DE3523935A1 - Verfahren zur herstellung eines kontaktformstuecks und kontaktformstueck hierzu - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Herstellung eines Kontaktformstücks, bei dem auf einer Unterlage aus einer unedlen Metallegierung eine Auflage aus ei­ nem Edelmetall bzw. einem edelmetallhaltigen Kontakt­ werkstoff aufgebracht und mit der Unterlage metall­ urgisch verbunden ist.

Aufschweißkontakte und Kontaktniete bestehen im all­ gemeinen aus einer Auflage aus einem Edelmetall bzw. einem edelmetallhaltigen Kontaktwerkstoff, die mit einer Unterlage aus unedlen Metallen oder Metallegie­ rungen metallurgisch verbunden ist. Bei der Herstellung von Aufschweißkontakten werden Bleche aus dem un­ edlen Unterlagematerial mit dem edelmetallhaltigen Kontaktwerkstoff plattiert und aus dem Verbundblech entsprechende kreisförmige Kontaktplättchen ausge­ stanzt. Ein solches Herstellungsverfahren bedingt durch Ausschuß beim Plattieren und durch Verlust des Stanzgitters einen hohen Abfallanteil, welcher der Scheidung zugeführt werden muß.

Bei der Herstellung von Kontaktnieten ergeben sich Schwierigkeiten, wenn das Material der unedlen Un­ terlage bzw. des Nietschaftes aus oxidationsbestän­ digen Werkstoffen wie Nickel-Kupfer-Legierungen her­ gestellt werden soll. Das fertigungstechnisch günstige Herstellungsverfahren unter Verwendung von stumpfver­ schweißten Drahtabschnitten aus Kontakt- und Schaft­ material bietet Probleme, wenn ein bei der span­ losen Formung hochverfestigendes Schaftmaterial zusammen mit dem Kontaktwerkstoff verformt werden soll.

Die wegen ihres hohen elektrischen Widerstandes und ihrer Oxidationsbeständigkeit besonders günstigen Werkstoffe der unedlen Unterlage verfestigen bei der spanlosen Verformung so wesentlich, daß eine gemein­ same Verformung mit dem wenig verfestigenden Kontakt­ material nur unter besonderen Bedingungen möglich ist. Bei der spanlosen Verformung eines aus zwei Werkstof­ fen zusammengesetzten Verbundteiles muß ein möglichst gleichartiges Verfestigungsverhalten beider Werkstoffe in der spanlosen Formung vorliegen, wenn einwandfreie Ergebnisse, insbesondere ohne überflüssige Material­ verschwendung des edelmetallhaltigen Kontaktwerkstof­ fes, erzielt werden sollen.

Die Erfindung geht von der Aufgabenstellung aus, ein Verfahren der eingangs genannten Art so weiter­ zubilden, daß sich die Verbundteile in vorteilhaf­ ter Weise spanlos verformen lassen, und daß trotz­ dem im Endzustand die gewünschten Eigenschaften der unedlen Unterlage, nämlich die einer Metallegierung mit relativ hohem Widerstand und guter Oxidations­ beständigkeit, vorliegen.

Die Lösung dieser Aufgabenstellung erfolgt dadurch, daß zur Bildung der unedlen Unterlage ein Verbund­ werkstoff verwendet wird, dessen Kompo­ nenten in festem Zustand ineinander löslich und im Verbundwerkstoff so angeordnet sind, daß sie möglichst große gegenseitige Grenzflächen aufweisen, daß die Auflage und die unedle Unterlage miteinander verbunden und spanlos verformt werden, und daß das fertig geform­ te Kontaktformstöck einer Wärmebehandlung derart unter­ worfen wird, daß sich die Komponenten der unedlen Un­ terlage zur Bildung der Legierung ineinander lösen.

Da bei einem solchen Verfahren die Verformungseigen­ schaften des heterogenen Verbundwerkstoffes im we­ sentlichen denen des Kontaktwerkstoffes entsprechen, lassen sich aus stumpfverschweißten Drahtabschnitten sowohl rondenförmige Kontaktplättchen als auch Kon­ taktniete in spanloser Verformung herstellen. Die an­ schließende Wärmebehandlung bewirkt die Umwandlung der Komponenten der unedlen Auflage in die entsprechende Metallegierung mit für eine spätere Widerstandsschweißung erwünschtem hohem elektrischem Widerstand bzw. hoher Oxidationsbeständigkeit. Der Begriff "möglichst große gegenseitige Grenzflächen" bedeutet im Zusammenhang dieser Beschreibung, daß z. B. bei einem Faserver­ bundwerkstoff möglichst viele sehr dünne Fasern der einen Komponente in die Matrix aus der anderen Kom­ ponente eingelagert sind. Bei einem Teilchenverbund­ werkstoff werden möglichst viele sehr kleine Teilchen verwendet, oder bei einem Schichtverbundwerkstoff mög­ lichst dünne Schichten in größerer Anzahl.

Die Verwendung von heterogenen Verbundwerkstoffen in Form eines Faserverbundwerkstoffes als Unterlage und Schaft eines Kontaktnietes ist aus der DE-OS 31 01 420.8 bekannt. Der Faserverbundwerkstoff ergibt zwar eine günstige Angleichung des Fließver­ haltens an die Edelmetallauflage, jedoch werden bei einem solchen heterogenen Verbundwerkstoff ohne Um­ wandlung keine Legierungseigenschaften erreicht.

Durch die DE-OS 33 35 274 ist es bekannt, ein Kon­ taktformstück aus einer Edelmetallegierung herzustel­ len, wobei aus den Legierungskomponenten ein hetero­ gener Verbundwerkstoff erzeugt wird, welcher nach der Formung durch eine Wärmebehandlung in die homo­ gene Legierung mit der entsprechenden Zusammensetzung überführt wird. Die Anwendung des zunächst heterogenen Verbundmaterials betrifft jedoch lediglich den edel­ metallhaltigen Kontaktwerkstoff.

In weiterer Ausgestaltung der Erfindung kann es zweckmäßig sein, daß eine Komponente der unedlen Unterlage, beispielsweise Kupfer, eine Matrix bil­ det, in der Fasern mindestens einer anderen Kom­ ponente z. B. Nickel eingelagert sind. Alternativ erscheint es günstig, daß die eine Komponente der un­ edlen Unterlage, z. B. Kupfer eine Matrix bildet, in der Teilchen in Kugel- oder Bruchstückform mindestens einer anderen Komponente, insbesondere aus Nickel eingelagert sind.

Eine günstige Ausbildung kann dadurch erreicht wer­ den, daß die Komponenten der unedlen Unterlage eine Vielzahl abwechselnd übereinander angeordneter Schich­ ten bilden. Auf diese Weise läßt sich zweckmäßig aus den Komponenten der unedlen Unterlage ein Wickelkörper bilden, der dann gegebenenfalls spanlos bis zur Draht­ form verformt werden kann. In einer vorteilhaften Aus­ führung enthält die unedle Komponente Nickel und Kup­ fer, beispielsweise in der Legierungszusammensetzung Cu Ni 44 (56 Gew.% Kupfer und 44 Gew.% Nickel).

Ein zweckmäßiges Herstellungsverfahren zur Massenfer­ tigung kann darin bestehen, daß die unedle Unterlage und der Kontaktwerkstoff in Drahtform verwendet wer­ den, daß Drahtabschnitte beider Drähte zu einem Zwischenprodukt miteinander stumpf verschweißt wer­ den, daß das Zwischenprodukt zur Bildung des Kontakt­ formstücks spanlos verformt wird, und daß das end­ gültig geformte Kontaktstück einer Wärmebehandlung zur Umwandlung der heterogenen Komponenten in die ge­ wünschte Legierung unterzogen wird. Die Verschweißung der beiden Drahtabschnitte erfolgt zweckmäßig durch Widerstandsschweißung. Für die Wärmebehandlung sind je nach der Art der verwendeten Komponenten entsprechen­ de Temperaturbereiche zwischen 400 und 700°C zu wählen.

Durch die Anwendung des erfindungsgemäßen Verfahrens wird eine kostengünstige Massenfertigung von Kontakt­ formstücken, insbesondere von Aufschweißkontaktplätt­ chen und Kontaktnieten ermöglicht, und eine sparsame Ausnutzung des edelmetallhaltigen Kontaktwerkstoffes sichergestellt.

In der Zeichnung ist ein Ausführungsbeispiel des erfin­ dungsgemäßen Verfahrens zur Herstellung eines Kontakt­ formstücks in Form eines Aufschweißkontaktes bzw. ei­ nes Kontaktniets schematisch dargestellt.

Bei dem als Ausführungsbeispiel erläuterten Verfahren wird ein Drahtmaterial 1 aus einer Silberlegierung Ag Cu 3 als Kontaktwerkstoff mit einem Außendurch­ messer von 3 mm hergestellt. Gleichfalls 3 mm Außen­ durchmesser besitzt ein drahtförmiger Faserverbund­ werkstoff 2, bei dem in eine Kupfermatrix 5000 Nickel­ fasern von 15 µm Durchmesser eingelagert sind. Die beiden Drahtabschnitte 1, 2 werden in der Behandlungs­ station I durch Widerstandsschweißung stumpf ver­ schweißt und ergeben ein Zwischenprodukt 3, aus dem in der Behandlungsstation II durch spanlose Verformung entweder ein Aufschweißkontakt 4 oder ein Kontaktniet 5 hergestellt werden kann. Die in der Behandlungsstation III in ihrer endgültigen Gestalt vorliegenden Kontakt­ formstücke 4, 5 werden in der Behandlungsstation IV einer Wärmebehandlung bei 650°C unterworfen und da­ durch wird der Faserverbundwerkstoff der unedlen Auflage in eine im wesentlichen gleichförmige Me­ tallegierung der Zusammensetzung Cu Ni 44 umge­ wandelt.

Claims (9)

1. Verfahren zur Herstellung eines Kontaktformstücks, bei dem auf einer Unterlage aus einer unedlen Me­ tallegierung eine Auflage aus einem Edelmetall bzw. einem edelmetallhaltigen Kontaktwerkstoff aufge­ bracht und mit der Unterlage metallurgisch verbun­ den ist, dadurch gekennzeich­ net, daß zur Bildung der unedlen Unterlage ein Verbundwerkstoff verwendet wird, dessen Komponenten in festem Zustand ineinander löslich und im Verbundwerkstoff so angeordnet sind, daß sie möglichst große gegenseitige Grenzflächen aufweisen, daß die Auflage und die unedle Unterlage miteinan­ der verbunden und spanlos verformt werden, und daß das fertig geformte Kontaktformstück einer Wärmebe­ handlung derart unterworfen wird, daß sich die Kom­ ponenten der unedlen Unterlage zur Bildung der Le­ gierung ineinander lösen.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch ge­ kennzeichnet, daß eine Komponente der un­ edlen Unterlage eine Matrix bildet, in der Fasern mindestens einer anderen Komponente eingelagert sind.

3. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch ge­ kennzeichnet, daß eine Komponente der un­ edlen Unterlage eine Matrix bildet, in der Teil­ chen mindestens einer anderen Komponente eingela­ gert sind.

4. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch ge­ kennzeichnet, daß die Komponenten der un­ edlen Unterlage eine Vielzahl abwechselnd übereinan­ der angeordneter Schichten bilden.

5. Verfahren nach Anspruch 4, dadurch ge­ kennzeichnet, daß die Komponente der un­ edlen Unterlage einen Wickelkörper bilden.

6. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch ge­ kennzeichnet, daß die unedle Unterlage die Komponenten Nickel und Kupfer enthält.

7. Verfahren nach Anspruch 6, dadurch ge­ kennzeichnet, daß der Nickelanteil ober­ halb von 20 Gew.% bezogen auf das Gesamtgewicht der aus Verbundwerkstoff bestehenden unedlen Unterlage beträgt.

8. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch ge­ kennzeichnet, daß die unedle Unterlage und der Kontaktwerkstoff in Drahtform verwendet werden, daß Drahtabschnitte beider Drähte zu einem Zwischen­ produkt miteinander stumpf verschweißt werden, daß das Zwischenprodukt zur Bildung des Kontaktformstücks spanlos verformt wird, und daß das endgültig geform­ te Kontaktstück einer Wärmebehandlung unterzogen wird.

9. Kontaktformstück, bei dem auf einer Unterlage aus ei­ ner unedlen Metallegierung eine Auflage aus einem Edelmetall bzw. einem edelmetallhaltigen Kontakt­ werkstoff aufgebracht und mit der Unterlage metall­ urgisch verbunden ist, dadurch ge­ kennzeichnet, daß die Unterlage aus einer Metallegierung besteht, die nach der Herstellung des Formstücks aus einem die Legierungskomponenten he­ terogen enthaltenden Verbundwerkstoff durch Wärmebe­ handlung hergestellt ist.