DE10019121A1

DE10019121A1 - Contact for electrical switch, has carrier region fabricated from one material with contacts of another material, and is produced by sintering process.

Info

Publication number: DE10019121A1
Application number: DE2000119121
Authority: DE
Inventors: Wolfgang Kremers; Wolfgang Erven
Original assignee: Moeller GmbH
Current assignee: Eaton Industries GmbH
Priority date: 2000-04-18
Filing date: 2000-04-18
Publication date: 2001-10-25
Also published as: WO2001080260A1

Abstract

The switch contacts (12) are formed from a first powder with such as tungsten, silver, carbon or other high arc resistant material. The carrier (11) is produced from a second material of high electrical conductivity powder. Independent claims are including for a manufacturing process.

Description

Die Erfindung betrifft einen elektrischen Schaltkontakt nach dem Oberbegriff von Anspruch 1 sowie ein Verfahren zu dessen Herstellung nach Anspruch 7, insbesondere für elektrische Niederspannungsschaltgeräte.The invention relates to an electrical switch contact according to the preamble of claim 1 and a method for its production according to claim 7, especially for electrical low-voltage switchgear.

Schaltkontakte bestehen aus einem Kontaktträger und wenigstens einem Kontaktstück. Das Kontaktstück unterliegt hohen Anforderungen bezüglich der Materialbeschaffenheit. Beispielhafte Anforderungen sind ein geringer Über gangswiderstand und eine hohe Lichtbogenabbrandfestigkeit. Kontaktträger und Kontaktstück werden üblicherweise durch Löten gemäß EP-A 0 540 186 und/oder Schweißen gemäß DE-A 43 31 913 und/oder Nieten gemäß DE-A 197 40 022, Schrauben, Schrumpfen oder durch Kombinieren dieser Verfahren verbunden. Nachteilig ist hierbei der hohe Fertigungsaufwand zum Herstellen eines kompletten Schaltkontaktes. So müssen beispielsweise für einen dop peltunterbrechenden Schaltkontakt mit zwei gegenüberliegenden Kontaktstü cken fünf mechanische Komponenten miteinander verbunden werden, wobei eine hoher Aufwand zur Vermeidung von Lageabweichungen getrieben wird. Ebenso ist zu berücksichtigen, dass nicht alle gewünschten Materialkombinati onen zwischen Kontaktträger und Kontaktstück geschweißt und/oder gelötet werden können.Switch contacts consist of a contact carrier and at least one Contact piece. The contact piece is subject to high requirements regarding Material properties. Exemplary requirements are a slight over resistance and a high arc erosion resistance. Contact carrier and contact piece are usually by soldering according to EP-A 0 540 186 and / or welding according to DE-A 43 31 913 and / or rivets according to DE-A 197 40 022, Screwing, shrinking or by combining these methods connected. The disadvantage here is the high manufacturing effort for manufacturing a complete switch contact. For example, for a dop pelt-interrupting switching contact with two opposite contact pieces five mechanical components are connected to each other, whereby a high effort to avoid deviations in position is driven. It should also be borne in mind that not all desired material combinations welded and / or soldered between contact carrier and contact piece can be.

Die DE-A 195 37 657 beschreibt ein Verfahren und eine Vorrichtung zur Her stellung eines Schaltkontaktes mit einem Kontaktträger aus einem elektrisch gut leitenden, ersten Material und einem Kontaktstück aus einem elektrisch weniger gut leitenden, jedoch abbrandfesten, zweiten Material, bei dem das Kontaktstück eine mit dem Material des Kontaktträgers getränkte Sinterstruktur aufweist. Der Kontaktträger und die Sinterstruktur werden übereinander in eine napfartige Form aus Stahl oder Edelstahl eingebracht, darin bis über die Schmelztemperatur des ersten Materials, aber noch unter der Schmelztemperatur des zweiten Materials erwärmt, so dass das erste Material aufschmilzt und in die Sinterstruktur eindringt. Die Sinterstruktur wird dadurch hergestellt, dass das zweite Material in Pulverform auf das erste Material aufgestreut wird und zunächst in einem Entgasungsprozess unterhalb der Schmelztemperatur des ersten Materials gesintert wird. Alternativ wird die Sinterstruktur vorher hergestellt und als Grünling auf den Kontaktträger aufgelegt. Auch dieses Verfahren ist noch zu aufwendig und nicht für alle Materialkombinationen gut geeignet.DE-A 195 37 657 describes a method and an apparatus for the manufacture position of a switching contact with a contact carrier from an electrical well conductive, first material and a contact piece made of an electrical less conductive, but erosion-resistant, second material, in which the Contact piece a sintered structure impregnated with the material of the contact carrier having. The contact carrier and the sintered structure are superimposed into one Cup-like shape made of steel or stainless steel, in it over the Melting temperature of the first material, but still below the melting temperature of the second material is heated so that the first material melts and penetrates into the sintered structure. The sintered structure is produced by that the second material in powder form is sprinkled on the first material and first in a degassing process below the melting temperature of the first material is sintered. Alternatively, the sintered structure beforehand manufactured and placed as a green body on the contact carrier. This too The process is still too complex and not good for all material combinations suitable.

Der Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, die Herstellung von Schalt kontakten zu vereinfachen.The invention is therefore based on the object, the manufacture of switching simplify contacts.

Ausgehend von einem Schaltkontakt bzw. einem Herstellungsverfahren der eingangs genannten Art wird die Aufgabe erfindungsgemäß durch die kenn zeichnenden Merkmale der unabhängigen Ansprüche gelöst, während den abhängigen Ansprüchen vorteilhafte Weiterbildungen der Erfindung zu ent nehmen sind.Starting from a switch contact or a manufacturing process of the type mentioned is the object of the invention by the Drawing features of the independent claims solved during the dependent claims to ent advantageous developments of the invention are take.

Der erfindungsgemäße Schaltkontakt in Form eines einstückigen Sinterkörpers besteht aus zwei Materialien, die unterschiedlichsten Werkstoffen angehören können. Durch die in einem erheblich erweiterten Bereich frei wählbare Kom bination aus dem ersten Material und dem zweiten Material genügt das Schalt stück weitestgehend unabhängig von seiner geometrischen Form unterschied lichen - insbesondere mechanischen, thermischen elektrischen und magneti schen - Anforderungen durch entsprechend wählbare Materialeigenschaften für den Kontaktträger und für das mindestens eine Kontaktstück. Insbesondere lassen sich mit dem erfindungsgemäßen Schaltstück gegenläufige oder zum Teil schwer zu vereinigende Eigenschaften, wie beispielsweise hohe Festig keit, geringes Gewicht und hohe Leitfähigkeit realisieren.The switch contact according to the invention in the form of a one-piece sintered body consists of two materials that belong to different materials can. Due to the freely selectable com A combination of the first material and the second material is sufficient for switching piece largely independent of its geometric shape Lichen - especially mechanical, thermal electrical and magnetic requirements - through selectable material properties for the contact carrier and for the at least one contact piece. In particular can with the switching element according to the invention in opposite or Partly difficult to combine properties, such as high strength Realize speed, low weight and high conductivity.

Vorteilhaft lassen sich in dem Kontaktträger bzw. dem Kontaktstück noch dritte Materialien integrieren, um weitere Eigenschaften zu erzielen. Die dritten Ma terialien können Sinterwerkstoffe oder nicht sinterfähige Materialien sein. In ersten Fall können dem Schaltkontakt beispielsweise durch eine im Kontakt träger eingebettete Einlage aus ferromagnetischen Sinterwerkstoff besondere magnetische Eigenschaften verliehen werden. Dies lässt sich beispielsweise für eine schnelle Lichtbogenverdrängung in einem sich öffnenden Kontaktsys tem, das mit einem derartigen Schaltkontakt ausgestattet ist, mit Vorteil aus nutzen. Im zweiten Fall können dem Schaltkontakt beispielsweise durch ein drittes Material mit einer fachwerkartigen Gitterstruktur besondere Eigen schaften - beispielsweise durch eine keramische Einlage im Kontaktträger eine hohe Festigkeit, durch einen Kunststoffeinlage ein geringes Gewicht oder durch eine Stahleinlage eine hohe Festigkeit und Ferromagnetismus - verlie hen werden.Third can advantageously be in the contact carrier or the contact piece Integrate materials to achieve further properties. The third Ma materials can be sintered materials or non-sinterable materials. In The first case can be the switching contact, for example, by a contact carrier-embedded insert made of ferromagnetic sintered material special magnetic properties are conferred. This can be done, for example for rapid arc displacement in an opening contact system system, which is equipped with such a switch contact, with advantage use. In the second case, the switch contact can, for example, by a third material with a truss-like lattice structure is special create - for example by a ceramic insert in the contact carrier high strength, due to a plastic insert a low weight or high strength and ferromagnetism due to a steel insert will be.

Das erfindungsgemäße Herstellungsverfahren realisiert mit wenigen Ferti gungsschritten, insbesondere mit einem einzigen Sinterprozess für das erste und das zweite Material, einen kompletten Schaltkontakt. Das Verfahren liefert einen Schaltkontakt, der in seinen äußeren Abmessungen sowie in der relati ven Anordnung von Kontaktträger und Kontaktstück(en) allen Toleranzanforde rungen und in seinen übrigen Eigenschaften, wie mechanischen, thermischen, elektrischen und magnetischen Eigenschaften, unterschiedlichsten Anforde rungen genügt.The manufacturing method according to the invention is realized with a few ferti steps, especially with a single sintering process for the first and the second material, a complete switch contact. The process delivers a switching contact, which in its outer dimensions and in the relati ven arrangement of contact carrier and contact piece (s) all tolerance requirements and its other properties, such as mechanical, thermal, electrical and magnetic properties, various requirements is enough.

Vorteilhaft lässt sich mit dem einzigen Sinterprozess ein drittes Material in Form eines sinterbaren Pulvers oder in Form eines bereits strukturierten, ge sonderten Körpers mit dem Schaltkontakt integrieren.With the single sintering process, a third material can advantageously be added Form of a sinterable powder or in the form of an already structured, ge integrate the special body with the switch contact.

Ein Vorverdichten der sinterfähigen Materialien ist im allgemeinen üblich. Das Vorverdichten kann für jedes Material gesondert, nacheinander nach Einbrin gung eines jeden Materials oder zusammen nach Einbringung aller Materialien erfolgen. Mit einem Nachverdichten kann der Schaltkontakt verfestigt und/oder in die maßgenaue Form gebracht werden.Pre-compaction of the sinterable materials is generally common. The Pre-compression can be carried out separately for each material, one after the other after insertion of each material or together after all materials have been brought in respectively. The switching contact can be solidified and / or with a recompression be brought into the exact shape.

Weitere Einzelheiten und Vorteile der Erfindung ergeben sich aus dem folgen den, anhand von Figuren erläuterten Ausführungsbeispielen. Es zeigen den erfindungsgemäßen SchaltkontaktFurther details and advantages of the invention result from the following the exemplary embodiments explained with reference to figures. They show that switching contact according to the invention

Fig. 1: in einer ersten Ausführungsform als Brückenkontakt; FIG. 1 shows in a first embodiment as a bridge contact;

Fig. 2: in einer zweiten Ausführungsform mit einer Einlage aus einem ferro magnetischem Sinterwerkstoff; FIG. 2 shows in a second embodiment with an insert of a ferro-magnetic sintered material;

Fig. 3: in einer dritten Ausführungsform mit einer Einlage aus einem Kera mikkörper mit Gitterstruktur. Fig. 3: in a third embodiment with an insert from a Kera mic body with a lattice structure.

Der Schaltkontakt 10 nach Fig. 1 besteht aus einem brückenförmigen Kontakt träger 11 und zwei endseitigen Kontaktstücken 12. Zur Herstellung des Schalt kontaktes 10 wird ein sinterfähiges, pulverförmiges zweites Material in zwei Mulden 2 eines Formwerkzeuges 1 eingebracht und kalt vorverdichtet, danach das Formwerkzeug 1 mit einem darüber gebrachten sinterfähigen, pulverför migen erstes Material gefüllt und das zweite Material sowie zwangsläufig wie derholt das erste Material kalt vorverdichtet. In einem nachfolgenden einzigen Sinterprozess unter Druck- und Hitzeeinwirkung werden diese Materialien zu der Schaltkontakt 10 verbunden. Bei bestimmten Materialien empfiehlt sich zur maßhaltig Fertigstellung ein kaltes Nachverdichten des Schaltkontaktes 10. Beide Materialien weisen danach jeweils Sinterstrukturen auf, die in der Über gangszone 13 fließend ineinander übergehen. Beim ersten Material wird z. B. von einem Kupfer- oder Aluminiumpulver ausgegangen, wodurch der daraus entstandene Kontaktträger 11 eine ausreichende mechanische Festigkeit, eine gute elektrische sowie thermische Leitfähigkeit und im Falle von Aluminium ein geringes Gewicht aufweist. Beim zweiten Material wird z. B. von einem Pulver oder einem Pulvergemenge von Wolfram, Silber, Kohlenstoff, Nickel, Rhenium und/oder deren Oxiden, Carbiden, Siliciden, Nitriden ausgegangen, wodurch die daraus entstandenen Kontaktstücke 12 eine niedrigen Übergangswider stand und eine hohe Lichtbogenabbrandfestigkeit aufweisen.The switching contact 10 of FIG. 1 comprises a bridge-shaped contact carrier 11 and two end pieces 12 contact. To produce the switching contact 10 , a sinterable, powdery second material is introduced into two troughs 2 of a molding tool 1 and cold pre-compressed, then the molding tool 1 is filled with a sinterable, pulverulent first material and the second material and, inevitably, repeats the first Cold pre-compacted material. In a subsequent single sintering process under the influence of pressure and heat, these materials are connected to the switch contact 10 . In the case of certain materials, cold recompression of the switching contact 10 is recommended for dimensionally accurate completion. The two materials then each have sintered structures that flow into one another in the transition zone 13 . In the first material z. B. from a copper or aluminum powder, whereby the resulting contact carrier 11 has sufficient mechanical strength, good electrical and thermal conductivity and, in the case of aluminum, a low weight. In the second material z. B. from a powder or a powder mixture of tungsten, silver, carbon, nickel, rhenium and / or their oxides, carbides, silicides, nitrides, whereby the resulting contact pieces 12 stood a low contact resistance and have a high arc erosion resistance.

Der Schaltkontakt 20 nach Fig. 2 weist gegenüber dem Schaltkontakt 10 nach Fig. 1 zusätzlich eine im Kontaktträger 21 eingebettete Einlage 24 auf. Zur Herstellung des Schaltkontaktes 20 wird wieder das zweite Material in die Mul den des Formwerkzeuges eingebracht, darüber eine erste Schicht des ersten Materials unter Belassung einer Mulde gegeben, diese Mulde mit einem sin terfähigen, pulverförmigen dritten Material gefüllt und mit einer darüber ge brachten zweiten Schicht des ersten Materials das Formwerkzeug gefüllt. Zwi schendurch findet ein Vorverdichten dieser Materialien statt. In einem nachfol genden einzigen Sinterprozess, gegebenenfalls mit anschließendem Nachver dichten, wird der Schaltkontakt 20 maßhaltig fertiggestellt, wobei in einer Über gangszone die Sinterstruktur des dritten Materials in die Sinterstruktur des ersten Materials übergeht. Bei dem dritten Material wird z. B. von einem ferro magnetischen Pulver ausgegangen, wodurch die aus dem dritten Material ent standene Einlage 24 dem Kontaktträger 21 ferromagnetische Eigenschaften verleiht.The switch contact 20 according to FIG. 2 additionally has an insert 24 embedded in the contact carrier 21 compared to the switch contact 10 according to FIG. 1. To produce the switching contact 20 , the second material is introduced into the mold again, above which a first layer of the first material is left with a recess, this recess is filled with a powder-like, third material and with a second layer brought over it of the first material filled the mold. These materials are pre-compacted in between. In a subsequent single sintering process, possibly with subsequent densification, the switch contact 20 is finished to size, with the sintered structure of the third material merging into the sintered structure of the first material in a transition zone. In the third material z. B. is based on a ferro-magnetic powder, whereby the insert 24 made of the third material gives the contact carrier 21 ferromagnetic properties.

Der Schaltkontakt 30 nach Fig. 3 weist gegenüber dem Schaltkontakt 10 nach Fig. 1 zusätzlich eine im Kontaktträger 31 eingebetteten gesonderten Körper 34 auf. Zur Herstellung des Schaltkontaktes 30 wird wieder das zweite Material in die Mulden des Formwerkzeuges eingebracht, darüber eine erste Schicht des ersten Materials gegeben, darauf der gesonderte Körper 34 gelegt und um diesen herum sowie darüber mit einer zweiten Schicht des ersten Materials das Formwerkzeug gefüllt. Zwischendurch findet wieder ein Vorverdichten des zweiten und ersten Materials statt. In einem nachfolgenden einzigen Sinterpro zess, gegebenenfalls mit anschließendem Nachverdichten, wird der Schalt kontakt 30 maßhaltig fertiggestellt, wobei nur das erste und das zweite Mate rial am Sinterprozess beteiligt sind. Das dritte Material wird bei dem Sinterpro zess nicht verändert. Der aus dem dritten Material bestehende gesonderte Körper 34 hat eine fachwerkartige Gitterstruktur, z. B. aus Keramik, Kunststoff oder Stahl, wodurch der damit ausgestattete Kontaktträger 31 eine erheblich verbesserte mechanische Festigkeit sowie ein verringertes Gewicht und im Falle von Stahl zusätzlich ferromagnetische Eigenschaften aufweist.The switch contact 30 according to FIG. 3 additionally has a separate body 34 embedded in the contact carrier 31 compared to the switch contact 10 according to FIG. 1. To produce the switching contact 30 , the second material is again introduced into the depressions of the molding tool, a first layer of the first material is placed over it, the separate body 34 is placed thereon and the molding tool is filled around it and with a second layer of the first material. In between, the second and first material are pre-compressed again. In a subsequent single sintering process, possibly with subsequent post-compression, the switching contact 30 is completed true to size, with only the first and the second material being involved in the sintering process. The third material is not changed in the sintering process. The separate body 34 consisting of the third material has a framework-like lattice structure, for. B. made of ceramic, plastic or steel, whereby the contact carrier 31 equipped therewith has a considerably improved mechanical strength and a reduced weight and, in the case of steel, also has ferromagnetic properties.

Die vorliegende Erfindung ist nicht auf die vorstehend beschriebenen Ausfüh rungsformen beschränkt, sondern umfaßt auch alle im Sinne der Erfindung gleichwirkenden Ausführungsformen. So läßt sich die Erfindung sowohl auf bewegliche als auch auf feststehende Schaltkontakte, auf schwenkbare ein seitige oder doppelseitige Schaltkontakte oder auf Schaltkontakte mit zusätzli chem Lichtbogenkontaktstück anwenden. Ebenso ist die Erfindung für Schalt kontakte geeignet, deren Kontaktstücke aus mehr als einem Material beste hen, wobei das zusätzliche dritte Material eine Sinterstruktur aufweisen oder einen gesonderten Körper bilden kann sowie allein Bestandteil des Kontakt stückes oder sowohl Bestandteil des Kontaktstückes als auch des Kontaktträ gers sein kann.The present invention is not based on the embodiment described above tion forms limited, but also includes all within the meaning of the invention equivalent embodiments. So the invention can be both movable as well as fixed switch contacts, on swiveling one sided or double-sided switching contacts or on switching contacts with additional Use chem arcing contact. The invention is also for switching suitable contacts whose contact pieces consist of more than one material hen, wherein the additional third material have a sintered structure or can form a separate body and only part of the contact piece or both part of the contact piece and the contact carrier gers can be.

Claims

1. Electrical switching contact with a contact carrier ( 11 ; 21 ; 31 ) made of a first material and at least one contact piece ( 12 ) made of a second material with a sintered structure, characterized in that the first material also has a sintered structure, which in the sintered structure the second material flows smoothly.

2. Switching contact according to claim 1, characterized in that the contact carrier Kon ( 21 ; 31 ) and / or the contact piece are at least made of a third material.

3. Switching contact according to claim 2, characterized in that the third Material has a sintered structure, which in the sintered structure of the first or / and second material flows smoothly.

4. Switching contact according to claim 3, characterized in that the third material forms a ferromagnetic insert ( 24 ) embedded in the first material.

5. Switching contact according to claim 2, characterized in that the third material forms an at least partially and captively surrounded by the first and / or second material separate body ( 34 ).

6. Switching contact according to claim 5, characterized in that the special body ( 24 ) has a lattice-like lattice structure made of metal, plastic or ceramic.

7. A method for producing an electrical switching contact with a contact carrier ( 11 ; 21 ; 31 ) made of a first material and at least one contact piece ( 12 ) made of a second material with a sintered structure, characterized in that the first and the second sinterable material in each case introduced in powder form one above the other in a cup-like molding tool ( 1 ) and then connected together by sintering to form the switch contact ( 10 ; 20 ; 30 ).

8. The method according to claim 7, characterized in that at least a third sinterable material is introduced in powder form and is then connected to the first and second material by sintering to the switch contact ( 20 ).

9. The method according to claim 7, characterized in that in the first or / and second sinterable material at least a third non-sinterable material in the form of a separate body ( 34 ) is at least partially embedded and then together with during the sintering of the first and second materials this is connected to the switch contact ( 30 ).

10. The method according to any one of claims 7 to 9, characterized in that the first, the second and possibly the third material before or after insertion and before sintering one after the other or together be pre-compressed.

11. The method according to any one of claims 7 to 10, characterized in that the switching contact ( 10 ; 20 ; 30 ) is post-compressed.