DE19809450A1 - Elektrisches Mehrlagen-Kontaktprofil - Google Patents

Abstract

Ein elektrisches Mehrlagen-Kontaktprofil weist ein Trägerelement 4 auf, auf welchem eine untere Kontaktschicht 3 aufgebracht ist. Auf der unteren Kontaktschicht 3 befindet sich wenigstens teilweise eine weitere Kontaktschicht 1, 2. Das Kontaktprofil ist dadurch gekennzeichnet, daß die untere Kontaktschicht 3 vollständig auf dem Trägerband 4 umschlossen ist.

Description

Die Erfindung betrifft ein elektrisches Mehrlagen-Kontaktprofil nach dem Oberbegriff des Anspruchs 1 mit einem Trägerelement, auf welchem eine untere Kontaktschicht aufgebracht ist, auf welcher sich wenigstens teilweise wenigstens eine weitere Kon­ taktschicht befindet.

Ein derartiges Kontaktprofil wird regelmäßig dort verwendet, wo ein großer elektri­ scher Lastbereich abgedeckt werden muß. Müssen geringe Leistungen geschaltet werden, so kann dies von der oberen Kontaktschicht übernommen werden. Bei grö­ ßeren Leistungen kommt es zu einem Abbrand der oberen Schicht, so daß die unter der oberen Schicht liegende Schicht die Schaltfunktion übernimmt. Beim Schalten von noch größeren Lasten kommt es auch zu einem Abbrand der zweiten Schicht, wodurch dann die Schaltfunktion von der unteren Kontaktschicht übernommen wird. Das Material der unteren Kontaktschicht ist regelmäßig eine Silberlegierung, da sich Silberlegierungen zum Schalten von größeren Lasten bewährt haben.

So ist beispielsweise aus der DE 30 27 304 A1 ein elektrischer Mehrlagen-Kontakt bekannt, welcher mehrere Lagen aus unterschiedlichen Kontaktwerkstoff- Legierungen aufweist. Bei der in der genannten Druckschrift beschriebenen Anord­ nung besteht der elektrische Mehrlagen-Kontakt aus fünf Schichten. Die erste Lage besteht aus Gold oder einer Legierung mit hohem Goldanteil. Die zweite Lage be­ steht aus einer Silber-Nickel-Legierung, und die dritte Lage aus einer Silber- Zinnoxid-Legierung. Die drei Lagen sind auf einem Trägerelement angebracht, wel­ ches aus einer Kupfer-Nickel-Legierung besteht. Zwischen der dritten Lage und dem Trägerelement ist eine Haftschicht aus Silber angeordnet.

Der bekannte Mehrlagen-Kontakt wird verwendet, um mit einem Kontakt einen gro­ ßen Lastbereich schalten zu können. Die erste Lage mit dem hohen Goldanteil ist korrosionsbeständig und geeignet geringe Lasten (trockene Lasten) zu schalten. Die zweite und die dritte Lage schalten höhere Lasten, bei denen es durch einen Licht­ bogen zu Abbrand der Schichten kommt, weshalb abbrandfeste Silber-Legierungen verwendet werden.

Nachteilig bei dem bekannten Kontakt ist, daß von dem Silber oder der Silber- Legierung der unteren Schichten Korrosionsprodukte entstehen, welche bis zur Kontaktstelle kriechen können und so zu Kontaktausfällen führen.

Da die Entfernung von der Flanke des Mehrlagen-Kontaktwerkstoffs zur Kontakt­ stelle im Vergleich zur Entfernung der Stirnseiten zur Kontaktstelle wesentlich kürzer ist, werden die Ausfälle beim Einsatz von Silber oder Silber-Legierungen insbeson­ dere durch Korrosionsprodukte, die von den Flanken ausgehen und bis zur Kontakt­ stelle kriechen, verursacht. Bei den Korrosionsprodukten handelt es sich in der Re­ gel um Silbersulfid.

Dieser Nachteil kann umgangen werden, wenn statt Silber oder einer Silber- Legierung eine Silber-Palladium-Legierung verwendet wird. Eine Silber-Palladium- Legierung besitzt im Vergleich zu Silber-Legierungen wesentlich bessere Korrosi­ onseigenschaften.

Aus der EP 0 251 204 A1 ist ein elektrischer Kontakt bekannt, welcher eine auf ei­ nem Träger aufgebrachte Zwischenschicht hat, auf welcher eine Deckschicht aufge­ bracht ist. Die Zwischenschicht besteht aus einem sehr abbrandfesten Silber- Palladium und die Deckschicht aus einem nicht-korrodierenden Hartgold geringer Dicke. Mit dem bekannten Kontakt sollen sehr geringe bis hohe elektrische Lasten schaltbar sein.

Wenngleich der letztgenannte Kontakt auch durch die Verwendung von Silber- Palladium die Gefahr einer Korrosion im wesentlichen ausschließt, so hat er doch den Nachteil, daß er sehr teuer ist. Denn eine Silber-Palladium-Legierung ist im Vergleich zu einer Silber-Legierung etwa um den Faktor 20 bis 40 teurer.

Des weiteren ist aus der DE 43 17 950 A1 ein Mehrlagen-Kontaktwerkstoff und ein Verfahren zum Aufbringen entsprechender Kontaktstücke auf einen Träger bekannt. Die verschiedenen Edelmetall-Schichten werden auf galvanotechnischem Wege aufgebracht. Es handelt sich hierbei um Gold-Legierungen, welche als oberste Schicht Verwendung finden und um Silber-Palladium, welches als zweite Kontakt­ werkstoff-Schicht Verwendung findet.

Es ist Aufgabe der Erfindung ein eingangs genanntes elektrisches Mehrlagen- Kontaktprofil derart auszubilden, daß des preiswert herstellbar und dennoch gute Eigenschaften bezüglich einer Korrosion hat.

Die Lösung dieser Aufgabe ergibt sich aus den Merkmalen des kennzeichnenden Teils des Anspruchs 1. Vorteilhafte Weiterbildungen der Erfindung ergeben sich aus den Unteransprüchen.

Gemäß der Erfindung ist die untere Kontaktschicht vollständig auf dem Trägerele­ ment umschlossen. Die Umschließung kann dadurch geschehen, daß sich zwischen der weiteren Kontaktschicht und dem Trägerelement eine Umgrenzungsschicht aus einer Nicht-Eisen-Metall-Legierung befindet. Es ist aber auch möglich, daß sich die weitere Kontaktschicht ausgehend vom Trägerelement über die untere Kontakt­ schicht wieder zum Trägerelement erstreckt. Auch hierdurch wird eine vollständige Umschließung der unteren Kontaktschicht auf dem Trägerelement erreicht.

Durch die vollständige Umschließung der unteren Kontaktschicht, können keine Kor­ rosionsprodukte aus den Flanken auf die Kontaktfläche kriechen. Es ist daher mög­ lich, daß für die untere Kontaktschicht statt einer teueren Silber-Palladium-Legierung eine billigere Silber-Legierung beziehungsweise Silber verwendet wird.

In vorteilhafter Weise besteht die untere Kontaktschicht aus einer Silber-Legierung mit 0,10 bis 25, insbesondere 0,10 bis 0,25, beziehungsweise 10 bis 20 Gewichts­ prozent Nickel. Sie kann aber auch aus 10 bis 15, insbesondere 11 bis 14, vorzugs­ weise 12 bis 13 Gewichtsprozent Cadmiumoxid bestehen beziehungsweise zusätz­ lich aufweisen. Des weiteren kann sie aus 8 bis 14, insbesondere 9 bis 13, vorzugs­ weise 10 bis 12, weiter vorzugsweise 11 Gewichtsprozent Zinnoxid bestehen bezie­ hungsweise zusätzlich aufweisen. Weiterhin kann sie aus 1 bis 5, insbesondere 2 bis 4, vorzugsweise 3 Gewichtsprozent Kupfer bestehen beziehungsweise zusätzlich aufweisen. Darüber hinaus kann sie aus 0,1 bis 5, insbesondere 0,2 bis 4, vorzugs­ weise 0,3 bis 2 Gewichtsprozent Nickel bestehen beziehungsweise zusätzlich auf­ weisen.

Die weitere Kontaktschicht besteht in vorteilhafter Weise aus einer Goldlegierung mit einem Goldanteil von 30 bis 95, insbesondere 45 bis 80, vorzugsweise 60 bis 70, weiter vorzugsweise 65 Gewichtsprozent.

Die weitere Kontaktschicht kann aber auch aus einer Silber-Palladium-Legierung mit einem Palladium-Anteil von 30 bis 60, insbesondere 40 bis 50, vorzugsweise 45 Gewichtsprozent bestehen.

Bei einer weiteren besonderen Ausführungsform der Erfindung sind zwei weitere Kontaktschichten vorgesehen, wobei die erste weitere Kontaktschicht aus einer Goldlegierung mit einem Goldanteil von 30 bis 95, insbesondere 45 bis 80, vorzugs­ weise 60 bis 70, weitere vorzugsweise 65 Gewichtsprozent besteht und die zweite weitere Kontaktschicht aus einer Silber-Palladium-Legierung mit einem Palladium- Anteil von 30 bis 70, insbesondere 40 bis 50, vorzugsweise 45 Gewichtsprozent be­ steht. Durch die erfindungsgemäße Maßnahme ist es möglich, die Silber-Palladium- Schicht in ihrer Schichtdicke zu minimieren. Denn wenn die Silber-Palladium-Schicht auch geeignet ist, bei einer genügend großen Schichtdicke als Barriere für das Kor­ rosionsprodukt zu wirken, so kann sie durch die erfindungsgemäße Maßnahme auf die für die ordnungsgemäße Schaltfunktion erforderliche Schichtdicke reduziert wer­ den.

Die weiteren Kontaktschichten können durch mechanisches Plattieren, galvanische Abscheidung oder durch Vakuumbeschichtung aufgebracht werden.

Als vorteilhaft hat sich auch herausgestellt, daß das Profil eine gewölbte Kontakto­ berfläche aufweist. Dadurch bildet sich ein sehr guter Kontaktpunkt aus. In vorteil­ hafter Weise ist es auch möglich, zwei miteinander wirkende Kontakte so anzuord­ nen, daß die Wölbungen in einem Winkel von 90 Grad zueinander stehen. Dies re­ sultiert in einer noch besseren Ausbildung des Kontaktpunktes.

Bei einer weiteren besonderen Ausführungsform der Erfindung ist das Profil als Schulterprofil ausgebildet. Vorteilhaft ist es aber auch, wenn das Profil ein Tra­ pezprofil ist. Derartig ausgebildete Profile lassen sich besonders leicht auf einem Kontaktträger aufbringen. Denn die Schulter des Schulterprofils beziehungsweise die Seiten des Trapezprofils können als Arbeitsflächen dienen, wodurch die Kon­ taktfläche bei der Montage geschont wird.

Die untere Kontaktschicht kann durch mechanisches Plattieren, galvanische Ab­ scheidung oder durch Vakuumbeschichtung auf das Trägerelement aufgebracht werden. Die Breite der unteren Kontaktschicht entspricht vorzugsweise etwa 50 bis 98 Prozent der Gesamtbreite des Profils. Die untere Kontaktschicht kann auch aus zwei verschiedenen Silber-Legierungen bestehen.

Weitere Merkmale der vorliegenden Erfindung ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung eines besonderen Ausführungsbeispiels unter Bezugnahme auf die Zeichnung.

Es zeigen Fig. 1 bis 5 besondere Ausführungsformen eines erfindungsgemäßen Kontaktprofils in schematischen Darstellungen im Querschnitt.

In den Figuren sind gleiche Elemente mit gleichen Bezugszeichen versehen. Wie dem in Fig. 1 dargestellten Querschnitt eines erfindungsgemäßen Kontaktprofils entnommen werden kann, ist in einem Trägerelement 4 eine untere Kontaktschicht 3 eingebettet. An der der unteren Kontaktschicht 3 entgegengesetzten Seite weist das Trägerelement 4 eine Schweißwarze 5 auf. Mittels der Schweißwarze 5 läßt sich das Trägerelement 4 besonders leicht auf einen Kontaktträger aufschweißen. Die untere Kontaktschicht 3 ist 20 bis 80 µ dick und besteht aus Silber oder einer Silber- Legierung. Das Trägerelement 4 besteht aus Nickel, einer Kupfer-Legierung oder einer Kupfer-Nickel-Legierung.

An der Seite des Trägerelements 4, an der sich die untere Kontaktschicht 3 befindet, erstreckt sich über die gesamte Fläche eine erste weitere Kontaktschicht 1 sowie eine zweite weitere Kontaktschicht 2. Die weiteren Kontaktschichten 1, 2 schließen die in das Trägerelement 4 eingelassene untere Kontaktschicht 3 vollständig ab. Die untere Kontaktschicht 3 ist daher nur noch an den Stirnseiten des Kontaktes nicht abgedeckt. Die seitlichen Flanken der unteren Kontaktschicht 3 sind durch die Ein­ bettung sowie die weiteren Kontaktschichten 1, 2 vollständig abgedeckt. Die weite­ ren Kontaktschichten 1, 2 bestehen aus einer 1,0 bis 5 µ dicken Gold-Legierung oder aus einer 5 bis 20 µ dicken Silber-Palladium-Legierung.

Bei dem in Fig. 2 dargestellten Schulterprofil weist das Trägerelement 4 zwei Schweißwarzen 5 auf. Die untere Kontaktschicht 3 ist nicht mehr in das Trägerele­ ment eingelassen sondern auf das Trägerelement 4 aufgebracht. Die untere Kon­ taktschicht 3 ist mit einer ersten weiteren Kontaktschicht 1 umschlossen. Die erste weitere Kontaktschicht 1 erstreckt sich ausgehend vom Trägerelement 4 über die untere Kontaktschicht 3 wieder zum Trägerelement 4. Die nicht von einer Kontakt­ schicht überdeckten Schultern des Trägerelements 4 erlauben eine gute Handha­ bung des Kontaktprofils.

Bei dem in Fig. 3 dargestellten Trapezprofil ist das Trägerelement 4 etwa tra­ pezförmig ausgebildet. Auf der kürzeren Seite des Trapezes ist eine untere Kontakt­ schicht 3 angeordnet. Zwischen der unteren Kontaktschicht 3 und dem Trägerele­ ment 4 befindet sich eine Haftschicht 3a, welche aus Silber besteht. Sie ist etwa 30 µ dick. Die untere Kontaktschicht 3 ist vollständig mit einer weiteren Kontaktschicht 2 überdeckt. Die weitere Kontaktschicht 2 erstreckt sich ausgehend vom Trägerele­ ment 4 über die untere Kontaktschicht 3 wieder zum Trägerelement 4. Das Trägere­ lement 4, die untere Kontaktschicht 3 sowie die weitere Kontaktschicht 2 sind ge­ wölbt. Hierdurch bildet sich ein sehr guter Kontaktpunkt aus. Schulter- und Tra­ pezprofil haben den Vorteil, daß beim Aufschweißen der Profilabschnitte die Schweißelektrode entweder auf der Schulter oder auf der Flanke des Profils aufsitzt und somit keine Verunreinigungen von der Schweißelektrode auf die Kontaktfläche gelangen.

Das in Fig. 4 dargestellte Kontaktprofil besteht aus einem Trägerelement 4, in wel­ ches eine untere Kontaktschicht 3 kissenförmig eingelassen ist. Das Trägerelement 4 sowie die untere Kontaktschicht 3 werden von einer ersten weiteren Kontaktschicht 1 und einer zweiten Kontaktschicht 2 vollständig überdeckt. Das Kontaktprofil ist an der Seite mit den weiteren Kontaktschichten gewölbt. Durch die kissenförmige Aus­ bildung der unteren Kontaktschicht 3 wird in vorteilhafter Weise erreicht, daß an der den Kontaktpunkt bildenden Stelle, der höchsten Erhebung der Wölbung, die untere Kontaktschicht 3 ihre größte Dicke hat. Neben der den Kontaktpunkt bildenden Stelle ist die Dicke der unteren Kontaktschicht 3 geringer. Hierdurch ergibt sich in vorteilhafter Weise eine Materialersparnis.

Bei der in Fig. 5 dargestellten Ausführungsform der Erfindung wird die zuvor be­ schriebene Materialersparnis dadurch erreicht, daß die untere Kontaktschicht 3 Ab­ stufungen aufweist. Im Zentrum des Kontaktes weist sie ihre größte Dicke auf. Ne­ ben dem Zentrum des Kontaktes wird die Dicke durch eine erste Abstufung verrin­ gert. In weiterer Entfernung vom Zentrum des Kontaktes ist eine zweite Abstufung vorhanden, wodurch sich die Dicke der unteren Kontaktschicht 3 nochmals verrin­ gert.

Claims (10)

1. Elektrisches Mehrlagen-Kontaktprofil, mit einem Trägerelement (4), auf welchem eine untere Kontaktschicht (3) aufgebracht ist, auf welcher sich wenigstens teilweise wenigstens eine weitere Kontaktschicht (1 : 2) befindet, dadurch gekennzeichnet, daß die untere Kontaktschicht (3) vollständig auf dem Trägerelement (4) umschlos­ sen ist.

2. Elektrisches Mehrlagen-Kontaktprofil nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß sich zwischen der weiteren Kontaktschicht (1, 2) und dem Trägerelement (4) eine Umgrenzungsschicht (6) aus einer Nichteisen-Metall-Legierung befindet.

3. Elektrisches Mehrlagen-Kontaktprofil nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß sich die weitere Kontaktschicht (1, 2) ausgehend vom Trägerelement (4) über die untere Kontaktschicht (3) wieder zum Trägerelement (4) erstreckt.

4. Elektrisches Mehrlagen-Kontaktprofil nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß die untere Kontaktschicht (3) aus einer Silber-Legierung mit 0,15 bis 20 Ge­ wichtsprozent Nickel und/oder 10 bis 15 Gewichtsprozent Cadmiumoxid und/oder 8 bis 14 Gewichtsprozent Zinnoxid und/oder mit 1 bis 5 Gewichtsprozent Kupfer und/oder 0,1 bis 5 Gewichtsprozent Nickel besteht.

5. Elektrisches Mehrlagen-Kontaktprofil nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß die weitere Kontaktschicht (1, 2) aus einer Gold-Legierung mit einem Goldanteil von 30 bis 95 Gewichtsprozent besteht.

6. Elektrisches Mehrlagen-Kontaktprofil nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß die weitere Kontaktschicht (1, 2) aus einer Silber-Palladium-Legierung mit ei­ nem Palladium-Anteil von 30 bis 60 Gewichtsprozent besteht.

7. Elektrisches Mehrlagen-Kontaktprofil nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß eine erste weitere Kontaktschicht (1) gemäß Anspruch 5 und eine zweite weite­ re Kontaktschicht (2) gemäß Anspruch 6 vorhanden sind.

8. Elektrisches Mehrlagen-Kontaktprofil nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, daß das Profil eine gewölbte Kontaktoberfläche aufweist.

9. Elektrisches Mehrlagen-Kontaktprofil nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, daß das Profil ein Schulterprofil ist.

10. Elektrisches Mehrlagen-Kontaktprofil nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, daß das Profil ein Trapezprofil ist.