Mechanismen zur Verminderung der dynamischen Schweißkraft von Silber-Metalloxiden

Abstract:
Die dynamische Schweißkraft elektrischer Kontakte ist für die Funktion von Schaltgeräten eine bestimmende, sicherheitsrelevante Eigenschaft. Ihre Größe ergibt sich in der Praxis aus dem individuellen Geräteverhalten beim Einschalten (Prellen) und ist darüber hinaus in entscheidendem Maße auf den verwendeten Kontaktwerkstoff zurückzuführen. Ziel der vorliegenden Arbeit war es, die Verschweißmechanismen beim Schalten von Silbermetalloxid-Werkstoffen aufzuzeigen und hieraus Wege zur Verminderung der Schweißkräfte abzuleiten. Zur Untersuchung der für das Verschweißverhalten maßgeblichen Einflussgrößen wurden in der vorliegenden Arbeit Geräte und Modell-Schalterversuche durchgeführt und auf deren Basis Modelle entwickelt, welche die Verschweißmechanismen der Werkstoffe beschreiben. Hierzu wurden das Verschweißverhalten verschiedener Silber-Metalloxid- Werkstoffe (Ag/CdO, Ag/SnO2, Ag/ZnO) sowie der Einfluss von niedrig- (Bi2O3) und hochschmelzenden (CuO, WO3) Additiven auf das System Ag/SnO2 als Funktion des Energieeintrages vergleichend gegenübergestellt. Es wurden Mechanismen zur Beschreibung des Verschweißverhaltens in Abhängigkeit von Energieeintrag und Wirkkomponenten postuliert und validiert. Metallurgische Untersuchungen untermauern die beschriebenen Mechanismen für Lichtbogenleistungen unterhalb 0,3 Ws, zwischen 0,3 und 10 Ws sowie oberhalb 10 Ws. Im Ergebnis stellt die vorliegende Arbeit eine grundlegende wissenschaftliche Basis zur Beschreibung der Wechselwirkungen von Materialzusammensetzung, Lichtbogenfußpunktenergie und resultierender Verschweißcharakteristik dar und kann somit als Handlungsempfehlung für die gezielte Auswahl von Werkstoffen für Schaltapplikationen, bei welchen die dynamische Schweißkraft als sicherheitsrelevanter Faktor eine übergeordnete Rolle spielt, angesehen werden.