DE2419043C3 - Switching device with movable contacts and method for their manufacture - Google Patents
Switching device with movable contacts and method for their manufactureInfo
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Description
Die Erfindung bezieht sich auf eine Schaltvorrichtung mit bewegbaren Kontakten in einer gasdicht verschlossenen, mit einem Schutzgas gefüllten Umhüllung, und auf ein Verfahren zur Herstellung einer derartigen Schaltvorrichtung.The invention relates to a switching device with movable contacts in a gas-tight sealed, with a protective gas-filled envelope, and a method for producing such a Switching device.
Derartige Vorrichtungen, insbesondere solche mit Zungenkontakten in miniaturisierter Ausführung, werden in den letzten Jahren vielfach in modernen Fernsprechämtern, in Rechenanlagen und in Datenübertragungssystemen verwendet.Such devices, in particular those with tongue contacts in miniaturized design, are in recent years often in modern telephone exchanges, in computer systems and in data transmission systems used.
In diesen Schaltvorrichtungen befinden sich die Kontaktglieder, die meist an den Enden federnder Leiter angebracht sind, zusammen in einem verschlossenen, mit einem Schutzgas gefüllten Raum. Die Leiter bestehen aus einem magnetischen Material, wodurch mit Hilfe außerhalb der Umhüllung angeordneter Spulen oder Dauermagnete der Kontakt geöffnet oder geschlossen werden kann.In these switching devices are the contact members, which are mostly resilient at the ends Conductors are attached together in a sealed, inert gas-filled room. The ladder consist of a magnetic material, whereby with the help arranged outside the envelope Coils or permanent magnets the contact can be opened or closed.
An diese Vorrichtungen werden in bezug auf die Lebensdauer sowohl im belasteten als auch im unbelasteten Zustand hohe Anforderungen gestellt, während der Übergangswiderstand während der ganzen Lebensdauer dsr Vorrichtung niedrig und konstant sein muß.In terms of service life, these devices are used in both the loaded and the unloaded state made high demands, while the contact resistance during the whole Lifespan of the device low and constant have to be.
Es ist aus der DE-OS 20 38 929 bekannt, daß eine erhebliche Verlängerung der Lebensdauer von Kontakten erreicht wird, wenn statt der sich häufig ergebenden »Punkt- und Krater«-Erosion eine flache Erosion herbeigeführt wird. Bei der Erosion der letzteren Art wird nahezu die ganze Kontaktoberfläche benutzt, während dagegen bei der »Punkt- und Krater«-Erosion nur ein kleiner Teil dieser Oberfläche benutzt wird. Bei der punkt- und kraterförmigen Erosion tritt außerdem oft ein »Kleben« der Kontakte auf. Die Lebensdauer wird beim Auftreten von flacher Erosion um einen Faktor von 100 oder mehr verlängert.It is known from DE-OS 20 38 929 that a considerable increase in the life of contacts is achieved when instead of the "point and crater" erosion that often occurs, there is shallow erosion is brought about. In the case of erosion of the latter type, almost the entire contact surface is used, whereas in the case of "point and crater" erosion, only a small part of this surface is used. at The point and crater-shaped erosion also often leads to "sticking" of the contacts. The lifespan is lengthened by a factor of 100 or more when shallow erosion occurs.
Nach der DE-OS 20 38 929 kann dies bei Kontakten erreicht werden, deren Kontaktüberzug aus mindestens zwei Schichten besteht von denen die äußere aus Metall besteht und eine Dicke von 0,1 bis 5 μιη aufweist, während sich gegebenenfalls unmittelbar unter dieser Schicht eine gegebenenfalls unterbrochene, mindestens 1 VoL-% Nichtmetall enthaltende Schicht befindetAccording to DE-OS 20 38 929, this can be achieved with contacts whose contact cover consists of at least consists of two layers of which the outer consists of metal and has a thickness of 0.1 to 5 μm, while there is an optionally interrupted, at least, immediately below this layer 1% by volume non-metal containing layer is located
Diese Nichtmetall enthaltende Schicht kann völlig aus Kohlenstoff, Graphit Phosphor, Schwefel, Silicium oder Metalloxid bestehen, wobei sie eine Dicke von 0,001 bisThis non-metal containing layer can be made entirely of carbon, graphite or phosphorus, sulfur, silicon or Metal oxide, they have a thickness of 0.001 to
ίο 1 μπι aufweist, während die äußere Schicht aus Ruthenium und Rhodium besteht.Has ίο 1 μπι, while the outer layer is made of Consists of ruthenium and rhodium.
Nach einer anderen Ausführungsform ist das Nichtmetall in feinverteilter Form in einem Metall mit einem Schmelzpunkt unterhalb 15000C in einer Gesamtschichtdicke von mindestens 0,1 μιη vorhanden.According to another embodiment the non-metal in finely divided form is μιη in a metal having a melting point of less than 1500 0 C in a total layer thickness of at least 0.1 present.
Die genannten Schichten auf den Kontakten werdenThe said layers are on the contacts
nach der vorerwähnten Offenlegungsschrift durch Kathodenzerstäubung der betreffenden Stoffe, durch galvanisches Abscheiden, durch Aufdampfen oder durch Elektrophorese, kurz gesagi durch verhältnismäßig kostspielige Techniken angebracht, die diese Schaltvorrichtungen verhältnismäßig teuer machen.according to the aforementioned laid-open specification by cathodic sputtering of the substances in question galvanic deposition, by vapor deposition or by electrophoresis, in short by relatively expensive techniques are attached which make these switching devices relatively expensive.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, auf einfache Weise eine flache Kontakterosion in einer Schaltvorrichtung der eingangs genannten Art zu erzielen.The invention is based on the object of a flat contact erosion in a simple manner To achieve switching device of the type mentioned.
Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß auf der Oberfläche der bewegbaren Kontakte lose Teilchen mit einer Größe von 0,01 bis 10 μιτι aus einem Material mit einem spezifischen Widerstand von höchstens 10~2Ω · cm in einer Menge von mindestens 1 Teilchen pro mm2 vorhanden sind, wobei die Oberfläche der Kontakte aus Metall mit einer Dicke von mindestens 1 μιη und einer Härte von mindestens 100 Vickers besteht.This object is inventively achieved in that on the surface of the movable contacts loose particles with a size of 0.01 to 10 μιτι of a material having a resistivity of not more than 10 -2 Ω · cm in an amount of at least 1 particles per mm 2 are present, the surface of the contacts made of metal with a thickness of at least 1 μm and a hardness of at least 100 Vickers.
Vorzugsweise ist auf der harten Oberflächenschicht noch eine Schicht mit einer Dicke von 0,001 bis 10 μιη vorhanden, die aus Metall mit einem spezifischen Widerstand von weniger als 10~4 Ω · cm besteht.Preferably, on the hard surface layer or a layer having a thickness of 0.001 to 10 μιη present, which is made of metal having a resistivity of less than 10 -4 Ω · cm.
Überraschenderweise erweist es sich als genügend, wenn sich die genannten Teilchen lose auf der Oberfläche befinden, wo sie durch schwache Adhäsionskräfte zu einem großen Teil festgehalten werden. Offenbar verschieben sie sich ein wenig auf der Kontaktoberfläche und stellen sicher, daß beim Schalten der Durchschlag stets an einer anderen Stelle erfolgt. Dies ergibt die gewünschte flache Erosion.Surprisingly, it turns out to be sufficient if the particles mentioned loosely on the Surface, where they are largely held in place by weak adhesive forces. Apparently they shift a little on the contact surface and make sure that when switching the breakthrough always takes place at a different point. This gives the desired shallow erosion.
Wenn als Material der Oberflächenschicht der Kontakte andere Materialien als solche mit einer Härte von mindestens 100 Vickers verwendet werden, besteht die Gefahr, daß die Teilchen darin festkleben und dadurch einen Durchschlag herbeiführen. Dies äußert sich dann in einer punkt- und kraterförmigen Erosion.If as the material of the surface layer of the contacts, materials other than those having a hardness of at least 100 Vickers are used the risk of the particles sticking in it and thereby causing a breakdown. This expresses then in a point and crater-shaped erosion.
Nach der Erfindung ist es also offenbar wesentlich, daß die Teilchen während der Lebensdauer der Schaltvorrichtung bewegbar bleiben.According to the invention, it is obviously essential that the particles during the life of the Switching device remain movable.
Nach einer Weiterbildung der Erfindung kann bei einem Verfahren zur Herstellung der Schaltvorrichtung dafür gesorgt werden, daß die Teilchen nichthaftend auf der Oberfläche der Kontakte gebildet werden, indem an ihrer Oberfläche eine Hydrolyse von Halogeniden stattfindet bei der Teilchen der gewünschten Art gebildet werden. Sofern die Größe der Teilchen 10 μιη übersteigt, werden diese Teilchen während der Anfangsperiode des Betriebes der Schaltvorrichtung zerkleinert, so daß sich nach einer verhältnismäßig geringen Anzahl von Schaltvorgängen die erforderliche Menge an Teilchen gebildet hat.According to a further development of the invention, in a method for producing the switching device it can be ensured that the particles are formed non-adherently on the surface of the contacts by applying Their surface a hydrolysis of halides takes place in the particles of the desired kind are formed. If the size of the particles is 10 μm exceeds, these particles become during the initial period of operation of the switching device crushed, so that after a relatively small number of switching operations the required Amount of particles formed.
Die Erfindung wird anhand einiger Ausführungsbeispiele näher erläutertThe invention is based on a few exemplary embodiments explained in more detail
B e i s ρ i e 1 1B e i s ρ i e 1 1
Kontaktzungen werden durch Kathodenzerstäubung bei einer Spannung von 1500 V und einer Stromstärke von 1,2 A mit einer 3 μΐη dicken Molybdänschicht undContact tongues are made by cathode sputtering at a voltage of 1500 V and an amperage of 1.2 A with a 3 μm thick molybdenum layer and
anschließend bei einer Spannung von 1500 V und einer Stromstärke von 0,4 A unter einem Argondruck von 1,33· 10~6bar mit einer 0,1 μπι dicken Rutheniumschicht überzogen. Dann werden durch Eintauchen in eine Fluorchlorkohlenwasserstoffsuspension Kohlenstoffteilchen angebracht. Danach werden die Kontakt- '5 zungen paarweise in eine Glasumhüllung eingeschmolzen und es wird deren Lebensdauer geprüft Diese Lebensdauerprüfung erfolgt im unbelasteten Zustand und unter sogenannter Kreuzpunktbelastung, wobei unter einer Gleichspannung von 50 V Kabelentladungen über 45, 75 und 140 Ω mit Kabellängen von 1, 2, 20 und 100 m durchgeführt werden. Der Kontaktüberzug weist bei allen diesen Prüfungen eine flache Erosion und einen niedrigen Widerstand von weniger als 150 πιΩ bei mindestens 100 · 106 Schaltvorgängen im unbelasteten Zustand auf. Die Anforderung von mindestens 0,5 bis 3 ■ 106 Schaltvorgängen im belasteten Zustand wird leicht erfüllt.then bar coated at a voltage of 1500 V and a current of 0.4 A under an argon pressure of 1.33 x 10 ~ 6 with a 0.1 μπι thick ruthenium layer. Carbon particles are then attached by immersion in a fluorochlorohydrocarbon suspension. Thereafter, the contact be '5 tongues in pairs in a glass envelope sealed and it is their service life tested this life test is carried out in the unloaded condition and in so-called cross-point loading, wherein, under a DC voltage of 50 V cable discharges 45, 75 and 140 Ω with cable lengths of 1 2, 20 and 100 m. In all of these tests, the contact coating shows shallow erosion and a low resistance of less than 150 πιΩ with at least 100 · 10 6 switching operations in the unloaded state. The requirement of at least 0.5 to 3 ■ 10 6 switching operations in a loaded state is easily met.
Kontaktzungen werden auf gleiche Weise wie im Beispiel 1 mit einer 0,1 μπι dicken Goldschicht überzogen und dann durch Eintauchen in eine Suspension von Rutheniumpulver in Fluorchlorkohlenwasserstoff (Teilchengröße 0,1 bis 1 μπι) mit Rutheniumteilchen versehen. Die mit diesen Zungen bestückten, in eine Umhüllung eingeschmolzenen Kontakte weisen Eigenschaften auf, die denen der Kontakte nach Beispiel 1 gleichwertig sind.Contact tongues are coated in the same way as in Example 1 with a 0.1 μm thick gold layer and then by immersion in a suspension of ruthenium powder in chlorofluorocarbon (particle size 0.1 to 1 μπι) provided with ruthenium particles. Those equipped with these tongues into one Encapsulation of melted-in contacts have properties that are similar to those of the contacts according to Example 1 are equivalent.
Kontaktzungen, deren innerhalb der Umhüllung einzuschmelzender Teil eine Länge von etwa 7 mm und eine Breite von 0,5 mm aufweist und die aus Nickeleisen bestehen, werden in einer Kathodenzerstäubungseinrichtung mit einer Goldschicht mit einer Dicke von 0,1 μίτι überzogen. Der Argondruck während der Zerstäubung beträgt 1,33 - 10~6 bar, die Spannung 1500V und die Stromstärke 0,5 A. Dann wird durch Eintauchen in eine Suspension von Kohlenstoffteilchen in Fluorchlorkohlcmwasserstoff eine lose Schicht aus Kohlenstoffteilchen aufgebracht. Dieser Kontaktüberzug weist eine flache Erosion und einen niedrigen Widerstand beim Schalten im belasteten Zustand auf. Die damit erzielten Ergebnisse sind denen der Kontakte nach Beispiel 1 gleichwertig.Contact tongues, the part of which to be fused within the envelope has a length of about 7 mm and a width of 0.5 mm and which are made of nickel iron, are coated in a cathode sputtering device with a gold layer with a thickness of 0.1 μm. The argon pressure during sputtering is 1.33 to 10 ~ 6 bar, the voltage 1500V and the current 0.5 A. Then, it is applied a loose layer of carbon by dipping into a suspension of carbon particles in Fluorchlorkohlcmwasserstoff. This contact coating has a shallow erosion and a low resistance to switching in the loaded state. The results achieved in this way are equivalent to those of the contacts according to Example 1.
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