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Elektrische Dauerkontaktanordnung Bei kraftschltlssigen elektrischen
Verbindungen ist der Ubergangawiderstand zwischen den Kontaktstücken abhängig von
der Fremdschicht, die sich zwischen den Kontaktstücken befindet, und von der Größe
und Zahl der Berührungsstellen der beiden Kontaktflächen. Die zwischen den Kontaktstücken
vorhandene Fremdschicht nimmt infolge von Umwelteinflüssen, wie beispiels weise
Temperatur, Gase und Feuchtigkeit, an Dicke und Ausdehnung allmählich zu, so daß
die Berührungsilächen der beiden Kontaktstüoke laufend verringert werden. Dadurch
steigt der elektrische Übergangswiderstand der elektrischen Verbindung an. Diese
Wirkung wird noch beschleunigt, wenn die Kontaktstücke gegeneinander bewegt werden,
wie es beispielsweise bei TemperaturSnderungen infolge unterschiedlicher Temperaturausdehnungskoeffizienten
der beiden Kontaktstücke der Fall sein kann.
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Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, das Kontaktverhalten einer
elektrischen Dauerkontaktanordnung, die aus zwei Kontaktstücken besteht, zu verbessern.
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Zur Lösung dieser Aufgabe sieht die Erfindung vor, daß mindestens
eines der beiden Kontaktstücke im Bereich der Kontaktflachen mechanisch verformt
und mit einer metallenen, whiskerbildenden Schicht überzogen ist.
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Bei einem gemäß der Erfindung ausgebildeten Dauerkontakt wachsen im
Laufe der Zeit aus der mechanisch verformten und mit der whiskerbildenden Schicht
überzogenen Kontaktfläche Fadenkristalle, sogenannte Whisker, heraus und dringen
in die gegenüberliegende
Kontaktfläche ein, erfüllen den Raum in
der unmittelbaren Umgebung der Kontaktflächen und verfilzen miteinander. Da die
Whisker eine wesentlich höhere mechanische Festigkeit, höhere elektrische Leitfähigkeit
und höheren Korrosionswiderstand haben als das Nuttermetall, d.h. als das Metall,
aus dem sie herauswachsen, ergibt sich im Laufe der Zeit eine Vergrößerung der Kontaktfläche
zwischen den beiden Kontaktstücken und damit eine Verringerung des Übergangswiderstandes
des Dauerkontaktes. Außerdem wird die mechanische Festigkeit des Dauerkontaktes
erhöht.
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Für den an sich bekannten physikalischen Effekt der Bildung von Whiskern
(Zeitscirift nMetallwissenschaft und Technik", 1965, Heft 5, Seite 423 ff.) ist
wesentlich, daß in dem Werkstoff, aus dem die Whisker herauswachsen sollen, Spannungen
vorhanden sind. Derartige Spannungen können im wesentlichen durch Kaltverformung
und gefügeverändernde Wärmebehandlungen des Werkstoffes erzielt werden. Besonders
starke Whiskerbildungen können erreicht werden, wenn ein spannungsreiches Grundmaterial
mit einem metallenen Überzug versehen wird.
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Eine besonders günstige Kombination hierfür stellen galvanisch verzinnte
Stahlteile dar, bei denen bei Raumtemperatur bereits nach 4 Wochen Whiskerbildung
auftreten kann.
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In Weiterbildung der Brsindung besteht die mechanische Verformung
der Kontaktflächen darin, daß in die Kontaktflächen der Kontaktstücke Vertiefungen
in möglichst geringem Abstand voneinander eingeprägt oder eingestanzt sind. Ebenso
kommen Einkerbungen in Frage, die in die Kontaktflächen der Kontaktstücke beispielsweise
eingemeißelt sind.
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Als besonders vorteilhaft für die den elektrischen Ubergangswiderstand
des Dauerkontaktes herabsetzende Mhiskerbildung hat sich die Verwendung einer galvanisch
aufgebrachten Zinnschicht auf den mechanisch verformten Kontal;tflächen erwiesen.
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Bei der Herstellung eines gemäß der Erfindung ausgebildeten elektrischen-Dauerkontaktes
empfiehlt es sich, die Kontaktflächen erst nach dem Aufbringen der whiskerbildenden
Schicht mechanisch zu verformen.
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Die Erfindung sei an Hand von in den Figuren darges-tellten Ausführungsbeispielen
der neuen elektrischen Dauerkontaktanordnung näher erläutert.
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In Fig. 1 ist in schematischer Darstellung und stark-vergrößertem
Maßstab ein Ausschnitt der Berührungszone zwischen den beiden Kontaktstücken 1 und
2 einer elektrischen Dauerkontaktanordnung gezeigt. Infolge der Rauhigkeit der Kontaktoberflächen
ergeben sich zwischen den beiden Kontaktstücken lediglich örtliche Berührungen,
wie beispielsweise im Bereich 3.
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Der Übergangswiderstand einer solchen Kontaktanordnung hat einen bestimmten
Ausgangswert und nimmt im Laufe der Zeit durch physikalische und chemische Veränderungen
in der Berührungszone zu. Dabei bildet sich nach längerer Zeit, wie es in Fig. 2
dargestellt ist, zwischen den beiden Kontaktstücken 1 und 2 eine sogenannte Fremdschicht
4 mit hohem elektrischen Widerstand. Diese Fremdschicht, die sich auch zwischen
den unmittelbaren Berührungsstellen der beiden Kontaktstücke ausbildet, erhöht also
den elektrischen Übergangswiderstand der Dauerkontaktanordnung. Der elektrische
Übergangswiderstand einer solchen Kontaktanordnung wächst daher ständig an.
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Bei der in Fig. 3 dargestellten Kontaktanordnung sind diese nachteiligen
Erscheinungen der Alterung der Berührungszone zwischen den beiden Kontakten verhindert
und ins Gegenteil verkehrt, d.h. der Übergangswiderstand dieser Kontaktanordnung
wird mit zunehmender Zeit kleiner. Zu diesem Zweck sind die beiden Kontaktstücke
10 und 11 wenigstens im Bereich der Kontaktflächen derart mechanisch verformt, daß
im Werkstoff
mechanische Spannungen vorhanden sind. Weiterhin sind
die Kontaktflächen mit einer nicht näher bezeichneten metallenen Schicht überzogen.
Hierbei handelt es sich beispielsweise um eine auf die aus Stahl bestehenden Kontaktstücke
10 und 11 galvanisch aufgebrachte Zinnschicht.
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Die mechanische Spannungen erzeugende Verformung der Kontaktstücke
im Bereich der Kontaktflächen und der metallene Uberzug bewirken, daß im Laufe der
Zeit aus den Kontaktflächen Fadenkristalle 12, sogenannte Whisker, herauswachsen.
Diese Whisker verhaken sich miteinander und wachsen auch in die jeweils gegenüberliegende
Kontaktfläche hinein. Dadurch ergibt sich trotz der sich ausbildenden Fremdschicht
4 eine Zunahme der Kontaktfläche zwischen den beiden Kontaktstücken 10 und 11 und
damit eine Verringerung des Übergangswiderstandes.
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In den Figuren 4 und 5 sind zwei Kontaktstücke 20 und 25 einer elektrischen
Dauerkontaktanordnung dargestellt, wie sie bei der Montage von Garnituren für elektrische
Kabel, insbesondere Nachrichtenkabel, vorkommt. Dabei handelt es sich um die elektrische
Kontaktierung des metallenen Kabelmantels oder des Kabelschirmes innerhalb einer
Verbindungsmuffe. Hierzu wird der metallene Kabelmantel oder der metallene Schirm
des Kabels mit Hilfe einer sogenannten, beispielsweise aus den deutschen Gebrauchsmustern
6 915 639 und 7 009 798 bekannten Kabelabfangung mechanisch in der Verbindungsmuffe
festgelegt und elektrisch kontaktiert.
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Bei dem in Fig. 4 dargestellten Kontaktstück 20 handelt es sich um
den elektrischen Schirm eines Nachrichtenkabels, in den rechteckförmige Vertiefungen
in möglichst geringem Abstand voneinander eingeprägt sind. Dadurch diese Einprägungen
bilden sich in dem elektrischen Schirm mechanische Spannungen aus, die die Bildung
von FThiskern begünstigen.
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Bei dem in Fig. 5 dargestellten Kontaktstück handelt es sich um den
sogenannten Stützring, auf den der elektrische Schirm 20 aufgeschellt wird, Hierbei
sind die mechanischen Spannungen im Kontaktstück 25 durch Einkerbungen 28 erzeugt,
die mit Hilfe eines Haumeißels in die Oberfläche des Stützringes eingearbeitet sind
Dabei entstehen die Grate 27.
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Zur Begünstigung der Whiskerbildung sind sowohl der elektrißche Schirm
20 als auch der Stützkörper 23 im Bereich der Kontektflächen mit einer metallenen
Schicht, beispielsweise einer Zinn-, Zink- oder Cadiumschicht, überzogen. Diese
Schicht, die lediglich eine Stärke von einigen 10-3 mm hat, jat nicht näher dargestellt.
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Fig. 6 zeigt ein weiteres Anwendungsbeispiel der neuen Dauerkontaktanordnung.
Hierbei handelt es sich um die Verbindung zweier elektrischer Leiter 33 und 34,
die zwischen den beiden Kontaktstücken 31 und 32 eingeklemmt sind. Zur Erhöhung
des Übergangswiderstandes dieses Dauerkontaktes 30 ist der Raum wischen den beiden
Kontaktstücken 31 und 32 und den Leitern 33 und 34 mit einer geleeartigen Masse
35 ausgefüllt, die metallene* whiskerbildende Füllkörper 36 enthält. Bei diesen
Füllkörpern handelt es sich um kaltverformte Metallkugeln, die mit einer whiskerbildenden
Schicht Überzogen sind. Im Laufe der Zeit wachsen aus diesen Füllkörpern Fadenkristalle
37 heraus, die miteinander verfilzen und in die Oberfläche der Leiter 33 und 34
sowie der Kontaktstücke 31 und 32 eindringen. Dadurch ergibt sich eine Verringerung
des Übergangswiderstandes zwischen den beiden Leitern 33 und 34.
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Um das Whiskerwachstum auszulösen oder zu beschleunigen, können in
der geleeartigen Masse 35 örtlich korrosiv wirkende Stoffe, z.B. Partikel aus schwefelhaltigem
Gummi, enthalten sein, die eine Spannungsänderung im Überzugs- oder Grundmetall
hervorrufen. Die für die Korrosion erforderlichen chemischen
Verbindungen,
z.B. Sauerstoff oder Wasser, können in der geleeartigen Masse 35 enthalten sein.
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6 Figuren 5 Ansprüche