CH652855A5

CH652855A5 - Verfahren zur herstellung eines elektrischen verbundmaterialkontakts und vorrichtung zur ausfuehrung dieses verfahrens.

Info

Publication number: CH652855A5
Application number: CH9594/80A
Authority: CH
Inventors: Akira Shibata
Original assignee: Chugai Electric Ind Co Ltd
Priority date: 1979-12-29
Filing date: 1980-12-24
Publication date: 1985-11-29
Also published as: DE3048242A1; GB2066127B; FR2472826B1; JPS5696413A; MX148531A; GB2066127A; BR8008443A; FR2472826A1; CA1139594A; US4429458A

Description

Die Erfindung bezieht sich auf ein Verfahren zur Herstellung eines elektrischen Verbundmaterialkontakts nach dem Oberbegriff des Patentanspruchs 1 sowie auf eine Vorrichtung zur Ausführung dieses Verfahrens.

Bei nach einem solchen Verfahren hergestellten elektrischen Verbundmaterialkontakt ist ein Kontaktabschnitt mit einem Basisabschnitt zusammengesetzt und diese Abschnitte sind an ihren aneinandergrenzenden Flächen durch Kalt-pressschweissen miteinander verbunden.

Ein derartiger elektrischer Verbundmaterialkontakt wird häufig auf einem Träger- oder Stützmetall befestigt, das aus Kupfer, Kupferlegierungen oder Eisenwerkstoffen wie rostfreiem Stahl, Federstahl und dgl. besteht. Jedoch haften herkömmlichen Verfahren zum Verschweissen des Kontakts mit einem Stützmetall eine Reihe von Schwierigkeiten an, weshalb ihre Einsatzmöglichkeiten begrenzt sind.

Beispielsweise ist es zum Aufschweissen des elektrischen Verbundmaterialkontakts auf ein Trägermetall erforderlich, den Kontakt zunächst in einem sich gänzlich vom Schweiss-vorgang unterschiedlichen und unabhängigen Verfahrensschritt spannungsfrei zu glühen. Dadurch ist es unmöglich, den Kontakt so sauber und rein wie bei seiner Fertigung zu halten, da er mit anderen Kontakten in Berührung gelangt. Es ist tatsächlich schwierig, wenn nicht gar unmöglich, zwischen dem Kontaktabschnitt und dem Basisabschnitt solcher Kontakte zu unterscheiden. Ferner bedarf es sehr präziser Fertigkeiten, um Kontakte mit kleinen Abmessungen jeweils nacheinander genau an der gewünschten Position auf einem Stützmetall mittels Punkt- oder Warzenschweissung zu befestigen,

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ohne dass bei der Anbringung die Kontakt- oder Basisabschnitte verwechselt werden. Obgleich diese Arbeitsgänge schon realisierbar sind, lassen sie sich bei der Massenfertigung nur mit Schwierigkeiten einsetzen. Deshalb ist es auch üblicher, ein Bandschweissverfahren einzusetzen, jedoch ist ein solches Verfahren nicht wirtschaftlich, da es einen Verlust teurer Materialien mit sich bringt. Nach einer anderen herkömmlichen Methode wird der Basisabschnitt eines Verbundmaterialkontakts, der speziell nietenartig ausgebildet ist,

durch eine an einer Stützmetall platte vorgesehene Perforation geführt, und das freiliegende Ende des Basisabschnitts wird mit der Stützmetallplatte vernietet bzw. verspreizt. Dieses Verfahren bedingt vergleichsweise hohe Werkzeugkosten und besitzt den Nachteil, dass durch die Aufspreizung die Dicke einer Kontaktanordnung vergrössert wird.

Die Aufgabe der Erfindung besteht insbesondere darin, die bei bekannten Verfahren auftretenden Nachteile zu vermeiden und ein Verfahren zum Aufschweissen eines elektrischen Verbundmaterialkontakts der vorgenannten Art auf eine Trägermetallplatte zu schaffen, welches reibungslos und wirtschaftlich einsetzbar ist; ferner soll eine Vorrichtung geschaffen werden, die sich zur entsprechenden Ausführung des Verfahrens eignet.

Die erfindungsgemässe Lösung besteht in einem Verfahren nach den Merkmalen des Patentanspruchs 1 sowie in einer Vorrichtung nach den Merkmalen des Patentanspruchs 8.

Gemäss einer Ausführungsform der Erfindung wird die Bodenfläche des Basisabschnitts des Kontakts aufgerauht, wenn dieser Abschnitt mit dem zugehörigen Kontaktabschnitt kaltverschweisst wird. Eine solche Rauhigkeit vergrössert die Härte der Bodenfläche und damit auch ihre Schweissfähig-keitseigenschaften bei anderen Metallen.

Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung wird nachstehend anhand von Zeichnungen näher erläutert. Es zeigen:

Fig. 1 bis 10 schematische Schnittdarstellungen einer Vorrichtungsserie zur Ausführung des Verfahrens nach den Merkmalen der Erfindung.

Beim erfindungsgemässen Verfahren wird ein kurzes Drahtmaterial, aus dem der Kontaktabschnitt des Verbundmaterialkontakts bestehen soll und ein anderes kurzes Drahtmaterial, welches als Basisabschnitt dienen soll, koaxial aufeinander ausgerichtet und einem axialen Druck ausgesetzt, so dass die aneinandergrenzenden Drahtenden kaltverschweisst werden. Der auf diese Weise gebildete Verbundmaterialkontakt wird sofort über eine Trägermetallplatte überführt, ohne dass nach dem Kaltverschweissen ein weiterer Behandlungsschritt, auch kein Spannungsfrei-Glühen, vorgenommen wird und wird auf dieser Platte abgesetzt. Beide Teile werden nun unter Druck zwischen ein Elektrodenpaar eingeklemmt, so dass sie mittels Widerstandswärme zwischen den Elektroden punktverschweisst werden. Dabei ist es erfindungswesentlich, dass ein überwiegend grosser Abschnitt des Verbundmaterialkontakts, insbesondere seine kaltverschweissten aneinandergrenzenden Flächen durch eine der Elektroden umschlossen wird. Dieser unter Druck und Wärme erfolgende Einschluss durch die Elektrode bewirkt ein Freisetzen von Spannung im Kontakt, welche beim Kaltverschweissen erzeugt wurde und erhöht auch die Bindungskraft zwischen den Kontakt- und Basisabschnitten. Ausserdem erlaubt der Einschluss des Kontakts ein Glühen, wodurch sich eine möglicherweise anschliessende Kontaktformung leichter durchführen lässt.

Auch wird in der Art, wie der Kontakt mit einem Trägermetall nach der Erfindung punktverschweisst wird, keine Deformation oder Verwerfung am Trägermetall erzeugt, wodurch das Ausstanzen des mit dem Kontakt verschweissten Trägermetallteils aus einer fortlaufenden Trägermetallplatte präzise ausgeführt werden kann.

Der in den Fig. 1 bis 10 beschriebene Vorgang der Verbundmaterialkontaktherstellung geht insbesondere wie folgt vor sich:

Ein Stempel 1, der auch als obere Elektrode dient, besitzt eine Stempelbrust 2, die aus Wolframkarbid oder dgl. besteht. Dieser Stempel ist mit einer axialen Durchgangsbohrung 3 versehen und weist an seiner Stempelbrust 2 eine Ausnehmung 4 auf, deren Form der eines Kontaktabschnittes eines zu bildenden elektrischen Kontakts entspricht. Ferner ist der Stempel mit einer Klemmeinrichtung 6 versehen, welche ein Drahtmaterial 5 für den Kontaktabschnitt am Stempel festhält oder relativ zu diesem verlagerbar freigibt, wobei das Drahtmaterial durch die Bohrung 3 intermittierend um einen vorbestimmten Abstand bewegt wird. Ein Schaftgesenk 7 ist so plaziert, dass es dem Stempel 1 gegenübersteht und besitzt eine Bohrung 8, die koaxial auf die Durchgangsbohrung 3 des Stempels 1 ausgerichtet ist. Für diese Bohrung 8 ist ein Zapfen 9 vorgesehen, der innerhalb der Bohrung hin- und herbewegbar ist. Der Stempel 1 kann in eine Arbeitsstellung bewegt werden, in der er fast am Schaftgesenk 7 anliegt. Die obere Aussenfläche des Schaftgesenks 7 und das freie Ende des Zapfens 9 sind durch Kerben 10, 10'

aufgerauht.

In einem Abstand vom Stempel 1 und vom Schaftgesenk 7 ist eine Zuführungseinrichtung für ein Drahtmaterial 11 für den Basisabschnitt des elektrischen Verbundmaterialkontakts angeordnet. Die Mittellinie der Zuführungseinrichtung verläuft parallel zur gemeinsamen Achse von Stempel 1 und Schaftgesenk 7. Das Drahtmaterial 11 wird über ein Rollenpaar 12 intermittierend zugeführt, läuft durch eine Schneidhülse 13 und wird bis zum Anliegen an einem Anschlag 14 vorgeschoben. Das freie Ende des Anschlags 14 liegt in einer gemeinsamen Ebene mit der Oberfläche des Schaftgesenks 7. Ein Schneid- oder Trennmesser 15 gleitet am unteren Rand der Schneidhülse 13 entlang und trennt dabei den Draht 11 auf ein gewünschte Länge ab. Das Schneidmesser klemmt auch den abgetrennten Drahtteil ein und befördert den kurzen abgetrennten Draht 11' zu einem Spalt zwischen dem Stempel 1 und dem Schaftgesenk 7, wie dies in Fig. 1 mit strichpunktierten Linien dargestellt ist.

Durch die Zuführungseinrichtung für das Drahtmaterial 11 und mittels des Stempels sowie des Schaftgesenks, deren Aufbau vorstehend erläutert wurde, werden das Drahtmaterial 5, das den Kontaktabschnitt des elektrischen Verbundmaterialkontakts bildet und der kurze abgetrennte Draht 11', der den Basisabschnitt dieses Kontakts darstellt, koaxial in einem Abstand zwischen dem Stempel und dem Schaftgesenk, wie in Fig. 1 gezeigt, aufeinander ausgerichtet.

Nach dieser Ausrichtung wird das Drahtmaterial 5 über die Klemmeinrichtung 6 am Stempel festgehalten. Dann wird, wie in Fig. 2 gezeigt, der Stempel 1 zum Schaftgesenk 7 hin verlagert, während der Zapfen 9 des Schaftgesenks gleichzeitig zum Stempel hin angehoben wird. Das Trennmesser 15 ist in seine Ausgangsposition zurückgezogen.

Das vordere Ende des Drahtmaterials 5, welches mittels der Klemmeinrichtung unverlagerbar am Stempel gehalten wird und der kurze abgetrennte Draht 11' werden zwischen den Stempel und das Schaftgesenk sowie dessen Zapfen ein-gepresst, wodurch an ihren aneinandergrenzenden Flächen 16 eine ausgedehnte plastische Deformation und ein Kaltpress-verschweissen erfolgt, so dass ein elektrischer Verbundmaterialkontakt 5' hergestellt wird. Dabei ist es bedeutsam, dass dieser Kontakt an seiner unteren Fläche eine Rauhigkeit erhält. Danach wird der das Drahtmaterial mit an dessen vorderem Ende gebildeten elektrischen Verbundmaterialkontakt tragende Stempel 1 etwas nach oben angehoben. In Fig. 3 ist eine untere Elektrode 17 dargestellt, auf welcher eine längliche Platte eines Trägermetalls 19, das mit Bohrungen 18 zur

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Befestigung des Metalls an einem elektrischen Bauteil versehen ist, intermittierend bewegt wird.

Der Stempel 1, welcher auch als obere Elektrode arbeitet und den Kontakt 5' trägt und die untere Elektrode 17 mit der auf ihr liegenden Trägermetallplatte 19 werden in eine einander gegenüberliegende Stellung gebracht. Der Stempel wird zur Platte 19 hin abgesenkt, so dass der vom Stempel getragene elektrische Verbundmaterialkontakt mit seiner unteren rauhen Fläche gegen die Trägermetallplatte 19 an einer gewünschten Position anliegt. Der Stempel 1 und die untere Elektrode 17 werden mit einem Strom beschickt (beispielsweise unter einem Druck von etwa 18 kp und mit einem elektrischen Strom von etwa 5000 Ampere), wodurch die aufgrund des Widerstands zwischen dem Basisabschnitt 11' des Verbundmaterialkontakts 5' und dem Trägermetall 19 erzeugte Wärme diese Teile miteinander verschweisst. Während des Schweissens wird der elektrische Verbundmaterialkontakt fest innerhalb der Ausnehmung 4 des Stempels 1 gehalten und zwar in der Lage, in der er seit dem Kaltpress-verschweissen festgehalten wurde. Er wird auch der Widerstandswärme und der Druckbelastung ausgesetzt, wodurch die während des Kaltverschweissens an der Verbindungsfläche 16 erzeugte Spannung freigesetzt und der Kontakt als ganzes spannungsfrei geglüht wird.

Ein Klingenpaar 20, welches zum Drahtmaterial 5 hin und von diesem weg beweglich ist, dient zum Abtrennen des Verbundkontakts 5' vom Drahtmaterial 5.

Wenn der elektrische Verbundmaterialkontakt auf das Stützmetall 19 durch Widerstandsschweissung aufgebracht ist, wird die Klemmeinrichtung 6, welche das Drahtmaterial 5 am Stempel festgelegt hat, vom Draht entfernt. Dann wird, 5 wie in den Fig. 4 und 5 gezeigt, der Stempel weiterhin ein wenig angehoben, während die Klingen 20, 20 aufeinander zu bewegt werden, so dass sie an der Oberseite des Kontakts angreifen, um ihn vom Draht 5 abzutrennen. Die Klemmeinrichtung 6 spannt den Draht 5 erneut gegen den Stempel an io und der Stempel wird abgesenkt und in seine Ausgangsposition, wie in Fig. 1 gezeigt, zurückverlagert.

Das streifenförmige Trägermetall mit aufgeschweisstem Verbundkontakt wird auf ein unteres Presswerkzeug 22 verlagert, welches einem oberen Pressgesenk 22 gegenübersteht, 15 welches eine Ausnehmung 23 besitzt, die der endgültigen Kontaktform entspricht. Wie in Fig. 7 gezeigt, wird durch das Absenken des oberen Pressgesenks 21 auf das untere Gesenk 22 die Form des in Fig. 8 gezeigten Kontakts ausgebildet. Diese Formgebung lässt sich einfach und exakt ausführen, da 20 der Kontakt bereits spannungsfrei geglüht wurde.

Die Stützmetallplatte wird zur Bildung von Kontakteinheiten ausgestanzt und zwar mittels eines Stanzstempels 24, wie in den Fig. 9 und 10 dargestellt. Eine Ausnehmung 25 ist am freien Ende des Stanzstempels 24 vorgesehen, welche 25 einen Bruch des Kontakts 5', 11' verhindert, wenn der Stanzstempel niedergepresst wird.

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2 Blatt Zeichnungen

Claims

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1. Verfahren zur Herstellung eines elektrischen Verbundmaterialkontakts, der zusammengesetzt ist aus einem Kontaktabschnitt aus metallischen Werkstoffen, in denen feinst-verteilte Metalloxide dispergiert sind, oder aus pulvermetallurgisch hergestellten Silberlegierungen, die Metallkarbide oder Kohlenstoffe enthalten, die nicht punktschweissbar, jedoch kaltschweissbar sind, ferner aus einem mit dem Kontaktabschnitt kaltverschweissten Basisabschnitt aus metallischen Werkstoffen, die kaltverschweissbar sind, einen hohen Übergangs- und spezifischen Widerstand aufweisen und an ihren verschweissten Oberflächen keinen Oxidationsfilm bilden, wobei der Verbundmaterialkontakt auf ein Trägermetall in situ, d.h. in der Lage, in der der Kontakt zusammengefügt wurde, aufgeschweisst wird, gekennzeichnet durch

Zusammenfügen des Verbundkontakts, indem ein Draht aus den metallischen Materialien für den Kontaktabschnitt und ein Draht aus den metallischen Materialien für den Basisabschnitt koaxial aufeinander ausgerichtet werden,

Kaltverschweissen der aneinandergrenzenden Drahtenden durch ein axial gerichtetes Druckbeaufschlagen der Drähte zum Flachdrücken und zum gleichzeitigen Verbinden der aneinandergrenzenden Drahtenden,

Aufsetzen des Verbundkontakts auf das Trägermetall, derart, dass sein Basisabschnitt unmittelbar nach dem Kalt-schweissen an einer gewünschten Stelle am Trägermetall anliegt, ohne dass der Kontakt irgendeiner Vorbehandlung mit Ausnahme eines möglicherweise erforderlichen Verfor-mens, unterzogen wird und dass der Verbundkontakt mit dem Trägermetall zwischen ein Paar stromführender Elektroden gelegt und durch Widerstandspressschweissen auf das Trägermetall aufgeschweisst wird, wobei das Elektrodenpaar die Teile unter Druck hält und eine Elektrode einen Teil des Verbundkontaktdrahtes festhält, wodurch die Widerstandswärme zwischen den den Kontakt verschweissenden Elektroden und dem Trägermetall die beim Kaltverschweissen der aneinandergrenzenden Enden erzeugte Spannung freisetzt und den Kontakt insgesamt spannungsfrei glüht.

2. Verfahren nach Patentanspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die metallischen Werkstoffe, aus denen der Kontaktabschnitt hergestellt ist, unter der Oberfläche oxi-dierte Silberlegierungen sind.

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PATENTANSPRÜCHE

3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass die dispergierten Metalloxide Oxide von Cadmium, Zinn, Zink, Eisen oder Indium sind.

4. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass das Metallcarbid Wolframkarbid ist.

5. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass der Kohlenstoff Graphit ist.

6. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass die metallischen Werkstoffe, aus denen der Basisabschnitt hergestellt ist, Silber, Silberlegierungen, Kupfer oder Kupferlegierungen sind.

7. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass das Trägermetall Kupfer, eine Kupferlegierung oder eine Eisenlegierung ist.

8. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, dass die Vorbehandlung eine Glühbehandlung ist.

9. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, dass der Verbundkontaktdraht im Bereich der miteinander zu verbindenden Enden festgehalten wird.

10. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass beim axialgerichteten Druckbeaufschlagen zum Kaltverschweissen der aneinandergrenzenden Drahtenden an der Bodenfläche des Kontakt-Basisabschnitts eine Rauhigkeit ausgebildet wird und dass der über die Elektroden an den

Kontakt angelegte Druck zur Bildung dieser Rauhigkeit hinreichend hoch ist.

11. Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass ein gleichzeitig als Elektrode dienender Stempel (1) koaxial und im Abstand auf ein Schaftgesenk (7) ausgerichtet ist, dass der Stempel, das Schaftgesenk oder beide Werkzeugteile in eine Arbeitsstellung verlagerbar sind, in welcher ihre gegenüberstehenden Oberflächen nahezu aneinanderstossen, dass der Stempel eine ihn axial durchlaufende Durchgangsbohrung (3), durch die ein erster Draht (5) für einen der Verbundkontaktabschnitte hindurchtritt und ferner ein Klemmittel (6) aufweist, welches den ersten Draht lösbar am Stempel festhält, dass das Schaftgesenk einen Zapfen (9) aufweist, der auf die Ebene der oberen Fläche des Schaftgesenks anhebbar ist, wenn sich dieses in der Arbeitsstellung befindet, dass eine Einrichtung (15) für eine Zufuhr eines für einen anderen Verbundkontaktabschnitt bestimmten zweiten Drahtes (11) in den Abstand zwischen Stempel und Gesenk hinein, in einer zum ersten Draht axial ausgerichteten Lage, vorgesehen ist, dass die Drähte an ihren aneinandergrenzenden Enden durch den Stempel und das den Zapfen aufweisende Schaftgesenk kalt-verschweisst werden, sobald die beiden Werkzeugteile in ihre Arbeitsstellung verlagert werden und dass ferner eine andere Elektrode (17) vorgesehen ist, die dem Stempel koaxial gegenübersteht, wenn dieser aus seiner dem Gesenk gegenüberliegenden Position heraus verlagert ist und welche im Zusammenwirken mit dem Stempel als Gegenelektrode den Verbundkontakt (5', 11') auf das Trägermetall (19) durch Widerstandspressschweissung aufbringt, währenddessen der im wesentlichen ganze Verbundkontakt innerhalb des Stempels festgehalten wird.

12. Vorrichtung nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, dass das Schaftgesenk (17) und sein Zapfen (9) an ihren oberen Aussenflächen aufgerauht sind.