DE1690535B1 - Quecksilberschalter - Google Patents

Description

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Die Erfindung betrifft einen elektrischen Schalter Kupfer-Platin-Legierungen zeigen eine gute Benetzmit quecksilberbenetzten Kontaktelementen. Bei barkeit gegenüber Quecksilber, unterliegen jedoch solchen Schaltern handelt es sich im allgemeinen um nur einer geringfügigen bzw. sogar vernachlässig-Kapselschalter, d. h. in einer Umhüllung oder Ab- baren Amalgambildung. Entsprechendes gilt auch dichtung untergebrachte Kontaktanordnungen mit 5 für die erfindungsgemäßen Kupfer-Platin-Nickeleiner Quecksilberfüllung. Die Quecksilberbenetzung Legierungen, wobei der Nickelanteil ohne wesentder Kontaktflächen dient dabei zur Verbesserung der liehe Beeinflussung der gewünschten magnetischen Kontaktierungseigenschaften, insbesondere zur Ver- Kontakteigenschaften erhöht werden kann. Endlich besserung der Übergangsleitfähigkeit, Schaltsicher- wurde sogar gefunden, daß auch Kupfer-Nickelheit und Kontaktlebensdauer. io Legierungen gemäß der Erfindung als Kontakt-Schalter der genannten Art sind allgemein als material für Quecksilberschalter hervorragend ge-Quecksilberschalter bekannt (s. zum Beispiel USA.- eignet sind, da sie gute Benetzbarkeit bei unbedeu-Patentschriften 2609 464 und 2868 926). Die Kon- tender Amalgambildung sowie ohne ungünstige taktflächen solcher Schalter bestehen üblicherweise magnetische Eigenschaften aufweisen,
aus einem Edelmetall, z.B. dem für diese Zwecke 15 Die Erfindung wird weiter an Hand von Ausvielfach verwendeten Reinplatin, welches in Form führungsbeispielen unter Bezugnahme auf den in einer Oberflächenschicht oder Plattierung auf den der Zeichnung im Längsschnitt angedeuteten Queck-Kontaktkörper gebracht wird. Gleichfalls üblich ist silber-Kapselschalter erläutert,
die Verwendung von Kontaktschichten aus Platin- Der dargestellte Schalter umfaßt ein z. B. aus Glas Nickel-Legierungen. Auch ist es bekannt, Kontakt- 20 bestehendes, rohrförmiges Gehäuse 10, an dessen körper mit einer Platin-, Nickel- oder einer Kupfer- beiden Enden 10 a und 10« Anschlußdrähte 10 und schicht zu überziehen (USA.-Patentschrift 2 547 536). 12 bzw. 20 für den im Beispielsfall angenommenen Kontaktflächen aus Platin oder Platin-Nickel- Umschalter eingeschmolzen sind. Die Anschluß-Legierungen neigen jedoch innerhalb einer kurzen drahte 11 und 12, deren innere Enden als Fest-Zeitdauer nach der Inbetriebnahme zu Hafterschei- 25 kontakte des Umschalters ausgebildet sind und Konnungen mit entsprechenden Betriebsstörungen in- taktelemente 13 bzw. 14 tragen, sowie eine bewegfolge ausbleibender Trennung der Kontakte. Ins- liehe Kontaktfeder^, deren Endabschnitt 15α mit besondere wurde festgestellt, daß sich bei der Be- entsprechenden Kontaktelementen versehen ist und rührung von Quecksilber mit Platin im Bereich der den Umschaltkontakt bildet, bestehen aus magne-Kontaktflächen Amalgam bildet, welches die Ober- 30 tischem Werkstoff. Das Gehäuse 10 ist von einer flächenglätte der Kontakte beeinträchtigt und infolge Erregerwicklung22.umgeben, mittels der die Konder auftretenden Oberflächenrauheit eine mecha- taktfederl5 in.ihre, verschiedenen Arbeitsstellungen nische Verklammerung oder Haftung der Kontakt- überführt wird.

flächen hervorruft. Die an sich erwünschte und vor- Am inneren Ende des Anschlußdrahtes 20 ist ein teilhafte Benetzung der Kontaktflächen mit Queck- 35 Metallnapf 20 a angebracht, der innerhalb einer Konsilber führt somit infolge dieser Amalgambildung zu taktfiüssigkeit 21, z. B. Quecksilber, liegt. Die Konanderweitigen Schwierigkeiten. Die Neigung zur taktflüssigkeit kann im Füllungszustand aus reinem Amalgambildung läßt sich nun zwar durch Legie- Quecksilber bestehen oder Zusätze von Kupfer rung des Kontaktmaterials Platin mit einem ent- od. dgl. enthalten.

sprechend hohen Nickelanteil vermindern bzw. 40 Die KontaktfederlS ist mit dem Metallnapf 20a unterdrücken, jedoch erhalten die Kontakte dadurch durch einen im wesentlichen S-förmig gebogenen magnetische Eigenschaften, die wiederum zu Schwie- Abschnitt 15 b verbunden und taucht in die Kontaktrigkeiten, insbesondere zu einer Haftneigung der flüssigkeit 21 ein, die über den mittleren Abschnitt Kontakte führen. Kontakte aus Platin-Nickel-Legie- der Kontaktfeder 15 zum Umschaltkontakt am Endrungen stellen daher .ebenfalls noch keine völlig zu- 45 abschnitt 15 a der Kontaktfeder befördert wird. Die friedenstellende Lösung des vorliegenden Problems Kontaktelemente des Umschaltkontaktes werden dar. hierdurch mit der Kontaktflüssigkeit benetzt und Man hat auch schon versucht, die Hafterschei- stellen in ihrer linken bzw. rechten Endlage je nach nungen dadurch zu vermeiden, daß man als Kon- der Erregung der Wicklung 22 Kontakt mit den Antaktflüssigkeit nicht-riänes Quecksilber, sondern eine 50 schlußdrähten 11 bzw. 12 her. Für den im Beispiels-Lösung von Quecksilber und Kupfer (USA.-Patentr fall angedeuteten Umschalter mit mechanisch staschrift 2732459) bzw. von Quecksilber, Zinn und biler Mittellage wird ein permanentmagnetischer Kupfer (USA.-Patentechrift 3 018 354) benutzt hat. Umschaltkontakt benötigt,^ der durch Richtungs-Aufgabe der Erfindung ist in diesem Zusammen- umkehr des Erregerstromes in die eine oder andere hang die Schaffung*;, eines Kontaktwerkstoffes für 55 Endlage ausgelenkt werden kann. Die Kontaktfeder Quecksilberschalter, bei dem die Haftneigung durch 15 besteht hierbei z. B. zweckmäßig aus einem Amalgambildung ohne Auftreten unerwünschter Magnetwerkstoff ,'mit 78,5 Vo Nickel, 21,2% Eisen magnetischer Eigenschaften des Kontaktmaterials und 0,3 °/o Mangan (Permalloy),
überwunden ist. Die erfindungsgemäße Lösung Die Kontaktelemente 13 und 14 der Festkontakte dieser Aufgabe kennzeichnet sich bei einem Schalter 60 sowie gegebenenfalls auch die mit ersteren in Verder eingangs genannten Art dadurch, daß wenigstens bindung tretenden Kontaktelemente des Umschalteines der Kontaktelemente eine Kontaktfläche auf- kontaktes bestehen aus einer erfindungsgemäßen, im weist, die aus einer Legierung von Kupfer mit Pia- wesentlichen unmagnetischen Legierung, die bei tin und/oder Nickel besteht. guter Benetzbarkeit zu einer nur unbedeutenden, Der erfindungsgemäße Kupferanteil im Kontakt- 65 jedenfalls aber auf die Oberfläche beschränkten und material verhütet in vorteilhafter Weise die Haft- nicht in die Tiefe des Kontaktmaterials eingreifenden neigung ohne die Erzeugung von unerwünschten Amalgambildung mit der Kontaktflüssigkeit, z. B. magnetischen Eigenschaften. Die erfindungsgemäßen Quecksilber, neigt. Besonders günstige Verhältnisse

Claims (1)

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   ergeben sich ζ. B. bei einer Kapillarwirkung zwi- Die Kontaktelemente 13 und 14 der beschriebenen sehen Kontaktmaterial und Kontaktflüssigkeit, die Ausführungsform wie auch diejenigen der wie beeinem Grenzwinkel von 20° oder weniger entspricht. schrieben untersuchten Schalter bestanden aus einer Als Grenzwinkel wird in diesem Zusammenhang der Kontaktschicht der genannten PtCu_s-Legierung auf Winkel zwischen der benetzten Oberfläche und der 5 einem Grundmetall. Die Aufbringung solcher Kon-Tangentialebene der Flüssigkeitsoberfiäche in deren taktschichten läßt sich vorteilhaft durch Ver-Endkante verstanden. schweißen oder Verlöten eines größeren Legierungs-

   Beispielsweise kommt als KontaktflüssigkeitQueck- blattes auf eine Folie oder sonstige Anordnung des

   silber mit einem geringen Anteil von Kupfer in Be- Grundmetalls sowie anschließendes Ausschneiden

   tracht — wie dies bereits aus der USA.-Patentschrift io oder Ausstanzen der gewünschten Kontaktelemente

   2 732 459 bekannt ist —, wobei nunmehr die Kon- bewerkstelligen. Die Verbindung des Grundmetalls

   taktelemente 13 und 14 aus einer Kupfer-Platin- dieser Kontaktelemente mit den Anschlußdrähten

   Legierung bestehen. Besonders günstige Eigenschaf- bzw. Kontaktfedern des Schalters wird sodann in

   ten lassen sich erfahrungsgemäß erzielen, wenn üblicher Weise durchgeführt.

   Platin und Kupfer in der Legierung in einem 15 Auch andere Herstellungsverfahren können für

   stöchiometrischen Verhältnis entsprechend der For- die erfindungsgemäßen Kontakte angewendet wer-

   mel PtCu₃ stehen. den. Zum Beispiel kommt eine Aufbringung des

   Kontaktelemente mit der letztgenannten Zu- Kontaktmaterials durch Spritz- und Elektroplattier-

   sammensetzung sind eingehenden Betriebsversuchen verfahren vorteilhaft in Betracht. Die Stärke der

   unterworfen worden und zeigten hervorragende 20 Kontaktschicht wird dabei zweckmäßig mindestens

   Eigenschaften, insbesondere eine wesentlich ver- zu 10 ■ 10~³ mm gewählt.

   minderte Haftneigung. Unter anderem wurde eine Die vorangehenden Erläuterungen gelten sinngrößere Anzahl von Quecksilberschaltern mit PtCu₃- gemäß auch für andere Legierungen, bei denen die Kontakten einem Wärmetest unterzogen, wobei Platinkomponente durch ein anderes Metall der durch die erhöhte Temperatur eine verstärkte Amal- 25 Nickelgruppe ersetzt ist, insbesondere durch Nickel gambildung und entsprechende Haftneigung er- selbst. Außer entsprechenden Kupfer-Nickel-Legiezwungen werden sollte. Im einzelnen wird im fol- rangen kommen ferner auch Kupfer-Platin-Nickelgenden auf einen bestimmten Versuch Bezug ge- Legierungen in Betracht, bei denen die Platinnommen, der sich auf vier Versuchschargen zu je komponente also nur teilweise durch Nickel ersetzt zehn Schaltern erstreckte. Drei Versuchschargen 30 ist. Ein bevorzugter Wert des Nickelanteils liegt bei wurden während einer Zeitdauer von 16 Stunden auf 12 bis 15 Gewichtsprozent. Mit diesen und anderen einer Temperatur von 90° C gehalten, wonach inner- Legierungstypen lassen sich Kontakteigenschaften halb von zweien dieser Chargen keinerlei Kontakt- erzielen, die denjenigen von Kupfer-Platin-Legiefehler und in der dritten Charge bei nur einem rangen nahekommen oder entsprechen.
   Schalter ein Kontaktfehler auftrat, der jedoch auf 35 Der Kupferanteil der erfindungsgemäßen Legieteilweise Trockenheit der Kontakte, d. h. auf einen rangen kann in gewissen Grenzen verändert werden, anderen Grand zurückzuführen war. Die vierte Abweichend von der im Beispielsfall untersuchten Charge wurde für 92 Stunden einer Temperatur von stöchiometrischen Legierungszusammensetzung kön-90° C unterworfen, wonach kein Kontaktfehler auftrat. nen auch andere Kupferanteile zu befriedigenden

   Ferner wurde eine dieser Versuchschargen einer 40 Ergebnissen führen. Wenn es z. B. nicht auf größt-

   künstlichen Alterang unterworfen, und zwar zu- mögliche Unterdrückung der Haftneigung ankommt,

   nächst durch eine Wärmebehandlung bei 90° C für kann der Kupferanteil bis zu 5 Gewichtsprozent

   eine Zeitdauer von 108 Stunden, wobei jeweils nach herabgesetzt werden. Zuverlässigere Kontakteigen-

   32, 48 und 108 Stunden Kontaktversuche vorgenom- schäften ergeben sich jedoch bei höheren Kupfer-

   men wurden. Anschließend wurde die Charge 45 anteilen bis zu 55 Gewichtsprozent. Optimale Eigen-

   6 Monate bei Raumtemperatur gelagert. Weder wäh- schäften werden erzielt, wenn der Kupfergeh alt in

   rend der Wärmebehandlung noch nach der an- der Legierung gerade zur chemischen Stabilisierung

   schließenden Lagerung ergaben sich bei einem der Berührungsflächen zwischen Kontaktmaterial

   Schalter Koniaktfehler. und Kontaktflüssigkeit ausreicht.

   Eine andere Charge wurde 92 Stunden auf 90° C 50 Ähnliches gilt für die Veränderung des Nickelgehalten, wobei sich weder in einer Zwischenprüfung anteils in Kupfer-Nickel-Legierungen. Der Nickelnach 32 Stunden noch in einer Endprüfung nach gehalt kann zwar ohne Auftreten nachteiliger 92 Stunden ein Kontaktfehler zeigte. Anschließend Magnetisierangseigenschaften bis zu 70 Gewichiswurden die Schalter bei 2facher Nennschaltleistung prozent gesteigert werden, günstige Kontakteigen-264 Stunden lang mit einer Schaltfrequenz von 55 schäften ergeben sich jedoch bevorzugt in einem 60/sec einem Betriebsversuch unterworfen sowie an- Bereich des Nickelanteils von 20 bis 65 Gewichtsschließend nochmals für 64 Stunden auf 90° C er- prozent.
   hitzt. Auch hierbei ergab sich an keinem der Schalter ein Kontaktfehler. Lediglich bei einem Schalter Patentansprüche:
   ergab sich ein merklich erhöhter Anzugsstrom. 60

   Unter gleichen Bedingungen zeigen Quecksilber- 1. Elektrischer Schalter mit quecksilberschalter mit Platin- oder Platin-Nickelkontakten benetzten Kontaktelementen, dadurch gehohe Störanfälligkeit durch Kontakthaftung. kennzeichnet, daß wenigstens eines der

   Während der beschriebenen Versuche wurde ins- Kontaktelemente (13, 14) eine Kontaktfläche

   besondere auch die Kontaktbenetzung überprüft. 65 aufweist, die aus einer Legierung von Kupfer

   Abgesehen von dem einzigen erwähnten Störungs- mit Platin und/oder Nickel besteht,

   fall ergab sich immer eine einwandfreie Quecksilber- 2. Schalter nach Anspruch 1, dadurch gekenn-

   bedeckung der Kontakte. zeichnet, daß die Legierung aus 5 bis 55 Ge-

   wichtsprozent Kupfer mit restlichem Platinanteil besteht.

   3. Schalter nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Legierung aus Platin und Kupfer in einer stöchiometrischen Zusammensetzung entsprechend der Formel PtCu₃ besteht.

   4. Schalter nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Legierung aus Kupfer und Platin sowie 12 bis 15 Gewichtsprozent Nickel besteht.

   5. Schalter nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Legierung 20 bis 65 Gewichtsprozent Nickel mit restlichem Kupferanteil enthält.

   6. Schalter nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Legierung 5 bis 55 Gewichtsprozent Kupfer sowie bis zu 70 Gewichtsprozent Nickel und einen restlichen Platinanteil enthält.

   7. Schalter nach einem der vorangehenden Ansprüche, mit einem zwischen zwei Festkontakten bewegbaren Umschaltkontakt, dadurch gekennzeichnet, daß die Kontaktfläche des Umschaltkontaktes (15) aus einer wenigstens einem der festen Kontaktelemente (13, 14) entsprechenden Legierung nach einem der vorangehenden Ansprüche besteht.

   Hierzu 1 Blatt Zeichnungen