DE3816895C2

DE3816895C2 -

Info

Publication number: DE3816895C2
Application number: DE19883816895
Authority: DE
Inventors: Wolfgang Dr.-Ing. 6000 Frankfurt De Weise; Roger 6450 Hanau De Wolmer; Peter Dipl.-Ing. Dr. 8755 Alzenau De Braumann
Original assignee: Degussa GmbH
Current assignee: Evonik Operations GmbH
Priority date: 1987-06-06
Filing date: 1988-05-18
Publication date: 1990-02-15
Also published as: DE3816895A1

Description

Die Erfindung betrifft die Verwendung eines Silber- Eisen-Werkstoffs mit weiteren Zusätzen für elektrische Kontakte.

Die wesentlichen Anforderungen an einen elektrischen Kontaktwerkstoffe sind hohe Abbrandfestigkeit, geringe Verschweißkraft und niedriger Kontaktwiderstand. Je nach Belastungsart und Schaltstrom ergibt sich eine unterschiedliche Gewichtung hinsichtlich des Anforder ungsprofils. Für luftoffene Schaltgeräte der Nieder spannungstechnik eignet sich z. B. Ag/SnO₂ aufgrund seiner hohen Abbrandfestigkeit und Sicherheit gegen Verschweißen besonders gut für Schaltströme von 100-3000 A. Für geringere Belastungen hat sich z. B. der Verbundwerkstoff Ag/Ni bewährt. Er besitzt gegenüber Feinsilber eine erhöhte Abbrandfestigkeit, ohne eine wesentliche Erhöhung des Kontaktwiderstandes zu bewirken.

Ein weiterer, häufig verwendeter Verbundstoff ist Ag/W, der sich durch hohe Abbrandbestigkeit aus zeichnet. Beim häufigen Schalten an Luft bildet sich jedoch eine Deckschicht aus Silberwolframat, die zu einer Erhöhung des Kontaktwiderstandes führt.

Aus der japanischen Patentanmeldung 79/1 48 109 sind elektrische Kontaktwerkstoffe bekannt, die neben Silber noch Eisen, Nickel, Chrom und/oder Kobalt enthalten. Besonders Werkstoffe der Zusammensetzung Ag 10 Fe zeigen einen hohen Verschweißwiderstand bei noch guter elektrischer Leitfähigkeit. Auch in der Zeitschrift "Material & Methods, Bd 44, No. 3 Sept. 56, Seite 121-126" werden Silber-, Eisen-Werkstoffe für spezielle Kontaktanwendungen beschrieben. Trotzdem fand dieser Werkstoff bislang keine breitere Anwendung, was auf die sich während des Schaltens bildenden Deckschichten und damit zu hohen Kontakt erwärmungen zurückzuführen ist. Das gleiche gilt für die übrigen bekannten Zusätze Nickel, Chrom und/oder Kobalt. Aus der DE-AS 11 53 178 sind Silber-Kontakt werkstoffe bekannt, die neben Silber und dem zu oxidierenden Bestandteil 0,001 bis 1% Nickel, Eisen, Molybdän, Kobalt, Chrom, Titan und/oder Vanadium enthalten. Die DE-AS 11 06 965 beschreibt ein Verfahren zur Herstellung dichtgesiteter Formkörper aus Silber mit 5 bis 50% mindestens eines der Metalle Vanadium, Tantel, Chrom, Molybdän, Wolfram, Eisen, Kobalt, oder Nickel, die auch als Kontaktmaterial dienen können.

Es war daher Aufgabe der vorliegenden Erfindung, einen Silber-, Eisen-Werkstoff für elektrische Kontakte zu finden, der eine geringe Verschweißneigung, einen möglichst geringen Kontaktwiderstand und damit Kontakterwärmung zeigt und eine hohe Lebensdauer und breiten Anwendungsbereich in bezug auf die Schalt stromstärke besitzt.

Die Aufgabe wird erfindungsgemäß durch die Verwendung eines Silber-, Eisen-Werkstoffs mit 3 bis 30 Gew.-% Eisen, und einem oder mehreren der folgenden Zusätze Mangan, Kupfer, Zink, Antimon, Wismutoxid, Molybdän oxid, Wolframoxid, Chromitrid in Mengen von insgesamt 0,05 bis 5 Gew.-%, Rest Silber gelöst.

Mit diesen Werkstoffen wird überraschenderweise eine Verringerung des Kontaktwiderstandes und damit der Kontakterwärmung erreicht, ohen daß die an sich gute Sicherheit gegen Verschweißung beeinträchtigt wird. Die Verbesserung in der Kontakterwärmung beträgt im Vergleich zu Ag/Fe-90/10 bis zu 43%. Die Verbesserung wird durch eine günstige Beeinflussung der Ausbildung der sich bildenden Fe-Oxidschichten erreicht. Während der Werkstoff Ag/Fe-90/10 ohne Zusätze eine durch gehende Oxidschicht aufweist, wird durch die genannten Zusätze eine Oxidschicht derart beeinflußt, so daß sich ein niedriger Kontaktwiderstand in Verbindung mit einer guten Sicherheit gegen das Verschweißen ergibt.

Besonders gut geeignet ist ein Werkstoff mit 3-20% Fe und einem oder mehreren der Zusätze Mn, Cu, Zn, Sb, Bi₂O₃, MoO₃, WO₃, CrN in Mengen von insgesamt 0,2 bis 2 Gew.-% Rest Silber. Außerdem hat es sich bewährt, Werkstoffe zu verwenden, bei denen dem Silber neben 3 bis 20 Gew.-% Eisen entweder 0,2 bis 2 Gew.-% nur der genannten metallischen Zusätze oder 0,2 bis 2 Gew.-% nur der genannten oxidischen Zusätze zuzu geben.

Günstige Eigenschaften haben Werkstoffe gezeigt, die neben 3 bis 20 Gew.-% Eisen 0,2 bis 2 Gew.-% nur einen der Zusätze Mangan, Kupfer, Zink, Antimon, Wismutoxid, Molybdänoxid oder Wolframoxid, Rest Silber enthalten. Vorzugsweise enthalten sie neben 3 bis 20 Gew.-% Eisen 0,2 bis 2 Gew.-% Zink und gegebenenfalls 0 bis 2 Gew.-% eines oder mehrerer der Metalle Kupfer, Tantal und Antimon, Rest Silber oder 0,2 bis 2 Gew.-% Molybdänoxid, Rest Silber.

Aufgrund der Unlöslichkeit von Eisen in Silber können diese Werkstoffe nicht auf schmelzmetallurischem Weg hergestellt werden. Die Herstellung der Werkstoffe erfolgt nach bekannten pulvermetallurgischen Verfahren. Dabei hat es sich als günstig erwiesen, wenn das verwendete Eisenpulver nicht größer als 32 µm ist. Dadurch erzielt man eine sehr gleichmäßige Verteilung der Eisenpartikel im Gemisch und im Zusammen wirken mit den weiteren Zusätzen eine sehr geringe Decksichtausbildung beim Schalten.

Mit den so gefertigten Werkstoffen wurden elektrische Schaltversuche durchgeführt. Neben der Prüfung des Kontaktwiderstandes in einem Modellprüfstand wurde auch ein serienmäßiger Schutz zur Prüfung der Kontakterwärmung herangezogen.

Die Ergebnisse dieser Versuche sind in folgender Tabelle enthalten und zeigen die Verbesserung der für die erfindungsgemäße Verwendung vorgesehenen Werkstoffe hinsichtlich Kontakt widerstand und Kontakterwärmung gegenüber dem bekannten Werkstoff Ag/Fe-90/10.

Tabelle

Claims

1. Verwendung eines Silber-, Eisen-Werkstoffs mit 3 bis 30 Gew.-% Eisen und einem oder mehreren der Zusätze Mangan, Kupfer, Zink, Antimon, Wismutoxid, Molybdänoxid, Wolframoxid, Chromnitrid in Mengen von insgesamt 0,05 bis 5 Gew.-%, Rest Silber, für elektrische Kontakte.

2. Verwendung eines Silber- Eisenwerkstoffes mit 3 bis 20 Gew.-% Eisen und einem oder mehreren der Zusätze Mangen, Kupfer, Zink, Antimon, Wismutoxid, Molybdänoxid, Wolframoxid, Chromnitrid in Mengen von insgesamt 0,2 bis 2 Gew.-%, Rest Silber, für elektrische Kontakte.

3. Verwendung eines Werkstoffes aus 3 bis 20 Gew.-% Eisen und insgesamt 0,2 bis 2 Gew.-% eines oder mehrerer der Metalle Mangen, Kupfer, Zink und Antimon, Rest Silber, für elektrische Kontakte.

4. Verwendung eines Werkstoffs aus 3 bis 20 Gew.-% Eisen und insgesamt 0,2 bis 2 Gew.-% eines oder mehrerer Metalloxide Wismutoxid, Molybdänoxid und Wolframoxid, Rest Silber, für elektrische Kontakte.

5. Verwendung eines Werkstoffs aus 3 bis 20 Gew.-% Eisen, 0,2 bis 2 Gew.-% Zink und 0 bis 2 Gew.-% eines oder mehrerer der Metalle Kupfer, Antimon und Tantal, Rest Silber, für elektrische Kontakte.

6. Verwendung eines Werkstoffs aus 3 bis 20 Gew.-% Eisen und 0,2 bis 2 Gew.-% Molybdänoxid, Rest Silber, für elektrische Kontakte.