DE1621258C3 - Contact stack made of a conductive carrier made of a base metal and a three-layer composite contact body and its manufacturing process - Google Patents
Contact stack made of a conductive carrier made of a base metal and a three-layer composite contact body and its manufacturing processInfo
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Description
gentlich in Folge der Poren in dieser Oberfläche deshalb unmöglich, weil die Oberfläche 11 des Aluminiumträgers 10 scharf aufgerauht ist, wie durch die Bezugsziffer 12 in Fig. 2 im Mikroskopschnittbild angedeutet ist. In den Vertiefungen 13 der in Folge der Vorbehandlung der Oberfläche mit starken Säuren oder Alkalien vor der Plattierungsbehandlung rauhen Oberfläche des Aluminiumträgers werden Wasserstoffgas oder Alkalien festgehalten, die häufig eine unmittelbare Ursache für Blasenbildung oder das Abblättern der Plattierungen darstellen, wenn sich der Wasserstoff oder in den Poren zurückgebliebene Säure- oder Alkalireste ausdehnen und bei Auflösung des Aluminiums oder Zinks darin Wasserstoffgas entsteht.Often impossible because of the pores in this surface because the surface 11 of the aluminum support 10 is sharply roughened, as indicated by the reference number 12 in FIG. 2 in the microscope sectional image is. In the depressions 13 as a result of the pretreatment of the surface with strong acids or alkalis before the plating treatment, the rough surface of the aluminum support become hydrogen gas or alkalis, which are often an immediate cause of blistering or peeling Plating is when there is hydrogen or acid or alkali residues left in the pores expand and when the aluminum or zinc dissolves in it, hydrogen gas is formed.
Der Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, Kontaktstücke der eingangs genannten Art anzugeben, die leicht herstellbar und leicht anzubringen sind, einen kleinen und zeitlich unveränderlichen elektrischen Kontaktwiderstand ausweisen, keine Wärmeentwicklung zeigen, lange Lebensdauer besitzen und hohe Schalthäufigkeiten ermöglichen.The invention is therefore based on the object of specifying contact pieces of the type mentioned above, which are easy to manufacture and easy to install, a small and time-immutable electrical one Identify contact resistance, show no heat generation, have a long service life and high Enable switching frequencies.
Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß wie im kennzeichnenden Teil des Patentanspruchs 1 angegeben gelöst.This object is achieved according to the invention as indicated in the characterizing part of claim 1.
Der Verbundkontaktkörper kann zweckmäßigerweise auch mehrteilig ausgebildet werden, wobei die einzelnen Teile in einem Abstand nebeneinander auf dem Träger aufgebracht werden.The composite contact body can expediently also be formed in several parts, the individual parts are placed next to one another at a distance on the carrier.
Der erfindungsgemäße Kontaktkörper wird zweckmäßig in der Weise hergestellt, daß man einen Verbundkontaktkörper
aus einer leitenden Oberflächenschicht aus Silber oder einer Silberlegierung mit kleinem
Kontaktwiderstand und guter Korrosionsbeständigkeit, der leitenden Zwischenschicht aus Kupfer,
einer Kupferlegierung, Aluminium oder einer Aluminiumlegierung mit guter elektrischer Leitfähigkeit und
einer Lötschicht aus einer Lötlegierung mit
10% Zn, 90% Sn oder
10% Zn, 5% Cd, 85% Sn oder
20% Zn, 10% Cd, 70% Sn oder
41 % Zn, 8 % Pb, 15 % Cd, 36 % Sn oder 8% Zn, 5% Al, 87% SnThe contact body according to the invention is expediently produced in such a way that a composite contact body made of a conductive surface layer made of silver or a silver alloy with low contact resistance and good corrosion resistance, the conductive intermediate layer made of copper, a copper alloy, aluminum or an aluminum alloy with good electrical conductivity and a solder layer from a solder alloy with
10% Zn, 90% Sn or
10% Zn, 5% Cd, 85% Sn or
20% Zn, 10% Cd, 70% Sn or
41% Zn, 8% Pb, 15% Cd, 36% Sn or 8% Zn, 5% Al, 87% Sn
übereinander herstellt und den Verbundkontaktkörper anschließend mit der gereinigten Oberfläche des leitenden Trägers aus Aluminium oder einer Aluminiumlegierung dadurch verbindet, daß man die gereinigte Oberfläche der Lötschicht damit in enge Berührung bringt und unter Hitze und Druck eine Schmelzverbindung erzeugt.one above the other and the composite contact body then with the cleaned surface of the conductive Carrier made of aluminum or an aluminum alloy connects by the fact that the cleaned Bringing the surface of the solder layer into close contact with it and creating a fusion bond under heat and pressure generated.
Lote der vorgenannten Art für Aluminium oder deren Legierungen sind zwar in der deutschen Patentschrift 72 683, der schweizerischen Patentschrift 1 70 509, der USA.-Patentschrift 16 40 161, der französischen Patentschrift 10 24 823, und den US A.Patentschriften 29 16 815, 3105 293, 33 21828 und 33 95 443 angegeben; die genannten Druckschriften beziehen sich jedoch nicht auf elektrische Kontakte.Solders of the aforementioned type for aluminum or their alloys are in the German patent 72 683, Swiss Patent 1 70 509, USA. Patent 16 40 161, French U.S. Patent 10 24 823, and U.S. A. Patent Nos. 29 16 815, 3105 293, 33 21828 and 33 95 443 given; however, the cited documents do not relate to electrical contacts.
Lote zur Verbindung von Al bzw. Cu oder deren Legierungen mit Al bzw. Cu oder deren Legierungen sind ferner dem DIN-Taschenbuch 8 Schweißtechnische Normen 1965, S. 114, Tab. 2 zu entnehmen; die erfindungsgemäß insbesondere zu verwendende Lötlegierung aus 90% Zinn und 10% Zink kommt jedoch dort nicht vor.Solders for connecting Al or Cu or their alloys with Al or Cu or their alloys can also be found in the DIN Pocket Book 8 Welding Standards 1965, p. 114, Tab. 2; the solder alloy to be used in particular according to the invention is composed of 90% tin and 10% zinc but not there before.
Die deutsche Auslegeschrift 10 77 500 beschreibt das Aufbringen und insbesondere Aufdampfen von Lotschichten auf unedle Metalle wie Aluminium, bezieht sich jedoch nicht auf die Herstellung von elektrischen Kontaktstücken.The German Auslegeschrift 10 77 500 describes the application and in particular vapor deposition of solder layers to base metals such as aluminum, but does not apply to the manufacture of electrical Contact pieces.
In dem Buch von A. Keil »Werkstoffe für elektrische Kontakte«, Springer-Verlag 1960, S. 278 letzter Absatz, bis S. 279, 1. Abs., sind Auflageplattierungen auf Trägern aus unedlen Metallen beschrieben, bei denen ein Edelmetallband mit einem Lotband auf ein Band aus einem unedlen Metall direkt aufgelötet wird; auch hier ist kein entsprechender Dreischichtenaufbau beschrieben, ebensowenig die Verwendung von Aluminium als Träger.In the book by A. Keil "Materials for electrical contacts", Springer-Verlag 1960, p. 278 last Paragraph, up to p. 279, 1st paragraph, describes cladding on supports made of base metal where a precious metal band is soldered directly to a band made of a base metal with a solder band will; neither is a corresponding three-layer structure described here, nor is the use of Aluminum as a carrier.
Die USA.-Patentschrift 32 21 219 gibt ferner eine Gleitkontaktvorrichtung an, die für Halbleiterbauelemente vorgesehen ist und eine Nickelfläche sowie eine ihr gegenüber verschiebbare Silberoberfläche aufweist; die Vorrichtung dient zwar für elektrische Kontaktzwecke, ist jedoch nicht durch Löten aufgebaut und umfaßt auch keine Dreischichtstruktur.U.S. Patent 32 21 219 also discloses a sliding contact device that is used for semiconductor components is provided and has a nickel surface and a silver surface displaceable with respect to it; Although the device is used for electrical contact purposes, it is not constructed by soldering nor does it include a three-layer structure.
In der USA.-Patentschrift 29 47 069 sind aluminiumüberzogene Kupferdrähte angegeben, bei denen die Verbindung von Al und Cu über eine dazwischenliegende Silberschicht durch Ziehen hergestellt wird.In the USA. Patent 29 47 069 aluminum-coated copper wires are specified in which the connection of Al and Cu is established by drawing via an intermediate layer of silver.
Die USA.-Patentschrift 25 69 149 beschreibt insbesondere für Kurbelwellen-Lagerschalen von Verbrennungsmaschinen vorgesehene Bimetallstrukturen, die aus einem wellenseitigen Nichteisenmetall wie Silber, Aluminium, Kupfer oder deren Legierungen und einem Trägerelement aus einer Aluminium-Kupfer-Legierung bestehen; die Verbindung erfolgt hierbei jedoch durch Guß, Walzen, Plattieren oder Laminieren und nicht durch Löten, auch ist keine Anwendbarkeit für elektrische Kontakte diskutiert.The USA patent specification 25 69 149 describes in particular for crankshaft bearing shells of internal combustion engines intended bimetal structures, which are made of a shaft-side non-ferrous metal such as silver, Aluminum, copper or their alloys and a carrier element made of an aluminum-copper alloy exist; the connection is made here however, by casting, rolling, plating or lamination and not by soldering, neither is applicable discussed for electrical contacts.
Aus der britischen Patentschrift 991 433 ist ein pulvermetallurgisch hergestellter Kontaktkörper mit einer Kontaktschicht aus Ag—Pb, Ag—Cu, Ag—Cd, Ag—Ni-Cd, Ag—CdO, Ag—Ni-CdO, Ag-SnO2, Ag—C oder einem bekannten Kontaktmaterial aus Metall-Metalloxid bekannt, der jedoch keine Oberflächenschicht aus Aluminium aufweist. Die Zwischenschicht kann aus Kupfer bestehen, während die dritte Schicht aus einer lötfähigen Silberlegierung zusammengesetzt ist. Woraus der Trägerkörper, der nur kurz auf S. 2, Z. 17 und auf S. 3, Z. 5 erwähnt ist, bestehen soll, ist nicht angegeben. Abgesehen von den zusammensetzungsmäßigen Unterschieden dieses Kontaktkörpers, bei dem es vor allem um die Bewältigung der Probleme bei der gegenseitigen Verbindung typischer Kontaktwerkstofflegierungen mit einer Unterlage und nicht um die Aufbringung einer nur Silber enthaltenden Kontaktschicht geht, die vielmehr auf S. 1, Z. 12 bis 14 und 21 bis 23 praktisch als problemlos hingestellt wird, unterscheidet sich dieser bekannte Kontaktkörper vom erfindungsgemäßen Kontaktstück wesentlich durch seine pulvermetallurgische Herstellung mit entsprechender Porenbildung, auf die auch noch besonders Wert gelegt wird. Zudem lassen sich pulvermetallurgische Kontaktstücke kaum mit größeren Abmessungen herstellen und zu Stücken gewünschter Abmessungen zerschneiden, wie es bei den erfindungsgemäßen aus Blechlagen gefertigten Kontaktstücken möglich ist.British patent specification 991 433 discloses a contact body produced by powder metallurgy with a contact layer of Ag — Pb, Ag — Cu, Ag — Cd, Ag — Ni — Cd, Ag — CdO, Ag — Ni — CdO, Ag — SnO 2 , Ag— C or a known contact material made of metal-metal oxide, which, however, does not have a surface layer made of aluminum. The intermediate layer can consist of copper, while the third layer is composed of a solderable silver alloy. What the carrier body, which is only mentioned briefly on page 2, line 17 and on page 3, line 5, is to consist of is not specified. Apart from the compositional differences of this contact body, which is mainly about overcoming the problems of the mutual connection of typical contact material alloys with a base and not about the application of a contact layer containing only silver, which is more on p. 1, lines 12 to 14 and 21 to 23 is presented as practically problem-free, this known contact body differs from the contact piece according to the invention essentially by its powder-metallurgical production with corresponding pore formation, which is also particularly important. In addition, powder metallurgical contact pieces can hardly be produced with larger dimensions and cut into pieces of the desired dimensions, as is possible with the contact pieces according to the invention made from sheet metal layers.
Die deutsche Patentschrift 9 02 661 beschreibt ferner die Herstellung von Kontaktbimetallen, bei denen ein Trägermetall wie Kupfer, Nickel oder Aluminium mit dem Kontaktmetall verbunden wird, wobei diese Verbindung jedoch nicht durch Löten, sondern durch Verschweißen erfolgt und zudem kein Dreischichtenaufbau Silber/Leitzwischenschicht/Lötschicht vorliegt.The German patent 9 02 661 also describes the production of contact bimetals in which a Carrier metal such as copper, nickel or aluminum is connected to the contact metal, this connection however, not by soldering, but by welding and, moreover, no three-layer structure Silver / intermediate conductive layer / solder layer is present.
In der USA.-Patentschrift 27 06 759 snid feuerfeste elektrische Kontakte angegeben, die durch Pressen undIn the USA patent specification 27 06 759 snid refractory electrical contacts specified, which are made by pressing and
Sintern eines pulverförmigen feuerfesten Materials wie Wolfram oder Molybdän, Aufbringen von Silber auf einer Seite und eines Stahl- oder Monelträgers auf der anderen Seite sowie anschließendes Erhitzen hergestellt werden, wobei das feuerfeste Material mit dem leitenden Material imprägniert wird und zugleich Verschweißung mit der Unterlage erfolgt.Sintering a powdery refractory material such as tungsten or molybdenum, applying silver to it one side and a steel or Monel beam on the other side and then heated the refractory material is impregnated with the conductive material and at the same time Welding to the base takes place.
Die USA.-Patentschrift 32 88 971 gibt ferner elektrische Kontaktstücke an, die auf Trägern hart aufgelötet werden können; die Kontaktstücke bestehen aus einer Schicht aus einer Legierungeines hochtemperaturfesten Materials wie Wolfram, Molybdän oder Cadmiumoxid mit Silber, einer einseitig darauf aufgebrachten zweiten Schicht aus einer weiteren Legierung eines hochtemperaturfesten Materials mit Silber sowie einer dritten, auf der anderen Seite der zweiten Schicht aufgebrachten Schicht aus reinem Silber.The USA. Patent 32 88 971 also specifies electrical contact pieces that are brazed onto carriers can be; the contact pieces consist of a layer of an alloy that is resistant to high temperatures Material such as tungsten, molybdenum or cadmium oxide with silver, one applied to one side second layer made of another alloy of a high temperature resistant material with silver as well a third layer of pure silver applied to the other side of the second layer.
Auch die USA.-Patentschrift 32 88 971 bezieht sich auf dreischichtig vorgeformte Kontaktkörper, bei denen die eigentliche Kontaktschicht eine möglichst gute Korrosionsbeständigkeit bei möglichst geringer Beeinträchtigung der Leitfähigkeit aufweisen soll, die Zwischenschicht eine möglichst gute Leitfähigkeit und die dritte Schicht möglichst gute Lötfähigkeit haben soll.The USA. Patent 32 88 971 relates to three-layer preformed contact bodies in which the actual contact layer has the best possible corrosion resistance with the least possible impairment the conductivity should have, the intermediate layer a conductivity as good as possible and the third layer should have the best possible solderability.
Die USA.-Patentschrift 3288971 geht dabei ebensowenig wie die eingangs genannte deutsche Auslegeschrift 11 17 791 auf die speziellen Probleme ein, die auftreten, wenn ein solcher Verbundkontaktkörper mit einem Träger aus Aluminium oder aus einer im wesentlichen aus Aluminium bestehenden Aluminiumlegierung verlötet werden soll.The USA. Patent 3288971 is just as inadequate like the German Auslegeschrift 11 17 791 mentioned at the beginning on the special problems that occur when such a composite contact body with a carrier made of aluminum or an im essential aluminum alloy consisting of aluminum is to be soldered.
Die leitende Oberflächenschicht des erfindungsgemäßen Kontaktstücks besteht aus Silber oder einer Silberlegierung mit kleinem Kontaktwiderstand und ausreichender Korrosionsbeständigkeit, da die Schicht im wesentlichen als elektrische Kontaktfläche dient und ständig der Atmosphäre ausgesetzt ist; die Dicke dieser Schicht liegt im Bereich von 3 bis 80 μπι.The conductive surface layer of the contact piece according to the invention consists of silver or a Silver alloy with small contact resistance and sufficient corrosion resistance, as the layer serves essentially as an electrical contact surface and is constantly exposed to the atmosphere; the fat this layer is in the range from 3 to 80 μm.
Die als Verstärkung vorgesehene leitende Zwischenschicht besteht aus einem gut leitenden Material wie Kupfer oder Aluminium oder aus einem anderen metallischen Material mit ähnlichen Eigenschaften; befriedigende Ergebnisse werden erzielt, we.nn ihre Dicke in der Größenordnung von 100 bis 300 μηι liegt, jedoch ist dieser Bereich nicht besonders festgelegt. Die Lötschicht wird vorgesehen, um den Verbundkontaktkörper mit dem leitenden Träger zu verbinden. Es ist daher erforderlich, daß sie eine Zusammensetzung aufweist, die mit den beiden Materialien, aus denen die leitende Zwischenschicht und der leitende Träger bestehen, nämlich den Kupfer- und Aluminiummaterialien, zumindest aber dem Trägermaterial verlötbar ist. Zusammensetzungen, die diesem Erfordernis genügen, umfassen Legierungen von 10% Zink/90% Zinn; 10% Zink/5% Cadmium/85% Zinn; 20% Zink/ 10% Cadmium/70% Zinn; 41% Zink/8% Blei/15% Cadmrum/36 % Zinn sowie 8 % Zink/5 % Aluminium/ 87% Zinn.The conductive intermediate layer provided as reinforcement consists of a highly conductive material such as Copper or aluminum or any other metallic material with similar properties; Satisfactory results are achieved if their thickness is in the order of 100 to 300 μm, however, this range is not particularly specified. The solder layer is provided around the composite contact body to connect to the conductive support. It is therefore required that they be a composition having the two materials that make up the conductive intermediate layer and the conductive There are carriers, namely the copper and aluminum materials, but at least the carrier material can be soldered is. Compositions that meet this requirement include 10% zinc / 90% alloys Tin; 10% zinc / 5% cadmium / 85% tin; 20% zinc / 10% cadmium / 70% tin; 41% zinc / 8% lead / 15% Cadmrum / 36% tin and 8% zinc / 5% aluminum / 87% tin.
Obwohl die Dicke der Lötschicht nicht besonders festgelegt werden muß, sei angegeben, daß eine Dicke in der Größenordnung von 30 bis 100 μπι ausreichend ist.Although the thickness of the solder layer need not be particularly specified, it should be noted that a thickness in the order of 30 to 100 μπι sufficient is.
Die Dicke des gesamten Verbundkontaktkörpers ist in Abhängigkeit von der Art der elektrischen Anschlußfläche, für die der Verbundkontaktkörper verwendet wird, wählbar. Beispielsweise kann ein 300 μπι dickes Verbundmaterial, das aus einer 10 μπι dicken Oberflächenleitschicht aus Silber, einer 250 μπι dicken leitfähigen Zwischenschicht aus Kupfer und einer 40 μπτ dicken Lötschicht aus 10% Zink/90% Zinn besteht, in geeigneter Weise als stationäres Kontaktstück für aus Aluminium bestehende Stromschienen, Stromleitungsschienen und Anschlußteile verwendet werden.The thickness of the entire composite contact body is dependent on the type of electrical connection surface, for which the composite contact body is used, selectable. For example, a 300 μm thick Composite material consisting of a 10 μm thick surface conductive layer made of silver, a 250 μm thick conductive intermediate layer made of copper and a 40 μm thick thick solder layer consists of 10% zinc / 90% tin, suitable as a stationary contact piece for Aluminum busbars, busbars and connection parts are used will.
Nach einem weiteren Beispiel kann ein 300 μπι dickes Verbundmaterial aus einer 40 μΐη dicken Silberschicht, einer 220 μπι dicken Kupferschicht und einerAccording to a further example, a 300 μπι thick composite material made of a 40 μm thick silver layer, a 220 μπι thick copper layer and one
ίο 40 μιη dicken Aluminiumlötschicht als gleitendes Kontaktstück für Stromkreisunterbrecher mit befriedigenden Ergebnissen verwendet werden.ίο 40 μm thick aluminum solder layer as a sliding contact piece used for circuit breakers with satisfactory results.
Der hier verwendete Begriff leitender Träger bedeutet ein Basiselement, das eine elektrische Kontaktfläche darstellt und allgemein aus einem leitfähigen Material wie Aluminium oder einer Legierung daraus besteht.As used herein, conductive support means a base element that has an electrical contact surface represents and generally made of a conductive material such as aluminum or an alloy thereof consists.
Bei der Herstellung der erfindungsgemäßen Kontaktstücke unter Verwendung einer Aluminiumplatte als leitendem Träger wird die Oxidschicht auf der Oberfläche des Trägers durch mechanische Mittel wie Bürsten oder durch Abwaschen mit chemischen Substanzen wie z. B. Trichloräthylen entfernt, wobei zugleich auch die Verbindungsfläche der Lötschicht des mit dem Träger zu verbindenden Verbundmaterials gereinigt wird, worauf beide gereinigten Oberflächen miteinander in Berührung gebracht und unter Druck erhitzt werden, wodurch die Lötschicht geschmolzen wird und sich mit der Oberfläche des Trägers verbindet und der Verbundkontaktkörper eine feste Einheit mit dem Träger bildet.When producing the contact pieces according to the invention using an aluminum plate as the conductive support, the oxide layer on the surface of the support is applied by mechanical means such as Brushing or washing with chemical substances such as B. Trichlorethylene removed, at the same time also the connection surface of the solder layer of the composite material to be connected to the carrier is cleaned, whereupon both cleaned surfaces are brought into contact with each other and under pressure are heated, whereby the solder layer is melted and bonded to the surface of the carrier and the composite contact body forms a solid unit with the carrier.
Die antikorrosive Lackschicht wird erfindungsgemäß vorgesehen, um eine mögliche Korrosion von Aluminium- oder Zinkmaterial, das sonst an den Kanten des Verbundkontaktkörpers der Atmosphäre ausgesetzt ist, in Folge der Kontaktpotentialdifferenz zu vermeiden, die möglicherweise durch eine Elektrolytsubstanz an der Grenze zwischen dem Verbundkontaktkörper und dem damit verbundenen Träger hervorgerufen wird. Daher muß der hierzu verwendete antikorrosive Lack lediglich wasserdicht sein, wobei es von geringer Bedeutung ist, ob der Lack isolierend oder elektrisch leitend ist, wenn etwa leitendes Metallpulver als Füllstoff verwendet ist.The anti-corrosive paint layer is provided according to the invention to prevent possible corrosion Aluminum or zinc material that otherwise adheres to the edges of the composite contact body of the atmosphere exposed, as a result of the contact potential difference, possibly caused by an electrolyte substance at the boundary between the composite contact body and the carrier connected to it is caused. Therefore, the anti-corrosive paint used for this purpose only has to be waterproof, whereby it is of little importance whether the paint is insulating or electrically conductive, for example conductive metal powder is used as a filler.
Für die antikorrosive Lackschicht stehen verschiedene wasserdichte Lacke oder fettähnliche antikorrosive Anstriche zur Verfügung; Epoxidharz-Lacke lassen sich beispielsweise mit befriedigenden Ergebnissen verwenden.Various waterproof paints or grease-like anti-corrosive paints are available for the anti-corrosive paint layer Paintings available; Epoxy resin paints, for example, can be used with satisfactory results use.
Wenn die Fläche des Kontaktstückes sehr groß ist, wird auch die Ausdehnung eines daran anzubringenden Verbundkontaktkörpers entsprechend groß. Ein großer Verbundkontaktkörper ist nicht nur schwierig herzustellen, sondern neigt auch dazu, sich stellenweise zu werfen, wenn er mit einem Träger verbunden wird; darüber hinaus ist es in wirtschaftlicher Hinsicht unvorteilhaft, daß die Verbindung dann eine entsprechend große Druck- und Erhitzungsvorrichtung erfordert. Solche Nachteile können jedoch durch die Verwendung mehrerer kleinerer Verbundkontaktkörper leicht vermieden werden.If the area of the contact piece is very large, the expansion of a to be attached to it will also be Composite contact body correspondingly large. A large composite contact body is not only difficult to manufacture, but also tends to throw in places when connected to a porter; In addition, it is disadvantageous from an economic point of view that the connection then a corresponding requires large pressure and heating equipment. However, such disadvantages can be caused by the use of several smaller composite contact bodies can easily be avoided.
Die Erfindung wird im folgenden an Hand der Zeichnung näher erläutert; es zeigt
Fig. 1 einen schematischen Schnitt durch ein herkömmliches elektrisches Kontaktstück auf einem Aluminiumträger;
The invention is explained in more detail below with reference to the drawing; it shows
1 shows a schematic section through a conventional electrical contact piece on an aluminum carrier;
Fig. 2 einen mikroskopischen Schnitt durch die Aluminiumplattenoberfläche;Fig. 2 is a microscopic section through the aluminum plate surface;
Fig. 3 einen schematischen Schnitt durch den zur Herstellung des erfindungsgemäßen Kontaktstücks verwendeten Verbundkontaktkörper;3 shows a schematic section through the for the production of the contact piece according to the invention composite contact body used;
Fig. 4 einen schematischen Schnitt durch ein Ausführungsbeispiel eines Zwischenstadiums des erfindungsgemäßen Kontaktstücks;4 shows a schematic section through an exemplary embodiment an intermediate stage of the contact piece according to the invention;
Fig. 5 einen vergrößerten Schnitt durch einen Teil von Fig. 4;FIG. 5 shows an enlarged section through part of FIG. 4;
Fig. 6 einen schematischen Schnitt durch ein Ausführungsbeispiel eines erfindungsgemäßen Kontaktstücks; 6 shows a schematic section through an exemplary embodiment of a contact piece according to the invention;
Fig. 7 eine Aufsicht auf ein anderes Ausführungsbeispiel eines erfindungsgemäßen Kontaktstücks sowie Fig. 7 is a plan view of another embodiment of a contact piece according to the invention and
Fig. 8 einen Schnitt durch das Kontaktstück nach Fig.7.8 shows a section through the contact piece according to FIG.
In Fig. 3 ist in vertikalem Schnitt ein Verbundkontaktkörper 30 gezeigt, der zur Bildung des erfindungsgemäßen Kontaktstücks verwendet werden soll. Wie ersichtlich besteht das Verbundmaterial aus einer 220 μιτι starken leitenden Zwischenschicht 31 aus Kupfer, einer 40 μηι starken leitenden Oberflächenschicht 32 aus Silber und einer 40 μΐη starken Lötschicht 33 aus Aluminium.In Fig. 3, a composite contact body 30 is shown in vertical section, which is used to form the inventive Contact piece is to be used. As can be seen, the composite material consists of a 220 μιτι strong conductive intermediate layer 31 made of copper, a 40 μm thick conductive surface layer 32 made of silver and a 40 μm thick solder layer 33 made of aluminium.
Fig. 4 stellt ein Kontaktstück 40 dar das aus einem Aluminiumträger 10 und dem VerbundkontaktkörperFIG. 4 shows a contact piece 40 that consists of an aluminum carrier 10 and the composite contact body
30 der in Fig. 3 gezeigten Struktur besteht, der mit der Oberfläche 11 des Trägers mit der Lötschicht verbunden ist.30 of the structure shown in Fig. 3, which is connected to the surface 11 of the carrier with the solder layer is.
Fig. 5 zeigt einen Teil des Kontaktstücks 40 nach Fig. 4 in vergrößertem Maßstab. Wie ersichtlich ist die Lötschicht 33 und damit die leitende ZwischenschichtFIG. 5 shows part of the contact piece 40 according to FIG. 4 on an enlarged scale. As can be seen the Solder layer 33 and thus the conductive intermediate layer
31 und die leitende Oberflächenschicht 32 in der erwähnten Reihenfolge mit der Oberfläche 11 des Aluminiumträger 10 fest verbunden. Die Oberfläche der Schicht 32 ist glatt und hart und hat folglich im Vergleich mit einer Silberplattierschicht weit überlegene Eigenschaften.31 and the conductive surface layer 32 in the order mentioned with the surface 11 of the aluminum carrier 10 firmly connected. The surface of the layer 32 is smooth and hard and consequently has a comparative effect with a silver plating layer, far superior properties.
Fig. 6 zeigt ein vollständiges Ausführungsbeispiel der Erfindung, bei dem der Verbundkontaktkörper 30, der in Fig. 3 dargestellt ist, mit der Oberfläche 11 des Aluminiumträger 10 mit der Lötschicht 33 verbunden ist, um das Kontaktstück 40 zu bilden, wobei die Kanten des Verbundkontaktkörpers 30 von einer wasserdichten, antikorrosiven Lackschicht 50 aus einem Epoxidharz umgeben sind. Das Material, aus dem die antikorrosive Lackschicht 50 besteht, ist dabei selbstverständlich so ausgewählt, daß es sowohl dem Träger 10 als auch dem Verbundkontaktkörper 30 gegenüber chemischänaktiv ist.Fig. 6 shows a complete embodiment of the invention, in which the composite contact body 30, which is shown in FIG. 3, connected to the surface 11 of the aluminum carrier 10 with the solder layer 33 is to form the contact piece 40, wherein the edges of the composite contact body 30 of a waterproof, anti-corrosive paint layer 50 are surrounded by an epoxy resin. The material from which the Anticorrosive lacquer layer 50 consists, of course, is selected so that it is both the carrier 10 as well as the composite contact body 30 is chemically active with respect to it.
Die Fig. 7 und 8 zeigen noch ein anderes Ausführungsbeispiel der Erfindung, in dem der Verbundkontaktkörper 30 in vier Teile unterteilt ist, da das Kontaktstück des Trägers 10 zu groß ist. Die vier Teilstücke des Verbundkontaktkörpers 30 sind auf der Oberfläche 11 des Trägers 10 im gleichen Abstandsverhältnis zu den Trennlinien 35 angeordnet und an ihren entsprechenden Lötschichten 33 einstückig mit der Oberfläche 11 verbunden. Die Kanten jedes Teilstücks des Verbundkontaktkörpers 30 sind von der leitenden antikorrosiven Lackschicht 50 umgeben. Figs. 7 and 8 show yet another embodiment of the invention, in which the composite contact body 30 is divided into four parts, since the Contact piece of the carrier 10 is too large. The four sections of the composite contact body 30 are on the Surface 11 of the carrier 10 arranged in the same spacing relationship to the dividing lines 35 and on their corresponding solder layers 33 integrally connected to the surface 11. The edges of each section of the composite contact body 30 are surrounded by the conductive anti-corrosive lacquer layer 50.
Die Lötschicht 33 in jedem der dargestellten Ausführungsbeispiele weist eine Solidus- und Liquidustemperatur im Bereich von 199 bis 2110C auf, wenn sie aus 90% Zinn und 10% Zink besteht.The solder layer 33 in each of the illustrated embodiments has a solidus and liquidus temperature in the range 199-211 0 C, if it consists of 90% tin and 10% zinc.
Eine befriedigende Verbindung zwischen der Lötschicht 33 des Verbundkontaktkörpers 30 und der Oberfläche 11 des Trägers 10 kann durch Zusammendrücken mit einem Druck im Bereich von 0,5 bis 3 MPa unter Erhitzen erzielt werden.A satisfactory connection between the solder layer 33 of the composite contact body 30 and the Surface 11 of carrier 10 can be compressed with a pressure in the range of 0.5 to 3 MPa can be achieved with heating.
Zusammenfassend gilt für die Schichten und ihren Einsatz folgendes:In summary, the following applies to the layers and their use:
1. Die leitende Schicht mit geringem Kontaktwiderstand und ausgezeichneten korrosionsbeständigen1. The conductive layer with low contact resistance and excellent corrosion resistance
ίο Eigenschaften ist zweckmäßig eine 3 bis 80 μΐη dicke Schicht aus Silber oder einer Legierung, die hauptsächlich aus Silber besteht.ίο properties is appropriate a 3 to 80 μm thick Layer of silver or an alloy composed mainly of silver.
2. Die Verstärkungszwischenschicht guter Leitfähigkeit ist zweckmäßig eine 100 bis 400 μπι dicke Schicht aus Kupfer, einer Kupferlegierung, Aluminium oder einer Aluminiumlegierung.2. The intermediate reinforcing layer of good conductivity is expediently a 100 to 400 μm thick layer made of copper, a copper alloy, aluminum or an aluminum alloy.
3. Die Lötschicht ist zweckmäßig eine 20 bis 150 μπι dicke Schicht aus einer Lötlegierung der Gruppe der SN-Zn-, Sn-Zn—Cd-, Zn—Sn-Cd—Pb- oder Sn—Zn—Al-Legierungen.3. The solder layer is expediently a 20 to 150 μm thick layer of a solder alloy from the group of SN-Zn-, Sn-Zn-Cd-, Zn-Sn-Cd-Pb- or Sn — Zn — Al alloys.
4. Diese drei Schichten werden zu einem festen Verbundkontaktkörper verarbeitet.4. These three layers become a solid composite contact body processed.
5. Dieser Verbundkontaktkörper wird durch dieLötschicht mit einem leitenden Trägermaterial aus AIuminium oder einer Aluminiumlegierung verbunden, wobei dieser Träger ein Anschlußteil oder ein Einsteckteil von flachen Stäben, U-Schienenstäben oder anderen stromleitenden Schienen sein kann.5. This composite contact body is made of aluminum through the soldering layer or an aluminum alloy, this carrier being a connector or a plug-in part can be of flat bars, U-rail bars or other conductive rails.
6. Die Lötschicht des Verbundwerkstoffes muß aus einem Material bestehen, das die Verbindung des Verbundkontaktkörpers mit dem Träger durch Druck und Erhitzen ermöglicht.6. The solder layer of the composite material must consist of a material that allows the connection of the Composite contact body with the carrier made possible by pressure and heating.
7. Zur Verbesserung der Korrosionsbeständigkeit werden die Kanten des Verbundkontaktkörpers mit einem leitenden oder isolierenden antikorrosiven Schutzlack umgeben.7. To improve the corrosion resistance, the edges of the composite contact body with surrounded by a conductive or insulating anti-corrosive protective lacquer.
Die Erfindung ist also auch insofern vorteilhaft, als der Verbundkontaktkörper im voraus hergestellt werden kann, indem die leitende Oberflächenschicht, die leitende Zwischenschicht und die Lötschicht fest miteinander verbunden werden, und darauf mit dem stromführenden Träger lediglich durch Aufpressen unter Erhitzen verbunden werden kann; auf diese Weise ist es möglich, elektrische Kontaktstücke billig herzustellen, die auf einfache Weise anzufertigen und leicht zu montieren sind und einen geringen elektrischen Widerstand an der Kontaktfläche aufweisen.The invention is also advantageous in that the composite contact bodies are manufactured in advance can by making the surface conductive layer, the intermediate conductive layer and the solder layer firmly together are connected, and then with the current-carrying carrier only by pressing can be connected with heating; in this way it is possible to find cheap electrical contact pieces manufacture that are simple to manufacture and assemble and have a low electrical output Have resistance at the contact surface.
Ein weiterer Vorteil der Erfindung besteht darin, daß die erfindungsgemäßen Kontaktstücke über lange Zei-Another advantage of the invention is that the contact pieces according to the invention over long time
ten verwendbar sind, ohne daß die Gefahr einer Änderung des Widerstands an der Kontaktfläche oder der Wärmeentwicklung bei Stromdurchgang auftritt, und daß während der Herstellung oder Verwendung der Anschlußfläche keine Wasserstoffgasbildung und kein Abblättern der Plattierschichten auftritt, wie dies bei herkömmlichen Plattierschichten der Fall ist.th can be used without the risk of a change in the resistance at the contact surface or the Heat generation occurs when current passes, and that during manufacture or use of the Pad no hydrogen gas formation and no peeling of the plating layers occurs, as in conventional clad layers is the case.
Ein weiterer Vorteil der Erfindung ist ferner, daß das erfindungsgemäße Kontaktstück an beliebiger Stelle hergestellt und z. B. zu Reparaturzwecken herangezogen werden kann, wobei defekte derartige Kontaktstücke ohne Rücktransport zum Hersteller leicht an Ort und Stelle repariert werden können, wozu einfach ein Verbundkontaktkörper entsprechender Größe sowie eine Heizvorrichtung erforderlich sind, woraus sich ein großer wirtschaftlicher Vorteil ergibt.Another advantage of the invention is that the contact piece according to the invention on any Established and z. B. can be used for repair purposes, with defective such contact pieces can easily be repaired on the spot without transporting them back to the manufacturer, which is easy a composite contact body of appropriate size and a heater are required, from which there is a great economic advantage.
Hierzu 1 Blatt Zeichnungen1 sheet of drawings
709618/35709618/35
Claims (3)
10% Zn, 5% Cd, 85% Sn oder
20% Zn, 10% Cd, 70% Sn oder
41 % Zn, 8% Pb, 15% Cd, 36% Sn oder
8% Zn, 5% Al, 87% Sn10% Zn, 90% Sn or
10% Zn, 5% Cd, 85% Sn or
20% Zn, 10% Cd, 70% Sn or
41% Zn, 8% Pb, 15% Cd, 36% Sn or
8% Zn, 5% Al, 87% Sn
10% Zn, 5% Cd, 85% Sn oder
20% Zn, 10% Cd, 70% Sn oder
41 % Zn, 8 % Pb, 15 % Cd, 36 % Sn oder
8% Zn, 5% Al, 87% Sn10% Zn, 90% Sn or
10% Zn, 5% Cd, 85% Sn or
20% Zn, 10% Cd, 70% Sn or
41% Zn, 8% Pb, 15% Cd, 36% Sn or
8% Zn, 5% Al, 87% Sn
Elektrische Kontaktflächen, die zur stationären oder gleitenden Kontaktgabe bestimmt sind, werden z. B. als Anschluß- oder Einsteckteile von flachen Stäben, U-Leiterschienen und Stromschienenleitern, Anschlüsse verschiedener Leiter, Anschlußteile von Stromkreis-Unterbrechern, Einsteckteile von Leiterschienen und Schaltteilen von Unterbrechern verwendet, die aus Kupfer, einer Kupferlegierung, Aluminium oder Aluminiumlegierungen hergestellt sind.
Solche elektrischen Kontaktflächen haben vorzugsweise einen sehr geringen Kontaktwiderstand; zugleich wird verlangt, daß sich ihr Widerstand während des Betriebs nicht erhöht und keine Wärme entwickelt wird. Es ist bekannt, eine Zinkschicht oder eine Silberplattierschicht auf der zuvor gereinigten Oberfläche eines Kupfer- oder Aluminiumträgers vorzusehen, oder die Oberfläche mit einer stromleitenden Verbindung zu überziehen oder auf der Oberfläche eine zusammengesetzte Materialschicht aus Kupfer und Aluminium, Kupfer und Silber oder Kupfer und Zink herzustellen, um den Berührungswiderstand einer elektrischen Kontaktfläche so klein wie möglich zu machen.The invention relates to a contact piece of the type specified in the preamble of claim 1. Such contact pieces are known in particular from German Auslegeschrift 11 17 791.
Electrical contact surfaces that are intended for stationary or sliding contact are z. B. used as connection or plug-in parts of flat bars, U-conductor rails and busbar conductors, connections of various conductors, connection parts of circuit breakers, plug-in parts of conductor rails and switching parts of circuit breakers made of copper, a copper alloy, aluminum or aluminum alloys.
Such electrical contact surfaces preferably have a very low contact resistance; at the same time it is required that their resistance does not increase during operation and that no heat is developed. It is known to provide a zinc layer or a silver plating layer on the previously cleaned surface of a copper or aluminum substrate, or to coat the surface with an electrically conductive compound or to produce a composite material layer of copper and aluminum, copper and silver or copper and zinc on the surface in order to make the contact resistance of an electrical contact surface as small as possible.
Applications Claiming Priority (2)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP8529266 | 1966-12-28 | ||
| DEH0064029 | 1967-09-28 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| DE1621258C3 true DE1621258C3 (en) | 1977-05-05 |
Family
ID=
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