DE2642339C3 - Kontaktkörper und Herstellungsverfahren hierzu - Google Patents
Kontaktkörper und Herstellungsverfahren hierzuInfo
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Description
Die Erfindung betrifft einen Kontaktkörper, bei dem mindestens ein Kontaktstück durch Schall- bzw.
Ultraschall-Schweißung mit einem Träger verbunden ist. Es wird außerdem ein vorteilhaftes Verfahren zur
Herstellung derartiger Kontaktkörper beschrieben.
Da Kontaktstücke in vielen Fällen aus Kontaktwerkstoffen mit hoher Schweißbeständigkeit hergestellt
werden müssen, lassen sich diese Kontaktstücke mit dem Träger durch Löten oder Schweißen nur schwer
verbinden. Dies betrifft insbesondere die als Kontaktwerkstoffe gebräuchlichen Verbundwerkstoffe des
Silbers mit nichtmetallischen Einschlüssen, beispielsweise AgCdO, AgSnO, AgMgO, AgC u. a. Diese Kontaktwerkstoffe
enthalten eingebettet in das Silbergrundmaterial nichtmetallische Partikel, beispielsweise aus
Kadmiumoxid, Zinnoxid oder Magnesiumoxid, wobei die nichtmetallischen Einschlüsse auch als senkrecht zur
Kontakifläche orientierte, faserartige Bahnen (vgl. DE-OS 23 51 226) ausgebildet sein können. Zwar
bewirken die nichtmetallischen Einschlüsse eine erwünschte hohe Schweißbeständigkeit beim Schaltvorgang,
sie stören aber beim Verbinden der Kontaktwerkstoffe mit dem Trägerwerkstoff und führen dabei zu
erheblichen Fertigungsschwierigkeiten in der Anwendung herkömmlicher Schweiß- oder Lötverfahren.
Zur Befestigung von Kontaktstücken aus schweißbeständigem Kontaktmaterial an einem Träger ist es
bereits bekannt, an dem Kontaktstück eine schweiß- oder lötfähige Rückseite vorzusehen. Derartige Zwischenschichten
werden nach verschiedenen bekannten
Verfahren erzeugt Bei innenoxidiertem Material läßt
sich beispielsweise die schweiß- bzw. lötfähige Schicht durch einseitige Oxidation oder vorheriges Unterplattieren
einer Silberschicht (vgl, DE-OS Ι9 20 4Π bzw. DE-OS 2259 792) erzeugen. Es besteht ferner die
Möglichkeit der pulvermetallurgisch^ Herstellung einer lot- bzw, schweißfähigen Zwischenschicht durch
mehrschichtiges Pressen bzw. durch Umformung mehrschichtiger Blöcke, Die Herstellung derartige., mit
einer schweiß- oder lötfähigen Rückseite ausgerüsteter Kontaktstücke erfordert einen erheblichen Fertigungsaufwand.
Es ist ferner bekannt, schlecht schweißbare Kontaktwerkstoffe durch Ultraschall-Schweißung direkt mit
einem Träger zu verbinden (vgL hierzu CH-PS 4 58 560). Dieses Schweißverfahren bietet Vorteile hinsichtlich
der geringen Wärmebelastung des Kontaktwerkstoffes, erzielt aber in der angegebenen direkten Verbindung in
vielen Fällen keine ausreichende Scherfestigkeit Bestimmte, von den Kontakteigenschaften her günstige
Materialkombinationen, z. B. AgCdO und Messing, lassen sich durch das bekannte Ultraschall-Schweißverfahren
überhaupt nicht hinreichend fest verbinden.
Zum Stande der Technik unter Verwendung des Ultraschall-Schweißverfahrens gehört auch ein Kontaktieren
von Stromleitern aus Aluminium, bei denen die Anschlußstellen zunäcbit mit einer Kontaktfolie durch
Ultraschall-Punktschweißen oder Ultraschall-Rollschweißen
überzogen werden. An den so vorbereiteten Anschlußstellen läßt sich eine Lot-, Schraub- oder
Klemmverbindung anbringen (vgl. DE-OS 17 65 048). Als Kontaktfolien sollen dabei auch Verbundfolien aus
Kupfer und Aluminium oder Gold- bzw. Silberfolien verwendet werden.
Die Verbindung von Kontaktstücken mit dem bereits vorher im Ultraschall-Schweißverfahren plattierten
Träger gestaltet sich ebenfalls aufwendig und in der Massenherstellung kostspielig.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, einen Kontaktkörper der genannten Art so zu verbessern, daß
bei diesem nach einer Schall- bzw. Uitraschallschweißung
die Scherfestigkeit zwischen dem Träger und einem insbesondere aus einem schwer schweißbaren
Kontaktwerkstoff bestehenden Kontaktstück verbessert ist. Das Kennzeichnende der Erfindung ist darin zu
sehen, daß zwischen dem Kontaktstück und dem Träger im Bereich der Trennebene Partikel eines Schleifpulvers
eingebettet sind. Das Schleifpulver kann vorteilhaft wenigstens teilweise ehien metallischen aber auch einen
nichtmetallischen Anteil bzw. Mischungen beider Anteile aufweisen.
Es erscheint überraschend, daß Kontaktstücke aus schwerschweißbaren Kontaktwerkstoffen wie AgCdO
durch Schall- oder Ultraschallschweißung auf Kupfer oder Messing mit ausgezeichneten Scherfestigkeiten
befestigt werden können, wenn eine Zwischenschicht aus einem harten, im wesentlichen Schleifeigenschaften
aufweisenden Pulver vorgesehen wird.
In der Literaturstelle ABC-Technik und Naturwissenschaft,
Verlag Harri Deutsch, Frankfut/M. und Zürich 1979, Bd. 2, Seite 934 wird darauf hingewiesen, daß der
Ultraschallschweißvorgang im wesentlichen durch Aufreißen der zu verbindenden Teile unter Reibungseinwirkung
zustandekommt. Somit ist aber nicht zu erwarten, daß durch die Einbettung eines Schleifpulvers nicht nur
keine Verschlechterung der ursprünglich mit der Ultraschall-Schweißung erzielbaren Scherfestigkeit,
sondern darüber hinaus eine wesentliche Verbesserung
der Scherfestigkeit, insbesondere bei schwer schweißbaren
Kontaktwerkstoffen, wie AgCdO auf Kupfer oder Messing, eintritt. Vermutlich reißen die harten Pulverpartikel
beim Ultraschall-Schweißverfahren die Oberfläche des Kontaktstücks und des Trägers im Verbindungsvorgang
unregelmäßig auf, so daß durch diese Anrauhung der zu verschweißenden Oberflächen eine
wesentliche Verbesserung des Schweißvorganges und eine Beschleunigung der Kaltschweißung erzielt wird.
Die Pulverpartikei werden sowohl in den Träger als auch in das Kontaktstück hineingedrückt und verteilen
sich in gewissem Umfang oberhalb und unterhalb der ursprünglichen Trennebene. Sie stören nach den
durchgeführten Untersuchungen die elektrischen Kennwerte und damit die Funktion des Kontaktkörpecs nicht.
In der Zwischenschicht ist ein bedeutender Überschuß an Schleifpulver zu vermeiden, weil dann die
Gefahr besteht, dall die aufgerissenen Metalloberflächen durch eine geschlossene Schicht des überschüssigen
Schleifpulvers getrennt bleiben und keine Kaltschweißung ermöglichen. Im allgemeinen genügt bereits
ein loses Aufstreuen des Schleifpulvers, wobii die einzelnen Pulverkörner etwa einschichtig mit Zwischenabständen
in einer inhomogenen Schicht verteilt sind.
Nach der Art des verwendeten Schleifpulvers — günstige Ergebnisse wurden mit Aluminiumoxid AI2O3
und WoIFramkarbid erreicht — kann es zweckmäßig sein, das Schleifpulver lose aufzustreuen (Schichtdicke
unterhalb ΙΟμηι) oder mit einem Bindemittel, welches
gegebenenfalls eine verdunstende Komponente enthält, lackartig aufzutragen (Schichtdicke ebenfalls unterhalb
10 pm).
Die angegebene Verbindung unter Verwendung einer Zwischenschicht aus Schleifpulver kann sowohl bei
einer Schallschweißung, d. h. in einem Frequenzbereich zwischen etwa 50 Hz und 20 kHz, als auch bei einer
Ultraschall-Schweißung oberhalb 20 kHz vorteilhaft ausgeführt werden. Bei größeren Abmessungen der zu
schweißenden Oberflächen erscheint die Anwendung der Schall-Schv eißung günstiger, weil dabei größere
Energien an der Schweißstelle zur Verfügung gestellt werden können.
Die Hersteilung von Kontaktkörpern unter Verwendung des Schleifpulvers ergibt ausgezeichnete Ergebnisse
hinsichtlich der Scherfestigkeit, und wegen der sehr dünnen Schicht des billigen Schleifpulvers ist auch die
Massenherstellung kostengünstig im Vergleich mit einer direkten Verbindung von Kontaktstück und Träger.
|0 Ausführungsbeispiel
Ein Kontaktplättchen aus AgCdO, bei dem in ein Silbergrundmaterial nichtmetallische Einschlüsse aus
Kadmiumoxid eingebracht waren, wies einen Durchmesser von 8 mm und eine Dicke von 1,5 mm auf. Nach
dem Aufstreuen einer Pulverschicht aus Aluminiumoxid (AfeOj), deren Schichtdicke unterhalb 10 μπι lag, wurde
dieses Kontaktstück mit einem als Träger dienenden Kupferstreifen von 10 mm Breite und 2 mm Dicke durch
Schall-Schweißung verbunden.
jo Die Aufnahmeleistung des Schallschwingers betrug 4000 W, die Frequenz 1OkHz. Im Schweißvorgang
wurde eine Druckkraft von etwa 1000 N ausgeübt. Die Schweißzeit betrug 0,1 see. Die Scherfestigkeit der
Schweißverbindung wurde mit etwa 120 N/mm2 ermittelt.
In der /\bbildung ist ein Schall- bzw. Ultraschallschwinger
1 dargestellt, wobei die Pfeilrichtung F die Hauptrichtung der Schwingungsamplitude angibt. Kontaktplättchen
2 werden zunächst mit einem lackartigen
Überzug 3 versehen, welcher Aluminiumoxid in einem Bindemittel enthält. Die Mischung ist dabei so gewählt,
daß die Gesamtschichtdicke des Überzugs unterhalb 10 μπι liegt. Anschließend werden die Kontaktplättchen
2 mit einem Trägerstreifen 4 aus Kupfer durch Schall- bzw. Ultraschall-Schweißung verbunden. Der erforderliche
Schweißdruck wird über einen Amboßteil 5 ausgeübt. Die einzelnen Kontaktplättchen 2 gelangen
aus einem Vorratsbehälter über eine entsprechende, in der Zeichnung nicht dargestellte Zuführungsrutsche auf
die Oberfläche der Lackschicht 3.
Hierzu 1 Blatt Zeichnungen
Claims (6)
1. Kontaktkörper, bei dem mindestens ein Kontaktstrick durch Schall- bzw. Ultraschall-Schweißung
mit einem Träger verbunden ist, dadurch gekennzeichnet, daß zwischen dem Kontaktstück und dem Träger im Bereich der
Trennebene Partikel eines Schleifpulvers eingebettetsind.
2. Kontaktkörper nach Anspruch 1, dadurch
gekennzeichnet daß das Schleifpulver wenigstens einen metallischen Anteil aufweist
3. Kontaktkörper nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß das Schleifpulver als
nichtmetallischen Anteil Aluminiumoxid AI2O3 enthält
4. Kontaktkörper nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß das Schleifpulver als nichtmetallischen
Anteil Wolframkarbid enthält
5. Verfahren zur Herstellung eines Kontaktkörpers nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch
gekennzeichnet, daß vor Ausführung der Schallbzw. Ultraschall-Schweißung zwischen das Kontaktstück
und den Träger eine Zwischenschicht des Schleifpulvers in einer Schichtdicke kleiner ΙΟμπι
lose aufgestreut wird.
6. Verfahren nach einem der Ansprüche I bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß vor Ausführung der
Schall- bzw. Ultraschall-Schweißung zwischen das Kontaktstück und den Träger eine Zwischenschicht
des Schleifpulvers in einer Schichtdicke kleiner ΙΟμπι durch lackiertes Aufstreichen der in ein
Bindemittel eingebettete;! PuIv jrpartikel eingebracht
wird.
Priority Applications (6)
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- 1977-09-21 FR FR7728499A patent/FR2365198A1/fr not_active Withdrawn
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