DE2027282A1 - Nietartiger elektrischer Kontakt - Google Patents

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Patentanwälte
W ing. Walter AbfbS -

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3« Juni 1970 B~1007

ENGELHARD MINERALS & CHEMICALS CORPORATION 113 Astor Street, Newark, N.J. 07114, V. St. A.

Nietartiger elektrischer Kontakt

Nietartige elektrische Kontakte» bei denen der Nietkopf teilweise aus einem im Hinblick auf seine elektrischen Eigenschaften ausgewählten KontaktmetalLbesteht, z.B. ein Nietkopf aus Bimetall mit einer oberflächlichen Kontaktschicht aus Silber, und die übrigen Teile oder die Unterlage und der Schaft aus einem anderen als dem Kontaktmetall bestehen, z.B. aus Kupfer, sind an sich z.B. aus der USA-Patentschrift 3 026 603 bekannt. Derartige Kontakte werden im allgemeinen auf einem Kontaktarm angeordnet und an ihm mechanisch durch Hindurchstecken durch eine Öffnung in dem\Arm und anschliessendes Kalt- oder Warmnieten befestigt, wobei der durch die öffnung ragende Schaftteil auf die die öffnung umgebenden Flächenteile des Arms gedrückt wird. Im Betrieb hat eich bei derartigen Kontakten jedoch

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nach längerem Gebrauch gezeigt, daß die mechanische Befestigung dos Kontakts am Kontaktarm sich zuweilen lockert, wodurch kein sicherer Kontakt mehr hergestellt werden kann, und im übrigen wird die elektriöche Leitfähigkeit durch Oxydation des Schaftteils beeinträchtigt» weil dadurch der elektrische Widerstand der Anordnung erhöht wird. Zusätzlieh zu diesen Schwierigkeiten lösen sich nach langem Gebrauch an dem Bimetällkopf infolge von Verformungen die Randteile am Kopf neben dem Kontaktarm von der Kontaktarmoberfläche mindestens teilweise an der Umfangslinie des Kopfs und biegen die Kontaktmetallschicht weg oder "rollen¹¹ sie auf, wodurch die Betriebssicherheit des Kontakts erheblich beeinträchtigt wird» Mit der Erfindung wird ein elektrischer Kontakt und eine Kontaktanordnung angegeben, die darartige Schwierigkeiten zu überwinden gestattet.

Gemäß der Erfindung ist ein niatartigez* elektrischer Kontakt mit einem Metallkopf und einem Metalleehaft vorgesehen, wobei der Kopf aus Bimetall mit einer Schicht KontaktmetalI, z.B. Silber, und einer Unterlage aus einem anderen Metall,z#B₄ Kupfer besteht, von der der Nietsehaft ausgeht _t der vorzugsweise aus dem gleichen Metall besteht wie die Unterlage, und wobei ferner die Mantelflächen des Schafts und die Unterlage einschließlich der Unterseite und der¹ Randflächen der Unterlage mit einer Schicht aus.Lötmetall bedeckt sind, dessen Schmelzpunkt niedriger liegt als des? Schmelzpunkt von Kontaktmetall, Unterlag© und Schaft«, Bei einer speziellen Ausführung lag die Stärke der Lötmetallsehieht zwischen etwa 0,005 und O₈OOO2 Zoll CO₉II und O₉QOS tarn) ,.-* vorzugsweise zwischen 0,003 und 0,0005 Zoll CO₉O76 und O₉OlS mn)« öle kritischen Bedingungen der Erfindung sind die apesiell@ Stärke \der Lötraetallschieht und das Zmsanm©ngp>iel des? IMStme« tallatwke und der erwähnten₉ mit der LötssstaXlsefeietit bedeckten Flächen»

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BADORtGINAt

Ks soll hier nicht ale neu angesehen werden, dureb blesses Elektroplattieren eine Dcckbaschichtung von Kontaktnieten mit Silber oder einem anderen Mot all in einer St Örke zwischen beispielsweise ÖjOOGl bis untpr 0,0002 Zoll. (0,0026 bis unter 0_fO0S mm) vorzunehmen, um dan Kontakt während der Lagcrzcit gegen Oxydation imd Korrosion zu schützen. Die Silberdockplattierung könnte wohl aus einer Silberlegierung rait Lot« tsatalleiganschaften bestehen, wenn die'St&rke der· Plattierung abur nicht grosser ist als hier angegeben* laßt sieh daraus eine wirksame UVfvorbindung nicht herstellen." Dasselbe rfilt_t ■ wenn das Lötmutoli mif dan Kontakt in einer StMrkc von i-.öhr als etwa f;_tO0S i.-cXl (0,13 nan) aufgebracht *.-d.rd_e Vi&nn zw-i Bai-= β picl da« l*3t»ctall in einer Starke von ungefähr· 0,0002 7,oü (OiOOS TO^) auf?* abdacht wurde, so diffundierte· 'es «ίΠπ^-ηα des nachfolgcjuien i'rintsenr sehne 31 in Con Schaft'und in'afp-. Unterlagi.,-netelj f ebcr .auch .in die benachbarte HGtallin^;:'-,b«ng_f d«h« in die V'iJndc am¹ KcntaktarmfSffnungj ■ durdi die'dar Niet . gestockt war_f so-daß kein LötRietall vcrbliöb, -ura ßina Ver«- bindungsQchiclit an der Grenzfläche zwischen den aneinander» stOBsenäon Metallen zu bilden« Wurde Lötmetall in einer Stärke von mohr als 0,00& Soll (0,13 iftm) aufgetragen, so verblieb atwae -Lötmetall in der Lötfuge an der Grenzfläche, ohne daß es mit den benachbarten Metallen legiert warj die Verbindung war daher schwach und unzureichendt Im Übrigen würde ein Teil dos Lötmotalls während des Sehmeisvorgangs aus dar. Zwischenräumen zwischen den benachbarten Flächen aussehwitsen und die Kontaktflache verunreinigen.

Fig. 1 zeigt eine Seitenansicht eines erfindungegemässen elektrischen Kontakts» -teilweise im Schnitt|

Fig» 2 gibt eine Teilaneicht einer Kontaktanordnung wieder-}

* Fig. 3 ist oin Querschnitt durch die in Fig. 2 gezeigte Anordnung·

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Dor orfindungsgcmässe elektrische Kontakt hat die Form eines Niets (Fig. 1) mit einem Nietkopf 1 und einem Nietschaft 2. Der Nietkopf hat vorzugsweise die Form eines Bimetallkopfs mit einer Oberflächenschicht 3 aus Kontaktmatall, z.B. Silber, Silberlegierung, Metall der Platingruppe, insbesondere Platin oder Palladium, Gold oder Goldlogicrungen, Wolfram-Molybdän-Logierung. Die Kontaktmetallschicht befindet sich auf einer Unterlage 4 aus einem andoren Metall als das Kontaktmetall, z.B. aus Kupfer, Bronze, Messing» Nickol, Stahl oder einem anderen Grundmotall, und der Schaft 2 geht von der Unterlage aus und gibt dem Kontakt damit die Form eines Niets.

Die Seiten 5 des Schafts 2, die Unterseite 6 der Unterlage 4 und die Randflache 7 der Unterlage sind mit einer Schicht 8 aus Lötmotall mit einem Schmelzpunkt, der niedriger liegt als der des Kontaktmetalls 3, der Unterlage 4 und des Kernmetalle des Schafte 2« Die Stärke der Lötmetallschicht liegt vorzugsweise zwischen etwa 0,003 und 0,0005 Zoll CO,076 und 0,013 mm). Die Besonderheit der Erfindung liegt, wie erwähnt, sowohl in der Zusammenstellung der mit LUtmetall beschichteten Flächen als auch in der Stärke der Lötmetallschicht.

Die Lötraotallschicht 8 kann beispielsweise aus den folgenden. Lotmetallegierungen gebildet werden: 15 % Ag- 80 % Cu - 5 % P₁ 35 % Ag - 26 % Cu - 21 % Zn - 18 % Cd, 45 % Ag - 15 % Cu - 16 X Zn - 24 % Cd, 5 % Ag - 16,6 % Zn - 78,4 % Cd, 5 % Ag - 95 % Cd, 56 % Ag - 22 % Cu - 17 % Zn - 5 % Sn. Die Auswahl einer für die Lötmetallschicht 8 geeigneten Lötmetalllegierung richtet βiah nach den zulässigen Temperaturen, denen die Koniaktanordnung nach den Fig. 2 und 3 während der Herstellung oder im Betrieb ausgesetzt ist.

Der nietartige Xontakt kann in an sich bekannter Weise herge-

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stellt werden, etwa wie in der USA-Patentschrift 3 208 129 beschrieben, und während die Lötmetallschicht 8 in Form einer ummantelnden Legierung auf einen Kern aus Grundmetalldraht vor der Ausbildung dos Bime,tallkopfs 2 aufgebracht werden kann, laßt sie sich auch durch abwechselndes Elektroplattieren verschiedener Metalle (Silber, Kupfer, Zink, Zinn usw.) auf den Kern aus Grundmetalldraht aufbringen, bevor der Nietkopf geformt wird, wobei das Lötmetall aus diesen Schichten während des Warmaufnietens auf den Kontaktarm 9 gebildet werden kann oder indem man den durch Kaltnieten erzeugten Niet durch eine geregelte Temperaturstrecke, etwa einen. Ofen, laufen läßt.

Aus den Fig. 2 und 3 ist zu entnehmen, daß ein metallischer Kontaktstreifen oder Arm 9, z.B. ein Arm aus Kupfer, Bronze, Messing oder Stahl, mit einer ihn durchsetzenden öffnung vorsehen wird, die durch die Öffnungswand 10 definiert ist. Der Niet nach Fig. 1 wird durch die öffnung gesteckt, wobei die Lötmetallschicht 8, die die Unterseite 6 der Unterlage Λ bedeckt, an einer Seite des Streifens oder Arms neben der öffnung aufliegt und das freie Ende des Schafts 2 aus der öffnung herausragt. Anschliessend wird das freie Ende 11 (Fig. 1) des Niets zu einem zweiten Befestigungskopf 12 umgeformt, dessen innenliegende, mit Lötmetall beschichtete Fläche 13 an die entgegengesetzte Seite des Arms nbon der öffnung stößt und dadurch die Kontaktanordnung bildet. Vorzugsweise wird der Niet in die öffnung des Arms 9" gesteckt und dann das Ende 11 warmgenietet, so daß sich der Befestigungskopf 12 bildet; dazu dienen an sich bekannte (nicht gezeichnete) elektrische Heizelektroden mit Gesenkformen, deren Umrisse dem Kopf 1 entsprechen, während der Kopf 12 zu seiner kopfartigen konvexen Gestalt geformt wird.

Wenn der nietartige Kontakt in den Arm 9 warmgenietet wird und die Lötmetallschicht 8 den angegebenen kritischen Stär-

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keboreich hat, schmilzt das Lötmetall und bildet cine Legierung mit dem Metall an der Saite 5 des Schafts und dem Metall der Öffnungswände 10, ebenso zwischen dem Metall der Unterseite 6 der Unterlage U und dem unter dem Kopf 1 befindlichen Teil des Konaktarms 9, und bildet ausserdcm einen kleinen ringförmigen Streifen 11 zwischen dem Rand der Unterlage 4 und dem Kontaktarm, weil Lötmetall 8b von den Randflächen der Unterlage abfließt.

Die Schmelzen und die Lötverbindung können demnach in der oben angegebenen Weise durch Warmnieten hergestellt werden, man kann die Nieten aber auch durch Kaltnieton anbringen, und anschlicssend kann das Lötmetall geschmolzen werden, um die. Verbindung herzustellen} die Anordnung wird dazu durch einen Ofen geleitet, dessen Temperatur geregelt wird.

Worin der Kontaktniet auf diese Weise hergestellt und gelötet wird, unterbindet man di© Tendenz des Kontaktkopfs₉ sioh vom Kontakte» zu lösen ^. ©t%?© dweis Aufrollen der Beschichtung,, und sichert ausseid« d@n Mietschaft gegen Lockerung in der Kontaktamuffnung·

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Claims (1)

1. B-1007 tr 3. Juni 1970

   Patentansprüche t

   • Niotartiger elektrischer Kontakt, gekennzeichnet durch einen Metallkopf (1) und einen von einer Seito dos Kopfes ausgehenden Metallschaft (2), ferner durch eine Beschichtung des Schafts und der an den Schaft anschliessenden Kopfseite (6) mit einer Schicht von Lötmetall (8), dessen Schmelzpunkt niedriger ist als der des Metalls für den Kopf und des Metalls für den Schaft und welche Schicht zwischen etwa 0,005 und 0,0002 Zoll (0,13 und 0,005 mm) stark ist.

   2· Nietartiger elektrischer Kontakt nach Anbruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Kopf (1) als Bimetallkopf aus einer Oberflächenschicht (3) eines Kontaktmotalls besteht, das mit einer Unterlage (4) aus einem gegenüber dom Kontaktmetall unterschiedlichen Metall verbunden ist, und daß die Lötmctallschicht sich über die Randfläoho (7) der Unterlage <«O erstreckt.

   3· Einen elektrischen Kontakt bildende Anordnung, dadurch gekonnzeichnet, daß ein nietartiger elektrischer Kontakt mit einem Metallkopf (1) und einem damit verbundenen Metallschaft (2) vorgesehen ist, daß der Schaft (2) und die An den Schaft (2) anschliessende Kopfseite (6) mit einer Schicht (8) aus Lötmetall belegt sind, dessen Sohaelzpunkt niedriger ist als der Schmelzpunkt des Kopf· metall· und dee Schaftmetalls, daß die Lötmetallschicht

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   zwischen etwa 0,003 und O₁OOOS Zoll (0,076 und 0,013 mm) stark ist, daß ein Metallarm (9) mit einer durch die Öffnungswand (10) definierten Öffnung vorgesehen ist, daß der Nietschaft (2) die öffnung durchsetzt und die lötmotallbeschichtete Seite des Kopfs neben dem Schaft auf einer Seite des Arms (9) neben der öffnung aufliegt, daß das freie Schaftende durch Nieten gegen die entgegengesetzte Seite des Arms (9) neben der öffnung gedrückt wird, und daß das Lötmetall durch Wärme legiert als Lötverbindung zwischen dem Kopf (1) des Niets und dem Metall des Arm· (9) an der öffnung und zwischen dem Nietschaft und der die öffnung bildenden Wand (10) wirkt.

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