DE1078774B

DE1078774B - Electric contact

Info

Publication number: DE1078774B
Application number: DEW15742A
Authority: DE
Inventors: Thomas Francis Egan
Original assignee: Western Electric Co Inc
Current assignee: AT&T Corp
Priority date: 1954-03-02
Filing date: 1955-01-14
Publication date: 1960-03-31
Also published as: NL193594A; NL92647C; FR1118924A; BE536121A; US2812406A; GB765273A

Description

DEUTSCHESGERMAN

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.The invention relates generally to electrical Contacts and in particular contacts for closing and opening circuits, whereby Interruptions that can be traced back to inadequate function of the contacts, as far as any must be avoided if possible. The invention wants to make a contact available, which characterized by particularly high reliability and constant readiness for operation, so that the circuits and devices equipped therewith xo in terms of reliability and maintenance costs experience a substantial improvement.

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.In attempting to solve the problem of optimal electrical contact, one is necessary need a compromise. It is desirable to have the resistance of the contact leading To keep the current path low; on the other hand, the contacts should have high mechanical strength and work relatively quietly during operation. There is no metal that has all of these at the same time Needs. Those metals that best suit the conditions are generally the most expensive. So you always have to work in harmony with economy and performance bring together.

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.The base metals, e.g. Copper, nickel, etc., are generally inexpensive and resistant to erosion and other deleterious effects of the arc. Nevertheless, as a result of the formation of an oxide or sulfide skin on their surface, which considerably increases the contact resistance, these metals are only poorly suited for general use, e.g. B. recommended contact material for telephone systems. In contrast, contacts made from a metal of the platinum group, which includes platinum, palladium , iridium, rhodium, ruthenium and osmium, have the advantage of constant and low resistance, since no oxide or sulfide skins form on the surface of these metals. However, the platinum group metals are relatively expensive.

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.In electrical engineering, gold has been known as an excellent contact material for many years. Like the metals of the platinum group, gold enables contact to be made with low resistance and is not endangered by the formation of surface skins.

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 In contrast to metals of the platinum group, however, gold has only low wear resistance and is also at great risk from electrical erosion. The use of gold in contacts for closing and interrupting noticeable currents / which are greater than about 0.4 amperes has proven to be unsatisfactory The considerable price of

Anmelder:Applicant:

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

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

Beanspruchte Priorität: V. St. v. Amerika vom 2. März 1954Claimed priority: V. St. v. America March 2, 1954

Thomas Francis Egan, Scotch Plains, N. J. (V. St. Α.), ist als Erfinder genannt wordenThomas Francis Egan, Scotch Plains, N.J. (V. St. Α.), Has been named as the inventor

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.Gold, of course, also opposes its wider use. Silver is also many years has long been used as a contact material. It provides contacts with low resistance, but shows on the other hand, the disadvantageous property that it becomes dull or tarnished when exposed to air. This start-up leads to an increase in the contact resistance and, in addition, that silver contacts are not more satisfactory in numerous speaking circles because of the so-called start-up noise Way can be used.

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.The consideration of economic efficiency and performance ultimately led to combined contacts with a base made of heat-resistant, cheap base metal and a cover made of a precious metal. Contacts of this type with a cover made of palladium have become particularly widespread. Gold, on the other hand, has remained in the background because it is less than the arc is resistant and has a lower wear resistance ".

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. DarunterHowever, the contact problem is not yet satisfactorily solved with the palladium covering of the contacts been. It was found that a precipitate forms on the palladium contact surfaces, which has the appearance of a brown powder. At first it was suspected that it was this brown one Powder is dust, but more detailed checks have shown that it is Precipitation only forms on platinum group metal contacts when the same to the opening and Serve closure of dry circuits. Underneath

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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.are circuits to be understood, in which no voltage difference between the contacts during the closing process and during the opening process no current flow between. the contacts, ... occurs, d. H. Circuits, when opened and. Closure no arc or only a slight "arc" occurs. Examination of wet circuit contacts this group, d. H. of contacts, which are in circuits, in which by opening or closing an arc has shown that no or very little Brown powder precipitates.

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.Further examinations and examinations are due led to the realization that this brown powder is an organic, highly insulating one Precipitation is, which is in dry circle contacts from a metal of the platinum group when they work in the presence of an organic agent. Presumably the education is based this organic deposit on organic vapors in the atmosphere, those of metals of the platinum group are absorbed.

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. T) he accumulation of a. such organic Precipitation on the interacting contact surfaces causes circuit interruptions and can cause changes in resistance, which z. B. cause undesirable noises in telephone circles.

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.Similar investigations and tests have been carried out on gold and silver. It has it has been shown that such an organic precipitate is not at all or only to a negligible extent Extent arises, even if contacts coated with gold or silver are used Dry circles can be used. However, silver is ruled out as a contact material because of tarnishing, while gold is susceptible to mechanical Wear and electrical erosion is so great that its use as a contact material for wet than would not be satisfactory even for dry circles.

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.This gives you the opportunity to develop high-quality and reliable contacts another severe limitation under economically favorable conditions, especially when on wet and dry circles and also on the avoidance or minimization of the caused by the contacts noises caused must be taken into account.

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.With the invention there was an electrical combination contact created, which meets all requirements and its particularity consists that it consists of a base which consists of at least one metal of the platinum group, namely Platinum, palladium, iridium, rhodium, ruthenium, osmium, preferably palladium, optionally with an additive of up to 50% nickel, or made of silver, and a plating made of a gold alloy 8 to 30% silver, 0 to 50% of a platinum metal, the remainder gold is composed.

In der Zeichnung sind' zwei Formen für einen Kombinationskontakt nach der Erfindung veranschaulicht. In the drawing there are 'two shapes for one Combination contact according to the invention illustrated.

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.According to Fig. 1, an alloy layer 1, which consists predominantly of gold, to cover a Base layer 2 used / which consists predominantly of a metal of the platinum group or of silver and attached to a relay spring 3.

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.Fig. 2 illustrates a coating 4 made of an alloy consisting predominantly of gold, which a metal base layer 5 covers, which predominantly consists of a metal of the platinum group or from There is silver and in turn is attached to a relay spring 6.

'. 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.'. The gold alloy plating or cladding can be applied to the base layer of platinum or silver in any known manner. Similarly, the base layer can be attached to the relay spring in any manner be. Several alloys, predominantly made of gold, are available as coating material. Fine gold or pure gold will be able to satisfy in so far as it is the formation of organic Precipitation prevented. Meanwhile, its resistance to mechanical wear has proven to be so insignificant that it is necessary to alloy the gold with other metals. Very good results could be achieved with a special alloy consisting of 70% silver. This alloy is known per se and is used for holding wires of filaments electric lamps have been used. Alloys have also proven to be satisfactory those that contain up to 1.8% nickel in addition to gold and silver, z. B. those that make up 72% Gold, 26.2% silver and 1.8% nickel or 72.6% gold, 26.4% silver and 1% nickel.

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.The content of metal of the platinum group must, however, be kept very low and must under no circumstances be 5% to prevent the formation of brown powder.

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.The use of a predominantly gold one Alloy of the specified type has become a coating on a metal base layer which consists of a metal of the platinum group or silver, has proven to be quite satisfactory. But when a base layer of silver or a silver alloy is used for contacts, so must the requirements to be placed on the circuit with regard to noise are observed. For a long time Distance to be bridged and circuit systems involved in most telephone installations are applied, the noise conditions are very strict. It is advantageously the case most speaking circles around dry circles. The majority of these circles make contact about the gold plating. The impairment caused by the silver base is therefore slight. Serve wet circles usually not as speaking circles, and with them the start-up made by the silver is noisy not disadvantageous. If the circuit conditions are not too high, the question of cost becomes more favorable a silver base compared to that of a platinum group metal base often compensate for the small increase in noise level caused by the application is conditional on a silver base. When the metal base layer is made of platinum group metal, up to 50% nickel can be added to the metal.

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 StärkeIn the interest of ensuring a long contact life, it has proven advantageous to use the Thickness of the alloy coating of 70% gold and 30% silver to be measured to at least 0.0125 mm. The thickness of the gold alloy coating should advantageously be between 0.025 and 0.037 mm. At a Such strength 'and using this special alloy will increase the lifespan, which with modern day Telephone dialer relay corresponds to at least one trillion operations, not shortened by the fact that the Full strength coating alloy for dry circles

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.is worn out. It is of course clear that the required strength of the gold alloy The coating depends entirely on the resistance of the special gold alloy to mechanical wear and the mechanical conditions of the application as well as the required service life of contacts.

Claims

Claims: IO

1. Electrical contact, characterized in that

that he is made of a base, which is made of at least one metal of the platinum group, namely platinum, Palladium, iridium, rhodium, ruthenium, osmium, preferably palladium, optionally with an addition of up to 50% nickel, or consists of silver and a layer of a gold alloy is composed of 8 to 30% silver, 0 to 5% of a platinum metal, the remainder gold.

2. Contact according to claim 1, wherein the pad consists of a gold alloy, except Gold and silver still contain up to 1.8% nickel.

3. Contact according to claim 2, wherein the pad made of a gold alloy made of 72% gold, 26.2% silver and 1.8% nickel or 72.6% gold, 26.4% silver or 1% nickel.

4. Contact according to claim 1 or 2, characterized in that the support has a thickness of 0.0125 to 0.037 mm.

Considered publications:
German Patent Nos. 727 512, 762 506, 898;

Swiss Patent No. 113 777.

1 sheet of drawings