Elektrischer Kontakt

Ein elektrischer Kontakt dient in der Elektrotechnik dazu, zwischen elektrischen Bauelementen, zwischen oder innerhalb von Stromkreisen oder innerhalb von Bauteilen wie Schützen, Relais oder Tastern / Schaltern eine elektrische Verbindung herzustellen.

Man unterscheidet unlösbare (feste), lösbare, Schaltkontakte sowie Schleifkontakte.

Elektromechanischer Kontakt in einem Lichtschalter

Unlösbare Kontakte / Verbindungen

Unlösbare Verbindungen sind nicht absolut unlösbar, um sie zu lösen, ist aber eine zumindest teilweise Zerstörung der Verbindung nötig.

• Lötverbindung (zum Beispiel auf Leiterplatten, mit Lötstützpunkten, mit Lötösen)
• Schweißverbindung (zum Beispiel auch Drahtbonden)
• Pressverbindung (Presshülse, Anschluss von Kabelschuhen an Leitungen)
• Nieten
• Wickelverbindung
• Klebeverbindung

Mit Werkzeug lösbare Verbindungen

• Klemmverbindung
• Schraubverbindung (zum Beispiel Stromschienen, Anschrauben von Kabelschuhen)

Im weiteren Sinne gehören auch Löt- und Wickelverbindungen zu den mit Werkzeug lösbaren Verbindungen (bedingt lösbare Verbindungen).

Lösbare Verbindungen

Steckverbindungen, Schraubverbindungen mit Rändelschrauben oder Edisongewinde (Leuchtmittel, Schraubensicherungen) können von Hand gelöst werden. Lösbare Verbindungen müssen weniger Betätigungen ertragen als Schaltkontakte, bei ihnen steht der Erhalt des geringen Übergangswiderstandes im Vordergrund. Sie werden daher oft aus silber- oder goldbeschichteten Grundwerkstoffen gefertigt. Weitere übliche Beschichtungen sind Zinn und Chrom. Unbeschichtete, lösbare Steck- und Schraubverbindungen bestehen zum Beispiel aus Kupfer, Bronze oder Messing.

Ein stabiler Kontaktwiderstand ist ein wichtiges Merkmal für eine gute Steckverbindung. Veränderungen des Kontaktwiderstandes können verschiedene Ursachen haben. Eine davon ist das elektrische Durchbrechen von hochohmigen Korrosions- und Fremdschichten, auch Fritten genannt. Um den Einfluss des Frittens zu eliminieren, werden für Prüfungen von Steckverbindungen der Prüfstrom und der maximal zulässige Spannungsabfall festgelegt. Ein deutliches Zeichen für das Fritten ist ein Knick in der Spannungs- und Stromkennlinie, welcher auf einen Sprung des Kontaktwiderstandes hindeutet. Maßgebend für die Veränderung des Kontaktwiderstandes, aufgrund des Frittens, ist die Spannung am Kontakt. Bei allgemeinen Prüfungen von Steckverbindungen kann es, durch die Verwendung eines zu großen Messstromes und einer zu hohen Leerlaufspannung, zum Fritten kommen. Deshalb schreibt die Norm IEC512 Teil 2 zur Prüfung von Steckverbindungen einen maximalen Messstrom von 100mA sowie eine maximale Leerlaufspannung von 20mV vor.

Schaltkontakte

Schaltkontakt in Nahaufnahme aus einem Relais. Links neuwertig. Rechts nach ca. 100.000 Schaltzyklen mit Kontaktabbrand

Schaltkontakte finden sich in Schützen, Relais, Tastern / Schaltern. Sie sind die anspruchsvollsten elektrischen Kontakte, denn sie müssen ihre mechanischen und elektrischen Eigenschaften oft über viele Millionen Schaltspiele aufrechterhalten:

• um Oxidation zu vermeiden, sind sie korrosionsfest (Edelmetalle) oder arbeiten unter Vakuum, Schutzgas oder Öl
• Um Kontaktabbrand zu vermeiden, besitzen sie bei hohen Leistungen einen hohen Schmelzpunkt (Wolfram)
• zum Erreichen eines geringen Übergangswiderstandes müssen sie gut leitfähig sein (Kupfer, Silber)
• sie dürfen nicht zum Verschweißen neigen (früher üblich: Cadmium)

Alle diese Eigenschaften lassen sich nicht in einem Schaltkontakt vereinigen, daher bestehen Schaltkontakte für hohe Schaltleistungen aus anderen Materialien als Schaltkontakte für Signale oder geringe Leistungen. Oft bestehen Schaltkontakte auch aus Materialkombinationen (zum Beispiel für kleine Leistungen edelmetallbeschichtete Kupfer- oder Bronze-Kontakte sowie für große Schaltleistungen mit Silber gefüllte poröse Wolframkontakte).

Üblich sind auch hauchvergoldete Silber-Kontakte, die bei kleinen Schaltleistungen ihren geringen Übergangswiderstand (die Goldschicht) behalten und, sobald sie für große Schaltleistungen eingesetzt werden, ihre Goldschicht einbüßen und einen robusten Silberkontakt freilegen. Schaltkontakte in Relais und kleinen Schaltern sind oft so gestaltet, um sie sowohl für Signalzwecke als auch für hohe Schaltleistungen einsetzen zu können.

Silber eignet sich trotz seiner hohen Leitfähigkeit nur bedingt für kleine Schaltleistungen, da es Silbersulfid-Schichten bildet.

Die wichtigsten vom Hersteller spezifizierten Merkmale eines Schaltkontaktes sind:

• Schaltleistung
• maximale Schaltspannung
• der thermisch ertragbare Dauerstrom
• der maximale Einschalt- und Ausschaltstrom an einer bestimmten Last

Schaltkontakte (Tasten, Tastaturen) für hochohmige Signale bestehen oft aus einer Paarung aus Leitgummi einerseits und Gold bzw. Graphit-Leitpaste andererseits. Sie sind besonders zuverlässig und zeigen wenig Prellen.

Das Prellen von Schaltkontakten ist ein periodisches Schließen und Wieder-Öffnen im Schaltmoment. Es führt bei Schaltkontakten für hohe Schaltleistung zum verstärkten Kontaktabbrand oder gar zum Verschweißen („Kleben“) der Kontakte. Befehlsschalter für digitale Schaltungen müssen entprellt werden.

Schleifkontakte

Schleifkontakte (auch gleitende Kontakte) dienen zur Kontaktierung bewegter Teile. Beispiele sind Kommutatoren, Stromabnehmer und Schleifringe. Es werden Paarungen aus Kupfer-/Kupferlegierungen und Graphit sowie auch Paarungen aus Edelmetallen verwendet.

Siehe auch

• Bimetallkorrosion (Kontaktkorrosion)

Weblinks

• Electrical Contacts Wiki (englisch)

Literatur

• Wolfgang Schufft (Hrsg.): Taschenbuch der Elektrischen Energietechnik. Carl Hanser Verlag, München 2007, ISBN 978-3-446-40475-5.