EP2856480A1 - Contact component and method for the production thereof - Google Patents

Contact component and method for the production thereof

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EP2856480A1
EP2856480A1 EP13737658.8A EP13737658A EP2856480A1 EP 2856480 A1 EP2856480 A1 EP 2856480A1 EP 13737658 A EP13737658 A EP 13737658A EP 2856480 A1 EP2856480 A1 EP 2856480A1
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EP
European Patent Office
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contact
contact element
contact component
component
carrier
Prior art date
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Withdrawn
Application number
EP13737658.8A
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German (de)
French (fr)
Inventor
Claudia Kowanda
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Plansee Powertech AG
Original Assignee
Plansee Powertech AG
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Filing date
Publication date
Application filed by Plansee Powertech AG filed Critical Plansee Powertech AG
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Withdrawn legal-status Critical Current

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    • Y10T29/49204—Contact or terminal manufacturing
    • Y10T29/49206—Contact or terminal manufacturing by powder metallurgy

Definitions

  • the invention relates to a contact component for electrical switches and a method for producing such a contact component.
  • AT 286423 B discloses an electrical contact with a sintered tungsten skeletal body impregnated with a copper alloy and a molded contact carrier from the impregnating material.
  • the copper alloy has 0.1 to 1.2% chromium and optionally 0.1 to 8% silver.
  • the electrical contact is subjected to a heat treatment or hardening in order to produce a contact carrier with high hardness and high electrical conductivity.
  • an electrical contact component comprises a sintered
  • both the contact element and the contact carrier are electrically conductive.
  • a contact component as
  • Tube element such as e.g. a tulip or Abbrandtulpe be formed.
  • Another contact component can be formed or shaped as a pin or Abbbrand21, which engages in the tulip, so that with the two contact components, a contact of an electrical switch can be closed.
  • the contact element is sintered, ie it has a plurality of contiguous grains.
  • the grains of the contact element are in one Aligned preferred direction or the grains of the contact element have a
  • the grains are elongated or the grain shape of the contact element is elongated and the grains or their longitudinal axis are aligned along the preferred direction.
  • the contact element is cold-formed after sintering so that the grains of the contact element are elongated and aligned along a preferred direction. That the grains of the contact element have an orientation or shape that have a preferred direction by (mechanical) forming.
  • the contact element in the preferred direction has a lower electrical resistance D.h. the contact element or the
  • Contact component may conduct preferential current with less loss.
  • the contact component is cold-formed after the contact carrier has been cast on, so that the grains of the contact element have a preferred direction and, in addition, the contact carrier is hardened by the cold forming. That the contact element and the contact carrier are cold-worked together after the casting end of the contact carrier on the contact element. It has been found that the connected to the contact carrier usually harder and thus more brittle material of
  • a reproducible property profile for each individual contact component can be achieved by means of the cold forming described, regardless of process-related variations in the strength properties of melt-metallurgically prepared starting materials for the contact carrier.
  • Examples of cold working are cold forging or cold rolling, for example, a contact component can be rolled or forged along its longitudinal axis. That there are forces on the contact component, which are perpendicular or substantially perpendicular to its longitudinal axis. Thereby, the (randomly arranged after sintering) grains of the contact element in the direction of the longitudinal axis of the
  • Hollow or tubular contact components such as e.g., tulips can be tube rolled or pulled over a dome.
  • Contact components such as e.g. Pins can be hammered round.
  • contact components for tulips may also initially be provided in full cylinder form which, after cold working such as e.g. Rollers are pierced and further processed to provide a tulip shape.
  • the grains of the contact element are elongate, elongated, and oriented along the preferred direction.
  • Contact element is elongated or the grains have in the direction of their longitudinal axis a greater extent than perpendicular to the longitudinal axis. It is assumed that the lower electrical resistance of the contact element in the preferred direction, i. in
  • Grain volume have a higher electrical resistance.
  • the preferred direction is parallel or substantially parallel to
  • Power line direction or to the longitudinal axis of the contact component By means of this arrangement, the above-described lower resistance of the contact component is used particularly efficiently.
  • the preferred direction is parallel or substantially parallel to the longitudinal axis of a tulip or a pin for a
  • the contact element is made of a tungsten alloy, which on the one hand provide high wear resistance and erosion resistance and good electrical conductivity.
  • WCu is used in a mixing ratio of W: Cu of 90:10, 80:20 or 60:40.
  • the contact element is made of MoCu or CuCr
  • the contact carrier is made of copper, which has a high electrical conductivity and good casting properties.
  • CuCr, CuCrZr or other hardenable copper alloys can be used as a carrier material, so that after casting of the copper carrier, the copper carrier additionally or alternatively to
  • Cold forming can be cured by a heat treatment.
  • the contact element is enclosed by the contact carrier material or enclosed in the contact carrier material. In this way, a particularly large-area and thus (break) secure connection between contact element and contact carrier is produced. In particular, this provides a good electrical contact between the contact element and the contact carrier, and thus a very good conductivity
  • a sintered contact element is provided to which a contact carrier is cast.
  • the sintered contact element is produced by mixing various powdered starting materials, pressed and finally sintered.
  • the sintered contact element preturned.
  • the contact element is inserted into a container or crucible such as a graphite crucible.
  • the contact carrier material in one piece, for example as a block or rod, or in smaller parts, such as residues such as chips or sections, as a powdery material or as granules, added to the container.
  • the container contents are brought to melting temperature of the carrier material, so that the carrier material melts and molded onto the contact element or the contact element in the
  • Carrier material is poured. That the material of the contact element has a higher melting point than the Kjontektthmaterial. Preferably, the contact element is infiltrated by the carrier material, so that a particularly stable connection between
  • the contact element is cold-formed, so that the bodies of the contact element are aligned in a preferred direction.
  • the contact element is cold formed prior to casting, or after the contact carrier material has been cast, the entire contact component (contact element and contact carrier) is cold formed, so that the above-described advantages of
  • Embodiment described contact component and the method for its preparation can be combined with each other in any way.
  • Fig. 1 is a schematic cross-sectional view of a container with the
  • Fig. 2 shows the container of Fig. 1 after the melting process to form a
  • Contact component blank Fig. 3 is a schematic representation of a cold forming of
  • Fig. 4a-b is a schematic representation of the contact component blank of Fig. 2 after cold working and finishing,.
  • Fig. S is a micrograph of a contact component after a melting or
  • Fig. 1 shows a schematic cross-sectional view of a container 8, such as e.g. a graphite crucible with the starting materials for producing a contact component 1b (FIG. 4b).
  • a contact component in the form of a Abbrandtulpe is described by way of example.
  • a sintered blank 2a is provided in the container 8 as a contact element.
  • the sintered blank 2a has a ring shape to
  • a ring is made of one
  • Tungsten alloy such as WCu provided.
  • a support material alblock 6 is arranged above the sintered blank 2a or the contact element, e.g. a copper block.
  • comminuted carrier material such as e.g. smaller sections or powder or granules are used. That Residues from metalworking can be (re) used or granules or powder, the
  • the carrier material is melted and the sintered blank 2a is infiltrated with the carrier material or the sintered blank 2a is enclosed in the carrier material, so that a contact component blank la is formed. As shown in FIG. 2, the excess carrier material forms the contact carrier 4.
  • the contact component blank la is removed from the container 8 and subjected to cold forming.
  • the contact component blank la As indicated in Fig. 3 by arrows schematically is the Contact component blank la between two (or more) oppositely running rolls lOa-b moved parallel to a longitudinal axis A of the blank la
  • the cross section of the blank la is reduced or the blank
  • the grains 14a-c of the sintered blank 2a are rolled flat (ie, arbitrarily arranged or shaped by the sintering process), ie they are elongated, elongated or elongated in the direction of the longitudinal axis A.
  • the grains 16a-c of the blank 2a are after rolling along the
  • Preferred direction B parallel or substantially parallel to the longitudinal axis A and the power line direction
  • the contact element 2b and the contact component lb Due to the elongated along the preferred direction B oriented grains 16a-c, the contact element 2b and the contact component lb improved conductivity and a lower electrical resistance in direction B, since the current flow through the elongated Kömer 16a-c in the preferred direction B less grain boundaries must overcome.
  • the contact carrier 4 is hardened by the cold forming or cold rolling. That Predetermined and reproducible mechanical properties can be achieved over the entire volume or the length of the contact component 1a via the degree of deformation of the contact carrier 4 or the contact component 1a, irrespective of any properties of the starting materials deviating therefrom. That By means of the method described above, a reproducible property profile for each individual contact component lb can be achieved in a simple, rapid and hence cost-effective manner.
  • the contact component lb schematically shown in Fig. 4a after the cold forming is then provided with a central bore 12 (Fig. 4b) and the
  • a central mandrel (not shown) is provided in the container 8, over which the annular sintered blank 2a is inserted.
  • the mandrel generated during casting a cavity in the contact component blank, so that after the infiltration of the substrate 6, the cavity forms the bore 12 and the cavity must be only slightly reworked to obtain the bore 12. In this way, less carrier material has to be melted during production, which saves time and energy.
  • a burn-off pin (not shown) matching the described tulip can be produced with a contact element and a contact carrier cast thereon.
  • the sintered blank has no ring shape, but e.g. a
  • FIG. 5 shows an illustration of the microstructure state of a contact component in the region of a WCu 80/20 contact element 2 a after a sintering process and a
  • FIG. 6a and FIG. 6b show the structural state of the contact component of FIG. 5 in the region of the contact element after a forming process, in which case the contact component has been hammered round. It can be clearly seen that the grains 16a-c have a preferred direction B due to the deformation or that they are elongated.
  • the electrical conductivity parallel to the preferred orientation B of the reshaped structure is measurably higher than at right angles thereto. In the present case, this was an improvement in the electrical conductivity of at least 1.5 MS / m.

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Abstract

The invention relates to an electric contact component (1b) and to a method for the production thereof. Said contact component comprises a sintered contact element (2a, 2b) and a contact carrier (4) which is integrally cast to the contact element and the grains of the contact element (2b) are oriented in the preferred direction (B).

Description

KONTAKTKOMPONENTE UND VERFAHREN ZU DEREN HERSTELLUNG  CONTACT COMPONENT AND METHOD FOR THE PRODUCTION THEREOF
Die Erfindung betrifft eine Kontaktkomponente für elektrische Schalter und ein Verfahren zu Herstellung einer solchen Kontaktkomponente. The invention relates to a contact component for electrical switches and a method for producing such a contact component.
AT 286423 B offenbart einen elektrischen Kontakt mit einem gesinterten Wolfram- Skelettkörper, der mit einer Kupferlegierung getränkt ist, und einem angegossenen Kontaktträger aus dem Tränkmaterial. Die Kupferlegierung weist 0,1 bis 1,2% Chrom und gegebenenfalls 0,1 bis 8% Silber auf. Nach dem Angießen des Kontaktträgers wird der elektrische Kontakt einer Wärmebehandlung unterzogen bzw. ausgehärtet, um einen Kontaktträger mit hoher Härte und hoher elektrischer Leitfähigkeit herzustellen. AT 286423 B discloses an electrical contact with a sintered tungsten skeletal body impregnated with a copper alloy and a molded contact carrier from the impregnating material. The copper alloy has 0.1 to 1.2% chromium and optionally 0.1 to 8% silver. After the contact carrier has been cast on, the electrical contact is subjected to a heat treatment or hardening in order to produce a contact carrier with high hardness and high electrical conductivity.
Es ist Aufgabe der Erfindung eine verbesserte elektrische Kontaktkomponente und ein Verfahren zu Herstellung einer solchen Kontaktkomponente bereitzustellen. It is an object of the invention to provide an improved electrical contact component and a method for producing such a contact component.
Diese Aufgabe wird mit den Merkmalen des Anspruchs 1 bzw. 8 gelöst. Vorteilhafte Ausgestaltungen sind Gegenstand der Unteransprüche. This object is achieved with the features of claim 1 and 8, respectively. Advantageous embodiments are the subject of the dependent claims.
Gemäß Anspruch 1 weist eine elektrische Kontaktkomponente ein gesintertes According to claim 1, an electrical contact component comprises a sintered
Kontaktelement und einen an das Kontaktelement angegossenen Kontaktträger auf. Contact element and a molded onto the contact element contact carrier.
D.h. das gesinterte Kontaktelement und der angegossene Kontaktträger bilden gemeinsam eine elektrische Kontaktkomponente z.B. für elektrische Schalter im mittleren  That the sintered contact element and the molded contact carrier together form an electrical contact component, e.g. for electrical switches in the middle
Spannungsbereich oder im Hochspannungsbereich. Insbesondere sind sowohl das Kontaktelement als auch der Kontaktträger elektrisch leitend. Beispielsweise kann für einen Leistungsschalter im Hochspannungsbereich eine Kontaktkomponente als Voltage range or in the high voltage range. In particular, both the contact element and the contact carrier are electrically conductive. For example, for a circuit breaker in the high voltage range, a contact component as
Rohrelement wie z.B. eine Tulpe bzw. Abbrandtulpe ausgebildet werden. Eine weitere Kontaktkomponente kann als Stift bzw. Abbbrandstift, der in die Tulpe eingreift, ausgebildet bzw. ausgeformt werden, so dass mit den beiden Kontaktkomponenten ein Kontakt eines elektrischen Schalters geschlossen werden kann.  Tube element such as e.g. a tulip or Abbrandtulpe be formed. Another contact component can be formed or shaped as a pin or Abbbrandstift, which engages in the tulip, so that with the two contact components, a contact of an electrical switch can be closed.
Das Kontaktelement ist gesintert, d.h. es weist eine Vielzahl von aneinandergrenzenden Körnern auf. Erfindungsgemäß sind die Körner des Kontaktelements in einer Vorzugsrichtung ausgerichtet bzw. die Körner des Kontaktelementes haben eine The contact element is sintered, ie it has a plurality of contiguous grains. According to the invention, the grains of the contact element are in one Aligned preferred direction or the grains of the contact element have a
Vorzugsrichtung bzw. Vorzugsorientierung. Beispielsweise sind die Körner länglich ausgebildet bzw. die Kornform des Kontaktelements ist länglich und die Körner bzw. deren Längsachse sind entlang der Vorzugsrichtung ausgerichtet. Beispielsweise ist bzw. wird das Kontaktelement nach dem Sintern kaltumgeformt, so dass die Körner des Kontaktelements länglich verformt und entlang einer Vorzugsrichtung ausgerichtet sind bzw. werden. D.h. die Körner des Kontaktelements haben eine Orientierung bzw. Form, die durch (mechanisches) Umformen eine Vorzugsrichtung aufweisen. Preferred direction or preferential orientation. For example, the grains are elongated or the grain shape of the contact element is elongated and the grains or their longitudinal axis are aligned along the preferred direction. For example, the contact element is cold-formed after sintering so that the grains of the contact element are elongated and aligned along a preferred direction. That the grains of the contact element have an orientation or shape that have a preferred direction by (mechanical) forming.
Es hat sich herausgestellt, dass durch das Ausrichten der Körner entlang einer It has been proven that by aligning the grains along one
Vorzugsrichtung bzw. das Ausbilden einer (länglichen) Kornform, die in einer Preferred direction or the formation of a (elongated) grain shape, which in a
Vorzugsrichtung ausgerichtet ist, das Kontaktelement in Vorzugsrichtung einen geringerem elektrischen Widerstand aufweist D.h. das Kontaktelement bzw. die Preferred direction is oriented, the contact element in the preferred direction has a lower electrical resistance D.h. the contact element or the
Kontaktkomponente kann in Vorzugsrichtung Strom mit geringerem Verlust leiten. Contact component may conduct preferential current with less loss.
Vorzugsweise ist die Kontaktkomponente nach dem Angießen des Kontaktträgers kaltumgeformt, so dass die Körner des Kontaktelements eine Vorzugsrichtung aufweisen und zusätzlich der Kontaktträger durch die Kaltumformung gehärtet wird. D.h. das Kontaktelement und der Kontaktträger werden gemeinsam nach dem Angießend des Kontaktträgers am Kontaktelement kaltumgeformt. Es hat sich herausgestellt, dass sich das mit dem Kontaktträger verbundene meist härtere und damit sprödere Material des Preferably, the contact component is cold-formed after the contact carrier has been cast on, so that the grains of the contact element have a preferred direction and, in addition, the contact carrier is hardened by the cold forming. That the contact element and the contact carrier are cold-worked together after the casting end of the contact carrier on the contact element. It has been found that the connected to the contact carrier usually harder and thus more brittle material of
Kontaktelements nach dem Angießen des Kontaktträgermaterials in einem großen Bereich ohne Bildung von (Spannungs-)Rissen verformen lässt D.h. es wird eine besonders robuste und verlustarme Kontaktkomponente bereitgestellt, die einfach und zeitsparend hergestellt werden kann. Insbesondere wird in nur einem Arbeitsschritt - nämlich der Kaltumformung - die oben beschriebene vorteilhafte Ausrichtung bzw. Kornform des Kontaktelements bereitgestellt und gleichzeitig der Kontaktträger bzw. das Can deform contact element after casting the contact carrier material in a large area without the formation of (stress) cracks. a particularly robust and low-loss contact component is provided which can be produced in a simple and time-saving manner. In particular, the above-described advantageous orientation or grain shape of the contact element is provided in only one working step - namely cold forming - and at the same time the contact carrier or the
Kontaktträgermaterial gehärtet Contact carrier material hardened
Zusammenfassend kann mittels der beschriebenen Kaltumformung ein reproduzierbares Eigenschaftsprofll für jede einzelne Kontaktkomponente erzielt werden, unabhängig von prozesstechnisch bedingten Streuungen der Festigkeitseigenschaften von schmelzmetallurgisch hergestellten Ausgangsmaterialien für den Kontaktträger. In summary, a reproducible property profile for each individual contact component can be achieved by means of the cold forming described, regardless of process-related variations in the strength properties of melt-metallurgically prepared starting materials for the contact carrier.
Beispielsweise kann eine homogenen Gefugestruktur des Tragermaterials und des For example, a homogeneous structural structure of the carrier material and the
Kontaktelements_ reproduzierbar über den Umformgrad eingestellt werden. Insbesondere im Vergleich zu AT 286423 B, die zur Härtung des Trägermaterials eine zeitintensive Wärmebehandlung vorsieht, kann die hier beschriebene Kontaktkomponente durch die Kaltumformung schnell und damit kostengünstig gehärtet werden. Kontaktelements_ be set reproducibly on the degree of deformation. In particular in comparison to AT 286423 B, which provides a time-intensive heat treatment for curing the support material, the contact component described here can be hardened quickly and thus cost by cold forming.
Beispiele für eine Kaltumformung sind kaltschmieden oder kaltwalzen, beispielsweise kann eine Kontaktkomponente entlang ihrer Längsachse gewalzt oder geschmiedet werden. D.h. es wirken Kräfte auf die Kontaktkomponente ein, die senkrecht oder im Wesentlichen senkrecht zur ihrer Längsachse liegen. Dadurch werden die (nach dem Sintern zufällig angeordneten) Körner des Kontaktelements in Richtung der Längsachse des Examples of cold working are cold forging or cold rolling, for example, a contact component can be rolled or forged along its longitudinal axis. That there are forces on the contact component, which are perpendicular or substantially perpendicular to its longitudinal axis. Thereby, the (randomly arranged after sintering) grains of the contact element in the direction of the longitudinal axis of the
Kontaktelements länglich verformt bzw. langgezogen oder gestreckt. D.h. die Körner des Kontaktelements erhalten eine Form, Orientierung bzw. Vorzugsrichtung (in Richtung der Längsachse des Kontaktelements) hervorgerufen bzw. verursacht durch die Contact element elongated deformed or elongated or stretched. That the grains of the contact element are given a shape, orientation or preferred direction (in the direction of the longitudinal axis of the contact element) caused or caused by the
Kalturnformung. Hohle bzw. rohrförmige Kontaktkomponenten wie z.B. Tulpen können beispielsweise rohrgewalzt oder über einen Dom gezogen werden. Kompakte Kalturnformung. Hollow or tubular contact components such as e.g. For example, tulips can be tube rolled or pulled over a dome. compact
Kontaktkomponenten wie z.B. Stifte können rundgehämmert werden. Beispielsweise können auch Kontaktkomponenten für Tulpen zunächst in Vollzylinderform bereitgestellt werden, die nach einer Kaltumformung wie z.B. Walzen durchbohrt und weiter bearbeitet werden, um so eine Tulpenform bereitzustellen. Contact components such as e.g. Pins can be hammered round. For example, contact components for tulips may also initially be provided in full cylinder form which, after cold working such as e.g. Rollers are pierced and further processed to provide a tulip shape.
Bevorzugt sind die Körner des Kontaktelements länglich, langgezogen bzw. gestreckt geformt und entlang der Vorzugsrichtung ausgerichtet D.h. die Kornform des Preferably, the grains of the contact element are elongate, elongated, and oriented along the preferred direction. the grain shape of the
Kontaktelements ist länglich bzw. die Körner haben in Richtung ihrer Längsachse eine größere Ausdehnung als senkrecht zur Längsachse. Es wird angenommen, dass der geringere elektrische Widerstand des Kontaktelements in Vorzugsrichtung, d.h. in Contact element is elongated or the grains have in the direction of their longitudinal axis a greater extent than perpendicular to the longitudinal axis. It is assumed that the lower electrical resistance of the contact element in the preferred direction, i. in
Richtung der Längsachse(n) der Körner, die entlang der Vorzugsrichtung ausgerichtet sind, darauf basiert, dass der Stromfluss in Vorzugsrichtung (durch die langgezogenen Körner) weniger Korngrenzen passieren muss, wobei die Korngrenzen im Vergleich zum Direction of the longitudinal axis (s) of the grains aligned along the preferred direction, based on the fact that the flow of current in the preferred direction (by the elongated grains) must pass fewer grain boundaries, the grain boundaries in comparison to
Kornvolumen einen höheren elektrischen Widerstand aufweisen. Vorzugsweise ist die Vorzugsrichtung parallel oder im Wesentlichen parallel zur Grain volume have a higher electrical resistance. Preferably, the preferred direction is parallel or substantially parallel to
Stromleitungsrichtung bzw. zur Längsachse der Kontaktkomponente. Durch diese Anordnung wird die oben beschriebene geringere Widerstand der Kontaktkomponente besonders effizient genutzt Beispielsweise ist die Vorzugsrichtung parallel oder im Wesentlichen parallel zur Längsachse einer Tulpe oder eines Stiftes für einen Power line direction or to the longitudinal axis of the contact component. By means of this arrangement, the above-described lower resistance of the contact component is used particularly efficiently. For example, the preferred direction is parallel or substantially parallel to the longitudinal axis of a tulip or a pin for a
Leistungsschalter. Circuit breaker.
Bevorzugt ist das Kontaktelement aus einer Wolfram-Legierung hergestellt, die zum einen eine hohe Verschleißbeständigkeit und Abbrandfestigkeit und eine gute elektrische Leitfähigkeit bereitstellen. Beispielsweise wird WCu in einem Mischungsverhältnis von W:Cu von 90:10, 80:20 oder 60:40 verwendet. Gemäß einer alternativen Ausgestaltung ist das Kontaktelement aus MoCu oder CuCr hergestellt Preferably, the contact element is made of a tungsten alloy, which on the one hand provide high wear resistance and erosion resistance and good electrical conductivity. For example, WCu is used in a mixing ratio of W: Cu of 90:10, 80:20 or 60:40. According to an alternative embodiment, the contact element is made of MoCu or CuCr
Vorzugsweise ist der Kontaktträger aus Kupfer hergestellt, das eine hohe elektrische Leitfähigkeit und gute Gießeigenschaften aufweist Alternativ können CuCr, CuCrZr oder andere aushärtbare Kupferlegierungen als Trägermaterial verwendet werden, so dass nach dem Angießen des Kupferträgers der Kupferträger zusätzlich oder alternativ zur Preferably, the contact carrier is made of copper, which has a high electrical conductivity and good casting properties. Alternatively, CuCr, CuCrZr or other hardenable copper alloys can be used as a carrier material, so that after casting of the copper carrier, the copper carrier additionally or alternatively to
Kaltumformung durch eine Wärmebehandlung ausgehärtet werden kann. Bevorzugt ist das Kontaktelement vom Kontaktträgermaterial umschlossen bzw. in das Kontaktträgermaterial eingeschlossen. Dadurch wird eine besonders großflächige und damit (bruch)sichere Verbindung zwischen Kontaktelement und Kontaktträger hergestellt Insbesondere wird dadurch ein guter elektrischer Kontakt zwischen Kontaktelement und Kontaktträger bereitgestellt und damit eine sehr gute Leitfähigkeit der Cold forming can be cured by a heat treatment. Preferably, the contact element is enclosed by the contact carrier material or enclosed in the contact carrier material. In this way, a particularly large-area and thus (break) secure connection between contact element and contact carrier is produced. In particular, this provides a good electrical contact between the contact element and the contact carrier, and thus a very good conductivity
Kontaktkomponente. Contact component.
Nachfolgend wird ein beispielhaftes Verfahren zur Herstellung einer elektrischen Hereinafter, an exemplary method for producing an electrical
Kontaktkomponente beschrieben, insbesondere einer wie oben beschriebenen elektrischen Kontaktkomponente. Zunächst wird ein gesintertes Kontaktelement bereitgestellt an das ein Kontaktträger angegossen wird. Das gesinterte Kontaktelement wird hergestellt, indem verschiedene pul verförmige Ausgangsmaterialien gemischt, gepresst und schließlich gesintert werden. Optional wird vor dem Angießen das gesinterte Kontaktelement vorgedreht. Das Kontaktelement wird in einen Behälter bzw. Tiegel wie z.B. einen Graphittiegel eingelegt. Anschließend wird das Kontaktträgermaterial in einem Stück, z.B. als Block oder Stab, oder in kleineren Teilen, z.B. Reste wie Späne oder Abschnitte, als pulverförmiges Material oder als Granulat, dem Behälter zugegeben. Der Behälterinhalt wird auf Schmelztemperatur des Trägermaterials gebracht, so dass das Trägermaterial schmilzt und an das Kontaktelement angegossen bzw. das Kontaktelement in das Contact component described, in particular an electrical contact component as described above. First, a sintered contact element is provided to which a contact carrier is cast. The sintered contact element is produced by mixing various powdered starting materials, pressed and finally sintered. Optionally, prior to casting, the sintered contact element preturned. The contact element is inserted into a container or crucible such as a graphite crucible. Subsequently, the contact carrier material in one piece, for example as a block or rod, or in smaller parts, such as residues such as chips or sections, as a powdery material or as granules, added to the container. The container contents are brought to melting temperature of the carrier material, so that the carrier material melts and molded onto the contact element or the contact element in the
Trägermaterial eingegossen wird. D.h. das Material des Kontaktelements hat einen höheren Schmelzpunkt als das Kjontektträgermaterial. Vorzugsweise wird das Kontaktelement vom Trägermaterial infiltriert, so dass eine besonders stabile Verbindung zwischen Carrier material is poured. That the material of the contact element has a higher melting point than the Kjontektträgermaterial. Preferably, the contact element is infiltrated by the carrier material, so that a particularly stable connection between
Kontaktelement und Kontaktträger hergestellt wird. Contact element and contact carrier is produced.
Wie oben beschrieben ist bzw. wird das Kontaktelement kaltumgeformt, so dass die Kömer des Kontaktelements in einer Vorzugsrichtung ausgerichtet sind. Beispielsweise wird das Kontaktelement vor dem Angießen kaltumgeformt oder nach dem Angießen des Kontaktträgermaterials wird die gesamte Kontaktkomponente (Kontaktelement und Kontaktträger) kaltumgeformt, so dass die oben beschriebenen Vorteile der As described above, the contact element is cold-formed, so that the bodies of the contact element are aligned in a preferred direction. For example, the contact element is cold formed prior to casting, or after the contact carrier material has been cast, the entire contact component (contact element and contact carrier) is cold formed, so that the above-described advantages of
Kontaktkomponente bereitgestellt werden. Contact component are provided.
Hinzeine Merkmale der oben beschrieben Ausgestaltungen der Kontaktkomponente sowie des Verfahrens zu dessen Herstellung und einzelne Merkmale der im folgenden In addition features of the above-described embodiments of the contact component and the method for its production and individual features of the following
Ausfuhrungsbeispiel beschriebenen Kontaktkomponente sowie des Verfahrens zu dessen Herstellung können auf beliebige Weise miteinander kombiniert werden.  Embodiment described contact component and the method for its preparation can be combined with each other in any way.
Anhand der Figuren wird eine Ausfuhrungsform der Erfindung näher erläutert. With reference to the figures, an embodiment of the invention will be explained in more detail.
Es zeigen: Show it:
Fig. 1 eine schematische Querschnittdarstellung eines Behälters mit den Fig. 1 is a schematic cross-sectional view of a container with the
Ausgangsmaterialien für eine Kontaktkomponente vor einem Schmelzprozess bzw. Infiltrationspro zess,  Starting materials for a contact component before a melting process or infiltration process,
Fig. 2 den Behälter von Fig. 1 nach dem Schmelzprozess zur Bildung eines Fig. 2 shows the container of Fig. 1 after the melting process to form a
Kontaktkomponentenrohlings, Fig. 3 eine schematische Darstellung einer Kaltumformung des Contact component blank Fig. 3 is a schematic representation of a cold forming of
Kontaktkomponentenrohlings von Fig. 2,  Contact component blanks of Fig. 2,
Fig. 4a-b eine schematische Darstellung des Kontaktkomponentenrohlings von Fig. 2 nach der Kaltumformung und einer Endbearbeitung,. Fig. 4a-b is a schematic representation of the contact component blank of Fig. 2 after cold working and finishing,.
Fig. S ein Gefügebild einer Kontaktkomponente nach einem Schmelz- bzw. Fig. S is a micrograph of a contact component after a melting or
Infiltrationsprozess, und  Infiltration process, and
Fig. 6a-b Gefugebilder der Kontaktkomponente von Fig. 5 nach einem Umformprozess. Fig. 6a-b Gefug images of the contact component of Fig. 5 after a forming process.
Fig. 1 zeigt eine schematische Querschnittdarstellung eines Behälters 8, wie z.B. einen Graphittiegel, mit den Ausgangsmaterialien zur Herstellung einer Kontaktkomponente lb (Fig. 4b). Im Nachfolgenden wird beispielhaft die Herstellung einer Kontaktkomponente in Form einer Abbrandtulpe beschrieben. Fig. 1 shows a schematic cross-sectional view of a container 8, such as e.g. a graphite crucible with the starting materials for producing a contact component 1b (FIG. 4b). In the following, the production of a contact component in the form of a Abbrandtulpe is described by way of example.
In einem ersten Schritt wird im Behälter 8 ein Sinterrohling 2a als Kontaktelement bereitgestellt. In diesem Beispiel weist der Sinterrohling 2a eine Ringform auf, um In a first step, a sintered blank 2a is provided in the container 8 as a contact element. In this example, the sintered blank 2a has a ring shape to
Sintermaterial einzusparen, da die fertiggestellte Kontaktkomponente eine zentrale Durchgangsbohrung aufweist (Fig. 4b). Beispielsweise ist ein Ring aus einer Save sintered material, since the finished contact component has a central through hole (Fig. 4b). For example, a ring is made of one
Wolframlegierung wie z.B. WCu vorgesehen. Ober dem Sinterrohling 2a bzw. dem Kontaktelement wird ein Trägermateri alblock 6 angeordnet, z.B. ein Kupfer-Block. Tungsten alloy, such as WCu provided. A support material alblock 6 is arranged above the sintered blank 2a or the contact element, e.g. a copper block.
Alternativ zum Materialblock 6 kann auch zerkleinertes Trägermaterial wie z.B. kleinere Abschnitte oder Pulver bzw. Granulat verwendet werden. D.h. es können Reste aus der Metallverarbeitung (wieder)verwendet werden oder Granulat oder Pulver, das As an alternative to material block 6, comminuted carrier material such as e.g. smaller sections or powder or granules are used. That Residues from metalworking can be (re) used or granules or powder, the
preisgünstiger ist als z.B. stangenförmiges Vollmaterial. is cheaper than e.g. rod-shaped solid material.
Anschließend wird das Trägermaterial aufgeschmolzen und der Sinterrohling 2a mit dem Trägermaterial infiltriert bzw. der Sinterrohling 2a wird im Trägermaterial eingeschlossen, so dass ein Kontaktkomponentenrohling la gebildet wird. Wie in Fig. 2 dargestellt, bildet das überschüssige Trägermaterial den Kontaktträger 4. Subsequently, the carrier material is melted and the sintered blank 2a is infiltrated with the carrier material or the sintered blank 2a is enclosed in the carrier material, so that a contact component blank la is formed. As shown in FIG. 2, the excess carrier material forms the contact carrier 4.
Nach dem Angießen des Kontaktträgers 4 bzw. Infiltrieren des Sinterrohlings 2a, wird der Kontaktkomponentenrohling la aus dem Behälter 8 entfernt und einer Kaltumformung unterzogen. Wie in Fig. 3 durch Pfeile schematisch angedeutet wird der Kontaktkomponentenrohling la zwischen zwei (oder mehr) gegensinnig laufenden Walzen lOa-b parallel zu einer Längsachse A des Rohlings la bewegt Durch Verringern des Walzspalts, also des Ab Stands zwischen den Walzen lOa-b, wird der Querschnitt des Rohlings la reduziert bzw. der Rohling l länglich verformt Dabei werden die (durch den Sinterpro zess beliebig angeordneten bzw. geformten) Körner 14a-c des Sinterrohlings 2a flach gewalzt, also in Richtung der Längsachse A länglich, langezogen bzw. langgestreckt verformt. Die Körner 16a-c des Rohlings 2a sind nach dem Walzen entlang der After casting the contact carrier 4 or infiltrating the sintered blank 2a, the contact component blank la is removed from the container 8 and subjected to cold forming. As indicated in Fig. 3 by arrows schematically is the Contact component blank la between two (or more) oppositely running rolls lOa-b moved parallel to a longitudinal axis A of the blank la By reducing the roll gap, ie the Ab stand between the rollers lOa-b, the cross section of the blank la is reduced or the blank In this case, the grains 14a-c of the sintered blank 2a are rolled flat (ie, arbitrarily arranged or shaped by the sintering process), ie they are elongated, elongated or elongated in the direction of the longitudinal axis A. The grains 16a-c of the blank 2a are after rolling along the
Längsachse A der Kontaktkomponente ausgerichtet D.h. die Körner 16a-c des Longitudinal axis A of the contact component aligned D.h. the grains 16a-c of the
Kontaktelements 2b bzw. des umgeformten Sinterrohlings 2a sind entlang einer Contact element 2b and the converted sintered blank 2a are along a
Vorzugsrichtung B (parallel oder im Wesentlichen parallel zur Längsachse A bzw. zur Stromleitungsrichtung) ausgerichtet Preferred direction B (parallel or substantially parallel to the longitudinal axis A and the power line direction) aligned
Durch die länglichen entlang der Vorzugsrichtung B ausgerichteten Körner 16a-c weist das Kontaktelement 2b bzw. die Kontaktkomponente lb eine verbesserte Leitfähigkeit bzw. einen geringeren elektrischen Widerstand in Richtung B auf, da der Stromfluss durch die langgezogenen Kömer 16a-c in Vorzugsrichtung B weniger Korngrenzen überwinden muss. Due to the elongated along the preferred direction B oriented grains 16a-c, the contact element 2b and the contact component lb improved conductivity and a lower electrical resistance in direction B, since the current flow through the elongated Kömer 16a-c in the preferred direction B less grain boundaries must overcome.
Weiterhin wird durch das Kaltumformen bzw. Kaltwalzen der Kontaktträger 4 gehärtet. D.h. über den Umformgrad des Kontaktträgers 4 bzw. der Kontaktkomponente la können über das gesamte Volumen bzw. die Länge der Kontaktkomponente la vorbestimmte und reproduzierbare mechanische Eigenschaften erzielt werden, unabhängig von eventuell davon abweichenden Eigenschaften der Ausgangsmaterialien. D.h. mittels des oben beschriebenen Verfahrens kann auf einfache, schnelle und damit kostengünstige Weise ein reproduzierbares EigenschaftsprofU für jede einzelne Kontaktkomponente lb erzielt werden. Furthermore, the contact carrier 4 is hardened by the cold forming or cold rolling. That Predetermined and reproducible mechanical properties can be achieved over the entire volume or the length of the contact component 1a via the degree of deformation of the contact carrier 4 or the contact component 1a, irrespective of any properties of the starting materials deviating therefrom. That By means of the method described above, a reproducible property profile for each individual contact component lb can be achieved in a simple, rapid and hence cost-effective manner.
Die in Fig. 4a nach dem Kaltumformen schematisch dargestellte Kontaktkomponente lb wird anschließend mit einer zentralen Bohrung 12 versehen (Fig. 4b) und das The contact component lb schematically shown in Fig. 4a after the cold forming is then provided with a central bore 12 (Fig. 4b) and the
Kontaktelement 2b bzw. die Kontaktkomponente lb zur Bildung einer Abbrandtulpe entsprechend ausgeformt (nicht dargestellt). Gemäß einer alternativen Ausgestaltung ist im Behälter 8 ein zentraler Dorn (nicht dargestellt) vorgesehen, über den der ringförmige Sinterrohling 2a gesteckt wird. Der Dorn erzeugt beim Angießen einen Hohlraum im Kontaktkomponentenrohling, so dass nach dem Infiltrieren des Trägermaterials 6 der Hohlraum die Bohrung 12 bildet bzw. der Hohlraum nur geringfügig nachbearbeitet werden muss, um die Bohrung 12 zu erhalten. Auf diese Weise muss bei der Herstellung weniger Trägermaterial aufgeschmolzen werden wodurch Zeit und Energie eingespart wird. Contact element 2b and the contact component lb to form a Abbrandtulpe formed accordingly (not shown). According to an alternative embodiment, a central mandrel (not shown) is provided in the container 8, over which the annular sintered blank 2a is inserted. The mandrel generated during casting a cavity in the contact component blank, so that after the infiltration of the substrate 6, the cavity forms the bore 12 and the cavity must be only slightly reworked to obtain the bore 12. In this way, less carrier material has to be melted during production, which saves time and energy.
Entsprechend dem oben beschriebenen Verfahren kann ein zu der beschrieben Tulpe passender Abbrandstift (nicht dargestellt) mit einem Kontaktelement und einem daran angegossenen Kontaktträger hergestellt werden. Im Unterschied zum oben beschriebenen Verfahren hat in diesem Fall der Sinterrohling keine Ringform, sondern z.B. eine According to the method described above, a burn-off pin (not shown) matching the described tulip can be produced with a contact element and a contact carrier cast thereon. In contrast to the method described above, in this case the sintered blank has no ring shape, but e.g. a
(Voll-)Zylinderform, die nach der Ausbildung einer Kontaktkomponente gemäß dem oben beschriebenen Verfahren (ohne das Vorsehen einer Bohrung 12) die Kontaktspitze des Stiftes bildet und dazu ausgelegt ist in die Bohrung 12 einzugreifen, um einen (Full) cylindrical shape, which forms after forming a contact component according to the method described above (without the provision of a bore 12), the contact tip of the pin and is adapted to engage in the bore 12 to a
Schalterkontakt eines elektrischen Schalters zu schließen. Close switch contact of an electrical switch.
Fig. 5 zeigt eine Abbildung des Gefügezustands einer Kontaktkomponente im Bereich eines WCu 80/20 Kontaktelements 2a nach einem Sinterprozess und einem FIG. 5 shows an illustration of the microstructure state of a contact component in the region of a WCu 80/20 contact element 2 a after a sintering process and a
Infiltrationsprozess mit einem Trägermaterial. Es ist gut zu erkennen, dass Körner 14a-c des Kontaktelements 2a beliebig geformt und angeordnet sind. Infiltration process with a carrier material. It can be clearly seen that grains 14a-c of the contact element 2a are arbitrarily shaped and arranged.
Fig. 6a und Fig. 6b zeigen den Gefügezustand der Kontaktkomponente von Fig. 5 im Bereich des Kontaktelements nach einem Umformprozess, in diesem Fall wurde die Kontaktkomponente rundgehämmert. Deutlich zu erkennen ist, dass die Körner 16a-c durch die Umformung eine Vorzugsrichtung B aufweisen bzw. länglich verformt sind. Die elektrische Leitfähigkeit parallel zur bevorzugten Ausrichtung B der umgeformten Struktur ist messbar höher als im rechten Winkel dazu. Im vorliegenden Fall handelte es sich um eine Verbesserung der elektrischen Leitfähigkeit von mindestens 1.5 MS/m. FIG. 6a and FIG. 6b show the structural state of the contact component of FIG. 5 in the region of the contact element after a forming process, in which case the contact component has been hammered round. It can be clearly seen that the grains 16a-c have a preferred direction B due to the deformation or that they are elongated. The electrical conductivity parallel to the preferred orientation B of the reshaped structure is measurably higher than at right angles thereto. In the present case, this was an improvement in the electrical conductivity of at least 1.5 MS / m.

Claims

Patentansprüche Elektrische Kontaktkomponente (1 b) mit Electrical contact component (1 b) with
einem gesinterten Kontaktelement (2a, 2b), und a sintered contact element (2a, 2b), and
einem an das Kontaktelement (2a, 2b) angegossenen Kontaktträger (4), dadurch gekennzeichnet, dass a to the contact element (2a, 2b) molded contact carrier (4), characterized in that
die Körner des Kontaktelements (2b) in einer Vorzugsrichtung (B) ausgerichtet sind. Kontaktkomponente nach Anspruch 1 , wobei das Kontaktelement (2b) kaltumgeforrnt ist, so dass die Körner des Kontaktelements (2b) in der the grains of the contact element (2b) are aligned in a preferred direction (B). A contact component according to claim 1, wherein the contact element (2b) is cold-reformed, so that the grains of the contact element (2b) in the
Vorzugsrichtung (B) ausgerichtet sind. Kontaktkomponente nach Anspruch 1 oder 2, wobei die Körner des Preferred direction (B) are aligned. Contact component according to claim 1 or 2, wherein the grains of the
Kontaktelements (2b) länglich ausgebildet und entlang der Vorzugsrichtung (B) ausgerichtet sind. Kontaktkomponente nach Anspruch 1 , 2 oder 3, wobei die Vorzugsrichtung (B) parallel oder im Wesentlichen parallel zu einer Stromleitungsrichtung und/oder Längsachse (A) der Kontaktkomponente (la, lb) liegt Kontaktkomponente nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei das Kontaktelement (2b) und der Kontaktträger (4) kaltumgeformt sind. Kontaktkomponente nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei das Material für das Kontaktelement (2a, 2b) aus einem der folgenden Materialien ausgewählt ist: WCu, MoCu, CuCr. Kontaktkomponente nach einem der vorhergehenden Ansprache, wobei das Material für den Kontaktträger (4) aus einem der folgenden Materialien ausgewählt ist: Cu, CuCr, CuCrZr oder eine andere aushärtbare Kupferlegierung. Verfahren zur Herstellung einer elektrischen Kontaktkomponente (lb), Contact element (2b) elongated and along the preferred direction (B) are aligned. Contact component according to claim 1, 2 or 3, wherein the preferred direction (B) parallel or substantially parallel to a power line direction and / or longitudinal axis (A) of the contact component (la, lb) contact component according to one of the preceding claims, wherein the contact element (2b ) and the contact carrier (4) are cold formed. Contact component according to one of the preceding claims, wherein the material for the contact element (2a, 2b) is selected from one of the following materials: WCu, MoCu, CuCr. Contact component according to one of the preceding claims, wherein the material for the contact carrier (4) is selected from one of the following materials: Cu, CuCr, CuCrZr or another curable copper alloy. Method for producing an electrical contact component (1b),
insbesondere einer Kontaktkomponente nach einer der vorhergehenden Ansprache: Bereitstellen eines gesinterten Kontaktelements (2a), in particular a contact component according to one of the preceding claims: providing a sintered contact element (2a),
Angießen eines Kontaktträgers (4) an das Kontaktelement (2a),  Casting a contact carrier (4) against the contact element (2a),
gekennzeichnet durch marked by
Kaltumformen des Kontaktelements (2a), so dass die Kürner des  Cold forming of the contact element (2a), so that the skinner of the
Kontaktelements (2a) in einer Vorzugsrichtung (B) ausgerichtet sind. Verfahren nach Anspruch 8, wobei das Kontaktelement (2a) nach dem Angießen kaltumgeformt wird. Verfahren nach Anspruch 8 oder 9, wobei das Kontaktelement (2a) und der Kontaktträger (4) nach dem Angießen kaltumgeformt werden. Verfahren nach Anspruch 8, oder 10, wobei die Kömer des Kontaktelements (2b) länglich ausgebildet sind bzw. eine längliche Form aufweisen. Verfahren nach einem der Ansprüche 8 bis 11 , wobei die Vorzugsrichtung (B) parallel oder im Wesentlichen parallel zur Stromleitungsrichtung und/oder Contact element (2a) in a preferred direction (B) are aligned. A method according to claim 8, wherein the contact element (2a) is cold-formed after casting. Method according to claim 8 or 9, wherein the contact element (2a) and the contact carrier (4) are cold-formed after casting. A method according to claim 8, or 10, wherein the grains of the contact element (2b) are elongate or have an elongated shape. Method according to one of claims 8 to 11, wherein the preferred direction (B) parallel or substantially parallel to the power line direction and / or
Längsachse (A) der Kontaktkomponente (lb) liegt. Verfahren nach einem der Ansprüche 8 bis 12, wobei das Kontaktelement (2a) kaltumgeformt wird, so dass Kräfte auf das Kontaktelement (2a) wirken, die senkrecht oder im Wesentlichen senkrecht zu einer Längsachse des Longitudinal axis (A) of the contact component (lb) is located. Method according to one of claims 8 to 12, wherein the contact element (2a) is cold-formed, so that forces act on the contact element (2a) which are perpendicular or substantially perpendicular to a longitudinal axis of the
Kontaktelements und/oder zu einer Stromleitungsrichtung des Kontaktelements stehen, oder wobei die Kontaktkomponente (la) kaltumgeformt wird, so dass Kräfte auf die Kontaktkomponente (la) wirken, die senkrecht oder im Wesentlichen senkrecht zu einer Längsachse (A) der Kontaktkomponente und/oder zu einer Contact element and / or to a power line direction of the contact element are, or wherein the contact component (la) is cold-formed, so that forces acting on the contact component (la) perpendicular or substantially perpendicular to a longitudinal axis (A) of the contact component and / or to a
Stromleitungsrichtung der Kontaktkomponente stehen. Power line direction of the contact component are.
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