DE2441688C3 - Shielding gas for electrical switching contacts - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft ein Schutzgas für in inerter Gasatmosphäre gekapselt arbeitende elektrische Schaltkontakte unter Verwendung eines bekannten Basis-Schutzgases, das einen Anteil einer gasförmigen aliphatischen Verbindung enthält und unter Verwendung von Kontaktwerkstoffen mit relativ hoher Duktilität (plastische Verformbarkeit), wie beispielsweise Gold, Silber, Kupfer oder dergleichen, welche bei metallisch reiner Oberfläche aufgrund des Kaltverschweißungs-Effektes zum sogenannten Kleben neigen.The invention relates to a protective gas for electrical systems which operate in an encapsulated manner in an inert gas atmosphere Switching contacts using a known basic protective gas that contains a proportion of a gaseous aliphatic Contains connection and using contact materials with relatively high ductility (plastic deformability), such as gold, silver, copper or the like, which in metallic clean surface tend to stick because of the cold welding effect.

Bisher bekannte und als praktisch bewährte üblicherweise verwendete Schutzgase für elektrische Schaltkontakte dienen z. B. der Verminderung der Stoffwanderung an den Kontaktflächen durch Dampfzusätze aliphatischer Verbindungen oder haken, wie beispielsweise eine Mischung aus Stickstoff + Wasserstoff + Helium (N2 + H2 + He) oder Stickstoff + Wasserstoff (N2 + H2) die kontaktgebende Oberfläche der Schaltelemente wie angestreb' weitestgehend metallisch >-ein und verhindern die Bildung von Oxyd-, Sulfat- oder anderweitigen Schichten, welche für das Schaltverhalten schädlich sein könnten, sei es in elektrischer Hinsicht durch Verschlechterung des Kontaktwiderstandes infolge Ausbildung einer Oxydschicht oder sei es in mechanischer Beziehung durch eine Verminderung der Lebensdauer durch erhöhten mechanischen Abrieb infolge Ausbildung harter Kristalle wi<; Karbide oder dergleichen an der Schaltoberfläche.Shielding gases for electrical switching contacts that have been known to date and have proven themselves in practice are commonly used serve z. B. the reduction of the migration of substances on the contact surfaces through the addition of steam aliphatic Connections or hooks, such as a mixture of nitrogen + hydrogen + helium (N2 + H2 + He) or nitrogen + hydrogen (N2 + H2) the contact-making surface of the switching elements as intended 'largely metallic> -ein and prevent the formation of oxide, sulfate or other layers, which are essential for the switching behavior could be harmful, be it from an electrical point of view due to a deterioration in the contact resistance Formation of an oxide layer or be it in a mechanical relationship by a reduction in Lifetime due to increased mechanical abrasion due to the formation of hard crystals wi <; Carbides or the like on the switch surface.

Diese vorerwähnte wünschenswerte Reinhaltung der Schaltoberfläche bringt jedoch andererseits den Nachteil mit sich, daß solche reinen Metalloberflachen zum sogenannten »Kleben« infolge eines an sich bekannten KaltverschweiBungs-Effektes neigen und daß sie daher eine unerwünschte Steigerung des mechanischen Abriebes aufweisen. Im besonderen zeigt sich dieser unerwünschte Effekt bei Kontaktwerkstoffen mit hoher Dukiilität (plastische Verformbarkeit), weil diese Werkstoffe naturgemäß über eine größere Fläche satt aufeinander liegen und so der Kaltverschweißungs-Effekt begünstigt wird. Derartige Kontaktwerkstoffe wie beispielsweise Gold, Silber, Kupfer und dergleichen werden jedoch, insbesondere bei elektrischen Schaltkontakten der Fernmeldetechnik, in großem Umfang zumindest zur Beschichtung der Kontaktelemente im eigentlichen Schaltbereich verwendet, wenn es darauf ankommt, den elektrischen Übergangswiderstand mögliehst niedrig zu halten.However, on the other hand, this desirable keeping the switching surface clean has the disadvantage with it that such pure metal surfaces are known for so-called "gluing" as a result of a per se Cold welding effect and therefore an undesirable increase in mechanical wear exhibit. This undesirable effect is particularly evident in contact materials with a high Ductility (plastic deformability) because these materials naturally lie on top of one another over a larger area, creating the cold welding effect is favored. Such contact materials such as gold, silver, copper and the like are used however, especially in the case of electrical switching contacts in telecommunications technology, at least to a large extent used to coat the contact elements in the actual switching area, if it is on it arrives, the electrical contact resistance is possible to keep it low.

Bei der älteren DE-OS 24 35 026 ist ein Schutzgas vorgeschlagen worden, das 3 bis 25 Vol.-% Methan enthält Dabei soll das Schutzgas aufkohlende Wirkung aufweisen und ist daher speziell zur Wärmebehandlung von Stählen geeignet Eine Verwendung eines derartigen Schutzgases für Schaltkontakte ist nicht genanntIn the older DE-OS 24 35 026, a protective gas has been proposed which contains 3 to 25 vol .-% methane The protective gas should have a carburizing effect and is therefore specially designed for the heat treatment of Suitable for steels The use of such a protective gas for switching contacts is not mentioned

Durch eine weitere Druckschrift ist ein Schutzgas bekannt das niedrige aliphatische Kohlenwasserstoffe im Bereich von 1 Vol.-% zusammen mit Stickstoff enthält. Dieses Gas weist neben anderen Gasen einen Kohlenmonoxydgehalt von 10'% auf und ist somit nicht für die Verwendung als Schutzgas bei gekapselten Kontakten geeignetA protective gas is known from another publication, the lower aliphatic hydrocarbons in the range of 1% by volume together with nitrogen. This gas, along with other gases, has a carbon monoxide content of 10% and is therefore not suitable for use as a protective gas for encapsulated contacts suitable

Die geschilderten Nachteile zu beseitigen und ein Schutzgas zu schaffen, welches unter Beibehaltung der Vorteile praktisch seit langem erprobier Schutzgasmischungen beispielsweise der eingangs genannten Art ein Kaltverschweißen der Kontaktelemente verhindert und gleichzeitig den mechanischen Abrieb zwischen ih-To eliminate the disadvantages outlined and to create a protective gas, which while maintaining the Advantages of inert gas mixtures that have been tried and tested for a long time, for example of the type mentioned at the beginning prevents cold welding of the contact elements and at the same time prevents mechanical abrasion between their

}5 nen verringert, ist das Ziel der vorliegenden Erfindung. Erreicht wird das vorgenannte Ziel gemäß der Erfindund dadurch, daß der dem Basis-Schutzgas beigefügte Anteil der aliphatischen gasförmigen Verbindung größer als 1 Molprozent des Basisschutzgases ist und aus der Gruppe der sogenannten niederen Kohlenwasserstoffe stammt. } 5 is the aim of the present invention. The aforementioned aim is achieved according to the invention in that the proportion of the aliphatic gaseous compound added to the basic protective gas is greater than 1 mol percent of the basic protective gas and comes from the group of so-called lower hydrocarbons.

Bei einem in vorstehender Art zusammengesetzten Schutzgas wird beim Schalten der Kontaktglieder durch mechanische Reibung oder durch elektrische Entladungen die dem Basis-Schutzgas beigefügte Kohlenwasserstoff-Verbindung zersetzt und zum Teil wieder neu zusammengefügt, wobei dünne Schichten aus Kohlenstoff oder Polymerisationsprodukte entstehen. Durch diesen ständigen Umsetzungsprozeß einerseits und durch das Vorhandensein eines in gewisser Weise als Schutz bzw. Gleitmittel wirkenden Filmes aus atomar oder molekular verteilten Polymerisationsteilchen zwischen den Schaltoberflächen der Kontaktmetalle wird das lästige und die Schalteigenschaften des Kontaktes störende Kleben der Metalloberflächen der Kontaktglieder verhindert und gleichzeitig der mechanische Abrieb spürbar reduziert. Selbstverständlich sind in vorerwähnter Weise entstehende Kohlenstoffschichten keine idealen elektrischen Leiter, jedoch ist es aus der Literatur bekannt, daß der Durchgangswiderstand an elektrischen Kontaktstellen in Abhängigkeit steht von der Dicke der Kohlenstoffschicht. Diesem Gesichtspunkt ist gemäß der Lehre der Erfindung Rechnung getragen, indem nur ein relativ gerin-In the case of an inert gas composed in the above manner, when the contact elements are switched by mechanical friction or by electrical discharges the hydrocarbon compound added to the basic protective gas decomposed and partly reassembled, creating thin layers of carbon or polymerization products. Through this constant implementation process on the one hand and through the presence of one in a certain way as a protective or lubricant film made of atomically or molecularly distributed polymerisation particles between the switching surfaces of the contact metals becomes the annoying and the switching properties of the contact bothersome sticking of the metal surfaces of the contact elements prevented and at the same time the mechanical Noticeably reduced abrasion. It goes without saying that carbon layers are formed in the above-mentioned manner not an ideal electrical conductor, but it is known from the literature that the volume resistance at electrical contact points depends on the thickness of the carbon layer. According to the teaching of the invention, this aspect is taken into account in that only a relatively small

^6<; ger Anteil der Kohlenwasserstoff-Verbindung beigefügt ist, so daß sich der Durchgangswiderstand an der Schaltstelle nur in einer für die Praxis durchaus zulässigen Weise verändert. Darüber hinaus wird eine Erhö- ^{6 <;} ger portion of the hydrocarbon compound is added, so that the volume resistance at the switching point changes only in a way that is entirely permissible in practice. In addition, an increase

hung des Kontaktwiderstandes auch dadurch begrenzt, daß nach der Lehre der Erfindung aus der Gruppe der niederen Kehlenwasserstoffe nur aliphatische verwendet werden, welche gegenüber aromatischen Kohlenwasserstoffen bei mechanischer Reibung weniger für die Kontaktgabe schädliche Polymerisationsprodukte bilden.hung of the contact resistance also limited by the fact that according to the teaching of the invention from the group of lower hydrocarbons used only aliphatic which are less favorable to aromatic hydrocarbons in the case of mechanical friction contact can form harmful polymerisation products.

Für die praktische Realisierung der Erfindung werden nach experimentellen Untersuchungsergebnissen insbesondere zwei Schutzgase empfohlen, und zwar gemäß einem Ausführungsbeispiel ein Schutzgas, dessen Basis-Schutzgas einen Anteil von Äthan (C2H6) enthält, wobei sich gemäß einem Ausführungsbeispiel der Erfindung ein Anteil an Äthan im Bereich zwischen 1 bis 3 Mol-% des Basis-Schutzgases als bevorzugt geeignet erweistFor the practical implementation of the invention, according to experimental test results In particular, two protective gases are recommended, namely, according to one embodiment, a protective gas whose Basic protective gas contains a portion of ethane (C2H6), according to an embodiment of the invention a proportion of ethane in the range between 1 to 3 mol% of the basic protective gas is preferred proves

Nach einem anderen Ausführungsbeispiel der Erfindung kann das Basis-Schutzgas einen Anteil von Propan (C3H8) enthalten. Hierbei empfiehlt sich insbesondere ein Anteil von Propan im Bereich 1 bis 2 Mol-%.According to another exemplary embodiment of the invention, the basic protective gas can contain a proportion of propane (C3H8) included. This is particularly recommended a proportion of propane in the range 1 to 2 mol%.

Claims (5)

Patentansprüche:Patent claims: 1. Schutzgas für in inerter Gasatmosphäre gekapselt arbeitende elektrische Schaltkontakte unter Verwendung eines bekannten Basis-Schutzgases, das einen Anteil einer gasförmigen aliphatischen Verbindung enthält und unter Verwendung von Kontaktwerkstoffen mit relativ hoher Duktilität (plastische Verformbarkeit) wie beispielsweise Gold, Silber, Kupfer oder dergleichen, weiche bei metallisch reiner Oberfläche aufgrund des Kaltverschweißungs-Effektes zum sogenannten Kleben neigen, dadurch gekennzeichnet, daß der dem Basis-Schutzgas beigefügte Anteil der aliphatischen gasförmigen Verbindung größer als 1 Mol-% des Basisschutzgases ist und aus der Gruppe der sogenannten niederen Kohlenwasserstoffe stammt.1. Inert gas for electrical switching contacts encapsulated in an inert gas atmosphere Use of a known basic protective gas that contains a proportion of a gaseous aliphatic Contains connection and using contact materials with relatively high ductility (plastic deformability) such as gold, silver, copper or the like, soft in metallic clean surface due to the cold welding effect tend to so-called sticking, characterized in that the portion of the aliphatic gaseous compound is greater than 1 mol% of the basic protective gas and from the group of so-called lower hydrocarbons. 2. Schutzgas nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Basis-Schutzgas einen Anteil von Äthan (CzHe) enthält.2. Protective gas according to claim 1, characterized in that the basic protective gas has a proportion of Contains ethane (CzHe). 3. Schutzgas nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß der Anteil an Äthan (C2H6) im Bereich zwischen 1 bis 3 Mol-% des Basis-Schutzgases liegt.3. Protective gas according to claim 2, characterized in that the proportion of ethane (C2H6) is in the range is between 1 to 3 mol% of the basic protective gas. 4. Schutzgas nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Basis-Schutzgas einen Anteil von Propan (C2K8) enthält.4. Protective gas according to claim 1, characterized in that the basic protective gas has a proportion of Contains propane (C2K8). 5. Schutzgas nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß der Anteil an Propan (C3H6) im Bereich zwischen 1 bis 2 Mol°/o des Basis-Schutzgases liegt.5. Protective gas according to claim 4, characterized in that the proportion of propane (C3H6) is in the range is between 1 to 2 mol% of the basic protective gas.