DE2403048B2 - Elektrische schwachstromkontakte - Google Patents

Description

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Die Erfindung betrifft elektrische Schwachstromkontakte, bei denen zwischen Kontaktträger und Kontaktschicht «nc kupferhaltige Zwischenschicht angeordnet Et Derartige Kontakte sind aus der DT-AS 11 73 574

Aus dem Bueb A. Ke i 1: »Werkstoffe für elektrische Kcotakte«, erschienen im Springer-Verlag, Berlin 1960, Seite 136 ist die Verwendung von Cu-Ni-Legieruiigen in der aektrotechnik bekannt Aus der Abb. 105 geht hervor daß der Widerstand solcher Legierungen im Bereich von etwa 50% sein Maximum erreicht Deshalb haben diese Werkstoffe vielfach Verwendung für Widerstandswicklungen gefunden.

In der DT-PS 7 55 482 und in der DT-AS 12 09 233 Sind Sinterkontaktkörper mit zwei oder mehreren Schichten aus verschiedenem Material beschrieben, die zunächst als Pulver vorliegen und dann gepreßt und gesintert werden, alss> auf pulvermetallurgischem Wege in Fertigform hergestellt sind. Im erstgenannten Fall werden drei Pulverarten übereinander geschichtet, von denen die mittlere oder die Zwischenschicht mit den beiden anderen Materialien gut mischbar ist Im zweiten Fall besteht die Zwischenschicht aus einem gut schweißbaren Metall, nämlich aus MonelmetalL

Auch an verschiedenen anderen Stellen des Buches von A. Keil »Werkstoffe für elektrische Kontakte« geht es um das Problem der guten Verbindung einzelner Werkstoffe untereinander.

Dies trifft auch für den Gegenstand der DT-OS 19 20620 zu, wo ein »Zwischenstück« aus Monelmetall sowohl mit einem Edelmetallkontaktstück als auch mit dem anderen Element gut punktverschweißbar sein soll.

Beim Gegenstand der DT-AS 12 98 855 und dem AufsaU des dortigen Erfinders in TZ f. prakt Metaübearb, 1965, H. 5, S. 302 ff., handelt es sich um eine Kontaktscheibe für das elektrolytische Schleifen von Werkstücken. Auf einem Grundkörper ist ein Trägerkörper, z. B. eine Metallauflage aus Kupfer oder Bronze, durch Pressen und Sintern aufgebracht Auf die Metallauflage wird z.B. durch Warmpressen oder Sintern oder dergleichen eine relativ hochohmige Kontaktschicht aufgebracht die bis zu 40 Gewichtsprozent Aluminiumoxyd enthält Außer den Keramikbestandteilen enthält dieser »Schichtgemischwiderstand« noch elektrisch nicht leitende Schleifmittel wie Diamant Korund, Spinell Siliziumkarbid. Die Aluminium-Keramik dient als funkenerosionsfester Zusatz.

Bei der älteren Anmeldung (DT-PS 22 61 896) dient die Cu-Ni-Zwischenschicht zum Zwecke des Korrosionsschutzes. Gegen chemische Angriffe, wie Korrosion, müssen jedoch andere Maßnahmen ergriffen werden als gegen elektrische Belastungen, wie sie in Schutzgasrelais beim Schalten von vorwiegend kapazitiven Lasten im Lichtbogengebiet auftreten (Erosion). Zur Lösung der der Erfindung zugrunde liegenden Aufgabe kann die ältere Anmeldung deshalb keine Anregung geben.

Aus der deutschen Patentschrift 6 29 268 ist ein elektrischer Kontakt bekannt, der zwischen Kontaktträger, z. B. aus Eisen, und Kontaktplatte, z. B. aus Edelmetall, eine Kupferplatte aufweist, welche durch Schweißen oder Löten die Verbindung zwischen Kontaktwerkstoff und Unterlage herstellt

In der DT-AS 11 73 574 ist ein elektrisches Kontaktstück beschrieben mit einem Überzug auf der Kontaktfläche aus Zinn und einer Diffusionssperre ähnlich derjenigen nach der DT-PS 8 30 269. Eine darauf aufbauende Lösung mit einer Schichtenwiederholung zeigt die DT-AS 11 91 894.

Ausgehend von der DT-AS 11 73 574 besteht die

Aufgabe der Erfindung darin, die bekannten Kontakte in der Weise weiterzuentwickeln, daß sie die beim Einsatz im Schutzgasrelais beim Schalten von vorwiegend kapazitiven Lasten im Lichtbogengebiet durch elektrische Erosion, und zwar meist durch Einschalt-Lichtbö- S gen, entstehende Materialwaa^erung zu beherrschen gestatten.

Die Lösung der Aufgabe besteht darin, daß bei nicht verkanteten, also einander parallel gegenüberstehenden Kontakten die Zwischenschicht (2) als mindestens 30 um dicke Erosionsbremsschicht aus einer Kupfer-Nickel-Legierung mit einem Gehalt von 42 bis 46% Nickel besteht

Eine weitere Lösung ist im Anspruch 3 gekennzeichnet Weitere Ausgestaltungen der Erfindung sind den Unteransprüchen zu entnehmen.

Die erfindungsgemäßen Schwachstromkontakte sind insoweit vorteilhaft, als die infolge elektrischer Belastung durch Lichtbögen auftretende Materialwanderung an der Grenze zur mindestens 30 μπι dicken Zwischenschicht aus einer Kupfer-Nickel-Legierung mit dem angegebenen Nickelgehalt gestoppt wird, weil die Erosion des Kontaktwerkstoffes an der genannten Grenze flächenhaft erfolgt

In den Zeichnungen sind Ausführungsbeispiele der Erfindung rein schematisch dargestellt Es zeigt

Fig. la eine Ausführung des Aufbaus eines erfindungsgemäßen Kontaktes,

Fig. Ib eine andere Ausführung mit abgewandelter Schichtenfolge,

F i g. Ic eine Ausführung in Sandwich-Bauart

Fig.2a und b eine Stellung eines Paares von Schaltkontakten.

Wie der Fig. la zu entnehmen, besteht der erfindungsgemäße Kontakt aus einem Träger 1, z. B. aus Nickel oder Eisen-Nickel-Legierung oder anderem geeignetem Werkstoff. Die darüberliegende Schicht 2 besteht aus einer Cu-Ni-Legierung mit einem hohen Nickelanteil, wie etwa 42 bis 46, insbesondere 44 Gew.-%. Auf der Zwischenschicht 2 ist die Kontaktschicht 3 aufgebracht Sie besteht aus Edelmetall oder einer Edelmetall-Legierung, z. B. mit Unedelmetall. Besonders bewährt haben sich Silber oder Silberlegierungen und Legierungen von Palladium mit Kupfer, wie

PdQi 15.

Die Aufbringverfahren sowohl für die Kontaktschicht 3 als auch für die Zwischenschicht 2 sind an sich bekannte Gas-, Elektro- oder mechanische Plattierverfahren und deshalb nicht im einzelnen erläutert

Bei den angegebenen Schichtwerkstoffen lagen im Beispiel die Schichtdicken fur die Kontaktschicht 3 im Bereich von etwa 10 bis 30 μπι und für die Zwischenschicht 2 im Bereich von etwa 30 bis 90 μΐπ, vorzugsweise 50 bis 60 um.

Bei dem Ausführungsbeispiel gemäß Fig. Ib ist in Abänderung gegenüber der in Fig. la dargestellten Ausführung noch eine weitere Schicht 4 zwischen der Zwischenschicht 2 und der Kontaktschicht 3 angeordnet (Gleiche Schichten tragen gleiche Bezugszeichen in allen Figuren.) Die Schicht 4 besteht aus einem guten elektrischen Leiterwerkstoff, wie Kupfer oder Silber. Die Dicke dieser Schicht 4 ist größer als die der Schichten 2 und 3. Selbst bei Kupferschichten im Bereich von 100 μπι hat sich gezeigt daß die infolge der Lichtbögen an Relaiskontakten auftretende Erosion nur soweit in die Tiefe wandert bis die Zwischenschicht 2 erreicht ist Danach erfolgt sie dann flächenhaft in den Schichten 3 und 4. Hieraus wird deutlich, daß Relaiskontakte gemäß Fig. Ib eine gegenüber bekannten Anordnungen wesentlich erhöhte Lebensdauer aufweisen.

Bei dem Ausführungsbeispiel gemäß F i g. Ic sind auf dem Träger 1 in alternierender Weise mehrere Schichten 2 und 3 in Sandwich-Art so aufgebracht daß die oberste Schicht immer eine Kontaktschicht ist

In F i g. 2a ist dargestellt wie sich ein Verkanten der Kontakte auswirkt: Die Erosion kann sich in der Kontaktschicht 3 nicht weiter ausbreiten und die darunter liegende Zwischenschicht 2 wird angegriffen. Nach weiteren Schaltspielen wirkt die Erosionsbremsschicht 2 nicht mehr voll, die Erosion geht in die Tiefe und es besteht die Gefahr von Ausfällen.

Beim Verkanten von Kontakten gemäß F i g. 2b mit alternierenden Doppelschichten 2 und 3 geht die Erosion jedoch nicht wie bei Fig.2a in die Tiefe, sondern bevorzugt in die Breite, da nach Durchbrechen der ersten Bremsschicht 2 die darunter liegenden Bremsschichten nacheinander wirken.

Hierzu 2 Blatt Zeichnungen

Claims (9)

Pateosansprüche:

1. Elektrische Schwachstroiakontakte, bei denen sswischen Kontaktträger und Kontaktschicht eine s kupferhaltige Zwischenschicht angeordnet ist, dadurch gekennzeichnet, daß bei nicht verkanteten, also einander parallel gegenüberstehenden Kontakten die Zwischenschicht (2) als mindestens 30 um dicke Erosionsbremsschicht aus einer Kupfer-Nickel-Legierung mit einem Gehalt von 42 bis 46 Gew.-% besteht (F i g. la).

Z Elektrische Schwachstromkontakte nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß zwischen der Zwischenschicht (2) und der Kontaktschicht (3) eine weitere Schicht (4) aus einem elektrisch gut leitenden Werkstoff wie Kupfer oder Silber angeordnet ist, die eine größere Dicke als die Zwischenschicht (2) und die Kontaktschicht (3) aufweist (F ig. Ib).

3. Elektrische Schwachstromkontakte, bei denen !wischen Kontaktträger und Kontaktschicht eine kupferhaltige Zwischenschicht angeordnet ist, dadurch gekennzeichnet, daß bei verkanteten, also aicht einander parallel gegenüberstehenden Kontakten jeder Kontakt einen sandwichartigen Aufbau mit mehreren alternierend aufeinanderfolgenden Doppelschichten aufweist mit folgenden Eigenschaften:

a) jede Doppelschicht wird aus einer Kontaktschicht (3) und einer Zwischenschicht (2) gebildet;

b) jede Zwischenschicht (2) besteht als mindestens 30 um dicke Erosionsbremsschicht aus einer Kupfer-Nickel-Legierung mit einem Gehalt von 42 bis 46 Gew.-% Nickel (F i g. 1 c bzw. 2b).

4. Elektrische Schwachstromkontakte nach Anspruch 1, 2 oder 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Zwischenschicht (2) aus einer Kupfer-Nickel-Legierung mit einem Gehalt von 44 Gew.-% Nickel besteht.

5. Elektrische Schwachstromkontakte nach Anspruch 1,2 oder 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Zwischenschicht (2) eine Dicke bis zu 90μΐτι aufweist

6. Elektrische Schwachstromkontakte nach Anspruch 1,2 oder 3, dadurch gekennzeichnet daß die Zwischenschicht (2) eine Dicke im Bereich von etwa 50 μηι bis 60 μΐη aufweist.

7. Elektrische Schwachstromkontakte nach An- so Spruch 1,2 oder 3, dadurch gekennzeichnet daß die Kontaktschicht (3) aus Edelmetallen oder Edelmetall-Legierungen besteht

8. Elektrische Schwachstromkontakte nach Anspruch 1, 2 oder 3, dadu^rch gekennzeichnet daß die SS Kontaktschicht (3) aus Silber oder einer Silberlegierung besteht

9. Elektrische Schwachstromkontakte nach Anspruch 1,2 oder 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Kontaktschicht (3) aus einer Legierung aus Palladium und Kupfer, vorzugsweise mit einem Gehalt von 15 Gew.-% Kupfer besteht