DE20122391U1

DE20122391U1 - Lösbare elektrische Verbindung

Info

Publication number: DE20122391U1
Application number: DE20122391U
Authority: DE
Original assignee: Wieland Werke AG
Current assignee: Wieland Werke AG
Priority date: 2001-04-19
Filing date: 2001-04-19
Publication date: 2005-07-14
Anticipated expiration: 2011-04-20

Abstract

Lösbare elektrische Verbindung, insbesondere Steckverbinder, hergestellt aus einer sprühkompaktierten Kupfer-Nickel-Mangan-Legierung, wobei die Legierung aus 15 bis 25% Nickel; 15 bis 25% Mangan; 0,001 bis 1,0% eines spanbrechenden Zusatzes, Rest Kupfer und üblichen Verunreinigungen besteht.

Description

Die Erfindung betrifft eine lösbare elektrische Verbindung, insbesondere einen Steckverbinder, hergestellt aus einer sprühkompaktierten Kupfer-Nickel-Mangan-Legierung.
Es ist bekannt, die relativ teuren Kupfer-Beryllium-Legierungen durch preiswertere Kupfer-Nickel-Mangan-Legierungen zu ersetzen, beispielsweise im Bereich der elektrischen und elektronischen Bauteile.
Nachdem das Umweltbewusstsein in der Bevölkerung immer stärker wird, rücken Gesichtspunkte der Umweltverträglichkeit und Gesundheitsgefährdung zunehmend in das Zentrum des Interesses. Jegliche Kritikpunkte gilt es zu vermeiden.
Wegen möglicher gesundheitsgefährdender Wirkungen von Be-Stäuben und -Dämpfen, die bei unsachgemäßer Bearbeitung Be-haltiger Werkstoffe auftreten können, werden daher zunehmend Forderungen nach Be-freien Werkstoffen gestellt.
Aus der Druckschrift JP 03 099 750 A ist eine Kupfer-Nickel-Mangan-Gusslegierung bekannt, die bereits kein Beryllium mehr enthält. Als spanbrechenden Zusatz wird u. a. Blei vorgeschlagen. Diese Legierung erfüllt bereits gewisse Ansprüche bezüglich ihrer Härte und der Bearbeitbarkeit.
Der Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, lösbare elektrische Verbindungen aus einer (Be-freien) Cu-Ni-Mn-Legierung mit teilweise besseren Eigenschaften zur Verfügung zu stellen.
Die Aufgabe wird erfindungsgemäß durch eine lösbare elektrische Verbindung, hergestellt aus einer sprühkompaktierten Cu-Ni-Mn-Legierung gelöst, die aus 15 bis 25% Nickel; 15 bis 25% Mangan; 0,001 bis 1,0% eines spanbrechenden Zusatzes, Rest Kupfer und üblichen Verunreinigungen, besteht (die Prozentangabe bezieht sich dabei auf das Gewicht).
Als spanbrechende Zusätze kommen dabei vorzugsweise Blei, Kohlenstoff, insbesondere in Form von Grafit- oder Russpartikeln in Betracht.
Aus der JP-OS 62-202038 ist zwar eine Cu-Ni-Mn-Legierung mit 5 bis 35% Nickel; 5 bis 35% Mangan bekannt, die zusätzlich 0,01 bis 20% eines oder mehrerer Elemente enthält, die aus zwei Gruppen zahlreicher Elemente, darunter auch Blei, ausgewählt werden können. Demgegenüber liegt mit der beanspruchten Legierungszusammensetzung eine Auswahl vor; denn die beanspruchten Bereiche sind eng gegenüber der Fülle von Variationsmöglichkeiten nach dem Stand der Technik. Die beanspruchten Bereiche sind zudem weit entfernt von den Beispielen nach der Tabelle der JP-OS. Außerdem liegt eine gezielte Auswahl vor, da durch den spanbrechenden Zusatz zur Cu-Ni-Mn-Legierung überraschenderweise eine ausgezeichnete Kombination von Festigkeit und Zähigkeit der Legierung erzielt wird, wie weiter unten insbesondere anhand eines Ausführungsbeispiels näher erläutert wird.
Die Ansprüche 6 und 7 betreffen bevorzugte Legierungszusammensetzungen.
Eine besonders homogene und seigerungsarme Verteilung aller Legierungselemente liegt dann vor, wenn die erfindungsgemäße Legierung nach dem Sprühkompaktierverfahren hergestellt ist.
Der Urformprozess für den Kupferwerkstoff erfolgt durch Sprühkompaktieren (vgl. den sog. "OSPREY"-Prozess beispielsweise nach den Patentschriften GB 1379261, GB 1599392 oder EP 0225732 B1 . Als Vorform bieten sich Bolzen an, die durch typische Warmformverfahren (Pressen, Walzen, Schmieden) zu Halbzeugfabrikaten (Stangen, Rohren, Profilen, Buchsen) verarbeitet werden.
Die erfindungsgemäße Legierung lässt sich als Werkstoff zur Herstellung von lösbaren elektrischen Verbindungen, insbes. Steckverbindungen od. dgl. verwenden, da sie das geforderte Eigenschaftsprofil weitgehend erfüllt; denn Steckverbinder aus Kupferwerkstoffen müssen folgende Eigenschaften aufweisen:

1. Hohe mechanische Festigkeit: Steckverbinderwerkstoffe müssen allgemein eine hohe Festigkeit (hohe Streckgrenze und hohe Härte) aufweisen, da Steck- und Ziehoperationen zu keinen unzulässigen Verformungen des Steckers führen dürfen.
2. Gute Biegbarkeit: Die Fertigung komplexer Komponenten erfolgt heute größtenteils an vollautomatischen Mehrspindelautomaten oder Hydromaten. Die Teile werden derart gefertigt, dass, im Gegensatz zu Bändern, keine Biegeoperationen notwendig sind. Es bestehen daher keine Anforderungen an die Biegbarkeit des Werkstoffs.
3. Gute Federeigenschaften: Steckverbinder müssen im Einsatz eine einwandfreie Signalübertragung gewährleisten. Ein guter Kontakt, selbst nach wiederholten Steck- und Ziehoperationen, muss erhalten bleiben. Damit die federnde Wirkung auch nach wiederholten Steck- oder Ziehoperationen erhalten bleibt, muss der Werkstoff eine möglichst hohe Federbiegegrenze besitzen.
4. Spannungsrelaxation: Steckverbinder werden in unterschiedlichen Temperaturbereichen eingesetzt. Der Temperaturanstieg resultiert aus Umgebungswärmen (z. B. durch die Nähe zu Verbindungsmaschinen) und/oder die Eigenerwärmung bei Stromdurchgang aufgrund des inneren Widerstands. Hinsichtlich der Bedeutung der Spannungsrelaxation wird auf unsere DE-PS 196 00 864 verwiesen.
5. Korrosionsfestigkeit: Steckverbinder werden neben unterschiedlichen Temperaturbereichen auch den verschiedensten Atmosphären ausgesetzt. Die Korrosionsfestigkeit muss allgemein gegeben sein (z. B. Zusatz von Nickel).
6. Galvanisierbarkeit: Steckverbinder werden üblicherweise mit Gold, Silber, Nickel u.a. Werkstoffen beschichtet. Die aufgebrachte Schicht muss eine gute Haftung zum Untergrundmaterial aufweisen.
7. Permeabilität: Komponenten in der Hochfrequenztechnik dürfen keine magnetischen Eigenschaften aufweisen, da es sonst zu Signalverzerrungen (z. B. Intermodulationsverzerrungen) kommen kann. Viele Steckverbinder werden aus Messing gefertigt, das über eine Zwischenschicht aus Nickel (leicht ferromagnetisch) vergoldet ist. Die Beschichtung wird elektrolytisch aufgetragen. Die dabei entstehenden Nickelkristalle sind erfahrungsgemäß so klein, dass eine elektromagnetische Polarisierung nicht oder nur eingeschränkt möglich ist.

Die im Sprühkompaktierverfahren gefertigte Kupfer-Nickel-Mangan-Blei-Variante ist im Gusszustand sehr feinkörnig. Das Verfahren garantiert darüber hinaus eine homogene Nickelverteilung. Bei konventioneller Herstellung kommt es zur Ausbildung von Zonen, die mit Nickel angereichert sind. Diese Kornseigerungen lösen sich erfahrungsgemäß während der Weiterfertigung nicht ganz auf, so dass die HF-Tauglichkeit nicht oder nur eingeschränkt gegeben ist.
Diese bleihaltige Variante weist eine feine Bleiverteilung auf und lässt sich gut spanend bearbeiten.
Ausführungsbeispiel
In der folgenden Tabelle sind insbesondere die mechanischen Eigenschaften einer Legierung CuNi20Mn20Pb0,05 (sprühkompaktiert) und einer CuBe2-Legierung gegenübergestellt. Als Proben wurden Stangen, hergestellt durch Sprühkompaktieren, Strangpressen und Ziehen bis 50% Kaltverformung, angelassen verwendet. Die Vergleichsdaten zur CuBe2-Legierung entstammen der Literatur.
Es zeigt sich, dass mit der mittels Sprühkompaktieren hergestellten Legierung gegenüber den CuBe-Legierungen ein ausgezeichneter Kupferersatzwerkstoff zur Verfügung steht.

Claims

Lösbare elektrische Verbindung, insbesondere Steckverbinder, hergestellt aus einer sprühkompaktierten Kupfer-Nickel-Mangan-Legierung, wobei die Legierung aus 15 bis 25% Nickel; 15 bis 25% Mangan; 0,001 bis 1,0% eines spanbrechenden Zusatzes, Rest Kupfer und üblichen Verunreinigungen besteht.
Lösbare elektrische Verbindung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Legierung als spanbrechenden Zusatz Blei enthält.
Lösbare elektrische Verbindung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Legierung als spanbrechenden Zusatz Kohlenstoff enthält.
Lösbare elektrische Verbindung nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass die Legierung den Kohlenstoff in Form von Grafitpartikeln mit einer mittleren Korngrößenverteilung von 0,5 bis 1000 μm enthält.
Lösbare elektrische Verbindung nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass die Legierung den Kohlenstoff in Form von Russpartikeln mit einer mittleren Korngrößenverteilung von 0,01 bis 1500 μm enthält.
Lösbare elektrische Verbindung nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass die Legierung 17 bis 23% Nickel und 17 bis 23 Mangan enthält.
Lösbare elektrische Verbindung nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass die Legierung 19,5 bis 20,5% Nickel und 19,5 bis 20,5% Mangan enthält.
Lösbare elektrische Verbindung nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, dass eine homogene und seigerungsarme Verteilung aller Legierungselemente vorliegt.
Lösbare elektrische Verbindung nach Anspruch 8 dadurch gekennzeichnet, dass die Legierung bei einem Bleizusatz bis max. 1% eine feine Bleiverteilung aufweist.