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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 er- füllt auch eine Füllung mit einem Edelgas, z. B. Argon.
In der USA-Patentschrift Nr. 2, f) OH, 414 isr ein-solcher Schutzrohrkontakt. beschrieben, bei welchem die kontaktgebenden Enden der Kontaktfedern eine Plattierung aus Rhodium aufweisen, welches einen bei lubt) liegenden Schmelzpunkt besitzt. Diese Plattierung reicht im wesentlichen so weit, wie auch die
Kontaktfedern bei Kontaktgabe miteinander in Berührung stehen.
Bei derartigen Kontakten handelt es sich also im Prinzip um Kontaktanordnungen, die in einem her- metisch abgeschlossenen Raum untergebracht sind, der mit einem Schutz- oder Edelgas gefüllt ist. Die
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 dadurch, dass über die eigentliche Kontaktstelle hinaus der Bereich der Kontakte, über den sich im wesentlichen eine im Falle einer Kontaktbetätigung ausbildende Glimmentladung erstreckt, eine aus einem hochschmelzenden Metall mit einem-Schmelzpunkt von über 24000C (z. B. Molybdän, Tantal, Wolfram) bestehende Oberfläche besitzt.
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, geschaltet wird. In einem solchen Fall bewirkt die spontane Stromunterbrechung die Induktion einer Spannungsspitze, die unmittelbar am Kontakt auftritt und damit die Glimmentladung zündet.
Ihre Folge ist eine Zerstäubung des die Kathode bildenden Kontaktteiles, die sogenannte Kathodenzerstäubung. Diese äussert sich in einem Verschleiss des betreffenden Oberflächenstückes und einer Materialwanderung, die die Eigenschaften der Kontaktstelle äusserst ungünstig beeinflussen.
Es gibt nun bestimmte Metalle, nämlich solche mit einem über 24000C liegenden Schmelzpunkt, wie z. B. Molybdän, Wolfram oder Tantal, welche der bei Glimmentladungen auftretenden Kathodenzerstäubung einen sehr hohen Widerstand entgegensetzen. Man hat daher derartige hochschmelzende Metalle bereits als sogenannte Reinmetallkathoden in Kaltkathodenröhren benutzt. Zur Verwendung als Kontaktmaterial erschienen diese Metalle bisher jedoch relativ ungeeignet, da die Erfahrung mit derartigen in Luft betätigten Kontakten, z. B. Wolfram-Kontakten, zeigten, dass diese Materialien insbesondere bei schwächerer Belastung zur Bildung von hochohmigen oder sogar isolierenden Schichten neigen. Man hat
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daherbisher. insbesondere Schutzrohrkontakte meist mit einer Edelmetallschicht, z.
B. aus Gold, versehen, das jedoch relativ wenig widerstandsfest gegenüber der erwähnten Kathodenzerstäubung ist. Dasgleiche gilt auch für das oben erwähnte Metall Rhodium. Demgegenüber ermöglichen die erwähnten hochschmel- zenden Metalle, wie z. B. Molybdän, Tantal oder Wolfram, als Oberflächenmaterial vonKontaktanord- nungen, die in einem hermetisch abgeschlossenen, mit Schutz- oder Edelgas gefüllten Raum untergebracht sind, dass die schädliche Kathodenzerstäubung praktisch beseitigt wird, wobei die sonst beobachtete Nei- gung derartiger Metalle zur Bildung hochohmigerSchichten durch das Schutz- oder Edelgas verhindert ist.
Wesentlich ist hiebei aber, dass der Überzug aus dem hochschmelzenden Metall sich über die eigentliche Kontaktstelle hinaus so weit erstreckt, wie eine Glimmentladung reicht, da andernfalls die Glimmentladung Materialien vorfindet, die dieser keinen Widerstand entgegensetzen können, was dann die Material- wanderung und entsprechende Ablagerungen an der Kontaktstelle zur Folge haben würde.
Durch die vorstehend beschriebenen erfindungsgemässen Massnahmen inihrer Kombination erzielt mau eine grosse Lebensdauer der Kontakte, da die unerwünschte Veränderung der Kontakte infolge Glimmenladung weitgehend beseitigt wird. Dies hat wieder eine Verbesserung der zeitlichen Konstanz der elektrischen und magnetischen Kennwerte zur Folge. Gemäss einer zweckmässigen Ausführungsform der Erfindung wird das hochschmelzende Metall in Form einer Folie auf den Kontakten aufplattiert.
Eine derartige Anordnung ist in Fig. 1 dargestellt. Sie zeigt einen Schutzrohrkontakt mit einem Schutzrohr 1, welches die beiden Kontaktfedern 2 und 3 enthält. Das Schutzrohr 1 besteht aus Glas und ist an seinen Enden unter Einfassung der Kontaktfedern 2 und 3 zugeschmolzen. Die Kontaktfedern 2 und 3 sind im Bereich der Kontaktstelle mit einer aufplattierten Folie 4versehen, die aus einem hochschmelzenden Metall, z. B. Molybdän, besteht. Wie ersichtlich, ist die Folie 4 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 4 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.
Eine andere Möglichkeit, die Kontaktfedern mit einer Oberfläche aus hochschmelzendem Metall zu versehen, besteht darin, dieses Metall in Form eines entsprechend geformten Nietes an den Kontaktfedern anzubringen.
Eine derartige Konstruktion ist in den Fig. 2 und 3 dargestellt, in denen eine Kontaktfeder in Draufsicht und in Seitensicht wiedergegeben ist, welche mit einem derartigen Niet versehen ist. Wie ersichtlich, besitzt der Niet 5 einen tellerartigen Teil, welcher in Richtung auf die Gegenkontaktfeder anzubringen ist. Mit einem Hals 6 durchsetzt der Niet die Kontaktfeder 7, die mit einer entsprechenden Bohrung versehen ist. Auf der dem Teller abgewandten Seite der Kontaktfeder 7 ist der Niet umgestülpt.
Diese Ausführungsform genügt für die Fälle, in denen die Kontakte eine geringe Strombelastung auszuhalten haben.
Zweckmässig versieht man jeweils beide zu einem Kontakt gehörenden Kontaktteile mit der aus einem hochschmelzenden Metall bestehenden Oberfläche. Hiedurch erreicht man einerseits, dass ein solcher Kontakt ohne Rücksicht auf die Richtung des zu schaltenden Stromes in den betreffenden Stromkreis eingeschaltet werden kann und anderseits, dass auch die von der jeweiligen Anode ausgehende sogenannte Feinwanderung stark verringert wird.
Die vorstehend beschriebenen Massnahmen lassen sich in ihrer Wirkung unterstützen, wenn man gemäss weiterer Erfindung den hermetisch abgeschlossenen Raum, in welchem die Kontaktanordnung untergebracht ist, mit einer Füllung versieht, die einen gegenüber dem atmosphärischen Druck so weit erniedrigten Druck besitzt, dass sich eine Glimmentladung mit ihrer Kathodenbedeckung über eine Fläche erstreckt, die wesentlich grösser als die zur Kontaktstelle gehörende Kontaktfläche ist.
Dabei wird von der Erkenntnis ausgegangen, dass die Kathodenbedeckung einer Glimmentladung in ihrer Ausdehnung abhängig vom Druck im Entladungsgefäss ist. Dieser an sich bekannte Effekt wird nun bei den vorstehend beschriebenen Kontaktanordnungen in einer ganz bestimmten Weise angewendet, naam- lich so, dass die Kathodenbedeckung durch Druckerniedrigung auf Bereiche verlagert wird, die an der eigentlichen Kontaktgabe nicht beteiligt sind. Dadurch wird erreicht, dass einerseits durch Vergrösserung der Kathodenbedeckung die spezifische Strombelastung während des Schaltvorganges verringert und damit die Kathodenzerstäubung überhaupt geschwächt wird und anderseits die durch die Kathodenzerstäubung bedingte Kontaktzerstörung vom Bereich der eigentlichen Kontaktstelle weg verlagert wird.
Dieser letztere Effekt ist darum von besonderer Bedeutung, weil dadurch weitgehend die Ablagerung von Zerstäubungsprodukten an der eigentlichen Kontaktstelle und damit die Materialwanderung weitgehend ver-
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mieden wird.
Durch die vorstehend beschriebene Massnahme der Einstellung eines ganz bestimmten Druckes indem hermetisch abgeschlossenen Raum wird also die Wirkung der Verwendung eines hochschmelzenden Metalls als Oberfläche der Kontakte noch unterstützt.
Den Druck in dem hermetisch abgeschlossenen Raum kann man gegenüber Atmosphärendruck so weit absenken, dass sich gerade eine Kathodenbedeckung ergibt, welche die Kontakte so weit überzieht, wie deren Oberfläche aus dem hochschmelzenden Metall besteht. In diesem Falle würde sich also eine Katho- denbedeckung ergeben, welche der in Fig. 1 dargestellten Plattierung 4 entspricht. Es ist aber auch mög - lich, durch entsprechende Druckeinstellung eine über die Oberfläche aus hochschmelzendem Metall hin- aus reichende Kathodenbedeckung zu erzielen. In diesem Falle ergibt sich eine noch geringere Strom- dichte, wobei allerdings in Kauf genommen werden muss, dass an den Bereichen, deren Oberfläche nicht aus dem hochschmelzenden Metall besteht, eine gewisse Kathodenzerstäubung verbleibt.
Dies ist jedoch unwesentlich, da die resultierende Kathodenzerstäubung infolge der geringen spezifischen Gesamt-Strombelastung nicht mehr massgebend ins Gewicht fällt. Im allgemeinen wird man einen Kompromiss zwischen der Ausdehnung der Oberfläche aus hochschmelzendem Metall und der Einstellung des Druckes eingehen, wobei die von der betreffenden Kontaktanordnung zu schaltende Energie zu berücksichtigen ist. Bei diesem Kompromiss sind für die betreffende Stromstärke die günstigsten Verhältnisse zu wählen.
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, dadurch gekennzeichnet, dass über die eigentliche Kontaktstelle hinaus der Bereich der Kontakte, über den sich im wesentlichen eine im Falle einer Kontaktbetätigung ausbildende Glimmentladung erstreckt, eine aus einem hochschmelzenden Metall mit einem Schmelzpunkt von über 24000C (z. B. Molybdän, Tantal, Wolfram) bestehende Oberfläche besitzt.