TYCO-SCHRACK:

Kontaktmaterial für Netzrelais.

Seit es Leistungsprintrelais gibt, besteht die Forderung nach einem möglichst vielseitig einsetzbaren Bauteil. Dies bedeutet:

  • Höchste Leistung bei kleinstem Volumen
  • Sensitivität bei der Ansteuerung
  • Einsatz für ohmsche, induktive und kapazitive Lasten
  • Geringer Kontaktwiderstand
  • Hohe Schaltzahlen, dabei Abbrandfestigkeit und geringe Schweißneigung

Für Jahrzehnte war Silber-Kadmiumoxid (AgCd10) der Universalwerkstoff bei Wechselspannungsanwendung, da es diese wesentlichen Anforderungen ausgezeichnet erfüllte. Die Diskussion um die Toxizität des Kadmiums (Cd) – vor allem die Forderung der Elektronikschrott-Verordnung nach Kadmiumfreiheit bis 2008 – löste werkstofftechnische Entwicklungen aus. Anzumerken ist, dass die Toxizität hier durch die vergleichsweise geringen Mengen Kadmium relativiert wird. Ca. 3mg Kadmium pro Kontakt müssen letztlich entsorgt werden.



Bereits in den 70er Jahren begonnene Entwicklungen mit Silber-Zinnoxid-Kontakten führten zu folgenden Erkenntnissen:

  • Herstellverfahren und Zusätze haben großen Einfluss auf die Material-Performance
  • Ausgezeichnetes Verhalten bei hohen Einschaltströmen
  • Schlechteres Verhalten bei ohmscher Last.
  • Mit AgSnO ist ein Werkstoff mit ausgezeichneten Eigenschaften für spezielle Lasten entstanden, jedoch um den Preis der universellen Verwendbarkeit.

Relaiskonstruktion und Kontaktwerkstoff mussten schon immer aufeinander abgestimmt sein. So z.B. wurde bei der Entwicklung des RT-Relais (Schrack) Anfang der 90er Jahre die Abbrandfestigkeit des AgNi10 genutzt, während die Auswirkungen der relativ hohen Verschweißneigung des Materials durch die Kontaktkinetik unterdrückt wurden.

Der bloße Ersatz von AgCdO durch AgSnO ist also schon deshalb problematisch, weil die vorhandene Kontaktkinetik für den Ersatzwerkstoff nicht unbedingt optimal sein muss.

Am Beispiel eines markttypischen 8A Relais zeigen sich Alternativen für die ohmsche Last. Je nach Anwendungsspektrum, z.B.

  • Zinnoxyde in Richtung hoher Einschaltströme und
  • Feinkornsilber (AgNi-0,15) für ohmsche Lasten ohne Einschaltspitzen von Kleinlasten bis zur Nennlast.
  • Silber-Zinkoxid, bislang noch nicht serienmäßig eingesetzt, liefert für hohe ohmsche Lasten (z.B. für Heizelemente) ermutigende Werte.

Bei hohen Einschaltströmen, wie sie bei kapazitiven Lasten oder Lampen auftreten, zeigt AgSnO seine Stärken, dies jedoch in hoher Abhängigkeit vom Herstellverfahren (siehe Abb. I+II: Tests mit 1000W Lampenlast und ca. 70A Einschaltstrom).

Fazit: Für die Zeit „nach dem Kadmium“ brauchen wir noch mehr Applikations- und Beratungs-Know-how. Die Beherrschung von Verschweißneigung und Abbrandfestigkeit sowie deren Abhängigkeit von der Last einerseits und der Relaiskonstruktion andererseits gewinnen an Bedeutung. Dies erfordert ausgefeilte Simulationstools sowie umfangreiche und vor allem kostenintensive Tests bei der Entwicklung. Um in Zukunft optimale, umweltschonende Lösungen für verschiedenste Anwendungen anbieten zu können, muss neues Wissen im Zusammenspiel zwischen Theorie und Experiment erarbeitet werden.

R. Eisinger

Im Web publiziert - 10/2001

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