DD218806A3

DD218806A3 - Abbrandfestes schaltstueck

Info

Publication number: DD218806A3
Application number: DD24485882A
Authority: DD
Inventors: Walter Foerster; Ralf Krumphold; Peter Leis; Frank Markscheffel; Heinrich Paul; Horst Scheibe
Original assignee: Funk A Bergbau Huettenkombinat
Priority date: 1982-11-15
Filing date: 1982-11-15
Publication date: 1985-02-13
Also published as: CS745083A1; DE3327010A1; BG49026A1

Abstract

DIE ERFINDUNG BETRIFFT EIN ABBRANDFESTEST SCHALTSTUECK AUF SILBERBASIS, INSBESONDERE FUER STARKSTROM-NIEDERSPANNUNGS-SCHALTGERAETE. ZIEL DER ERFINDUNG IST ES, EIN EDELMETALLSPARENDES SCHALTSTUECK HOHER ABBRANDFESTIGKEIT ZU ENTWICKELN. ES WURDE GEFUNDEN, DASS DIE ABBRANDRATE GESENKT WIRD, WENN DAS SCHALTSTUECK EINEN UNEDELMETALLMANTEL AUFWEIST.

Description

Abbrandfestes Schaltstück ' '

Anwendungsgebiet der Erfindung

Die Erfindung betrifft ein abbrandfestes Schaltstück, insbe- ' sondere für den Einsatz in Stärkstrom-Niederspannungs-Schaltgeräten . · .(

Charakteristik der bekannten technischen Lösungen

Es sind abbrandfeste Schaltstücke aus Edelmetallwerk-stOf f eh bekannt. Derartige Schaltstücke bestehen·aus einer Sllberma- : trix, in die Unedelmetalloxide eingebettet sind. Solche Unedelmetalloxide sind beispielsweise Zinnoxid oder Cadmium oxid. Es sind unterschiedliche Wege beschriften worden, um die Abbrandfestigkeit von Schaltstücken aus Silber-Metalloxid-VVerkstof-: fen zu erhöhen

Ein solcher Weg besteht beispielsweise darin, daß das Schaltstuck aus Silber mit 12 bis 18 Masse-% Zinnoxid besteht,wobei das Zinnoxid in Form von 1 bis 15,Um dicken Fasern vorliegt , die sich parallel oder senkrecht zur Schaltfläche erstrecken (FR-OS 2.307.353). _y V Die Nachteile dieser Lösung bestehen darin, daß sich Halbzeug

20, für solche Schaltstücke lediglich, durch ein spezielles Verfah-r ren , das Strangpressen, herstellen läßt, um die gewünschte Faserausbildung zu erzielen. Um die für die Ausbildung dünner

: : Fasern erforderliche Umformbarkeit zu gewährleisten, muß der' ; Zinnoxidgehalt relativ niedrig gehalten werden. Ein solcher.

Silber-Zinnoxid-iVerkstoff weist jedoch eine niedrigere Ab- .

.. brandfestigkeit als ein Silber-Kadmiumoxid-vVerkstof f auf .

ein anderer Weg, die Abbrandf estigkeit' von Schaltstücken aus Silber und Zinnoxid zu erhöhen, besteht darin, daß dasSchalt-.-stück auf dem'.1Vege der inneren Oxydation ~ hergestellt . wird und außerdem Indiumoxid und Kupferoxid enthält (DE-AS 2.800.426), Die Nachteile dieser Lösung bestehen darin, daß der Metalloxidgehalt auf unter 20 Masse-^ά begrenzt werden muß, um die v/ innere Oxydation überhaupt durchführen zu können. Hohe Gehalte beispielsweise an Zinn führen zur Ausbildung von Sperr-', , ^schichten, die die Diffusion des Sauerstoffs behindern, Die Abbrandfestigkeit eines inneroxydierten Silber-Zinnoxid-Warkstoffes ist niedriger als die von Silber-Cadmiumoxid-Y/erkstof f en. '·'.· ' :

Ein günstigeres Abbrandverhalten zeigen Schaltstücke, die aus einem inneroxydierten Silber-Cadmiumoxid-l'/erkstoff bestehen.

Eine weitere Erhöhung der Abbrand'festigkeit soll sich dadurch' erzielen lassen, daß der Werkstoff weitere Unedelmetalloxide enthält, die an den Korngrenzen ausgeschieden werden und den Werkstoff verspröden (DE-PS 2.0.11.002).' Die Nachteile dieser Lösung bestehen darin, daß ein spezieller Verfahrensablauf der inneren Oxydation eingehalten werden muß, um die gewünschte, den Abbrand verbessernde Gefügeausbildung zu erzielen. Die dazu erforderliche Zeitdauer und der hohe Energieaufwand setzen die Wirtschaftlichkeit des Verfahrens der inneren Oxydation herab. Das gewünschte Gefüge des mehrere '.,25 Metalloxide enthaltenden Werkstoffes ist spröde und läßt eine . · Umformung nur in eingeschränktem Maße zu. So muß der Kadmiumgehalt auf etwa 15 % begrenzt werden, um überhaupt eine Fertigung von Schaltstücken zu ermöglichen. Durch diese Begrenzung des Kadmiumgehaltes kann eine erwünschte weitere Erhöhung der Abbrandfestigkeit nicht erzielt werden.

Ziel der Erfindung

Ziel der Erfindung ist es, ein edelmetallsparendes Schaltstück . 'höher Abbrandfestigkeit zu entwickeln.

..wesen der Erfindung : . . '..-.

Es wurde gefunden, daß überraschend die Abbrandrate gesenkt \ wird, wenn das Schaltstück einen Unedelmetallnantel aufweist.

Der Unedelmetallniantel weist vorzugsweise eine Querschnitts-.¹ 5 fläche vonlO bis 85 % der Gesamtfläche des Schaltstückes auf .:' Er besteht vorzugsweise aus einer Schicht, er kann jedoch auch aus mehreren Schichten bestehen. Der Unedelmetallmantel kann ' _:.'. auSer den Umfang des Schaltstückes auch die Fügeseite das ..·.. ,"";..' Schaltstückes bilden. , : .' · ' .'..'

IO Der Unedelmetallmantel besteht vorzugsweise aus Kupfer oder •einem Kupferwerkstoff, aus Nickel oder einem Nickelwerkstoff oder . aus Stahl oder aus mehreren dieser Werkstoffe. . : . Der Kern des Schaltstückes besteht aus einem an sich bekannten

Kontaktwerkstoff auf Silberbasis. Er besteht vorzugsweise aus 15 einem ..Werkstoff, er kann jedoch auch aus mehreren Werkstoffen bestehen. . ;, ''

': ' Der Kern des Schaltstückes besteht vorzugsweise aus Silber ,oder aus einer Silberlegierung mit bis zu 20 % Kupfer oder, bis zu 20 % Kadmium. Er kann auch aus einem inneroxydierten., Silber- :. 20 Metalloxid-Werkstoff mit bis zu 20 % Kadmiumoxid oder bis>zu ^v : 10 % Zinnoxid oder bis zu S % Zinkoxid oder, bis zu 20 ^; Kad-·: .-....... miumoxid und Zinnoxid und/oder Zinkoxid bestehen. Der Kern . . :; .

des Schaltstückes kann auch aus einem pulvsrme.tallurgisch:her- ., gestellten Silber-Werkstoff mit 5 bis 40 % Nickel und/ Oder: ; ;. 25 Stahl oder 5 bis 25 % Kadmiumoxid oder Zinnoxid oder Zinkoxid

oder einem Gemisch dieser Metalloxide, Rest Silber, oder mit ;.' '. .-.5 bis 40 % Nickel und/ oder Stahl und bis zu 25,..yo Kadmiumaxid - ,_: /: '.-. ; und/oder Zinnoxid und/oder Zinkoxid und/oder 0,01 bis 10¹ 5o . :,' Hartstoffe, wie 3oride, Nitride, Suizide, Karbide >, Rest SiI-30 ber, bestehen. Der Kern des Schaltstückes kann auch aus einem ;',,' Silber-Verbundwerkstoff mit 5 bis 40 % Nickel und/oder ,Stahl " ' : · in Form von Teilchen, Fasern o.a.. Rest Silber oder Silber mit'. ·: bis zu 25 % Kadmiumoxid und/oder Zinnoxid und/oder. Zinkoxid; ·., ^: bestehen. ,/. . - . ': ' ·. .

' ' ' .4 ·.. -.... '

Schaltstücke, die aus einem Edelmetallkern und einem Unedelaetallmantel bestehen, sind an sich bekannt (DE-PS 893 498; DE-PS 926 745) . Diese bekannten Schaltstücke sind Kontaktniete für Schwächstromanlagen . Derartige Schaitstücke weisen einen Unedelmetallmantel auf, um .den für das Fügen und Halten des Schaltstückes am Träger erforderlichen ausreichend / groi3en Querschnitt zu bilden. Da bei /solchen Schaltstücken kein Abbrand auftritt, geben sie keine Anregung,.den Unedelmetallmantel zur Senkung der Abbrandrate heranzuziehen'".

Ausführungsbeispiele

Die'.Erfindung soll anhand von 7 Ausführungsb.eispielen näher . erläutert werden. Die in den Beispielen verwendeten Zahlenangaben beziehen sich au'f den durch, den Abbrand hervorgerufenen Hasseverlust eines Schalt Stückes . inyug/Schaltung bei . einer Schaltstromstärke von I =100 A oder 400 A.

' Seispiel 1: · , ~;— / ":.. ;

Ein erfindüngsgemäBes Schaltstück weist einen Durchmesser von . 10 mm auf und besteht aus einem .Silberkern^: von S mrn/Durchmesser und aus einem Kupfermantel von 1 mm Dicke. Bei einem . Schaltstrom I = 100 A weist dieses Schaltstück "einen Abbrand von Q ,.Si-ug/Schaltung auf. Ein bekanntes Schaltstück aus Silber von 10 mm Durchmesser weist einen höheren Abbrand .. (O ,80/ug/Schaltung) auf, wenn der .Scfialt strom ebenfalls I = 100 A. beträgt . - -

Beispiel 2: ' ./ " : ' ? "^;/ ' . ^:'

Ein erfindungsgemäßes Schaltstück von 10 mm Durchmesser besteht aus einem Kern von 8 mm Durchmesser aus Silber mit 10 % Kadmiumoxid und aus einem Kupfermantel von. 1 mm Dicke.Dieses Schaltstück weist bei I = 100. A einen Abbrand von: O ,ISyug/ Schaltung auf. Ein bekanntes Schaltstück aus AgCdO-IO weist einen höheren Abbrand (O,21,ug/Schaltung)' bei einem' Durchmesser von 10 mm auf. , . ; .: ^ .

Beispiel 3: - . ^;

Ein erf-indungsgemäSes Schaltstück von IO mm Durchmesser besteht aus einem Kern von 3 mm Durchmesser aus Silber mit 25 % Nickel in Form von 61 Fasern und aus einem-Kupfenmantel yo'ni 1 mm Dicke. Dieses Schaltstück weist, bei I = 100 Λ einen Abbrand von 0,14 und bei I = 400 A einen Abbrand von 5,5,ug/ , : . Schaltung auf. Die entsprechenden Abbrandiverie. eines AgNi25-

' Schaltstückes von 10 mm Durchmesser sind höher und betragen _irj 0,77 und 25,4/jg/Schaltung . . ·

Be i s ρ i e 1 4 : >

Ein erfindungsgemäSes Schaltstück von 10 mm Durchmesser besteht aus einem Kern von S mm Durchmesser aus Silber ,mit 25 % Stahl in Form von 61 Fasern und' aus einem Kupfermantel, von 1 mm Dicke. Dieses Schaltstück weist bei I = 100 A einen Abbrand von 0,32 .ug/Schaltung und bei I = 400 A von 3,85,Ug/ Schaltung auf. Die entsprechenden Abbrandwerte eines Schaltstückes von 10 rna-ßurchnesser aus Silber mit 25 % Stahl sind höher und betragen 0,55 und 9 ,45,ug/Schaltung . '_v

Beispiel 5:

Ein erfindungsgemäßes Schaltstück von 10 mm Durchmesser besteht aus einem. Kern von 8 mm Durchmesser .aus Silber mit 25 %

' Nickel in Form von 397 Fasern und aus einem 1 mm dicken Man- : tel aus einem Kupfer-Chrom-Werkstoff, der gleichzeitig die Fügeseite des Schaltstückes bildet. Dieses Schaltstück weist bei I = 100 A einen Abbrand von 0,07_/ug/Schaltung und bei ' I= 400 A einen Abbrand von 1,73 auf. Die entsprechenden Abbrandwerte eines Schaltstückes von 10 mm Durchmesser, das aus AgGdO-IO besteht, sind höher und betragen 0,21 und 3;08 ,ug/ Schaltung.

. " ν ' . ' ' : '⁶ " ' . ' Beispiel 5: * ^Λ

Ein e rf indu'ngsgemäSes Schaltstück von 10 mm Durchmesser besteht aus einem Kern von 3 mm Durchmesser, der pulvermetallurgisch aus Silber mit 15 % Kadmiumoxid, 1 % Bornitrid und 19 % Micke! hergestellt wurde, und aus einem 1 mn dicken Mantel aus Nickel oder aus Stahl der Marke 34 Cr4. Dieses Schaltstück weist bei I = 100 A einen Abbrand von O ,22 .ug/Schaltung und bei I = 400 A einen Abbrand von 6,4 auf. Die entsprechenden Ab- -brandv/srie eines Schaltstübkes von^: 10 n,~ Durchmesser, das aus \. Silber mit 25 % Nicksi in Form von 61· Fasern besteht, sind höher und betragen 0,77 und 25,4 ,ug/Schaltung. . ,

Beispiel 7: ' ' v

Ein ,e rf indungsgemäSes Schaltstück von 10 rnrn Durchmesser besteht aus einem Kern von 3 mm Durchmesser aus Silber mit 10 % CdO und aus einem Kupfermantel von 2,5 mm Dicke. Dieses Schaltstück weist bei I = 100 A einen Abbrand von Ö^S/Ug/Schaltung/ auf. Ein Schaltstück von 10 mm Durchmesser aus Silber mit 10 % CdO weist trotz des erheblich höheren Edelmetallant.eiles einen-·· Abbrand der gleichen ,Größenordnung (0,22,ug/3chaltung) auf;.

Die Vorteile der erfindungsgemäSen Schaltstücke bestehen darin, daß die Schaltstücke trotz des beträchtlich -verringerten Edelmetallgehaltes abbrandfest sind. Die Abbrandfestigkeit nimmt überraschenderweise mit dem verringerten Edelmetallgehalt nicht in gleicher Weise ab, Es ist dadurch möglich, die geforderte Abbrandfestigkeit in einem weiten Bereich einzustellen und dadurch die gewünschte Lebensdauer der Schaltstücke und des . . Schaltgerätes für den jeweiligen Einsatz-fall zu erzielen und. außerdem das nur begrenzt zur Verfugung stehende Edelmetall in beträchtlichem Maße einzusparen. .

Die Vielzahl der in den ,erfindungsgemäßen Schaltstücken einzusetzenden Edelmetallwerkstoffe erlaubt zum einen ein.e Anpassung· an bestehende Herstellungstechnologien und damit die Auswahl ;

' ' ·· ' ' ,"7-

des wirtschaftlichsten" Herstellungsverfahrens -und zum , anderen die Umgehung,solcher AVerkstoffbestandteile, die eine Verbesserung der Abbrandfestigkeit lediglich zu Lasten der Unformbarkeit des Werkstoffes zulassen, Die Möglichkeit, untar.schiadlichste Edelmetallwerkstoffe einzusetzen, erlaubt außerdem die : gezielte Erreichung weiterer positiver Eigenschaften - .wie

beispielsweise hohe elektrische .LeitfEinigkeit - neben der Abbnandfestigkeit, so da:3 die Anpa-Sbarkeit an den jeweiligen . ^: '." 'Schaltgerätetyp verbessert· .v/ird . Die Ausbildung des erfindungsgemäßen edelmetall freien i-iantels begünstigt¹ das Fügen der erfindungsgemäßen Schaltstücke an den Schalt stückt rager, und verbessert dadurch den Wärmeübergang vom'Schaltstück zum Schaltstück träger .

Claims

ErfindungsanSpruch . . . -

1. Abbrändfestes Schaltstück aus Silber, einer Silberlegierung ,' einem inneroxydierten Silber-Metalloxid-.Verkstof f , einein pulvermetallu rgisch hergestellten Silbervverkst of f oder einem Silber-Verbundvverkst of f , dadurch gekennzeicn- . net, daß es einen Unedelmetallmantel aufweist .
2. Schaltstück nach Punkt 1, dadurch gekennzeichnet, daß die

' Querschnittsfläche des Unedelrnetallnantels 10 bis 35 % der Ges,amtquerschnittsflache des Schaltstückes beträgt..
3. Schaltstück nach Punkt 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Unedelmetallmantel aus Schichten besteht .
4. Schaltstück nach. Punkt 1, dadurch .gekennzeichnet, da3 de,r. Un-' edelmetallmantel den Kern auch an der Fügeseite' des Schalt stückes umschließt.
5. Schaltstück nach Punkt 1, dadurch gekennzeichnet , daß der Unedelmetallmantel aus Kupfer oder einem Kupferwerkstoff', besteht . .
6. Schaltstück nach Punkt 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Unedelmetallmantel aus Nickel oder einem Nickelvverkstoff besteht . '·.'
7. Schaltstück nach Punkt I₁ dadurch gekennzeichnet, daß der Unedelmetallmantel aus Stahl besteht.