DE1564367A1

DE1564367A1 - Method for producing an electrical contact element and device for carrying out this method

Info

Publication number: DE1564367A1
Application number: DE19661564367
Authority: DE
Inventors: Fitzgerald William Mauric Bard
Original assignee: MALORY METALLURG PRODUCTS Ltd
Current assignee: MALORY METALLURG PRODUCTS Ltd
Priority date: 1965-11-02
Filing date: 1966-10-29
Publication date: 1969-12-18
Also published as: GB1132520A

Description

27. Oktober 1966October 27, 1966

Patentanwalt Dipl.-Phys. W. Kemp M 2) P 2Patent attorney Dipl.-Phys. W. Kemp M 2) P 2

5 Köln-Lindenthal 5 Cologne-Lindenthal

Stadtweidgürtel 20-22Stadtweidgürtel 20-22

Anmelder: MALLORY METALLURGICAL PRODUCTS LIMITED,Applicant: MALLORY METALLURGICAL PRODUCTS LIMITED,

'Jb, Hatton Garden, London, ä.C.1. England 'Jb, Hatton Garden, London, E.C.1. England

Vorfahren zur Herstellung eines elektrischen Kontaktelementes und Vorrichtung zur Durchrührung dieses VerfahrensProcess for producing an electrical contact element and device for carrying it through this procedure

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Verschweißen eines Kontaktmetalles auf ein unedles Metall zu zusammengesetzten Kontakten sowie zur anschließenden Formung des Kontaktelementes. Insbesondere betrifft das Verfahren die Herstellung von Stiftkontakten, deren Schaft und Teile des Kopfes aus einem preisgünstigem Metall, wie beispielsweise Kupfer bestehen, und deren Stirnfläche eine Schicht von Silber oder Silber-Kadmium-Oxyd oder eine ähnliche für elektrische Kontakte brauchbare Legierung trägt. Die Erfindung läßt sich auch auf Trimetallkontakte anwenden, beispielsweise solche, die aus einer Kupferscheibe bestehen, welche zwischen eine Schicht von Silber-Kadmium-Oxyd und eine Schicht von die Schweißung erleichterndem Metall gelegt ist. The invention relates to a method for welding a contact metal onto a base metal to form composite contacts and for the subsequent shaping of the contact element. In particular, the method relates to the production of pin contacts, the shaft and parts of the head of which are made of an inexpensive metal, such as copper, and the end face of which carries a layer of silver or silver-cadmium oxide or a similar alloy useful for electrical contacts. The invention can also be applied to tri-metal contacts, for example those which consist of a copper disk which is placed between a layer of silver-cadmium oxide and a layer of metal which facilitates welding.

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c-Ί. Oktober I90O c-Ί. October 190O

G ,maß der Erfindung werden die Metalle, aus denen das elektrische Kcntakteleri.ent besteht, von einer ununterbrochenen Drahtlänge abgeschnitten und dann urur.ittelbar in eine Matrize eingebracht, wo die Metalle durch einen schlagartig auf sie einwirkenden, hohen Druck miteinander verbunden werden. Das Verfahren wird innerhalb der gleichen Matrize vollendet, dadurch, daß die miteinander verschweißten Metalle unter Druck zu einem Stift oder einer zusammengesetzten Scheibe geformt werden. Zur Verbesserung der Verbindung KÖrxen eines oder mehrere der Metalle vorher erhitzt werden. Alle Verfahrensschritte können in einem Vakuum oder in einer ähnlichen schützenden Atmosphäre durchgeführt werden, um unverschrr.utzte und unkorrodierte Verbindungsstellen zwischen den verschiedenen Metallen des Kontaktelementes zu erhalten.G, measure of the invention are the metals from which the electrical contact generator consists of an uninterrupted one Cut off the length of wire and then directly inserted into a die, where the metals pass through a sudden high pressure acting on them are connected to one another. The procedure is within the same die is accomplished in that the metals welded together under pressure to form a pin or a composite disc. To improve the connection KÖrxen one or more of the Metals are heated beforehand. All process steps can be carried out in a vacuum or in a similar protective Atmosphere carried out to unscrambled and uncorroded To get connection points between the different metals of the contact element.

In weiterer Ausbildung der Erfindung lassen sich die Arbeits gänge des Drahtabspulens, des Geraderichtens des Drahtes, wenn dieses erforderlich ist, des Abscherens der Drähte in Stücke bestimmter Länge, des Erhitzens einer oder mehrerer der Drahtstücke, des Verbindens verschiedener dieser Stücke sowie des Formens des sich ergebenden Stabes zu der gewünschten Endform, gleichzeitig und aufeinanderfolgend inIn a further embodiment of the invention, the work courses of the wire unwinding, straightening the wire, if this is necessary, shearing the wires into pieces of a certain length, heating one or more the pieces of wire, joining several of these pieces together, and shaping the resulting rod into the desired one Final shape, simultaneously and consecutively in

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sich wiederholender Folge in der gleichen Maschine durchführen .perform a repetitive sequence in the same machine .

G-Miiä 13 einer weiteren Ausbildung der ^riri'indung finden die Arbeitsgänge der Sehweiß-Sinkerbung dec Schaftes, wenn sie erforderlich ist, und des Verformens des zusammengesetzten Stabes zu seiner endgültigen Form dann statt, wenn sich der Stab ganz oder teilweise in der Matrize befindet. Zu diesem Zweck ist die Matrize mitten auf einer horizontalen Platte aus Motau angeordnet, und die verschiedenen V.'erkzeuge sind radial rund um die Matrize angeordnet. Weiterhin sind Vorrichtungen vorgesehen, um ein jedes Werkzeug in eine Stellung oberhalb der Matrize zu bringen. Das Werkzeug fuhrt seine Aufgabe an dem zusammengesetzten Stab durch, und sodann wird es wieder zurückgezogen, um den'Weg für den nächsten Arbeitsgang freizumachen. Zur Kühlung der Matrize und der diese umgebenden V.'erkzeuge sind entsprechende Vorrichtungen vorgesehen. Die Kraft, die ein jedes Werkzeug zur Ausführung benötigt, wird durch einen oben befindlichen Stanzstempel auf die einzelnen Werkzeuge aufgebracht, welcher Stempel koaxial mit der Matrize gelagert ist. Der Stanzstempel wird mit hoher Geschwindigkeit entlang der Matrizenachse nach unten getrieben, um nacheinander die Werkzeuge, die dieG-Miiä 13 of a further embodiment of the ^r iri'indung find the operations of Sehweiß-Sinkerbung dec stem when it is needed, and then the deformation of the composite rod into its final form takes place when the rod is wholly or partly in the die is located. For this purpose, the die is placed in the middle of a horizontal Motau plate, and the various tools are arranged radially around the die. Devices are also provided to bring each tool into a position above the die. The tool performs its task on the assembled rod, and then it is withdrawn again to clear the way for the next operation. Appropriate devices are provided for cooling the die and the tools surrounding it. The force that each tool needs to perform is applied to the individual tools by a punch located above, which punch is mounted coaxially with the die. The punch is driven downwards at high speed along the die axis in order to move the tools one after the other

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Schweiiivorgänge ausführen und das Kontaktelement formen, zu betätigen.Perform welding operations and form the contact element, to operate.

Es ist nicht nur Zweck der Erfindung, zusammengesetzte Kontaktelemente zu schaffen; sie kann vielmehr auf einfache Weise zur Herstellung von Stiften aus einem einzelnen Draht von geeignetem Material oder einer Legierung ausgenutzt werden, sowie auch auf einen verschiedener anderer Gegenstände, die. aus Draht oder Drähten durch Verformen oder Ausbildung eines Kopfstückes erhalten werden.It is not only the purpose of the invention to provide composite contact elements; rather, it can be used in a simple manner to produce pins from a single wire of suitable material or alloy, as well as to a variety of other objects such as. can be obtained from wire or wires by deforming or forming a head piece.

Sin Ausführungsbeispiel der Erfindung ist in der Zeichnung dargestellt und wird im folgenden näher beschrieben. Eb zeigen:Sin embodiment of the invention is shown in the drawing and is described in more detail below. Eb show:

Fi£. 1 eine scher;.& tasche Ansicht aes Umrisses der Vorrichtungen zvv Zufuhr, zun.- Geraderichten und zürn Abschneiden aes Kupferdr&htes, zur Zufuhr und zum Abschneiden dec Silberdrahtes, zum Erhitzen des Kupfcrarahtea, zum Transport der abgeschnittenen Drahtstücke in die Matrize und zur Druckverschweißung dieser miteinander.Fi £. 1 a shear; pocket view of the outline of the devices for feeding, straightening and cutting aes copper wire, for feeding and cutting the silver wire, for heating the copper wire, for transporting the cut pieces of wire into the die and for pressure welding it together.

Fig. 2 einen -"uerochnitt durch die Halterung der MatrizeFig. 2 shows a - "uerochnitt through the holder of the die

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- b - b

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und zeigt Werkzeuge zum Anheben und Festlegen des druckverschwelüten Teiles in der erwünschten Hoheand shows tools for lifting and setting the pressure-smoldering part to the desired height

sowie einen Kühlring;as well as a cooling ring;

Pig. 3 eine Draufsicht auf die in Fig. ^ dargestellte Anordnung; Pig. 3 is a plan view of the arrangement shown in FIG.

Fig. 4 eine Draufsicht, die zeigt, wie die verschiedenen Werkzeuge rund um die Matrize angeordnet werden können, sowie das Vakuumsaugrohr und drei Stützen, die die oberen Teile der Maschine tragen, darstellt; und dieFig. 4 is a plan view showing how the various Tools can be arranged around the die, as well as the vacuum suction tube and three supports that support the carrying upper parts of the machine; and the

Fig. 5 - 14 Ansichten während verschiedener Verfahrensabschnitte gemäß der Erfindung.FIGS. 5-14 are views during various process sections according to the invention.

Ein Kupferdraht wird von einer nicht dargestellten Kupferdrahtspule mit Hilfe eines kombinierten Werkzeuges I00 für die Zufuhr, das Abmessen und das Geraderichten, abgezogen. Von dem fortlaufenden Kupferdraht wird durch eine Kupferschneidvorrichtung 51 ein kurzes und genau bemessenes Stück 18 abgeschert. Das Kupferstück 18 gelangt von der Schneidvorrichtung direkt in den Erhitzer 53* der dieses Kupferdrahtstück erhitzt und in Richtung des Pfeiles II8 über eine Karbidmatrize 14 befördert, deren Durchmesser ungefähr dem des fertigen Fußes des Stiftkontaktes 4j entspricht.A copper wire is drawn from a copper wire coil, not shown with the help of a combined tool I00 for feeding, measuring and straightening. from A short and precisely dimensioned piece 18 is sheared off the continuous copper wire by a copper cutting device 51. The copper piece 18 passes from the cutting device directly into the heater 53 * which heats this piece of copper wire and conveyed in the direction of arrow II8 over a carbide die 14, the diameter of which is approximately that of the finished base of the pin contact 4j corresponds to.

In der Zwischenzeit hat eine Schneidvorrichtung 32 ein ganzIn the meantime, a cutting device 32 has a whole

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genau bemessenes Stück von einer Spule Drahtes, der für die Herstellung elektrischer Kontakte geeignet ist, wie beispielsweise Silber oder Silber-Kadn.ium-Oxyd, abgeschert, welches Stück dann durch eine Vorrichtung 99 zugeführt wird, ähnlich wie in der Zufuhr-Abmess- und Richtvorrichtung loo für das Kupferdrahtstück. Das Silber-Schneidegerät yz. schert ein Stück des Silberdrahtes in Form einer Silberscheibe I7 ab. Die Silberscheibe wird durch die Klinge 33 A des Schneiders in Richtung des Pfeiles II9 in eine Stellung getragen, in der sie direkt oberhalb des erwähnten Kupferdrahtstückes liegt. Mittlerweile ist eine einen Karbid-Stanzstempel 12 tragende Führungseinrichtung 98 in Richtung des Pfeiles 12o verschoben worden, so daß sie direkt oberhalb der Matrizenbohrung 16 zu liegen kommt. Im geeigneten Zeitpunkt während der Herstellung des Stiftkontaktes wird ein Gewicht 1o2 entlang der verlängerten Achsenlinie der Matrize 14 fallen gelassen, welches durch die Bohrung 97 in die Führungsvorrichtung 98 gelangt und auf den Stanzstempelhalter 96 aufschlägt. Das Gewicht treibt den Halter 96 und den Stanzstempel nach unten, so daß der Stanzstempel 12 auf die Silberscheibe aufprallt und diese gegen das Kupferdrahtstück presst und beide Stücke in die Bohrung 16 der Karbidmatrize gelangen. Der Stanzstempel 12 treibt, die Silberscheibe und das Kupferdrahtstück solange nach unten, bis sie auf eine Karbidrarame 15 auftreffen. a precisely sized piece of a coil of wire suitable for making electrical contacts, such as silver or silver-cadnium oxide, sheared off, which piece is then fed through a device 99, similar to the feed dimension and Straightening device loo for the piece of copper wire. The silver cutting device yz. shears off a piece of the silver wire in the form of a silver disk I7. The silver disk is carried by the cutter's blade 33 A in the direction of arrow II9 into a position in which it lies directly above the aforementioned piece of copper wire. In the meantime, a guide device 98 carrying a carbide punch 12 has been displaced in the direction of the arrow 12o so that it comes to lie directly above the die bore 16. At a suitable point in time during the establishment of the pin contact, a weight 10 2 is dropped along the extended axis line of the die 14, which passes through the bore 97 into the guide device 98 and strikes the punch holder 96. The weight drives the holder 96 and the punch downward so that the punch 12 impacts the silver disk and presses it against the piece of copper wire and both pieces enter the bore 16 of the carbide die. The punch 12 drives the silver disk and the piece of copper wire downwards until they strike a carbide roller frame 15.

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Die Karbidrarrmie ist so bearbeitet, daß sie Gern Schaft des Stiftkontaktes die gewünschte Form verleiht. Die in dem Gewicht loci gespeicherte Kinetische Energie und die Anordnung des Karbidstanzsten.pels drücken die beiden Metalle sodann, wie in Fig. u dargestellt, zusammen. Der Karbidstempel springt, unter Unterstützung der Feder Ιοί, augenblicklich von der Matrize zurück, wobei die (mit dem Kupferdrahtstück druckverschweiiiteiSilberccheibe 17 zurückbleibt (vgl.Fig.9).The Karbidrarrmie is processed so that they like shank of the Pin contact gives the desired shape. The one in that Weight loci stored kinetic energy and arrangement des Karbidstanzsten.pels then press the two metals together, as shown in Fig. u. The carbide punch, with the support of the spring Ιοί, immediately springs back from the die, whereby the (pressure welded to the piece of copper wire with a silver disc 17 remains (see Fig. 9).

In Fig.2 ist ein durch Schweißen zusammengesetzter Stab £0 gezeigt, der aus der Silberscheibe .17 und dem Kupferdrahtstück 1£ in der Matrizenbohrung gebildet wurde, und zwar nachdem der Stanzstempel 12 wieder abgezogen worden ist. Hochdruckül wird unter einem Druck von solcher Höhe. üa3 es den Kolben 2o ganz nach oben verschieben Kann, bis er aiii Kopf des Z, linders 1 ο 3 anliegt, durch die öffnung 1oj> ein^epum^t. Der Stab 1οΰ bleibt stellen, bis der Distanzhalter 1o4 an das Schalengehäuse 1 o7 anstößt. Eine weitere Verschiebung des Kolbens hebt die gesamte Anordnung, die aus dem Stab I06, dem Gehäuse 1 o7, den, Trägerring T08, der Ramme öder dem Ausschlagstift I^ besteht, so daß der zusammengesetzte Stab L^:tJ teilweise aus der Matrize herausragt, wie durch die gestx'ichelten Linien 1o9 in Fig. 2 dargestellt. In dieserIn Figure 2, a composite rod £ 0 is shown, which was formed from the silver washer .17 and the piece of copper wire 1 £ in the die bore, namely after the punch 12 has been removed again. The high pressure fluid is under such a pressure. üa3 it can move the piston 2o all the way up until it rests aiii head of the Z, linder 1 ο 3, through the opening 1oj> a ^ epum ^ t. The rod 1οΰ remains in place until the spacer 1o4 hits the shell housing 1 o7. A further displacement of the piston lifts the entire arrangement, which consists of the rod I06, the housing 107, the carrier ring T08, the ram or the knockout pin I ^, so that the assembled rod L ^: tJ partially protrudes from the die, as represented by the dashed lines 109 in FIG. In this

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Verfahrensstufe werden die in den Figuren 11 und 12 dargestellten Arbeitsgänge :jn dem vorstehenden zusammengesetzten Ctab [.\,. durchgerührt, und zwar durch Werkzeuge, die in Richtung der Pfeile 121 und 122 bewegt werden und auf die wiederum die in dem Gewicht 1o2 gespeicherte Energie einwirkt. Dabei schlägt das Gewicht durch der Bohrung 97 ähnliche Bohrungen, die von der Führungsvorrichtung ^CJ& ähnlichen Führungsvorrichtungen gehalten werden, auf Werkzeuge 4o und >ό. Das Stück, um welches der zusammengesetzte 3tab 'dö herausragt ist von der Gesamtstärke der Distanzstücke tot abhängig. Wenn der Kopf ausgebildet ist, kann das liochrirucköl durch die C'Tnung 11o eintreten und die Kolbenvorrichtung 111 anheben, und zwar so lange, bis der ' Kcibsnko·:]" gejen aas Zylinderoberteil 112 anstößt; auf ihrem Vf-r gelongt die obere Fläche 11.3 der Kolbenstange gengen den ctar 1 o6 in der Stellung, lh der· er im vorhergehenden Arbeiti.",:^:^ r-urückgelassen worden war, und er hebt ihn über dei; ranzen Rest des V.egec, bis der /rjsschlagstift 15 die in FJ.g. Ή v."iedergegebene L-jge erreicht. Schliewlich v.iri der otii'tkciitakt jus der Matrize in einen Vorratsbehälter ausgestoßen,und zwar durch einen Vorsprung am Ende des den Kopi' verfemenden Werkzeuges, daö zu diesem Zweck ein zweites MsI vorbewegt wird.In the process stage, the operations shown in FIGS . 11 and 12 are: In the above composite Ctab [. \ ,. carried out, namely by tools that are moved in the direction of arrows 121 and 122 and on which the energy stored in the weight 1o2 acts in turn. The weight hits through the bore 97 similar bores, which are held by the guide ^{device C} J & similar guide devices, on tools 4o and> ό. The piece by which the assembled 3tab 'dö protrudes depends on the total thickness of the spacers tot. When the head is formed, the leakage oil can enter through the opening 11o and raise the piston device 111 until the cylinder upper part 112 strikes; the upper surface lies on its Vf-r 11.3 of the piston rod suffice the ctar 1 o6 in the position lh which he had been left behind in the previous worki. ",: ^: ^ R-, and he lifts it over the; sack the remainder of the V.egec until the / rjsschlagstift 15 the in FJ.g. Ή v. "Iederge L-jge achieved. Finally v.iri the otii'tkciitakt jus of the die is ejected into a storage container, through a protrusion at the end of the tool that prevents the copy, so that a second MsI is moved forward for this purpose.

Alle diese Arbeitsgänge werden automatisch aufeinanderfolgendAll of these operations are automatically sequential

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BAD OBJGiNALBAD OBJGiNAL

-7. Oktober 1966-7. October 1966

und gleichzeitig durchgerührt und zwar nach einem Hauptpro^ramm; alle Vorgänge spielen sich innerhalb der Vakuumkammer ^o ab.and stirred through at the same time, after one Main program; all processes take place within the vacuum chamber ^ o.

Man läßt eine Kühlflüssigkeit über Kühlkanäle 114, und 117 durch den Kühlring II0 zirkulieren. Eine viskose Flüssigkeit ist in die Zwischenräume zwischen dem Kühlring und der Matrize eingebracht, um den Wärmeübergang zu verbessern. Der Fuß 95 ist wassergekühlt und die verschiedenen Werkzeuge sind an'massiven Blocks aus einer Kupferlegierung anmontiert, was die Wärmeleitung verbessert,A cooling liquid is allowed through cooling channels 114, and 117 circulate through the cooling ring II0. A viscous one Liquid is introduced into the spaces between the cooling ring and the die to allow heat to be transferred to improve. The foot 95 is water-cooled and the various tools are attached to massive blocks made of a copper alloy, which improves heat conduction,

φ ORIGINALφ ORIGINAL

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Claims

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P -itre claims

1 . Process for the production of a pear-shaped electrical contact element, characterized by the following steps: shearing off a disk (IY) from a wire made of suitable electrical contact material; Shearing off a piece of wire of unearth metal or alloy therefrom; Immediately introducing the disc (IT) and the piece of wire (16) into a die (14) and finally connecting the opposing end faces of the disc (17) or the piece of wire (18) by pressure applied to the other two end faces of the Disc (17) or the wire (16) is exerted, the pressure between the ends of the lower tools (15) or upper tools (12) working in the die (14) acting through the impact force of a rapidly moving weight (1o2 ).

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch dfekennzelähmet, -■ * 2. The method according to claim 1, thereby dfekennzelähmet, - ■ *

T - ■ ^:; ?--;f ■■·''T - ^■:; ? -; f ■■ · ''

that all procedural steps in a vacuum chamber under *

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BATHROOM OBiGINAL - 11 -

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an air pressure different from the atmospheric pressure.

3. The method according to claim 1 or claim f-, characterized characterized that the base metal or the Alloy made from this before it is introduced into the die is heated.

^l \. Method according to claim 1 or claim '^, characterized in that'the metals before their. Introduce into the Kttrize -rkitst.

15. The method according to any one of the preceding claims, characterized by a lifting of the Unterwerkeeuge, connected to the 3ehGi.be and the dan.it = -, - 'tuck M ^ aien Stalles bsv ;. the alloy from this un. Aussuheben a specific section from the M-? triae i-ersuheben, and much more characterized by forcing a lvop.es in the understanding Ϊ-Ί "tail.

ο. Method according to one of the preceding claims, characterized in that AAII the projecting end of the base metal of the alloy Odei · iiieraus aurch

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aas substation;: eut oin-; e-: räc, t will, v; oI oho «therefore -, ine Κοι \ .. trä <_; t, which the ,, e wish ton U; iriij 75, .eben v .-; r; .. a _L.

γ. ■ / 'n'i'& i.reti naeli /.riHocht i. , by (, ekerin- ;; eichrj, ot, that dai; UnterwerK7.eu, is raised to a height that allows an ent ernen dc3 in the middle! ti'i .7Si _r jei'or: .. te: i cieKtri ^ chon Kontaktelerr: crites GU3> ii '? ceir _: ern.ö ₍ j.ioht.

c. Carrying out the provision of H. zucamrnenij-eGe olectric cont <'ictele ;; iente, gekcrinzeichriet durcli a '.-.' arrri ^ - / on the F.jschine aoxeiteriac baseplate (. '. ·) J by -ine /orr'ichtun.j (;.' Ί-) ^ ur ,. Shear off one , 'v.jheibi' · '(1Y) from ein3 ::, uninterrupted wire electricity-zitäto-.eitenuen y.otalles, by means (> 1) to the Abc rather on tines pieces :; (1b) of an uninterrupted Wire from unecüerr. Metoll and an alloy from it, through y.ittel (J3 ^ 33A) zuü: transferring the disk (1?) And the piece of wire (1 £) in a i'i ^ trize (14), by means (1or.) for. Welding the aer o disc (17) r., it the piece of wire (ic) for making a composite Rod (2 ^) within the die (14), where

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γ. Okteuγ. Octeu

the welding elements themselves have devices (12, 1p) for applying the axial pressure to the washer (1 /) and piece of wire (1b), further characterized by a collar (116) connected to the die for heat dissipation from the body. jtrize, by means (4o, jjü) sum shaping a copy (O) ⁱⁿ <ien composite rod ( _t *;) to form a composite electrical contact element ;;. Entes, by means for cooling the form elements and by means (4o ) to eject the assembled electrical contact element from the die (1-f)

BATH

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L e e r s e i t eL e r s e i t e