere Kontaktwerkstoffe verschiedener
Zusammensetzungsverhältnisse auf, die nach dem gleichen
Verfahren, wie oben beschrieben, hergestellt wurden.
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Die Herstellung des Kontaktwerkstoffes nach dem
Pulversinter-Verfahren wurde in einer solchen Weise
ausgeführt, daß Molybdänpulver mit einer mittleren
Teilchengröße von 3 um, Tantalpulver mit einer Teilchengröße
von 40 um oder darunter, Kupferpulver mit einer
Teilchengröße von 75 mm oder darunter, und Wismutpulver mit einer
Teilchengröße von 75 um oder darunter in ihren jeweiligen
Verhältnissen von 36,5 : 3,5 : 59,5 : 0,1 abgewogen wurden,
gefolgt vom Vermischen der Bestandteile für zwei Stunden,
woraufhin dieses gemischte Pulver in einer Metallform
einer vorbestimmten Konfiguration gefüllt und unter einem
Druck von 3,3 Tonnen/cm² geformt wurde, woraufhin dieser
gepreßte Körper zwei Stunden in Wasserstoffatmosphäre bei
einer Temperatur unmittelbar unterhalb des Schmelzpunktes
von Kupfer gesintert wurde, wodurch der beabsichtigte
Kontaktwerkstoff erhalten wurde. Die endgültige
Zusammensetzung dieses Kontaktwerkstoffes ist in Tabelle 2
angegeben, wo sie als "Probennummer T-Bi-89" bezeichnet ist.
Diese Tabelle 2 führt auch andere Kontaktwerkstoffe
anderer Zusammensetzungen auf, die ebenfalls nach dem
oben beschriebenen Verfahren hergestellt wurden.
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Die Herstellung des Kontaktwerkstoffes gemäß
dem Heißpreß-Verfahren wurde in einer solchen Weise
ausgeführt, daß Molybdänpulver mit einer mittleren
Teilchengröße von 3 um, Niobpulver mit einer Teilchengröße
von 40 um oder weniger, Kupferpulver mit einer
Teilchengröße von 75 um oder weniger, und Wismutpulver mit einer
Teilchengröße von 75 um oder weniger, in ihren jeweiligen
Verhältnissen von 36,5 : 3,5 : 59,9 : 0,1 abgewogen wurden,
gefolgt vom zweistündigen Vermischen der Bestandteile,
woraufhin dieses gemischte Pulver in einen aus
Kohlenstoff hergestellten Würfel gefüllt und dann im Vakuum
zwei Stunden auf eine Temperatur 1000ºC erhitzt wurde,
während ein Druck von 200 kg/cm² mittels einer Heißpreß-
Vorrichtung auf die Pulvermischung ausgeübt wurde,
wodurch eine Masse des Kontaktwerkstoffes erhalten wurde.
Die endgültige Zusammensetzung des so erhaltenen
Kontaktwerkstoffes ist in der folgenden Tabelle 3 gezeigt, in
der sie als "Probennummer T-Bi-137" angegeben ist. In
dieser Tabelle 3 sind auch andere Kontaktmaterialien
anderer Zusammensetzungen angegeben, die nach dem
gleichen Verfahren, wie oben beschrieben, hergestellt wurden.
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Zum Vergleich der Eigenschaften mit den
Kontaktwerkstoffen gemäß der vorliegenden Erfindung sind in
der folgenden Tabelle 4 die Zusammensetzungsverhältnisse
der Kontaktwerkstoffe angegeben, die bisher verwendet
wurden. Es wurde das gleiche Verfahren der
Pulversinterung, wie oben beschrieben, für die Herstellung dieser
konventionellen Kontaktwerkstoffe angewendet.
Eigenschaften der Kontaktwerkstoffe
Die oben beschriebenen Kontaktwerkstoffe, die
mit den vorbeschriebenen verschiedenen Verfahren der
Pulvermetallurgie hergestellt worden waren, wurden
maschinell zu Elektroden verarbeitet, die jeweils einen
Durchmesser von 20 mm aufwiesen. Jede dieser Elektroden
wurde dann in einen Vakuumschalter eingebaut, um deren
elektrische Eigenschaften zu messen. Die Meßergebnisse
sind in der folgenden Tabelle 5 gezeigt. Die Messungen
wurden ausgeführt hinsichtlich der Fähigkeit, Strom zu
schalten, bzw. zu unterbrechen, der Fähigkeit, Spannung
zu widerstehen, dem Wert des Abreißstromes, der
Schmelzadhäsions- und Abziehkraft und des Leistungsverbrauches
an den Kontaktpunkten. Die Ergebnisse sind als Faktoren
der Eigenschaften der konventionellen Cu-25Cr-Legierung
(der Probe C-1 in Tabelle 4), als dem Bezugsmaterial,
angegeben. Hinsichtlich der Fähigkeit, Strom zu schalten
bzw. zu unterbrechen, zeigt ein größerer Faktor daher
eine Verbesserung, und ein Kontaktwerkstoff mit einem
Faktor von 1 oder mehr zeigt, daß er eine bessere
Fähigkeit hat, Strom zu schalten, als konventionelle Cu-25Cr-
Legierungen. Hinsichtlich der Fähigkeit, Spannung zu
widerstehen, kann das gleiche gesagt werden, wie zur
Fähigkeit, Strom zu schalten, d. h., ein größerer Faktor
zeigt eine Verbesserung. Der Wert des Abreißstromes
sollte erwünschtermaßen geringer sein vom Standpunkt des
Einsatzes, somit zeigt eine geringerer Faktor bessere
Eigenschaften. In der gleichen Weise kann eine
Verringerung der Schmelzadhäsions- und Abziehkraft, vom
Standpunkt des Betriebsmechanismus aus, vorteilhaft sein, und
ein geringerer Faktor sollte auch erwünscht sein
hinsichtlich des Leistungsverbrauches am Kontaktpunkt; daher
zeigen geringere Werte für beide Eigenschaften eine
Verbesserung.
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Aus Tabelle 5 ist ersichtlich, daß hinsichtlich
der Fähigkeit, Strom zu schalten bzw. zu unterbrechen,
fast alle Kontaktwerkstoffe gemäß der vorliegenden
Erfindung, die nach dem Infiltrationsverfahren hergestellt
wurden, besser sind als der konventionelle
Kontaktwerkstoff aus Cu-25Cr-Legierung. Für solche
Kontaktwerkstoffe, deren Fähigkeit, Strom zu schalten, i oder
darunter ist, sieht man, wenn zum Beispiel Probennummer T-Bi-
73 mit dem Cu-Cr-Bi-Legierungsmaterial (Probennummer c-
Bi-7 in der folgenden Tabelle 6) verglichen wird, das die
gleiche Wismutmenge (20 Gew.-%) wie T-Bi-73 enthält, daß
T-Bi-73 einen Faktor von 0,6 (verglichen mit Cu-25Cr)
hat, während C-Bi-7 einen Faktor von 0,51 (verglichen mit
Cu-25Cr) hat, so daß der Kontaktwerkstoff der
vorliegenden Erfindung besser ist.
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Fig. 1 ist eine graphische Darstellung, die
die Fähigkeit der Kontaktwerkstoffe der vorliegenden
Erfindung zeigt, Strom zu schalten, wobei diese Fähigkeit
ausgedrückt ist durch den Kontaktwerkstoff, hergestellt
nach dem Infiltrations-Verfahren, bei dem die Kupfermenge
etwa 60 Gew.-% beträgt. In der Zeichnung gibt die
Ordinate die Fähigkeit, Strom zu schalten, im Vergleich mit dem
konventionellen Kontaktwerkstoff aus Cu-25Cr
(Probennummer C-1) als Bezugsmaterial an, während die Abszisse die
Zugabemenge von Bi wiedergibt. In der Zeichnung zeigt die
Kurve 101 die Fähigkeit zum Stromschalten des
Kontaktmaterials, bei dem die zu Mo hinzugegebene Tantalmenge 8,8
Gew.-% beträgt, während die Zugabemenge an Bi variiert
ist (Probennummern T-Bi-1, T-Bi-13, T-Bi-25, T-Bi-37, T-
Bi-49, T-Bi-61, T-Bi-73); Kurve 102 zeigt die Fähigkeit
zum Stromschalten des Kontaktmaterials, bei dem die zu Mo
hinzugegebene Tantalmenge 17 Gew.-% beträgt, wobei die
Zugabemenge von Bi variiert ist (Probennummern T-Bi-2, T-
Bi-14, T-Bi-26, T-Bi-38, T-Bi-50, T-Bi-62, T-Bi-74);
Kurve 103 zeigt die Fähigkeit zum Stromschalten bzw.
-unterbrechen des Kontaktmaterials, bei dem die zu Mo
hinzugegebene Tantalmenge 31,5 Gew.-% beträgt und die
Zugabemenge von Bi variiert ist (Probennummern T-Bi-3, T-
Bi-15, T-Bi-27, T-Bi-39, T-Bi-51, T-Bi-63, T-Bi-75); und
Kurve 104 zeigt ebenfalls die Fähigkeit zum Stromschalten
des Kontaktwerkstoffes, bei dem die zu Mo hinzugegebene
Tantalmenge 44,1 Gew.-% beträgt, während die Zugabemenge
an Bi variiert ist (Probennummern T-Bi-4, T-Bi-16, T-Bi-
28, T-Bi-40, T-Bi-52, T-Bi-64, T-Bi-76). Weiter zeigt die
Kurve 105 (gestrichelt) die Fähigkeit zum Stromschalten
des konventionellen Kontaktwerkstoffes aus
Cu-25Cr-Legierung (Probennummern C-1, C-Bi-1, C-Bi-2, C-Bi-3, C-Bi-
4, C-Bi-5, C-Bi-6, C-Bi-7), zu dem Bi hinzugegeben wurde.
Außerdem zeigt in der gleichen Figur der Doppelkreis 106
die Fähigkeit zum Stromschalten des konventionellen
Kontaktwerkstoffes aus Cu-Mo-Legierung (Probennummer M-1).
Die Ergebnisse der Messungen dieser konventionellen
Legierungs-Kontaktwerkstoffe sind in der folgenden Tabelle
6 gezeigt.
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Aus Fig. 1 ist ersichtlich, daß die
Kontaktwerkstoffe der vorliegenden Erfindung mit der zu Mo
hinzugegebenen Tantalmenge von 17,0 Gew.-%, 31,5 Gew.-%
bzw. 44,1 Gew.-% (die Kurven 102, 103 und 104 der
Zeichnung) besser sind, als der konventionelle
Kontaktwerkstoff aus Cu-25Cr-Legierung, selbst wenn die Zugabemenge
von Bi 20 Gew.-% beträgt. Weiter ist auch der Legierungs-
Kontaktwerkstoff der vorliegenden Erfindung, bei dem die
zu Mo hinzugegebene Tantalmenge 8,8 Gew.-% beträgt (Kurve
101 in der Zeichnung), ebenfalls besser als der
konventionelle Kontaktwerkstoff aus Cu-25Cr-Legierung, wenn die
Zugabemenge von Bi 5 Gew.-% nicht übersteigt, und dieser
Kontaktwerkstoff ist noch besser im Vergleich mit dem
Kontaktwerkstoff aus der Cu-25Cr-Bi-Legierung (Kurve 105
in der Zeichnung), selbst wenn die Zugabemenge von Bi
oberhalb von 5 Gew.-% liegt.
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Fig. 2 ist eine graphische Darstellung, die
die Fähigkeit zum Stromschalten der Kontaktwerkstoffe
gemäß der vorliegenden Erfindung zeigt, wobei diese
Fähigkeit sich auf Kontaktwerkstoff bezieht, der
hergestellt ist durch das Infiltrations-Verfahren bei einer
Kupfermenge von etwa 50 Gew.-%. In dieser Figur haben
sowohl die Ordinate als auch die Abszisse die gleiche
Bedeutung wie in Fig. 1. In der Zeichnung zeigt Kurve
107 die Fähigkeit zum Stromschalten des
Kontaktwerkstoffes der vorliegenden Erfindung, bei dem Ta in einer Menge
von 8,8 Gew.-% zu Mo hinzugegeben ist und die Zugabemenge
von Bi variiert (Probennummern T-Bi-5, T-Bi-17, T-Bi-29,
T-Bi-41, T-Bi-53, T-Bi-65, T-Bi-77); Kurve 108 zeigt die
Fähigkeit zum Stromschalten des Kontaktwerkstoffes, bei
dem die zu Mo hinzugegebene Tantalmenge 17,0 Gew.-%
beträgt und die Zugabemenge von Bi variiert ist
(Probennummern T-Bi-6, T-Bi-18, T-Bi-30, T-Bi-42, T-Bi-54, T-Bi-66,
T-Bi-78); Kurve 109 zeigt die Fähigkeit zum Stromschalten
des Kontaktwerkstoffes, bei dem die zu Mo hinzugegebene
Tantalmenge 31,5 Gew.-% beträgt und die Zugabemenge von
Bi variiert ist (Probennummern T-Bi-7, T-Bi-19, T-Bi-31,
T-Bi-43, T-Bi-55, T-Bi-67, T-Bi-79); Kurve 110 zeigt die
Fähigkeit zum Stromschalten des Kontaktwerkstoffes, bei
dem die zu Mo hinzugegebene Tantalmenge 44,1 Gew.-%
beträgt und die Zugabemenge von Bi variiert ist
(Probennummern T-Bi-8, T-Bi-20, T-Bi-32, T-Bi-44, T-Bi-44, T-Bi-56, T-Bi-
68, T-Bi-80).
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Aus Fig. 2 ist ersichtlich, daß die
Kontaktwerkstoffe der vorliegenden Erfindung mit ihren
jeweiligen Zugabemengen von Tantal zu Mo von 8,8 Gew.-%, 17,0
Gew.-%, 31,5 Gew.-% bzw. 44,1 Gew.-% (Kurven 107, 108,
109 und 110) eine bessere Fähigkeit zum Stromschalten
haben als der konventionelle Kontaktwerkstoff aus Cu-
25Cr-Legierung, selbst wenn die Zugabemenge von Bi 20
Gew.-% beträgt. Im Vergleich mit Fig. 1 zeigen die
Kontaktwerkstoffe der vorliegenden Erfindung bei
Zugabemengen von Ta zu Mo von 8,8 Gew.-% bzw. 17,0 Gew.-% ihre
verbesserte Fähigkeit, Strom zu schalten bzw. zu
unterbrechen.
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Fig. 3 ist auch eine graphische Darstellung,
die die Fähigkeit zum Stromschalten der Kontaktwerkstoffe
gemäß der vorliegenden Erfindung zeigt, die hergestellt
sind durch das Infiltrations-Verfahren bei einer
Kupfermenge von etwa 40 Gew.-%. In der Figur haben sowohl die
Ordinate als auch die Abszisse die gleichen Bedeutungen
wie in Fig. 1. Kurve 111 zeigt die Fähigkeit zum
Stromschalten des Kontaktwerkstoffes gemäß der vorliegenden
Erfindung, bei dem 8,8 Gew.-% Ta zu Mo hinzugegeben
worden sind, während die Zugabemenge von Bi variiert ist
(Probennummern T-Bi-9, T-Bi-21, T-Bi-33, T-Bi-45, T-Bi-
57, T-Bi-69, T-Bi-81); Kurve 112 zeigt die Fähigkeit zum
Stromschalten der Kontaktwerkstoffe, bei denen 17,0
Gew.-% Ta zu Mo hinzugegeben sind, während die Zugabemenge von
Bi variiert ist (Probennummern T-Bi-10, T-Bi-22, T-Bi-34,
T-Bi-46, T-Bi-58, T-Bi-70, T-Bi-82); Kurve 113 zeigt die
Fähigkeit zum Stromschalten der Kontaktwerkstoffe, bei
denen 31,5 Gew.-% Ta zu Mo hinzugegeben sind, während die
Zugabemenge von Bi variiert ist (Probennummern T-Bi-11,
T-Bi-23, T-Bi-35, T-Bi-47, T-Bi-59, T-Bi-71, T-Bi-83);
und Kurve 114 zeigt die Fähigkeit zum Stromschalten des
Kontaktwerkstoffes, bei dem 44,1 Gew.-% Ta zu Mo
hinzugegeben sind, während die Zugabemenge von Bi variiert ist
(Probennummern T-Bi-12, T-Bi-24, T-Bi-36, T-Bi-48, T-Bi-
60, T-Bi-72, T-Bi-84).
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Aus Fig. 3 ist ersichtlich, daß die
Kontaktwerkstoffe der vorliegenden Erfindung mit ihren zu Mo
hinzugegebenen Tantalmengen von 8,8 Gew.-%, 17,0 Gew.-%,
31,5 Gew.-% bzw. 44,1 Gew.-% (Kurven 111, 112, 113 und
114) gegenüber dem konventionellen Kontaktwerkstoff aus
Cu-25Cr-Legierung eine hervorragende Fähigkeit zum
Stromschalten haben, selbst wenn die Zugabemenge von Bi 20
Gew.-% beträgt. Die Fähigkeit zum Stromschalten der
Kontaktwerkstoffe der vorliegenden Erfindung, bei denen die
Zugabemenge von Ta zu Mo 8,8 Gew.-% beträgt, ist jedoch
gering, im Vergleich mit der in Fig. 2. Wird die
vorliegende Fig. 3 mit Fig. 1 verglichen, dann wird die
optimale Fähigkeit, Strom zu schalten bzw. zu unterbrechen,
mit dem Legierungs-Kontaktwerkstoff erhalten, bei dem der
Kupfergehalt in der Nähe von 50 Gew.-% liegt.
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In den Fig. 1, 2 und 3 ist ersichtlich, daß
der Grad der Verringerung der Fähigkeit zum Stromleiten
beim Kontaktwerkstoff, wenn die Zugabemenge von Bi erhöht
wird, bei einem Kupfergehalt von 40 Gew.-% geringer ist
als bei anderen Bestandteilen. Vergleicht man den
Kontaktwerkstoff der vorliegenden Erfindung (Probennummern
T-Bi-1 bis T-Bi-84) mit dem konventionellen
Cu-Mo-Kontaktwerkstoff (Probennummer M-1), dann haben alle
Kontaktwerkstoffe gemäß der vorliegenden Erfindung eine
bessere Fähigkeit zum Stromschalten als der konventionelle
Kontaktwerkstoff aus Cu-Mo-Legierung.
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Aus dem Vorstehenden ergibt sich, daß bei einer
Zugabemenge von 17 Gew.-% Ta zu Mo oder mehr, der
Kontaktwerkstoff der vorliegenden Erfindung bei einem
Kupfergehalt im Bereich von 40 bis 60 Gew.-% eine bessere
Fähigkeit zum Stromschalten hat als der konventionelle
Kontaktwerkstoff aus Cu-25Cr-Legierung, ungeachtet der
Zugabemenge von Bi; beträgt die Zugabemenge von Ta zu Mo
8,8 Gew.-%, dann hat der Kontaktwerkstoff bei einer
Zugabemenge von Bi bis zu 5 Gew.-% eine bessere Eigenschaft
zum Stromschalten als der konventionelle Kontaktwerkstoff
aus Cu-25Cr-Legierung, wenn der Kupfergehalt 60 Gew.-%
beträgt; wenn die Zugabemenge von Ta zu Mo 8,8 Gew.-%
beträgt und der Kupfergehalt 50 oder 40 Gew.-% ist, dann
hat der Kontaktwerkstoff ungeachtet der Zugabemenge von
Bi eine bessere Fähigkeit zum Stromschalten als
konventioneller Kontaktwerkstoff aus Cu-25Cr-Legierung.
Vergleicht man daher die Kontaktwerkstoffe der vorliegenden
Erfindung mit dem konventionellen Kontaktwerkstoff aus
Cu-25Cr-Bi-Legierung im Hinblick auf den gleichen
Bi-Gehalt, dann haben alle Kontaktwerkstoffe gemäß der
vorliegenden Erfindung eine bessere Fähigkeit zum Stromschalten
innerhalb des gesamten Zusammensetzungsbereiches.
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Aus Tabelle 5 ist ersichtlich, daß der
Kontaktwerkstoff gemäß der vorliegenden Erfindung hinsichtlich
der Fähigkeit, Spannung zu widerstehen, besser ist als
der konventionelle Kontaktwerkstoff aus
Cu-25Cr-Legierung. Wird hinsichtlich des Kontaktwerkstoffes, der eine
Fähigkeit, Spannung zu widerstehen, von 1 oder darunter
hat, der Kontaktwerkstoff aus Cu-25Cr-1Bi-Legierung
(Probennummer C-Bi-4), der die gleiche Menge Bi enthält
(1 Gew.-%), wie der Kontaktwerkstoff der vorliegenden
Erfindung (zum Beispiel Probennummer T-Bi-37), mit dem
Kontaktwerkstoff aus T-Bi-37-Legierung verglichen, dann
hat der letztere eine Fähigkeit, Spannung zu widerstehen,
von 0,64 (ein Verhältnis gegenüber Cu-25Cr), während der
Kontaktwerkstoff aus C-Bi-4-Legierung eine Fähigkeit,
Spannung zu widerstehen, von 0,3 hat (ein Verhältnis von
Cu-25Cr). Daraus ist ersichtlich, daß der
Kontaktwerkstoff der vorliegenden Erfindung eine bessere Fähigkeit
hat, Spannung zu widerstehen, als der konventionelle
Kontaktwerkstoff.
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Die Messung der Fähigkeit, Spannung zu
widerstehen, beim Kontaktmaterial wurde durch mehrmaliges
Wiederholen des folgenden Zyklus von Stufen ausgeführt: (1)
Leitung elektrischen Stromes; (2) Unterbrechung ohne
Belastung; (3) Anlegen einer hohen Spannung und (4)
Überprüfen der Anwesenheit oder Abwesenheit elektrischer
Entladung aufgrund des Anlegens der hohen Spannung. Diese
vier Stufen (1) bis (4) bilden einen Zyklus und durch
mehrmaliges Wiederholen dieses Zyklus wurde ein
Spannungs-Wiederstandswert errechnet aus
(Zahl des Zyklus, bei der die elektrische Entladung
auftrat)/(die Gesamtzahl der Zyklen)
wobei auf der Grundlage dieser Berechnung das Anlegen von
Spannung so eingestellt wurde, daß die Wahrscheinlichkeit
der elektrischen Entladung 50% wird. Tabelle 5 zeigt den
Spannungs-Widerstandswert der Kontaktwerkstoffe gemäß der
vorliegenden Erfindung bei dem Spannungswert, der eine
50%ige Entladungswahrscheinlichkeit bei konventionellem
Kontaktwerkstoff aus Cu-25Cr-Legierung, als
Bezugsmaterial, zustande bringt. Bei dieser Messung wurden die
Stromleitung, das Raumintervall zwischen den Kontakten und
andere Bedingungen gleich eingestellt.
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Fig. 4 ist eine graphische Darstellung, die
die Fähigkeit des Kontaktwerkstoffes der vorliegenden
Erfindung zeigt, Spannung zu widerstehen, wobei der
Kontaktwerkstoff nach dem Infiltrations-Verfahren bei 60
Gew.-% Kupfer erhalten war und die Ordinate die Fähigkeit
des Kontaktwerkstoffes der vorliegenden Erfindung
wiedergibt, Spannung zu widerstehen, und die Fähigkeit,
Spannung zu widerstehen, des konventionellen
Kontaktwerkstoffes aus Cu-25Cr-Legierung als Bezugsmaterial genommen
wurde, und die Abszisse die Zugabemenge von Bi zeigt. Es
ist zu bemerken, daß zur Angabe von Variationen
hinsichtlich der Fähigkeit, Spannung zu widerstehen, aufgrund der
Zugabe variierender Bi-Menge, die graphische Darstellung
in Fig. 4-1 und 4-2 bei der Zugabemenge von Bi von 1
Gew.-% aufgeteilt ist. In diesen unterteilten graphischen
Darstellungen gelten die Kurven 101 bis 105 und der
Doppelkreis 106 für die gleichen Kontaktwerkstoffe wie in
Fig. 1.
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Aus den Fig. 4-1 und 4-2 ist ersichtlich,
daß die Kontaktwerkstoffe der vorliegenden Erfindung (die
Kurven 101, 102, 103 und 104) besser sind als der
konventionelle Kontaktwerkstoff aus Cu-25Cr-Bi-Legierung (Kurve
105). Es ist weiter ersichtlich, daß im Vergleich mit dem
konventionellen Kontaktwerkstoff aus Cu-25Cr-Legierung
die Kontaktwerkstoffe der vorliegenden Erfindung eine
bessere Fähigkeit aufweisen, Spannung zu widerstehen, als
der konventionelle Kontaktwerkstoff aus
Cu-25Cr-Legierung, wenn 8,8 Gew.-% Ta zu Mo hinzugegeben sind und die
Zugabemenge von Bi bis zu 0,27 Gew.-% beträgt; wenn beim
Kontaktwerkstoff 17,0 Gew.-% Ta zum Mo hinzugegeben sind
und die Zugabemenge von Bi bis zu 0,4 Gew.-% beträgt;
wenn bei dem Kontaktwerkstoff 31,5 Gew.-% Ta zum Mo
hinzugegeben sind und die Zugabemenge von Bi bis zu 0,6
Gew.-% beträgt, und wenn beim Kontaktwerkstoff die
Zugabemenge von Ta zu Mo 44,1 Gew.-% beträgt und die Zugabe
von Bi bis zu 1,4 Gew.-% ausmacht. Weiter ist aus den
Figuren 4-1 und 4-2 ersichtlich, daß die Kontaktwerkstoffe
mit einer größeren Zugabemenge von Ta zu Mo eine geringe
Abnahme der Fähigkeit, Spannung zu widerstehen, aufgrund
der zunehmenden Zugabemenge von Bi zeigen.
-
Fig. 5 ist eine graphische Darstellung, die
die Fähigkeit des Kontaktwerkstoffes gemäß der
vorliegenden Erfindung, Spannung zu widerstehen, zeigt, wobei
der Kontaktwerkstoff nach dem Infiltrations-Verfahren
hergestellt ist und der Kupfergehalt 50 Gew.-% beträgt,
wobei sowohl die Ordinate als auch die Abszisse die
gleichen Bedeutungen haben wie in den Fig. 4-1 und 4-2. Es
ist zu bemerken, daß, wie in Fig. 4, diese graphische
Darstellung der Fig. 5 am Punkt der Bi-Zugabe von 1
Gew.-% unterteilt ist, und daß die Kurven 107 bis 110 für
die gleichen Kontaktwerkstoffe gelten wie in Fig. 2.
-
Aus den Fig. 5-1 und 5-2 ist ersichtlich,
daß die Kontaktwerkstoffe der vorliegenden Erfindung (die
Kurven 107, 108, 109 und 110) besser sind als der
konventionelle Kontaktwerkstoff aus Cu-25Cr-Bi-Legierung (Kurve
105). Es ist weiter ersichtlich, daß im Vergleich mit dem
konventionellen Kontaktwerkstoff aus Cu-25Cr-Legierung
die Kontaktwerkstoffe der vorliegenden Erfindung eine
bessere Fähigkeit aufweisen, Spannung zu widerstehen, als
der konventionelle Kontaktwerkstoff aus
Cu-25Cr-Legierung, wenn die zu Mo hinzugegebene Tantalmenge 8,8 Gew.-%
beträgt und bis zu 0,43 Gew.-% Bi hinzugegeben sind, wenn
die zu Mo hinzugegebene Tantalmenge 17,0 Gew.-% beträgt
und bis zu 0,94 Gew.-% Bi hinzugegeben sind, wenn 31,5
Gew.-% Ta zum Mo hinzugegeben sind, und bis zu 8,9 Gew.-%
Bi hinzugegeben sind und wenn Mo 44,1 Gew.-% Ta enthält
und bis zu 20 Gew.-% Bi hinzugegeben sind. Weiter ist aus
den Fig. 5-1 und 5-2 ersichtlich, daß die
Kontaktwerkstoffe, bei denen mehr Tantal zu Mo hinzugegeben ist,
eine geringe Abnahme in der Fähigkeit zeigen, Spannung zu
widerstehen, aufgrund der zunehmenden Zugabemenge von Bi,
die auch die Fig. 4-1 und 4-2 zeigen. Werden darüber
hinaus die Fig. 4-1 und 4-2 mit den Fig. 5-1 und 5-2
verglichen, dann zeigen die letztgenannten graphischen
Darstellungen allgemein eine höhere Fähigkeit, Spannung
zu widerstehen, als die ersteren, was der Kupfermenge in
den Kontaktwerkstoffen gemäß der vorliegenden Erfindung
zuzuschreiben ist. In anderen Worten, kann gesagt werden,
daß der Kontaktwerkstoff mit einem Kupfergehalt von 50
Gew.-% eine bessere Fähigkeit hat, Spannung zu
widerstehen, als der Kontaktwerkstoff mit 60 Gew.-% Kupfergehalt.
-
Fig. 6 ist eine graphische Darstellung, die
die Fähigkeit der Kontaktwerkstoffe gemäß der
vorliegenden Erfindung, Spannung zu widerstehen, zeigt, wobei
diese Kontaktwerkstoffe nach dem Infiltrations-Verfahren
hergestellt sind, bei einem Kupfergehalt von 40 Gew.-%,
wobei sowohl die Ordinate als auch die Abszisse die
gleichen Bedeutungen haben wie in den Fig. 4-1 und 4-2,
und die Kurven 111 bis 114 für die gleichen
Kontaktwerkstoffe gelten wie in Fig. 3. Wie in Fig. 4 ist diese
graphische Darstellung der Fig. 6 beim Punkt der 1 Gew.-%igen
Bi-Zugabe in die Fig. 6-1 und 6-2 unterteilt.
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Aus den Fig. 6-1 und 6-2 ist ersichtlich,
daß die Kontaktwerkstoffe der vorliegenden Erfindung (die
Kurven 111, 112, 113 und 114) besser sind, als der
konventionelle Kontaktwerkstoff aus Cu-25Cr-Bi-Legierung
(Kurve 105). Es ist weiter ersichtlich, daß im Vergleich
mit dem konventionellen Kontaktwerkstoff aus
Cu-25Cr-Legierung die Kontaktwerkstoffe der vorliegenden Erfindung
eine bessere Fähigkeit aufweisen, Spannung zu widerstehen,
wenn sie bis zu 0,2 Gew.-% Bi enthalten, bei 8,8
Gew.-% Ta-Zugabe zu Mo, wenn sie bis zu 0,36 Gew.-% Bi
enthalten, bei einer Ta-Zugabe von 17,0 Gew.-% zu Mo,
wenn sie bis zu 0,44 Gew.-% Bi enthalten, bei einer Ta-
Zugabe von 31,5 Gew.-% zu Mo, und wenn sie bis zu 0,54
Gew.-% Bi enthalten, bei einer Ta-Zugabe von 44,1 Gew.-%
zu Mo. Weiter kann den Fig. 6-1 und 6-2 entnommen
werden, daß die Kontaktwerkstoffe, bei denen mehr Ta zu Mo
hinzugegeben ist, aufgrund der größeren Zugabemenge von
Bi eine geringe Abnahme in der Fähigkeit zeigen, Spannung
zu widerstehen. Werden die Fig. 5-1 und 5-2 mit den
Fig. 6-1 und 6-2 verglichen, dann zeigen die ersteren
graphischen Darstellungen im allgemeinen eine bessere
Fähigkeit, Spannung zu widerstehen, als die letzteren.
Wird der oben erwähnte Vergleich zwischen den Fig. 4-1
und 4-2 sowie den Fig. 5-1 und 5-2 dazugenommen, dann
wird ersichtlich, daß die Kontaktwerkstoffe mit einem
Kupfergehalt von etwa 50 Gew.-% in der Fähigkeit,
Spannung zu widerstehen, hervorragend sind.
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Aus der weiter unten folgenden Tabelle 5 wird
deutlich, daß die Kontaktwerkstoffe der vorliegenden
Erfindung, hergestellt nach dem Infiltrations-Verfahren
(Probennummern T-Bi-1 bis T-Bi-84), hinsichtlich ihres
Wertes des Abreißstromes von der Zugabemenge von Bi
abhängen. Die Wirkung der Zugabe von Bi ergibt sich bei
etwa 1 Gew.-%, und mit zunehmender Zugabemenge von Bi nimmt
der Wert des Abreißstromes ab. Die Hauptkomponente, die
den Wert des Abreißstromes beeinflußt, ist Bi, wobei die
anderen Komponenten von Cu, Mo und Nb keinen merklichen
Einfluß auf den Wert des Abreißstromes innerhalb der
Zusammensetzungsbereiche in den Kontaktwerkstoffen der
vorliegenden Erfindung haben. Hinsichtlich der
Schmelzadhäsions- und Abziehkraft zeigen die Kontaktwerkstoffe der
vorliegenden Erfindung eine beträchtliche Wirkung bei der
Zugabemenge von 0,1 Gew.-% Bi, jenseits von der der
gemessene Wert Null (0) ist. Die Messung der
Schmelzadhäsions- und Abziehkraft wurde ausgeführt, indem man zuerst
einen Strom von 12,5 kA bei geschlossenen Kontakten eines
Vakuumschalters drei Sekunden lang leitete, woraufhin der
Vakuumschalter aus dem Schalter entfernt wurde, um die
Schmelzadhäsions- und Abziehkraft zwischen den Kontakten
mittels eines Zugtesters zu messen. In der weiter unten
folgenden Tabelle 5 sollte der Wert Null (0), der in der
Spalte "Schmelzadhäsions- und Abziehkraft" erscheint, so
verstanden werden, daß keine Schmelzadhäsion beim Testen
durch den Zugtester vorhanden war oder die Kontakte
während ihrer Handhabung für den Test, aufgrund einer sehr
geringen Schmelzadhäsions- und Abziehkraft, getrennt
worden waren. Hinsichtlich des Leistungsverbrauches an den
Kontaktpunkten ergibt sich aus der weiter unten folgenden
Tabelle 5, daß ungeachtet der Zugabemenge von Bi, die
Kontaktwerkstoffe gemäß der vorliegenden Erfindung besser
sind als der konventionelle Kontaktwerkstoff aus Cu-25Cr-
Legierung. Diese Güte wird der Funktion der einzelnen
Elemente, insbesondere Mo, Ta und Cu, die die
Kontaktwerkstoffe bilden, zugeschrieben. Als Folge zeigen die
Kontaktwerkstoffe gemäß der vorliegenden Erfindung, die
nach dem Infiltrations-Verfahren hergestellt sind, ihre
Wirkung hinsichtlich des Wertes des Abreißstromes bei
Gew.-% oder mehr hinzugegebenem Bi, ihre Wirkung
hinsichtlich der Schmelzadhäsions- und Abziehkraft bei 0,1
Gew.-% hinzugegebenem Bi und ihre Wirkung hinsichtlich
des Leistungsverbrauches an den Kontaktpunkten beim
Zusammensetzungsbereich von Cu, Mo, Ta und Bi, die in den
Kontaktwerkstoffen vorhanden sind, wie in der weiter
unten folgenden Tabelle 1 gezeigt (d. h., der Kupfergehalt
liegt im Bereich von 40 bis 60 Gew.-%, die zum Mo
hinzugegebene Tantalmenge liegt im Bereich von 8,8 bis 44,1
Gew.-% und der Bi-Gehalt liegt im Bereich von 0,1 bis 20
Gew.-%).
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Aus dem obigen ist ersichtlich, daß die
Kontaktwerkstoffe gemäß der vorliegenden Erfindung, die nach
dem Infiltrations-Verfahren hergestellt sind, innerhalb
ihres Zusammensetzungsbereiches von Kupfer von 32,6 bis
65,9 Gew.-%, Mo von 26,8 bis 61,5 Gew.-%, Ta von 3,9 bis
29,7 Gew.-% und Bi von 0,1 bis 20 Gew.-%, gute
Eigenschaften aufwiesen.
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Die weiter unten folgende Tabelle 5 zeigt auch,
als Probennummern T-Bi-85 bis T-Bi-132, verschiedene
Eigenschaften der Kontaktwerkstoffe der vorliegenden
Erfindung, hergestellt nach dem Pulversinter-Verfahren.
Hinsichtlich der Fähigkeit, Strom zu schalten bzw. zu
unterbrechen, ist aus der weiter unten folgenden Tabelle
5 deutlich ersichtlich, daß alle Kontaktwerkstoffe eine
bessere Fähigkeit haben, Strom zu schalten, als der
konventionelle Kontaktwerkstoff aus Cu-25Cr-Legierung
(Probennummer C-1).
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Fig. 7 zeigt die Fähigkeit des
Kontaktwerkstoffes gemäß der vorliegenden Erfindung, Strom zu
schalten, wobei dieser Kontaktwerkstoff nach dem Pulversinter-
Verfahren hergestellt ist, bei einem Kupfergehalt von 75
Gew.-%, wobei die Ordinate die Fähigkeit angibt, Strom zu
schalten, im Vergleich mit dieser Eigenschaft vom
konventionelle Kontaktwerkstoff aus Cu-25Cr-Legierung, als
Bezugsmaterial, und die Abszisse die Zugabemenge von Bi
angibt. In der graphischen Darstellung der Fig. 7 zeigt
Kurve 115 die Eigenschaft der Kontaktwerkstoffe, Strom zu
schalten, bei denen die Zugabemenge von Ta zu Mo 8,8
Gew.-% beträgt und die Zugabemenge von Bi variiert ist
(Probennummern T-Bi-85, T-Bi-93, T-Bi-101, T-Bi-109, T-
Bi-117, T-Bi-125); Kurve 116 zeigt die Eigenschaft der
Kontaktwerkstoffe, Strom zu schalten, bei denen die
Zugabemenge von Ta zu Mo 17,0 Gew.-% beträgt und die
Zugabemenge von Bi variiert ist (Probennummern T-Bi-86, T-Bi-
94, T-Bi-102, T-Bi-110, T-Bi-118, T-Bi-126); Kurve 117
zeigt die Fähigkeit der Kontaktwerkstoffe, Strom zu
schalten, bei denen die Zugabemenge von Ta zu Mo 31,5
Gew.-% beträgt und die Zugabemenge von Bi variiert ist
(Probennummern T-Bi-87, T-Bi-95, T-Bi-103, T-Bi-111, T-
Bi-119, T-Bi-127) und Kurve 118 zeigt die Fähigkeit der
Kontaktwerkstoffe, Strom zu schalten, bei denen die
Zugabemenge von Ta zu Mo 44,1 Gew.-% beträgt und die
Zugabemenge
von Bi variiert ist (Probennummern T-Bi-88, T-Bi-
96, T-Bi-104, T-Bi-112, T-Bi-120, T-Bi-128).
-
Aus Fig. 7 ist ersichtlich, daß die
Kontaktwerkstoffe der vorliegenden Erfindung bessere
Eigenschaften haben als der konventionelle Kontaktwerkstoff aus Cu-
25Cr-Legierung, bezüglich der Eigenschaft zum
Stromschalten, obwohl diese Eigenschaft mit zunehmender Zugabemenge
von Bi abnimmt. Es ist auch ersichtlich, daß die
Kontaktwerkstoffe der vorliegenden Erfindung, die durch das
Pulversinter-Verfahren hergestellt sind und einen
Kupfergehalt von 75 Gew.-% haben, eine hervorragende Fähigkeit
zum Stromschalten bei einer Zugabemenge von Ta zu Mo im
Bereich von 8,8 bis 44,1 Gew.-% und einer Zugabemenge von
Bi bis zu 20 Gew.-% aufweisen.
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Fig. 8 zeigt die Eigenschaft der
Kontaktwerkstoffe der vorliegenden Erfindung, Strom zu schalten,
wobei diese Kontaktwerkstoffe nach dem
Pulversinter-Verfahren hergestellt sind, bei einem Kupfergehalt von 60 Gew.-%.
Die Ordinate und die Abszisse haben die gleichen
Bedeutungen wie in Fig. 7. In der Figur zeigt Kurve 119 die
Eigenschaft der Kontaktwerkstoffe, Strom zu schalten, bei
denen die Zugabemenge von Ta zu Mo 8,8 Gew.-% beträgt und
die Zugabemenge von Bi variiert ist (Probennummern T-Bi-
89, T-Bi-97, T-Bi-105, T-Bi-113, T-Bi-121, T-Bi-129);
Kurve 120 zeigt die Eigenschaft der Kontaktwerkstoffe,
Strom zu schalten, bei denen die Zugabemenge von Ta zu Mo
17,0 Gew.-% beträgt und die Zugabemenge von Bi variiert
ist (Probennummern T-Bi-90, T-Bi-98, T-Bi-106, T-Bi-114,
T-Bi-122, T-Bi-130); Kurve 121 zeigt die Eigenschaft der
Kontaktwerkstoffe, Strom zu schalten, bei denen die
Zugabemenge von Ta zu Mo 31,5 Gew.-% beträgt und die
Zugabemenge von Bi variiert ist (Probennummern T-Bi-91, T-Bi-
99, T-Bi-107, T-Bi-115, T-Bi-123, T-Bi-131), und Kurve
122 zeigt die Fähigkeit der Kontaktwerkstoffe, Strom zu
schalten, bei denen die Zugabemenge von Ta zu Mo 44,1
Gew.-% beträgt und die Zugabemenge von Bi variiert ist
(Probennummern T-Bi-92, T-Bi-100, T-Bi-108, T-Bi-116, T-
Bi-124 T-Bi-132)
-
Aus Fig. 8 ist ersichtlich, daß die
Kontaktwerkstoffe der vorliegenden Erfindung bessere
Eigenschaften zum Stromschalten haben als der konventionelle
Kontaktwerkstoff aus Cu-25Cr, obwohl diese Eigenschaft mit
zunehmender Zugabemenge von Bi abnimmt. Es ist auch
ersichtlich, daß die Kontaktwerkstoffe der vorliegenden
Erfindung, die nach dem Pulversinter-Verfahren bei einem
Kupfergehalt von 60 Gew.-% hergestellt sind, eine
hervorragende Fähigkeit zum Stromschalten bei Zugabemengen von
Ta zu Mo im Bereich von 8,8 bis 44,1 Gew.-% und einer
Zugabemenge von Bi bis zu 20 Gew.-% aufweisen. Hinsichtlich
des Unterschiedes in der Eigenschaft zum Stromschalten,
aufgrund des Unterschiedes im Kupfergehalt, ist aus den
Fig. 7 und 8 ersichtlich, daß die Kontaktwerkstoffe
mit einem zugegebenen Ta-Gehalt zu Mo von 8,8 Gew.-% eine
hervorragende Eigenschaft zum Stromschalten bei einem
Kupfergehalt von 75 Gew.-%, bei Zugabe einer geringen Bi-
Menge, aufweisen, wobei der Unterschied in der
Eigenschaft zum Stromschalten mit zunehmender Bi-Menge gering
oder vollkommen verschwunden ist; bei Kontaktwerkstoffen,
die einen zugegebenen Ta-Gehalt zu Mo von 17,0 Gew.-%,
31,5 Gew.-% bzw. 44,1 Gew.-% aufweisen, ist die
Eigenschaft zum Stromschalten gleich oder besser als die von
konventionellem Kontaktwerkstoff, wenn der Kupfergehalt
60 Gew.-% beträgt. Die Kontaktwerkstoffe mit dem
Kupfergehalt von 60 Gew.-% zeigen jedoch eine geringe Abnahme
hinsichtlich der Eigenschaft zum Stromschalten, aufgrund
einer Zunahme bei der Zugabemenge von Bi.
-
Aus dem vorgehenden ergibt sich, daß bei einer
Zugabemenge von Ta zu Mo von 8,8 Gew.-% oder mehr, die
Kontaktwerkstoffe der vorliegenden Erfindung innerhalb
eines Bereiches des Kupfergehaltes von 60 bis 75 Gew.-%,
unabhängig von der Zugabemenge von Bi, eine bessere
Eigenschaft zum Stromschalten haben, als der konventionelle
Kontaktwerkstoff aus Cu-25Cr,. Werden die
Kontaktwerkstoffe der vorliegenden Erfindung mit dem konventionellen
Kontaktwerkstoff aus Cu-25Cr-Bi-Legierung mit Bezug auf
den gleichen Bi-Gehalt verglichen, dann haben die
Kontaktwerkstoffe
der vorliegenden Erfindung eine bessere
Fähigkeit zum Stromschalten im gesamten
Zusammensetzungsbereich als der konventionelle Kontaktwerkstoff.
-
Es ist weiter aus der weiter unten folgenden
Tabelle 5 ersichtlich, daß hinsichtlich der Fähigkeit,
Spannung zu widerstehen, die Kontaktwerkstoffe der
vorliegenden Erfindung, die nach dem Pulversinter-Verfahren
hergestellt sind, bei geringer Zugabemenge von Bi besser
sind als der konventionelle Kontaktwerkstoff aus Cu-25Cr.
-
Fig. 9 ist eine graphische Darstellung, die
die Fähigkeit der Kontaktwerkstoffe der vorliegenden
Erfindung bei einem Kupfergehalt von 75 Gew.-% zeigt,
Spannung zu widerstehen, wobei diese Kontaktwerkstoffe nach
dem Pulversinter-Verfahren erhalten sind und die Ordinate
die Fähigkeit wiedergibt, Spannung zu widerstehen wobei
diese Fähigkeit des konventionellen Kontaktwerkstoffes
aus Cu-25Cr-Legierung als Bezugsmaterial dient, und die
Abszisse die Zugabemenge von Bi angibt. Die graphische
Darstellung der Fig. 9 ist in der gleichen Weise wie
Figur 4 am Punkt des 1 Gew.-%-igen Bi-Gehaltes in Fig.
9-1 und 9-2 unterteilt. In diesen graphischen
Darstellungen gelten die Kurven 115 bis 118 für die gleichen
Kontaktwerkstoffe wie in Fig. 7.
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Aus den Fig. 9-1 und 9-2 ist ersichtlich,
daß die Kontaktwerkstoffe der vorliegenden Erfindung (die
Kurven 115, 116, 117 und 118) gegenüber dem
konventionellen Kontaktwerkstoff aus Cu-25Cr-Bi-Legierung (Kurve
105) eine hervorragende Fähigkeit aufweisen, Spannung zu
widerstehen. Es ist weiter ersichtlich, daß die
Kontaktwerkstoffe der vorliegenden Erfindung, die einen
Ta-Gehalt mit Bezug auf Mo von 8,8 Gew.-% aufweisen,
hinsichtlich ihrer Fähigkeit, Spannung zu widerstehen, besser
sind, als der konventionelle Kontaktwerkstoff aus Cu-
25Cr, bei einer Zugabemenge von Bi bis zu 0,13 Gew.-%;
die Kontaktwerkstoffe mit einem Ta-Gehalt von 17,0 Gew.-%,
mit Bezug auf Mo, sind besser als der konventionelle
Kontaktwerkstoff, bei einer Zugabemenge von Bi bis zu 0,23
Gew.-%; die Kontaktwerkstoffe mit einem zugegebenen Ta-
Gehalt von 31,5 Gew.-%, mit Bezug auf Mo, sind besser als
der konventionelle Kontaktwerkstoff, bei einer
Zugabemenge von Bi bis zu 0,31 Gew.-%, und die Kontaktwerkstoffe,
die mit Bezug auf Mo 44,1 Gew.-% Ta enthalten, sind
besser als der konventionelle Kontaktwerkstoff, bei einer
Zugabemenge von Bi bis zu 0,32 Gew.-%. Weiter ist aus den
Fig. 9-1 und 9-2 ersichtlich, daß der
Kontaktwerkstoff, der bezüglich Mo einen höheren Ta-Gehalt aufweist,
aufgrund der zunehmenden Zugabemenge von Bi, eine geringe
Verminderung bei der Fähigkeit zeigt, Spannung zu
widerstehen.
-
Fig. 10 ist eine graphische Darstellung, die
die Fähigkeit der Kontaktwerkstoffe gemäß der
vorliegenden Erfindung bei einem Kupfergehalt von 60 Gew.-% zeigt,
Spannung zu widerstehen, wobei diese Kontaktwerkstoffe
nach dem Pulversinter-Verfahren erhalten sind, wobei die
Ordinate und die Abszisse die gleichen Bedeutungen haben
wie Fig. 9. Die graphische Darstellung der Fig. 10 ist
beim Punkt des Bi-Gehaltes von 1 Gew.-% in die Fig.
10-1 und 10-2 unterteilt. In diesen graphischen
Darstellungen gelten die Kurven 119 bis 122 für die gleichen
Kontaktwerkstoffe wie in Fig. 8.
-
Aus den Fig. 10-1 und 10-2 ist ersichtlich,
daß die Kontaktwerkstoffe der vorliegenden Erfindung
(Kurven 119, 120, 121 und 122) gegenüber dem
konventionellen Kontaktwerkstoff aus Cu-25Cr-Bi-Legierung (Kurve
105) eine ausgezeichnete Fähigkeit aufweisen, Spannung zu
widerstehen. Es ist weiter ersichtlich, daß die
Kontaktwerkstoffe der vorliegenden Erfindung mit einer
zugegebenen Ta-Menge von 8,8 Gew.-% zu Mo, gegenüber dem
konventionellen Kontaktwerkstoff aus Cu-25Cr-Legierung, eine
hervorragende Fähigkeit haben, Spannung zu widerstehen,
bis zu einer Zugabemenge von Bi von 0,26 Gew.-%; die
Kontaktwerkstoffe mit einem Ta-Gehalt von 17,0 Gew.-%, mit
Bezug auf Mo, sind besser als der konventionelle
Kontaktwerkstoff, bis zu einer Zugabemenge von Bi von 0,5 Gew.-%;
die Kontaktwerkstoffe mit einer Zugabemenge von Ta von
31,5 Gew.-%, mit Bezug auf Mo, sind besser als der
konventionelle Kontaktwerkstoff, bis zu einer Zugabemenge
von 1,2 Gew.-% Bi; und die Kontaktwerkstoffe mit einem
Ta-Gehalt von 44,1 Gew.-%, mit Bezug auf Mo, sind besser
als der konventionelle Kontaktwerkstoff, bis zu einer
Zugabemenge von Bi von 3,6 Gew.-%. Weiter ist aus den
Figuren 10-1 und 10-2 ersichtlich, daß der Kontaktwerkstoff,
der mit Bezug auf Mo mehr Ta enthält, aufgrund der
zunehmenden Zunahmemenge von Bi, eine geringe Abnahme
hinsichtlich der Fähigkeit zeigt, Spannung zu widerstehen.
Beim Vergleich zwischen den Fig. 9-1 und 9-2 mit den
Fig. 10-1 und 10-2 ist ersichtlich, daß die
Kontaktwerkstoffe mit einem Cu-Gehalt von 60 Gew.-% eine bessere
Fähigkeit haben, Spannung zu widerstehen, als die
Kontaktwerkstoffe mit dem Cu-Gehalt von 75 Gew.-%.
-
Weiter ist aus der weiter unten folgenden
Tabelle 5 ersichtlich, daß der Wert des Abreißstromes für
die Kontaktwerkstoffe gemäß der vorliegenden Erfindung,
die nach dem Pulversinter-Verfahren hergestellt sind
(Probennummern T-Bi-85 bis T-Bi-132), von der Zugabemenge
von Bi abhängt. Die Wirkung der Bi-Zugabe zeigt sich bei
etwa 1 Gew.-%, und dann nimmt der Wert des Abreißstromes
mit zunehmender Zugabemenge von Bi ab. Hinsichtlich der
Schmelzadhäsion- und Abziehkraft zeigen die
Kontaktwerkstoffe der vorliegenden Erfindung eine beträchtliche
Wirkung bei der Zugabemenge von Bi von 0,1 Gew.-%, jenseits
der der gemessene Wert Null (0) ist. Hinsichtlich des
Leistungsverbrauches an den Kontaktpunkten sind die
Kontaktwerkstoffe der vorliegenden Erfindung, die durch das
Pulversinter-Verfahren erhalten sind, nicht von der
Zugabemenge von Bi abhängig, wohl aber vom Gehalt an Cu und
anderen Komponenten. Die Kontaktwerkstoffe der
vorliegenden Erfindung mit einem Cu-Gehalt von 60 Gew.-% zeigen
ihre ausgezeichnete Fähigkeit des Leistungsverbrauches an
den Kontaktpunkten, der etwa das 0,2- bis 0,3-fache
dessen von konventionellem Kontaktwerkstoff aus
Cu-25Cr-Legierung beträgt, wobei diese Eigenschaft gleich der des
Kontaktwerkstoffes der vorliegenden Erfindung ist, der
durch das oben erwähnte Infiltrations-Verfahren erhalten
wurde. Die Kontaktwerkstoffe mit dem Cu-Gehalt von 75
Gew.-% haben einen Leistungsverbrauch an den
Kontaktpunkten vom 0,5- bis 0,7-fachen dessen des konventionellen
Kontaktwerkstoffes aus Cu-25Cr-Legierung, woraus
ersichtlich ist, daß bei einem Cu-Gehalt von weniger als 60
Gew.-% eine nicht so deutliche Änderung hinsichtlich des
Leistungsverbrauches an den Kontaktpunkten beobachtet
werden kann. Wenn die Kontaktwerkstoffe der vorliegenden
Erfindung mit einem Cu-Gehalt von 75 Gew.-% mit dem
konventionellen Kontaktwerkstoff aus Cu-25Cr-Legierung oder
aus Cu-25Cr-Bi-Legierung verglichen werden, dann ist der
Leistungsverbrauch an den Kontaktpunkten für die
Kontaktwerkstoffe gemäß der vorliegenden Erfindung das 0,5- bis
0,7-fache von dem der konventionellen Kontaktwerkstoffe,
wobei dieser Unterschied dem Unterschied in den
Bestandteilen der Kontaktwerkstoffe zugeschrieben wird. Als
Folge zeigen die Kontaktwerkstoffe der vorliegenden
Erfindung, die durch das Pulversinter-Verfahren hergestellt
sind, ihre Auswirkung hinsichtlich des Wertes des
Abreißstromes bei der Zugabemenge von Bi bei 1 Gew.-% oder
darüber, ihre Auswirkung auf die Schmelzadhäsions- und
Abziehkraft bei der Zugabemenge von Bi von 0,1 Gew.-% oder
darüber, und ihre günstigen Eigenschaften hinsichtlich
des Leistungsverbrauches an den Kontaktpunkten beim Cu-
Gehalt im Bereich von 60 bis 75 Gew.-%, dem Ta-Gehalt im
Bereich von 8,8 bis 44,1 Gew.-%, mit Bezug auf Mo, und
der Zugabemenge von Bi in einem Bereich von 0,1 bis 20
Gew.-%.
-
Aus dem vorhergehenden wird deutlich, daß die
Kontaktwerkstoffe der vorliegenden Erfindung, die nach
dem Pulversinter-Verfahren hergestellt sind, ihre
günstigen Eigenschaften im Bereich des Gehaltes von Kupfer von
60 bis 75 Gew.-%, von Molybdän im Bereich von 14,0 bis
36,5 Gew.-%, von Ta im Bereich von 2,2 bis 17,6 Gew.-%
und von Bi im Bereich von 0,1 bis 20 Gew.-% zeigen.
-
Tabelle 5 weiter unten zeigt auch verschiedene
Eigenschaften der Kontaktwerkstoffe gemäß der
vorliegenden Erfindung, die durch Vakuum-Heißpressen hergestellt
sind, wie die Probennummern T-Bi-133 bis T-Bi-180.
Hinsichtlich der Fähigkeit, Strom zu schalten, ist aus
Tabelle 5 deutlich ersichtlich, daß die Kontaktwerkstoffe
eine bessere Fähigkeit zum Stromschalten haben, als der
konventionelle Kontaktwerkstoff aus Cu-25Cr-Legierung.
-
Fig. 11 zeigt die Fähigkeit der
Kontaktwerkstoffe gemäß der vorliegenden Erfindung zum
Stromschalten, wobei diese Kontaktwerkstoffe erhalten sind nach dem
Vakuum-Heißpreß-Verfahren beim Kupfergehalt von 75 Gew.-%,
wobei die Ordinate die Eigenschaft zum Stromschalten bei
Anwendung des konventionellen Kontaktwerkstoffes aus Cu-
25Cr-Legierung als Bezugsmaterial zeigt und die Abszisse
die Zugabemenge von Bi wiedergibt. In der graphischen
Darstellung der Fig. 11 zeigt Kurve 123 die Eigenschaft
der Kontaktwerkstoffe, Strom zu schalten, bei denen die
zugegebene Ta-Menge, mit Bezug auf Mo, 8,8 Gew.-%
beträgt und die Zugabemenge von Bi variiert ist
(Probennummern T-Bi-133, T-Bi-141, T-Bi-149, T-Bi-157, T-Bi-165, T-
Bi-173); Kurve 124 zeigt die Fähigkeit der
Kontaktwerkstoffe, Strom zu schalten, bei denen die zugegebene Ta-
Menge, mit Bezug auf Mo, 17,0 Gew.-% beträgt und die
Zugabemenge von Bi variiert ist (Probennummern T-Bi-134, T-
Bi-142, T-Bi-150, T-Bi-158, T-Bi-166, T-Bi-174); Kurve
125 zeigt die Fähigkeit der Kontaktwerkstoffe, Strom zu
schalten, bei denen die zugegebene Ta-Menge, mit Bezug
auf Mo, 31,5 Gew.-% beträgt und die Zugabemenge von Bi
variiert ist (Probennummern T-Bi-135, T-Bi-143, T-Bi-151,
T-Bi-159, T-Bi-167, T-Bi-175), und Kurve 126 zeigt die
Fähigkeit der Kontaktwerkstoffe, Strom zu schalten, bei
denen die zugegebene Ta-Menge, mit Bezug auf Mo, 44,1
Gew.-% beträgt und die Zugabemenge von Bi variiert ist
(Probennummern T-Bi-136, T-Bi-144, T-Bi-152, T-Bi-160, T-
Bi-168, T-Bi-176).
-
Aus Fig. 11 ist ersichtlich, daß die
Kontaktwerkstoffe der vorliegenden Erfindung eine bessere
Fähigkeit zum Stromschalten haben, als der konventionelle
Kontaktwerkstoff aus Cu-25Cr-Legierung, obwohl sich diese
Eigenschaft mit zunehmender Zugabemenge von Bi
verschlechtert.
Aus Fig. 11 ist auch ersichtlich, daß die
Kontaktwerkstoffe der vorliegenden Erfindung, die bei
einem Cu-Gehalt von 75 Gew.-% nach dem Vakuum-Heißpreß-
Verfahren hergestellt sind, eine hervorragende Fähigkeit
zum Stromschalten, bei einer Zugabemenge von Ta im
Bereich von 8,8 bis 44,1 Gew.-%, mit Bezug auf Mo, und
einer Zugabemenge von Bi bis zu 20 Gew.-% aufweisen.
-
Fig. 12 zeigt die Fähigkeit der
Kontaktwerkstoffe gemäß der vorliegenden Erfindung zum
Stromschalten, wobei diese Kontaktwerkstoffe erhalten sind nach dem
Vakuum-Heißpreß-Verfahren, beim Kupfergehalt von 60 Gew.-%,
bei dem die Ordinate und die Abszisse die gleichen
Bedeutungen haben wie in Fig. 11. In der Figur zeigt Kurve
127 die Eigenschaft der Kontaktwerkstoffe, Strom zu
schalten, bei denen die zugegebene Ta-Menge, mit Bezug
auf Mo, 8,8 Gew.-% beträgt und die Zugabemenge von Bi
variiert ist (Probennummern T-Bi-137, T-Bi-145, T-Bi-153,
T-Bi-161, T-Bi-169, T-Bi-177); Kurve 128 zeigt die
Fähigkeit der Kontaktwerkstoffe, Strom zu schalten, bei denen
die zugegebene Ta-Menge, mit Bezug auf Mo, 17,0 Gew.-%
beträgt und die Zugabemenge von Bi variiert ist
(Probennummern T-Bi-138, T-Bi-146, T-Bi-154, T-Bi-162, T-Bi-170,
T-Bi-178); Kurve 129 zeigt die Fähigkeit der
Kontaktwerkstoffe, Strom zu schalten, bei denen die zugegebene Ta-
Menge, mit Bezug auf Mo, 31,5 Gew.-% beträgt und die
Zugabemenge von Bi variiert ist (Probennummern T-Bi-139, T-
Bi-147, T-Bi-155, T-Bi-163, T-Bi-171, T-Bi-179), und
Kurve 130 zeigt die Fähigkeit der Kontaktwerkstoffe, Strom
zu schalten, bei denen die zugegebene Ta-Menge, mit Bezug
auf Mo, 44,1 Gew.-% beträgt, und die Zugabemenge von Bi
variiert ist (Probennummern T-Bi-140, T-Bi-148, T-Bi-156,
T-Bi-164, T-Bi-172, T-Bi-180).
-
Aus Fig. 12 ist ersichtlich, daß die
Kontaktwerkstoffe der vorliegenden Erfindung eine bessere
Fähigkeit zum Stromschalten haben, als der konventionelle
Kontaktwerkstoff aus Cu-25Cr-Legierung, obwohl sich diese
Eigenschaft mit zunehmender Zugabemenge von Bi
verschlechtert. Aus Fig. 12 ist auch ersichtlich, daß die
Kontaktwerkstoffe der vorliegenden Erfindung, die bei
einem Cu-Gehalt von 60 Gew.-% nach dem
Vakuum-Heißpreß-Verfahren hergestellt sind, eine hervorragende Fähigkeit zum
Stromschalten, bei einer Zugabemenge von Ta im Bereich
von 8,8 bis 44,1 Gew.-%, mit Bezug auf Mo, und einer
Zugabemenge von Bi bis zu 20 Gew.-% aufweisen. Hinsichtlich
des Unterschiedes in der Eigenschaft zum Stromschalten,
aufgrund des Unterschiedes im Cu-Gehalt, ist aus den
Figuren 11 und 12 ersichtlich, daß dieser Unterschied im
allgemeinen bei Kontaktwerkstoffen mit einem Cu-Gehalt
von 60 Gew.-% größer ist.
-
Aus dem Vorstehenden ergibt sich, daß die
Kontaktwerkstoffe der vorliegenden Erfindung mit einem Cu-
Gehalt im Bereich von 60 bis 75 Gew.-%, dem zu Mo
hinzugegebenen Ta-Gehalt im Bereich von 8,8 bis 44,1 Gew.-%
und der Zugabemenge von Bi bis zu 20 Gew.-%, eine
ausgezeichnete Fähigkeit zum Stromschalten im Vergleich mit
dem konventionelle Kontaktwerkstoff aus Cu-25Cr-Legierung
aufweisen.
-
Aus der weiter unten folgenden Tabelle 5 ist
hinsichtlich der Fähigkeit, Spannung zu widerstehen,
ersichtlich, daß die Kontaktwerkstoffe der vorliegenden
Erfindung, die nach dem Vakuum-Heißpreß-Verfahren
hergestellt sind, besser sind als der konventionelle
Kontaktwerkstoff aus Cu-25Cr-Legierung, wenn die Zugabemenge von
Bi gering ist.
-
Fig. 13 ist eine graphische Darstellung, die
die Fähigkeit der Kontaktwerkstoffe gemäß der
vorliegenden Erfindung zeigt, Spannung zu widerstehen, wobei diese
Kontaktwerkstoffe nach dem Vakuum-Heißpreß-Verfahren
erhalten sind, bei einem Kupfergehalt von 75 Gew.-%, und
wobei die Ordinate die Fähigkeit, Spannung zu
widerstehen, wiedergibt, bei Verwendung dieser Eigenschaft des
konventionellen Kontaktwerkstoffes aus Cu-25Cr-Legierung
als Bezugsmaterial, und die Abszisse die Zugabemenge von
Bi angibt. In der gleichen Weise wie in Fig. 4 ist die
graphische Darstellung der Fig. 13 beim Punkt des
Bi-Gehaltes von 1 Gew.-% unterteilt. Die Kurven 123 bis 126
gelten für die gleichen Kontaktwerkstoffe wie in Fig.
11.
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Aus den Fig. 13-1 und 13-2 ist ersichtlich,
daß die Kontaktwerkstoffe der vorliegenden Erfindung
(Kurven 123, 124, 125 und 126) gegenüber dem
konventionellen Kontaktwerkstoff aus Cu-25Cr-Bi (Kurve 105) eine
ausgezeichnete Fähigkeit aufweisen, Spannung zu
widerstehen. Es ist weiter ersichtlich, daß die Kontaktwerkstoffe
der vorliegenden Erfindung mit einem Ta-Gehalt von 8,8
Gew.-%, mit Bezug auf Mo, besser sind hinsichtlich ihrer
Fähigkeit, Spannung zu widerstehen, als der
konventionelle Kontaktwerkstoff aus Cu-25Cr-Legierung, bei einer
Zugabemenge von Bi bis zu 0,15 Gew.-%; die
Kontaktwerkstoffe mit einem Ta-Gehalt von 17,0 Gew.-%, mit Bezug auf Mo,
sind besser als der konventionelle Kontaktwerkstoff, bei
einer Zugabemenge von Bi bis zu 0,25 Gew.-%; die
Kontaktwerkstoffe mit einem Ta-Gehalt von 31,5 Gew.-%, mit Bezug
auf Mo, sind besser als der konventionelle
Kontaktwerkstoff, bei einer Zugabemenge von Bi bis zu 0,28 Gew.-%;
und die Kontaktwerkstoffe mit einem Ta-Gehalt von 44,1
Gew.-%, mit Bezug auf Mo, sind besser als der
konventionelle Kontaktwerkstoff, bei der Zugabemenge von Bi bis zu
0,29 Gew.-%. Weiter ist aus den Fig. 13-1 und 13-2
ersichtlich, daß der Kontaktwerkstoff, der-mit Bezug auf Mo
einen höheren Ta-Gehalt aufweist, aufgrund der Zugabe von
Bi eine geringe Verminderung hinsichtlich der Fähigkeit,
Spannung zu widerstehen, erfährt.
-
Fig. 14 ist eine graphische Darstellung, die
die Fähigkeit der Kontaktwerkstoffe gemäß der
vorliegenden Erfindung zeigt, Spannung zu widerstehen, wobei diese
Kontaktwerkstoffe, bei einem Cu-Gehalt von 60 Gew.-%,
nach dem Vakuum-Heißpreß-Verfahren erhalten sind, wobei
die Ordinate und die Abszisse die gleichen Bedeutungen
haben wie in Fig. 13. Auch die graphische Darstellung
der Fig. 14 ist bei dem Punkt des Bi-Gehaltes von 1
Gew.-% in die Fig. 14-1 und 14-2 unterteilt. In diesen
graphischen Darstellungen gelten die Kurven 127 bis 130
für die gleichen Kontaktwerkstoffe wie in Fig. 12.
-
Aus den Fig. 14-1 und 14-2 ist ersichtlich,
daß die Kontaktwerkstoffe der vorliegenden Erfindung
(Kurven 127, 128, 129 und 130) gegenüber dem
konventionellen Kontaktwerkstoff aus Cu-25Cr-Bi-Legierung (Kurve
105) eine ausgezeichnete Fähigkeit aufweisen, Spannung zu
widerstehen. Es ist weiter ersichtlich, daß die
Kontaktwerkstoffe der vorliegenden Erfindung mit einem Ta-Gehalt
von 8,8 Gew.-%, mit Bezug auf Mo, besser sind
hinsichtlich ihrer Fähigkeit, Spannung zu widerstehen, als der
konventionelle Kontaktwerkstoff aus Cu-25Cr-Legierung,
bei einer Zugabemenge von Bi bis zu 0,32 Gew.-%; die
Kontaktwerkstoffe mit einem Ta-Gehalt von 17,0 Gew.-%, mit
Bezug auf Mo, sind besser als der konventionelle
Kontaktwerkstoff, bei einer Zugabemenge von Bi bis zu 0,54 Gew.-%;
die Kontaktwerkstoffe mit einem Ta-Gehalt von 31,5 Gew.-%,
mit Bezug auf Mo, sind besser als der konventionelle
Kontaktwerkstoff, bei einer Zugabemenge von Bi bis zu 2,5
Gew.-%; und die Kontaktwerkstoffe mit einem Ta-Gehalt von
44,1 Gew.-%, mit Bezug auf Mo, sind besser als der
konventionelle Kontaktwerkstoff, bei der Zugabemenge von Bi
bis zu 7 Gew.-%. Weiter ist aus den Fig. 14-1 und 14-2
ersichtlich, daß der Kontaktwerkstoff, der mit Bezug auf
Mo einen höheren Ta-Gehalt aufweist, aufgrund der Zugabe
von Bi eine geringe Verminderung hinsichtlich der
Fähigkeit, Spannung zu widerstehen, erfährt. Weiter kann aus
einem Vergleich zwischen den Fig. 13-1 und 13-2 sowie
den Fig. 14-1 und 14-2 ersehen werden, daß der
Kontaktwerkstoff mit dem Cu-Gehalt von 60 Gew.-% eine höhere
Fähigkeit, Spannung zu widerstehen, hat als der
Kontaktwerkstoff mit dem Cu-Gehalt von 75 Gew.-%.
-
Weiter ist aus der weiter unten folgenden
Tabelle 5 ersichtlich, daß der Wert des Abreißstromes der
Kontaktwerkstoffe gemäß der vorliegenden Erfindung, die
nach dem Vakuum-Heißpreß-Verfahren hergestellt sind
(Probennummern T-Bi-133 bis T-Bi-180), von der Zugabemenge
von Bi abhängt. Die Wirkung der Zugabe von Bi ergibt sich
bei etwa 1 Gew.-%, mit zunehmender Zugabemenge von Bi
nimmt der Wert des Abreißstromes ab. Hinsichtlich der
Schmelzadhäsions- und Abziehkraft zeigen die
Kontaktwerkstoffe der vorliegenden Erfindung eine beträchtliche
Auswirkung bei der Zugabemenge von Bi von 0,1 Gew.-%,
jenseits der der gemessene Wert Null (0) ist. Hinsichtlich
des Leistungsverbrauches an den Kontaktpunkten sind die
Kontaktwerkstoffe der vorliegenden Erfindung nicht von
der Zugabemenge von Bi, aber vom Gehalt an Cu und anderen
Komponenten abhängig. Der Kontaktwerkstoff der
vorliegenden Erfindung mit einem Cu-Gehalt von 60 Gew.-% hat
einen ausgezeichneten Leistungsverbrauch, der das 0,2- bis
0,3-fache dessen des konventionellen Kontaktwerkstoffes
aus Cu-25Cr-Legierung ist; wie im Falle der
Kontaktwerkstoffe der vorliegenden Erfindung, die nach dem
Pulversinter-Verfahren erhalten sind, ist diese Eigenschaft
vergleichbar mit der Eigenschaft der oben erwähnten
Kontaktwerkstoffe nach der vorliegenden Erfindung. Die
Kontaktwerkstoffe mit einem Cu-Gehalt von 75 Gew.-% zeigen
einen Leistungsverbrauch an den Kontaktpunkten vom 0,5-
bis 0,7-fachen dessen des konventionellen
Kontaktwerkstoffes aus Cu-25Cr-Legierung, d. h., diese Fähigkeit ist
gleich der der Kontaktwerkstoffe, die nach dem
Pulversinter-Verfahren erhalten wurden. Daraus ist ersichtlich,
daß bei einem Cu-Gehalt von weniger als 60 Gew.-% keine
so bemerkenswerte Änderung im Leistungsgebrauch an den
Kontaktpunkten feststellbar ist. Werden die
Kontaktwerkstoffe der vorliegenden Erfindung mit einem Cu-Gehalt von
75 Gew.-% mit dem konventionellen Kontaktwerkstoff aus
Cu-25Cr oder Cu-25Cr-Bi verglichen, dann zeigen die
Kontaktwerkstoffe der vorliegenden Erfindung mit einem
Leistungsverbrauch, der das 0,5- bis 0,7-fache dessen des
konventionellen Kontaktwerkstoffes ist, wobei dieser
Unterschied dem Unterschied in den Bestandteilen der
Kontaktwerkstoffe zugeschrieben wird. Die Kontaktwerkstoffe
der vorliegenden Erfindung, die nach dem Vakuum-Heißpreß-
Verfahren hergestellt sind, zeigen ihre Wirkung auf den
Wert des Abreißstromes, wenn die Zugabemenge von Bi 1
Gew.-% oder darüber ist, ihre Wirkung auf die
Schmelzadhäsions- und Abziehkraft, wenn die Zugabemenge von Bi 0,1
Gew.-% oder darüber ist, und ihre günstige Eigenschaft
hinsichtlich des Leistungsverbrauches an den
Kontaktpunkten, wenn der Kupfer-Gehalt im Bereich von 60 bis 75
Gew.-%, der Ta-Gehalt, mit Bezug auf Molybdän, im Bereich
von 8,8 bis 44,1 Gew.-% und die Zugabemenge von Bi im
Bereich von 0,1 bis 20 Gew.-% liegt.
-
Aus dem Vorhergehenden ergibt sich, daß die
Kontaktwerkstoffe der vorliegenden Erfindung, die nach
dem Vakuum-Heißpreß-Verfahren hergestellt sind, und einen
Kupfergehalt im Bereich von 60 bis 75 Gew.-%, einen Mo-
Iybdängehalt im Bereich von 14,0 bis 36,5 Gew.-%, einen
Tantalgehalt im Bereich von 2,2 bis 17,7 Gew.-% und einen
Wismutgehalt im Bereich von 0,1 bis 20 Gew.-% aufweisen,
ihre günstigen Eigenschaften zeigen.
-
Es sollte bemerkt werden, daß, obwohl in den
vorgenannten Beispielen der vorliegenden Erfindung
Erläuterungen hinsichtlich der Kontaktwerkstoffe gegeben
wurden, die durch die Zugabe von Bi zu der Grundlegierung
aus Cu-Mo-Ta hergestellt wurden, anstelle von Bi auch
solche Elemente, wie Te, Sb, Tl und Pb eingesetzt werden
können, in welchem Falle ein oder mehrere Arten dieser
niedrigschmelzenden Materialien zu der Grundlegierung
hinzugegeben werden können. Die weiter unten folgende
Tabelle 7 zeigt verschiedene Proben, die diese Elemente
enthalten. In dieser Tabelle 7 wurde der
Zusammensetzungsbereich in Bezug auf die vorbeschriebenen Beispiele
bestimmt, und die Zugabemenge des niedrigschmelzenden
Materials für die Proben wurde auf maximal 20 Gew.-%
festgesetzt, woraufhin die Kontaktwerkstoffe der vorliegenden
Erfindung mit konventionellen Kontaktwerkstoffen
verglichen wurden. Das Verfahren zum Herstellen dieser
Kontaktwerkstoffe ist folgendes: Probennummern 1, 2 und 3 wurden
hergestellt nach dem Infiltrations-Verfahren;
Probennummern 4 und 5 wurden nach dem Pulversinter-Verfahren
erhalten, und Probenummern 6 und 7 wurden nach dem Vakuum-
Heißpreß-Verfahren erhalten. Die Form bzw. Gestalt der
Kontakte und das Testverfahren waren die gleichen, wie in
den vorbeschriebenen Beispielen. Die Ergebnisse der
Messungen
sind in der weiter unten folgenden Tabelle 8
angegeben.
-
Aus Tabelle 8 ist ersichtlich, daß die
Kontaktwerkstoffe der vorliegenden Erfindung, denen die
niedrigschmelzende Komponente aus Te, Sb, Tl, Pb, Se und Bi-Te
in einer Menge von 20 Gew.-% hinzugegeben wurde
(Probennummern T-Te-2, T-Te-3, T-Te-5, T-Te-7, T-Sb-2, T-Sb-3,
T-Sb-5, T-Sb-7, T-Tl-2, T-Tl-3, T-Tl-5, T-Tl-7, T-Pb-2,
T-Pb-3, T-Pb-5, T-Pb-7, T-BT-2, T-BT-3, T-BT-5, T-BT-7),
eine bessere Eigenschaft zum Stromschalten haben, als der
konventionelle Kontaktwerkstoff der Probennummer C-B-7,
und daß diese Kontaktwerkstoffe der vorliegenden
Erfindung auch hinsichtlich ihrer Fähigkeit, Spannung zu
widerstehen, ausgezeichnet sind. Es ist weiter ersichtlich,
daß in Abhängigkeit von der Art des niedrigschmelzenden
Materials, die Kontaktwerkstoffe, die Bi und Te
enthielten, eine sehr geringe Verschlechterung hinsichtlich der
Eigenschaft zum Stromschalten erfuhren, und die
Kontaktwerkstoffe, die Pb enthielten, hinsichtlich dieser
Eigenschaft unter den Kontaktwerkstoffen der vorliegenden
Erfindung schlechter sind. Weiter kann eine ausgezeichnete
Eigenschaft zum Stromschalten bei Zugabe von 20 Gew.-%
von insgesamt Bi und Te erhalten werden, wobei jedes 10
Gew.-% ausmacht, eher, als wenn man 20 Gew.-% von Bi oder
Te einzeln hinzugibt. Die gleiche Wirkung kann bei den
anderen niedrigschmelzenden Komponenten erwartet werden.
Andererseits ergibt sich aus der weiter unten folgenden
Tabelle 8, daß der Wert des Abreißstromes, die
Schmelzadhäsions- und Abziehkraft und der Leistungsverbrauch an
den Kontaktpunkten nicht so sehr von den hinzuzugebenden
niedrigschmelzenden Komponenten abhängen.
-
Die Eigenschaften der Kontaktwerkstoffe gemäß
der vorliegenden Erfindung, wie sie in Tabelle 8 gezeigt
sind, werden daher im wesentlichen als gleich den
Kontaktwerkstoffen angesehen, bei denen Bi hinzugegeben ist,
und die in den Tabellen 1, 2 und 3 gezeigt sind. D.h.,
die nach dem Infiltrations-Verfahren hergestellten
Kontaktwerkstoffe zeigen ihre ausgezeichneten Eigenschaften
bei einem Gehalt von Kupfer im Bereich von 32,6 bis 65,9
Gew.-%, Tantal, mit Bezug auf Mo, im Bereich von 8,8 bis
44,1 Gew.-% (d. h., der Mo-Gehalt liegt von 26,8 bis 61,5
Gew.-% und der Ta-Gehalt von 3,9 bis 29,7 Gew.-%), und
einer oder mehreren Arten der niedrigschmelzenden
Materialien, wie Te, Sb, Tl, Pb und Bi, im Bereich von 0,1
bis 20 Gew.-%; und die Kontaktwerkstoffe, die nach dem
Pulversinter-Verfahren oder dem Vakuum-Heißpreß-Verfahren
hergestellt sind, zeigen ihre ausgezeichneten
Eigenschaften mit einem Gehalt von Cu im Bereich von 60 bis 75
Gew.-%, Ta, mit Bezug auf Mo, im Bereich von 8,8 bis 44,1
Gew.-% (d. h., dem Mo-Gehalt von 14,0 bis 36,5 Gew.-% und
dem Ta-Gehalt von 2,2 bis 17,6 Gew.-%), und einer oder
mehreren Arten der niedrigschmelzenden Materialien, wie
Te, Sb, Tl, Pb und Bi, im Bereich von 0,1 bis 20 Gew.-%.
-
Im Vorhergehenden wurden Erläuterungen
hinsichtlich der Kontaktwerkstoffe gemäß der vorliegenden
Erfindung mit einem Cu-Gehalt von 32,6 bis 75 Gew.-%,
einem Mo-Gehalt von 14,0 bis 61,5 Gew.-%, einem Ta-Gehalt
von 2,2 bis 29,7 Gew.-% und einer oder mehreren Arten der
niedrigschmelzenden Materialien von 0,1 bis 20 Gew.-%
gemacht. Der Zusammensetzungsbereich der praktisch
brauchbaren Kontaktwerkstoffe wird jedoch als viel breiter
angesehen. D.h., es sind Kontaktwerkstoffe mit einem
Cu-Gehalt von 30 bis 80 Gew.-%, einem Ta-Gehalt, mit Bezug auf
Mo, von 2 bis 55 Gew.-% (d. h., der Mo-Gehalt von 9 bis
68,6 Gew.-% und der Ta-Gehalt von 0,4 bis 38,5 Gew.-%),
und dem Gehalt von einem oder mehreren der
niedrigschmelzenden Materialien von 0,05 bis 25 Gew.-% ins Auge
gefaßt, und irgendwelche Legierungsmaterialien können in
Abhängigkeit von ihrem Einsatz aus diesen
Zusammensetzungsbereichen ausgewählt werden.
-
Wie im Vorstehenden erwähnt, hat der
Vakuumschalter ausgezeichnete Betriebseigenschaften, da die
vorliegende Erfindung Kontaktwerkstoffe benutzt, die
zusammengesetzt sind aus Cu, Mo, Ta und einer oder mehreren
Arten von niedrigschmelzenden Materialien als Elektroden
für den Vakuumschalter.
Tabelle 1-1
-
Probe Nr. Zusammensetzung
Tabelle 1-2
-
Probe Nr. Zusammensetzung
Tabelle 1-3
-
Probe Nr. Zusammensetzung
Tabelle 1-4
-
Probe Nr. Zusammensetzung
Tabelle 1-5
-
Probe Nr. Zusammensetzung
Tabelle 1-6
-
Probe Nr. Zusammensetzung
Tabelle 1-7
-
Probe Nr. Zusammensetzung
Tabelle 2-1
-
Probe Nr. Zusammensetzung
Tabelle 2-2
-
Probe Nr. Zusammensetzung
Tabelle 2-3
-
Probe Nr. Zusammensetzung
Tabelle 3-1
-
Probe Nr. Zusammensetzung
Tabelle 3-2
-
Probe Nr. Zusammensetzung
Tabelle 3-3
-
Probe Nr. Zusammensetzung
Tabelle 4
-
Probe Nr. Zusammensetzung
Tabelle 5-1
Probe Nr. Fähigkeit zum Stromschalten Verhältnis zu Cu-25Cr Fähigkeit Spannung zu widerstehen Abreißstrom-Wert Schmelzadhäsions- und Abziehkraft Leistungsverbrauch an Kontaktpunkten
Tabelle 5-2
Probe Nr. Fähigkeit zum Stromschalten Verhältnis zu Cu-25Cr Fähigkeit Spannung zu widerstehen Abreißstrom-Wert Schmelzadhäsions- und Abziehkraft Leistungsverbrauch an Kontaktpunkten
Tabelle 5-3
Probe Nr. Fähigkeit zum Stromschalten Verhältnis zu Cu-25Cr Fähigkeit Spannung zu widerstehen Abreißstrom-Wert Schmelzadhäsions- und Abziehkraft Leistungsverbrauch an Kontaktpunkten
Tabelle 5-4
Probe Nr. Fähigkeit zum Stromschalten Verhältnis zu Cu-25Cr Fähigkeit Spannung zu widerstehen Abreißstrom-Wert Schmelzadhäsions- und Abziehkraft Leistungsverbrauch an Kontaktpunkten
Tabelle 5-5
Probe Nr. Fähigkeit zum Stromschalten Verhältnis zu Cu-25Cr Fähigkeit Spannung zu widerstehen Abreißstrom-Wert Schmelzadhäsions- und Abziehkraft Leistungsverbrauch an Kontaktpunkten
Tabelle 5-6
Probe Nr. Fähigkeit zum Stromschalten Verhältnis zu Cu-25Cr Fähigkeit Spannung zu widerstehen Abreißstrom-Wert Schmelzadhäsions- und Abziehkraft Leistungsverbrauch an Kontaktpunkten
Tabelle 5-7
Probe Nr. Fähigkeit zum Stromschalten Verhältnis zu Cu-25Cr Fähigkeit Spannung zu widerstehen Abreißstrom-Wert Schmelzadhäsions- und Abziehkraft Leistungsverbrauch an Kontaktpunkten
Tabelle 5-8
Probe Nr. Fähigkeit zum Stromschalten Verhältnis zu Cu-25Cr Fähigkeit Spannung zu widerstehen Abreißstrom-Wert Schmelzadhäsions- und Abziehkraft Leistungsverbrauch an Kontaktpunkten
Tabelle 6
Probe Nr. Fähigkeit zum Stromschalten Verhältnis zu Cu-25Cr Fähigkeit Spannung zu widerstehen Abreißstrom-Wert Schmelzadhäsions- und Abziehkraft Leistungsverbrauch an Kontaktpunkten
Tabelle 7-1
Probe Nr. Zusammensetzung
Tabelle 7-2
Probe Nr. Zusammenseztung
Tabelle 8-1
Probe Nr. Fähigkeit zum Stromschalten Verhältnis zu Cu-25Cr Fähigkeit Spannung zu widerstehen Abreißstrom-Wert Schmelzadhäsions- und Abziehkraft Leistungsverbrauch an Kontaktpunkten
Tabelle 8-2
Probe Nr. Fähigkeit zum Stromschalten Verhältnis zu Cu-25Cr Fähigkeit Spannung zu widerstehen Abreißstrom-Wert Schmelzadhäsions- und Abziehkraft Leistungsverbrauch an Kontaktpunkten