DE1564751A1

DE1564751A1 - Verfahren und Vorrichtung zum Verbinden von Kontaktkoerpern mit Kontakttraegern

Info

Publication number: DE1564751A1
Application number: DE19661564751
Authority: DE
Inventors: Helmut Moll
Original assignee: Siemens AG
Current assignee: Siemens AG
Priority date: 1966-04-21
Filing date: 1966-11-04
Publication date: 1972-03-23
Also published as: DE1564572B1; CH458560A; US3497941A; DE1564572C2; NL150941B; NL6703064A; BE722911A; GB1177528A

Description

Verfahren und Vorrichtung zum Verbinden von Kontakticörperti n.it Kontakt trägern

Zusatz zum Patent, Unrn. S 105 501 VIIio/2ig - PLA ot,*^f

Das Hauptpatent bezieht sieh auf ein Verfahren und eine Vorrichtung zum Verbinden von Kontaktkörpern aus schweifteiridlichem Kontaktmaterial mit Kontakttragern, bei dem das Kontaktmateriai aem
Schwinger eines Ultraschoiigerates zugeführt una der Kontaktkörper aurch die gleichzeitige Einwirkung von Druck- una Ultraschallenergie während dea VerDindungovorganges geprägt wird.

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Wie bekannt, werden an elektrische Kontakte hinsichtlich der Schweißbeatändigkeit, der Abbrand festigkeit una der Haftfestigkeit des Kontaktkörpers aui dem Kontaktträger Anforderungen gestellt, deren gleichzeitige Erfüllung große Schwierigkeiten bereitet. Unter Scnweißbeetändigkeit versteht man hierbei, daß die durch die Kontaktiaet aufeinandergedriickten Kontakte bei vorgegebener Stroebelastung nicht miteinander verschweißen, üs hat sich gezeigt, daU Kontaktmaterialien mit großer SchweißbeatändigkeiT; eine sehr geringe Lot- una/ooer Schweißfähigkeit besitzen. Man kann derartige Kontaktmaterialien mit großer Schweißbeständigkeit geradezu a;s schweißteindliche Materialien bezeichnen. Unter schweißfeindlichen Kontaktmaterialien werden demnach hier und im folgenden solche Materialien verstanden, die bei großer Schweißbeständigkeit eine geringe Schweißiähigkeit autweisen* Als Beispiele seien Metali-Metalioxyd-Verbundetoffe angeführt, wie AgCdO, Ag-SnO₂, Ag-Ni-CdO, Ag-Ni-MgU, Ag-Cu-CdO, Ag-CdO-SnO^, Ag-CdO-AlgO, oder auch Metali-Metallverbindungen mit geringen Kleb- und Schweißeigenschaften des Kontaktstoffes.

Nach einem bekannten Verfahren werden Verbundstoffe mit Metalloxydzusätzen dadurch lötbar gemacht, daß auf dem Kontaktstoff eine 20 bis 200 /U starke Silberschicht plattiert wird, die eich wie Silber mit dem Kontaktträger verlöten läßt. Auf diese Weise können AgSnO^ und Af-CdO Kontaktstoffe mit Kupfer-Kontakt trägern verlötet werden (vgl. H. Schreiner: Aufbringen von Kontaktw^rk^toffen auf Trägermetalle, Sonderdruck aus der Pachbuchreih« "Schweißtechnik", Band 17, Berlin I960).

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Ferner lot es bekannt, Kontaktstoffe aus nicht lötbarem.Verbundmateriai öder Verbunds, to ff mit einem Kontaktträger aus gut lötbarem Metall dadurch lötbar auszubilden, daß der Kontaktkörper an der dem Kontaktträger zugewandten Fläche mit einer gut iötbaren porösen Schicht versehen wird, die bei der Herstellung des Kontaktkörpers gemeinsam verpreßt, gesintert und mechanisch mit dem Kontaktkörper verzahnt wird (vgl. DAS 1 187

Nach einem anderen bekannten Verfahren ist ein Sinterkontaktkötner

aus mindestens zwei Schichten vorgesehen, wobei die Kontaktschicht aus schiecht schweißbarem Kontaktmaterial mit einer Schicht eines gut schweißbaren Metalles, beispielsweise Eisen, Nickel oder Monel zusammengesintert wird. Der Kontaktkörper wird auf pulver-metallurgischem Wege in Fertigform hergestellt (vgl. BAS 1 2U9 223).

Das Verfahren nach dem Hauptpatent zeichnet sich dadurch aus, daß es erstmals die Möglichkeit bietet, Kontaktkörper aus echweißfeindlichem Kontaktmaterial ohne die Anbringung von gut lot- oder schweißoaren Zwischenschichten unmittelbar mit dem Kontaktträger zu verbinden. Durch den Verzicht auf eine Zwischenschicht werden in erheblichem Umfange Material- und Fertigungekosten eingespart. Ein weiterer entscheidender Vorteil des Verfahrens gemäß dem Hauptpatent ist darin zu sehen, daß durch die Anwendung des Uitraschaii-Schweißveri'ahrens der Kontaktträger seine Härte und seine Federeigenschaften beibehält, weil im Gegensatz zu den bekannten Lot- und Widerstands-Schweißverfahren eine zusätzliche Erwärmung des Kontaktes weitgehend entfällt. Da der Kontaktkörper im wesent-

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lichen homogen ist, entfallen auch wärmestauende Schichten, die die Lebensdauer des Kontaktes verringern.

Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, das Verfahren nach dem Hauptpatent zu vereinfachen, wobei die erwähnten Vorteile beibehalten werden sollen.

Gemäß der vorliegenden Erfindung wird dies bei einem Verfahren der eingangs erwähnten Art dadurch erreicht, daß das Kontaktmaterial als Band oder Folie dem Schwinger des.Ultraschaligerätes zugeführt und der Kontaktkörper im Zuge des Verbindungsvorganges aus dem band- oder foiienförmigen Kontaktraaterial ausgeformt, geprägt und mit dem Kontaktträger verschweißt wird. Damit entfällt die Vorfertigung des Kontaktkörpers und dessen jeweils gesonderte Zuführung zum Schwinger des Ultraschallgerätes. Außerdem wird eine einfache und sichere Führung des Kontaktmateriais an die vorbestimmte Stelle des Kontaktträgers gewährleistet. Überdies können mit dem erfindungsgemäßen Verfahren auch äußerst dünnwandige Kontaktkörper hergestellt und mit dem Kontaktträger verbunden werden. Durch entsprechende Ausbildung des Schnittprolils des als Schneid™ und Prägewerkzeug für das Kontaktmaterial dienenden Schwingers deü Ultraschallgerätes kann jeglicher Materialverlust des teueren Kon» taktmaterials vermieden werden. Mit Vorteil wird das band- oder foiienförinige Kontaktmaterial im Takte des Verbindungsvorganges eiern Schwinger des Ultraschaligerätes zugeführt. Damit läßt sich der Verbindungsprozeß weitgehend automatisieren.

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Weitere Einzelheiten und Vorteile üer Erfindung werden an Ausführungsbeispielen anhand der Zeichnung näher erläutert.

Pig. 1 zeigt in schematischer Darstellung eine Seitenansicht einer Vorrichtung zur Durchführung des erfmdungsgemäßen Verfahrens.

Fig. 2 zeigt die Vorderansicht der Vorrichtung nach Fig. 1.

Fig. y zeigt eine weitere Ausbildungsform einer Vorrichtung zur Durchführung des eriindungsgemäßen Verfahrens für die Herstellung rechteckiger oder quadratischer Kontaktkörper.

Fig. 4 zeigt die Vorderansicht der Vorrichtung nach Fig. 5·

In den Fig. 1 und 2 ist der aktive Teil eines Ultraschailgerätes, der Schwinger oder die Sonotrode, mit 1 bezeichnet. Ein Transduktor oder 3chweißrü3sei 1a überträgt die Schwingungsenergie vom zeichnerisch nicht dargestellten Ultraschallgerät auf die Sonotrode 1. Die Sonotrode 1 kann als magnetostriktiver oder eiektrostriktLver Längsschwinger ausgebildet sein. Mit dem Doppelpfeil A ist die Schwingungsrichtung der Sonotrode 1 angedeutet, während Der Pieii P die Richtung der Druckkraft angibt. Das der Sonotrode zugeführte Kontaktmaterial ist mit 2 und der Kontaktträger ist mit 3 bezeichnet. Ais Auflagevorrichtung für das Kontaktmateriai 2 und den Kontaktträger .5 sowie als v/iderlager lür die Sonotrode 1 dient ein Amboss b· Der Kopf b der Sonotrode 1 ist günatigerweise ale Schneid- und Prägewerkzeug ausgebildet und besitzt eine Ausnehmung 4 mit den Abmessungen des herzustellenden Kontaktkörpers. Die Ausnehmung 4 kann beliebig profiliert sein, da der Schweißet ruck P so groß gehalten ist, daß das Kontaktmaterial 2 in

gewünschtem Sinne ausgeformt und geprägt wird. Dies wird insbesondere dann erreicht, wenn der die Ausnehmung 4 begrenzende Teil des Prägekopfes 6 der Sonotrode 1 als Schneide 7 ausgebildet ist. Das Kontaktmaterial 2 kann als endloses, streifenförmiges oder großflächiges Band oder auch als Folie ausgebildet sein. Die Dicke des band- oder folienförmigen Kontaktmaterials 2 ist günetigerweiae etwas geringer als die größte Tiefe der Ausnehmung im Prägekopf b der Sonotrode 1. Dadurch wird erreicht, daß der herzustellende Kontaktkörper nicht nur aus dem Kontaktmaterial ausgeformt, sondern auch verformt wird, was für den Verbindungsvorgang notwendig ist. Ais KontaKtmaterialien können die eingangs erwähnten Verbundstoffe oder auch die genannten Metall-Metallver-Dindungen mit geringen Kleb- und Schweißeigenschaften verwendet werden. Mit besonderem Vorteil eignet sich das erfindungsgemäße Verfahren zum Verschweißen des in der Kontakttechnik vielfach verwendeten Siiber-Cadmium-Oxyds. Um einen hohen Übertragungswirkungsgrad der Schwingungsenergie auf die zu verbindenden Kontaktteile zu erreichen, kann mit Vorteil die Oberfläche des Ambosses 5 aufgerauht sein, Deispieisweise durch Sandstrahlen oder riefenförmige Ausnehmungen, die quer zur Schwingungsrichtung der Sonotrode verlaufen. Von besonderer Bedeutung für das vorliegende Verfahren ist, daß die statische Anpreßkraft P und die Gleitenergie der schwingenden Sonotrode 1 während des Verbindung·- vorganges gleichzeitig auf das Kontaktraaterial 2 einwirken. Dadurch wird der Teil des Kontaktmaterials 2, auf dem der Prägekopf 6 eier !Sonotrode 1 unmittelbar einwirkt, in den plastischen Zustand UoerfLihrt, so daß die notwendige Pormänderungaarbeit des

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Prägekoples 6 vergleichsweise gering ist. Dies bringt den Vorteil mit sich, daß sich die Schneide 7 am'Prägekopf 6 der Sonotrode 1 nur wenig abnutzt.

3ei dem in den Fig. ;> und 4 dargestellten AusfUhrungsbeispiel sind die gleichen Teile mit den gleichen ßezugsziffern wie in den Pig. 1 -una 2 versehen. Die Scnnittiinie des Prägekopfes 6 ist der Bandoder Foiienbreite des Kontaktmaterials 2 entsprechend günstigerweise rechteckig oder quadratisch ausgebildet. Damit können aus dem Kontaktmaterial 2 entsprechende Teile verschnittfrei abgetrennt und mit dem KontaKtträger 3 verbunden werden.

Es ist ersichtlich, daß als band- oder foiienförmiges Kontaktmateriai auch vorgefertigte Kontaktkörperleisten verwendet werden können,, die sich aus einer Vielzahl von Kontaktkörpern zusammensetzen, die ein- oaer mehrzeilig aneinandergereiht,durch leicht trennoare Verbindungsstege miteinander verbunden sind. In diesen Falle ist es ausreichend, wenn der zur Trennung der Verbindungsstege vorgesehene Teil des Prägekopfes schneidenartig ausgebildet ist. Wichtig ist, daß auch die vorgefertigten Körper der Kontaktkörperieiste derartige Abmessungen besitzen, daß sie beim Verbindungsvorgang verformt werden. Dies läßt sich am einfachsten dadurch erreichen, daß die Ausnehmungen in der Sonotrode beispielsweise die in Fig. 1 dargestellte Form eines Kugeisegraentes besitzt, während die Fiachseiten der vorgefertigten Kontaktkörper eben ausgebildet sind.

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Zur weiteren Erläuterung.des erfindungsgemäßen Verfahrens soii das folgende Ausführungabeispiel dienen:

Kontaktmaterial: Ag-GdU (9U % : 1U

Kontaktraaterialdicke: υ,} ram

Kontaktkörpermaße:

(Rundkontakt mit Prägekopi nach Fig. 1)

maximaler Durchmesser 2,8 mm

maximale Höhe U,4 mm

Sohweißdruck P - 19U kg

Frequenz · 22 kHz

Schweiüzeit 1 sek.

Aufnahmeleistung des

Ultraschallschwingers 15UU W

Ansprüche
Figuren

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Claims

Patentansprüche

1. Verfahren zum Verbinden von Kontaktkörpern aus scnweißfeindiiehern Kontaktmaterial mit Kontaktträgern, bei dem das Kontaktmaterial aem Schwinger eines Uitrasehallgerätes zugeführt und eier Kontaktkörper durch die gleichseitige Einwirkung von Druck- und 'Jitraschaüenergie währenu aes Veröindungsvorganges geprägt wird, nach

Patent (Anm. 3 1ü3 iu1 Vlilo/21g) dadurch gekennzeichnet,

daß das Kontaktmaterial (2) aia Eand oder Folie dem Schwinger (1) des Ultraschaiigerätes zugeführt und der Kontaktkörper im Zuge des Verbinaungsvorganges aus aem band- oder folienförmigen Kontaktmaterial (2) ausgetonnt, geprägt und mit dem Kontaktträger. (^) verschweißt wird.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das band- oder foiienförmige Kontaktmaterial (2) im Takte des Verbindungsvprganges dein Schwinger (1) des uitrasehallgerätes zugeführt wird.

3. Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß der Schwinger (1) des Uitraschallgerätee als Schneid- und Prägewerkzeug für das Kontaktmaterial (2) auegeDiidet iat.

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4.' Vorrichtung nach Anspruch i>, dadurch gekennzeichnet, daß der Prägekopf (b) des Schwingers (1) eine Ausnehmung (4) mit den Abmessungen des Kontaktkörpers besitzt.

5· Vorrichtung nach Anspruch y oder 4, dadurch gekennzeichnet,, daü der die Ausnehmung (4) begrenzende Teil des Prägekopies (6) ues üchwingers (1) ais Schneide (V) ausgebildet ist.

6. Vorrichtung nach Anspruch b, dadurch gekennzeichnet, dau die Schnittlinie des Prägekopt'es (6) rechteckig oder quadratisch ausgebildet ist.

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