DE3027304A1

DE3027304A1 - Elektrischer mehrlagenkontakt

Info

Publication number: DE3027304A1
Application number: DE19803027304
Authority: DE
Inventors: Satoru Osaka Furukawa; Masanori Motoyama; Keiji Okahashi
Original assignee: SDS Elektro GmbH
Current assignee: SDS Elektro GmbH
Priority date: 1980-07-18
Filing date: 1980-07-18
Publication date: 1982-02-11
Also published as: IT8122988A0; IT1138842B; US4374311A; FR2487111A1; GB2080039B; GB2080039A; DE3027304C2; CA1148597A; FR2487111B1

Description

Elektrischer Mehrlagenkontakt

j.ie Erfindung betrifft einen elektrischen Mehrlagenkontakt, nsbesondere für Relais, bei dem die Kontaktoberfläche als rste Lage aus Gold oder einer Legierung mit hohem Goldan-.eil besteht, die auf einer zweiten Lage aus Silber oder iner Silberlegierung angeordnet ist und dessen unterste Lage us einer Kupfer-Nickellegierung als Basis die mechanische und -lektrische Verbindung mit einer Kontaktfeder bzw. einem Konaktträger sicherstellt.

sim elektrischen Schalten unterscheidet man folgende Lasten: Lastart Lastbereich Kontaktbeanspruchung

} Trockene Lasten:

; Kleine Lasten:

Mittlere Lasten:

Hohe Lasten:

Wechselspannungslasten:

< 80 mV, < 10 mA noch keine Entfestigung

kleiner Fremdschichten

<300 mV, <100 mA durch Entfestigung vergrößert sich die Kontaktstelle

< 12 V, <300 mA geringe Schmelzung an der

Kontaktstelle

>12 V, >300 mA im Lichtbogenbereich Abbrand von Kontaktstoff, auch kapazitiver oder induktiver Natur.

6-12 V, <5 A

Abbrand

r diese sehr unterschiedlichen Belastungsarten steht eine oße Zahl von Kontaktstoffen zur Verfügung. So eignen sich s Trockenlasten Legierungen mit hohem Goldanteil, wie Z.B. Co 99/1

30 06~6 / 0 3 2 6

oder AuNi' 97/3 oder AuAg 90/10, zumal Gold am wenigsten korrodiert, bzw. kaum von Fremdschichtenbildung betroffen ist. Da Gold außerdem relativ weich ist, entsteht bereits bei kleinen Kontaktkräften eine beachtliche Kontaktfläche, die den Engewiderstand, der ja ein Teil des Kontaktwiderstandes ist, gering hält. Unlegiertes Gold ist in allgemeinen sogar etwas zu weich, so daß hier die Gefahr eines Kontakthaftens besteht. Das kann besonders bei Relais ohne zwangsweiser Kontaktöffnung, z.B. Reedrelais problematisch sein. In so einem Fall können sogar mechanische Schwingungen, wie sie z.B. während des Reinigungsprozesses von mit Reedrelais bestückten Leiterplatten im ültaschallbad auftreten, einen Ruhekontakt kaltverschweißen. Als Gegenmittel kann man den Goldkontakt mit einer Rhodiumschicht im Angströmbereich verliehen, die infolge ihrer größeren Härte eine Kontakthaftung auch bei Ultaschalleinwirkung verhindert. Der Kontaktwiderstand erhöht sich durch diese Maßnahme zwar um etwa 5 %, der Gold-Charakter des Kontaktes bleibt aber im wesentlichen erhalten. Theoretisch lassen sich Relais ohne weiteres mit dem mit dem für eine bestimmte Kontaktbelastung optimalen Kontaktstoff versehen. Von den wenigen Fällen abgesehen, in denen Relais mit einem bestimmten Kontaktstoff in großer Stückzahl benötigt werden, ist dies aber unwirtschaftlich, zumal dann zu viele Ausführungen in relativ kleinen Mengen hergestellt werden müßten. Aus diesem Grunde wurden Kontakte für einen möglichst großen Belastungsbereich entwickelt. Solche Bi-oder TrimetalIkontakte, der eingangs angesprochnenen Art sind z.B. im Buch "Relais Lexikon" von H. Sauer 1975, Seite 49, Bild 41 beschrieben. Sie besitzen zwei bzw. drei Lagen, wobei sich unter einer etwa 20 ^m starken Schicht aus Gold eine etwa o,2 rnm dicke Lage aus Silber befindet. Als Basis dient eine noch abrandfestere Lage aus einer CuNi-Legierung. Damit können sowohl Trocken- als auch kleine, mittlere und hohe Lasten geschaltet werden. Tür Wechselspannungsiasten erweist sich aber die AgNi-Legierung als nicht besonders geeignet.

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Der Erfindung liegt nun die Aufgabe zugrunde, einen Mehrlagenkontakt der eingangs genannten Art zu schaffen, der bei hoher Lebensdauer im gesamten Bereich der eingangs genannten Lasten zuverlässig schaltet»

Erfindungsgemäß wird diese Aufgabe dadurch gelöst, daß unterhalb der zweiten Lage eine dritte Lage aus einer Silber-Zinnoxidlegierung angeordnet ist und daß diese dritte Lage durch eine vierte Lage aus Silber oder sehr hohen Silbergehaltes als Haftschicht mit der untersten, fünften Lage verbunden ist.

Durch diese Maßnahme, erhält man einen Mehrlagenkontakt, der für alle Schaltlasten von 1 μΑ bis 5A und von 1 mV bis 250 V Gleich-oder Wechselspannung bis zu einer maximalen Schaltleistung von 100 W oder 1 k VA einsetzbar ist. Ein mit einem solchen Kontakt versehenes Relais ist daher besonders universell einsetzbar. Während die erste Lage des Kontaktes bei etwa 5 um Schichtdicke aus einer Legierung von 90 % Au und 10 % Ag für Trockenlasten und die zweite Lage aus einer Silber-Nickellegierung für kleine und mittlere Lasten vorgesehen ist, übernimmt die dritte Lage aus einer Silber-Zinnoxidlegierung hohe und Wechselspannungslasten wenn die erste und zweite Lage z.B. durch Abbrand abgebaut sind. Die vierte Lage dient als Bindeschicht für die dritte und fünfte Lage, wobei die fünfte Lage die bei hoher Last am Kontakt auftretende Wärme an die Kontaktfeder oder den Kontaktträger weiterleitet und nach Verschleiß der vorgelagerten Kontaktstoffe nach Ablauf der Lebensdauer die Funktionsfähigkeit des Kontaktes aufrecht erhält.

Nach einer Ausgestaltung der Erfindung ist vorgesehen, daß für die zweite Lage eine Legierung aus 85 % Silber und 15 % Nickel gewählt ist unddaß diese Lage eine Stärke von etwa 0,06 mm besitzt.

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Gegenüber der aus dem bekannten Dreilagenkontakt an dieser Stelle verwendeten zweiten Lage aus Silber ist dieser Kontaktstoff wegen seiner größeren Härte für kleine und mittlere Lasten geeigneter, so daß bei gleicher Lebensdauer die Stärke der Lage

'·.".' ■ :etwa auf ein Drittel reduziert werden kann.

Bevorzugte Ausgestaltungen der Erfindung bestehen ferner darin, daß für die dritte Lage eine Legierung aus 90,7 % Silber und 9,3 % Zinnoxid gewählt ist und daß die dritte Lage eine Stärke von etwa 0,14 mm aufweist. Hierdurch ist ein für hohe Lasten und Wechselspannungslasten besonders geeigneter Kontaktstoff gegeben, der für diese Art von Lasten wesentlich verschleißfester als Silber- Nickellegierungen ist. Dabei wird die dritte Lage wirksam, sobald die erste und zweite Lage durch für die dort verwendeten Kontaktstoffe zu hohe Kontaktlast verschlissen sind. Zum Schalten trockener, kleiner oder mittlerer Lasten wäre die dritte Lage weniger geeignet, was jedoch im vorliegenden Falle keine Rolle spielt, weil hierfür die erste und zweite Lage vorgesehen sind. Die Stärke der dritten Lage ist so gewählt, daß die bei hoher Belastung erwartete Lebensdauer erfüllt wird.

Weiterbildungen der Erfindung bestehen ferner darin, daß die vierte Lage einen Silbergehalt von wenigstens 99 ^% besitzt und etwa 0,025 mm stark ist und daß für die fünfte Lage eine Legierung aus 70 % Kupfer und 30 % Nickel gewählt ist und daß diese Lage eine Stärke von etwa 0,07 mm aufweist.

Die vierte Lage gewährleistet mit ihrem hohen Silbergehalt eine sichere Verbindung der dritten Lage aus AgSnO₂ mit der Basis des Kontakts der fünften Lage -aus CuNi. Ohne die vierte Lage wäre eine solche Verbindung nicht zu gewährleisten. Die für die fünfte Lage gewählte CuNi-Legierung schafft eine gute elektrische und mechanische Verbindung mit der Kontaktfeder bzw. mit dem Kontaktträger und damit auch eine gute Wärmeableitung vom Kontakt.Außerdem trägt diese Legierung, da sie frei von Edelmetallen ist, wesentlich dazu bei, daß der Mehrl'agenkontakt insgesamt kostengünstig herzustellen ist.

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3rner ist nach weiteren Ausgestaltungen der Erfindung vorgesehen, daß der Mehrlagenkontakt sowohl auf der Kontaktfeder ils auch dem als Festkontakt dienenden , gegenüberliegenden 'ontaktträger angeordnet ist, daß der auf der Kontaktfeder aneordnete Kontakt an seiner Oberfläche in einer Ebene gewölbt st und der am gegenüberliegenden Kontaktträger angebrachte Koniikt eine, ebene Oberfläche aufweist, derart, daß bei Kontaktga-5 eine Linienberührung beider Kontakte erfolgt und daß die vontaktfeder an dem mit dem Mehrlagenkontakt versehenen Ende nter Bildung eines Doppelkontaktes in Längsrichtung geteilt

urch die Wölbung der Oberfläche des beweglichen Kontaktes in iner Ebene entsteht eine im wesentlichen teilzylindrische .ontaktflache. Die Wölbung ist dabei so gelegt, daß die Beührungslinie mit dem gegenüberliegenden Festkontakt quer zur Hngsrichtung der Kontaktfeder verläuft. Ein derart ausgebildet-T Kontakt besitzt in seiner ersten Lage, der 5 pm starken Au g1O Schicht eine etwa 5 mal höhere Verschleißfestigkeit als .,η punktförmiger Kontakt, _z.B. in Form eines Kontaktniets, mit der !eichen Edelmetallauflage. Dies hat zur Folge, daß der erindungsgemäße Kontakt nach etwa 10^ Betätigungen mit 2 A, 15V, Iso hoher Last, noch für Trockenschaltungen geeignet ist. ■ärner gewährt die Doppellinienkontaktgabe kleine, konstante ontaktwiderstände und auch infolge des sich in Kontaktbetätigungsrichtung geringer als beim Punktkontakt auswirkenden Konaktabbrandes relativ konstanten Kontaktabstand während einer angen Lebensdauer.Außerdem erzielt man mit diesem Kontakt eine ohe Kurzschlußfestigkeit von etwa 100 A für die Dauer einer illisekunde und somit hohe Kontaktsicherheit.

0 Patentansprüche

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Claims

Patentansprüche

1. Elektrischer Mehrlagenkontakt, insbesondere für Relais, bei dem die Kontaktoberfläche als erste Lage aus Gold oder einer Legierung mit hohem Goldanteil besteht, die auf einer zweiten Lage aus Silber oder einer Silberlegierung angeordnet ist und dessen unterste Lage aus einer Kipfer-Nickellegierung als Basis die mechanische und elektrische Verbindung mit einer Kontaktfeder bzw. einem Kontaktträger sicherstellt, dadurch gekennzeichnet, daß unterhalb der zweiten Lage eine dritte Lage aus einer Silber-Zinnoxidlegierung angeordnet ist und daß diese dritte Lage durch eine vierte Lage aus Silber oder sehr hohen Silbergehaltes als Haftschicht mit der untersten, fünften Lage verbunden ist.

2. Elektrischer Mehrlagenkontakt nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß für die zweite Lage eine Legierung aus 85 % Silber und 15 % Nickel gewählt ist und daß diese Lage eine Stärke von etwa 0,06 mm besitzt.

3. Elektrischer Mehrlagenkontakt nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß für die dritte Lage eine Legierung aus 90,7 % Silber und 9,3 % Zinnoxid gewählt ist.

4. Elektrischer Mehrlagenkontakt nach Anspruch 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß die. dritte Lage eine Stärke von etwa o,14 mm aufweist.

5. ElektrischerMehrlagenkontakt nach Anspruch 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß die vierte Lage einen Silbergehalt von wenigstens 99 ¹L besitzt.

6. Elektrischer Mehrlagenkontakt nach Anspruch 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß die vierte Lage etwa 0,025 nun stark ist.

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7. Elektrischer Mehrlagenkontakt nach Anspruch 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß für die fünfte Lage eine Legierung aus 70 % Kupfer und 30 % Nickel gewählt ist und daß diese Lage eine Stärke von etwa 0,07 mm aufweist.

8. Elektrischer Mehrlagenkontakt nach Anspruch 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, daß dieser sowohl auf der Kontaktfeder als auch dem als Festkontakt dienenden, gegenüberliegenden Kontaktträger angeordnet ist.

9. Elektrischer Mehrlagenkontakt nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, daß der auf der Kontaktfeder angeordnete Kontakt an seiner Oberfläche in einer Ebene gewölbt ist und der am gegenüberliegenden Kontaktträger angebrachte Kontakt eine ebene Oberfläche aufweist, derart, daß bei Kontaktgabe eine Linienberührung beider Kontakte erfolgt.

10. Elektrischer Mehrlagenkontakt nach Anspruch 8 oder 9, dadurch gekennzeichnet, daß die Kontaktfeder an dem mit dem Mehrlagenkontakt versehenen Ende unter Bildung eines Doppelkontaktes in Längsrichtung geteilt ist.

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