DE1237272B - Schmiermittel beim pulvermetallurgischen Herstellen plastisch verformbarer Silbergraphit-werkstuecke fuer elektrotechnische Zwecke durch Strangpressen - Google Patents

Description

DEUTSCHES WTWWt PATENTAMT

AUSLEGESCHRIFT DeutscheKl.: 31 b3-3/20

Nummer: 1237272

Aktenzeichen: D 39886 VI a/31 b3

1 237 272 Anmeldetag: 21.September 1962

Auslegetag: 23. März 1967

Die Erfindung bezieht sich auf ein Schmiermittel beim pulvermetallurgischen Herstellen plastisch verformbarer Silbergraphitwerkstücke für elektrotechnische Zwecke durch Strangpressen.

Es ist seit langem bekannt, pulvermetallurgisch hergestellte Silbergraphitwerkstücke als elektrische Kontakte zu verwenden. Diese bestehen bis zu 90 Gewichtsprozent aus Silber und bis zu 10 Gewichtsprozent aus Graphit, wobei man möglichst feinkörnigen Graphit bevorzugt.

Silbergraphit ist auch bei so niedrigem Graphitgehalt wie nur 0,5% noch immer ein sehr spröder Stoff. Die Sprödigkeit nimmt mit steigendem Graphitgehalt zu. Es hat nicht an Versuchen gefehlt, diese für die Bearbeitung der Sintergraphitwerkstücke nachteiligen Eigenschaften dadurch zu verbessern, daß man dem Gemisch von Silber und Graphit noch andere metallische Pulver zusetzte.

Der kleinen Verbesserung in der Bearbeitbarkeit solcher Silbergraphitwerkstücke stehen jedoch Nachteile in elektrischer Hinsicht entgegen. Die elektrische Leitfähigkeit sinkt ab, und die Werkstücke enthalten harte Bestandteile, vermutlich durch Legierungsbildung des Silbers mit den beigemengten unedlen Metallen. Dadurch werden jedoch derartige Silbergraphitwerkstücke z. B. als Schleifkontakte unbrauchbar, da die Oberfläche der Schleifringe, auf denen die Silbergraphitbürsten aufliegen, durch deren harte Bestandteile beschädigt werden.

Die hervorragenden Eigenschaften des Silbergraphits als Werkstoff sowohl für Schleifkontakte als auch für Unterbrecherkontakte konnten also wegen der großen Sprödigkeit nicht voll ausgenutzt werden. Die großen Verluste, die bei der Bearbeitung der gesinterten Werkstücke zu den Kontakten entstehen, erlauben eine wirtschaftliche Verwendung nur bei relativ großen und teuren Kontaktbürsten oder Unterbrecherkontakten.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, Rundstangen und beliebige andere Profile aus Silbergraphit herzustellen, die so wenig spröde sind, daß sie ohne Bruchgefahr durch Drehen, Fräsen, Schleifen zu Formteilen, z. B. zu kleinen Kontaktbürsten oder Unterbrecherkontakten, bearbeitet, ja sogar in Preßgesenken plastisch verformt werden können, wenn nur ein geringer Verformungsgrad notwendig ist.

Die Silbergraphitwerkstücke wurden bisher nach pulvermetallurgischen Verfahren durch gründliches Mischen der verschiedenen Pulver, Pressen der Pulvergemische und Sintern der Preßlinge hergestellt.

Versuche, dadurch zu besser verformbaren Silber-Schmiermittel beim pulvermetallurgischen
Herstellen plastisch verformbarer Silbergraphitwerkstücke für elektrotechnische Zwecke durch
Strangpressen

Anmelder:

Dr. Eugen Dürrwächter, DODUCO-K. G.,
Pforzheim, Westliche 61

Als Erfinder benannt:
Dr. Eugen Dürrwächter,
Wolfgang Pöttken, Pforzheim

graphitwerkstücken zu gelangen, daß man Bolzen aus gesintetem Silbergraphit oder ungesinterte Pulvermischungen von Silber und Graphit in Strangpressen zu dünnen Stangen preßt, wie das bei normalen Legierungen, aber auch bei Sinterwerkstoffen, beispielsweise Silber—Wolfram, üblich ist, schlugen zunächst fehl. Der Silbergraphit brach während des Strangpressens beim Austritt aus dem Preßwerkzeug entweder in kleine, spröde Stücke, oder der austretende Strang enthielt so viele Querrisse, daß er nicht weiterbearbeitet werden konnte.
Änderungen der Preßtemperatur zwischen 300 und 800° C brachten keine Verbesserung, ebensowenig Änderungen der Preßgeschwindigkeit.

Jedoch zeigte es sich, daß der Preßstrang an den Reibflächen der Strangpreßmatrize stark gebremst und zugleich durch Reibung erhitzt wird, während das Innere des zu pressenden Querschnittes ungehindert voraneilt. Einer solchen Beanspruchung war der Sinterwerkstoff Silbergraphit offensichtlich nicht gewachsen, da in ihm — im Gegensatz zu Metallegierangen bzw. anderen Sinterwerkstoffen — keinerlei echte Legierungsbestandteile vorliegen.

Es ergab sich auch dann keine Verbesserung, wenn man die Reibung an den Reibflächen der Matrize durch bekannte Maßnahmen verringerte, z. B. durch Verwendung von Graphit- oder Glasflußschmiermittel. Ein überraschender Erfolg ergab sich aber, als man das gut preßbare und auch im kalten Zustand duktile Silber als Schmiermittel benutzte. Theoretisch wären auch Kupfer oder Aluminium als metallisches Schmiermittel denkbar, jedoch bringen der zum Silbergraphit unterschiedliche Verformungsdruck und die unterschiedliche Verformungstempe-

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ratur keine nennenswerten Erfolge. Die bei anderen Werkstoffen bekannte Kupferscheibe kommt bei Silbergraphit nicht zum Fließen, sondern bleibt als harter Pfropfen in der Matrize stecken, während der Schmelzpunkt des Aluminiums so niedrig liegt, daß es sich bei dem für Silbergraphit erforderlichen Verformungsdruck verflüssigt.

Die Anwendung einer Metallscheibe gemäß der Erfindung erfolgt dementsprechend so, daß man einem gesinterten Silbergraphitpreßling oder einer noch ungesinterten Pulvermischung von Silber und Graphit beim Strangpressen zu plastisch verformbaren Silbergraphitwerkstücken für elektrotechnische Zwecke eine Scheibe reinen Silbers vorsetzte. Diese Silberscheibe wird am Kopf des Preßlings mechanisch befestigt, z.B. mit Silbernieten oder durch einen Silberkitt aus pulverförmigem Feinsilber und einer Nitrocelluloselösung.

Der Durchmesser der Silberscheibe entspricht dem des strangzupressenden Preßlings. Die Stärke der Silberscheibe richtet sich nach dem Querschnitt des zu pressenden Stranges. Sie soll etwa ein Zwanzigstel bis ein Zehntel der Länge des Preßlings ausmachen.

Das Überziehen einer echten Legierung mit einem Mantel einer anderen Legierung oder eines reinen Metalles, z. B. Aluminium, ist bekannt. Auf diese Weise gelingt es, eine unedle Legierung mit einem korrosionsbeständigen Metall zu plattieren.

Auch echte Metallegierungen mit einer niedrigschmelzenden Komponente überzieht man mit einem Mantel, um zu vermeiden, daß die niedrigschmelzende Komponente, die bei der Preßtemperatur als weicher Bestandteil vorhanden ist, aus der Grundmasse herausgedrückt wird.

Im Gegensatz zu diesen bekannten Verfahren des Plattierens einer echten Legierung oder einer Pulvermischung oder einer Mischung hochschmelzender Pulver dient bei der Erfindung die vor das Preßgut gesetzte Silberscheibe, die sich durch das anschließende Strangpressen über das Preßgut in Form eines Mantels legt, nicht als Korrosionsschutz, sondern als Schmiermittel zwischen Matrizenwand und Preßgut.

Um das metallische Schmiermittel über die gesamte Länge des austretenden Stranges möglichst gleichmäßig zu verteilen, ist es zweckmäßig, aus der Mitte der Silberscheibe einen etwa fünf- bis zehnmal größeren Querschnitt als der zu pressende herauszubohren. Unterläßt man diese Maßnahme, dann tritt ein großer Teil des metallischen Schmiermittels als erstes aus der Presse aus, so daß das Ende des austretenden Stranges nur mangelhaft geschmiert wird und zu den bekannten Fehlern führt.

Der so vorbereitete Preßling, bestehend aus gesintertem Silbergraphit und der daran befestigten Silberscheibe, wird dann in bekannter Weise, am besten unter Luftabschluß, auf Preßtemperatur erwärmt, z. B. 750 bis 780° C, und auf einer hydraulischen liegenden oder stehenden Strangpresse, mit der Silberscheibe zur Preßmatrize hin gerichtet, in gleichfalls bekannter Weise zu einem Profil oder Flachstreifen oder einer Rundstange verformt. Preßdruck, Preßtemperatur und Preßgeschwindigkeit gleichen denjenigen, die ein massiver Block aus dem als Schmiermittel verwendeten Silber erfordern würde.

In gleicher Weise wie ein gesinterter Pulverpreß-Iing läßt sich auch ein noch nicht gesinterter Preß-

ling aus Silbergraphitpulver oder auch eine lose in den Blockaufnehmer geschüttete Mischung aus Silberpulver und Graphitpulver strangpressen. Es hat sich jedoch in diesem Fall als vorteilhaft erwiesen, die Silberscheibe getrennt zu erwärmen und sie als erstes in den Blockaufnehmer der hydraulischen Strangpresse einzusetzen.

Lose, nicht vorverdichtete Pulvermischungen preßt man vorteilhafterweise auf einer vertikalen Strangpresse und verschließt das Loch in der vorgelegten Silberscheibe vor dem Preßvorgang mit einer sehr dünnen Silberfolie oder einer Asbestscheibe, die beim beginnenden Pressen in Form kleiner Partikeln ausgestoßen wird.

Beim Strangpressen zu kleinsten Querschnitten, wie sie von der Elektrotechnik vielfach gefordert werden, macht sich ein unterschiedlicher Graphitgehalt insofern bemerkbar, als sich mit steigendem Graphitgehalt auch der kleinstmögliche Preßquer-

ao schnitt vergrößert. Kann man z. B. Silbergraphitpreßlinge mit 5% Graphit noch zu Rundstangenvon 3,5 bis 4 mm Durchmesser pressen, so ist der kleinste preßbare Durchmesser bei Silbergraphitpreßlingen mit 10 % Graphit 6 bis 6,5 mm.

Ein Unterschied zwischen grob- oder feingemahlenem Graphit macht sich bei der Erfindung nicht bemerkbar. Er beeinträchtigt aber eine anschließende Kaltverformung derart, daß der Verformungsgrad von Preßsträngen mit feingemahlenem Graphit durchschnittlich um die Hälfte niedriger liegt als bei grobgemahlenem Graphit. Andererseits haben Kontaktkörper aus Silbergraphit mit grobgemahlenem Graphit überraschenderweise bessere Kontakteigenschaften als solche mit feingemahlenem Graphit.

Der so auf einer Strangpresse erzeugte Strang kann durch Ziehen oder Walzen kaltverformt werden.

Das auf der Strangoberfläche haftende Silber, das beim Strangpressen als Schmiermittel dient, leitet auch beim Kaltverformen gute Dienste. Wäre nämlieh der Mantel aus Silber nicht vorhanden, dann würde der Silbergraphit schon in der Ziehzange und später in den Ziehdüsen zerbrechen, oder es würde ein völlig unbrauchbarer, viele Querrisse aufweisender Stab oder Draht entstehen. Das Ziehen von Silbergraphit auf Ziehbänken oder Ziehmaschinen ist also ein dem Strangpressen analoger Vorgang insofern, als es nur bei Vorhandensein eines Silbermantels erfolgen kann.
Nach beendetem Strangpressen oder sich diesem anschließenden Ziehen des Stranges kann vor der Weiterverarbeitung des so erhaltenen Halbzeugs, beispielsweise zu Kontaktnieten oder Schleifbürsten, der Silbermantel leicht abgezogen werden, da im Gegensatz zu einer Plattierschicht mit dem Kernwerkstoff keine Diffusion eingetreten ist.

Es sind Verformungsgrade bis zu 25 bis 30^e/o möglich, ohne daß der Querschnitt solcher Silbergraphitwerkstücke zu Rissen oder Brüchen neigt. Durch eine Glühung bei z. B. 500° C ist es möglich, nochmals 25% kaltzuverformen. Diese Glühung stellt jedoch keine rekristallisierende Warmbehandlung dar, man kann sie vielmehr als Entsparmungsglühung betrachten. Mit diesen Verformungsgraden ist dann die Kaltverformbarkeit erschöpft. Sie genügt jedoch durchaus den technischen Ansprüchen, da infolge der verhältnismäßig guten Preßbarkeit jeder geforderte und in der Praxis vorkommende Querschnitt hergestellt werden kann.

Claims (6)

Patentansprüche:

1. Die Anwendung einer Metallscheibe zwischen Preßgut und Matrize als Schmiermittel beim Strangpressen von Metallpulver oder eines ungesinterten oder gesinterten Metallpulverpreßlings zu plastisch verformbaren Silbergraphitwerkstücken für elektrotechnische Zwecke mit Graphitgehalten bis 10°/o mit der Maßgabe, daß als Metallscheibe eine Silberscheibe verwendet wird.

2. Verfahren gemäß Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Silberscheibe mit dem Preßling fest verbunden ist und ein zentrales Loch hat.

3. Verfahren gemäß Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Silberscheibe mit dem Preßling durch Niete oder Kleben verbunden ist.

4. Silberscheibe zur Verwendung beim Pressen einer Silbergraphitpulvermischung gemäß An- ao spruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Silberscheibe ein zentrales Loch hat, das durch eine

Silberfolie oder eine Asbestscheibe verschlossen ist.

5. Verfahren nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Silberscheibe beim Einsetzen vorgewärmt ist.

6. Die Verwendung grobkörnigen Graphits zum Herstellen von Silbergraphitstücken nach einem der vorhergehenden Ansprüche als Werkstoff für elektrische Kontakte mit besonders guten Kontakteigenschaften.

In Betracht gezogene Druckschriften:

Deutsche Patentschriften Nr. 923 469, 927 742;
schweizerische Patentschrift Nr. 109 791;
schwedische Patentschrift Nr. 110 300;
französische Patentschrift Nr. 881871;
Richard Kieffer und Werner Ho top, Pulvermetallurgie und Sinterwerkstoffe, 2. Auflage, Springer-Verlag, 1948, S. 321.

In Betracht gezogene ältere Patente:

Deutsches Patent Nr. 1144 573.