DE1945592A1 - Elektrisches Kontaktstueck - Google Patents

Description

Elektrisches Kontaktstück

Elektrische Kontaktstücke sollen möglichst aus einem Material bestehen, das einen stabilen, d.h. unveränderlichen Kontakt- bzw. Übergangswiderstand gewährleistet. Reaktionen des Kontaktmaterials mit seiner Umgebung können zu Reaktionsprodukten auf der Oberfläche des Kontaktstückes führen. Viele dieser Reaktionsprodukte sind Isolatoren oder schlechte elektrische Leiter. Wenn sich solche hochohraigan oder isolierenden Stoffe auf der Oberfläche eines elektrischen Kontaktstückes bilden, führt dies zu einem hohen Kontaktwiderstand. Eine isolierende Schicht auf der Oberfläche würde einen Stromfluß über den Kontakt sogar ganz unterbinden.

Wird z.B. Kupfer als Kontaktmaterial benutzt, reagiert der Schwefel oder der Sauerstoff in der Atmosphäre mit dem Kupfer, so daß sich Kupfersulfid oder Kupferoxyd auf der Oberfläche des Kupfers bildet. Die Sulfid- oder Oxydschicht auf der Oberfläche des Kupfers führt dann entweder zu einem hohen Kontaktwiderstand oder, wenn die Schicht, dick genug ist, zu einer vollständigen Isolation, so daß kein Strom mehr über den Kontakt fließen kann und ein entsprechender SchaIt-

- 2

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kreis praktisch unterbrochen ist.

Um Kontaktschwierigkeiten zu vermeiden, ist "bereits versucht worden, kommerziell erhältliche Nickellegierungen als Kontaktmaterial zu verwenden. Mit diesen Nickellegierungen erhielt man jedoch keinen besonders stabilen Kontakt- oder .Übergangswiderstand.

Gemäß der Erfindung wird'nun vorgeschlagen, als Material für elektrische Kontaktstücke hochreines Wickel zu verwenden. Hochreines Nickel hat als Kontaktmaterial vorzügliche Eigenschaften, die es besonders zur Anwendung bei niedrigen _: Spannungen und niedrigen Strömen geeignet machen. Der besondere Vorzug hochreinen Nickels liegt darin, daß es einen sehr stabilen Kontaktwiderstand ergibt, wie er mit Nickellegierungen und Nickel geringerer Reinheit nicht erzielt werden kann. Hochreines Nickel behält einen unveränderlichen Kontaktwiderstand in der Gegenwart von schwefelhaltigen Stoffen, wie z.B. Schwefelwasserstoff, Aluminiumsulfid, Schwefeldioxyd, oder reinem Schwefel, welche mit anderen Metallen Metallsulfide bilden würden. · "■'■■-·

Die Erfindung ist mit weiteren vorteilhaften Einzelheiten im folgenden anhand schematischer Zeichnungen an mehreren .Ausführungsbeispielen erläutert. Es zeigt:

Pig. 1 die Draufsicht auf einen Kontaktträger mit mehreren darin eingelassenen Kontaktstücken,

Fig. 2 einen Querschnitt zu Fig. 1,

Fig. 3 und 4 Querschnitte in vereinfachtqr Darstellung durch zwei versthiedene, feststehende Kontaktstücke.

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Erfindungsgemäß bestehen Kontaktstücke ganz oder teilweise aus hochreinem Nickel mit einem Reinheitsgrad von wenigstens 99,9 f°, vorzugsweise jedoch von 99,98 $>. Aus diesem hochreinen Nickel wird zuerst ein Draht hergestellt, welcher dann zu einem dünnen bzw. flachen, durchgehenden Streifen ausgezogen wird, der ungefähr 0,4 mm dick und 1,5 mm breit ist. Natürlich läßt sich je nach Bedarf auch ein Streifen mit anderen Maßen herstellen.

Die Fig. 1 und 2 zeigen einen Kontaktträger 1, dessen Aufbau und Größe dem jeweiligen Verwendungszweck angepaßt ist.. Beim gezeigten Ausführungsbeispiel ist der Kontaktträger aus Kunststoff geformt, in den Kontaktstücke 2 in geeigneter Anzahl gebettet sind. Die Kontaktstücke reichen quer durch den Träger. Das gezeigte Ausführungsbeispiel dient als Teil für den Drehschalter einer Abstiinraeinheit in Fernsehgeräten. Die Erfindung läßt sich jedoch auch z.B. für Rechner, Schalter, Drehschalter, Fernsprechrelais, Fernsprechstecker und andere Kontaktelemente anwenden, die auch in korrosiver Umgebung einen stabilen bzw. unveränderlichen Kontaktwiderstand besitzen müssen.

Das hochreine Nickel, das als Kontaktmaterial zur Herstellung elektrischer Kontaktstücke verwendet wird, hat die folgenden Eigenschaften: Es ist ein hochreines Nickel, das vollkommen frei von nichtmetallischen Eirshliissen ist. Eine niedrige Grundhärte und gute Duktilität erlauben eine starke Kaltverformung ohne Nachglühen.

Zusammensetzung in Gewichtsprozenten Ni |0 |Fe IMn-, Cu, Cr, S, Si, Mg, Ti, Co

Nennwert 99,98 Grenzwert99,97

C	,01	Fe	001
O	,02	o,	005
O	o,

-£0,001 0,001

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In obiger Tabelle ist der Grenzwert für Nickel als Minimum, für die anderen Stoffe als Maxiraum zu verstehen.

Dieses Material ist durch, mechanische Verformung, d.h. mit den üblichen Metallbearbeitungsverfahren hochgradig verformbar. Eine wichtige Eigenschaft von Kontaktraaterialien ist auch die Weichheit. Auf die Weichheit kommt es bei der Anwendung für elektrische Kontaktstücke deshalb an, damit sich das Eontaktstück leicht verformen und dadurch die eigentliche Kontaktfläche vergrößern kann, wodurch der elektrische Widerstand herabgesetzt wird.

Die Anwendung massiven Materials hat gegenüber plaziertem Material wirtschaftliche Vorteile.

Sulfide _f Ozon und Sauerstoff in der die Kontakte umgebenden Atmosphäre sind besonders schädlich für die Kontakte, da sie stark reagieren und zur Bildung von Isolierschichten auf dem Kontaktmetall führen. Ozon entsteht als Folge des Funkens beim Öffnen und Schließen eines Kontaktes und wird bei einer Betriebsweise, bei welcher die Kontakte unter Spannung geschaltet werden, ständig erzeugt.

Sehr hohe Leitfähigkeit dürfte für Kontakte wichtiger sein, die z.B. für Rechner, Fernsprechschalter oder dort angewendet werden, wo hohe Ströme auftreten und deshalb die Verlustwärme bemerkbar wird, Höchste Leitfähigkeit ist hingegen nicht so wichtig für Kontakte in Abstimmeinheiten für Fernsehgeräte. Dort kann der tatsächliche Gesaratwiderstand durch entsprechende Einstellung berücksichtigt oder kompensiert werden.

Es ist auch möglich, daä hochreine Nickel für die oberste Schicht eines aus mehreren Schichten aufgebauten, flexiblen Kontaktstückes zu verwenden, und zwar z.B. über.einer Schicht

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aus einem Grundmetall, um eine Atomwanderung zu verhindern. Beispiele dafür sind in den Fig. 5 und 4 gezeigt.

Der im Querschnitt in Pig. 3 gezeigte Streifen kann z.B. als feststehender Zontakt in einer Abstimmeinheit für Fernsehgeräte verwendet werden. Der Hauptteil des Streifens besteht aus einem G-rundmetall 3, das auf der Oberseite mit einer dünnen Schicht 4 aus einer Silberlegierung überzogen ist. Die Silberlegierung wird hauptsächlich wegen ihrer elektrischen Leitfähigkeit benutzt. Die Silberlegierungs-Schicht ist nur sehr dünn, da die Hochfrequenz-S tröme nur an der Oberfläche fließen. Ein Kontaktelement 5 aus Goldlegierung ist in die Silberschicht 4 eingelassen. Der Streifen ist z.B. 60 mm breit und 0,12 mm dick. Die Stärke der Silberschicht beträgt 0,015 mm, während das Kontaktelement aus Gold 0,01 mm dick ist.

Bei dem in Fig. 4 gezeigten Streifen ist als Grundmetall 6 hochreines Nickel verwendet, in das ein Kontaktelement 7 aus Goldlegierung an der Oberfläche eingebettet ist. Auch dieser Streifen ist beispielsweise 60 mm breit und 0,12 mm dick, während die Stärke des Kontaktelementes 7 0,01 mm beträgt.

Bei einer praktischen Anwendung ergibt sich die Schwierigkeit, daß Silberatorae aufgrund von Oberflächendiffusion über die Oberfläche der Goldlegierung wandern. Diese Silberatome auf der Oberfläche des Goldes werden dann durch schwefelhaltige Stoffe in der Atmosphäre angegriffen und bilden schwarzes Silbersulfid auf der Oberfläche des Goldes. Das Silbersulfid bildet einen Widerstand, der den Stromfluß über die Kontakte beeinträchtigt und zu einer unsicheren Abstimmung des Fern-

sehgerätes führt.

Es wurdo nun festgestellt, daß die durch Oberflächendiffusion vorgerufenen Schwierigkeiten beseitigt sind, wenn dio Silberlegierung 4 durch hochreines Nickel ersetzt

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■ . - 6 wird.

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Es wurde weiterhin festgestellt, daß ein nach Fig. 4 aufgebauter Streifen sich sehr gut als Material für feststehende Kontaktstücke eignet und vergleichsweise einfach und mit niedrigen Kosten herstellbar ist. Das Grundmaterial für diesen Streifen kann Nickel mit einem Reinheitsgrad
zwischen 99,5 und 99,8 $ sein. Es ist jedoch wichtig, daß der Streifen so hergestellt wird, daß er gute Ermüdungseigenschaften aufweist.

Hochreines Nickel mit einem Reinheitsgrad zwischen

99,9 und 99,98 °/o stellt für mittelstark belastete (zwischen

•χ-Ι und 15 Ampere) einen sehr vorteilhaften Ersatz für übliches

■reines Silber und für Silberlegierungen dar, insbesondere, wenn die Stromstärken 15 Ampere nicht überschreiten.

* Kontaktstücke

Patentansprüche

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Claims (6)

Pa tentansprüche

1.J Elektrisches Kontaktstück zum Einsatz in korrosiver Atmosphäre, dadurch gekennzeichnet , daß es ganz oder teilweise aus Nickel mit einem Reinheitsgrad von wenigstens 99,9 $, vorzugsweise von 99,98 fo"besteht.

2. Elektrisches Kontaktstück nach Anspruch 1, dadurch gekennzeich net, daß es als flacher Draht ausgebildet ist.

3. Elektrisches Kontaktstück nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet , daß es nur aus dem Nickel als massiver Körper hergestellt ist.

4. Elektrisches Kontaktstück nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet , daß in die Oberfläche des Kontaktstückes eine Goldlegierung glatt eingebettet ist.

5. Verwendung von Nickel mit einem Reinheitsgrad von wenigstens 99,9 $, vorzugsweise von 99,98 % als elektrisches Kontaktmaterial in korrosiver Atmosphäre.

6. Verwendung nach Anspruch 5, bei welcher auf das Nickel als Grundmaterial eine Goldlegierung aufgebracht ist.

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