DE2419102C3 - Schaltvorrichtung mit Kontakten - Google Patents

Description

Die Erfindung bezieht sich auf eine Schaltvorrichtung mit bewegbaren Kontakten.

Derartige Vorrichtungen mit Zungenkontakten finden in einer gasdicht verschlossenen Umhüllung in miniaturisierter Ausführung in den letzten Jahren «ielfach in modernen Fernsprechämtern, in Rechen-Anlagen und in Datenübertragungssystemen Anwendung. In diesen Schaltvorrichtungen befinden sich die Kontaktglieder, die meist an den Enden federnder Leiter angebracht sind, zusammen in einem verschlossenen, mit einem Schutzgas gefüllten Raum. Die Leiter bestehen aus einem magnetischen Material, wodurch mit Hilfe außerhalb der Umhüllung angeordneter Spulen oder Dauermagneten der Kontakt geöffnet oder geschlossen werden kann.

Andere Ausführungsformen von Schaltvorrichtungen mit gegebenenfalls in einer Umhüllung untergebrachten Kontakten sind Relais oder Koordinatenschalter.

An all diese Vorrichtungen werden sehr hohe Anforderungen in bezug auf die Lebensdauer sowohl im unbelasteten als auch im belasteten Zustand gestellt, während der Übergangswiderstand während der ganien Lebensdauer der Vorrichtung niedrig und konstant sein muß.

Eine erhebliche Verbesserung der Schalteigenschaften im Vergleich zu den bis dahin bekannten Schaltvorrichtungen konnte gemäß der deutschen Offenlegungsschrift 2038 929 mit Kontakten erzielt werden, vein denen mindestens die Kontaktoberfläche mit einem Kontaktüberzug versehen ist, der aus mindestens zwei Schichten zusammengesetzt ist, von denen die äußere Schicht aus Metall mit einer Dicke von 0,i bis 5 \itn bestehti Währerjd sich gegebenenfalls direkt Unterhalb dicscf Schicht eine gegebenenfalls ununterbrochene, mindestes 1)0 VoI.% Nichtmetall enthaltende Schicht befindet.

Die äußere Schicht besteht vorzugsweise aus einem Edelmetall mit einem Schmelzpunkt oberhalb 1800° C, wie Ruthenium, RhodiUriii Rhenium oder Osmium.

Mit diesen Kontakten können sowohl im beiasteten als auch im unbelasteten Zustand in bezug auf die Lebensdauer sehr günstige Ergebnisse erzielt werden. Eine Anzahl Schaltvorgänge 1 bis 100 X 10^ft kann 5 ohne wesentliche Erhöhung des Übergangswiderstandes erzielt werden.

Aus der DE-AS 1764233 sind Schwachstromkontakte bekannt, die auf einem Träger einen Kontaktüberzug aus zwei Schichten, einer Zwischenschicht aus

ic einem schwer schmelzbaren Metall der Gruppe Molybdän, Wolfram, Rhenium, einem Karbid oder Borid dieser Metalle, Tantalkarbid oder Tantalborid und einer 0,02 mm dicken Überzugsschicht aus einer Gold-Palladium-Legierung hat. Ein Nachteil dieser Kon-

takte ist, daß sie teuer sind, denn zum Schutz der gegenüber Oxidation empfindlichen Zwischenschicht ist die 0,02 mm dicke Gold-Palladium-i-egierung vorgesehen.

Eine vielfach vorkommende Form eines Schaltvorgangs im belasteten Zustand ist die sogenannte Kreuzpunktbelastung, und der betreffende "Lebensdauerversuch wird unter einer Gleichspannung von 50 V mit Kabelentladungen von 45, 75 und 140 Ω und mit Kabellängen von 1, 10, 20 und 100 m durchgeführt. Die erforderliche Lebensdauer ist eine Anzahl Schaltvorgänge von 0,5 bis 3 x 10⁶, abhängig davon, ob das Kabel nur einmal oder bei jedem Prellen aufs neue entladen werden muß.

Eine andere Form eines Schaltvorganges im belasteten Zustand ist die sogenannte Logikbelastung unter einer Spannung von 12 V.

Die Erfindung schafft eine Schaltvorrichtung mit Kontakten, von denen mindestens die Kontaktoberfläche einen Überzug enthält, welche Vorrichtung auch unter den ungünstigen Belastungsbedingungen wie sie bei der Kreuzpunktbelastung auftreten können, eine besonders lange Lebensdauer aufweist.

Die Schaltvorrichtung mit einem aus mindestens zwei Schichten bestehenden Kontaktüberzug ist nach

w der Erfindung dadurch gekennzeichnet, daß sich auf der inneren Schicht eine gegebenenfalls ununterbrochene Schicht mit einer Dicke von 0,01 bis 1 μπι befindet, die aus einem Metall oder einer Metallegierung mit einem Schmelzpunkt unterhalb 500° C besteht.

Ein auf diese Weise aufgebauter Kontakt kann als solcher verwendet werden, wenn auch nur für diejenigen Anwendungen, bei denen der Kontakt immer unter Spannung schaltet.

Nach einer bevorzugten Ausfüh.ungsform befindet

in sich auf der aus Metall mit einem Schmelzpunkt unterhalb 500° C bestehenden Schicht eine Schicht mit einer Dicke von 0.1 bis 5 μπι aus Edelmetall mit einem Schmelzpunkt oberhalb 1800° C. Für die innere Schicht gilt, daß jedes Metall mit einem Schmelzpunkt

M oberhalb 1800" C verwendet werden kann, also z. B. auch Molybdän, das durch Oxidation nicht für eine etwaige äußere Schicht verwendet werden kann. Die dünne Zwischenschicht mit einem Schmelzpunkt unterhalb 5ΙΚΓ C kann aus einer Pb-Sn-Legierung, Bi.

bo Wood's Metall, Blei, Zinn und anderen Materialien bestehen. Die Schicht bfäticht fridht ununterbrochen zu sein Und kann auch iius isolierten Teilchen mit einem Überzug der Oberfläche bis zu mindestens 10⁴ Teilchen pro rtim bestehen,

Die Schalteigenschaften von Kontakten in Vorfiele tufigeh nach der Erfindung sind wesentlich günstiger als bisher für möglich gehalten wurde. Die Erosion der Kontakte ist ganz flach ohne irgendeine Spur von

Punkt- und Kraterbildung.

Die Techniken, durch die das Schichtengebilde nach der Erfindung angebracht wird, sind Kathodenzerstäubung, Aufdampfen und galvanische Ablagerung, wobei jedoch die zuerst genannte Technik weitaus zu bevorzugen ist.

Die Erfindung wird nachstehend anhand einiger Ausführungsbeispiele näher erläutert

Kontaktzungen, deren innerhalb der Umhüllung einzuschmelzender Teil etwa 7 mm lang und 0,5 mm breit ist und die aus magnetischem Nickel-Eisen bestehen, werden in einer konventionellen Kathodenzerstäubungseinrichtung nacheinander mit einer Schicht aus Cu"mit einer Dicke von 0,5 um, einer Schicht aus Mo mit einer Dicke von 2,0 μπι, einer Schicht einer Pb-Sn-Legierung (1:1 Gew.%) mit einer Dicke von 0,01 um und schließlich einer Schicht aus Ru mit einer Dicke von 0,1 um überzogen. Der Argondruck während der Zerstäubung beträgt 10~³ mm Quecksilbersäule, die Spannung 1500 V, 1500 V, 800 V bzw. 1500 V und der Strom 1 A, 1,2 A, 0,2 A bzw. 0,4 A.

Die Kontaktzungen werden dann paarweise in eine Glasumhüllung eingeschmolzen und auf Lebensdauer unter der oben definierten Kreuzpunktbelastung getestet. In all diesen Fällen wurden Lebensdauerwerte, in Anzahlen von Schaltvorgängen ausgedrückt, von

1 bis 10 X 10⁶ ohne Erhöhung des Übergangswiderstandes festgestellt. Der Widerstand beim Schalten im unbelasteten Zustand bleibt bis 100 X 10* Schaltvorgänge unterhalb 150 mQ. Gleichwertige Ergebnisse werden erzielt, wenn die Pb-Sn-Schicht durch eine

ίο Wismutschicht oder eine Schicht aus Wood's Metall (Bi 50% - Cd 10% - Pd 26,7% und Sn 13,3%) gleicher Dicke ersetzt wird.

Wenn die Rutheniumschicht weggelassen wird und die äußere Schicht somit aus Pb-Sn, Bi oder Wood's Metall besteht, wird ein Kontaktüberzug erhalten, dessen Widerstand beim Schalten im unbelasteten Zustand auf einige Zehn Ω zunimmt. Beim Schalten im belasteten Zustand ist das Ergebnis etwas weniger günstig als bei den Kontakten mit einer äußeren Schicht aus Ruthenium, aber diese Kontakte erfüllen reichlich die Anforderung, daß 0,5 bis 3 X 10^s Schaltvorgänge ohne Erhöhung des Übergangswiderstandes zulässig sind.

Claims (2)

Patentansprüche:

1. Schaltvorrichtung mit bewegbaren Kontakten, von denen mindestens die Kontaktoberfläche mit einem Kontaktüberzug versehen ist, der aus mindestens zwei Schichten zusammengesetzt ist, von denen die innere Schicht mit einer Dicke von mindestens 0,5 μΐη aus einem Metall mit einem Schmelzpunkt oberhalb 1800° C besteht, dadurch gekennzeichnet, daß sich auf der inneren Schicht eine gegebenenfalls ununterbrochene Schicht mit einer Dicke von 0,01 bis 1 um befindet, die aus einem Metall oder einer Metallegierung mit einem Schmelzpunkt unterhalb 500° C besteht.

2. Schaltvorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß sich auf der aus Metall mit einem Schmelzpunkt unterhalb 500° C bestehenden Schicht eine Schicht mit einer Dicke von 0,1 bis 5 μπι befindet, die aus Edelmetall mit einem Schmelzpunkt oberhalb 1800° C besteht.