BR112012017590B1

BR112012017590B1 - Método para a produção de um elemento de contato elétrico, elemento de contato elétrico, produto semiacabado para a produção do mesmo e relé eletromagnético

Info

Publication number: BR112012017590B1
Application number: BR112012017590-4A
Authority: BR
Inventors: Jens Heinrich; Ralf Hoffmann; Peter Sandeck; Martin Wieberger; Peter Braumann; Andreas Koffler; Bernd Kempf; Allen Molvar
Original assignee: Umicore Ag & Co. Kg; Te Connectivity Germany Gmbh
Priority date: 2010-01-15
Filing date: 2011-01-14
Publication date: 2020-03-31
Also published as: DE102010014745A1; US8749330B2; JP2013517594A; CN102782787B; ES2613615T3; WO2011086167A1; EP2524384B1; JP6280524B2; US20130002380A1; CN102782787A; EP2524384A1; BR112012017590A2; DE102010014745B4; JP2015201454A

Abstract

elemento de contato elétrico e método para a produção de um elemento de contato elétrico. a presente invenção refere-se a um método para a produção de um elemento de contato elétrico a partir de um produto semiacabado e ao elemento de contato elétrico e ao correspondente produto semiacabado. o método para a produção de um elemento de contato elétrico (100), que pode ser contatado eletricamente por um contato conjugado, compreende as seguintes etapas: a produção de um fio (120) a partir de um primeiro material condutor elétrico (112); que cobre a superfície de fio com um revestimento (114) feito de um segundo material condutor elétrico; a remoção parcial do revestimento (114) em uma direção ao longo de um eixo de fio longitudinal (118); a formação de pelo menos um produto semiacabado cilíndrico (110) por meio da divisão do fio em uma direção transversal ao eixo de fio longitudinal; a fixação do produto semiacabado sobre um carregador de contato (104) de tal modo que o segundo material condutor elétrico fiuqe conectado ao carregador de contato; e a remodelação do produto semiacabado soldado de modo a formar o elemento de contato (100), sendo que uma área de contato (106) que é acessível para um contato conjugado, é formada pelo primeiro material condutor elétrico.

Description

Relatório Descritivo da Patente de Invenção para MÉTODO PARA A PRODUÇÃO DE UM ELEMENTO DE CONTATO ELÉTRICO, ELEMENTO DE CONTATO ELÉTRICO, PRODUTO SEMIACABADO PARA A PRODUÇÃO DO MESMO E RELÉ ELETROMAGNÉTICO. [0001] A presente invenção refere-se a um método para a produção de um elemento de contato elétrico a partir de um produto semiacabado e a um elemento de contato elétrico e a um produto semiacabado correspondente.

[0002] Contatos elétricos encontram uma multiplicidade de aplicações nos dispositivos elétricos ou em um quadro de distribuição, tal como nos interruptores de luz, nos interruptores de contato ou em relés, e são usados em larga escala. Altos índices de exigência são impostos sobre as peças constituintes de um contato elétrico que são envolvidas em operações de comutação, em particular sobre a camada de contato, no que diz respeito à condutividade elétrica, à resistência ao desgaste, à estabilidade mecânica e à soldagem por resistência, acima de tudo sob a ação de uma temperatura. Foi mostrado que essas exigências, muitas vezes determinando a escolha do material, de uma maneira contraditória, podem ser atendidas de uma forma particularmente satisfatória por meio de materiais compósitos de metal nobre de óxido de metal.

[0003] No entanto, é precisamente em função de sua soldagem por resistência que esses materiais compósitos de metal nobre e de óxido de metal, por exemplo, um óxido de prata e estanho, não podem ser fixados diretamente a um carregador de contato material por meio de soldagem.

[0004] É, portanto, conhecido se fixar os contatos por meio de rebitagem, tal como é o caso, por exemplo, no que se conhece como rebites de bimetal, ou ainda se prover uma camada soldável por meio da construção de um contato de múltiplas camadas. Neste caso, a

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2/8 conexão é feita por meio de um método de soldagem a frio ou de um revestimento exterior de rolamento. Nesses conceitos, no entanto, é desvantajoso quando um grande esforço de fabricação se faz necessário ou, ainda, quando o método necessita de um volume mínimo de um material de contato a ser aplicado. No caso dos contatos sólidos ou no caso de uma rebitagem de uma seção de fio, parte do metal nobre também não pode ser usada para a função de comutação em questão e, por conseguinte, não poderá ser usado tal como originalmente pretendido.

[0005] O objeto no qual a presente invenção se baseia poderá, portanto, ser visto como a especificação de um método para a produção de um elemento de contato que, primeiramente, garanta as características ideais do elemento de contato durante uma operação e, em segundo lugar, garanta a capacidade de este elemento de contato ser produzido de uma maneira econômica em termos de custos e de material.

[0006] Este objeto é obtido por meio da matéria apresentada nas reivindicações de patente independentes. Os desenvolvimentos vantajosos da presente invenção vêm a ser a matéria apresentada nas reivindicações de patente dependentes.

[0007] A presente invenção se baseia na idéia de que, para a produção do contato em questão como um produto semiacabado , parte de um fio feito de um material compósito de metal é utilizado como um primeiro material condutor, o qual é provido com uma cobertura de metal como um segundo material condutor elétrico, a cobertura de metal sobre parte da superfície sendo novamente removida a fim de expor o núcleo de material compósito de metal sobre a área de contato subsequente. [0008] O material compósito de metal pode consistir de um metal adequado, tal como cobre, uma liga de cobre e níquel, uma liga de cobre e cromo ou prata, que contém óxidos, tais como óxido de estanho, óxido

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3/8 de zinco, óxido de ferro, tal como Fe2Ü3, óxido de cobre, óxido de cádmio, óxido de índio, óxido de antimônio, óxido de lantânio, óxido de magnésio, óxido de manganês, óxido de bismuto, óxido de telúrio, carbono (sob a forma de negros de fumo, fibras de carbono e grafite), ou ainda níquel caso o metal, de outra forma, não seja níquel. Materiais compósitos de metal particularmente adequados são descritos, por exemplo, nas Patentes EP 508055, EP 1505164, EP 725154, EP

736885, EP 795367, DE 10012250, EP 1142661, EP 1915765 e EP 2004349 e nos documentos citados no presente documento. Em particular são vantajosos os materiais compósitos de metal baseados em prata apresentados nas Patentes EP 508055 e EP 1505164, às quais se faz referência. Estes são materiais de contato à base de óxido de prata e estanho, que ainda podem conter óxido de índio, óxido de telúrio, óxido de bismuto, óxido de cobre, óxido de níquel ou suas misturas. Tais materiais podem ser produzidos por meio da metalurgia dos pós ou por meio de oxidação interna.

[0009] A cobertura de metal pode consistir do mesmo metal ou dos mesmos metais do material compósito de metal que forma o núcleo, mas não contém nenhum dos ingredientes que realizam a soldagem por resistência do material compósito de metal.

[0010] De acordo com a presente invenção, o revestimento de prata de um fio de óxido de prata e estanho is removido da região do ponto de contato subsequente por meio de raspagem ou separação. Desta maneira, uma perda mínima de metal nobre é garantida e, ao mesmo tempo, a contaminação do componente de comutação com o metal nobre na região do ponto de contato é evitado e, assim, a soldagem do contato de comutação é impedida.

[0011] Por outro lado, como um resultado da soldagem direta do material de contato de óxido de prata e estanho sobre um carregador de contato, a produção pode ser altamente simplificada e os custos de

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4/8 fabricação podem ser mantidos em um nível baixo. O uso de metal nobre é mínimo, uma vez que o metal nobre não precisa ser usado para tarefas mecânicas. Não há nenhum metal nobre metálico soldável na região do ponto de comutação.

[0012] De acordo com uma modalidade vantajosa da presente invenção, uma parte do fio é raspada em uma direção axial, de modo que, na seção transversal circular do fio, um segmento seja removido. Após a divisão nos produtos cilíndricos semiacabado s e a remodelação em um contato elétrico, o contato desejado pode ser produzido, por conseguinte, de uma maneira particularmente simples e com uma perda de material comparativamente pequena. Quando se deseja remover uma parte ainda maior do revestimento metálico, outras etapas de raspagem poderão ser realizadas em uma direção de desvio radial.

[0013] Uma modalidade na qual nenhum refugo de forma alguma se acumula é provida quando o fio é dividido no centro e ambas as partes permanecem utilizáveis.

[0014] As propriedades vantajosas da presente invenção entram em fruição quando, em particular, o elemento de contato de acordo com a presente invenção é utilizado no quadro de distribuição, tal como, por exemplo, um relé eletromagnético, uma vez que, neste caso, o problema de soldagem é particularmente crítico.

[0015] Para fins de um melhor entendimento da presente invenção, isto será explicado em mais detalhes por meio do uso das modalidades exemplares ilustradas nas figuras a seguir. Neste caso, as peças idênticas são providas com idênticas designações e idênticas designações de componentes. Além disso, alguns aspectos ou combinações de aspectos a partir das modalidades mostradas e descritas podem igualmente representar soluções inventivas, ou soluções de acordo com a presente invenção, que são, por si sós, independentes.

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5/8 [0016] A Figura 1 mostra uma ilustração em perspectiva esquemática de um elemento de contato acabado;

[0017] A Figura 2 mostra uma ilustração em perspectiva do produto semiacabado soldado de acordo com a presente invenção antes da remodelação;

[0018] A Figura 3 mostra uma seção transversal do fio revestido antes da raspagem;

[0019] A Figura 4 mostra uma seção transversal do fio após uma primeira etapa de raspagem;

[0020] A Figura 5 mostra uma seção transversal do fio após uma etapa de separação;

[0021] A Figura 6 mostra uma seção transversal do fio depois de uma pluralidade de etapas de raspagem ser executada.

[0022] A Figura 1 mostra uma ilustração em perspectiva do elemento de contato 100 de acordo com a presente invenção por meio do uso do exemplo de um contato de relé. O contato elétrico em questão 102 é conectado a um carregador de contato 104, ilustrado apenas esquematicamente nesta figura, por meio de soldagem. A área de contato 106 que, durante a operação, entra em conexão elétrica com um contato conjugado, é formada, neste caso, por um material que não exibe nenhuma tendência à soldagem. De acordo com a presente modalidade, este é um material compósito de óxido de prata e estanho. No entanto, outros materiais compósitos que contêm óxido de cádmio, óxido de índio, óxido de zinco, óxido de cobre, óxido de antimônio, óxido de lantânio, óxido de magnésio, óxido de manganês, óxido de bismuto ou óxido de telúrio ou uma combinação dos mesmos, por exemplo, são igualmente adequados neste caso. Na região do ponto de soldagem 108, existe um revestimento de metal 114, em particular um revestimento de metal nobre, uma prata metálica no presente caso, que torna possível se fixar o contato 102 ao carregador 104 por meio de uma

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6/8 simples soldagem.

[0023] A Figura 2 mostra uma vista em perspectiva de um estágio anterior do contato 100, no qual o produto semiacabado 110, de acordo com a presente invenção, é fixado ao carregador de contato 104.

[0024] Tal como indicado esquematicamente na Figura 2, o produto semiacabado compreende um núcleo cilíndrico de metal nobre e óxido de metal 112, que é parcialmente envolvido por um revestimento de metal nobre metálico 114. O revestimento 114, que consiste de um material soldável, é disposto, em particular, na região do ponto de soldagem 108. Por outro lado, o revestimento foi removido na região do ponto de contato subsequente 106. Ao exercer uma pressão em uma direção 116 para o carregador de contato 104, o produto semiacabado 110 é, em seguida, remodelado no contato em questão 102. Deve-se notar, neste caso, que a direção de pré-formação 116 corre no sentido transversal com relação a um eixo longitudinal 118 da peça de fio.

[0025] As Figuras 3 a 6 explicam várias maneiras possíveis de livrar a área de contato subsequente 106 da camada de prata metálica. Nesta modalidade, em cada caso, uma seção é mostrada através do fio 120, a partir do qual o produto semiacabado 110 é produzido por meio de um corte transversal com relação ao seu eixo longitudinal. A Figura 3 mostra a peça inacabada, na qual um núcleo 112, que, tal como já explicado, pode consistir de, por exemplo, um material compósito de óxido de prata e estanho, é envolvido com um revestimento de metal nobre metálico 114. O metal nobre é, por exemplo, uma prata metálica. Tal como mostrado na Figura 4, a remoção parcial da camada de revestimento metálico 114 pode ser feita por meio da raspagem de um segmento da seção transversal.

[0026] De maneira alternativa, é possível ainda raspar até o centro

122 do fio 120 ou que o fio seja dividido em duas metades, tal como ilustrado na Figura 5. Embora a variante mostrada na Figura 5 ofereça

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7/8 a vantagem de um produto semiacabado oferecer a maior área de contato possível isenta de prata 106, esta variante tem a desvantagem de uma quantidade de material comparativamente grande ser perdida quando esta seção transversal é produzida por meio de raspagem. No entanto, quando um método de divisão é usado, no qual ambas as metades do fio permanecem utilizáveis, esta variante representa a solução que irá economizar a maior parte do material.

[0027] A Figura 6 mostra uma modalidade na qual o revestimento metálico de prata 114 is removido tanto quanto possível da área de contato subsequente por meio de duas outras etapas de raspagem que são executadas em uma direção desviada no sentido radial com relação à primeira etapa de raspagem.

[0028] Na tabela 1 a seguir, para as versões das Figuras 4, 5 e 6, as respectivas perdas de material em relação à área em seção transversal são comparadas com o caso no qual um diâmetro de fio de cerca de 1,2 mm com uma cobertura de prata de 40 pm é considerado. Tabela 1

	Peça inacabada	Figura 4	Figura 5	Figura 6
Revestimento	0,4084 mm²	0,301 mm²	0,2042 mm²	0,2173 mm²
Perda de revestimento	0 %	26 %	50 %	47 %

Núcleo	1,131 mm²	1,0413 mm²	0,5655 mm²	1,0426 mm²
Perda de núcleo	0 %	8 %	50 %	8 %

Total	1,5393 mm²	1,3423 mm²	0,7697 mm²	1,2599 mm²
Total de perda	0 %	13 %	50 %	18 %

[0029] Tal como se torna evidente a partir desta visão geral, a

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8/8 menor perda de material deve ser registrada na variante da Figura 4, embora a variante da Figura 6, por outro lado, contenha a remoção mais efetiva do material de revestimento.

[0030] Em resumo, é possível se registrar que a produção dos elementos de contato de acordo com a presente invenção, por exemplo, para a comutação ou para o carregamento de contatos nos relés, em primeiro lugar permite a capacidade de a produção ser feita simplesmente por meio da soldagem direta do material de contato de óxido de prata e estanho, porém, em segundo lugar, garante uma tendência particularmente baixa de uma soldagem na região do contato elétrico em questão. Por meio do uso econômico dos materiais de partida que contêm metais nobres, os custos podem ser ainda mais reduzidos.

Lista de designações

100 - Elemento de contato

102 - Contato elétrico

104 - Carregador de contato

106 - Área de contato

108 - Ponto de soldagem

110 - Produto semiacabado

112 - Núcleo

114 - Revestimento

116 - Direção da pressão de remodelação

118 - Eixo longitudinal do fio

120 - Fio

122 - Centro da seção transversal de fio

Claims

REIVINDICAÇÕES

1. Método para a produção de um elemento de contato elétrico (100), com o qual o contato elétrico pode ser feito por meio de um contato conjugado, o método caracterizado pelo fato de que compreende as seguintes etapas:

- prover um fio (120) de um primeiro material condutor elétrico (112) com um revestimento (114) de um segundo material condutor elétrico;

- remover parcialmente o revestimento (114) em uma direção ao longo de um eixo longitudinal de fio (118);

- formar pelo menos um produto cilíndrico semiacabado (110) por meio da subdivisão do fio em uma direção transversal com relação ao eixo longitudinal de fio;

- fixar o produto semiacabado a um carregador de contato (104), de modo que o segundo material condutor elétrico fique conectado ao carregador de contato;

- reformar o produto semiacabado soldado de modo a formar o elemento de contato (100), em que uma área de contato (106) que é acessível a um contato conjugado que é formada pelo primeiro material condutor elétrico.
2. Método, de acordo com a reivindicação 1, caracterizado pelo fato de que a etapa da remoção parcial do revestimento (114) em uma direção ao longo de um eixo longitudinal de fio (118) compreende:

- a raspagem de parte do fio em uma direção axial, de modo que, na seção transversal circular do fio, um segmento seja removido.
3. Método, de acordo com a reivindicação 2, caracterizado pelo fato de que a etapa da remoção parcial da cobertura em uma direção ao longo de um eixo longitudinal de fio compreende:

- a raspagem de parte do fio em uma direção axial desviada por um ângulo radial definido com relação à etapa de raspagem

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2/3 precedente, de modo que, na seção transversal circular do fio, pelo menos um outro segmento seja removido.
4. Método, de acordo com a reivindicação 1, caracterizado pelo fato de que a etapa da remoção parcial da cobertura em uma direção ao longo de um eixo longitudinal de fio compreende:

- a divisão do fio em uma direção axial, de modo que a seção transversal circular do fio fique dividida.
5. Método, de acordo com qualquer uma das reivindicações precedentes, caracterizado pelo fato de que o primeiro material condutor é não soldável.
6. Método, de acordo com a reivindicação 5, caracterizado pelo fato de que o primeiro material condutor compreende uma liga de metal nobre e óxido de metal.
7. Método, de acordo com qualquer uma das reivindicações precedentes, caracterizado pelo fato de que o segundo material condutor é soldável.
8. Método, de acordo com a reivindicação 7, caracterizado pelo fato de que o segundo material condutor compreende um metal nobre elementar.
9. Método, de acordo com qualquer uma das reivindicações precedentes, caracterizado pelo fato de que o elemento de contato (100) é um contato para um relé eletromagnético.
10. Método, de acordo com qualquer uma das reivindicações precedentes, caracterizado pelo fato de que a etapa de fixar o produto semiacabado (110) ao carregador de contato (104) é feita por meio de soldagem.
11. Método, de acordo com qualquer uma das reivindicações precedentes, caracterizado pelo fato de que na etapa de fixar o produto semiacabado ao carregador de contato, o produto cilíndrico semiacabado (110) é fixado ao carregador de contato de tal maneira

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3/3 que a região na qual a cobertura foi removida fique voltada para o outro lado do carregador de contato.
12. Elemento de contato elétrico com o qual um contato elétrico pode ser feito por meio de um contato conjugado, caracterizado pelo fato de que o elemento de contato (100) é produzido por meio de um método como definido em qualquer uma das reivindicações precedentes.
13. Produto semiacabado para a produção de um elemento de contato elétrico como definido na reivindicação 12, obtido por meio do método, como definido em qualquer uma das reivindicações 1 a 11, caracterizado pelo fato de que o produto semiacabado compreende um núcleo (112) de um primeiro material condutor elétrico e um revestimento (114) de um segundo material condutor elétrico, e o revestimento sendo pelo menos parcialmente removido em uma direção ao longo de um eixo longitudinal (118) do produto semiacabado .
14. Produto semiacabado, de acordo com a reivindicação 13, caracterizado pelo fato de que o produto semiacabado tem um formato cilíndrico.
15. Relé eletromagnético caracterizado pelo fato de que compreende pelo menos um elemento de contato comutável, como definido na reivindicação 12.