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Kontaktanordnung, die in einem hermetisch abgeschlossenen Raum untergebracht ist, insbesondere
Schutzrohr- bzw. Schutzgaskontakt
Die sogenannten Schutzrohr- bzw. Schutzgaskontakte bestehen aus magnetisierbaren Kontaktfedern, die in einem an seinen Enden zugeschmolzenen Glasrohr untergebracht sind. Zum Schutz der Kontakte kann man ein solches Glasrohr bekanntlich mit einem Schutzgas, wie z. B. einem Gemisch aus Stickstoff und Wasserstoff, anfüllen, wodurch eine Korrosion der Kontakte verhindert wird. Den gleichen Zweck erfüllt auch eine Füllung mit einem Edelgas, z. B. Argon.
In der USA-Patentschrift Nr. 2, 506, 414 ist ein solcher Schutzrohrkontakt beschrieben, bei welchem die kontaktgebenden Enden der Kontaktfedern eine Plattierung aus Rhodium aufweisen, welches einen bei 19660C liegenden Schmelzpunkt besitzt.
Bei derartigen Kontakten handelt es sich im Prinzip um Kontaktanordnungen, die in einem hermetisch abgeschlossenen Raum untergebracht sind, der mit einem Schutz- oder Edelgas gefüllt ist. Die anschliessend beschriebene Erfindung bezieht sich auf eine derartige Kontaktanordnung, u. zw. eine solche, bei welcher die Kontaktstücke im geöffneten Zustand ihren geringsten Abstand an der Kontaktstelle besitzen. Die Erfindung ermöglicht es, die Lebensdauer derartiger Kontakte wesentlich zu steigern. Erzielt wird dies erfindungsgemäss durch eine Füllung mit einem gegenüber dem atmosphärischen Druck so weit erniedrigten Druck, dass sich eine im Falle einer Kontaktbetätigung ausbildende Glimmentladung mit ihrer Kathodenbedeckung über eine Fläche erstreckt, die wesentlich grösser als die zur Kontaktstelle gehörende Kontaktfläche ist.
Die Erfindung beruht auf folgenden Erkenntnissen : Ein offener Kontakt ist unter der Voraussetzung, dass er sich in einer Gasatmosphäre befindet, mit einer Gasentladungsröhre vergleichbar. Infolgedessen zündet während des Öffnungsvorganges zwischen seinen Elektroden eine Glimmentladung, wenn an diesen eine über der Zündspannung liegende Spannung entsteht. Dieser Fall ist insbesondere dann gegeben, wenn mit Hilfe solcher Kontakte eine induktive Last, z. B. ein Relais, ausgeschaltet wird. In einem solchen Falle bewirkt die spontane Stromunterbrechung die Induktion einer Spannungsspitze, die unmittelbar am Kontaktspalt auftritt und damit die Glimmentladung zündet.
Ihre Folge ist eine Zerstäubung des die Kathode bildenden Kontaktteiles, die sogenannte Kathodenzerstäubung. Diese äussert sich in einer Zerstörung des betreffenden Oberflächenstückes und einer Materialwanderung, die die Eigenschaften der Kontaktstelle äusserst ungünstig beeinflussen.
Die Kathodenbedeckung und damit die Zerstörungszone der Glimmentladung sind nun in ihrer Ausdehnung abhängig vom Druck im Entladungsgefäss. Sie dehnen sich bekanntlich mit fallendem Druck über einen grösseren Kathodenbereich aus. Dieser Effekt wird nun bei den vorstehend beschriebenen Kontaktanordnungen in einer ganz bestimmten Weise angewendet, nämlich so, dass die durch eine Glimmentladung bewirkte unvermeidliche Kathodenzerstäubung sich nunmehr vorwiegend auf Kathodenbereiche erstreckt, die an der eigentlichen Kontaktgabe nicht beteiligt sind.
Durch die Vergrösserung der Kathodenbedeckung wird erreicht, dass sich die spezifische Strombelastung während des Schaltvorganges gegenüber den bisher
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üblichen Fülldrucken verringert und damit die Kathodenzerstäubung einerseits geschwächt und anderseits vom Bereich der eigentlichen Kontaktstelle weitgehend weg verlagert wird. Dieser letztere Effekt ist darum von besonderer Bedeutung, weil dadurch weitgehend die Ablagerung von Zerstäubungsprodukten und die Materialwanderung an der eigentlichen Kontaktstelle vermieden werden.
Durch die vorstehend beschriebenen erfindungsgemässen Massnahmen erzielt man eine grosse Lebens-
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schen Kennwerte zur Folge.
Unter der Voraussetzung einer bestimmten Belastung kann man den Druck in dem hermetisch abge- schlossenen Raum so weit absenken, dass sich gerade eine über die gesamte Oberfläche des die Kathode bildenden Kontaktteiles erstreckende Kathodenbedeckung ergibt. In diesem Falle erzielt man die geringstmögliche Kathodenzerstäubung, da für die Glimmentladung als Kathode die gesamte Oberfläche des betreffenden Kontaktteiles ausgenutzt wird.
In Fig. 1 ist ein an sich bekannter Schutzrohr- bzw. Schutzgaskontakt dargestellt, bestehend aus dem Schutzrohr 1 und den Kontaktfedern 2 und 3. Die Kontaktfedern 2 und 3 sind in das aus Glas gefertigte Schutzrohr 1 an dessen Enden dicht eingeschmolzen. Ihre Kontakt gebenden Teile befinden sich damit in einem hermetisch abgeschlossenen Raum. Das Innere des Schutzrohres 1 ist mit irgendeinem Schutz-oder Edelgas gefüllt.
In Fig. 1 ist weiterhin veranschaulicht, in welcher Weise sich eine bei bekannten Schutzrohrkontakten mit bisher üblichen Fülldrucken ausbildende Glimmentladung ausdehnt. Durch die Strichelung ist die Kathodenbedeckung 4 einer sich ausbildenden Glimmentladung angedeutet. Wie ersichtlich, konzentriert sich diese Kathodenbedeckung vollständig auf die eigentliche zur Kontaktstelle gehörende Kontaktfläche. Dies hat zur Folge, dass sich der Bereich der unvermeidlichen Kathodenzerstäubung auf eine relativ kleine Zone erstreckt, wodurch in dieser Zone eine entsprechend hohe Stromdichte während des Schaltvorganges und infolgedessen hohe Materialwanderung zu verzeichnen ist. Die Kathodenzerstäubung ist daher ausschliesslich auf die Schaltstelle konzentriert.
Demgegenüber zeigt Fig. 2 die Auswirkung der erfindungsgemässen Massnahmen. In dieser Figur ist ein der Anordnung gemäss Fig. l entsprechender Schutzrohrkontakt dargestellt, bei dem jedoch durch entsprechende Einstellung des Druckes in dem Schutzrohr 1 erreicht ist, dass sich die Kathodenbedeckung ei- ner Glimmentladung über einen wesentlich grösseren Bereich als die zur Kontaktstelle gehörende Kontaktfläche erstreckt, nämlich in diesem Falle über die gesamte Oberfläche der die Kathode bildenden Kontatkfeder 2, soweit sich diese im Schutzrohr 1 befindet. Infolgedessen kann bei dieser Anordnung nur eine sehr geringe Stromdichte und infolgedessen geringe Kathodenzerstäubung eintreten, was eine entsprechende Erhöhung der Lebensdauer des Kontaktes zur Folge hat.
Die vorstehend beschriebene Massnahme der Einstellung eines ganz bestimmten Druckes in dem hermetisch abgeschlossenen Raum lässt sich gemäss einem weiteren Merkmal der Erfindung in ihrer Wirkung verstärken, wenn man den Bereich der Kontakte, über den sich im wesentlichen die Glimmentladung erstreckt, mit einer Oberfläche versieht, die aus einem hochschmelzenden Metall mit einem über 24000C liegenden Schmelzpunkt, z. B. Molybdän, Tantal oder Wolfram, besteht. Zweckmässig wird das hochschmelzende Metall in Form einer Folie auf den Kontakten aufplattiert.
Dieser Massnahme liegt die Erkenntnis zugrunde, dass bestimmte Metalle, nämlich solche mit einem über 24000C liegenden Schmelzpunkt, wie z. B. Molybdän, Wolfram oder Tantal, der bei Glimmentladung auftretenden Kathodenzerstäubung einen sehr hohen Widerstand entgegensetzen. Man hat daher derartige hochschmelzende Metalle bereits als sogenannte Reinmetallkathoden in Kaltkathodenröhren verwendet. ZurVerwendung als Kontaktmaterial erschienen diese Metalle bisher jedoch relativ ungeeignet, da die Erfahrung mit derartigen in der Luft betätigten Kontakten, z. B. Wolframkontakten, zeigten, dass diese Materialien insbesondere bei schwächerer Belastung zur Bildung von hochohmigen und sogar isolierenden Schichten neigen. Man hat daher bisher insbesondere Schutzrohrkontakte meist mit einer Edelmetallschicht, z.
B. aus Gold, versehen, das jedoch relativ wenig widerstandsfähig gegenüber der erwähnten Kathodenzerstäubung ist. Das gleiche gilt auch für das oben erwähnte Metall Rhodium. Demgegenüber ermöglichen die erwähnten hochschmelzenden Metalle als Oberflächenmaterial vonKontaktanordnungen, die in einem hermetisch abgeschlossenen, mit Schutz- oder Edelgas gefüllten Raum untergebracht sind, dass die schädliche Kathodenzerstäubung praktisch beseitigt wird, wobei die sonst beobachtete Neigung derartiger Metalle zur Bildung hochohmiger Schichten durch das Schutz- oder Edelgas verhindert ist.
In Fig. 3 ist ein Schutzrohrkontakt dargestellt, dessen Kontakte in dem Bereich, über den sich im we- ! enilichen die Glimmentladung erstreckt, mit einer aus einem hochschmelzenden Metall bestehenden
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Oberfläche versehen sind, die in diesem Falle in Form einer Folie auf den Kontakten aufplattiert ist. Wie ersichtlich, ist die Folie 5 um die aus flachen Blechstreifen bestehenden Kontaktfedern 2 und 3 so weit herumgezogen, dass eine relativ grosse Fläche entsteht, die bei einer Glimmentladung der hiebei sich ergebenden Kathodenzerstäubung einen entsprechend hohen Widerstand entgegensetzen kann.
Selbstverständlich ist es auch möglich, die Plattierung 5 über den gesamten Bereich der Kontakte 2 und 3 zu ziehen, mit welchem diese in den Innenraum des Schutzrohres 1 hineinragen, wenn mit entsprechend grossen Kathodenbedeckungen zu rechnen ist.
Durch die vorstehend beschriebene Oberflächengestaltung von Schutzrohrkontakten ist es möglich, die Wirkung der Einstellung eines bestimmten Drucks in dem hermetisch abgeschlossenen Raum wesentlich zu steigern.
PATENTANSPRÜCHE :
1. Kontaktanordnung, die in einem hermetisch abgeschlossenen Raum, der mit einem Schutz- oder Edelgas gefüllt ist, untergebracht ist, deren Kontaktstücke im geöffneten Zustand ihren geringsten Abstand an der Kontaktstelle besitzen, insbesondere Schutzrohr- bzw. Schutzgaskontakt, gekennzeichnet durch eine Füllung mit einem gegenüber dem atmosphärischen Druck so weit erniedrigten Druck, dass sich eine im Falle einer Kontaktbetätigung ausbildende Glimmentladung mit ihrer Kathodenbedeckung über eine Fläche erstreckt, die wesentlich grösser als die zur Kontaktstelle gehörende Kontaktfläche ist.