DD242767B1 - PROCESS FOR CONNECTING SWITCH CONTACTS TO CONTACT SPERM MATERIAL - Google Patents

Description

Anwendungsgebiet der ErfindungField of application of the invention

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Verbinden von Schaltkontakten mit Kontaktfedermaterial, vorzugsweise bei der Herstellung von elektromechanischen Bauelementen, wie Relais, Schalter und Taster.The invention relates to a method for connecting switch contacts with contact spring material, preferably in the manufacture of electromechanical components, such as relays, switches and buttons.

Charakteristik der bekannten technischen LösungenCharacteristic of the known technical solutions

Es ist bekannt, Schaltkontakte aus Silber in einer Punktschweißmaschine auf Kupferträger zu löten, indem die Bildung des Eutektikums zwischen Kupfer und Silber in den Randzonen der Verbindungsstelle genutzt wird (TWA-Richtlinie Nr. 67, ZIS Halle,It is known to solder switch contacts made of silver in a spot welding machine on copper carrier by the formation of the eutectic between copper and silver is used in the edge zones of the joint (TWA Directive No. 67, ZIS hall,

S. 143). Ebenso ist vermerkt, daß bei bestimmten Werkstoffen Zwischenschichten verwendet werden, deren Aufgabe darin besteht, in beide zu verbindenden Werkstoffe schneller zu diffundieren als die Ausgangsstoffe ineinander. Dadurch können die Fügezeiten verkürzt werden. Es ist aber nicht bekannt, Schaltkontakte aus Kohlenstoff bzw. Graphit auf kupferlegierte Federwerkstoffe in gleicher, vorteilhafter Weise anzubringen. Es ist lediglich bekannt, daß Metall-Graphit-Kontakte mit einem Graphitanteil von nur 3... 5% bereits schlecht lot- oder schweißbar sind; der Graphitanteil bewirkt gerade die hohe Sicherheit dieser Kontakte gegenüber dem Verschweißen (Keil/Merl/Vinaricky: „Elektrische Kontakte und ihre Werkstoffe", Springer Verlag 1984, S. 196). Üblich sind galvanische Beschichtungen des Kohlenstoffes, wenn Verbindungen mit Metallen hergestellt werden sollen. Bei Materialien mit einem Metallgehalt von etwa 95% ist eine Verbindung auch ohne die galvanische Vorbehandlung zu erzielen. Die Haftung ist aber nur sehr gering (Keil/Merl/Vinaricky, S. 303).P. 143). It is also noted that for certain materials intermediate layers are used, whose task is to diffuse faster in both materials to be joined than the starting materials into each other. As a result, the joining times can be shortened. However, it is not known to mount switching contacts made of carbon or graphite on copper-alloyed spring materials in the same advantageous manner. It is only known that metal-graphite contacts with a graphite content of only 3 ... 5% are already poorly solderable or weldable; The graphite component is responsible for the high degree of safety of these contacts compared to welding (Keil / Merl / Vinaricky: "Electrical Contacts and Their Materials", Springer Verlag 1984, p. 196) In the case of materials with a metal content of about 95%, a compound can also be achieved without the galvanic pretreatment, but the adhesion is only very low (Keil / Merl / Vinaricky, p. 303).

Metallhaltige Kohlebürsten werden mit verzinntem Kupfer verbunden (DD-PS 142108).Metal-containing carbon brushes are connected with tin-plated copper (DD-PS 142108).

Reine Graphitplatten ohne Metallgehalt werden mit einem Metall dadurch verbunden, daß eine galvanische Schicht— bestehend aus einem karbidbildenden Element (Ti, Mo) — auf die Graphitplane aufgebracht werden muß. Danach wird die Verbindung mit einem Silber-Kupfer-Lot hergestellt (DS-OS 3303568).Pure graphite plates without metal content are connected to a metal in that a galvanic layer consisting of a carbide-forming element (Ti, Mo) - must be applied to the graphite tarpaulin. Thereafter, the compound is prepared with a silver-copper solder (DS-OS 3303568).

Kohlekontakte sind aber nur als Massengut galvanisch beschichtbar und damit aber auf der gesamten Oberfläche. Zusätzlich können Elektrolytreste verschleppt werden, die immer eine Korrosionsgefahr darstellen.However, coal contacts can only be electroplated as bulk material and thus on the entire surface. In addition, electrolyte residues can be carried off, which always represent a risk of corrosion.

Es ist auch bekannt, Kohlenstoff mit karbidbildenden Metallen zu verbinden (Donelly, R. G.; Slaughter, G. M., Welding Journal [1962] 5,461-469). Mit gegenüber Kohlenstoff inerten Metallen, wie beispielsweise Cu, Ag und Sn, sind keine Verbindungen herstellbar (Naidic: Internationale Konferenz über die Anwendung synthetischer Diamanten in der Industrie, Kiew, 14. bis 18.9.1971). Zur Erzielung maximaler Festigkeiten liegen die Fügezeiten verfahrensgemäß nicht unter 30 Minuten.It is also known to join carbon with carbide-forming metals (Donelly, R.G., Slaughter, G.M., Welding Journal [1962] 5,461-469). With compounds inert to carbon, such as Cu, Ag and Sn, no compounds can be produced (Naidic: International Conference on the Use of Synthetic Diamonds in Industry, Kiev, 14-18 September 1971). To achieve maximum strength, the joining times according to the method are not less than 30 minutes.

Fügetemperaturen oberhalb der eutektischen Temperatur zwischen einem karbidbildenden Metall und Kohlenstoffen liegen gewöhnlich über 1500 K, weil auch die Randzonen des Kohlenstoffs in der eutektischen Legierung aufgelöst werden (Trifonivic,Bonding temperatures above the eutectic temperature between a carbide-forming metal and carbons are usually above 1500 K, because the marginal zones of the carbon in the eutectic alloy are also dissolved (Trifonivic,

A. L, Verfahren zum Löten von Graphitteilen, DE-OS 2002889).A. L, method for soldering graphite parts, DE-OS 2002889).

In der US-PS 2 857 663 ist ein Verfahren zum Verbinden von Metall mit Keramik unter Verwendung metallischer Zwischenschichten beschrieben. Durch das Zwischenschichtmetall werden reaktive eutektische Legierungen gebildet, die einen Lötprozeß in nichtreaktiver Atmosphäre zwischen dem Metall und der Oxidkeramik ermöglichen. Dieses Verfahren ist nur zum Verbinden von Metall mit Oxidkeramik anwendbar. Es kann nicht zum Verbinden von Metall- mit Kohlekontaktteilen genutzt werden.U.S. Patent 2,857,663 discloses a method of bonding metal to ceramic using metallic interlayers. The interlayer metal forms reactive eutectic alloys which enable a soldering process in a non-reactive atmosphere between the metal and the oxide ceramic. This method is only applicable for joining metal with oxide ceramics. It can not be used to connect metal to carbon contact parts.

In der DE-OS 1638278 ist ein Verfahren zum Verbinden des Kabeis mit der Kohlebürste elektrischer Maschinen beschrieben. Das Verbinden erfolgt durch ein hochschmelzendes Lot, wobei als Lot pulverförmiges Titan oder eine Titanlegierung in Pulverform verwendet werden. Das schmelzende Titan bewirkt die Verbindung zur Kohlebürste und zum Kupferkabel.DE-OS 1638278 describes a method for connecting the cable to the carbon brush of electrical machines. Bonding is performed by a refractory solder, using powdered titanium or a powdered titanium alloy as the solder. The melting titanium causes the connection to the carbon brush and the copper cable.

Zum Durchführen des Verfahrens wird die Kohlebürste mit einer Sacklochbohrung zum Einbringen des Titanpulvers und mit einer rechtwinklig dazu angeordneten Bohrung zum Einbringen und Einstecken des Kabels versehen. Dieses Verfahren ist aus technischen und technologischen Gründen nicht zum Verbinden von Kohleteilen mit Metallteilen, die als Kontakte eingesetzt werden sollen, geeignet. In diesem Fall müssen kleine Kohleteile mit größeren, vorzugsweise ebenen Metallteilen, beispielsweise mit Federblechen, verbunden werden. Dafür ist das in der DE-OS 1638278 beschriebene Verfahren nicht geeignet. Die Verwendung eines hochschmelzenden Lotes hat eine hohe Temperaturbelastung des Kontaktfedermaterials zur Folge. Eine große Menge an Lotmaterial ist erforderlich. Es ist ein ganz spezielles Verfahren nur zum Verbinden des Kabels mit der Kohlebürste von elektrischen Maschinen.To carry out the method, the carbon brush is provided with a blind hole for introducing the titanium powder and with a hole arranged at right angles thereto for insertion and insertion of the cable. For technical and technological reasons, this method is not suitable for joining coal parts with metal parts which are to be used as contacts. In this case, small coal parts must be connected with larger, preferably flat metal parts, for example with spring plates. For the method described in DE-OS 1638278 is not suitable. The use of a refractory solder results in a high temperature load on the contact spring material. A large amount of solder material is required. It is a very special method only for connecting the cable to the carbon brush of electrical machines.

Das gleiche gilt auch für die DE-OS 1638292, die als Zusatz zur oben angeführten Patentanmeldung Sch 40089 VIII b/21 dl den Hinweis enthält, daß ein Teil des Titans oder seiner Legierungen durch Zumischung von Füllzusätzen aus elektrisch leitendem Material ersetzt werden kann.The same applies to DE-OS 1638292, which contains as an addition to the above-mentioned patent application Sch 40089 VIII b / 21 dl the statement that a part of the titanium or its alloys can be replaced by admixture of fillers of electrically conductive material.

Weiter ist es bekannt. Graphit mit Kupfer durch Elektronenstrahlen zu verbinden (Elektronenstrahlschweißen. TWA Nr. 64 des ZIS Halle). Der Elektronenstrahl wird dabei auf das Kupfer ausgerichtet. Er schmilzt eine schmale Zone des Kupfers auf. DasNext it is known. Combining graphite with copper by electron beams (electron beam welding, TWA No. 64 of ZIS Halle). The electron beam is thereby aligned with the copper. It melts a narrow zone of copper. The

flüssige Kupfer stellt dann eine Bindung zum Graphit her. Dieses Verfahren ist nur bei bestimmten geometrischen Abmessungen und Masseverhältnissen der beiden Teile anwendbar. Da das Kupfer geschmolzen wird, entsteht ein hoher Verzug. Durch den großen Temperaturgradienten entstehen Risse im Graphit. Das Verfahren hat aus diesen Gründen keine industrielle Anwendung gefunden.Liquid copper then forms a bond to the graphite. This method is applicable only for certain geometric dimensions and mass ratios of the two parts. As the copper is melted, a high distortion occurs. The large temperature gradient causes cracks in the graphite. The process has not found industrial application for these reasons.

Mit den technischen Mitteln der aufgeführten Verfahren ist es nicht möglich, Kontaktschaltstücke aus Kohlenstoff bzw. Graphit mit Kontaktfederträgern zu verbinden, weil insbesondere der Wärmeeintrag wegen der hohen Verfahrenstemperaturen und -zeiten in die Kontaktfeder zu groß ist; die Federeigenschaften gehen verloren oder die Kontaktfeder schmilzt.With the technical means of the listed methods, it is not possible to connect contact contact pieces of carbon or graphite with contact spring carriers, because in particular the heat input is too large because of the high process temperatures and times in the contact spring; the spring properties are lost or the contact spring melts.

Ziel der ErfindungObject of the invention

Ziel der Erfindung ist ein Verfahren, das die beschriebenen Nachteile, wie hohe Verfahrenstemperaturen und relativ lange -zeiten, Galvanisieren von Kontakteilen, Verwendung von Edelmetall- oder hochschmelzenden Loten, Weichlötung mit niedriger Einsatztemperatur und begrenzter Strombelastung, Kontaktstellen mit besonderen geometrischen Formen, Schmelzschweißverbindungen mit hohem Verzug und Rissen im Kohlenstoff, vermeidet und eine Verbindung von Schaltkontakten aus Kohlenstoff mit Kontaktfedermaterialien in kurzer Zeit, mit geringem Wärmeeintrag in die Feder und örtlich begrenzt sowie mit geringem Aufwand gewährleistet.The aim of the invention is a method which has the disadvantages described, such as high process temperatures and relatively long times, galvanizing of Kontakteilen, use of precious metal or refractory solders, low temperature use and limited current load soldering, contact points with special geometric shapes, high-fusion welds Distortion and cracks in the carbon avoids and ensures a connection of switching contacts made of carbon with contact spring materials in a short time, with low heat input into the spring and localized and with little effort.

Darlegung des Wesens der ErfindungExplanation of the essence of the invention

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, Schaltkontakte aus Kohlenstoff mit kupferlegiertem Kontaktfedermaterial zu verbinden, ohne die Federeigenschaften des Kontaktträgers negativ zu beeinflussen.The invention has for its object to connect switch contacts made of carbon with copper-alloyed contact spring material, without affecting the spring properties of the contact carrier negative.

Erfindungsgemäß wird die Aufgabe dadurch gelöst, daß zusätzlich zwischen Kontakt und Kontaktfeder das karbidbildende Metall Titan eingebracht wird, welches bei Erwärmung nur mit dem kupferlegierten Federwerkstoff eine schmelzflüssige Phase überwiegend eutektischer Zusammensetzung bildet. Der Kohlenstoff wird nicht mit gelöst. Das karbidbildende Metall ermöglicht die Benetzung der äußeren und inneren Oberflächen des Kohlekontaktes durch die schmelzflüssige Phase: diese Phase kann in die Poren des Kontaktes eindringen. Nach der Erstarrung der Phase, insbesondere in den Poren, ist der Kontakt auf der Feder befestigt.According to the invention the object is achieved in that in addition between the contact and contact the carbide-forming metal titanium is introduced, which forms a molten phase predominantly eutectic composition when heated only with the copper alloy spring material. The carbon is not dissolved. The carbide-forming metal allows the wetting of the outer and inner surfaces of the carbon contact by the molten phase: this phase can penetrate into the pores of the contact. After solidification of the phase, especially in the pores, the contact is fixed on the spring.

Die Zeit der Temperaturbelastung ist zur Vermeidung von Schädigungen der Feder sehr kurz, so daß es auch nicht zu einer entscheidenden Karbidbildung kommen kann. Der festigkeitsbestimmende Anteil der Verbindung ergibt sich aus der Verankerung der erstarrten Legierung überwiegend eutektischer Zusammensetzung in den Poren des Kohlekontaktes.The time of the temperature load is very short to avoid damage to the spring, so that it can not come to a decisive carbide formation. The strength-determining portion of the compound results from the anchoring of the solidified alloy predominantly eutectic composition in the pores of the carbon contact.

Ausführungsbeispielembodiment

Die Erfindung soll nachstehend an einem Ausführungsbeispiel näher erläutert werden.The invention will be explained in more detail below using an exemplary embodiment.

Die Figur zeigt das Verbinden eines Schaltkontaktes 1 mit einer Kontaktfeder 2 zwischen den Schweißelektroden 3 einer Widerstandsschweißmaschine, wobei die untere Schweißelektrode 3 auch als Graphitelektrode ausgebildet sein kann, um ein Verbinden der unteren Elektrode 3 mit der Kontaktfeder 2 zu verhindern.The figure shows the connection of a switching contact 1 with a contact spring 2 between the welding electrodes 3 of a resistance welding machine, wherein the lower welding electrode 3 may also be formed as a graphite electrode to prevent connection of the lower electrode 3 with the contact spring 2.

Das Verfahren läuft folgendermaßen ab:The procedure is as follows:

Die gereinigte Kontaktfeder 2, z. B. CuBe2, und das karbidbildende Metall Titan 4 werden in eine Aufnahme der Schweißmaschine eingelegt. Unter einem vorgewählten Druck läßt man durch die Anordnung einen bestimmten Strom fließen.The cleaned contact spring 2, z. B. CuBe2, and the carbide-forming metal titanium 4 are inserted into a receptacle of the welding machine. Under a preselected pressure, a certain current is allowed to flow through the device.

Wegen des relativ hohen elektrischen Widerstandes des Kohlekontaktes 1 kommt es bei Fügezeiten von kleiner 0,1 Sekunden nur in der Größenordnung der Kontaktfläche zur Erwärmung. Nach Überschreiten der eutektischen Temperatur zwischen karbidbildendem Metall 4 und dem Kontaktfederwerkstoff 2 kommt es zu einer Verflüssigung. Diese flüssige Legierung benetzt sehr gut die Oberfläche des Kohlenstoffkontaktes 1 und vermag schlagartig in die Poren von Graphitwerkstoffen einzudringen.Because of the relatively high electrical resistance of the carbon contact 1 occurs at joining times of less than 0.1 seconds only in the order of the contact surface for heating. After exceeding the eutectic temperature between carbide-forming metal 4 and the contact spring material 2, there is a liquefaction. This liquid alloy wets very well the surface of the carbon contact 1 and is able to penetrate abruptly into the pores of graphite materials.

Nach dem Eintreten der Verflüssigung wird der Stromfluß sofort unterbrochen. Das Titan 4 kann in Form einer dünnen Folie zwischen Kontaktfeder 2 und Schaltkontakt 1, aber auch als Perle, Paste oder Aufdampfschicht verwendet werden. Es ist zur Durchführung des Verfahrens sehr günstig, wenn das Titan 4 walzplattiert auf der Kontaktfeder 2 nur an der Stelle, an der sich der Kontakt 1 befinden soll, vorliegt.After the onset of liquefaction, the flow of current is interrupted immediately. The titanium 4 can be used in the form of a thin film between contact spring 2 and switch contact 1, but also as a pearl, paste or vapor deposition. It is very favorable for carrying out the method when the titanium 4 roll-plated on the contact spring 2 only at the point where the contact 1 is to be present.

Das Verfahren ist an keine spezielle Atmosphäre gebunden.The process is not bound to any particular atmosphere.

Durch die Anordnung mehrerer Elektroden lassen sich auch gleichzeitig mehrere Kontakte auf die Feder fügen; entweder nebeneinander auf der gleichen Seite der Feder, wie beispielsweise bei Brückenkontakten, oder auch gegenüberliegend, wie beispielsweise bei Umschaltkontaktpaarungen.The arrangement of several electrodes can also be several contacts on the spring add; either side by side on the same side of the spring, such as bridge contacts, or even opposite, such as in Umschaltkontaktpaarungen.

Claims (1)

Verfahren zum Verbinden von Schaltkontakten mit Kontaktfedermaterial unter Verwendung eines karbidbildenden Metalls als Zwischenschicht, welches in den Randzonen der Verbindungsstelle durch Energiezufuhr mittels Widerstandserwärmung ein Eutektikum bildet, dadurch gekennzeichnet, daß zum Verbinden von Kohlekontakten (1) mit kupferlegiertem Federwerkstoff (2) als karbidbildendes Metall Titan (4) verwendet wird, das mit dem Kupfer des Federwerkstoffes bei der Erwärmung eine flüssige Phase überwiegend eutektischer Zusammensetzung bildet, die den Kohlewerkstoff (1) benetzt und in ihn eindringt.Method for connecting switch contacts with contact spring material using a carbide-forming metal as an intermediate layer, which forms a eutectic in the edge zones of the connection point by energy supply by resistance heating, characterized in that for connecting carbon contacts (1) with copper-alloyed spring material (2) as the carbide-forming metal titanium (4) is used, which forms a liquid phase of predominantly eutectic composition with the copper of the spring material when heated, which wets the carbon material (1) and penetrates into it. Hierzu 1 Seite ZeichnungFor this 1 page drawing