Die Erfindung bezieht sich auf einen Siπterkontaktwerkstoff auf Silberbasis zur Verwendung in Schaltgeräten der Energietechnik, insbesondere für Kontaktstücke in Niederspannungsschaltern, der neben Silber wenigstens ein höherschmelzendes Metall, eine Metallegierung und/oder eine Metallverbindung als Wirkkomponen¬ te enthält. Unter Schaltgeräten der Energietechnik sind in vor- liegendem Fall ausschließlich Luftschaltgeräte zu verstehen.

Für Koπtaktstücke in Niederspannungsschaltgeräten der Energie¬ technik, z.B. in Leistungsschaltern sowie in Gleichstrom- und Hilfsschützen, haben sich Kontaktwerkstoffe des Systems Sil- ber-Metall (AgMe) seit langem bewährt. Einen wesentlichen An¬ teil an diesen Kontaktwerkstoffen hat in der Vergangenheit das System Silber-Nickel (AgNi) gehabt. Die vorteilhaften Eigen¬ schaften von Silber-Nickel in Kontaktsystemen sind bekannt und zusammen mit den Prüfmethoden für Kontaktwerkstoffe beispiels- weise in Int. 3. Powder Metallurgy and Powder Technology, Vol. 12 (1976), P 219 - 228 beschrieben.

Es wurde aber vor einiger Zeit erkannt, daß Nickelstaub karzi¬ nogene Wirkungen hat. Deshalb sind seit einiger Zeit Bestre- buπgen im Gange, das Nickel durch ein anderes Metall oder eine Metallegierung bzw. eine Metallverbindung zu ersetzen. Diese neuen Werkstoffe müssen jedoch ein ähnliches Kontakteigen¬ schaftsspektrum wie AgNi-Werkstoffe aufweisen.

Aufgabe der Erfindung ist es daher, einen Kontaktwerkstoff der eingangs genannten Art anzugeben, bei dem Nickel als Wirk¬ komponente durch ein Metall, eine Metallegierung oder eine

1 Metallverbindung ersetzt ist, ohne daß die Kontakteigenschaften verschlechtert werden.

Die Aufgabe ist erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß der Kon¬ taktwerkstoff neben Silber (Ag) als Wirkkomponente wenigstens 5 Eisen (Fe) und/oder Titan (Ti) enthält. Die Wirkkomponänte kann im Werkstoff in Massenanteilen bis zu 50 % vorhanden sein.

Im Rahmen der Erfindung ist es möglich, daß Eisen oder Titan jeweils allein in Kombination mit Silber vorhanden ist. Vor- 0- zαgsweises liegen aber das Eisen und das Titan in legierter Form vor... Insbesondere in der Zusammensetzung nahe 50 Atom-SS (46 Gew.- Ti) bilden Eisen und Titan eine intermetallische Phase, in der sich die Eigenschaften optimal ergänzen.

5 In Weiterbildung der Erfindung kann der Kontaktwerkstoff zu¬ sätzlich als weitere Wirkkomponenten Nitride und/oder Carbide und/oder Boride von Metallen enthalten. Dafür kommt insbeson¬ dere Titan, aber auch Zirkon oder Tantal in Frage. Die Nitride und/oder Carbide und/oder Boride des Metalles können einen Mas- 0 senanteil von 1 bis 50 % bezogen auf den Eisen-Titangehalt als Hauptwirkkomponente haben. Durch die Nitride, Carbide und/oder Boride läßt sich der Anteil der unedlen Bestandteile ver¬ größern, d.h. den notwendigen Silberanteil verringern. Insge¬ samt kann der Werkstoff die unedlen Bestandteile in Massenan- 5 teilen bis maximal 50 % enthalten.

Weitere Einzelheiten und Vorteile der Erfindung ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung eines Ausführungsbeispieles zur Herstellung von Kontaktstücken, wobei weiterhin auf die 30 beigefügte Tabelle mit Einzelbeispielen für unterschiedliche Werkstoffzusammensetzungen gemäß der Erfindung hingewiesen wird.

35.

- In der Tabelle sind Meßwerte für die maximale Schweißkraft in N, für., den Volumeπabbrand in mm ³ und für den Kontaktwiderstand in m. angegeben. Diese Meßwerte kennzeichnen in Kombination jeweils das Eigenschaftsspektrum des Kontaktwerkstoffes, wobei insbesondere der Volumenabbrand ein signifikantes Maß für die ^" ' mögliche Schaltzahl des Kontaktes, d.h. der Lebensdauer des Kontaktstückes und der Kontaktwiderstand ein signifikantes Maß für die Übertemperatur am Kontaktstück ist. Die Meßwerte werden jeweils mit den Meßwerten für AgNilO verglichen.

Zur: Herstellung des Kontaktwerkstoffes wird zunächst aus

^" handelsüblichem Silber-Pulver und Eisen- bzw. Titan-Pulver oder FeTi-Legierungspulver sowie den Pulvern der weiteren Komponen¬ ten durch Naßmischen eine Pulvermischung hergestellt. Die maxi¬ male Teilchengröße der Pulver beträgt etwa 25 μm. Aus der Pul- Vermischung werden Formteile bei einem Druck von 200 MPa zu

Kontaktstücken gepreßt. Für eine sichere Verbindungstechnik des Kontaktstückes mit dem Kontaktstückträger durch Hartlöten kann es vorteilhaft sein, bei diesem Preßvorgang eine zweite Schicht aus Reinsilber gemeinsam mit der Kontaktschicht zu einem Zwei- ^" schichtenkontaktstück zu verpressen.

Es erfolgt eine Sinterung der Formteile bei einer Temperatur von etwa 850°C etwa eine Stunde im Vakuum oder unter Schutzgas. Zur Erzielung einer möglichst geringen Porosität werden an- schließend die Sinterkörper bei einem Druck von 1000 MPa nach¬ gepreßt und nochmals bei 650 ^β C etwa eine Stunde im Vakuum oder unter Schutzgas gesintert. Das Kalibrieren des so hergestellten Kontaktstückes erfolgt wiederum bei einem Druck von 1000 MPa.

_. Alternativ zur Formteiltechnik können Kontaktstücke dadurch hergestellt werden, daß zunächst der Kontaktwerkstoff durch Strangpressen zu Bändern oder 'Drähten verarbeitet wird. Von diesem Halbzeug lassen sich dann Kontaktstücke mit Richtgefüge abtrennen. ^"

In Versuchsreihen wurde außer mit reinem Fe-Pulver bzw. Ti-Pul- ver insbesondere mit Eisen-Titan-Legierungspulvern gearbeitet. Optimale Eigenschaften liegen bei einer FeTi46-Legierung vor, bei der Eisen und _, Titan die intermetallische Phase FeTi bilden. Dabei wirkt insbesondere das Titan der Korrosionsneigung von Eisen entgegen, die sich ansonsten über eine längere Lebens¬ dauer des Kontaktstückes am Eisen störend bemerkbar machen könnte.

Bei.den Beispielen wurde die Zusammensetzung der Wirkkomponente überwiegend: so: gewählt, daß in etwa ein Volumenanteil entspre¬ chend dem Nick&l int Werkstoff AgNilO erreicht wird.

In weiteren Einzelbeispielen werden zur FeTi46-Legierung Titannitride und/oder Titankarbide hinzugefügt. Deren- Massen- anteile werden so bemessen, daß sie bezogen auf den Eisen- Titan-Gehalt zwischen 1 bis 50 % liegen. Insgesamt wird bei den Beispielen darauf geachtet, daß der Werkstoff maximal in Mas¬ senanteilen 50 % unedle Bestandteile enthält.

Von den nach obiger Vorschrift hergestellten Kontaktstücken aus den angegebenen Werkstoffen wurden in einem Prüfschalter unter konstanten Prüfbedingungen bei einem Einschaltstrom von 1000 A und einem Ausschaltstrom von 1000 A in bekannter Weise über eine Schaltzahl von 500 die Schweißkraft der Volumenabbrand und der Kontaktwiderstand ermittelt. Die Ergebnisse sind in der Tabelle zusammengestellt und werden mit den Meßwerten eines herkömmlichen AgNilO-Werkstoffes verglichen.

Die Tabelle zeigt, daß die maximale Schweißkraft bei allen Bei- spielen nicht wesentlich über dem beim bekannten AgNilO-Ver- gleichswerkstoff liegt. Der Volumenabbrand liegt dagegen durch¬ weg unter dem des Vergleichswerkstoffes. Der Kontaktwiderstand liegt jeweils in der gleichen Größenordnung, teilweise auch bei höheren Wexten.

1 Insgesamt zeigt aber das durch die Kombination der Einzelwerte gebildete Kontakteigenschaftsspektrum jeweils mit AgNilO ver¬ gleichbare Werte. Die angegebenen Kontaktwerkstoffe können daher die AgNi-Werkstoffe ersetzen, so daß nunmehr auf das karzinogene Nickel vollständig verzichtet werden kann.

5

In weiteren Beispielen können neben den oben angegebenen Metallverbindungen als zusätzliche Wirkkomponenten auch Boride verwendet werden. Insbesondere Zirkon- oder Tantalborid lassen gute Eigenschaften erwarten, wobei jeweils Boride mit Karbiden 0 und/oder Nitriden kombiniert werden können.

5

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5

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Tabelle

Bsp.Nr. Zusammensetzung Max. Schweißkraft Volumenabbrand Kontaktwiderstand ^Fs max ^{in N} Δ ^V 5oo ^{in mm3} R _κl in mSl

Vergleichs¬ AgNilO 550 45 0,03 werkstoff

1 AgFe9 723 12 0,03 2 AgFe20 403 7 0,05 3 AgFe30 160 2 0,09

4 Ag(FeTi20)7,9 297 21 0,05 5 Ag(FeTi30)7,5 332 19 0,05 6 Ag(FeTi46)6,7 363 21 0,03 7 Ag(FeTi40)6,4 456 38 0,04 8 Ag(TiFe30)7 626 33 0,05 9 AgTi5,3 846 23 0,05

10 Ag(FeTi20)15 179 18 0,08 11 Ag(FeTi46)5,6TiNl 250 17 0,04 12 Ag(FeTi46)6TiC0,5ZrB ₂ 0,25 382 21 0,06 13 Ag(FeTi46)5,5TaC0,5 351 27 0,04

130 01 01