DE1282184B - Schutzrohrankerkontakt - Google Patents

Description

BUNDESREPUBLIK DEUTSCHLAND

DEUTSCHES

PATENTAMT

AUSLEGESCHRIFT

Int. Cl.:

HOIh

Deutsche Kl.: 21g-4/01

Nummer: 1282184

Aktenzeichen: P 12 82 184.0-33 (K 49903)

Anmeldetag: 4. Juni 1963

Auslegetag: 7. November 1968

Die Erfindung betrifft einen Schutzrohrankerkontakt mit wenigstens zwei magnetisierbaren, Kontaktstellen tragenden, kupferüberzogenen, gegeneinander bewegbaren Zungen und mit einer Vorrichtung zur Erzeugung eines auf die Zungen wirkenden Magnetfeldes.

Derartige Schutzrohrankerkontakte sind wegen ihrer kleinen Ausmaße, wegen der hohen Schaltgeschwindigkeit und wegen des durch die Kapselung bedingten Schutzes gegen korrodierende Einflüsse sehr vorteilhaft. Kupferplattierte Kontaktzungen haben wegen der oberflächlichen Sulfid- und Oxydbildung im allgemeinen einen hohen Übergangswiderstand, so daß solche Kontaktzungen für niedrige Spannungen und Ströme nicht geeignet sind.

Bekannt sind ferner goldplattierte Kontaktzungen, wo durch eine Diffusionsbehandlung eine Legierungsbildung zwischen dem Gold und dem Grundmetall erfolgt. Bei niedrigen Steuerspannungen von 30 V oder weniger und Steuerströmen von 10 mA oder weniger oder bei leistungsloser Schaltung nimmt auch hier der Übergangswiderstand mit der Zahl der Arbeitsspiele zu. In manchen Fällen wächst der Übergangswiderstand nach einer Zahl von einigen zehn Millionen Arbeitsspielen auf über lOOOMilliohm an. Für solche goldplattierten Schutzrohrkontakte ist die Verwendung eines reduzierenden Gases aus Stickstoff und Wasserstoff bekannt. Auch damit kann jedoch diese Verschlechterung des Übergangswiderstandes nicht verhindert werden.

Aufgabe der Erfindung ist die Langzeitstabilisierung des Ubergangswiderstandes eines Schutzrohrkontaktes auf einen niedrigeren Wert.

Diese Aufgabe wird nach der Erfindung dadurch gelöst, daß die mit Kupfer in einer Dicke von mehr als 1 μ plattierten, einer Wärmediffusionsbehandlung im Wasserstoffstrom ausgesetzten Kontaktstellen innerhalb des Schutzrohrgehäuses in einem ein reduzierendes Gas enthaltenden Schutzgas liegen.

Die Verwendung einer zusätzlichen Kupferschicht bringt eine erhebliche Verbilligung, da die Dicke der Goldschicht herabgesetzt werden kann. Es hat sich gezeigt, daß zur Erzielung einer guten Langzeitstabilität die angegebene Mindestdicke der Kupferschicht erforderlich ist. Die Wärmediffusionsbehandlung, die bislang nur für Goldschichten bekannt war, bringt die Bildung einer stabilen Legierungsschicht. Das reduzierende Schutzgas verhindert die Bildung schädlicher Oberflächenbeläge. Die Kombination dieser Maßnahmen bringt eine überraschende Verbesserung des Langzeitverhaltens des Übergangswiderstandes.

Der in der Zeichnung dargestellte Schutzrohr-Schutzrohrankerkontakt

Anmelder:

Kabushiki Kaisha Hitachi Seisakusho,
Keihin Hitachi Engineering Kabushiki Kaisha,
Tokio

Vertreter:

Dr.-Ing. E. Maier, Patentanwalt,
8000 München 22, Widenmayerstr. 5

Als Erfinder benannt:

Hiromi Moriyama,

Hiroshi Yamady,

Toshikatsu Kiriyama,

Tsunemoto Nakanishi, Yokohama-Shi (Japan)

Beanspruchte Priorität:
Japan vom 4. Juni 1962,

vom 5. Juni 1962 (22 323, 22 484, 22 485)

kontakt umfaßt eine Spule 6, ein dicht verschlossenes Glasschutzrohr 5 und magnetisierbar Zungen 1 und 2, die von außen mit ihren als Kontakte wirkenden, einander gegenüberstehenden Abschnitten in das Innere des Rohres 5 hineinragen; sie sind dort eingeschmolzen und befinden sich in einem reduzierenden Gas, z. B. einer Mischung von Stickstoff und Wasserstoff. Bekannte Kontaktzungen sind goldplattiert und dann in einer Diffusionsbehandlung bei hoher Temperatur einer Strömung aus Wasserstoffgas ausgesetzt, wodurch eine diffundierende Schicht von etwa 20 μ Stärke aus Gold und Grundmetall (Eisen-Nickel-Legierung) erhalten wird.

Entsprechend einer Ausbildung der vorliegenden Erfindung wird Kupfer an Stelle von Gold benutzt. In einer weiteren Ausführungsform werden Kupfer und Gold an Stelle von Gold allein benutzt. Obwohl Kupfer leicht Sulfide bildet und an der Luft oxydiert und daher für die Schaltung extrem niedriger Spannungen und Ströme ungeeignet ist, weist es einen außerordentlich konstanten Übergangswiderstand auf, sobald es allein oder zusammen mit Gold zum Diffundieren in das Grundmetall veranlaßt wird und wenn es in ein reduzierendes Gas gebracht wird.

809 630/879

Um die Merkmale der vorliegenden Erfindung noch klarer herauszustellen, werden die folgenden Beispiele für die Behandlung von Kontakten gebracht.

Beispiel 1

Mehrere Kontaktzungen aus Grundmetall wurden mit Kupfer in verschiedenen Schichtdicken zwischen 1 und 8 μ beschichtet und dann für die Dauer von etwa 50 Minuten einer Diffusionsbehandlung bei einer Temperatur von etwa 900° C in einem Wasserstoffstrom ausgesetzt. Jede der so behandelten Kontaktzungen wurde in einen Schutzrohrankerkontakt der oben beschriebenen Art eingebaut, dessen Glasrohr während des Durchströmens eines Stickstoff-Stroms, dem etwa 3 % Wasserstoff beigemischt waren, verschlossen wurde. Jeder Schutzrohrankerkontakt wurde 20 Millionen Leerlaufschaltvorgängen unterworfen, die keine Stromschaltung einschlossen und danach der Übergangswiderstand bestimmt. Die dabei gewonnenen Durchschnittswerte sind nachstehend ; zusammen mit Vergleichswerten für Grundmetalle, die mit Gold und mit Rhodium plattiert waren, angegeben.

»5

Plattierungsmetall

Kupfer ..
Kupfer ..
Kupfer ..
Kupfer ..
Gold ...
Rhodium

Plattierungsstärke

(μ)

1
3

8
4

Mittlerer Übergangswiderstand

Anfangswert
(Milliohm)

26,0
28,5
23,0
26,0
30,0
41,6

nach 20 106

Arbeitsspielen

(Milliohm)

59,3
35,0
34,3
25,6
213
53,9

35

Aus den obenstehenden Werten ergibt sich, daß, abgesehen von dem mit 1 μ Kupfer plattierten Schutzrohrkontakt, die erfindungsgemäßen Schutzrohrkontakte außerordentlich stabile Übergangswiderstände aufweisen. Es zeigt sich ferner, daß die beiden mit Gold und mit Rhodium plattierten Schutzrohrkontakte wesentlich höhere Übergangswiderstände aufweisen als die mit Kupfer in 3 μ oder größerer Schichtdicke plattierten Teile; die Werte für goldplattierte Teile sind etwa siebenmal größer als die für kupferplattierte Elemente.

Wie oben dargestellt, weist Kupfer sehr günstige Eigenschaften für Schutzrohrkontakte auf. Darüberhinaus kostet eine Plattierung mit Kupfer nur ein Drittel der Goldplattierung und ein Achtel der Rhodiumplattierung.

Die erwähnte Wasserstoffbehandlung wurde bei einer Temperatur von weniger als 1083° C (Schmelzpunkt des Kupfers) und über 700° C ausgeführt; unterhalb 700° C bereitet die Diffusionsbehandlung Schwierigkeiten.

Beispiel 2

Bei einer weiteren Ausführungsform der Erfindung wurden diffundierte Schichten von Gold, Kupfer und dem Grundmetall durch Anwendung von Gold und Kupfer an Stelle von Gold allein gebildet. Derartige Schichten von Gold und Kupfer können nach folgenden Verfahren gewonnen werden:

1. Legierungsplattieren des Grundmetalls in einer Plattierungslösung, die Gold- und Kupfersalze enthält, mit anschließender Wärmebehandlung in einem Strom von Wasserstoffgas,

2. Plattieren des Grundmetalls mit Kupfer, darüber - die Goldplattierung, darauf Hochtemperaturbehandlung in einem Strom von Wasserstoffgas,

3. Plattieren des Grundmetalls mit Gold, darüber die Kupferplattierung, darauf Hochtemperaturbehandlung in einem Strom von Wasserstoffgas.

Derartige Arbeitsweisen sind möglich, weil Gold und Kupfer im Hinblick auf Schmelzpunkte und Diffusionskoeffizienten im wesentlichen übereinstimmen.

Als praktisch durchgeführtes Beispiel wurden mehrere Probestücke hergestellt durch Plattieren von Grundmetallteilen in einer Schichtdicke von 0,5 bis 1 μ Kupfer, auf das 4 μ Gold gebracht wurden. Jedes Probestück wurde dann einer 50minütigen Diffusionsbehandlung bei etwa 900° C in einem Wasserstoffgasstrom unterworfen und in einen Schutzrohrankerkontakt eingebaut; die Glasröhre wurde verschlossen, während ein Gasstrom von Stickstoff, dem etwa 3% Wasserstoff beigemischt waren, durchgeleitet wurde. Dann wurde jeder Schutzrohrkontakt 20 Millionenmal leistungsfrei betätigt, wobei keine Stromschaltungen stattfanden; danach wurde der Übergangswiderstand bestimmt. Die dabei gewonnenen Mittelwerte sind nachstehend aufgeführt zusammen mit Vergleichswerten für nur mit Gold plattierte Grundmetalle.

Kupfer	Gold	Mittlerer Übergangswiderstand	nach 20 106
plattierung	plattierung	Anfangs	Arbeitsspielen (Milliohm)
(Stärke μ)	(Stärke μ)	wert (Maliohm)	213
	4	30	64,6
0,5	4	28,5	35
1,0	4	27,9	22,9
1,5	4	25,5

40 Aus der obigen Tabelle ergibt sich, daß die Verbindung einer Kupferplattierung mit einer Goldplattierung die Leistungsfähigkeit der Kontaktzungen in außerordentlichem Maße erhöht und daß bei einer Kupferschichtdicke von 1,5 μ der Übergangswiderstand nach 20 Millionen Arbeitsspielen sogar abgenommen hat. Es zeigt sich demnach, daß die Kupferplattierung zusätzlich zu einer Goldplattierung sehr günstige Ergebnisse zeitigt. Darüber hinaus sind die durch die zusätzliche Kupferplattierung verursachten Mehrkosten außerordentlich gering.

55

Claims (3)

Patentansprüche:

1. Schutzrohrankerkontakt mit wenigstens zwei magnetisierbaren, Kontaktstellen tragenden, kupferüberzogenen, gegeneinander bewegbaren Zungen und mit einer Vorrichtung zur Erzeugung eines auf die Zungen wirkenden Magnetfeldes, dadurch gekennzeichnet, daß die mit Kupfer in einer Dicke von mehr als 1 μ plattierten, einer Wärmediffusionsbehandlung im Wasserstoffstrom ausgesetzten Kontaktstellen innerhalb des Schutzrohrgehäuses in einem ein reduzierendes Gas enthaltenden Schutzgas liegen.

2. Schutzrohrankerkontakt nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Gehäuse als

Schutzgas Stickstoff mit einem Zusatz an Wasserstoff enthält.

3. Schutzrohrankerkontakt nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Kontaktstellen mit einer kombinierten Plattierung aus Gold und Kupfer versehen sind.

In Betracht gezogene Druckschriften:

Deutsche Auslegeschrift Nr. 1 078 251; deutsches Gebrauchsmuster Nr. 1 848 986; britische Patentschrift Nr. 688 336; SEL-Nachrichten, 1960, Heft 1, S. 24.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen

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