DE4343550A1 - Kontaktwerkstoff auf Silberbasis zur Verwendung in Schaltgeräten der Energietechnik - Google Patents
Kontaktwerkstoff auf Silberbasis zur Verwendung in Schaltgeräten der EnergietechnikInfo
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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 (7)
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.
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