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Kontaktpaar für elektrische Kontaktgabe bei praktisch leistungslosen
Schaltvorgängen Die Erfindung betrifft Kontaktpaare für elektrische Kontaktgabe
bei praktisch leistungslosen Schaltvorgängen, z. B. Kontaktbuchsen und -stecker,
Schalter, Verbindungslaschen und ähnliche Bauelemente, insbesondere der Fernmeldetechnik.
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Um auch bei sehr geringen Kontaktspannungen von wenigen Millivolt
oder Bruchteilen von Millivolt den Übergangswiderstand derartiger Kontakteinrichtungen
möglichst klein zu halten, hat man bisher als Werkstoff für die die Kontaktgabe
bewirkenden Kontaktelemente vorzugsweise Silber oder andere Edelmetalle verwendet.
Hierbei hat man z. B. die betreffenden Edelmetalle auf den Kontaktträger als Niete
oder als Überzüge galvanisch oder mittels Plattieren aufgebracht. Von diesen Edelmetallen
ist Silber trotz seines kleinen Übergangswiderstandes im unkorridierten Zustand
wegen der in Industrieluft einsetzenden Silbersulfidbildung besonders in den Fällen,
in denen bei Stromlosigkeit oder unter kleiner Last geschaltet wird, praktisch ungeeignet.
Die unedleren und daher wirtschaftlich zu bevorzugenden galvanisch aufgebrachten
Oberflächen aus Kupfer, Bronze oder Messing leiden in noch größerem Maße als Silber
unter der Unbeständigkeit gegen Atmosphärilien. Kontaktgebende Teile, deren galvanische
Überzüge aus diesen Materialien bestehen, zeigen daher im Laufe der Zeit eine erhöhte
Störanfälligkeit durch Auftreten von Übergangswiderständen.
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In vielen Fällen, bei denen es auf besonders kleine Übergangswiderstände
ankommt, hat man sich daher trotz der sehr hohen Preise genötigt gesehen, Edelmetalle,
wie Rhodium, Palladium und Gold, zu verwenden. Hierdurch wird zwar ein sehr geringer
Übergangswiderstand und eine ausreichende Korrosionsfestigkeit erzielt; man muß
aber andere Nachteile in Kauf nehmen. So ist die Verwendung von Gold oder Palladium
wegen ihrer geringen Härte und des damit verbundenen hohen Abriebes völlig unbefriedigend,
weil bei häufigem Schalten die infolge des hohen Preises nur dünnen, auf den Kontaktträger
aufgebrachten Überzüge dieser Edelmetalle sehr bald mechanisch abgetragen werden,
so daß sich dann der Übergangswiderstand entsprechend den unedlen Eigenschaften
des als Kontaktträger dienenden Grundrnaterials erhöht.
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Bei Verwendung von Palladium und Rhodium bereitet es Schwierigkeiten,
galvanisch aufgebrachte Oberflächen aus diesen Metallen mit Lötverbindungen zu versehen,
so daß man gezwungen ist, die kontaktgebenden Teile mit zwei verschiedenen Oberflächen
zu versehen, nämlich an den eigentlichen Kontaktstellen mit Palladium oder Rhodium
und an den Stellen, an denen die Zuleitungsdrähte angelötet werden sollen, mit einem
lötbaren Metall, beispielsweise Zinn. Eine wirtschaftliche Fertigung von kontaktgebenden
Teilen aus Palladium und Rhodium ist daher nicht möglich; denn die verschiedene
galvanische Behandlung der Oberflächen setzt sowohl die Anwendung von mindestens
zwei verschiedenen Galvanikbädern als auch die Abdeckung der betreffenden Teile
voraus, welche mit der anderen Oberfläche versehen werden sollen, so daß das wirtschaftlich
besonders günstige Galvaniktrommelverfahren, bei welchem die Teile nicht einzeln
kontaktiert zu werden brauchen, von vornherein ausscheidet.
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Durch die vorliegende Erfindung werden nun Kontaktpaare für die elektrische
Kontaktgabe bei praktisch leistungslosen Schaltvorgängen sowohl in ihren Eigenschaften
wie auch in wirtschaftlicher und fertigungstechnischer Hinsicht wesentlich verbessert.
Dies geschieht dadurch, daß erfindungsgemäß die die Kontaktgabe bewirkenden Kontaktoberflächen
aus einer Nickel-Zinn-Legierung mit einem Nickelgehalt von ungefähr 20 bis 40 Gewichtsprozent
und einem Zinngehalt von ungefähr 80 bis 60 Gewichtsprozent bestehen und galvanisch
auf einem nicht aus Eisen bestehenden Kontaktträger aufgebracht sind.
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Von früheren Untersuchungen her ist es bekannt, daß derartige Nickel-Zinn-Legierungen
sehr hart und spröde sind. Gegen die Verwendung solcher Nickel-Zinn-Legierungen
für elektrische Kontaktelemente bestand jedoch eine Abneigung, da man infolge ihres
relativ niedrigen Schmelzpunktes eine Schmelzbrückenbildung und damit ein Verschweißen
der sich berührenden Kontaktelemente befürchtet hat. Die erfindungsgemäß zusammengesetzte
Nickel-Zinn-Legierung
zeigt aber, daß sie trotz ihres relativ niedrigen
Schmelzpunktes als Kontaktwerkstore bei praktisch leistungslosen Schaltvorgängen,
d. h. in Kontakteinrichtungen, die bei Stromlosigkeit oder unter praktisch kleiner
Last geöffnet werden, mit großem Vorteil verwendet werden kann. Gegenüber den bisher
für oft betätigte, auf Abrieb beanspruchte elektrische Kontakte verwandten harten
und spröden Stoffen, wie z. B. Wolfram und Molybdän, weist die erfindungsgemäß vorgeschlagene
Legierung vor allem den Vorteil auf, daß es sich bei ihr um einen billigen, galvanisch
abscheidbaren Werkstoff handelt, der bei kleinem Übergangswiderstand abrieb- und
korrosionsfest ist. Außerdem läßt sich diese Legierung auch in dickeren Schichten
ohne störende Rauhigkeit galvanisch auf die Kontaktträger aufbringen, was bei den
bisher benutzten Werkstoffen ohne Zwischenpolieren überhaupt nicht möglich gewesen
ist. Die Nickel-Zinn-Überzüge gemäß der Erfindung lassen sich mittels des Galvaniktrommelverfahrens
aufbringen, so daß die auf diese Weise galvanisierten kontaktgebenden Teile sowohl
in der Herstellung als auch bezüglich der Werkstoffkosten wesentlich billiger als
bei der Verwendung von beispielsweise Rhodium sind.
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Als Kontaktträger können beispielsweise Buntmetalle oder deren Legierungen,
aber auch Edelstähle verwendet werden. Diese Metalle eignen sich im Gegensatz zu
üblichem Eisen hinsichtlich ihrer Korrosionsfestigkeit als Kontaktträger, haben
jedoch ohne den erfindungsgemäß zusammengesetzten Überzug eine ungenügende Anlaufbeständigkeit
bzw. hohe Übergangswiderstände. Weiterhin hat sich gezeigt, daß besonders günstige
elektrische und mechanische Eigenschaften dann erzielt werden, wenn der Kontaktträger
aus gegebenenfalls verchromtem und/oder versilbertem Kupfer besteht. Es hat sich
nämlich gezeigt, daß selbst so schwefelwasserstoffempfindliche Grundmetalle wie
z. B. Kupfer oder Silber bei Nickel-Zinn-Überzügen von bereits 10 #x Stärke im Laufe
der Korrosionsbeanspruchung keinerlei erhöhte Übergangswiderstände aufweisen. Dieses
ist offenbar darauf zurückzuführen, daß im Gegensatz zu der Rostwirkung feuchter
Atmosphäre auf Eisen der Korrosionsangriff durch Schwefelwasserstoff auf die genannten
Grundmetalle nicht elektrochemischer Natur ist und sich daher auf der korrosionsfesten
Oberfläche der Nickel-Zinn-Schicht nicht auswirkt.
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Besonders vorteilhaft ist die Verwendung einer Nickel-Zinn-Legierung,
bei welcher die Anteile der enthaltenen Nickel- und Zinnatome gleich groß sind da
die Legierung in dieser Zusammensetzung eine außerordentliche Härte und Abriebfestigkeit
und bezüglich ihrer Korrosions- und Anlaufbeständigkeit weitgehend den Charakter
eines Edelmetalls besitzt. Auch während einer längeren Zeitdauer wird daher ein
so ausgebildetes Kontaktelement nicht durch die üblichen, besonders in Industrieluft
vorhandenen Korrosionsmittel, wie z. B. H2 S, C O2, in Verbindung mit Wasserkondensat
angegriffen. Aus der hohen Anlaufbeständigkeit folgt, daß der Übergangswiderstand,
der infolge des edlen Charakters der Legierung nach der Erfindung einen sehr geringen
Wert, etwa in der Größenordnung des Übergangswiderstandes von Rhodium, hat, konstant
bleibt. Außerdem wird das erfindungsgemäß ausgebildete Kontaktelement wegen seiner
auflerordentlichen Härte, welche etwa der eines Kontaktelementes aus Iridium entspricht,
auch bei sehr holten Betriebsschaltzahlen mechanisch nicht abgenutzt.
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Ein weiterer Vorteil des Kontaktelementes gemäß der Erfindung besteht
darin, daß es sich mit gewöhnlichen Weichloten löten läßt und daß es diese Eigenschaft
der Lötfähigkeit auch nach langem Lagern in korrosiver Atmosphäre beibehält.
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Erfindungsgemäß ausgebildete Kontaktelemente weisen also gegenüber
den bisher bekannten Kontaktelementen erhebliche Vorzüge auf. Sie lassen sich für
alle diejenigen Kontakteinrichtungen verwenden, die bei Stromlosigkeit oder unter
praktisch kleiner Last geöffnet werden. Außer den eingangs angeführten Beispielen
sei noch besonders auf die Verwendung bei Hochspannungstrennschaltern hingewiesen.