DE102010056231A1

DE102010056231A1 - Verfahren zur Herstellung eines elektrischen Kontakts und elektrischer Kontakt

Info

Publication number: DE102010056231A1
Application number: DE102010056231A
Authority: DE
Inventors: Dr. Menzel Marcus; Dr. Röper Frank; Hildebrand Carsten; Andreas Coors
Original assignee: Volkswagen AG
Current assignee: Volkswagen AG
Priority date: 2010-12-24
Filing date: 2010-12-24
Publication date: 2012-06-28
Also published as: DE102010056231A8

Abstract

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Herstellung eines elektrischen Kontakts, umfassend einen Grundkörper aus elektrisch leitendem Material, dadurch gekennzeichnet, dass auf die Oberfläche des Grundkörpers mittels eines materialauftragenden Verfahrens mindestens partiell ein Metall (2) aufgetragen wird, das partiell auf dem Grundkörper oxidiert oder mittels eines materialabtragenden Verfahrens mindestens partiell Grundmaterial des Grundkörpers abgetragen wird, sodass die Oberfläche partiell oxidiert sowie ein Kontaktelement, herstellbar durch das Verfahren.

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Herstellung eines elektrischen Kontakts sowie einen elektrischen Kontakt.
Bei elektrischen Kontakten, die bei niedrigen Außentemperaturen zum Einsatz kommen, kann das Problem auftreten, das diese einfrieren. Dabei kann das Problem an zwei Stellen auftreten. Zum einen kann beispielsweise ein beweglicher elektrischer Kontakt festfrieren, da sich im Bereich der Lagerung des Kontakts Eis gebildet hat. Zum anderen kann sich auf der Oberfläche des Kontaktes im Bereich der Kontaktfläche eine isolierende Eisschicht bilden, die einen elektrischen Stromfluss verhindert. Dies stellt insbesondere im Bereich der Kraftfahrzeugelektrik und hier insbesondere bei Starterkontakten ein Problem dar.
Der Erfindung liegt das technische Problem zugrunde, ein Verfahren zur Herstellung eines elektrischen Kontaktes sowie einen elektrischen Kontakt zu schaffen, mittels derer die Einfrierneigung eines elektrischen Kontaktes reduziert wird.
Die Lösung des technischen Problems ergibt sich durch die Gegenstände mit den Merkmalen der Ansprüche 1 und 6. Weitere vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung ergeben sich aus den Unteransprüchen.
Das Verfahren zur Herstellung eines elektrischen Kontaktes umfasst einen Grundkörper aus elektrisch leitendem Material, wobei auf die Oberfläche des Grundkörpers mittels eines materialauftragenden Verfahrens mindestens partiell ein Metall aufgetragen wird, das partiell auf dem Grundkörper oxidiert oder mittels eines materialabtragenden Verfahrens mindestens partiell Grundmaterial abgetragen wird, sodass die Oberfläche partiell oxidiert. Dem liegt die Erkenntnis zugrunde, dass beispielsweise die Einfrierneigung insbesondere bei neuen Kraftfahrzeugen mit neuen Starterkontakten auftritt, wobei im Laufe des Betriebes, insbesondere bei Laufleistungen größer 10.000 km die Einfrierneigung abnimmt. Nähere Untersuchungen zwischen den neuen Kontakten und den Kontakten mit höherer Laufleistung zeigen als Unterschiede etwas größere flächige Auflageflächen und eine deutliche Oberflächenveränderung der Kontakte. So zeigen die ”älteren” Kontakte einen größeren Anteil von abgesputtertem Kontaktmaterial. Die Größenverteilungen dieser Anhaftungen liegt im Mittel zwischen 40–80 μm. Weiter weisen die ”älteren” Kontakte einen erhöhten Anteil oxidierten Kontaktmaterials auf. Dies führt zu einer lotuseffektartigen Mikrostrukturierung der Oberfläche gepaart mit einer partiellen Oxidation.
Die chemische und mikrostrukturelle Nachbildung einer solchen Oberflächenstruktur wird nun durch das Verfahren auf den neuen Kontakt aufgebracht. Dies kann prinzipiell dadurch erfolgen, dass Material auf den ersten Grundkörper aufgebracht wird oder Material abgetragen wird. Dabei ist das materialauftragende Verfahren etwas einfacher in der Umsetzung und die Lebensdauer der Kontakte ist höher. Wichtig ist nur, dass eine partielle Oxidation an der behandelten Oberfläche auftritt. Die Oxidation darf dabei nur partiell sein, da ansonsten der Kontaktwiderstand zu groß wird. Praktisch wird es auch an unbehandelten Oberflächen zu vereinzelten Oxidationen kommen, jedoch soll diese Oxidation im Vergleich zu der durch das Verfahren hervorgerufenen Oxidation vernachlässigbar sein. Beispielsweise ist der Anteil oxidierten Kontaktmaterials im Bereich der behandelten Oberflächen mindestens doppelt so groß wie an den unbehandelten Oberflächen.
In einer Ausführungsform besteht das Material des Grundkörpers aus dem gleichen Metall, wie das Metall, das auf den Grundkörper aufgebracht wird.
Prinzipiell ist es möglich, den Kontakt vollflächig zu behandeln. Vorzugsweise wird jedoch nur partiell Metall aufgetragen. Die unbehandelten Bereiche bilden dabei gezielte Kondensationsbereiche, sodass sich hier beim Abkühlen auskondensierende Flüssigkeit, insbesondere Wasser, niederschlagen kann. Die Eisbildung an diesen Stellen ist dabei unkritisch und behindert nicht den elektrischen Kontaktierungsvorgang.
Das Metall ist vorzugsweise Kupfer, da dieses eine gute elektrische Leitfähigkeit mit einer ausreichenden Oxidationsneigung kombiniert. Es sind jedoch auch andere Elemente oder Verbindungen für eine entsprechende Oberflächenoptimierung möglich.
Das materialauftragende Verfahren ist vorzugsweise ein Flammenspritzverfahren, eine Plasmabeschichtung, eine Elektrobeschichtung oder ein Pulverlackverfahren. Insbesondere das Flammenspritzverfahren hat sich als einfach zu implementieren herausgestellt.
Der elektrische Kontakt ist durch ein zuvor beschriebenes Herstellungsverfahren herstellbar.
In einer Ausführungsform ist die partielle Oxidation auf den Oberflächenbereichen, wo eine Gegenkontaktierung stattfindet, d. h. dort wird gezielt Metall aufgebraucht oder Material vom Grundkörper entfernt.
In einer weiteren Ausführungsform weist die Oberfläche an den Stellen, wo keine Gegenkontaktierung stattfindet, kein aufgetragenes Metall auf bzw. wird kein Material abgetragen. Hierdurch bilden sich die zuvor beschriebenen gezielten Kondensationsbereiche.
In einer weiteren Ausführungsform ist der elektrische Kontakt als Starterkontakt eines Kraftfahrzeuges ausgebildet.
Die Erfindung wird nachfolgend anhand eines bevorzugten Ausführungsbeispiels näher erläutert. Die einzige Figur zeigt eine schematische Darstellung eines elektrischen Kontaktes.
Der elektrische Kontakt 1 ist beispielsweise zylindrisch ausgebildet und umfasst drei Flächen F1–F3, die zusammen die Oberfläche bilden. Der Zylinder kann dabei als Grundkörper des Kontaktes 1 betrachtet werden. Dabei sind die F1 die Oberseite, F2 die Unterseite und F3 die Mantelfläche des Kontaktes 1. Weiter sei angenommen, dass der elektrische Kontakt 1 mit seiner Unterseite F2 mit einem elektrischen Gegenstück, beispielsweise einem elektrischen Leiter fest verbunden ist, beispielsweise verlötet oder verschweißt ist. Die Oberseite F1 dient hingegen zur Kontaktierung mit einem nicht dargestellten Gegenkontakt, wobei die Kontaktierung durch eine Relativbewegung zwischen Kontakt 1 und Gegenkontakt erfolgt. Die Oberseite F1 weist dabei oberflächige Metallablagerungen 2 ab, die partiell oxidiert sind. Die Metallablagerungen 2 sind dabei vorzugsweise aus dem gleichen Metall wie der Grundkörper des Kontaktelements 1. Diese partiell oxidierten Metallablagerungen 2 werden vorzugsweise mittels Flammenspritzen auf die Oberseite F1 aufgebracht und bilden eine mikrostrukturierte Kontaktoberfläche. Die Schichtdicke der Metallablagerungen 2 muss dabei nur die Zeit überbrücken, bis die natürliche Alterung eine ausreichende Materialmenge an der Oberseite F1 verändert hat.
Die Mantelfläche F3 weist keine Metallablagerungen auf. Der elektrische Kontakt 1 weist daher nur partiell Metallablagerungen 2 auf, die wiederum nur partiell oxidiert sind. Die mikrostrukturierte Oberseite F1 mit der partiellen Oxidationen führt dazu, dass Kondensat, insbesondere Wasser stärker abperlt und sich bevorzugt an der Mantelfläche F2 niederschlägt. Somit weist die Oberseite F1 eine geringe Vereisungsauffälligkeit auf. Dies führt dazu, dass die Kontaktsicherheit bei einer Kontaktierung mit dem Gegenkontakt erhöht wird.

Claims

Verfahren zur Herstellung eines elektrischen Kontakts, umfassend einen Grundkörper aus elektrisch leitendem Material, dadurch gekennzeichnet, dass auf die Oberfläche des Grundkörpers mittels eines materialauftragenden Verfahrens mindestens partiell ein Metall (2) aufgetragen wird, das partiell auf dem Grundkörper oxidiert oder mittels eines materialabtragenden Verfahrens mindestens partiell Grundmaterial des Grundkörpers abgetragen wird, sodass die Oberfläche partiell oxidiert.
Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das Material des Grundkörpers aus dem Metall besteht, das auf den Grundkörper aufgetragen wird.
Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass nur partiell das Metall (2) aufgetragen wird.
Verfahren nach einem der vorangegangenen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Metall (2) Kupfer ist.
Verfahren nach einem der vorangegangenen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das materialauftragende Verfahren ein Flammenspritzverfahren, eine Plasmabeschichtung, eine Elektrobeschichtung oder ein Pulverlackverfahren ist.
Elektrischer Kontakt, dadurch gekennzeichnet, dass dieser nach einem der vorangegangenen Ansprüche herstellbar ist.
Elektrischer Kontakt nach Anspruch, dadurch gekennzeichnet, dass der Metallauftrag oder Abtrag mit der partiellen Oxidation auf dem Oberflächenbereich (F1) ist, wo eine Gegenkontaktierung stattfindet.
Elektrischer Kontakt nach Anspruch 6 oder 7, dadurch gekennzeichnet, dass die Oberfläche (F3) an den Stellen, wo keine Gegenkontaktierung stattfindet, kein aufgetragenes Metall (2) aufweist.
Elektrischer Kontakt nach einem der Ansprüche 6 bis 8, dadurch gekennzeichnet, dass der elektrische Kontakt (1) als Starterkontakt eines Kraftfahrzeuges ausgebildet ist.