DE19902836A1 - Verfahren zur Verbindung eines Kontaktkörpers und eines flexiblen Leiters sowie Preßform zur Durchführung des Verfahrens - Google Patents

Abstract

Eine zum Einsatz in einem Schaltgerät geeignete bewegbare Kontaktanordnung weist einen starren Kontaktkörper (2) und ein den Kontaktkörper (2) mit einem ortsfesten Leiter verbindendes flexibles Leiterstück (1) auf. Der Kontaktkörper (2) wird mit dem Leiterstück (1) durch mechanische Verdichtung eines Abschnittes (8) eines seil- oder litzenförmigen Halbzeuges verbunden, wobei das flexible Leiterstück (1) durch einen nicht verdichteten Teil des Halbzeuges gebildet ist. Durch den Preßvorgang kann auch zugleich der Kontaktkörper aus dem Halbzeug hergestellt werden. Das beschriebene Verfahren erlaubt eine kostengünstige Herstellung von Kontaktbaugruppen für Leistungsschalter bei gesteigerter mechanischer und elektrischer Güte.

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Verbindung eines starren Kontaktkörpers mit einem aus Teilleitern bestehenden flexiblen Lei­ terstück, wobei der Kontaktkörper und das flexible Leiterstück eine Baugruppe einer Strombahn eines Schaltgerätes bilden.

Baugruppen der genannten Art sind Bestandteil vieler elektrischer Schaltgeräte, insbesondere solcher, bei denen der starre Kontakt­ körper bewegbar angeordnet ist und durch einen Antriebsmechanismus zum Ein- und Ausschalten des Schaltgerätes betätigbar ist (EP 0 756 752 B1). Hierzu wirkt der mit einer Kontaktauflage verse­ hene starre Kontaktkörper mit einem relativ ortsfesten Gegenkontakt zusammen. Unter einer relativ ortsfesten Anordnung wird im vorlie­ genden Zusammenhang verstanden, daß ein hiermit bezeichnetes Bau­ teil Bestandteil eines Schaltgerätes ist, zu dem die bewegbare Kon­ taktanordnung gehört.

Die bisher bekannten Verfahren der eingangs genannten Art gehen da­ von aus, daß ein starrer Kontaktkörper aus einem massiven Material hergestellt wird, beispielsweise durch Ausstanzen aus Kupferblech, und daß mit diesem Kontaktkörper ein Abschnitt des seil- oder lit­ zenförmigen Halbzeuges durch Schweißen oder Löten fest verbunden wird. Da für eine ausreichende Lebensdauer der Schaltgeräte die Gü­ te der Verbindung zwischen dem flexiblen Leiterstück und dem star­ ren Kontaktkörper ausschlaggebend ist, kommen nur solche Verfahren für die Verbindung der genannten Teile in Betracht, die eine glei­ chermaßen mechanisch dauerhafte wie elektrisch hochwertige Verbin­ dung ergeben. Eine Kontaktanordnung und ein Verfahren zur Verbin­ dung eines Kontaktkörpers mit einem biegsamen Leiter sind bei­ spielsweise in der EP 0 467 798 A1 oder der DE 44 16 104 A1 be­ schrieben.

Zu den hier betrachteten Schaltgeräten gehören mehrpolige Nieder­ spannungs-Leistungsschalter mit einem Nennstrom bis zu mehreren 1000 A, die je Pol mehrere bzw. eine Vielzahl von Kontaktkörpern aufweisen. Bei solchen Leistungsschaltern stellen die Kosten für die Verbindung der Kontaktkörper mit den flexiblen Leitern einen nicht unbeträchtlichen Teil der gesamten Herstellungskosten dar. Der Erfindung liegt hiervon ausgehend die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren der eingangs genannten Art zu schaffen, das eine Herstel­ lung der genannten Baugruppen mit vergleichsweise geringen Kosten ermöglicht.

Diese Aufgabe wird gemäß der Erfindung dadurch gelöst, daß der starre Kontaktkörper und das flexible Leiterstück durch mechanische Verdichtung mittels einer Preßkraft miteinander verbunden werden.

Bei dem Verfahren nach der Erfindung wird weder ein Lotwerkstoff zugeführt noch eine hohe Temperatur angewendet. Damit werden die bisher häufig aufgetretenen Schwierigkeiten, wie Bruch des flexi­ blen Leiterstücks an der Verbindungsstelle mit dem starren Kontakt­ körper oder ein erhöhter Übergangswiderstand, grundsätzlich vermie­ den.

Im Rahmen der Erfindung kann eine erste Teillänge eines Abschnittes eines zur Herstellung des flexiblen Leiterstückes verwendeten Halb­ zeuges mit einer für die Verbindung vorgesehenen Anlagefläche des Kontaktkörpers in Berührung gebracht und die genannte Teillänge durch eine gegen die Anlagefläche wirkende Preßkraft mechanisch verdichtet werden.

Nach einer anderen Ausführungsform der Erfindung kann der starre Kontaktkörper durch mechanische Verdichtung einer ersten Teillänge eines Abschnittes eines zur Herstellung des flexiblen Leiterstückes verwendeten Halbzeuges hergestellt werden, während das flexible Leiterstück durch eine von der Verdichtung ausgenommene zweite Teillänge des Abschnittes des genannten Halbzeuges gebildet wird. Der Vorteil dieses Verfahrens liegt darin, daß zur Herstellung der aus Kontaktkörper und flexiblem Leiter bestehenden Baugruppe aus­ schließlich das Halbzeug benötigt wird, das für die Herstellung der flexiblen Leiterstücke eingesetzt wird.

Durch eine weitere vorteilhafte Ausgestaltung der vorstehenden Ver­ fahren läßt sich erreichen, daß die Integration der hier betrachte­ ten Baugruppen in ein Schaltgerät erleichtert wird. Hierzu wird durch mechanische Verdichtung einer dritten Teillänge des Abschnit­ tes des Halbzeuges ein zur Verbindung mit einem relativ ortsfesten Leiter des Schaltgerätes dienendes Anschlußstück gebildet.

Das Verfahren, bei dem von der Verwendung eines fertigen Kontakt­ körpers ausgegangen wird, kann nach einer Weiterbildung der Erfin­ dung unter Verwendung einer Preßform mit einer Kammer zur Aufnahme eines Endteiles des Kontaktkörpers und der ersten Teillänge des Halbzeuges sowie mit einer Eintrittsöffnung für die erste Teillänge durchgeführt werden, wobei die Preßkraft mittels eines zugehörigen Preßstempels ausgeübt wird.

Ist demgegenüber vorgesehen, den Kontaktkörper in der erwähnten Weise aus dem Halbzeug für flexible Leiterstücke herzustellen, so kann das Verfahren vorteilhaft unter Verwendung einer Preßform mit einer dem Kontaktkörper entsprechenden Kammer und einer Eintritts­ öffnung für die erste Teillänge des Abschnittes des Halbzeuges durchgeführt werden.

Beide vorgenannten Arten des Verfahrens können auch zur Herstellung einer Kontaktanordnung mit zwei oder mehr flexiblen Leiterstücken je Kontaktkörper eingesetzt werden. Hierzu kann eine Preßform mit einer dem gesamten Querschnitt der Leiterstücke entsprechend bemes­ senen Eintrittsöffnung benutzt werden.

Es wurde bereits erwähnt, daß die starren Kontaktkörper mit einer der jeweils vorliegenden Schaltaufgabe entsprechend bemessenen Kon­ taktauflage versehen werden. Eine solche Kontaktauflage kann nach einer weiteren Ausgestaltung des beschriebenen Verfahrens bei der Verdichtung des Halbzeuges wenigstens teilweise in das Halbzeug eingebettet werden. Um diese Einbettung zu erleichtern, kann die Kontaktauflage mit wenigstens einem zur Einbettung in das Halbzeug bestimmten Fortsatz versehen sein.

Sofern das im Rahmen der Erfindung eingesetzte Halbzeug, z. B. fein­ drähtige Kupferlitze, eine für elektrotechnische Zwecke übliche saubere und gleichmäßige Qualität aufweist, wird es bei der Anwen­ dung eines angemessenen Preßdruckes möglich sein, Preßkörper mit einer Dichte herzustellen, die herkömmlichem massivem Material nicht nachstehen. Es kann aber nicht ausgeschlossen werden, daß das verwendete Halbzeug bei der Lagerung oder bereits bei der Herstel­ lung örtlich verunreinigt und/oder partiell oxidiert ist. Wird sol­ ches Material im Rahmen einer automatisierten Fertigung verarbei­ tet, so können vom vorgegebenen Qualitätsstandard abweichende Teile anfallen, ohne daß dies äußerlich erkennbar ist. Die Ursache können z. B. Einschlüsse und ungenügende Bindung sein. Nach einer Ausge­ staltung der beschriebenen Verfahren können Qualitätsabweichungen der beschriebenen Art dadurch vermieden werden, daß die mechanische Verdichtung in der Gegenwart eines Flußmittels durchgeführt wird. Als weiterer Vorteil wird erreicht, daß eine geringerer Preßdruck ausreicht und dadurch Material und Preßform weniger stark bean­ sprucht werden.

Die Erfindung wird im folgenden anhand der in den Figuren darge­ stellten Ausführungsbeispiele näher erläutert.

Die Fig. 1 veranschaulicht anhand einer Preßform ein Verfahren zur Verbindung starrer Kontaktkörper mit flexiblen Leiterstücken.

In der Fig. 2 ist anhand einer anderen Preßform ein Verfahren ver­ anschaulicht, bei dem starre Kontaktkörper aus einem für flexible Leiterstücke verwendeten Halbzeug hergestellt werden.

Die Fig. 3 zeigt die Preßform nach Fig. 2 in der Draufsicht nach Fertigstellung des Kontaktkörpers und nach Entfernung des Preßstem­ pels.

In der Fig. 4 ist die Umformung von Endteilen flexibler Leiter zu einem massiven Anschlußstück mittels einer anderen Preßform veran­ schaulicht.

Die Fig. 5 zeigt die Preßform entsprechend der Fig. 4 in der Draufsicht, wobei angenommen ist, daß die flexiblen Leiter mehrerer paralleler Kontaktkörper zu einem gemeinsamen Anschlußstück umge­ formt werden.

Das in der Fig. 1 veranschaulichte Verfahren dient zur Anbringung flexibler Leiterstücke 1 an einem starren Kontaktkörper 2 aus Kup­ fer, der in dem gezeigten Beispiel den bewegbaren Kontaktbolzen ei­ ner Vakuumschaltröhre 3 bildet. Das Verfahren wird mittels einer Preßform 4 durchgeführt zu der ein zentraler Fülldorn 5 gehört, der, sich an den Kontaktkörper 2 anschließt und dessen Profil fort­ setzt.

In dem Beispiel gemäß der Fig. 1 sind drei flexible Leiterstücke 1 vorgesehenen, an deren Gesamtquerschnitt die Eintrittsöffnung 6 der Preßform 4 angepaßt ist. In bekannter Weise können je nach dem Querschnitt des Kontaktkörpers 2 und des Halbzeuges mehr oder weni­ ger Leiterstücke 1 vorgesehen sein. Die flexiblen Leiterstücke 1 werden vorzugsweise aus einem litzenförmigen oder seilförmigen Halbzeug aus Kupfer hergestellt, von dem zunächst Abschnitte 8 ei­ ner geeigneten Länge abgeteilt werden. Erste Teillängen 9 der Ab­ schnitte 8 werden durch die erwähnte Eintrittsöffnung 6 in die Kam­ mer 5 der Preßform 4 eingebracht. Mit Rücksicht auf die vorgesehene mechanische Verdichtung werden die Teillängen 9 so bemessen, daß sie zweilagig um den Kontaktkörper 2 herumgelegt werden können. Da in dem vorliegenden Beispiel drei flexible Leiterstücke 1 für die Führung des Stromes zu dem Kontaktkörper 2 als angemessen angesehen werden, befinden sich in der Kammer 5 der Preßform 4 zunächst sechs Lagen des Halbzeuges, wie dies in der Fig. 1 links einer strich­ punktierten Linie 10 dargestellt ist. Die Teillängen 9 des erwähn­ ten Halbzeuges stehen nun in Berührung mit einer zylindrischen An­ lagefläche 11 am Umfang des Kontaktkörpers 2, die in geeigneter Weise aufgerauht oder profiliert gestaltet sein kann, wie dies in der Fig. 1 durch eine kreuzgerändelte Fläche oder eine mit paral­ lelen Rillen versehene Fläche angedeutet ist.

In die Preßform 5 wird nun ein rohrförmiger Preßstempel 12 einge­ führt und in Richtung eines Pfeiles 13 mit einer Preßkraft beauf­ schlagt. Die Preßkraft wird so gewählt, daß das Material des seil- oder litzenförmigen Halbzeuges bis zur Fließgrenze beansprucht wird und dadurch in innige Berührung mit der Anlagefläche 11 des Kon­ taktkörpers 12 gelangt. Durch die hohe Preßkraft kommt es zu einer flächenhaften Verbindung zwischen Material des Halbzeuges der Ab­ schnitte 9 und dem Kontaktkörper 2. Im Verlauf des Preßvorganges wird das Material der Abschnitte 9 auf das rechts der strichpunk­ tierten Linie 10 gezeigte Maß verdichtet. Die insgesamt sechs Lagen des der Teillängen 9 nehmen nunmehr eine etwas geringere Höhe ein, als sie der Kontaktkörper 2 aufweist. Nach der Trennung der Vakuum­ schaltröhre 3 von der Preßform 4, die durch eine Teilung der Preß­ form erleichtert werden kann, bildet eine zweite Teillänge 14 der Abschnitte 8 die flexiblen Leiterstücke 1.

Das in der Fig. 1 veranschaulichte Verfahren ist in sinngemäß der gleichen Weise auch für anders gestaltete Kontaktkörper einsetzbar. Insbesondere können nach diesem Verfahren auch starre Kontaktkörper in der Gestalt von Kontakthebeln für in Luft schaltende Niederspan­ nungs-Leistungsschalter mit flexiblen Leiterstücken verstehen wer­ den. Mit Rücksicht darauf, daß die genannten Kontakthebel eine re­ lativ geringe Höhe aufweisen, empfiehlt sich dabei jedoch eine in der Ebene des Kontakthebels liegende Anordnung der Teillängen des Halbzeuges, wenn mehr als ein flexibles Leiterstück pro Kontakthe­ bel vorgesehen ist.

Bei dem in den Fig. 2 und 3 veranschaulichten Verfahren entsteht die Verbindung zwischen biegsamen Leiterstücken 1 und einem starren Kontaktkörper dadurch, daß beide Teile gemeinsam hergestellt wer­ den. Hierzu ist eine Preßform 15 mit einer Kammer 16 und einer in die Kammer führenden Eintrittsöffnung 17 vorgesehen. In die Kammer 16 wird eine derart bemessene Teillänge 19 eines Abschnittes 18 ei­ nes Halbzeuges der beschriebenen Art eingebracht, daß ihre Masse dem herzustellenden Kontaktkörper entspricht. Da der Kontaktkörper eine zur schwenkbaren Lagerung geeignete Durchgangsöffnung erhalten soll, ist die Preßform mit einem Dorn 20 versehen. Ein Preßstempel 21 besitzt eine dem Dorn 20 entsprechende Ausnehmung 22.

Die Fig. 2 ist durch eine strichpunktierte Linie 23 in einen lin­ ken und einen rechten Teil gegliedert, wobei der linke Teil den Zu­ stand vor der Einwirkung einer Preßkraft entsprechend einem Pfeil 24 und der rechte Teil den Zustand nach Beendigung des Preßvorgan­ ges zeigt. Die Fig. 3 knüpft an den Zustand gemäß dem rechten Teil der Fig. 2 an und zeigt die Preßform 15 in der Draufsicht mit ent­ ferntem Preßstempel 21 und einem fertiggestelltem Kontaktkörper 25. Dieser ist als Kontakthebel eines in Luft schaltenden Niederspan­ nungs-Leistungsschalters ausgebildet und besitzt eine mittels des Dornes 22 (Fig. 2) hergestellte Lageröffnung 26. Durch den bis zur Fließgrenze des Materials des Halbzeuges reichenden Preßdruck weist der Kontaktkörper 25 eine gleichförmige feste Beschaffenheit auf, wie sie auch ein beispielsweise aus blechförmigem Werkstoff ge­ stanzter Kontaktkörper hat.

Verbleibende zweite Teillängen 27 des Abschnittes 18 bilden die flexiblen Leiterstücke 1, durch welche der in einem Schaltgerät schwenkbar gelagerte Kontaktkörper 25 mit einem ortsfesten Leiter verbunden werden kann. Durch die einstückige Herstellung des Kon­ taktkörpers 25 und der flexiblen Leiterstücke 1 ohne Anwendung von Wärme bleibt die Flexibilität des benutzten Halbzeuges voll erhal­ ten.

Der anhand der Fig. 2 erläuterte Preßvorgang wird zugleich dazu benutzt, eine Kontaktauflage 30 mit dem Kontaktkörper 25 zu verbin­ den. Hierzu besitzt die Kontktauflage 30 an ihrer Rückseite einen profilierten Fortsatz 31 zur Verankerung in dem Material des Halb­ zeuges der Teillängen 19.

Um die Verbindung der flexiblen Leiterstücke mit einem ortsfesten Leiter zu erleichtern, können die Abschnitte 18 des Halbzeuges so bemessen werden, daß eine dritte Teillänge 32 verbleibt, die in ei­ ner weiteren Preßform 33 gemäß der Fig. 4 zu einem Anschlußstück 34 umgeformt werden. Hierzu wird ein Preßstempel 35 in der schon beschriebenen Weise in der Richtung eines Pfeiles 36 mit einer Preßkraft beaufschlagt. Es empfiehlt sich, durch eine doppellagige Anordnung der Teillängen in der Preßform dafür zu sorgen, daß die Dicke des Anschlußstückes 34 etwa der Dicke der nicht verdichteten Leiterstücke 1 entspricht.

Wie schon erwähnt, können in jedem Pol eines mehrpoligen Schaltge­ rätes mehrere gleiche Kontaktkörper mit anhängenden flexiblen Lei­ terstücken vorhanden sein. Zur Erleichterung der Fertigung der Schaltgeräte kann dadurch beigetragen werden, daß die flexiblen Leiter der zusammengehörenden Kontaktkörper mittels einer entspre­ chend bemessenen Preßform 37 zu einem einzigen Anschlußstück 38 zu­ sammengefügt werden, wie dies in der Fig. 5 gezeigt ist.

Einleitend wurde erwähnt, daß beim Einsatz von Halbzeugen einer für elektrotechnische Zwecke üblichen Qualität in der Regel problemlos gute Arbeitsergebnisse erzielt werden. Jedoch können unvermeidliche Qualitätsabweichungen des Halbzeuges überwunden werden und/oder ein geringerer Preßdruck zur Anwendung kommen, wenn die mechanische Verdichtung des Halbzeuges in der Preßform in Gegenwart eines Fluß­ mittels durchgeführt wird. Für den vorliegenden Zweck sind insbe­ sondere die zum Löten bzw. Hartlöten von Kupfer bekannten Flußmit­ tel geeignet. Solche Flußmittel haben die Eigenschaft, Oxidschich­ ten zu lösen, wodurch die zu verbindenden Metallteile in innigen Kontakt gelangen können. Zur Anwendung im Rahmen der Erfindung kann das zu verarbeitende Halbzeug bereits vor dem Einbringen in die Preßform mit dem betreffenden Flußmittel behandelt werden. Eine ge­ ringerer Verbrauch an Flußmittel kann aber dadurch erreicht werden, daß eine passend gewählte Dosis des Flußmittels zusammen mit dem zu verdichtenden Halbzeug in die jeweils zur Anwendung gelangende Preßform 4, 15, 33 oder 37 eingebracht wird.

Beim Pressen durchdringt das Flußmittel zunächst alle Hohlräume zwischen den feinen Drähten des Halbzeuges und wird bei ansteigen­ dem Druck intensiv mit dem Material des Halbzeuges in Berührung ge­ bracht. Ist die Umwandlung zu einem festen Körper vollzogen, so wird überschüssiges Flußmittel außen abgeschieden und kann daher, z. B. im Wasserbad, entfernt werden.

Claims (10)

1. Verfahren zur Verbindung eines starren Kontaktkörpers (2, 25) mit einem aus Teilleitern bestehenden flexiblen Leiterstück (1), wobei der Kontaktkörper (2, 25) und das flexible Leiterstück (1) eine Baugruppe einer Strombahn eines Schaltgerätes bilden, dadurch gekennzeichnet, daß der starre Kontaktkörper (2, 25) und das flexible Leiterstück (1) durch mechanische Verdichtung mittels einer Preßkraft (13, 24) mit­ einander verbunden werden.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß eine erste Teillänge (9) eines Abschnittes (8, 19) eines zur Her­ stellung des flexiblen Leiterstückes (1) verwendeten Halbzeuges mit einer für die Verbindung vorgesehenen Anlagefläche (11) des Kon­ taktkörpers (2) in Berührung gebracht und die genannte Teillänge (9) durch eine gegen die Anlagefläche (11) wirkende Preßkraft (13) mechanisch verdichtet wird.

3. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der starre Kontaktkörper (25) durch mechanische Verdichtung einer ersten Teillänge (19) eines Abschnittes (18) eines zur Herstellung des flexiblen Leiterstückes (1) verwendeten Halbzeuges hergestellt wird und das flexible Leiterstück (1) durch eine von der Verdich­ tung ausgenommene zweite Teillänge (27) des Abschnittes (18) des genannten Halbzeuges gebildet wird.

4. Verfahren nach Anspruch 2 oder 3, dadurch gekennzeichnet, daß durch mechanische Verdichtung einer dritten Teillänge (32) des Ab­ schnittes (18) des Halbzeuges ein zur Verbindung mit einem relativ ortsfesten Leiter des Schaltgerätes dienendes Anschlußstück (32) gebildet wird.

5. Verfahren nach Anspruch 2, gekennzeichnet durch die Verwendung einer Preßform (4) mit einer Kammer (5) zur Aufnahme eines Endteiles des Kontaktkörpers (2) und der ersten Teillänge (9) des Halbzeuges sowie mit einer Eintrittsöffnung (6) für die Teillänge (8), wobei die Preßkraft (13) mittels eines zugehörigen Preßstempels (12) ausgeübt wird.

6. Verfahren nach Anspruch 3, gekennzeichnet durch die Verwendung einer Preßform (15) mit einer dem Kontaktkörper (25) entsprechenden Kammer und mit einer Eintrittsöffnung (17) für die erste Teillänge (19) des Abschnittes (18) des Halbzeuges.

7. Preßform für das Verfahren nach Anspruch 5 oder 6, dadurch gekennzeichnet, daß zur Herstellung einer Kontaktanordnung mit zwei oder mehr flexiblen Leiterstücken (1) je Kontaktkörper (2) eine dem gesamten Quer­ schnitt der Leiterstücke entsprechend bemessene Eintrittsöffnung (14) vorgesehen ist.

8. Verfahren nach einem der Ansprüche 3, S und 6, dadurch gekennzeichnet, daß zur Ausrüstung des Kontaktkörpers (25) mit einer Kontaktauflage (30) diese bei der Verdichtung des Halbzeuges mittels Preßform (15) und Preßstempel (21) wenigstens teilweise in das Material des Halb­ zeuges eingebettet wird.

9. Verfahren nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, daß eine Kontaktauflage (30) mit wenigstens einem zur Einbettung in das Halbzeug bestimmten Fortsatz (31) verwendet wird.

10. Verfahren nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die mechanische Verdichtung in der Gegenwart eines Flußmittels durchgeführt wird.