DE102015210460B4

DE102015210460B4 - Verfahren zur Veränderung mechanischer und/oder elektrischer Eigenschaften zumindest eines Bereichs eines elektrischen Kontaktelements

Info

Publication number: DE102015210460B4
Application number: DE102015210460.5A
Authority: DE
Inventors: Sönke Sachs; Volker Seipel; Helge Schmidt; Felix Greiner; Christian Gregor
Original assignee: TE Connectivity Germany GmbH
Current assignee: TE Connectivity Germany GmbH
Priority date: 2015-06-08
Filing date: 2015-06-08
Publication date: 2021-10-07
Anticipated expiration: 2035-06-09
Also published as: WO2016198394A1; EP3304653B1; JP2018521463A; US10777912B2; US20180097295A1; CN107710511A; CN107710511B; EP3304653A1; KR102119089B1; KR20180015749A; JP6578025B2; DE102015210460A1

Abstract

Verfahren zur Veränderung mechanischer und/oder elektrischer Eigenschaften zumindest eines Bereichs (15) eines elektrischen Kontaktelements (1), das aus einem elektrisch leitenden Kontaktmaterial (3) gefertigt ist, wobei auf den wenigstens einen Bereich (15) des Kontaktelements (1) Partikel (17) mit hoher Geschwindigkeit aufgebracht werden, wobei wenigstens ein Teil der Partikel (17) zumindest teilweise in das Kontaktmaterial (3) eindringt, dadurch gekennzeichnet, dass das Kontaktelement (1) nach dem Aufbringen der Partikel (17) wenigstens abschnittsweise erwärmt wird.

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Veränderung mechanischer und/oder elektrischer Eigenschaften zumindest eines Bereichs eines elektrischen Kontaktelements, das aus einem elektrisch leitenden Kontaktmaterial gefertigt ist, wobei auf den wenigstens einen Bereich des Kontaktelements Partikel mit hoher Geschwindigkeit aufgebracht werden, und wobei wenigstens ein Teil der Partikel zumindest teilweise in das Kontaktmaterial eindringt. Die Erfindung betrifft auch ein durch das Verfahren hergestelltes elektrisches Kontaktelement.
Bei elektrischen Kontaktelementen, wie zum Beispiel Kontaktstiften, Buchsen, Crimpverbindern oder Kabelschuhen, ist es häufig notwendig, bestimmte Bereiche mit Eigenschaften zu versehen, welche von denen des Kontaktmaterials, aus dem ein Großteil des Kontaktelements gefertigt ist, abweichen. Beispielsweise kann es erforderlich sein, dass eine Kontaktfläche des Kontaktelements, welche zur Verbindung mit einem weiteren Kontaktelement dienen kann, mit einer erhöhten Leitfähigkeit, einer verbesserten Korrosionsbeständigkeit oder mit einer höheren mechanischen Härte ausgestattet ist, um eine elektrische Verbindung mit einem weiteren Kontaktelement zu verbessern. Ebenso ist es häufig erforderlich, die Haltbarkeit, bzw. die Lebensdauer, zum Beispiel bei einer häufigen Zahl von Verbindungen, zu erhöhen. Um solche Bereiche herzustellen, werden in der Regel kostspielige und aufwändige Verfahren verwendet. Beispielsweise wird mittels Galvanotechnik oder chemischer Gasphasenabscheidung wenigstens ein weiteres Material auf das Kontaktmaterial aufgebracht. Solche Verfahren können zwar zu gewünschten Ergebnissen führen, sind in der Regel aber kostspielig, erfordern mehrere Arbeitsschritte, hohen Materialaufwand und sind in der Regel wenig selektiv.
Bekannte Verfahren zum Aufbringen von Partikeln auf Objekte wie Kontaktelemente, sind beispielsweise Galtgasspritzen oder Flammspritzen und sind aus US 2009/0 250 508 A1 , DE 10 2011 009 441 A1 , DE 60 204 198 T2 , DE20 2010 003 542 U1 , US 3 697 389 A , JP 2007/098 955 A oder DE 102 22 271 A1 bekannt.
Es ist daher die Aufgabe der Erfindung, ein Verfahren der oben genannten Art bereitzustellen, das es erlaubt, bestimmte Bereiche des Kontaktelements mit vom Kontaktmaterial abweichenden elektrischen und/oder mechanischen Eigenschaften bereitzustellen, die mit wenigen Arbeitsschritten schnell und kostengünstig herstellbar sind.
Die erfindungsgemäße Aufgabe wird für das eingangs genannte Verfahren dadurch gelöst, dass das Kontaktelement nach dem Aufbringen der Partikel wenigstens abschnittsweise erwärmt wird.
Die erfindungsgemäße Lösung bietet wesentliche Vorteile gegenüber den bekannten Verfahren und mit diesen Verfahren hergestellten Kontaktelementen. Zumindest ein Teil der Partikel ist in das Kontaktmaterial eingedrungen. Diese Partikel ragen also in das Kontaktmaterial hinein. Dadurch kann sowohl eine gute elektrische Leitfähigkeit als auch eine gute Haftung zwischen den Partikeln und dem Kontaktmaterial gegeben sein. Es können feste, beziehungsweise trockene Partikel verwendet werden, wodurch auf nasschemische Verfahren verzichtet werden kann. Ebenso kann darauf verzichtet werden, Materialien, welche auf das Kontaktmaterial aufgebracht werden sollen, zunächst in einen flüssigen oder gasförmigen Aggregatzustand zu versetzen. Es muss lediglich das Material, welches einen Bereich mit verbesserten mechanischen und/oder elektrischen Eigenschaften bilden soll, in Form von Partikeln vorliegen und diese Partikel müssen in Richtung auf das Kontaktelement beschleunigt werden. Das erfindungsgemäße Kontaktelement kann entsprechend den Anforderungen an den Verbindungstyp geformt sein. Beispielsweise kann es wenigstens eine Kontaktfläche zur Verbindung mit einem Gegenkontaktelement aufweisen. Alternativ oder zusätzlich dazu kann es wenigstens einen Crimpabschnitt zur Verbindung mit wenigstens einem elektrischen Leiter aufweisen.
Dadurch, dass die Partikel mit hoher Geschwindigkeit auf das Kontaktelement treffen, dringt wenigstens ein Teil der Partikel zumindest teilweise in das Kontaktmaterial ein und wird dadurch mechanisch in diesem verankert. Zusätzlich kann es möglich sein, dass durch die hohe kinetische Energie der Partikel zumindest eine Oberfläche der Partikel und/oder des Kontaktmaterials in geringem Maße angeschmolzen wird, so dass die Partikel fest an dem Kontaktmaterial haften. In der Regel werden aber die Partikel und/oder das Kontaktmaterial nicht höher als deren Schmelztemperaturen erwärmt, so dass ein vollständiges Verschmelzen der Materialien oder das Bilden einer Legierung aus diesen nicht erfolgt. Beim Aufschlagen der Partikel auf das Kontaktmaterial können sich sowohl das Kontaktmaterial als auch die Partikel verformen. Das Kontaktmaterial kann beispielsweise Aufwerfungen bilden und die Partikel können auf dem Kontaktmaterial flachgedrückt werden.
Das Material der Partikel kann für den gewünschten Anwendungsfall gewählt werden. Um die elektrischen und/oder mechanischen Eigenschaften eines Bereichs mit Partikeln zu verbessern, können beispielsweise Gold, Silber, Zinn, Messing, Bronze, Zink oder Legierungen solcher Metalle verwendet werden. Um aber beispielsweise in einem Bereich des Kontaktmaterials lediglich die mechanische Reibung zu erhöhen, oder um das Kontaktelement zum Greifen griffiger zu machen, können auch Partikel aus nicht leitenden Materialien verwendet werden.
Dadurch, dass das Kontaktelement nach dem Aufbringen der Partikel wenigstens abschnittsweise erwärmt wird, können die Partikel auf dem Kontaktmaterial eine gleichmäßige Oberfläche oder eine glatte Oberfläche bilden. In dem Fall, dass erwünscht ist, dass zumindest der Bereich mit den Partikeln erwärmt wird, so dass die einzelnen Partikel miteinander und/oder mit dem Kontaktmaterial verschmelzen können, so kann wenigstens ein Abschnitt des Kontaktelements erwärmt werden, welcher wenigstens einen Bereich mit Partikeln aufweist. Ist es bei der Herstellung eines Kontaktelements notwendig, einen Bereich des Kontaktelements zu erwärmen, welcher keine Partikel aufweist, beispielsweise um einen Teil anzulöten oder zu -schweißen, so kann dies auch nach dem Aufbringen der Partikel erfolgen, da diese durch eine teilweise Erwärmung des Kontaktelements nicht beschädigt werden, solange die Temperatur im Bereich der Partikel nicht über deren Schmelzpunkt reicht.
Die erfindungsgemäße Lösung kann durch verschiedene, jeweils für sich vorteilhafte, beliebig miteinander kombinierbare Ausgestaltungen weiter verbessert werden. Auf diese Ausgestaltungsformen und die mit ihnen verbundenen Vorteile ist im Folgenden eingegangen.
Das eingangs genannte durch das Verfahren hergestellte elektrische Kontaktelement kann dadurch weiter verbessert werden, dass es durch eine Ausführungsform des erfindungsgemäßen Verfahrens hergestellt ist. Besonders bevorzugt sind die Partikel auf dem Kontaktmaterial durch Kaltgasspritzen aufgebracht. Ebenso bevorzugt weist das Kontaktelement Partikel auf, welche keine Legierung mit dem Kontaktmaterial bilden.
Das Kontaktelement kann wenigstens eine Kontaktfläche zur Verbindung mit einem Gegenkontaktelement aufweisen, wobei sich der wenigstens eine Bereich zumindest teilweise mit der wenigstens einen Kontaktfläche überschneiden kann. Dadurch kann die Kontaktfläche zumindest teilweise Partikel aufweisen. Wurde der wenigstens eine Bereich mit Partikeln nicht nach dem Aufbringen der Partikel erwärmt, so kann das Kontaktelement dann im Bereich der Kontaktfläche eine raue Oberfläche besitzen. Dies kann vorteilhaft sein für Kontaktelemente, die nicht häufig mit einem Gegenkontaktelement verbunden werden sollen, bei denen es aber auf eine gute mechanische und elektrische Verbindung mit dem Gegenkontaktelement ankommt. Die Partikel auf der Kontaktfläche können eine Kontaktfläche eines Gegenkontaktelements beim Verbinden aufkratzen, so dass eine eventuell vorhandene Oxidschicht aufgebrochen wird. Ebenso können die Partikel zumindest teilweise in eine Kontaktfläche des Gegenkontaktelements eindringen, so dass im verbundenen Zustand eine gute elektrische Leitfähigkeit zwischen beiden Kontaktelementen gebildet sein kann.
Alternativ oder zusätzlich zu einem Bereich mit Partikeln, der sich mit einer Kontaktfläche des Kontaktelements überschneidet, kann das Kontaktelement wenigstens einen Crimpabschnitt aufweisen, mit dem sich wenigstens ein Bereich mit Partikeln zumindest teilweise überschneidet. Ein Bereich mit Partikeln im Crimpabschnitt, insbesondere auf der Oberfläche von Crimpflanken kann vorteilhaft sein, um sowohl die mechanische als auch die elektrische Verbindung mit einem im Crimpabschnitt gehaltenen elektrischen Leiter wie zum Beispiel Kupfer- oder Aluminiumdrähten zu verbessern. Besonders bei Aluminiumdrähten ist es von Vorteil, wenn die Oberfläche von Crimpflanken oder des Crimpabschnitts rau ist, um die bei Aluminium an Luft stets vorhandenen Oxidschichten aufzubrechen. Gleichzeitig können Partikel im Crimpabschnitt teilweise in einen im Crimpabschnitt gehaltenen elektrischen Leiter eindringen, so dass die Zugfestigkeit eines gecrimpten Leiters erhöht sein kann.
Das Kontaktmaterial kann zumindest teilweise eine Oberflächengrundstruktur aufweisen, in die die Partikel eingedrungen sind. Beispielsweise kann das Kontaktmaterial eingeprägte Strukturen aufweisen. Diese können beispielsweise durch Rippen, Riefen, Noppen oder Faltkanten gebildet sein. Bevorzugt weist das Kontaktelement einen Crimpabschnitt auf, welcher senkrecht zu einer Aufnahmerichtung für einen elektrischen Leiter eine Oberflächengrundstruktur aus eingeprägten Riefen oder Rippen aufweist. Auf diesen Riefen oder Rippen können zusätzlich Partikel aufgebracht sein, so dass eine Oberflächengrundstruktur gebildet ist, die besonders gute mechanische Halteeigenschaften aufweisen kann. Weist die Oberflächengrundstruktur Erhebungen auf und sind Partikel auf solchen Erhebungen angeordnet, so können die Partikel gut in einen elektrischen Leiter im Crimpabschnitt eindringen, so dass wie bereits beschrieben, die elektrischen und mechanischen Eigenschaften der Verbindung zwischen dem Kontaktelement und einem elektrischen Leiter verbessert sein können.
Der wenigstens eine Bereich, auf dem Partikel angeordnet sind, kann eine Oberflächenrauigkeit aufweisen, die größer ist als in einem angrenzenden Bereich, der keine Partikel aufweist. Die größere Rauigkeit kann dazu vorteilhaft sein, die bereits beschriebenen elektrischen und/oder mechanischen Eigenschaften zu verbessern.
In wenigstens einem Bereich, der Partikel aufweist, können die Partikel wenigstens teilweise miteinander verbunden sein. Beispielsweise können jeweils zwei aneinander anliegende Partikel teilweise ineinander eindringend angeordnet sein. Dadurch kann eine besonders gute Festigkeit der Partikel auf dem Kontaktmaterial gegeben sein.
Um eine besonders gleichmäßige Beschichtung mit Partikeln zu erreichen und/oder die Haftung der Partikel am Kontaktmaterial und/oder untereinander weiter zu verbessern, können in wenigstens einem Bereich, der Partikel aufweist, die Partikel wenigstens teilweise miteinander verschmolzen sein.
Durch miteinander verschmolzene Partikel kann eine gleichmäßige durchgängige Beschichtung auf dem Kontaktmaterial gebildet sein. Werden die Partikel nur teilweise miteinander verschmolzen, kann auch eine Schicht gebildet sein, welche noch Lücken oder Poren zwischen mehreren Partikeln freilässt. Durch den Grad der Verschmelzung kann sowohl die Schichtdicke als auch die Rauigkeit eingestellt werden. Bevorzugt können die Partikel durch Beschuss mit hochenergetischen Strahlen wie Elektronenstrahlen miteinander verschmolzen sein. Das hat den Vorteil, dass ein Verschmelzen so schnell geschieht, dass keine Legierung zwischen dem Material der Partikel und dem Kontaktmaterial gebildet wird.
Um eine hohe Schichtstärke in wenigstens einem Bereich, der Partikel aufweist, zu erhalten, kann wenigstens ein Teil der Partikel in diesem Bereich zumindest mehrlagig auf dem Kontaktmaterial angeordnet sein.
Insbesondere in einem Bereich, in dem die Partikel zumindest teilweise mehrlagig angeordnet sind, können die Partikel teilweise ineinander eingedrungen sein.
Das erfindungsgemäße Verfahren kann dadurch weiter verbessert werden, dass die Partikel mit einem Gasstrom transportiert werden. Bevorzugt werden sie dabei mit Überschallgeschwindigkeit, beispielsweise mit Geschwindigkeiten von mehr als 400 Meter pro Sekunde aufgebracht. Besonders bevorzugt weisen die Partikel eine Geschwindigkeit zwischen 500 und 1000 Meter pro Sekunde auf. Die Geschwindigkeit kann maßgeblich dafür sein, wie tief die Partikel in dem Bereich in das Kontaktmaterial eindringen und wie gut sie mit diesem verhaften. Beispielsweise können die Partikel bei höherer Geschwindigkeit tiefer in das Kontaktmaterial eindringen, werden aber jedoch selbst auch stärker durch die auftretenden Kräfte beim Aufschlagen auf das Kontaktelement verformt. Die Geschwindigkeit kann je nach gewünschtem Einsatzgebiet, gewähltem Material und gewünschter Form einer durch die Partikel gebildeten Beschichtung gewählt werden.
Besonders bevorzugt werden die Partikel in Form eines Partikelstrahls auf das Kontaktelement geschossen. Die Verwendung eines Strahls aus Partikeln ist besonders vorteilhaft, da dieser ein begrenzte räumliche, insbesondere laterale Ausdehnung besitzt, so dass ein selektives Auftragen von Partikeln auf das Kontaktelement ermöglicht wird. Besonders bevorzugt werden die Partikel durch Kaltgasspritzen auf das Kontaktelement aufgebracht.
Durchmesser und Form der Partikel können für den gewünschten Anwendungsfall gewählt werden. Besonders vorteilhaft ist es, wenn die Partikel Durchmesser zwischen 1 und 50 µm aufweisen. Partikel in dieser Größe lassen sich zum einen gut beschleunigen, beispielsweise durch einen Gasstrahl und können dazu benutzt werden, dünne Schichten auf dem Kontaktmaterial zu bilden. Die Partikel können kugelförmig sein. Sie können aber auch andere Formen, wie zum Beispiel die Form von Bruchstücken oder von Kristallformen wie Kuben aufweisen.
Auf das Kontaktmaterial aufgebrachte Partikel können eine raue Oberfläche auf dem Kontaktmaterial bilden. Dies ist insbesondere dann der Fall, wenn die Partikel oder Konglomerate von Partikeln voneinander beabstandet sind. Eine raue Oberfläche kann besonders vorteilhaft sein, um zum Beispiel bei der Verbindung des Kontaktelements mit einem Gegenkontaktelement oder mit einem elektrischen Leiter Oxidschichten auf dem Gegenkontaktelement oder auf dem Leiter aufzubrechen, um die elektrische Verbindung zu verbessern. Ebenso können die Partikel, welche fest auf dem Kontaktmaterial angeordnet sind, zumindest teilweise in ein anderes Kontaktelement oder in einen elektrischen Leiter eindringen, wodurch ebenfalls die elektrische Leitfähigkeit verbessert werden kann.
Besonders vorteilhaft zur Erwärmung des wenigstens einen Bereichs mit Partikeln ist es, wenn dieser Bereich selektiv erwärmt wird. Bevorzugt wird der wenigstens eine Bereich mit Partikeln nach dem Aufbringen der Partikel zumindest abschnittsweise durch hochenergetische Strahlen, besonders bevorzugt Elektronenstrahlen, erwärmt. Alternativ dazu können auch andere energiereiche Strahlungsarten wie beispielsweise Laser, Röntgen oder Materiestrahlen aus anderen Teilen als Elektronen verwendet werden.
Um eine hohe Ortsauflösung beim Aufbringen von Partikeln auf dem Kontaktmaterial zu erreichen, kann eine Maske verwendet werden, welche das Erreichen eines Partikelstrahls nur auf nicht durch die Maske abgedeckte Abschnitte zulässt. Die Maske befindet sich dann zwischen einer Partikelquelle, zum Beispiel einer Düse eines Kaltgasspritzgeräts und dem Kontaktelement.
Die Herstellung des elektrischen Kontaktelements oder wenigstens des Bereichs mit verbesserten mechanischen und/oder elektrischen Eigenschaften schließt weitere Beschichtungsverfahren vor oder nach dem Auftragen der Partikel nicht aus. Sollte es für bestimmte Eigenschaften erforderlich sein, kann das Kontaktelement auch zusätzlich beispielsweise galvanisch, durch Drucktechniken oder durch Gasphasenabscheidung beschichtet werden.
Im Folgenden ist die Erfindung beispielhaft anhand vorteilhafter Ausführungsformen mit Bezug auf die Zeichnungen näher erläutert. Die bei den Ausführungsformen beispielhaft dargestellten Merkmalskombinationen können nach Maßgabe der obigen Ausführungen entsprechend für einen bestimmten Anwendungsfall durch weitere Merkmale ergänzt werden. Auch können, ebenfalls nach Maßgabe der obigen Ausführungen einzelne Merkmale bei den beschriebenen Ausführungsformen weggelassen werden, wenn es auf die Wirkung dieses Merkmals in einem konkreten Anwendungsfall nicht ankommt.
In den Zeichnungen werden für Elemente gleicher Funktion und/oder gleichen Aufbaus stets dieselben Bezugszeichen verwendet.
Es zeigen:

1 eine schematische Darstellung einer beispielhaften Ausführungsform eines erfindungsgemäßen Kontaktelements in einer Aufsicht mit geöffneten Crimpflanken;
2 einen Querschnitt durch ein erfindungsgemäßes Kontaktelement im Bereich einer Kontaktfläche mit einer einlagigen Partikelbeschichtung;
3 eine Schnittdarstellung wie in 2 jedoch mit einer teilweise mehrlagigen Partikelbeschichtung;
4 eine Beschichtung aus einer einlagigen Partikelschicht nach einem Erwärmungsvorgang;
5 eine Beschichtung aus einer mehrlagigen Partikelschicht nach einem Erwärmungsvorgang;
6 eine Schnittdarstellung durch einen vorteilhaften Crimpabschnitt eines Kontaktelements mit aufgebrachten Partikeln;
7 der Crimpabschnitt aus 6 nach einem Aufschmelzen der Partikel.

1 zeigt lediglich beispielhaft und schematisch ein erfindungsgemäßes elektrisches Kontaktelement 1 aus einem elektrisch leitenden Kontaktmaterial 3. Das Kontaktelement 1 weist wenigstens eine Kontaktfläche 5 zur Verbindung mit einem anderen Kontaktelement auf. Das elektrische Kontaktelement 1 ist bevorzugt als Stanzbiegeteil aus dem Kontaktmaterial 3 geformt. Alternativ kann es jedoch auch als massives Teil gebildet sein.
Das Kontaktelement 1 weist wenigstens eine Kontaktfläche 5 zur Verbindung mit einem anderen elektrisch leitenden Element auf. Lediglich beispielhaft ist das Kontaktelement 1 mit einem Crimpabschnitt 7, welcher zwei Crimpflanken 9 aufweist, dargestellt. 1 zeigt das Kontaktelement mit aufgeklappten Crimpflanken 9 ohne einen im Crimpabschnitt 7 gehaltenen elektrischen Leiter.
Der Crimpabschnitt 7 kann eine Oberflächengrundstruktur 11 aufweisen, der die elektrische und mechanische Verbindung zu einem im Crimpabschnitt 7 zu haltenden elektrischen Leiter verbessern kann. Lediglich beispielhaft ist eine Oberflächengrundstruktur 11 als im Kontaktmaterial 3 eingeprägte Riefen 13 dargestellt. Die Oberflächengrundstruktur 11 kann auch durch andere geeignete Formen gebildet sein. Ebenso können auch andere Bereiche des Kontaktelements 1 Oberflächengrundstrukturen 11 aufweisen. Der Übersichtlichkeit halber sind diese jedoch nicht dargestellt.
Lediglich beispielhaft ist das elektrische Kontaktelement 1 mit zwei Bereichen 15 dargestellt, welche Partikel (in 1 nicht gezeigt) aufweisen. Dabei überschneidet sich ein Bereich 15 mit der Kontaktfläche 5 und ein weiterer Bereich 15 mit dem Crimpabschnitt 7. Beispielhafte Ausgestaltungen des Bereichs 15, der sich mit der Kontaktfläche 5 überschneidet, sind mit Bezug auf die 2 bis 5 näher beschrieben. Ausgestaltungen des Bereichs 15, der sich mit dem Crimpabschnitt 7 überschneidet, sind mit Bezug auf die 6 und 7 näher beschrieben.
Im Folgenden ist eine erste vorteilhafte Ausgestaltung eines Bereichs 15 mit Partikeln 17 beschrieben. Die 2 zeigt schematisch einen Querschnitt entlang der mit A-A markierten Schnittlinie in 1 durch das Kontaktelement 1 im Bereich der Kontaktfläche 5. Auf dem Kontaktmaterial 3 sind Partikel 17 aufgebracht, welche auf der Oberfläche 19 des Kontaktelements 1 haftend angeordnet sind. Die Partikel 17 sind bevorzugt mit dem erfindungsgemäßen Verfahren auf das Kontaktmaterial 3 aufgebracht worden.
Die dargestellte Form der Partikel 17 dient lediglich der Anschauung. Prinzipiell ist jede Form möglich, die es erlaubt, die Partikel 17 ausreichend schnell auf das Kontaktmaterial 3 aufzutragen. Beispielsweise können die Partikel 17 kugelförmig, tröpfchenförmig oder die Form von ungleichmäßigen Brocken aufweisen. Wenn es sich um kristallbildendes Material handelt, kann ein Partikel 17 auch eine kubische oder andere eckige Form aufweisen.
Zumindest einige der Partikel 17 dringen abschnittsweise in das Kontaktmaterial 3 ein. An diesen Stellen kann das Kontaktmaterial 3 von den Partikel 17 zumindest teilweise verdrängt werden. Ebenfalls kann es möglich sein, dass durch das Aufprallen der Partikel 17 auf das Kontaktmaterial 3 Verwerfungen oder Aufwerfungen in der Oberfläche 19 gebildet sind. Beispielsweise können kraterartige Strukturen in der Oberfläche 19 geformt sein. Die teilweise Verformungung des Kontaktmaterials 3 kann zur besseren Haftung der Partikel 17 an der Oberfläche 19 dienen. Zusätzlich kann eine Umformung der Oberfläche 19 auch vorteilhaft sein, um eine Oberflächenrauigkeit zu erhöhen.
Einige der Partikel 17 bilden Partikelkonglomerate 21, an denen mehrere Partikel 17 aneinander haften. Die Partikel 17 der Konglomerate 21 können teilweise ineinander dringen. Partikel 17 können auf der Oberfläche 19 im Bereich 15 auch eine netzwerkartige Struktur (nicht dargestellt) bilden. Zwischen einigen der einzelnen Partikel 17 und Partikelkonglomeraten 21 können auch freie Stellen 23 vorhanden sein, durch welche das Kontaktmaterial 3 von außen zugänglich ist. Durch diese Struktur kann das Kontaktelement 1 im Bereich 15 eine hohe Rauigkeit aufweisen. Eine solche Struktur kann beispielsweise dann entstehen, wenn nur eine dünne beziehungsweise einfache Schicht aus Partikeln 17 geformt werden soll. In diesem Fall werden Partikel entweder mit niedriger Geschwindigkeit oder mit geringer Partikeldichte in einem Partikelstrahl auf das Kontaktmaterial 3 aufgetragen, so dass das Kontaktmaterial 3 nicht vollständig beschichtet wird.
3 zeigt ein weiteres Beispiel für einen beschichteten Bereich, welcher lediglich beispielhaft einen Schnitt durch das elektrische Kontaktelement 1 im Bereich der Kontaktfläche 5 zeigt (dargestellt durch die Schnittlinie A-A in 1).
Die Partikel 17 im Bereich 15 sind zumindest teilweise mehrlagig auf dem Kontaktmaterial 3 angeordnet. Dabei dringen benachbarte Partikel 17 bevorzugt zumindest teilweise ineinander ein. Dadurch ist nicht nur die Lage von Partikeln 17, welche direkt mit dem Kontaktmaterial 3 verbunden sind, sicher gehalten, sondern auch nachfolgende Lagen von Partikeln 17.
4 zeigt schematisch einen Bereich 15, wie er in 2 dargestellt wurde, jedoch nach einer Erwärmung des Bereichs 15, beispielsweise selektiv durch Elektronenstrahlen. Die Partikel 17 sind durch Erwärmen zu einer Schicht 25 verschmolzen. Die Schicht 25 kann durchgängig sein und die Oberfläche 19 im Bereich 15 gleichmäßig bedecken. Wenn jedoch nicht genügend Partikel 17 für eine vollständige Abdeckung der Oberfläche 19 vorhanden waren oder wenn eine Schicht aus Partikeln 17 viele freie Stellen 23 aufgewiesen hat, kann die Schicht 25 auch ungleichmäßig gebildet sein.
Bevorzugt besteht die Schicht 25 im Wesentlichen aus dem Material der Partikel 17. Das heißt, bevorzugt findet keine Bildung einer Legierung aus dem Material der Partikel 17 und dem Kontaktmaterial 3 statt. Dies kann beispielsweise durch schnelle Erwärmung durch Elektronenstrahlen erreicht werden. Alternativ dazu kann das Kontaktelement 1 zumindest abschnittsweise so erwärmt werden, dass das Material der Partikel 17 mit dem Kontaktmaterial 3 vermischt wird und sich Legierungen bilden. Dies kann vom geplanten Anwendungsfall abhängig gemacht werden. Durch ein Zerfließen von Partikeln 17 ist in der Regel die Dicke 27 der Schicht 25 geringer als ein Partikeldurchmesser 29 (dargestellt in 2).
Möglicherweise vorhandene durch Einschlag von Partikeln 17 entstandene Vertiefungen oder Verwerfungen in der Oberfläche 19 können bestehen bleiben, so dass das Material der aufgeschmolzenen Partikel 17 diese ausfüllt (nicht dargestellt). Wenn die Schicht 25 dadurch teilweise in Vertiefungen in der Oberfläche 19 eindringt, ist dies besonders vorteilhaft für die Haftung der Schicht 25 auf dem Kontaktmaterial 3.
Alternativ zur dargestellten Schichtbildung können Partikel 17 durch Erwärmung auch nur teilweise angeschmolzen werden, so dass sich diese stärker miteinander verbinden oder die Oberfläche der Partikel und/oder von Partikelkonglomeraten 21 geglättet wird.
5 zeigt das Beispiel aus 3 mit mehreren Lagen von Partikeln 17 nach einer thermischen Behandlung. Wie im mit Bezug auf das 4 beschriebenen Ausführungsbeispiel ist auch hier eine Schicht 25 gebildet, welche aus dem Material der Partikel besteht. Da zuvor eine zumindest teilweise mehrlagige Anordnung von Partikeln vorhanden war, ist die Schichtdicke 27 größer als im mit Bezug auf die 4 beschriebenen Beispiel. Durch die Anzahl von Partikeln 17 kann also die Schichtdicke 27 nach einer Erwärmung eingestellt werden.
Auch hier ist es möglich, dass das Material der Partikel 17 beziehungsweise die Schicht 25 zuvor durch Einschlag von Partikeln 17 erzeugte Vertiefungen oder Verwerfungen ausfüllt, so dass das Material der Schicht 25 zumindest teilweise in das Kontaktmaterial 3 eindringt und dadurch im Kontaktmaterial 3 verankert ist.
Ebenso kann auch hier anstelle einer durchgängigen Schicht 25 nur eine teilweise Verschmelzung von einigen Partikeln 17 erzeugt sein. Dies kann beispielsweise dadurch erreicht werden, dass die Partikel 17 mit geringerer Intensität oder kürzerer Bestrahlungsdauer erwärmt werden.
6 zeigt schematisch eine Schnittdarstellung durch eine Oberflächengrundstruktur 11 im Crimpabschnitt 7 des Kontaktelements 1. Bevorzugt überschneidet sich ein Bereich 15 des Kontaktelements 1 mit dem Crimpabschnitt 7. 6 zeigt eine Darstellung entlang der Schnittlinie B-B aus 1.
Die Oberflächengrundstruktur 11 im Kontaktmaterial 3 ist durch Riefen 13 gebildet. Diese stellen längsförmige Vertiefungen im Kontaktmaterial 3 dar. Jedoch kann das Kontaktmaterial 3 auch alle anderen geeigneten Oberflächengrundstrukturen 11 aufweisen, welche für den jeweiligen Anforderungsfall gewünscht ist. Der Bereich 15 mit den Partikeln 17 kann analog zu den mit Bezug auf die 2 und 3 beschriebenen Ausführungsformen gebildet sein. Der einzige Unterschied ist durch die Oberflächengrundstruktur 11 gegeben. Die Partikel 17 sind auf der Oberfläche 19 aufgebracht und einige der Partikel 17 dringen zumindest teilweise in das Kontaktmaterial 3 ein. Lediglich beispielhaft zeigt 6 eine nicht durchgängige Beschichtung mit Partikeln 17.
Oberflächengrundstrukturen 11, wie sie durch die Riefen 13 gebildet sind, haben mehrere Vorteile. Insbesondere in Crimpabschnitten 7 können sie von großem Nutzen sein, da sowohl die Festigkeit als auch die Leitfähigkeit einer Verbindung mit einem elektrischen Leiter verbessert werden kann. Im Fall der dargestellten länglichen Riefen 13 kann ein elektrischer Leiter wie zum Beispiel ein Draht senkrecht zu einer Längsrichtung der Riefen 13 angeordnet sein. Bei dem Schließen der Crimpflanken wird der elektrische Leiter zumindest teilweise in die Riefen 13 hineingepresst und die von der Oberfläche 19 hervorstehenden Bereiche 31 werden in das Material des Leiters hineingepresst. Dadurch ist ein elektrischer Leiter sicher im Crimpabschnitt 7 gehalten. Gleichzeitig können die hervorstehenden Bereiche 31, welche insbesondere die Form von Kanten haben können, eventuell vorhandene Oxidschichten auf dem Leiter aufbrechen und durch das Eindringen in diesen die elektrische Verbindung zum Leiter verbessern.
Sind nun wie in 6 dargestellt, Partikel 17 auf der Oberfläche 19 vorhanden, so können auch diese in einen eingelegten beziehungsweise eingepressten Leiter eindringen und sowohl die mechanische Haftung als auch die elektrische Leitfähigkeit vom Kontaktmaterial 3 zum elektrischen Leiter hin verbessern.
7 zeigt das Beispiel aus 6 nach einer Erwärmung der Partikel 17. Wie bereits mit Bezug auf die 4 und 5 beschrieben, kann eine Erwärmung beispielsweise durch Bestrahlung mit Elektronenstrahlen die Partikel 17 aufschmelzen, so dass ein Schicht 25 gebildet wird. Die Schicht 25 kann auf der Oberflächengrundstruktur 11 angeordnet sein und dabei die gesamte Oberfläche 19 inklusive der Riefen 13 bedecken. Wie bei den zuvor beschriebenen Beispielen kann es auch hier möglich sein, die Partikel 17 nur so weit zu erwärmen, dass diese miteinander verschmolzen beziehungsweise angeschmolzen werden und im Wesentlichen ihre Partikelform behalten.
Bezugszeichenliste

1: Elektrisches Kontaktelement
3: Kontaktmaterial
5: Kontaktfläche
7: Crimpabschnitt
9: Crimpflanken
11: Oberflächengrundstruktur
13: Riefe
15: Bereich mit Partikeln
17: Partikel
19: Oberfläche
21: Konglomerat
23: freie Stellen
25: Schicht
27: Schichtdicke
29: Partikeldurchmesser
31: hervorstehende Bereiche

Claims

Verfahren zur Veränderung mechanischer und/oder elektrischer Eigenschaften zumindest eines Bereichs (15) eines elektrischen Kontaktelements (1), das aus einem elektrisch leitenden Kontaktmaterial (3) gefertigt ist, wobei auf den wenigstens einen Bereich (15) des Kontaktelements (1) Partikel (17) mit hoher Geschwindigkeit aufgebracht werden, wobei wenigstens ein Teil der Partikel (17) zumindest teilweise in das Kontaktmaterial (3) eindringt, dadurch gekennzeichnet, dass das Kontaktelement (1) nach dem Aufbringen der Partikel (17) wenigstens abschnittsweise erwärmt wird.
Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Partikel (17) in einem Gasstrom transportiert werden.
Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass eine Mehrzahl der Partikel (17) Durchmesser (29) zwischen 1 und 50 µm aufweist.
Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass das Kontaktelement (1) nach dem Aufbringen der Partikel (17) wenigstens abschnittsweise durch hochenergetische Strahlen erwärmt wird.
Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass eine Maske verwendet wird, welche die Partikel (17) nur solche Abschnitte erreichen lässt, die nicht durch die Maske abgedeckt sind.
Elektrisches Kontaktelement (1) aus einem elektrisch leitenden Kontaktmaterial (3), hergestellt durch ein Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass das Kontaktelement (1) wenigstens einen Bereich (15) aufweist, auf dem Partikel (17) haftend angeordnet sind, von denen zumindest ein Teil wenigstens abschnittsweise in das Kontaktmaterial (3) eingedrungen ist.
Elektrisches Kontaktelement (1) nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass das Kontaktelement wenigstens eine Kontaktfläche (5) zur Verbindung mit einem Gegenkontaktelement aufweist, wobei sich der wenigstens eine Bereich (15) zumindest teilweise mit der wenigstens einen Kontaktfläche (5) überschneidet.
Elektrisches Kontaktelement (1) nach Anspruch 6 oder 7, dadurch gekennzeichnet, dass das Kontaktelement (1) wenigstens einen Crimpabschnitt (7) aufweist, mit dem sich der wenigstens eine Bereich (15) zumindest teilweise überschneidet.
Elektrisches Kontaktelement (1) nach einem der Ansprüche 6 bis 8, dadurch gekennzeichnet, dass das Kontaktmaterial (3) eine Oberflächengrundstruktur (11) aufweist, in die die Partikel (17) zumindest teilweise eingedrungen sind.
Elektrisches Kontaktelement (1) nach einem der Ansprüche 6 bis 9, dadurch gekennzeichnet, dass der wenigstens eine Bereich (15), eine Oberflächenrauigkeit aufweist, die größer ist als in einem angrenzenden Bereich, der keine Partikel (17) aufweist.
Elektrisches Kontaktelement (1) nach einem der Ansprüche 6 bis 10, dadurch gekennzeichnet, dass in dem wenigstens einen Bereich (15) wenigstens ein Teil der Partikel (17) wenigstens teilweise miteinander verbunden ist.
Elektrisches Kontaktelement (1) nach einem der Ansprüche 6 bis 11, dadurch gekennzeichnet, dass in dem wenigstens eine Bereich (15) wenigstens ein Teil der Partikel (17) wenigstens teilweise miteinander verschmolzen ist.
Elektrisches Kontaktelement (1) nach einem der Ansprüche 6 bis 12, dadurch gekennzeichnet, dass in dem wenigstens einen Bereich (15) wenigstens ein Teil der Partikel (17) mehrlagig auf dem Kontaktmaterial (3) angeordnet ist.
Elektrisches Kontaktelement (1) nach einem der Ansprüche 6 bis 13, dadurch gekennzeichnet, dass die Partikel (17) zumindest teilweise ineinander eingedrungen sind.