DE1078774B - Elektrischer Kontakt - Google Patents

Description

DEUTSCHES

Die Erfindung bezieht sich allgemein auf elektrische Kontakte und insbesondere auf Kontakte für die Schließung und Öffnung von Stromkreisen, wobei Unterbrechungen, die auf mangelhafte Funktion der Kontakte zurückzuführen sind, soweit wie irgend möglich vermieden werden müssen. Die Erfindung will einen Kontakt verfügbar machen, welcher sich durch besonders große Zuverlässigkeit und ständige Betriebsbereitschaft auszeichnet, so daß auch die damit ausgestatteten Schaltungen und Vorrichtungen xo hinsichtlich Zuverlässigkeit und Unterhaltungskosten eine wesentliche Verbesserung erfahren.

Bei den Versuchen, das Problem eines optimalen elektrischen Kontaktes zu lösen, ist man notwendigerweise auf einen Kompromiß angewiesen. Es ist erwünscht, den Widerstand des über Kontakte führenden Stromweges gering zu halten; andererseits sollen die Kontakte hohe mechanische Festigkeit besitzen und im Betrieb verhältnismäßig geräuschfrei arbeiten. Es gibt kein Metall, welches gleichzeitig allen diesen Erfordernissen gerecht wird. Diejenigen Metalle, welche den Bedingungen am besten entsprechen, sind im allgemeinen am teuersten. Man muß somit immer Wirtschaftlichkeit und Leistungsfähigkeit in Einklang miteinander bringen.

Die Grundmetalle, z. B. Kupfer, Nickel usw., sind im allgemeinen billig und widerstandsfähig gegen Erosion und andere schädliche Einflüsse des Lichtbogens. Trotzdem haben diese Metalle infolge der Bildung einer den Kontaktwiderstand erheblich steigernden Oxyd- oder Sulfidhaut auf ihrer Oberfläche eine nur geringe Eignung zum allgemein verwendbaren, z. B. für Telefonsysteme empfehlenswerten Kontaktwerkstoff. Demgegenüber bieten Kontakte aus einem Metall der' Platingruppe, welche Platin, PaIa- dium, Iridium, Rhodium, Ruthenium und Osmium umfaßt, den Vorteil eines gleichbleibenden und geringen Widerstandes, da sich bei diesen Metallen keine Oxyd- oder Sulfidhäute auf der Oberfläche bilden. Die Metalle der Platingruppe sind aber verhältnismäßig teuer.

In der Elektrotechnik ist Gold schon seit vielen Jahren als ausgezeichnetes Kontaktmaterial bekannt. Ebenso wie die Metalle der Platingruppe ermöglicht Gold eine Kontaktvermittlung bei geringem Widerstand und ist durch die Bildung von Oberflächenhäuten nicht gefährdet.

Im Gegensatz zu Metallen" der Platingruppe besitzt aber Gold nur geringe Verschleißfestigkeit und ist auch durch elektrische Erosion stark gefährdet. Die Verwendung von Gold bei Kontakten für die Schließung und Unterbrechung merklicher Ströme/ die größer als etwa 0,4 Ampere sind, hat sich als unbefriedigend erwiesen. Der beträchtliche Preis von

Anmelder:

Western Electric Company, Incorporated, New York, N. Y. (V. St. A.)

Vertreter: Dipl.-Ing. H. Fecht, Patentanwalt, Wiesbaden, Hohenlohestr. 21

Beanspruchte Priorität: V. St. v. Amerika vom 2. März 1954

Thomas Francis Egan, Scotch Plains, N. J. (V. St. Α.), ist als Erfinder genannt worden

Gold steht natürlich seiner breiteren Verwendung ebenfalls entgegen. Silber ist ebenfalls viele Jahre lang als Kontaktmaterial verwendet worden. Es liefert Kontakte geringen Widerstandes, zeigt aber andererseits die nachteilige Eigenschaft, daß es matt wird oder anläuft, wenn es der Luft ausgesetzt ist. Dieses Anlaufen hat eine Erhöhung des Kontaktwiderstandes zur Folge und bedingt darüber hinaus, daß Silberkontakte in zahlreichen Sprechkreisen wegen des sogenannten Anlaufgeräusches nicht in befriedigender Weise benutzt werden können.

Die Rücksicht auf Wirtschaftlichkeit und Leistungsfähigkeit führte schließlich zu kombinierten Kontakten mit einer Unterlage aus wärmefestem, billigem Grundmetall und einer Abdeckung aus einem Edelmetall. Kontakte dieser Art mit Abdeckung aus Palladium haben eine besondere starke Verbreitung gefunden. Gold ist demgegenüber im Hintergrund geblieben, weil es gegenüber dem Lichtbogen weniger widerstandsfähig ist Und eine geringere Verschleißfestigkeit" aufweist.

Mit der Palladiumabdeckung der Kontakte ist das Kontaktproblem aber noch nicht befriedigend gelöst worden. Es wurde nämlich festgestellt, daß sich ein Niederschlag auf den Palladium-Kontaktflächen bildet, welcher das Aussehen eines braunen Puders hat. Zunächst wurde vermutet, daß es sich bei diesem braunen Puder um Staub handelt, aber bei eingehenderen Nachprüfungen hat es sich gezeigt, daß sich dieser Niederschlag nur auf Kontakten aus einem Metall der Platingruppe bildet, wenn dieselben zur Öffnung und Schließung trockener Stromkreise dienen. Darunter

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sind Stromkreise zu verstehen, bei welchen waKrend des Schließvorganges kein Spannungsunterschied zwischen den Kontakten und während der öffhungsvorganges kein Stromfluß zwischen . den Kontakten,... auftritt, d. h. Stromkreise, bei deren öffnung und . Schließung kein Lichtbogen oder ein nur geringer " Lichtbogen auftritt. Die Untersuchung von Naßkreiskontakten dieser Gruppe, d. h. von Kontakten, welche in Stromkreisen liegen, bei denen durch das Öffnen oder Schließen ein Lichtbogen hervorgerufen wird, hat gezeigt, daß kein oder ein nur sehr geringer Niederschlag aus braunem Puder entsteht.

Weitere Untersuchungen ^und Prüfungen haben zu der Erkenntnis geführt, daß es sich bei diesem braunen Puder um einen organischen, stark isolierenden Niederschlag handelt, welcher sich bei Trockenkreiskontakten aus einem Metall der Platingruppe bildet, wenn dieselben in Anwesenheit eines organischen Mittels arbeiten. Vermutlich beruht die Bildung dieses organischen Niederschlages auf organischen Dämpfen in der Atmosphäre, die von Metallen der Platingruppe absorbiert werden.

T)ie Ansammlung eines. derartigen organischen Niederschlags auf den zusammenwirkenden Kontaktflächen verursacht Stromkreisunterbrechungen und kann Widerstandsänderungen bewirken, welche z. B. in Telefonkreisen unerwünschte Geräusche hervorrufen.

Ähnliche Untersuchungen und Prüfungen sind mit Gold und Silber durchgeführt worden. Dabei hat es sich gezeigt, daß ein solcher organischer Niederschlag überhaupt nicht oder nur in einem vernachlässigbaren Ausmaß entsteht, und zwar auch dann nicht, wenn mit Gold oder Silber beschichtete Kontakte bei Trockenkreisen benutzt werden. Silber scheidet jedoch wegen des Anlaufens als Kontaktmaterial aus, während die Anfälligkeit von Gold gegen mechanische Abnutzung und elektrische Erosion so groß ist, daß seine Verwendung als Kontaktmaterial für nasse als auch für trockene Kreise nicht befriedigend sein würde.

Damit erfahren die Möglichkeiten für die Ausbildung hochwertiger und zuverlässiger Kontakte unter wirtschaftlich günstigen Verhältnissen eine weitere starke Einschränkung, insbesondere wenn auf nasse und trockene Kreise und außerdem auf die Vermeidung bzw. Geringhaltung der durch die Kontakte verursachten Geräusche Rücksicht genommen werden muß.

Mit der Erfindung wurde ein elektrischer Kornbinationskontakt geschaffen, welcher allen Anforderungen gerecht wird und dessen Besonderheit darin besteht, daß er aus einer Unterlage, welche aus mindestens einem Metall der -Platingruppe, und zwar Platin, Palladium, Iridium, Rhodium, Ruthenium, Osmium, vorzugsweise Palladium, gegebenenfalls mit einem Zusatz bis 50% Nickel, oder aus Silber besteht, und einer Auflage aus einer Goldlegierung aus 8 bis 30% Silber, 0 bis 50% eines Platinmetalls, Rest Gold zusammengesetzt ist.

In der Zeichnung sind' zwei Formen für einen Kombinationskontakt nach der Erfindung veranschaulicht.

Nach Fig. 1 wird eine Legierungsschicht 1, welche vorwiegend aus Gold besteht, zur Abdeckung einer Grundschicht 2 verwendet/ welche vorwiegend aus einem Metall der Platingruppe oder aus Silber besteht und an einer Relaisfeder 3 angebracht ist.

Fig. 2 veranschaulicht einen Überzug 4 aus einer vorwiegend aus Gold bestehenden Legierung, welche eine metallene Grundschicht 5 abdeckt, die vorwiegend aus einem Metall der Platingruppe oder aus Silber besteht und ihrerseits an einer Relaisfeder 6 angebracht ist.

'. Der Überzug oder die Umhüllung aus Goldlegierung kann auf irgendeine bekannte Weise auf der Grundschicht aus Platin oder Silber aufgebracht werden. In ähnlicher Weise kann die Grundschicht in beliebiger Art und Weise an der Relaisfeder befestigt sein. Als Überzugsmaterial stehen mehrere vorwiegend aus Gold bestehende Legierungen zur Verfügung. Feingold oder reines Gold wird insoweit befriedigen können, als es die Bildung von organischem Niederschlag verhindert. Indessen hat sich sein Widerstand gegen mechanische Abnutzung als so gering erwiesen, daß es notwendig ist, das Gold mit anderen Metallen zu legieren. Sehr gute Ergebnisse konnten mit einer Speziallegierung erzielt werden, die aus 70% Silber besteht. Diese Legierung ist an sich bekannt und ist für Haltedrähte von Glühfäden elektrischer Lampen verwendet worden. Als ebenfalls befriedigende Legierungen haben sich auch solche erwiesen, die neben Gold und Silber noch bis zu 1,8% Nickel enthalten, z. B. solche, die aus 72% Gold, 26,2% Silber und 1,8% Nickel oder aus 72,6% Gold, 26,4% Silber und 1% Nickel bestehen.

Der Gehalt an Metall der Platingruppe muß jedoch sehr gering gehalten werden und darf keinesfalls 5% überschreiten, damit die Bildung von braunem Puder unterbunden ist.

Die Verwendung einer vorwiegend aus Gold bestehenden Legierung der angegebenen Art hat sich für einen Überzug auf einer Metallgrundschicht, die aus einem Metall der Platingruppe oder Silber besteht, als durchaus befriedigend erwiesen. Wenn jedoch eine Grundschicht aus Silber oder einer Silberlegierung für Kontakte verwendet wird, so müssen die hinsichtlich Geräusch an die Schaltung zu stellenden Anforderungen beachtet werden. Da lange Entfernungen zu überbrücken sind und in den meisten Telefoninstallationen verwickelte Schaltungssysteme angewendet werden, so sind die Geräuschbedingungen sehr streng. Vorteilhafterweise handelt es sich bei den meisten Sprechkreisen um Trockenkreise. Bei der Mehrzahl dieser Kreise erfolgt die Kontaktschließung über den Goldüberzug. Die Beeinträchtigung durch die Silbergrundlage ist daher gering. Naßkreise dienen gewöhnlich nicht als Sprechkreise, und bei ihnen ist das durch das Silber verursachte Anlauf geräusch nicht nachteilig. Wenn die Schaltungsbedingungen nicht zu hoch sind, wird die günstigere Kostenfrage einer Silbergrundlage im Vergleich zu derjenigen einer Grundlage aus einem Metall der Platingruppe häufig die geringe Vergrößerung hinsichtlich des Geräuschpegels ausgleichen, welche durch die Anwendung einer Silbergrundlage bedingt ist. Wenn die Metallgrundschicht aus Metall der Platingruppe besteht, so kann dem Metall bis zu 50% Nickel zugesetzt sein.

Im Interesse der Sicherung einer langen Kontaktlebensdauer hat es sich als vorteilhaft erwiesen, die Stärke der Legierungsauflage aus 70% Gold und 30% Silber auf wenigstens 0,0125 mm zu bemessen. Vorteilhafterweise sollte die Stärke der Goldlegierungsauflage zwischen 0,025 und 0,037 mm liegen. Bei einer solchen Stärke 'und unter Verwendung dieses speziellen Legierung wird die Lebensdauer, welche bei modernen Telefonwählerrelais wenigstens einer Billion Betätigungen entspricht, nicht dadurch verkürzt, daß die Überzugslegierung bei Trockenkreisen in voller Stärke

abgenutzt wird. Es ist natürlich klar, daß die erforderliche Stärke des aus Goldlegierung bestehenden Überzugs ganz von dem Widerstand der speziellen Goldlegierung gegen mechanische Abnutzung abhängig ist und von den mechanischen Verhältnissen des Anwendungsfalles sowie von der geforderten Lebensdauer der Kontakte.

Claims (4)

Patentansprüche: IO

1. Elektrischer Kontakt, dadurch, gekennzeichnet,

daß er aus einer Unterlage, welche aus mindestens einem Metall der Platingruppe, und zwar Platin, Palladium, Iridium, Rhodium, Ruthenium, Osmium, vorzugsweise Palladium, gegebenenfalls mit einem Zusatz bis zu 50% Nickel, oder aus Silber besteht und einer Auflage aus einer Goldlegierung aus 8 bis 30% Silber, 0 bis 5% eines Platinmetalls, Rest Gold zusammengesetzt ist.

2. Kontakt nach Anspruch 1, bei dem die Auflage aus einer Goldlegierung besteht, die außer Gold und Silber noch bis 1,8% Nickel enthält.

3. Kontakt nach Anspruch 2, bei dem die Auflage aus eimer Goldlegierung aus 72% Gold, 26,2% Silber und 1,8% Nickel oder 72,6% Gold, 26,4% Silber oder 1% Nickel besteht.

4. Kontakt nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Auflage eine Dicke von 0,0125 bis 0,037 mm aufweist.

In Betracht gezogene Druckschriften:
Deutsche Patentschriften Nr. 727 512, 762 506, 898;

schweizerische Patentschrift Nr. 113 777.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen

© 909 765/364 3.