DE1169140B

DE1169140B - Verwendung einer Gold-Nickel-Legierung als Werkstoff zur Herstellung von Schwachstrom-kontakten fuer Schaltkreise mit vorgegebener im Bereich von 10 bis 10 Henry liegender Selbstinduktion, die dort die geringstmoegliche Materialwanderung aufweisen sollen

Info

Publication number: DE1169140B
Application number: DED41052A
Authority: DE
Inventors: Dr-Ing Eugen Duerrwaechter; Dipl-Phys Wilhelm Merl
Original assignee: Doduco GmbH and Co KG Dr Eugen Duerrwaechter
Current assignee: Doduco Solutions GmbH
Priority date: 1955-10-01
Filing date: 1955-10-01
Publication date: 1964-04-30

Description

Verwendung einer Gold-Nickel-Legierung als Werkstoff zur Herstellung von Schwachstromkontakten für Schaltkreise mit vorgegebener im Bereich von 10-7 bis 10-4 Henry liegender Selbstinduktion, die dort die geringstmögliche Materialwanderung aufweisen sollen Die Erfindung bezieht sich auf die Verwendung einer Gold-Nickel-Legierung als Werkstoff zur Herstellung von Schwachstromkontakten für gleichstromdurchflossene Schaltkreise mit bekannter, konstanter oder unbekannter oder wechselnder, im Bereich von 10-7 bis 10-4 Henry liegender Selbstinduktion, die dort die geringstmögliche Materialwanderung aufweisen.
Es ist bekannt, daß sowohl die einzelnen Legierungen untereinander als auch die verschiedenen Zusammensetzungen ein und derselben Legierung bezüglich Materialwanderungseigenschaften ein unterschiedliches Verhalten zeigen. Welche Faktoren für dieses Verhalten maßgeblich sind, war bisher weitgehend unbekannt. Die Auswahl der jeweils verwendeten Legierung und ihrer Zusammensetzung geschah daher empirisch.
Es ist ferner bekannt, daß die Selbstinduktion eines Stromkreises auf die Form und Wirkung eines in ihm brennenden Lichtbogens von Einfluß ist und daß demzufolge auch die Materialwanderung von der Selbstinduktion abhängt. Näher untersucht ist diese Erscheinung bisher jedoch nur für das Gebiet der Grobwanderung.
Im Bereich der Feinwanderung, d. h. bei kleinen Induktivitäten im Schaltkreis, liegen nur einige Angaben über das Verhalten der unlegierten Metalle Silber und Platin vor.
Die Erfindung beruht nun auf der überraschenden Erkenntnis, daß die Materialwanderung nicht nur einerseits von der Zusammensetzung der Legierung und andererseits von der Selbstinduktion des Schaltkreises abhängt, sondern daß hinsichtlich der Materialwanderung bei bestimmten Legierungen auch Wechselbeziehungen zwischen der Zusammensetzung der Legierung und der Selbstinduktion des Schaltkreises bestehen.
Erfolgt bei kleinen Induktivitäten die Materialwanderung von der Kathode zur Anode, so überlagert sich mit zunehmender Induktivität eine Verdampfung der Kathode, die zur Umkehr der Wanderungsrichtung führt. Bei einer bestimmten Induktivität des Schaltkreises tritt eine Stabilisierung ein, da sich die von der Kathode und Anode verdampften und auf der Gegenelektrode kondensierten Metallmengen die Waage halten.
Im Gegensatz zu früheren Anschauungen haben Messungen ergeben, daß der Induktivitätsbereich, in dem die Kompensation stattfindet, bei manchen Legierungen und Zusammensetzungen nicht so schmal ist, daß er für eine praktische Anwendung ausscheidet. Zur Auswahl einer Kontaktlegierun#,'äie , in ein, p*m vorgegebenen Schältkreis* mit bekannter, konstanter Selbstinduktion dort die geringstmöglichen Material-, wanderungserscheinungen'zeigt, njimmt man mit der' Legierungszusammens etzung als Parameter ein a c Kurvenschar auf die die'Mafeniälw'-an*d'e:rting#sei#cheinungen als Funktion der Selbstinduktion des Schaltkreises zeigt und wählt dann diejenige Legierung, die bei der gegebenen Selbstinduktion die Materialwanderung 0 oder nahezu 0 hat.
Erfindungsgemäß ergibt sich dann als am besten geeigneter Werkstoff zur Herstellung von Schwachstromkontakten in Schaltkreisen mit bekannter, im Bereich von 10-7 bis 10-4 Henry liegender oder in diesem Bereich veränderlicher Selbstinduktion eine Gold-Nickel-Legierung, die aus 1 bis 20% Nickel, Rest Gold, besteht.
Für Kontaktzwecke sind Gold-Nickel-Legierungen, bestehend aus 3 bis 10#l/o Nickel, Rest Gold, bekannt (deutsche Patentschriften 759 254, 858 898 und 901930). Es ist auch bekannt, zur Erhöhung der Rekristallisationstemperatur weitere Zusätze an Silber, Platin, Palladium, Zirkonium, Kupfer, Kobalt, Eisen, Chrom oder Mangan zuzulegieren (deutsche Patentschriften 913 702, 915 988 und 910 839), doch fehlte bisher die Erkenntnis, daß die Materialwanderung in hohem Maße auch von den Selbstinduktionswerten der Schaltkreise abhängt, in die Schalter unter Verwendung dieser Legierungen als Kontaktwerkstoff eingebaut sind. Das Verhalten der erfindungsgemäß zu verwendenden Gold-Nickel-Legierungen hinsichtlich der Materialwanderung und hinsichtlich der Schaltkreisselbstinduktion zeigt das Kurvenbild F i g. 1. In diesem Kurvenbild ist auf der Abszisse die Selbstinduktion des Schaltkreises in Henry in logarithmischem Maßstab aufgetragen. Auf der Ordinate ist das Volumen der Materialablagerung in 10 - 13 cm3 aufgetragen. Das positive Gebiet zeigt die Ablagerung auf der Kathode, das negative Gebiet die Ablagerung auf der Anode.
Die einzelnen Kurven in F i g. 1 sind mit Ziffern bezeichnet, welche den Prozentsatz des Nickelgehalts angeben.
Wie aus F i g. 1 ersichtlich, haben die bekannten Legierungen mit 3 bis 10% Nickel nur bei Selbstinduktionen in der Größenordnung von 10-4 bis 10-7 Henry einzelne Nullpunkte, eignen sich also keineswegs, wie in den Vorveröffentlichungen vorausgesetzt, für Schaltkreise mit beliebiger Selbstinduktion. Für Feingold liegt der Kompensationspunkt bei höheren Induktivitäten und fällt außerhalb des Meßbereichs. Die Legierungen aus 1 bis 10% Nickel, Rest Gold, zeigen also nur in Schaltkreisen mit ganz bestimmter Selbstinduktion keine oder nur geringe Wandererscheinungen. Dagegen zeigt sich, daß der bisher noch nicht vorgeschlagene Nickelgehalt von 16b/o eine starke Annäherung an die Nullachse in einem weiten Bereich ergibt. Ein Kontakt aus einer solchen Gold-Nickel-Legierung eignet sich also hervorragend für Schaltkreise unbestimmter oder schwankender Selbstinduktion.
Aus der Kurvenschar der F i g. 1 kann man die Kurve der F i g. 2 als Parameter entnehmen. Sie zeigt denjenigen Nickelgehalt einer erfindungsgemäß zu verwendenden Gold-Nickel-Legierung, die bei einer gegebenen Selbstinduktion ein Minimum an Materialwanderung hat.
Bei der, erfindungsgemäß zu verwendenden Legierung ergibt sich noch ein anderer günstiger Umstand: Das im Schaltlichtbogen entstehende Nickeloxyd ist ein Isolator, so daß der Schaltlichtbogen bei jedesmaligem Entstehen einen anderen Fußpunkt auf der Kontaktfläche suchen muß. Je höher also der Nickelgehalt ist, um so gleichmäßiger wird die Verteilung des gewanderten Materials sein. Die nach den oben gemachten Ausführungen günstigste erfindungsgemäß zu verwendende Legierung mit einem Nickelgehalt von 16% hat also zugleich auch in dieser Hinsicht die besten Eigenschaften. Erfindungsgemäß zu verwendende Legierungen mit Nickelgehalten um 16% stellen also das Optimum dar.
Die erfindungsgemäß zu verwendende Legierung kann, wie die bekannten, mit den obengenannten Zusätzen zur Erhöhung der Rekristallisationstemperatur versehen werden. Wie sich gezeigt hat, beeinflussen diese Zusätze die Wanderungseigenschaften nicht.

Claims

Patentansprüche: 1. Verwendung einer Legierung, bestehend aus 1 bis 201% Nickel, Rest Gold, als Werkstoff zur Herstellung von Schwachstromkontakten für Schaltkreise mit bekannter, im Bereich von 10-7 bis 10-4 Henry liegender Selbstinduktion, die bei einer bestimmten, sich aus F i g. 2 ergebenden Selbstinduktion die geringstmögliche Materialwanderung aufweisen.
2. Verwendung einer Legierung der in Anspruch 1 genannten Zusammensetzung, bestehend aus 161% Nickel, Rest Gold, als Werkstoff zur Herstellung von Schwachstromkontakten für Schaltkreise mit unbekannter oder wechselnder, im Bereich von 10-7 bis 10-4 Henry liegender Selbstinduktion, die in dem gesamten genannten Selbstinduktionsbereich die geringstmögliche Materialwanderung aufweisen. 3. Verwendung einer Legierung der in Anspruch 1 oder 2 genannten Zusammensetzung, die noch die zur Erhöhung der Rekristallisationstemperatur bekannten Elemente Silber, Platin, Palladium, Zirkonium, Kupfer, Kobalt, Eisen, Chrom, Mangan, einzeln oder zu mehreren, in den üblichen Mengen enthält, für den in Anspruch 1 oder 2 angegebenen Verwendungszweck.