DE4343550A1

DE4343550A1 - Kontaktwerkstoff auf Silberbasis zur Verwendung in Schaltgeräten der Energietechnik

Info

Publication number: DE4343550A1
Application number: DE4343550A
Authority: DE
Inventors: Franz Dipl Ing Dr Hauner; Manfred Dipl Ing Mueller; Guenter Tiefel
Original assignee: Siemens AG
Current assignee: Siemens AG
Priority date: 1993-12-20
Filing date: 1993-12-20
Publication date: 1995-06-22
Also published as: EP0736216A1; WO1995017758A1; DE59403995D1; EP0736216B1; US5663500A

Description

Die Erfindung bezieht sich auf einen Kontaktwerkstoff auf Silberbasis zur Verwendung in Schaltgeräten der Energie technik, insbesondere für Kontaktstücke in Niederspan nungsschaltgeräten, der neben Silber als Wirkkomponenten zumindest Eisenoxid und Zirkonoxid enthält.

Für Kontaktstücke in Niederspannungsschaltgeräten der Energietechnik, z. B. Leistungsschaltern sowie Gleichstrom- und Hilfsschützen, sind Kontaktwerkstoffe einerseits des Systems Silber-Metall (AgMe) und andererseits des Systems Silber-Metalloxid (AgMeO) bekannt. Vertreter des ersten Systems sind beispielsweise Silber-Nickel (AgNi) oder Sil ber-Eisen (AgFe); Vertreter des zweiten Systems sind ins besondere Silber-Cadmiumoxid (AgCdO) oder Silber-Zinnoxid (AgSnO₂). Zu letzterem können weitere Metalloxide, wie insbesondere Wismutoxid (Bi₂O₃), Kupferoxid (CuO) und/oder Tantaloxid (Ta₂O₅), kommen.

Die praktische Verwendbarkeit eines Kontaktwerkstoffes auf Silber-Metall- bzw. Silber-Metalloxid-Basis wird durch das sogenannte elektrische Kontakteigenschaftsspektrum be stimmt. Maßgebliche Kenngrößen sind dabei die Lebensdauer schaltzahl einerseits, die durch den Abbrand des Schalt stückes bestimmt wird, und die sogenannte Übertemperatur andererseits, d. h. die Erwärmung einer Kontaktbrücke, wel che sich im wesentlichen aus dem elektrischen Widerstand des genannten Kontaktaufbaus ergibt. Daneben sind eine hinreichend geringe Verschweißneigung der Kontaktstücke und weiterhin eine Korrosionsbeständigkeit wichtig, da insbesondere durch Langzeitkorrosion des Werkstoffes in Luftschaltgeräten sich die Schalteigenschaften mit der Zeit verändern können.

Aus der DE-OS 41 17 311 ist ein Kontaktwerkstoff der ein gangs genannten Art bekannt, bei dem als Wirkkomponenten in Kombination Eisenoxid in Massenanteilen zwischen 1 und 50% und ein Oxid eines weiteren chemischen Elementes in Massenanteilen zwischen 0,01 und 5% vorliegen. Als wei teres Metalloxid ist dort unter anderem Zirkonoxid ge nannt. Es hat sich gezeigt, daß speziell die Kombination von Eisenoxid und Zirkonoxid ein günstiges Schalteigen schaftsspektrum hat.

Letzterer neue Werkstoff kann in vielen Anwendungsfällen vorteilhafterweise bisher verwendete Silber-Nickel-Werk stoffe ersetzen, die in zunehmendem Maße wegen der bei der Herstellung anfallenden Nickelstäube und deren Schadwirku ngen auf den menschlichen Organismus als toxisch angesehen werden. Ein Werkstoff speziell der Konstitution AgFe₂O₃/ Fe₃O₄ZrO₂ zeichnet sich neben geringer Kontakterwärmung, stabilem Erwärmungsverhalten, geringer Neigung zum Ver schweißen und hoher Lebensdauer insbesondere auch durch eine gute Korrosionsbeständigkeit aus.

Aufgabe der Erfindung ist es daher, einen Werkstoff auf der Basis von Silber, Eisenoxid und Zirkonoxid weiter zu ver bessern.

Die Aufgabe ist erfindungsgemäß durch einen Zusatz eines weiteren Oxides der sechsten Nebengruppe des Perioden systems und/oder eines Mischoxides, das aus Eisenoxid und dem Oxid eines Elementes der sechsten Nebengruppe des Periodensystems besteht. Vorzugsweise ist der Zusatz ein Mischoxid mit den Elementen Eisen und Wolfram, insbeson dere ist der Zusatz Ferrowolframat (FeWO₄).

Der erfindungsgemäße Werkstoff ist bezüglich der Wirkkom ponenten vorzugsweise durch Massenanteile von 1 bis 50% Eisenoxid und 0,1 bis 5% Zirkonoxid mit einem Zusatz in Massenanteilen von 0,01 bis 5% des weiteren Oxides, Rest Silber, gekennzeichnet. Speziell beim Zusatz von Ferrowolframat als weiteres Oxid ist der Werkstoff in Massenanteilen durch 2 bis 20% Eisenoxid, 0,05 bis 5% Zirkonoxid und 0,01 bis 2% Ferrowolframat, Rest Silber gekennzeichnet. Dabei hat sich gezeigt, daß der Anteil an Ferrowolframat in Massenanteilen weniger als 1%, insbe sondere weniger als 0,05% betragen kann.

Untersuchungen haben ergeben, daß beim erfindungsgemäßen Kontaktwerkstoff das Einschaltvermögen hinsichtlich der Schweißgrenzstromstärke verbessert ist. Damit ergeben sich in überraschender Weise erweiterte Anwendungsmöglichkeiten als Silber-Nickel-Ersatzwerkstoffe.

Weitere Vorteile und Einzelheiten der Erfindung ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung von Beispielen, wobei insbesondere auf die Tabelle Bezug genommen wird.

In der Tabelle ist das Einschaltvermögen für einen er findungsgemäßen Werkstoff im Vergleich zu den Werkstof fen des Standes der Technik angegeben. Zur Messung dient in allen Fällen ein 15 kW Schütz.

Zur Herstellung eines Kontaktwerkstoffes AgFe₂O₃5,4 ZrO₂1FeWO₄0,4 werden entsprechend eingewogene Anteile von Silberpulver, Eisenoxidpulver, Zirkonoxidpulver und Ferrowolframat-Pulver gemischt. Dazu werden handelsübliche Oxidpulver von Eisen, Zirkon und Ferrowolframat verwendet.

Durch Naßmischen der Oxidpulver wird eine Pulvermischung zubereitet. Aus der Pulvermischung werden entweder durch Strangpressen Bänder bzw. Drähte des Werkstoffes als Halbzeug für Kontaktauflagen oder aber es werden unmittel bar durch sogenannte Formteiltechnik Kontaktstücke herge stellt. In beiden Fällen ist für eine sichere Verbindungs technik mit dem Kontaktträger vorteilhaft, Zwei-Schicht- Bänder bzw. Zwei-Schicht-Kontaktstücke mit einer lötfähi gen Silberschicht auf der Rückseite herzustellen.

Bei der Herstellung des Werkstoffes können die Konzen trationen der einzelnen Wirkkomponenten variiert werden. Zur Herstellung geeigneter Pulvermischungen aus Silber, Eisenoxid, Zirkonoxid und Ferrowolframat kommt auch das sogenannte mechanische Legieren von Silber- und Einzel oxidpulvern in Frage. Dadurch werden die Gefügeeigen schaften des fertigen Werkstoffes vorteilhaft beein flußt.

In der Tabelle wird der hergestellte AgFe₂O₃5,4 ZrO₂l FeWO₄0,4-Werkstoff mit zwei vom Stand der Technik vor bekannten Werkstoffen verglichen. Aufgeführt ist jeweils die Schweißgrenzstromstärke der Kontaktwerkstoffe bzw. die Stromtragfähigkeit des Gerätes, die unter gleichen Randbe dingungen am 15 kW/Schütz gemessen wurde. Die übrigen Kontakteigenschaften der Werkstoffe entsprechen den für Schützanwendungen gestellten Anforderungen.

Aus der Tabelle ist entnehmbar, daß ein Werkstoff der Zusammensetzung AgFe₂O₃5,4ZrO₂1 bereits eine höhere Schweißgrenzstromstärke als der üblicherweise verwendete AgNi20 Werkstoff hat. Wird diesem Werkstoff ein Zusatz von 0,4% Massenanteilen FeWO₄ zugegeben, so ist das Einschaltvermögen durch die Stromtragfähigkeit des Gerätes und nicht durch die Schweißgrenzstromstärke begrenzt. Die Schweißgrenzstromstärke ist mindestens um 20% erhöht.

Werkstoff
Einschaltvermögen
AgNi20
500 A Schweißgrenzstromstärke
AgFe₂O₃5,4ZrO₂1	550 A Schweißgrenzstromstärke @	AgFe₂O₃5,4ZrO₂1FeWO₄0,4	650 A Stromtragfähigkeit

Claims

1. Kontaktwerkstoff auf Silberbasis zur Verwendung in Schaltgeräten der Energietechnik, insbesondere für Kon taktstücke in Niederspannungsschaltern, der neben Silber (Ag) als Wirkkomponenten zumindest Eisenoxid (Fe₂O₃/Fe₃O₄) und Zirkonoxid (ZrO₂) enthält, gekennzeich net durch einen Zusatz eines weiteren Oxides der sechsten Nebengruppe des Periodensystems und/oder eines Mischoxides, das aus Eisenoxid und dem Oxid eines Elemen tes der sechsten Nebengruppe des Periodensystems besteht.

2. Kontaktwerkstoff nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Zusatz ein Misch oxid mit den Elementen Eisen und Wolfram ist.

3. Kontaktwerkstoff nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß der Zusatz Ferro wolframat (FeWO₄) ist.

4. Kontaktwerkstoff nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß als Wirkkomponenten Eisenoxid (Fe₂O₃/Fe₃O₄) in Massenanteilen von 1 bis 50% und Zirkonoxid (ZrO₂) in Massenanteilen von 0,01 bis 5% und ein weiteres Oxid in Massenanteilen von 0,01 bis 5% vorhanden sind.

5. Kontaktwerkstoff nach Anspruch 4, wobei der Zusatz Ferrowolframat (FeWo₄) ist, gekennzeichnet durch Massenanteile von 2 bis 20% Eisenoxid (Fe₂O₃/ Fe₃O₄), 0,05 bis 5% Zirkonoxid (ZrO) und 0,05 bis 2% Ferrowolframat (FeWO₄), Rest Silber (Ag).

6. Kontaktwerkstoff nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß der Massenanteil an Ferrowolframat (FeWO₄) weniger als 1% beträgt.

7. Kontaktwerkstoff nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß der Massenanteil an Ferrowolframat (Fe₃WO₄) weniger als 0,5 m% beträgt.