CS230435B1

CS230435B1 - Switch contact pair

Info

Publication number: CS230435B1
Application number: CS576782A
Authority: CS
Inventors: Stanislav Kucera; Zdenek Dolezal; Lubor Dymes
Original assignee: Stanislav Kucera; Zdenek Dolezal; Lubor Dymes
Priority date: 1982-08-02
Filing date: 1982-08-02
Publication date: 1984-08-13

Description

Předmětem vynálezu je dvojice spínacích kontaktů pro spínání elektrického obvodu stejnosměrného proudu pro použití v různých elektrických obvodech spínačů, relé a pod·, jaké se používají především u elektrického příslušenství motorových vozidel·The object of the invention is a pair of switching contacts for switching a direct current electrical circuit for use in various electrical circuits of switches, relays and the like, which are mainly used in motor vehicle electrical accessories.

Pro tyto aplikace jsou stále hledány nově uspořádané dvojice spínacích kontaktů, zejména z hlediska různého materiálového složení a tvaru stykových ploch s cílem získání vysoké stálosti za provozu, nízkého přechodového odporu, opálu a docílení zvýšených užitných vlastností výrobků, kde jsou použity· Přitom se odhaduje, že přibližně 80 % všech kontaktů používaných v elektrotechnice je vyrobeno ze stříbra a jeho slitin· Důvody pro tak široké využívání tohoto drahého materiálu jsou všeobecně známe· Na druhé straně rostoucí cena těchto materiálů vyžaduje řešení z hlediska hospodárnosti.Newly arranged switching contact pairs are still sought for these applications, particularly in terms of different material composition and contact surface shape, with the aim of obtaining high durability during operation, low transient resistance, opal, and achieving enhanced product performance where they are used. that about 80% of all electrical contacts are made of silver and its alloys · The reasons for such widespread use of this expensive material are well known · On the other hand, the increasing cost of these materials requires a cost-effective solution.

Při spínání stejnosměrného proudu dochází ke známému jevu, zvanému přenos materiálu na stykových plochách kontaktů. Jsou známa taková uspořádání spínacích kontaktů, kde kontakty dvojice mají různá materiálová složení se zaměřením na jejich polarizaci. Pro spínaní stejnosměrného proudu je to například kombinace kladný kontakt niklový a záporný kontakt stříbrný· Účelem tohoto uspořádání je zabránit nadměrnému vytváření výčnělku na spínací ploše kontaktu a je zaměřeno zejména na obvody s vyšším spínaným proudem. Toto známé uspořádání sice může dvojici kontaktů zhospodárnit, ovšem na druhé straně vůbec neřeší otázku odvodu tepla vzniklého při spínání· Je známo, že rychlost okysličování povrchu kontaktu je přímo závislá vedle času působení i na provozní teplotě. Je proto žádoucí dosáhnout co nejrychlejšího odvodu tepla z kontaktní dvojice. Nestačí-li se teplo vzniklé na malých ploškách kontaktů dostatečně rychle odvést, pak může dojít i k vypařování materiálu kontaktů a snadno dochází ke lpění či přivařování kontaktů. Z těchto důvodů nedosáhly tyto známé kombinace kontaktních dvojic většího rozšíření.When switching DC current, there is a known phenomenon called material transfer on the contact surfaces of the contacts. Switch contact arrangements are known in which the contacts of the pair have different material compositions with a focus on their polarization. For the purpose of switching DC current, it is, for example, a combination of a positive nickel contact and a negative silver contact. The purpose of this arrangement is to prevent excessive formation of a protrusion on the contact switching surface and is particularly aimed at circuits with higher switching current. This known arrangement can economize a pair of contacts, but on the other hand does not address the issue of heat transfer during switching. It is known that the rate of oxygenation of the contact surface is directly dependent on the operating time and the operating temperature. It is therefore desirable to achieve heat removal from the contact pair as quickly as possible. If the heat generated on the small contact pads is not sufficient to dissipate quickly enough, the contact material may evaporate and the contacts may stick or weld easily. For these reasons, these known combinations of contact pairs have not achieved greater expansion.

230 435230 435

Je též známo řešení polarizované zapojené dvojice spínacích kontaktů podle vyložené patentové přihlášky NSR č, 23 39 315, které si klade za cíl vylepšit kontakty z ušlechtilých kovů při snížení výrobních nákladů tím, že anodový kontakt je z vrstvy mědi 0,1 mm silné a přes tuto vrstvu je upravena kontaktní vrstva ze slitiny paládia a mědi o síle od 0,1 do 0,15 mm, kdežto katodový kontakt je stříbrný· Připouští se, že dvou až třívrstvý anodový kontakt může tvořit dvojici s katodovým kontaktem, kde namísto stříbrného kontaktu je použito postříbřené mosazi. Toto uspořádání sioe může kontaktní dvojici vylepšit z hlediska menšího sklonu ke spečení kontaktů, což je žádoucí například u přerušovačů směrových světel motorových vo* zidel, na druhé straně však předpokládá použití paládia, které je podstatně dražší než stříbro. Takto vrstvené kontakty jsou vhodné do max, spínacího proudu 10 A, což odpovídá u motorových vozidel cca 6 žárovkám po 21 W, takže i použitelnost takovéto dvojice je omezená. Další nevýhodou je to, že při navařování kontaktů Schlattrovým způsobem je funkčně narušována slabá styková vrstva paládiové slitiny·It is also known to provide a polarized wired pair of switch contacts according to German Patent Application Laid-Open No. 23 39 315, which aims to improve the noble metal contacts while reducing manufacturing costs by making the anode contact of 0.1 mm thick copper layer over this layer is treated with a contact layer of palladium-copper alloy with a thickness of 0.1 to 0.15 mm, while the cathode contact is silver · It is recognized that the two to three-layer anode contact may form a pair with the cathode contact where used silver plated brass. This sioe arrangement can improve the contact pair in terms of less sintering tendency, which is desirable, for example, for turn signal interrupters of motor vehicles, but on the other hand it assumes the use of palladium, which is considerably more expensive than silver. Such laminated contacts are suitable for a max. Switching current of 10 A, which corresponds to approximately 6 bulbs of 21 W in motor vehicles, so that the usability of such a pair is limited. Another disadvantage is that when welding the contacts in the Schlatter process, the weak contact layer of the palladium alloy is functionally disrupted.

Jsou dále známy dvojice spínacích kontaktů, u nichž je jeden kontakt vložen do nosiče ve tvaru celostříbrného nýtu a dru hý kontakt je z mědi a opatřen případně leštěnou plochou. Takovéto dvojice jsou používány spíše u standardních provedení spínačů, bez nároku na vysokou životnost a jsou určeny pro spínání nižších příkonů, V náročných funkčních podmínkách je lze použít pouze za cenu vysokých nákladů právě na stříbrné kontakty a není u nich vyřešen problém tepelné diferenciace, což může vést ke svaření.There are further known pairs of switching contacts in which one contact is inserted into a carrier in the form of a silver rivet and the other contact is made of copper and optionally has a polished surface. Such pairs are used rather in standard switch designs, without high lifetime requirements and are designed for switching of lower power inputs. In demanding functional conditions they can be used only at high cost just for silver contacts and they do not solve the problem of thermal differentiation. lead to welding.

Z NSR vyložené patentové přihlášky č, 20 41 978 je známo uspořádání kontaktní dvojice z nestejných materiálů se sklonem k tvorbě tzv, cizích vrstev, kde je jeden kontakt vytvořený z materiálu tvořícího silnější cizí vrstvu, především z mědi, opatřen povlakem z ušlechtilého kovu. Takovéto řešení je všakGerman Patent Application No. 20 41 978 discloses the arrangement of a contact pair of unequal materials with a tendency to form so-called foreign layers, wherein one contact formed from a material forming a thicker foreign layer, especially copper, is coated with a noble metal. However, this is the solution

230 435 úzce zaměřeno na problematiku silnoproudých spínačů k bezvýkonovému přerušování proudových obvodů spínajících v izolační kapalině. U vysoce zatížených kontaktních dvojic v izolační kapalině totiž dochází ke vzniku cizích vrstev podle určitých zákonitostí, zejména u dvojic z nestejných kontaktních materiálů, přičemž se neřeší problematika polarizované kontaktní dvojice. Kombinace měděného nýtu s vrstvou ušlechtilého materiálu s mosazným kontaktem se může uplatnit nejvýše ve zmíněném použití u olejových spínačů, kde jsou kontakty ponořeny do oleje, který svým chladicím účinkem vyrovnává tepelnou rozdílnost kontaktní dvojice. Pro použití v běžných prostředích je takováto spínací dvojice nevhodná právě vzhledem k uvedeným rozdílným elektrickým a tepelným vlastnostem obou materiálů, což vede k tvorbě cizích vrstev.230 435 is focused on the problem of heavy-current switches for power-free interruption of current circuits switching in insulating liquid. In the case of highly loaded contact pairs in the insulating liquid, foreign layers are formed according to certain laws, especially pairs of unequal contact materials, while the problem of polarized contact pairs is not addressed. The combination of a copper rivet with a layer of noble material with a brass contact can be applied at most in the mentioned application in oil switches, where the contacts are immersed in oil, which compensates for the thermal difference of the contact pair by its cooling effect. For use in common environments, such a switching pair is unsuitable precisely because of the different electrical and thermal properties of the two materials, which leads to the formation of foreign layers.

Kromě toho jsou z výrobní praxe všeobecně známy kontakty s potřebnou vrstvou ušlechtilého materiálu, jmenovitě stříbra na měděném nýtu, případně kombinace těchto kontaktů s mosazným kontaktem, který může tvořit i připojovací svorku, jak je tomu u některých spínačů. U žádného z těchto známých spínačů však není vyřešena problematika elektrických polarizačních účinků dvojice kontaktů pro obvody stejnosměrného proudu. Z hlediska jejich dalších nevýhod platí vše, co bylo řečeno v souvislosti s použitím těchto kontaktních dvojic u olejových spínačů podle vyložené patentové přihlášky N3R č. 20 41 978.In addition, it is generally known from the manufacturing practice to contact the required layer of noble material, namely silver on copper rivet, or a combination of these contacts with a brass contact, which may also form a terminal clamp, as is the case with some switches. However, none of these known switches solves the problem of the electrical polarization effects of a pair of contacts for direct current circuits. In view of their further disadvantages, all that has been said in connection with the use of these contact pairs in oil switches according to the disclosed patent application N3R No. 20 41 978.

Uvedené nedostatky jsou podle předloženého vynálezu odstraněny kontaktní dvojicí pro spínání obvodu a stejnosměrného proudu, jejíž kontakty jsou vytvořeny z rozdílných materiálů a jsou v obvodu stejnosměrného proudu zapojeny polarizované. Podstata vynálezu spočívá v tom, že kladný kontakt dvojice je tvořen měděným nosičem opatřeným vrstvou stříbra o síle nejméně 0,1 mm, kdežto protilehlý záporný kontakt je vytvořen z mědi.These drawbacks are eliminated according to the present invention by a contact pair for switching the circuit and the direct current, whose contacts are made of different materials and are polarized in the direct current circuit. The principle of the invention is that the positive contact of the pair consists of a copper support provided with a layer of silver of at least 0.1 mm thickness, whereas the opposite negative contact is made of copper.

Podle výhodného provedení vynálezu je záporný kontakt opatřen galvanicky nanesenou ochrannou vrstvou stříbra o síle nejmé4According to a preferred embodiment of the invention, the negative contact is provided with a galvanically deposited silver protective layer of at least 4

230 435 ně 3 ^un, mezi níž a měděným nosičem je vytvořena další mezivrstva niklu.230 435 to 3 µn, between which a further nickel intermediate layer is formed between and a copper support.

Podle dalšího výhodného provedení vynálezu může být galvanicky nanesena vrstva stříbra obohacena o 0,1 % rhodia nebo antimonu.According to a further preferred embodiment of the invention, a layer of silver enriched with 0.1% rhodium or antimony may be applied by galvanic deposition.

Výhodou vynálezu je výrazné snížení spotřeby drahých kovů u kontaktů pro spínání stejnosměrného proudu a současně získání optimálních kluzných vlastností povrchu kontaktů v závislosti na vzájemné plasticide materiálu kontaktů při aktivaci stykových ploch během funkce.tím, že dochází k regulovanému polarizovanému přenosu materiálu. Toto se dociluje dimensníra uspořádáním vrstev materiálu při vyváženosti jejich mechanických a dalších vlastností, jako jsou tepelná a elektrická vodivost a akumulace tepla. Povrchová kluzné vlastnosti příznivě ovlivňují dvě vzájemné stykové vrstvy stříbra, z nichž jedna je galvanicky nanesena a druhá plátovaná. Galvanicky nanesena mikrovrstva stříbra se vyznačuje vyšší tvrdostí než stříbro v přirozeném stavu a plátovaná vrstva je molekulárně zhutněna. Při funkci s takto optimálně přizpůsobenými vrstvami stříbra dochází k difušnímu obohacení stříbrného materiálu měděnými částicemi, což přispívá ke zvýšení životnosti kontaktů a zároveň je zabráněno nežádoucímu přenosu materiálu, při kterém se jinak na záporném kontaktu vytváří výčnělek, vedoucí ke zvýšení přechodového odporu a k následnému svaření.An advantage of the invention is a significant reduction in the consumption of precious metals in the DC switching contacts, while at the same time obtaining optimal sliding properties of the contact surface depending on the mutual plasticide of the contact material during activation of the contact surfaces during operation. This is achieved by dimensioning by arranging the layers of material while balancing their mechanical and other properties, such as thermal and electrical conductivity and heat storage. The surface sliding properties favorably influence two interfacing layers of silver, one of which is electroplated and the other clad. Galvanically deposited micro-layers of silver are characterized by higher hardness than silver in the natural state and the clad layer is molecularly compacted. Operation with such optimally matched silver layers results in diffuse enrichment of the silver material by the copper particles, which contributes to an increased contact life and at the same time avoids unwanted material transfer which otherwise creates a protrusion on the negative contact leading to increased transition resistance and subsequent welding.

Další výhody a podrobnosti vynálezu budou vysvětleny v souvislosti s popisem konkrétního příkladu provedení.Further advantages and details of the invention will be explained in connection with the description of a specific exemplary embodiment.

Kladný kontakt dvojice je vytvořen měděným nýtem, jehož styková plocha, tedy plocha hlavy nýtu, je opatřena vrstvou stříbra o síle 0,1 až 0,3 mm. Jak bylo uvedeno, je vhodné, aby tato vrstva byla vytvořena známým postupem plátování, čímž se dociluje zhutnění této vrstvy a získá se její odolnost proti hrubému přenosu materiálu. Záporný kontakt dvojice je pak vytvořen z mědi', přičemž je velmi výhodné, tento měděný kontakt opatřit galvanickyThe positive contact of the pair is formed by a copper rivet whose contact surface, i.e. the rivet head surface, is provided with a silver layer of 0.1 to 0.3 mm thickness. As mentioned, it is desirable that this layer be formed by a known cladding process, thereby compacting the layer and obtaining its resistance to coarse material transfer. The negative contact of the pair is then made of copper, and it is very advantageous to provide this copper contact with a galvanic

230 435 nanesenou vrstvou stříbra o síle 10 až 15 /im, obohaceného o 0,1 % rhodia nebo antimonu· Mezi touto galvanicky nanesenou vrstvou a měděným kontaktem je vytvořena další mezivrstva niklu o síle minimálně 5 /im. Tím se příznivě ovlivňuje oxidační a difusní stálost, což přispívá ke zvýšení životnosti ve ztížených provozních podmínkách·230,435 10-15 µm silver, enriched with 0.1% rhodium or antimony · A further intermediate layer of nickel of at least 5 µm is formed between the electroplated layer and the copper contact. This has a positive effect on oxidation and diffusion stability, which contributes to an increased service life under difficult operating conditions.

Takto provedena dvojice spínacích kontaktů je použita v přístroji pro spínání stejnosměrného proudu se zaručenou polarizací· Takovým přístrojem může být například přerušovač směrových světel u motorového vozidla, přerušovač elektrické houkačky, relé a pod· Polarizaci kontaktů lze zajistit známými prostředky vylučujícími záměnu připojovacích konektorů nebo úkostřením®A pair of make contacts is used in a DC device with guaranteed polarization. Such a device may be, for example, a turn signal interrupter for a motor vehicle, an electric horn interrupter, a relay etc. The polarization of contacts can be ensured by known means

Takto popsané uspořádání kontaktní dvojice podle vynálezu má tedy podstatný rozdíl oproti znýmým uspořádáním polarizovaných dvojic s kontakty z ušlechtilého a méně hodnotného materiálu· Zatímco tyto známé úpravy se snaží zabránit přenosu materiálu jedním směrem a ekonomický efekt z úspory ušlechtilého materiálu u jednoho z kontaktů je následný a omezený, u kontaktní dvojice podle vynálezu je tomu právě naopak· Při funkci v přístroji pro spínání stejnosměrného proudu jsou kontakty vzhledem k materiálovému složení polarizovány naopak tak, že tento jev se záměrně vyvolává a využívá k tomu, že záporný kontakt přenosem materiálu vlastně obohacuje kladný kontakt o přenesený ušlechtilý materiál, čímž je umožněno dosáhnout ještě výraznější úspory tohoto materiálu se všemi dalšími výše popsanými výhodami·Thus, the contact pair arrangement of the present invention has a significant difference from the known arrangements of polarized pairs with noble and less valuable material contacts. While these known modifications seek to prevent material transfer in one direction and the economical effect of saving noble material on one of the contacts is limited in the contact pair according to the invention · When operating in a DC switching device, the contacts are polarized on the contrary to the material composition so that this phenomenon is intentionally induced and utilizes that a negative contact by material transfer actually enriches the positive contact o transferred noble material, allowing even greater savings of this material with all other advantages described above ·

V důsledku zvolených dimenzí, tj. síly stříbrné vrstvy od 0,1 mm a uspořádáním dalších vstav je tento chtěný přenos regulován na trvale přijatelnou míru, takže nedochází ke spečení kontaktů a jsou trvale aktivovány stykové plochy. Další ochranné vrstvy na záporném kontaktu mají jednak běžný význam z hlediska ochrany proti korozi a jednak spolu s niklovou vrstvou zabraňujíDue to the selected dimensions, i.e. the silver layer thickness from 0.1 mm and the arrangement of the other inlets, this desired transmission is regulated to a permanently acceptable level so that no contact sintering occurs and the contact surfaces are permanently activated. Other protective layers on the negative contact are both common in terms of corrosion protection and, together with the nickel layer,

230 433 nežádoucímu difusnímu jevu, což přispívá ke zvýšení životnosti ve ztížených podmínkách, zejména u motorových vozidel.230 433 an undesirable diffuse phenomenon, which contributes to an increased service life in difficult conditions, especially in motor vehicles.

Praktickými zkouškami bylo prokázáno, že životnost této kontaktní dvojice je oproti běžným kontaktním dvojicím· až trojnásobná a to jak v laboratorních zkouškách tak i v provozu. Příkladem byl vzduchotlakový spínač brzdových světel, umístěný v silně agresivním prostředí pod vozidlem a s vysokou četností sepnutí.Practical tests have shown that the life of this contact pair is up to three times the normal contact pair, both in laboratory tests and in operation. An example was an air pressure switch for brake lights, located in a highly aggressive environment under the vehicle and with a high switching frequency.

Claims

SUBJECT OF THE INVENTION

230 433

1. A pair of switching contacts for switching DC circuits, the contacts of which are made of different materials and are polarized in the DC circuit, characterized in that the positive contact of the pair consists of a copper support having a silver layer of at least 0.1 mm thickness; whereas the opposite negative contact is made of copper,

2. The switching contact pair according to claim 1, characterized in that the negative contact is provided with a protective electroplated layer of silver of at least 3 [mu] m thickness, between which a further nickel intermediate layer is formed between the copper carrier.

Pair of switching contacts according to claim 2, characterized in that the protective galvanically deposited silver layer is enriched with 0.1% rhodium or antimony.