DE1164581B

DE1164581B - Process for the selection of a contact alloy that is built into a given circuit and shows the least possible material migration there

Info

Publication number: DE1164581B
Application number: DED21415A
Authority: DE
Inventors: Dr-Ing Eugen Duerrwaechter; Dipl-Phys Wilhelm Merl
Original assignee: Doduco GmbH and Co KG Dr Eugen Duerrwaechter
Current assignee: Doduco Solutions GmbH
Priority date: 1955-10-01
Filing date: 1955-10-01
Publication date: 1964-03-05

Description

Verfahren zur Auswahl einer Kontaktlegierung, die in einen vorgegebenen Schaltkreis eingebaut, dort die geringstmöglichen Materialwanderungserscheinungen zeigt Die Erfindung bezieht sich auf ein Verfahren zur Auswahl einer Kontaktlegierung, die in einem vorgegebenen gleichstromdurchflossenen Schaltkreis mit bekannter, konstanter oder unbekannter oder wechselnder Selbstinduktion eingebaut, dort die geringstmöglichen Materialwanderungserscheinungen zeigt.Method for the selection of a contact alloy, which in a given Circuit built in, there the least possible material migration phenomena The invention relates to a method for selecting a contact alloy, those in a given circuit through which direct current flows with a known, constant or unknown or changing self-induction built in, there the lowest possible Shows material migration phenomena.

Es ist bekannt, daß sowohl die einzelnen Legierungen untereinander als auch die verschiedenen Züisammensetzungen ein und derselben Legierung bezüglich Materialwanderungseigenschaften ein unterschiedliches Verhalten zeigen. Welche Faktoren für dieses Verhalten maßgeblich sind, war bisher weitgehend unbekannt. Die Auswahl der jeweils verwendeten Legierung und ihrer Zusammensetzung geschah daher empirisch.It is known that both the individual alloys with one another as well as the different compositions of one and the same alloy Material migration properties show different behavior. What factors are decisive for this behavior was previously largely unknown. The selection the alloy used in each case and its composition was therefore empirical.

Es ist ferner bekannt, daß die Selbstinduktion eines Stromkreises auf die Form und Wirkung eines in ihm brennenden Lichtbogens von Einfluß ist und daß demzufologe auch die Materialwanderung von der Selbstinduktion abhängt. Näher untersucht ist diese Erscheinung bisher jedoch nur für das Gebiet der Grobwanderung. Im Bereich der Feinwanderung, d. h. bei kleinen Induktivitäten im Schaltkreis, liegen nur einige Angaben über das Verhalten der unlegierten Metalle Silber und Platin vor.It is also known that the self-induction of a circuit has an influence on the form and effect of an arc burning in it and that accordingly the material migration also depends on the self-induction. So far, however, this phenomenon has only been investigated in more detail for the area of rough migration. In the area of fine migration, i. H. In the case of small inductances in the circuit, only some information is available about the behavior of the unalloyed metals silver and platinum.

Die Erfindung beruht nun auf der überraschenden Erkenntnis, daß die Materialwanderung nicht nur einerseits von der Zusammensetzung der Legierung und andererseits von der Selbstinduktion des Schaltkreises abhängt, sondern daß hinsichtlich der Materialwanderung bei bestimmten Legierungen auch Wechselbeziehungen zwischen der Zusammensetzung der Legierung und der Selbstinduktion des Schaltkreises bestehen.The invention is based on the surprising finding that the Material migration not only depends on the composition of the alloy and on the one hand on the other hand depends on the self-induction of the circuit, but that with regard to the material migration in certain alloys and interrelationships between the composition of the alloy and the self-induction of the circuit.

Erfolgt bei kleinen Induktivitäten die Materialwanderung von der Kathode zur Anode, so überlagert sich mit zunehmender Induktivität eine Verdampfung der Kathode, die zur Umkehr der Wanderung3richtung führt. Bei einer bestimmten Induktivität des Schaltkreises tritt eine Stabilisierung ein, da sich die von der Kathode und Anode verdampften und auf der Gegenelektrode kondensierten Metallmengen die Waage halten.In the case of small inductances, material migration takes place from the cathode to the anode, then with increasing inductance an evaporation of the superimposed Cathode, which leads to the reversal of the migration direction. At a certain inductance of the circuit occurs because the cathode and The anode evaporated, and the scales condensed amounts of metal on the counter electrode keep.

Im Gegensatz zu früheren Anschauungen haben Messungen ergeben, daß der Induktivitätsbereich, in dem die Kompensation stattfindet, bei manchen Legierungen und Zusammensetzungen nicht so schmal ist, daß er für eine praktische Anwendung ausscheidet.Contrary to previous beliefs, measurements have shown that the inductance range in which the compensation takes place, for some alloys and compositions is not so narrow that it is of practical use ruled out.

Das Verfahren der Erfindung zur Auswahl einer Kontaktlegierung, die in einem vorgegebenen Schaltkreis mit bekannter, konstanter Selbstinduktion dort die geringstmöglichen Materialwanderungserscheinungen zeigt, kennzeichnet sich demzufolge dadurch, daß für verschiedene Legierungen mit unterschiedlichen Anteilen der Legierungsbestandteile die Größe der Materialwanderung gewichtsmäßig in Abhängigkeit von der Selbstinduktion ermittelt wird und daß aus der danach gewonnenen Kurverischar die Auswahl der nach ihrer Zusammensetzung geeigneten Legierung auf Grund derjenigen Kurve erfolgt, die bei einer gegebenen Selbstinduktion eine Nullstelle (Materialwanderung »0«) oder über den größten Selbstinduktionsbereich die Materialwanderung »0« oder nahezu »0« hat.The method of the invention for the selection of a contact alloy which shows the lowest possible material migration phenomena in a given circuit with known, constant self-induction there, is characterized in that for different alloys with different proportions of the alloy components the size of the material migration is determined by weight as a function of the self-induction and that from the curve set then obtained the selection of the alloy suitable for its composition is made on the basis of the curve which for a given self-induction has a zero point (material migration "0") or the material migration "0" or almost "0" over the largest self-induction range Has.

Die Messungen haben weiter die überraschende Tatsache ergeben, daß es bei verschiedenen Legierungsreih#en anscheinend Zusammensetzungen gibt, bei denen die Materialablagerung bei jeder Selbst-# induktion sehr klein bleibt. Solche Legierungen würden sich also für Schaltkreise eignen, in denen die Selbstinduktion veränderlich oder unbekannt ist. Hierbei kennzeichnet sich das Auswahlverfahren der Erfindung dann dadurch, daß mit der Legierungszusaramens,etzung als Parameter eine, Kurvenschar aufgenommen wird, die die Materialwanderungserscheinungen als Funktion der Selbstinduktion zeigt und dann diejenige Legierung ausgewählt wird, deren Kurve über dem größten Selbstinduktionsbereich in der Nähe der Abszisse (Materialwanderung = 0) verläuft. Als Beispiel wird nachstehend die für Kontaktzwecke schon verwendete Gold-Nickel-Legierung besprochen.The measurements have also shown the surprising fact that there are apparently compositions for various series of alloys in which the material deposition remains very small with each self-induction. Such alloys would therefore be suitable for circuits in which the self-induction is variable or unknown. The selection method of the invention is then characterized in that with the alloy composition as a parameter, a set of curves is recorded which shows the material migration phenomena as a function of self-induction and then that alloy is selected whose curve over the largest self-induction range near the abscissa (Material migration = 0) proceeds. The gold-nickel alloy already used for contact purposes is discussed below as an example.

Es sind Gold-Nickel-Legierungen mit der Zusammensetzung von 3 bis 1011/o Nickel, Rest Gold bekannt (deutsche Patentschriften 759 254, 858 898 und 901930). Es ist auch bekannt, zur Erhöhung der Rekristallisationstemperatur weitere Zusätze an Silber, Platin, Palladium, Zirkon, Kupfer, Kobalt, Eisen, Chrom oder Mangan zuzuführen (deutsche Patentschriften 913 702, 915 988 und 910 839). Gold-nickel alloys with a composition of 3 to 1011 / o nickel, the remainder gold, are known (German patents 759 254, 858 898 and 901930). It is also known to add further additions of silver, platinum, palladium, zirconium, copper, cobalt, iron, chromium or manganese to increase the recrystallization temperature (German patents 913 702, 915 988 and 910 839).

Das Verhalten solcher Legierungen hinsichtlich der Materialwanderung zeigt das Kurvenbild (Fig. 1). In diesem Kurvenbild ist auf der Abszisse die Selbstinduktion des Schaltkreises in Henry und in logarithmischem Maßstab aufgetragen. Auf der Ordinate ist das Volumen der Materialablagerung in 10-12 crr#3 aufgetragen. Das positive Gebiet zeigt die Ablagerung auf der Kathode, das negative Gebiet die Ablagerung auf der Anode.The behavior of such alloys with regard to material migration is shown in the graph (FIG. 1). In this graph, the self-induction of the circuit is plotted on the abscissa in Henry and on a logarithmic scale. The volume of the material deposit in 10-12 cm # 3 is plotted on the ordinate. The positive area shows the deposit on the cathode, the negative area shows the deposit on the anode.

Die einzelnen aus dem Kurvenbild ersichtlichen Kurven sind mit Ziffern bezeichnet, welche den Prozentsatz des Nickelgehaltes angeben.The individual curves that can be seen in the graph are marked with numbers denotes, which indicate the percentage of the nickel content.

Wie ersichtlich, haben die bekannten Legierungsgehalte nur bei Selbstinduktionen in der Größenanordnung von 10-4 bis 10-7 Henry einzelne Nullpunkte. Für Feingold liegt der Kompensationspunkt bei höheren Induktivitäten und fällt außerhalb des Meßbereichs. Die Legierungen zeigen also nur in Schaltkreisen mit ganz bestimmter Selbstinduktion keine oder nur geringe Wandererscheinungen. Dagegen zeigt sich, daß der bisher noch nicht vorgeschlagene Nickelgehalt von 16#l/o eine starke Annäherung an die Nullachse in einem weiten Bereich ergibt. Ein Kontakt aus einer solchen Gold-Nickel-Legierung eignet sich also hervorragend für Schaltkreise unbestimmter oder schwankender Selbstinduktion.As can be seen, the known alloy contents only have individual zero points for self-inductions in the range of 10-4 to 10-7 Henry. For fine gold, the compensation point is at higher inductances and falls outside the measuring range. The alloys therefore only show little or no migration phenomena in circuits with a very specific self-induction. In contrast, it turns out that the hitherto not yet proposed nickel content of 16 # l / o results in a close approximation of the zero axis in a wide range. A contact made from such a gold-nickel alloy is therefore ideally suited for circuits with indeterminate or fluctuating self-induction.

Aus der Kurvenschar der F i g. 1 kann man die Kurve der F i g. 2 als Parameter entnehmen. Sie zeigt denjenigen Nickelgehalt einer Gold-NickeI-Legierung, die bei einer gegebenen Selbstinduktion ein Minimum an Materialwanderung hat.From the family of curves in FIG . 1 one can see the curve of FIG. 2 as a parameter. It shows that nickel content of a gold-nickel alloy that has a minimum of material migration for a given self-induction.

Bei der besprochenen Legierung ergibt sich noch ein anderer günstiger Umstand: Das im Schaltlichtbogen entstehende Nickeloxyd ist ein Isolator, so daß der Schaltlichtbogen bei jedesmaligem Entstehen einen anderen Fußpunkt auf der Kontaktfläche suchen muß. Je höher also der Nickelgehalt ist, um so gleichmäßiger wird die Verteilung des gewanderten Materials sein. Die nach den oben gemachten Ausführungen günstigste Legierung mit 1611/o Nickelgehalt hat also zugleich auch in dieser Hinsicht die besten Eigenschaften. Höherer Nickelgehalt (über 2011/o) führt zu schwer zu Kontakten verarbeitbaren Werkstoffen. Legierungen um 16% stellen also das Optimum dar.In the case of the discussed alloy, there is another cheaper one Fact: The nickel oxide produced in the switching arc is an insulator, so that the switching arc creates a different base point on the contact surface each time it occurs must look. The higher the nickel content, the more even the distribution of the migrated material. The cheapest after the statements made above Alloy with 1611 / o nickel content also has the best properties. Higher nickel content (above 2011 / o) leads to difficult contacts processable materials. Alloys around 16% therefore represent the optimum.

Die Legierung kann, wie die bekannten, mit den obengenannten Zusätzen zur Erhöhung der Rekristallisationstemperatur versehen werden. Wie sich gezeigt hat, beeinflussen diese Zusätze die Wanderungseigenschaften nicht.The alloy can, like the known ones, with the above-mentioned additives to increase the recrystallization temperature. As shown these additives do not affect the migration properties.

Claims

Claim: Method for the selection of alloy materials for contacts which are intended for operation in a switching circuit taking into account its self-induction and which should have the lowest possible material migration, characterized in that for different alloys with different proportions of the alloy components the size of the material migration in terms of weight in Dependence on the self-induction is determined and that from the ensuing family of curves the selection of the alloy suitable according to its composition is made on the basis of the curve which has a zero point (material migration "0") or the material migration "0" over the largest self-induction range for a given self-induction. or almost "0" . Considered publications: German Patent Nos. 885 266, 880 180, 901930; Zeitschrift für angewandte Physik, 1954, p. 352; ETZ-A, 1954, p. 58.