DE2419043C3

DE2419043C3 - Schaltvorrichtung mit bewegbaren Kontakten und Verfahren zu deren Herstellung

Info

Publication number: DE2419043C3
Application number: DE2419043A
Authority: DE
Inventors: Hidde Attleboro Mass. Walstra
Original assignee: Philips Gloeilampenfabrieken NV
Current assignee: Koninklijke Philips NV
Priority date: 1973-05-09
Filing date: 1974-04-20
Publication date: 1981-10-22
Also published as: DE2419043A1; ES426027A1; US3916132A; FR2229127B1; FR2229127A1; SE393215B; CH600524A5; DE2419043B2; IT1010436B; BE814677A; GB1451124A; NL7306444A; JPS5763713A; AU6864874A; JPS5015065A

Description

Die Erfindung bezieht sich auf eine Schaltvorrichtung mit bewegbaren Kontakten in einer gasdicht verschlossenen, mit einem Schutzgas gefüllten Umhüllung, und auf ein Verfahren zur Herstellung einer derartigen Schaltvorrichtung.

Derartige Vorrichtungen, insbesondere solche mit Zungenkontakten in miniaturisierter Ausführung, werden in den letzten Jahren vielfach in modernen Fernsprechämtern, in Rechenanlagen und in Datenübertragungssystemen verwendet.

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 Dauermagnete der Kontakt geöffnet oder geschlossen werden kann.

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

Es ist aus der DE-OS 20 38 929 bekannt, daß eine erhebliche Verlängerung der Lebensdauer von Kontakten erreicht wird, wenn statt der sich häufig ergebenden »Punkt- und Krater«-Erosion eine flache Erosion herbeigeführt wird. Bei der Erosion der letzteren Art wird nahezu die ganze Kontaktoberfläche benutzt, während dagegen bei der »Punkt- und Krater«-Erosion nur ein kleiner Teil dieser Oberfläche benutzt wird. Bei der punkt- und kraterförmigen Erosion tritt außerdem oft ein »Kleben« der Kontakte auf. Die Lebensdauer wird beim Auftreten von flacher Erosion um einen Faktor von 100 oder mehr verlängert.

Nach der DE-OS 20 38 929 kann dies bei Kontakten erreicht werden, deren Kontaktüberzug aus mindestens zwei Schichten besteht von denen die äußere aus Metall besteht und eine Dicke von 0,1 bis 5 μιη aufweist, während sich gegebenenfalls unmittelbar unter dieser Schicht eine gegebenenfalls unterbrochene, mindestens 1 VoL-% Nichtmetall enthaltende Schicht befindet

Diese Nichtmetall enthaltende Schicht kann völlig aus Kohlenstoff, Graphit Phosphor, Schwefel, Silicium oder Metalloxid bestehen, wobei sie eine Dicke von 0,001 bis

ίο 1 μπι aufweist, während die äußere Schicht aus Ruthenium und Rhodium besteht.

Nach einer anderen Ausführungsform ist das Nichtmetall in feinverteilter Form in einem Metall mit einem Schmelzpunkt unterhalb 1500⁰C in einer Gesamtschichtdicke von mindestens 0,1 μιη vorhanden.

Die genannten Schichten auf den Kontakten werden

nach der vorerwähnten Offenlegungsschrift durch Kathodenzerstäubung der betreffenden Stoffe, durch galvanisches Abscheiden, durch Aufdampfen oder durch Elektrophorese, kurz gesagi durch verhältnismäßig kostspielige Techniken angebracht, die diese Schaltvorrichtungen verhältnismäßig teuer machen.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, auf einfache Weise eine flache Kontakterosion in einer Schaltvorrichtung der eingangs genannten Art zu erzielen.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß auf der Oberfläche der bewegbaren Kontakte lose Teilchen mit einer Größe von 0,01 bis 10 μιτι aus einem Material mit einem spezifischen Widerstand von höchstens 10~²Ω · cm in einer Menge von mindestens 1 Teilchen pro mm² vorhanden sind, wobei die Oberfläche der Kontakte aus Metall mit einer Dicke von mindestens 1 μιη und einer Härte von mindestens 100 Vickers besteht.

Vorzugsweise ist auf der harten Oberflächenschicht noch eine Schicht mit einer Dicke von 0,001 bis 10 μιη vorhanden, die aus Metall mit einem spezifischen Widerstand von weniger als 10~⁴ Ω · cm besteht.

Überraschenderweise erweist es sich als genügend, wenn sich die genannten Teilchen lose auf der Oberfläche befinden, wo sie durch schwache Adhäsionskräfte zu einem großen Teil festgehalten werden. Offenbar verschieben sie sich ein wenig auf der Kontaktoberfläche und stellen sicher, daß beim Schalten der Durchschlag stets an einer anderen Stelle erfolgt. Dies ergibt die gewünschte flache Erosion.

Wenn als Material der Oberflächenschicht der Kontakte andere Materialien als solche mit einer Härte von mindestens 100 Vickers verwendet werden, besteht die Gefahr, daß die Teilchen darin festkleben und dadurch einen Durchschlag herbeiführen. Dies äußert sich dann in einer punkt- und kraterförmigen Erosion.

Nach der Erfindung ist es also offenbar wesentlich, daß die Teilchen während der Lebensdauer der Schaltvorrichtung bewegbar bleiben.

Nach einer Weiterbildung der Erfindung kann bei einem Verfahren zur Herstellung der Schaltvorrichtung dafür gesorgt werden, daß die Teilchen nichthaftend auf der Oberfläche der Kontakte gebildet werden, indem an ihrer Oberfläche eine Hydrolyse von Halogeniden stattfindet bei der Teilchen der gewünschten Art gebildet werden. Sofern die Größe der Teilchen 10 μιη übersteigt, werden diese Teilchen während der Anfangsperiode des Betriebes der Schaltvorrichtung zerkleinert, so daß sich nach einer verhältnismäßig geringen Anzahl von Schaltvorgängen die erforderliche Menge an Teilchen gebildet hat.

Die Erfindung wird anhand einiger Ausführungsbeispiele näher erläutert

B e i s ρ i e 1 1

Kontaktzungen werden durch Kathodenzerstäubung bei einer Spannung von 1500 V und einer Stromstärke von 1,2 A mit einer 3 μΐη dicken Molybdänschicht und

anschließend bei einer Spannung von 1500 V und einer Stromstärke von 0,4 A unter einem Argondruck von 1,33· 10~⁶bar mit einer 0,1 μπι dicken Rutheniumschicht überzogen. Dann werden durch Eintauchen in eine Fluorchlorkohlenwasserstoffsuspension Kohlenstoffteilchen angebracht. Danach werden die Kontakt- '5 zungen paarweise in eine Glasumhüllung eingeschmolzen und es wird deren Lebensdauer geprüft Diese Lebensdauerprüfung erfolgt im unbelasteten Zustand und unter sogenannter Kreuzpunktbelastung, wobei unter einer Gleichspannung von 50 V Kabelentladungen über 45, 75 und 140 Ω mit Kabellängen von 1, 2, 20 und 100 m durchgeführt werden. Der Kontaktüberzug weist bei allen diesen Prüfungen eine flache Erosion und einen niedrigen Widerstand von weniger als 150 πιΩ bei mindestens 100 · 10⁶ Schaltvorgängen im unbelasteten Zustand auf. Die Anforderung von mindestens 0,5 bis 3 ■ 10⁶ Schaltvorgängen im belasteten Zustand wird leicht erfüllt.

Beispiel 2

Kontaktzungen werden auf gleiche Weise wie im Beispiel 1 mit einer 0,1 μπι dicken Goldschicht überzogen und dann durch Eintauchen in eine Suspension von Rutheniumpulver in Fluorchlorkohlenwasserstoff (Teilchengröße 0,1 bis 1 μπι) mit Rutheniumteilchen versehen. Die mit diesen Zungen bestückten, in eine Umhüllung eingeschmolzenen Kontakte weisen Eigenschaften auf, die denen der Kontakte nach Beispiel 1 gleichwertig sind.

Beispiel 3

Kontaktzungen, deren innerhalb der Umhüllung einzuschmelzender Teil eine Länge von etwa 7 mm und eine Breite von 0,5 mm aufweist und die aus Nickeleisen bestehen, werden in einer Kathodenzerstäubungseinrichtung mit einer Goldschicht mit einer Dicke von 0,1 μίτι überzogen. Der Argondruck während der Zerstäubung beträgt 1,33 - 10~⁶ bar, die Spannung 1500V und die Stromstärke 0,5 A. Dann wird durch Eintauchen in eine Suspension von Kohlenstoffteilchen in Fluorchlorkohlcmwasserstoff eine lose Schicht aus Kohlenstoffteilchen aufgebracht. Dieser Kontaktüberzug weist eine flache Erosion und einen niedrigen Widerstand beim Schalten im belasteten Zustand auf. Die damit erzielten Ergebnisse sind denen der Kontakte nach Beispiel 1 gleichwertig.

Claims

Patentansprüche:

1. Schaltvorrichtung mit bewegbaren Kontakten in einer gasdicht verschlossenen, mit einem Schutzgas gefüllten Umhüllung, dadurch gekennzeichnet, daß aul der Oberfläche der bewegbaren Kontakte lose Teilchen mit einer Größe von 0,01 bis 10 μίτι aus einem Material mit einem spezifischen Widerstand von höchstens 10~² Ω · cm in einer Menge von mindestens 1 Teilchen pro mm² vorhanden sind, wobei die Oberfläche der Kontakte aus Metall mit einer Dicke von mindestens 1 μιη und einer Härte von mindestens 100 Vickers besteht

2. Schaltvorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet daß auf der harten Oberflächenschicht noch eine Schicht mit einer Dicke von 0,01 bis 1,0 μπι vorhanden ist, die aus Metall mit einem spezifischen Widerstand von weniger als 10-⁴Ω · cm besteht

3. Verfahren zur Herstellung einer Schaltvorrichtung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Kontakte nichthaftend mit Teilchen der gewünschten Art dadurch überzogen werden, daß an ihrer Oberfläche eine Hydrolyse der entsprechenden Halogenide stattfindet.