DE3445213A1

DE3445213A1 - Verfahren und vorrichtung zur kontrolle der bindungsqualitaet von kontaktstuecken

Info

Publication number: DE3445213A1
Application number: DE19843445213
Authority: DE
Inventors: Manfred Prof. Dr.-Ing. 3300 Braunschweig Lindmayer
Original assignee: Degussa GmbH
Current assignee: Evonik Operations GmbH
Priority date: 1984-12-12
Filing date: 1984-12-12
Publication date: 1986-06-12

Description

Verfahren und Vorrichtung zur Kontrolle der Bindungs-
qualität von Kontaktstücken Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Kontrolle der Bindungsqualität von durch Löten oder Schweißen hergestellten, jeweils aus Sontaktauflage und Kontaktträger bestehenden elektrischen Kontaktstücken durch Bestimmung des elektrischen Widerstands zwischen Kontaktauflage und Kontaktträger, indem ein Meßstrom über die Verbindungsfläche zwischen Kontaktauflage und Kontaktträger geschickt und der Spannungsabfall zwischen Kontaktauflage und Kontaktträger gemessen wird. Außerdem betrifft die Erfindung eine Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens zur Kontrolle der Bindungsqualität von Kontaktstücken.
In Schaltgeräten der elektrischen Energietechnik finden normalerweise elektrische Kontaktstücke Verwendung, die aus jeweils einem Kontaktträger bestehen, auf den Sontaktauflagen aufgelötet oder aufgeschweißt sind. Dabei muß die Bindung zwischen den zumeist plättchenförmigen Kontaktauflagen und den Kontaktträgern möglichst vollständig sein.
Wenn dies durch die Ausbildung von Lunkern, Einschlüssen oder anderen Bindungsfehlern verhindert wird, besteht infolge der dann vorliegenden ungünstigen elektrischen und thermischen Bedingungen im Kontaktstück die Gefahr eines erhöhten Verschleißes und frühzeitigen Ausfalls der Schalter bei wiederholten Lichtbogenbeanspruchungen durch Schaltvorgänge.
Zu den ungünstigen Bedingungen gehören das Einschnüren der Stromfäden, die Schleifchenbildung der Stromfäden mit unerwünschter Kraftwirkung auf den Lichtbogen beim Schalten und die verschlechterte Wärmeableitung von der Kontaktauflage auf den Kontakt träger. Insbesondere bei der Herstellung re-2 lativ großflächiger Schaltstücke (Fläche>7 x 7 mm2) durch Löten hat sich deshalb eine Fertigungskontrolle der Bindungsqualität zwischen Kontaktauf lage und Kontaktträger entweder als Stück- oder als Stichprobenkontrolle als notwendig erwiesen.
Eine bekannte zerstörungsfreie Prüfmethode für Kontaktstücke besteht in der Ultraschallprüfung in integraler Form oder durch Abrastern mit einem fokussierten Ultraschallstrahl.
Nachteilig ist hierbei die erforderliche Schallankoppelung über ein besonderes Medium, wie beispielsweise Wasser. Außerdem ist eine aufwendige Apparatur notwendig. Die Ultraschallprüfung ist daher wegen des hohen Aufwands für Stückprüfungen mit hoher Geschwindigkeit wenig geeignet.
Als weitere zerstörungsfreie Prüfmethode für Kontaktstücke steht die Röntgendurchstrahlung zur Verfügung. Aber auch hier muß ein hoher apparativer und sicherheitstechnischer Aufwand betrieben werden.
Zur Messung von Übergangswiderständen zwischen zwei Kontaktstücken ist die sogenannte Vierdrahtmethode gebräuchlich, wobei mit zwei Drähten über die Kontaktstelle ein Meßstrom geschickt und mit zwei Drähten der Spannungsabfall dort gemessen wird. Dieses Verfahren ist jedoch nicht direkt anwendbar zur Messung eines tbergangswiderstandes in der Verbindungszone zwischen Kontaktauflage und Kontaktträger, da das Anlegen eines Stromkontaktierungselementes auf die Kontaktauflage eine Einengung der Stromfäden an der Stromzuführungsstelle mit sich bringt, und an den Bindungsfehlstellen in der Verbindungszone zwischen Kontaktauflage und Kontaktträger ebenfalls Einengungen der Stromfäden entstehen, wodurch die Messung der Größe des Spannungsabfalls stark von der zufälligen Nähe der Spannungsabgriffstellen zu den Engstellen der Stromfäden abhängig wird.
Es war daher Aufgabe der vorliegenden Erfindung, ein Verfahren der eingangs genannten Art zu entwickeln, das einfach und mit hoher Geschwindigkeit durchzuführen ist und bei dem die Meßergebnisse weitgehend unabhängig von den jeweiligen Kontaktierungsstellen auf den Kontaktstücken sind.
Diese Aufgabe wurde erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß der Meßstrom zumindest auf die Oberfläche der Kontaktauflage über zwei oder mehrere, auf einem Kreis oder einem Polygon angeordneten Stromkontaktierungsstellen übertragen wird, daß der eine Spannungsabgriff zur Messung des Spannungsabfalls auf der Oberfläche der Kontaktauflage über eine in der Mitte zwischen den Stromkontaktierungsstellen angeordnete Spannungskontaktierungsstelle vorgenommen wird, und daß der gemessene elektrische Widerstand mit einem für ein bindungsfehlerfreies Kontaktstück bestimmten Sollwert verglichen wird, Vorzugsweise überträgt man den Meßstrom über drei bis sechs Stromkontaktierungsstellen auf die Oberfläche der Kontaktauflage, während die andere Anschlußstelle auf dem Kontaktträger liegt, im Abstand zu der Stelle, auf der die Kontaktauflage aufgebracht ist. Besonders vorteilhaft ist es allerdings, wenn die Zu- und Abführung des Meßstroms in gleicher Weise über mehrere Stromkontaktierungsstellen auf der Oberfläche der Kontaktauflage und des Kontaktträgers erfolgt und auch der Spannungsabgriff auf die gleiche Weise vorgenommen wird.
Zur Ausschaltung von die Meßwerte störenden Thermospannungen hat es sich als günstig erwiesen, für den Meßstrom einen Wechselstrom zu verwenden, d.h. einen Strom mit wechselnder Polarität.
Zur Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahrens verwendet man vorteilhafterweise Vorrichtungen, die aus einer Halterung und Kontaktierungselementen für die Stromübertragung und den Spannungsabgriff bestehen, wobei in der Halterung zwei oder mehrere Stromkontaktierungselemente auf einem der Größe der Kontaktauflage entsprechenden Kreis oder Polygon angeordnet sind und in der Mitte zwischen den Stromkontaktierungselement sich ein Spannungskontaktierungselement befindet. Vorzugsweise verwendet man zur Meßstromübertragung drei bis sechs Stromkontaktierungselemente.
Bewährt haben sich Kontaktierungselemente in Form von Stiften mit einem kegelförmigen Stiftkopf, wobei diese Elemente jeweils mit einer Druckfederung versehen sind, insbesondere in Form von Spiralfedern, nm die Kontaktgebung beim Anpressen der Vorrichtung auf das Kontaktstück zu verbessern.
Zur Erziehung einer gleichmäßigen Stromaufteilung über die einzelnen Stromkontaktierungselemente werden diese vorteilhafterweise nicht direkt, sondern über untereinander gleichgroße Widerstände mit der Stromquelle verbunden. Die Widerstandswerte müssen dabei so hoch. gewählt werden, daß sie größer sind als die Übergangswiderstände zwischen der Kontaktauflage und den einzelnen Stromkontaktierungsstellen.
Gegebenenfalls können ausreichende Widerstandswerte auch durch die Länge der parallel geführten, voneinander isolierten Zuleitungsdrähte zu den Stromkontaktierungsstellen erreicht werden.
Die Figuren zeigen schematisch eine beispielhafte Ausführungsform der erfindungsgemäßen Vorrichtung in Quer- und Längsschnitt, während Figur f das Schaltungsprinzip wiedergibt.
Das Kontaktstück besteht aus einer Kontaktauflage (i), beispielsweise aus einem Silberwerkstoff, und einem Kontaktträger (2), beispielsweise aus einer Kupferlegierung, die über eine Lotschicht (3) miteinander verbunden sind. - Der elektrische Widerstand zwischen Kontaktauflage (i) und Kontaktträger (2) wird dadurch bestimmt, daß man auf die Kontaktauflage (i) über die Stromkontaktierungselemente (4) einen Meßstrom aufgibt, ihn über die Kontaktierungsstelle (6) auf dem Kontaktträger (2).- ableitet und über die Spannungskontaktierungselemente ( 5, 7) den Spannungsabfall mißt, Dabei werden zwischen Stromquelle (9) und Stromkontaktierungselementen (4) vorteilhafterweise gleichgroße Widerstände (8) eingebaut.
Durch die Anordnung des Spannungskontaktierungselements (5) in der Mitte zwischen den Stromkontaktierungselementen (4) befindet sich dieses außerhalb der stark inhomogenen Stromengestellen, die von den Stromkontaktierungselementen (4) erzeugt werden. Damit wird die Lageabhängigkeit der Spannungsmessung weitgehend ausgeschaltet. Das zweite Spannungskontaktierungselement (7) am Kontaktträger (2) kann in ausreichender Entfernung vom eigentlichen Kontaktbereich bzw.
von der Kontaktauflage (i) angeordnet werden, so daß sich die inhomogenen Stromfäden nicht mehr auf die Messung auswirken.
Die Vorrichtung besteht aus einer Halterung (10), in die die Stromkontaktierungselemente (4) und das Spannungskontaktierelement (5), vorzugsweise in Form von Stiften, eingelassen sind. Die Stifte werden mittels Spiralfedern (ii) einzeln abgefedert und besitzen einen kegelförmigen Stiftkopf (12).
Die Stromzufuhr erfolgt über Leitungen (13), während von dem Spannungskontaktierungselement (5) eine Leitung (14) an das Meßinstrument geführt wird.
Folgendes Beispiel soll das erfindungsgemäße Verfahren näher erläutern: Mit einer Vorrichtung gemäß Fig. II und IIIwird die Bindungsqualität von Kontaktstücken u ntersucht, bei denen auf einen Kupferträger 10 x 10 x 1,6 mm3 große Silberplättchen aufgelötet waren.
Bei einem Meßstrom von 50 A (Gleichstrom) wurde bei einwandfreien Kontakten ohne Lötfehler im Mittel ein Spannungsabfall von 1 p V gemessen. Bei Kontaktstücken mit Lötfehlern erhält man Spannungsabfälle von beispielsweise 12,5; 9,5 und 7,5 µ V. Dabei erfolgte die Stromzuführung über 4 im Quadrat angeordnete Stifte, die jeweils einen Abstand von 7 mm voneinander aufweisen.
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Claims

Verfahren und Vorrichtung zur Kontrolle der Bindungsqualität von Kontaktstücken Patentansprü che: 1. Verfahren zur Kontrolle der Bindungsqualität von durch Löten oder Schweißen hergestellten, jeweils aus Kontaktauflage und Kontaktträger bestehenden elektrischen Kontaktstücken durch Bestimmung des elektrischen Widerstands zwischen Kontaktauflage und Kontaktträger, indem ein Meßstrom über die Verbindungsfläche zwischen Kontaktauflage und Kontaktträger geschickt und der Spannungsabfall zwischen Kontaktauflage und Kontaktträger gemessen wird, dadurch gekennzeichnet, daß der Neßstromzumindest auf die Oberfläche der Kontaktauflage über zwei oder mehrere, auf einem Kreis oder einem Polygon angeordneten Stromkontaktierungsstellen übertragen wird, daß der eine Spannungsabgriff zur Messung des Spannungsabfalls auf die Oberfläche der Kontaktauflage über eine in der Mitte zwischen den Stromkontaktierungsstellen angeordnete Spannungskontaktierungsstelle vorgenommen wird, und daß der gemessene elektrische Widerstand mit einem für ein bindungsfehlerfreies Kontaktstück bestimmten Sollwert verglichen wird.
2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Meßstrom über drei bis sechs auf einem Kreis oder einem Polygon angeordnete Stromkontaktierungsstellen auf die Oberfläche der Kontaktauflage übertragen wird.
3. Verfahren nach Anspruch 1 und 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Zuführung und die Abführung des Meßstroms in gleicher Weise auf der Oberfläche der Kontaktauflage und der Oberfläche des Kontaktträgers erfolgt.
4. Verfahren nach Anspruch 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß für den Meßstrom ein Wechselstrom verwendet wird.
5. Vorrichtung zur Kontrolle der Bindungsqualität von Kontaktstrücken nach Anspruch 1 bis 4, bestehend aus einer Halterung und Kontaktierungselementen für die Stromübertragung und den Spannungsabgriff, dadurch gekennzeichnet, daß in der Halterung (10) zwei oder mehrere Stromkontaktierungselemente (4) auf einem der Größe der Kontaktauflage (i) entsprechenden Kreis oder Polygon angeordnet sind und in der Mitte zwischen den Stromkontaktierungs elementen (4) sich ein Spannungskontaktierelement (5) befindet.
6. Vorrichtung nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß die einzelnen Stromkontaktierungselemente (4) und das Spannungskontaktierelement (5) jeweils mit einer Druckfederung (11) versehen sind.
7. Vorrichtung nach Anspruch 5 und 6, dadurch gekennzeichnet, daß die Kontaktierungselemente (4, 5) aus Stiften mit einem kegelförmigen Stiftkopf (12) bestehen.
8. Vorrichtung nach Anspruch 5 bis 7, dadurch gekennzeichnet, daß die Zuleitungen (13) der Stromkontaktierungselemente (4) mit untereinander gleichgroßen, den Ubergangswiderstand zwischen den Stromkontaktierungselementen (4) und der Kontaktauflage (i) übertreffenden Widerständen (8) versehen sind.