EP0774524A1 - Silber-Eisen-Werkstoff für elektrische Schaltkontakte (II) - Google Patents
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Definitions
- the invention relates to silver-iron materials with further oxidic additives for electrical switch contacts.
- Contact materials for use in electrical power engineering must have high erosion resistance, low welding force and low contact resistance.
- the composite material silver-nickel has proven itself for switching currents of less than 100A. It has a high erosion resistance with very good excess temperature behavior.
- a disadvantage of this material is that nickel, particularly in the form of dusts, can have harmful effects on the human organism.
- Various iron has been proposed as an alternative to nickel.
- DE-OS 38 16 895 describes the use of a silver-iron material for electrical contacts which, in addition to silver, contains 3 to 30% by weight of iron and a total of 0.05 to 5% by weight of one or more of the additives manganese, Contains copper, zinc, antimony, bismuth oxide, molybdenum oxide, tungsten oxide and chromium nitride. These materials show a significantly better overtemperature behavior with a good service life compared to simple silver-iron materials, but are still below the values of corresponding silver-nickel materials.
- DE-OS 39 11 904 discloses contact materials which, in addition to silver, contain 5 to 50% by weight of iron and up to 5% by weight of one or May contain several of the oxides titanium oxide, zirconium oxide, niobium oxide, tantalum oxide, molybdenum oxide, tungsten oxide, manganese oxide, copper oxide and zinc oxide. From DE-OS 43 43 550 a contact material is known which contains iron oxide, zirconium oxide and tungsten oxide in addition to silver.
- EP-PS 0 586 411 describes a contact material made of silver with 1 to 50% by weight of iron and 0.01 to 5% by weight of rhenium.
- the materials consist of 4.6 to 15% by weight of iron and 0.05 to 5% by weight of one or more of the oxide additives magnesium oxide, calcium oxide, yttrium oxide, lanthanum oxide, cerium oxide, chromium oxide, iron oxide, Aluminum oxide, indium oxide, silicon oxide and tin oxide, the rest silver.
- the working substance preferably contains 0.2 to 1.5% by weight of the oxides mentioned.
- the iron content is between 4.6 and 10% by weight.
- the materials are resistance weldable.
- the materials can be manufactured economically and are comparable in their switching properties to the silver-nickel material, in particular the overtemperature shows values that the silver-nickel materials also achieve.
- the materials are manufactured by powder metallurgy by mixing the corresponding powders, cold isostatic pressing, sintering and extrusion to form wires or profiles.
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Abstract
Silber-Eisen-Werkstoffe für elektrische Schaltkontakte mit Eigenschaften, die den Silber-Nickel-Werkstoffen sehr nahe kommen, bestehen aus 4,6 bis 15 Gew.% Eisen und 0,05 bis 5 Gew.% von einem oder mehreren der oxidischen Zusätze Magnesiumoxid, Calziumoxid, Yttriumoxid, Lanthanoxid, Ceroxid, Chromoxid, Aluminiumoxid, Indiumoxid, Eisenoxid, Siliziumoxid und Zinnoxid, Rest Silber.
Description
- Die Erfindung betrifft Silber-Eisen-Werkstoffe mit weiteren oxidischen Zusätzen für elektrische Schaltkontakte.
- Kontaktwerkstoffe für den Einsatz in der elektrischen Energietechnik müssen eine hohe Abbrandfestigkeit, geringe Verschweißkraft und niedrigen Kontaktwiderstand aufweisen. Für luftoffene Schaltgeräte der Niederspannungstechnik hat sich für Schaltströme von kleiner als 100A der Verbundwerkstoff Silber-Nickel bewährt. Er besitzt eine hohe Abbrandfestigkeit bei sehr gutem Übertemperaturverhalten.
- Ein Nachteil dieses Werkstoffes liegt jedoch darin, daß Nickel insbesondere in Form von Stäuben schädliche Auswirkungen auf den menschlichen Organismus haben kann. Als Alternative zu Nickel ist verschiedentlich Eisen vorgeschlagen worden.
- In der DE-OS 38 16 895 wird die Verwendung eines Silber-Eisen-Werkstoffs für elektrische Kontakte beschrieben, der neben Silber 3 bis 30 Gew.% Eisen und insgesamt 0,05 bis 5 Gew.% von einem oder mehreren der Zusätze Mangan, Kupfer, Zink, Antimon, Wismutoxid, Molybdänoxid, Wolframoxid und Chromnitrid enthält. Diese Werkstoffe zeigen ein deutlich besseres Übertemperaturverhalten bei guter Lebensdauer gegenüber einfachen Silber-Eisen-Werkstoffen, liegen jedoch noch unter den Werten entsprechender Silber-Nickel-Werkstoffen.
- Das gilt auch für weitere bekannte Kontaktwerkstoffe auf der Basis Silber-Eisen. In der DE-OS 39 11 904 werden beispielsweise Kontaktwerkstoffe geoffenbart, die neben Silber 5 bis 50 Gew.% Eisen und bis zu 5 Gew.% eines oder mehrerer der Oxide Titanoxid, Zirkoniumoxid, Nioboxid, Tantaloxid, Molybdänoxid, Wolframoxid, Manganoxid, Kupferoxid und Zinkoxid enthalten kann. Aus der DE-OS 43 43 550 ist ein Kontaktwerkstoff bekannt, der neben Silber Eisenoxid, Zirkoniumoxid und Wolframoxid enthält. In der EP-PS 0 586 411 wird ein Kontaktwerkstoff aus Silber mit 1 bis 50 Gew.% Eisen und 0,01 bis 5 Gew.% Rhenium beschrieben.
- Es war daher Aufgabe der vorliegenden Erfindung, Silber-Eisen-Werkstoffe mit weiteren oxidischen Zusätzen für elektrische Schaltkontakte zu finden, die in ihrer Verschweißneigung, Kontaktwiderstand und Lebensdauer den bekannten Silber-Nickel-Werkstoffen möglichst nahe kommen. Desweiteren muß der Werkstoff wirtschaftlich als Draht herstellbar sein und durch Widerstandschweißen auf Kontaktträgerstoffe aufgeschweißt werden können.
- Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß die Werkstoffe aus 4,6 bis 15 Gew.% Eisen und 0,05 bis 5 Gew.% von einem oder mehreren der oxidischen Zusätze Magnesiumoxid, Calziumoxid, Yttriumoxid, Lanthanoxid, Ceroxid, Chromoxid, Eisenoxid, Aluminiumoxid, Indiumoxid, Siliziumoxid und Zinnoxid, Rest Silber, bestehen.
- Vorzugsweise enthält der Werktoff 0,2 bis 1,5 Gew.% der genannten Oxide.
- Weiterhin ist von Vorteil, wenn der Eisengehalt zwischen 4,6 und 10 Gew.% liegt.
- Die besten Schalteigenschaften zeigen Werkstoffe mit 4,6 bis 6 Gew.% Eisen und 0,2 bis 1,2 Gew.% oxidische Bestandteile, Rest Silber.
- Die bisher verwendeten Silber-Eisen-Werkstoffe enthalten üblicherweise ca. 10-20 Gew.% Eisen, wie auch der Silber-Nickel Vergleichswerkstoff 10-20 Gew.% Ni enthält. Im Vergleich zu Silber-Nickel Werkstoffen ist bei Silber-Eisen--Werkstoffen die Übertemperatur deutlich stärker von der Eisen-Konzentration abhängig.
Überraschenderweise hat sich nun gezeigt, daß durch Zusatz von Oxiden der genannten Art die Übertemperatur gesenkt werden kann. Gleichzeitig wird die Lebensdauer durch diese Zusätze verbessert. Die Werkstoffe sind widerstandsschweißbar. Die Verbindungen mit Kupfer-Trägerwerkstoffen weisen hohe Festigkeiten auf. - Die Werkstoffe lassen sich wirtschaftlich herstellen und sind in allen Schalteigenschaften mit dem Silber-Nickel-Werkstoff vergleichbar, insbesondere die Übertemperatur zeigt Werte, die auch die Silber-Nickel-Werkstoffe erzielen.
- Dies wurde durch elektrische Schaltversuche in serienmäßigen Schützen nachgewiesen. Die Versuche wurden in einem 5,5 KW-Schütz unter den Schaltbedingungen AC1 nach DIN VDE 0660 durchgeführt. Die Übertemperaturmessung erfolgte an den Kontaktbrücken bei einer Strombelastung von 20 A und wird jeweils nach 200.000 Schaltungen gemessen.
Die verwendeten Werkstoffe und die Ergebnisse der mit diesen Werkstoffen durchgeführten Schaltversuche nach einer Gesamtschaltbelastung von 600.000 Schaltspielen sind in folgender Tabelle enthalten und zeigen die Verbesserung der erfindungsgemäßen Werkstoffe hinsichtlich der Kontakterwärmung gegenüber den bekannten Werkstoffen AgNi20 und AgFe8,5Zn1,5. - Die Herstellung der Werkstoffe erfolgt pulvermetallurgisch durch Mischen der entsprechenden Pulver, kaltisostatischem Pressen, Sintern und Strangpressen zu Drähten oder Profilen.
Tabelle Werkstoff Mittlere Übertemperatur in K AgNi20 90 AgFe8,5Zn1,5 116 AgFe5MgO4 98 AgFe9MgO1 110 AgFe5MgO5 111 AgFe5MgO0,5 85 AgFe5Fe2O34 102 AgFe9Y2O31 114 AgFe5Y2O35 117 AgFe5Y2O30,5 88 AgFe5CeO4 105 AgFe9CeO1 109 AgFe5CeO5 118 AgFe5CeO0,5 96 AgFe5Al2O34 100 AgFe9Al2O31 108 AgFe5Al2O35 112 AgFe5Al2O30,5 91 AgFe5SnO24 121 AgFe9SnO21 123 AgFe5SnO25 120 AgFe5SnO20,5 104 AgFe5SiO20,5 94
Claims (4)
- Silber-Eisen-Werkstoffe mit weiteren oxidischen Zusätzen für elektrische Schaltkontakte,
dadurch gekennzeichnet,
daß sie aus 4,6 bis 15 Gew.% Eisen und 0,05 bis 5 Gew.% von einem oder mehreren der oxidischen Zusätze Magnesiumoxid, Calziumoxid, Yttriumoxid, Lanthanoxid, Ceroxid, Chromoxid, Aluminiumoxid, Indiumoxid, Eisenoxid, Siliziumoxid und Zinnoxid, Rest Silber, bestehen. - Silber-Eisen-Werkstoffe nach Anspruch 1,
dadurch gekennzeichnet,
daß sie 0,2 bis 1,5 Gew.% oxidische Zusätze enthalten. - Silber-Eisen-Werkstoffe nach Anspruch 1 und 2,
dadurch gekennzeichnet,
daß der Eisengehalt zwischen 4,6 und 10 Gew.% liegt. - Silber-Eisen-Werkstoffe nach Anspruch 1 bis 3,
dadurch gekennzeichnet,
daß sie 4,6 bis 6 Gew.% Eisen und 0,2 bis 1,2 Gew.% oxidische Zusätze enthalten.
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