DE2053410A1 - Kontaktanordnung - Google Patents

Description

SIEMENS AKTIENGESELLSCHAFT München, den 3Q.OK11970

BERLIN UND MÜNCHEN Witteisbacherplatz

70/6232

Kontaktanordnung.
(Zusatz zu DBP 1 178 533)

Gegenstand des Hauptpatentes ist eine Kontaktanordnung mit einer auf einem Träger aufgebrachten Schicht aus Kontaktmaterial, bei der auf einen Kontaktträger aus einem Material mit einer bestimmten Materialwanderungsrichtung ein Kontaktwerkstoff mit entgegengesetzter Materialwanderungerichtung in einer Schicht aufgetragen ist, deren Höhe derart dünn bemessen ist, dass sioh durch die Materialwanderung eine gleichmässig über die Kontaktfläche verteilte, praktisch ebene Abtragung ergibt und somit an den Kontaktberührungsflächen keine die Kontaktgabe beeinträchtigenden Krater bzw. Erhebungen bilden.

Kontaktanordnungen der vorgenannten Art zeichnen sich in Übereinstimmung mit der Zielsetzung der dem Hauptpatent zugrundeliegenden Erfindung durch eine weitgehende Eliminierung der schädlichen Auswirkungen von Materialwanderungserscheinungen aus, so dass sie eine vorteilhaft lange und störungsfreie Lebensdauer aufweisen.Die Offenbarungen des Hauptpa-•tentes beschränken sich allerdings hinsichtlich des in der Praxis realisierten Aufbaues der Kontaktanordnung und der verwendeten Kontaktwerkstoffe auf ein einziges Ausführungsbeispiel, nämlich auf eine Eisen-Nickel-Legierung für den Kontaktträger und auf eine Platin-Wolfram-Legierung mit Anteilen von etwa 5 Gew.$> Wolfram und 95 Gew.# Platin. Hierbei ist die Eisen-Nickel-Legierung zwingende Voraussetzung als

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Werkstoff für den Kontaktträger, weil dieser zur Verwendung in sogenannten reed-Kontakten als eine den magnetischen Wirkfluss führende Zunge ausgebildet ist und deshalb aus ferromagnetiechem Material sein muss. Dieser Aufbau der Kontaktanordnung ist also erstens auf ein eng umrissenes Anwendungsgebiet beschränkt. Zweitens erzwingt die Verwendung der Vorgenannten ferromagnetische Legierung mit ihrer ganz bestimmten Mata^ialwanderungsrichtung die Beschichtung mit einem Kontaktwerkstoff entgegengesetzter Materialwanderungsrichtung, so dass die Auswahl an Werkstoffen begrenzt ist. Dabei kommt erschwerend hinzu, dass aus dieser ohnehin begrenzten Zahl von Kontaktwerkstoffen wiederum nur solche verwendbar sind, welche aueser in Bezug auf die Haterialwanderungsrichtung auch den übrigen Forderungen hinsichtlich ihres elektrischen Leitwertes, ihrer Vickershärte, ihrer Abbrandfestigkeit und dergleichen gerecht werden. Demgegenüber soll der nach der Lehre des Hauptpatentes erzielte vorteilhafte Effekt für Kontaktanordnungen nutzbar gemacht werden, die nicht nur für magnetisch betätigbare Schaltkontakte, sondern für ein möglichst breites Spektrum von Schaltanordnungen verwendbar sind, und wobei auseerdem naeh dem heutigen Stand der Technik ale vorteilhaft angesehene und in der Praxis bewährte Kontaktwerkstoffe Verwendung finden.

Erreicht wird die* gemäss der Erfindung dadurch, dass der auf den Kontaktträger ale dünne Schicht aufgetragene Kontaktwerkstoff aus einer Palladium-Kupfer-Legierung (PdCu) besteht.

Diese Legierung zeigt nämlich die überraschende und vorteilhafte Eigenschaft, dass die effektive Materialwanderungsrichtung (Nettowanderung) in Abhängigkeit vom prozentualen Gewichtsanteil des Kupfers an der Legierung wählbar let. Es sind insgesamt drei Gruppen feststellbar, in denen entweder die Anode oder die Kathode bevorzugt Material abgibt, oder sogar die

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Wanderungerichtung mit der Veränderung dee über den Kontakt flieeaenden Stromes wechselt. Ea iet ohne weiteres einleuchtend, dass auf diese Weise unter vorteilhafter Beibehaltung der stete gleichen Werketoffkomponenten Pd und Cu und lediglich durch geeignete Dimensionierung des Kupferzusatzes eine äusserst vorteilhafte und weitgreifende Anpassungsmöglichkeit der Kontaktschicht an eine Vielzahl von in Bezug auf ihre elektrischen Eigenschaften, mechanische Standfestigkeit und dergl., geeigneten Werkstoffen für den eigentlichen Kontaktträger geschaffen ist, so dass man allen in der Praxis auftretenden diesbezüglichen Forderungen zufriedenstellend gerecht werden kann.

So sieht ein Ausführungsbeießiel der Erfindung vor, dass die PdCu-Legierung einen Kupferanteil kleiner 12 Gew.£ besitzt. Hierbei ergibt sich eine Legierung, die bei allen praktisch in Frage kommenden kritischen Strombelastungen der Kontaktanordnung einen Anodenverlust aufweist.

Der gleiche Effekt, d.h. ein bevorzugter Anodenverlust tritt auf, wenn gemäss einem anderen Ausführungsbeispiel der Erfindung die PdCu-Legierung einen Kupferanteil grosser 59 Gew.jC besitzt.

Besitzt hingegen gemäss einem weiteren Ausführungsbeispiel der Erfindung i-*«? PdCu-Legierung einen Kupferanteil im Bereich zwischen 35 und 50 Gew.jC, so zeigt die Legierung überraschenderweise einen Kathodenverlust.

Ein besondere interessierender Effekt tritt in Erscheinung, wenn gemäss einer weiteren Ausgestaltung der Erfindung die PdCu-Legierung einen Kupferanteil im Bereich zwischen 12 und 35 oder 50 und 59 Gew.# besitzt. Hierbei hängt nämlich die Materialwanderungar ichtung von der Belastung der Kontaktanordnung ab, d.h. sie wechselt je nach der Stromstärke von Anodenverlust zu Kathodenverlust und umgekehrt.

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Soweit die nach der Lehre des Hauptpatentes vorgeschriebenen entgegengesetzten Materialwanderungsrichtungen des Kontaktträgers und der auf ihn aufgetragenen Schicht gegeben sind, ist es von besonderem Vorteil, wenn gemäss einer Weiterbildung der Erfindung der Kontaktträger zumindest in seinem nach der Abwanderung der PdCu-Legierungsschicht der Kontaktgabe dienenden Bereich aus Kupfer besteht. Kupfer besitzt nämlich erstens einen sehr hohen elektrischen Leitwert, ist darüberhinaus in der Technik der Kontaktherstellung sehr weit verbreitet, weist ausserdem gute Resistenz gegenüber Abbrand auf und lässt sich schliesslich technologisch auch gut verarbeiten. Insbesondere sorgt das Kupfer in Gegenüberstellung mit dem Gegenstand des Haip tpatentes nach der Abwanderung der aufgetragenen dünnen Kontakwerkstoffschicht für eine weit bessere Kontaktgabe des Kontaktträgers als die dort verwendete Eisen-Nickel-Legierung.

Im folgenden wird die Erfindung anhand der Zeichnung näher erläutert. Hierzu zeigt die Zeichnung ein Diagramm, auf dessen Ordinate das Volumen V in cm eines durch Materialwanderung gebildeten Kraters und auf der Abszisse dUe über die Kontaktanordnung insgesamt fliessende Elektrizitätsmenge Q in Aeec aufgetragen ist. Dabei ist auf der Ordinate ein über der Null-Linie liegender Bereich AV für eine Kraterbildung durch Anodenverlust und unterhalb der Null-Linie ein Bereich KV für eine Kraterbildung durch Kathodenverlust vorgesehen. Die mit VZA bzw. VZK bezeichneten Werte auf der Ordinate bedeuten empirisch ermittelte Grossen, bei denen die den aufgetragenen Kurven 1 bis 4 zugehörigen Kataktanordnungen als unbrauchbar bewertet werden, d.h. die Gefahr besteht, dass bei dem diesen vorgenannten Werten entsprechenden Volumen des Kraters und der analogen, im Diagramm nicht in Erscheinung tretenden Grosse des "Berges" auf dem Gegenkontakt ein mechanisches Verhaken und damit ein Versagen der Kontaktanordnung eintritt. Die im Diagramm eingetragenen Kurven 1 bis 4 zeigen das Veiialten der angegebenen Kontakt-

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anordnungen Cu (Kupfer), PdCu4o (Legierung aus Palladium mit 40 Gew.# Kupfer) PdAg5o (Legierung aus Palladium mit 50 Gew.# Silber) und der gemäss der vorliegenden Erfindung aufgebauten neuen Kontaktanordnung Cu + PdCu4o (Kontaktträger aus Kupfer mit Beschichtung aus einer Legierung von Palladium mit 40Gew.# Kupfer).Von diesen Kontaktanordnungen weisen die den Kurven 1 bis 3 zugehörigen Kontaktanordnungen mit den Werkstoffen Cu und PdAg5o Anodenverlust, hingegen PdCu4o Kathodenverlust auf, wobei diese Materialwanderungsrichtung bereits von Beginn der Schalttätigkeit her eingehalten ist. Bei der gemäss der Erfindung aufgebauten Kontaktanordnung Cu + PdCu4O hingegen zeigt sich zuerst über relativ sehr grosse transformierte Ladungsmengen bzw. über eine analog lange Zeitdauer hinweg ein Kathodenverlust, der dann in Anodenverlust wechselt. Dieser Wechsel in der Materialwanderungsrichtung tritt erst ein, nachdem die auf den Kontaktträger aufgebrachte Schicht aus PdCu4O praktisch abgetragen ist.

Als interessierende Erkenntnis aus dem Diagramm ergibt sich eine ganz erheblich gesteigerte Lebensdauer der gemäss der Erfindung ausgebildeten Kontaktanordnung gegenüber den bisher verwendeten Kontaktanordnungen, was sich anhand der mit Z1 bis Z4 bezeichneten Schnittpunkte der Kurven 1 bis 4 mit den Abszissen VZA bzw. VZK zeigt.

6 Patentansprüche
1 Figur

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Claims (6)

1. -*"- 2U53410

   Patentansprüche

   Kontaktanordnung mit einer auf einem Träger aufgebrächten Schicht aus Kontaktmaterial, bei der auf einen Kontaktträger aus einem Material mit einer bestimmten Materialwanderungsrichtung ein Kontaktwerkstoff mit entgegengesetzter Materialwanderungsrichtung in einer Schicht aufgetragen ist, deren Höhe derart dünn bemessen ist, daes sich durch die Materialwanderung eine gleichmässig über die Kontaktfläche verteilte praktisch ebene Abtragung ergibt und somit an den Kontaktberührungsflächen keine die Kontaktgabe beeinträchtigenden Krater bzw. Erhebungen sich bilden, nach DBP 1 178 533, dadurch gekennzeichnet, dass der auf den Kontaktträger als Schicht aufgetragene Kontaktwerkstoff aus einer Palladium-Kupfer-Legierung (PdCu) besteht.
2. 2. Kontaktanordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die PdCu-Legierung einen Kupferanteil kleiner als 12 Gew.# besitzt.
3. 3. Kontaktanordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die PdCu-Legierung einen Kupferanteil grosser als 59 Gfew.^i besitzt.
4. Kontaktanordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die PdCu-Legierung einen Kupferanteil im Bereich zwischen 35 und 50Gew.# besitzt.
5. 5. Kontaktanordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die PdCu-Legierung einen Kupferanteil im Bereich zwischen 12 und 35 oder 50 und 59 Gt£w.# besitzt.
6. 6. Kontaktanordnung nach Anspruchs oder 5, dadurch gekennzeichnet, dass der Kontaktträger zumindest in seinem nach der Abwanderung der PdCu-Legierungsschicht der Kontaktgabe dienenden Bereich aus Kupfer besteht.

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