Electrical contact

An electrical contact is an electrical circuit component found in electrical switches, relays, connectors and circuit breakers.^[1] Each contact is a piece of electrically conductive material, typically metal. When a pair of contacts touch, they can pass an electrical current with a certain contact resistance, dependent on surface structure, surface chemistry and contact time;^[2] when the pair is separated by an insulating gap, then the pair does not pass a current. When the contacts touch, the switch is closed; when the contacts are separated, the switch is open. The gap must be an insulating medium, such as air, vacuum, oil, SF₆. Contacts may be operated by humans in push-buttons and switches, by mechanical pressure in sensors or machine cams, and electromechanically in relays. The surfaces where contacts touch are usually composed of metals such as silver or gold alloys^[3][4] that have high electrical conductivity, wear resistance, corrosion resistance, oxidation resistance and other properties.^[5][6]

Contacts can be produced from a wide variety of materials. Typical materials include:^[5][6]

• Silver alloys
• Gold
• Platinum-group metals
• Carbon^[7]
• Copper^[6]

Contacts are rated for the current carrying capacity while closed, breaking capacity when opening (due to arcing) and voltage rating. Opening voltage rating may be an AC voltage rating, DC voltage rating or both.

Wenn Relaiskontakte öffnen, um einen hohen Strom bei induktiver Last zu unterbrechen, entsteht ein Spannungsstoß , der einen Lichtbogen zwischen den Kontakten erzeugt. Ist die Spannung hoch genug, kann ein Lichtbogen auch ohne induktive Last entstehen. Unabhängig von der Entstehung des Lichtbogens bleibt dieser so lange bestehen, bis der Stromfluss zu gering ist, um ihn aufrechtzuerhalten. Lichtbögen beschädigen die elektrischen Kontakte, und ein anhaltender Lichtbogen kann verhindern, dass die geöffneten Kontakte die Stromversorgung des gesteuerten Systems unterbrechen. ^{[ 8 ]}

In Wechselstromsystemen , in denen der Strom pro Zyklus zweimal den Nulldurchgang durchläuft, erlöschen bis auf die energiereichsten alle Lichtbögen am Nulldurchgang. Das Problem ist bei Gleichstromsystemen gravierender , da dort keine solchen Nulldurchgänge auftreten. Aus diesem Grund weisen Kontakte, die für eine bestimmte Spannung zum Schalten von Wechselstrom ausgelegt sind, häufig eine niedrigere Nennspannung für Gleichstrom auf. ^{[ 9 ]}

Ragnar Holm leistete einen bedeutenden Beitrag zur Theorie und Anwendung elektrischer Kontakte. ^{[ 10 ]}

Makroskopisch glatte und saubere Oberflächen sind mikroskopisch rau und in der Luft mit Oxiden, adsorbiertem Wasserdampf und atmosphärischen Verunreinigungen kontaminiert. Berühren sich zwei elektrische Metallkontakte, ist die tatsächliche Metall-zu-Metall-Kontaktfläche im Vergleich zur gesamten Kontaktfläche klein. In der Theorie elektrischer Kontakte wird der relativ kleine Bereich, in dem Strom zwischen zwei Kontakten fließt, als a-Punkt bezeichnet, wobei „a“ für Rauheit steht . Betrachtet man den kleinen a-Punkt als kreisförmige Fläche und den spezifischen Widerstand des Metalls als homogen, so weisen Strom und Spannung im Leiter eine sphärische Symmetrie auf. Eine einfache Berechnung ermöglicht es, die Größe des a-Punkts mit dem Widerstand der Kontaktfläche in Beziehung zu setzen. Bei Metall-zu-Metall-Kontakt zwischen elektrischen Kontakten ist der elektrische Kontaktwiderstand (im Gegensatz zum Widerstand des Kontaktmetalls) hauptsächlich auf die Strombegrenzung in einem sehr kleinen Bereich, dem a-Punkt, zurückzuführen. Bei Kontaktflächen mit Radien kleiner als die mittlere freie Weglänge der Elektronen tritt ballistische Elektronenleitung auf, was zu einem Phänomen führt, das auch als Sharvin-Widerstand bekannt ist . ^{[ 11 ]} Kontaktkraft oder -druck vergrößern die Kontaktfläche, wodurch der Einschnürungswiderstand und der elektrische Kontaktwiderstand sinken. ^{[ 12 ]} Sobald die Größe der Kontaktstellen größer als die mittlere freie Weglänge der Elektronen wird, dominieren Holm-Kontakte als Transportmechanismus, was zu einem relativ niedrigen Kontaktwiderstand führt. ^{[ 2 ]}${\displaystyle \lambda }$

Der nationale Verband der Relaishersteller (National Association of Relay Manufacturers) und sein Nachfolger, der Verband der Relais- und Schalterindustrie (Relay and Switch Industry Association), definieren 23 verschiedene Formen des elektrischen Kontakts, die in Relais und Schaltern vorkommen. ^{[ 13 ]}

Ein normalerweise geschlossener (Ein NC -Kontaktpaar ist geschlossen (leitfähig), wenn es sich oder das ihn betätigende Gerät im stromlosen oder entspannten Zustand befindet.

Ein normalerweise offener (Ein NO -Kontaktpaar ist geöffnet (im nichtleitenden Zustand), wenn es sich oder das ihn betätigende Gerät im stromlosen oder entspannten Zustand befindet.

Der nationale Verband der Relaishersteller (National Association of Relay Manufacturers) und sein Nachfolger, der Verband der Relais- und Schalterindustrie (Relay and Switch Industry Association), definieren 23 verschiedene elektrische Kontaktformen, die in Relais und Schaltern vorkommen. ^{[ 14 ]} Die folgenden Kontaktformen sind besonders verbreitet:

Kontakte der Form A („Schließkontakte“) sind normalerweise offene Kontakte. Die Kontakte sind geöffnet, solange keine Erregerkraft (Magnet oder Relaisspule) anliegt. Sobald eine Erregerkraft anliegt, schließen die Kontakte. Eine alternative Bezeichnung für Form A ist SPST-NO . ^{[ 13 ]}

Kontakte der Form B („Öffnungskontakte“) sind normalerweise geschlossene Kontakte. Ihre Funktionsweise ist logisch umgekehrt zu der von Form A. Eine alternative Notation für Form B ist SPST-NC . ^{[ 13 ]}

Kontaktform C (auch Umschaltkontakte genannt) besteht aus einem normalerweise geschlossenen und einem normalerweise offenen Kontaktpaar, die vom selben Gerät betätigt werden. Zwischen je einem Kontakt jedes Paares besteht eine gemeinsame elektrische Verbindung, sodass nur drei Anschlussklemmen vorhanden sind. Diese Klemmen werden üblicherweise als normalerweise offen , gemeinsam und normalerweise geschlossen ( NO-C-NC ) bezeichnet. Eine alternative Bezeichnung für Kontaktform C ist SPDT . ^{[ 13 ]}

Diese Kontakte sind in elektrischen Schaltern und Relais recht häufig anzutreffen, da das gemeinsame Kontaktelement eine mechanisch wirtschaftliche Methode zur Realisierung einer höheren Kontaktanzahl darstellt. ^{[ 13 ]}

Kontakte der Form D („Continuity Transfer“-Kontakte) unterscheiden sich von Kontakten der Form C nur in einem Punkt: der Reihenfolge des Schaltvorgangs. Während Kontakt der Form C kurzzeitig beide Verbindungen offen hält, garantiert Kontakt der Form D kurzzeitig die Verbindung aller drei Anschlüsse. Dies ist eine relativ seltene Konfiguration. ^{[ 13 ]}

Formular E ist eine Kombination aus Formular D und Formular B.

Kontakte der Form K (Mittelstellung Aus) unterscheiden sich von Form C dadurch, dass sie eine Mittelstellung (Aus- oder Öffnerstellung) aufweisen, in der keine Verbindung hergestellt wird. SPDT- Kippschalter mit Mittelstellung Aus sind weit verbreitet, Relais mit dieser Konfiguration hingegen relativ selten. ^{[ 13 ]}

Form-X- oder Doppelschließerkontakte entsprechen zwei in Reihe geschalteten Form-A- Kontakten, die mechanisch verbunden und von einem einzigen Aktor betätigt werden, und können auch als SPST-NO- Kontakte bezeichnet werden. Sie werden häufig in Schützen und Kippschaltern eingesetzt, die für induktive Hochleistungslasten ausgelegt sind. ^{[ 13 ]}

Form-Y- oder Doppelunterbrechungskontakte entsprechen zwei in Reihe geschalteten Form-B- Kontakten, die mechanisch miteinander verbunden sind und von einem einzigen Aktor betätigt werden, und können auch als SPST-NC- Kontakte bezeichnet werden . ^{[ 13 ]}

Z -Kontakte (Doppel-Schließer-Doppel-Öffner) sind mit C- Kontakten vergleichbar, verfügen aber fast immer über vier externe Anschlüsse: zwei für den normalerweise offenen und zwei für den normalerweise geschlossenen Stromkreis. Wie bei den X- und Y -Kontakten bestehen beide Stromkreise aus jeweils zwei in Reihe geschalteten Kontakten, die mechanisch verbunden und von einem einzigen Aktor betätigt werden. Auch diese Kontaktart wird als SPDT- Kontakt (Swift-Doublet-Kontakt) bezeichnet. ^{[ 13 ]}

Bei Schaltern mit sowohl Öffner- (NO) als auch Schließerkontakten (NC) kann die Reihenfolge des Schaltvorgangs von Bedeutung sein. In den meisten Fällen gilt die Regel „ Öffnen vor Schließen“ ( BBM ); das heißt, die Öffner- und Schließerkontakte sind beim Übergang zwischen den Zuständen nie gleichzeitig geschlossen. Dies ist jedoch nicht immer der Fall. Kontakte der Form C folgen dieser Regel, während die ansonsten äquivalenten Kontakte der Form D der umgekehrten Regel „Schließen vor Öffnen“ folgen. Die weniger gebräuchliche Konfiguration, bei der die Öffner- und Schließerkontakte während des Übergangs gleichzeitig geschlossen sind, ist „Schließen vor Öffnen“ ( MBB) .

• Kontaktabpraller
• Verriegelungsrelais
• Leitungsspleiß
• Benetzungsstrom
• Benetzungsspannung

• Pitney, Kenneth E. (2014) [1973]. Ney Contact Manual - Elektrische Kontakte für Anwendungen mit geringem Energieverbrauch (Nachdruck der 1. Auflage). Deringer-Ney, ursprünglich JM Ney Co. ASIN  B0006CB8BC .(Hinweis: Kostenloser Download nach Registrierung.)
• Slade, Paul G. (12.02.2014) [1999]. Elektrische Kontakte: Grundlagen und Anwendungen . Elektrotechnik und Elektronik. Band 105 (2. Aufl.). CRC Press , Taylor & Francis, Inc. ISBN 978-1-43988130-9Die{{cite book}}: |work=ignoriert ( Hilfe )
• Holm, Ragnar ; Holm, Else (29.06.2013) [1967]. Williamson, JBP (Hrsg.). Elektrische Kontakte: Theorie und Anwendung (Nachdruck der 4. überarbeiteten Auflage). Springer Science & Business Media . ISBN 978-3-540-03875-7Die(Anmerkung: Eine Überarbeitung des früheren " Handbuchs für elektrische Kontakte ".)
• Holm, Ragnar ; Holm, Else (1958). Handbuch der elektrischen Kontakte (3., vollständig überarbeitete Auflage). Berlin/Göttingen/Heidelberg: Springer-Verlag . ISBN 978-3-66223790-8Die{{cite book}}:ISBN-/Datumsinkompatibilität ( Hilfe )[1] (Hinweis: Eine Neufassung und Übersetzung des früheren Buches „ Die technische Physik der elektrischen Kontakte “ (1941) in deutscher Sprache, das als Nachdruck unter der ISBN erhältlich ist 978-3-662-42222-9.)
• Huck, Manfred; Walczuk, Eugeniucz; Buresch, Isabell; Weiser, Josef; Borchert, Lothar; Faber, Manfred; Bahrs, Willy; Säger, Karl E.; Imm, Reinhard; Behrens, Volker; Heber, Jochen; Großmann, Hermann; Streuli, Max; Schuler, Peter; Heinzel, Helmut; Harmsen, Ulf; Györy, Imre; Ganz, Joachim; Horn, Jochen; Kaspar, Franz; Lindmayer, Manfred; Berger, Frank; Baujan, Günter; Kriechel, Ralph; Wolf, Johann; Schreiner, Günter; Schröther, Gerhard; Maute, Uwe; Linnemann, Hartmut; Thar, Ralph; Möller, Wolfgang; Rieder, Werner; Kaminski, Jan; Popa, Heinz-Erich; Schneider, Karl-Heinz; Bolz, Jakob; Vermij, L.; Mayer, Ursula (2016) [1984]. Vinaricky, Eduard; Schröder, Karl-Heinz; Weiser, Josef; Keil, Albert; Merl, Wilhelm A.; Meyer, Carl-Ludwig (Hrsg.). Elektrische Kontakte, Werkstoffe und Anwendungen: Grundlagen, Technologien, Prüfverfahren (auf Deutsch) (3. Aufl.). Berlin / Heidelberg / New York / Tokio: Springer-Verlag . ISBN 978-3-642-45426-4Die