DE2250810B2

DE2250810B2 - Kontaktstueck, insbesondere kontaktniet, und herstellungsverfahren hierzu

Info

Publication number: DE2250810B2
Application number: DE19722250810
Authority: DE
Inventors: Friedrich; Stocket Dieter Dipl.-Ing. Dr.; 7530 Pforzheim Schneider
Original assignee: Fa. G. Rau, 7530 Pforzheim
Priority date: 1972-10-17
Filing date: 1972-10-17
Publication date: 1976-04-08
Also published as: IT996293B; CH564838A5; FR2203151B1; DE2250810A1; FR2203151A1; GB1444776A

Description

Die Erfindung betrifft ein Kontaktstück, insbesondere einen Kontaktniet, bei demzumindest die Kontaktauflage aus Faserverbundwerkstoff aus einem homogenen Matrixmaterial mit einer darin eingelagerten Vielzahl von gleichgerichteten Fasern besteht.

Die Verwendung von Faserverbundwerkstoffen im Bereich der Kontaktauflage ist in verschiedenen Werkstoffkombinationen bereits bekannt. So wird beispielsweise in der US-PS 35 ! 1 953 ein Kontaktniet beschrieben, bei dem in Forcn einer Dispersion ein faserförmiger'Rheniumanteil in eine Silbermatrix eingelagert ist. Dabei fehlt jedoch eine Vorzugsrichtung der Fasern. In der DT-OS 20 57 618 ist ein Metall-Kohlenstoff-Verbundwerkstoff für Kontaktzwecke angegeben, der schmelzmetallurgisch durch Eintragen von Faserstükken in die Schmelze erzeugt werden soll. Ein solcher Kontaktwerkstoff besitzt für die spanlose Formung von Kontaktstücken keine ausreichende Duktilität und zeigt keine optimalen Kontakteigenschaften.

Aus der DT-OS 19 48 345 ist ein elektrischer Kontaktwerkstoff bekannt, welcher im Kontaktbereich eine Vielzahl paralleler Drähte aus einem feuerfesten Hartmetall aufweist, wobei die Zwischenräume zwischen diesen Drähten mit einem weichen Metall von guter Leitfähigkeit ausgefüllt sind. Es handelt sich nicht um einen Faserverbundwerkstoff, sondern um ein Drahtgerüsf, welches in dem geschmolzenen und erstarrten, weichen Metall formstarr fixiert wird.

Zum Stande der Technik gehört ferner eine Kontaktauflage gemäß der DT-PS 9 20 379, bei der dünne Drähte aus gut leitendem Werkstoff mit Mänteln aus erheblich schlechter leitendem, gegebenenfalls magnetischem Werkstoff überzogen und dann von einem verhältnismäßt starken Metallmantel umhüllt zu einem festen Strang zusammengepreßt werden. Hierbei tritt ebenfalls keine metallurgische Bindung zwischen den dünnen Drähten und dem umgebenen Material ein, so daß die als Kontaktauflage zu verwendenden abgeschnittenen Scheiben dieses Werkstoffes nur ein fixiertes Drahtgerüst enthalten.

Die DT-AS 10 22 713 beschreibt einen Kontaktkörper mit zwei Metallkomponenten, von denen mindestens eine Komponente in der anderen Komponente in festem und/oder flüssigem Zustand unlösbar ist. Das zunächst sintermetallurgisch hergestellte Ausgangsmaterial wird dabei anschließend durch Walzen oder Pressen verformt. Es ensteht ein Verbundwerkstoff, bei dem die eingebetteten Teilchen unter dem Einfluß der Walzverformung eine Gefügeausrichtung und -verformung erhalten. Ein Faserverbundwerkstoff liegt dabei jedoch nicht vor.

Lediglich als Verbundwerkstoff ist auch das in der DT-OS 16 40 007 beschriebene Kontaktstück für elektrische Niederspannungs-Wechselstromschalter zu beurteilen. Dort wird durch ein eingebettetes Drahtgerüst aus gut leitendem Werkstoff eine Vielzahl einzelner Strompfade gebildet, ohne daß jedoch ein Faserverbundwerkstoff vorliegt.

Die DT-OS 17 58 006 beschreibt einen heterogenen Verbundwerkstoff mit einem durch Pressen und Sintern erzeugten Metallgerüst, welches mit einem weiteren Metall imprägniert ist. Dabei handelt es sich ebenfalls nicht um einen Faserverbundwerkstoff unter gemeinsamer Verformung der Komponenten.

Schließlich gehört durch die US-PS 32 54 189 auch ein Kontaktstück der eingangs genannten Art aus einem solchen Kontaktwerkstoff zum Stande der Technik, bei dem in ein gut leitendes Matrixmaterial Fasern aus einem hochschmelzenden Werkstoff in Parallelausrichtung eingelagert sind. Dieser vorbekannte Kontaktwerkstoff wird schmelzmetallurgisch durch Einbettung eines Drahtgerüstes in das Matrixmaterial erzeugt. Ein solcher Kontaktwerkstoff erfordert demnach ein auf-

wendiges thermisches Herstellungsverfahren, gegebenenfalls in Schutzgasatmosphäre.

Die Erfindung geht von der Aufgabenstellung aus, ein Kontaktstück der vorgenannten Art insbesondere einen Kontaktniet zu schaffen, welches im Bereich der Kontaktauflage aus Faserverbundwerkstoff aus einem homogenen Matrixmaterial mit einer darin eingelagerten Vielzahl von gleichgerichteten Fasern besteht. Dabei soll das Kontaktstück einerseits automatisch, und zwar abfallos aus Drahtvormaterial bzw. aus Butzen herstellbar sein und andererseits besonders günstige mechanische und elektrische Kontakteigenschaften aufeisen. Zur Lösung dieser Aufgabenstellung ist gemäß der Erfindung vorgesehen, daß der Durchmesser der Fasern unterhalb von 20 μΐη liegt und daß der is Faserverbundwerkstoff selbst durch spanlose Verformung, nämlich durch Ziehvorgänge, hergestellt ist und zur Formgebung der Kontaktauflage bzw. des Kontaktstückes ebenfalls spanlos verformt ist. Derartige Faserverbundwerkstoffe in Drahtform lassen sich zweckmäßig dadurch herstellen, daß mit dem Matrixmaterial ummantelte Drähte, deren Kern aus dem Faserwerkstoff besteht, gegebenenfalls in einer Hülse aus Matrixmaterial zusammengefaßt und durch Ziehvorgänge zur Bildung einer gemeinsamen homogenen Matrix mit eingelagerten dünnsten Fasern spanlos verformf werden.

Ein solches Kontaktstück zeigt günstigere Eigenschaften als eine Kontaktauflage, die zuletzt in spanender Bearbeitung durch Fräsen, Sägen od. dgl. hergestellt wurde. Der ausschließlich spanlos geformte Faserverbundwerkstoff ist hinsichtlich der angestrebten Eigenschaften einem pulvermetallurgisch hergestellten Material gleicher Volumenanteile (Edelmetall/Nichtedelmetall) nicht nur gleichwertig, sondern trotz des einfacheren Herstellungsvorgangs sogar deutlich überlegen. Wegen seiner günstigen Kontakteigenschaften kann ein solches Kontaktstück nicht nur als Kontaktniet, sondern allgemein an Kontaktträgern der Starkstrom- und Schwachstromtechnik, bevorzugt jedoch für hochbelastbare Kontakte oberhalb 10 Amp., verwendet werden.

Bei der Formung von Kontaktnieten u. dgl. erscheint es vorteilhaft, die Richtung der Fasern im Matrixmaterial senkrecht zur Kontaktoberfläche des Kontakt-Stücks zu wählen, wobei aus dem drahtförmigen Halbzeug mit parallel liegenden Fasern durch die spanlose Verformung zur Bildung des Kontaktstückes bzw. des Nietkopfes verschiedene rotationssymmetrische Faseranordnungen auftreten.

Hinsichtlich der Fasern können gegebenenfalls auch solche Kombinationen verwendet werden, bei denen in das gleiche Matrixmaterial verschiedene Fasern, und zwar entweder verschieden hinsichtlich des Faserwerkstoffes oder verschieden hinsichtlich der Faserabmessungen eingelagert sind.

Es kann zweckmäßig oein, daß das Matrixmaterial Silber und das Material der Fasern ein unedles Metall ist. Dabei kann das Fasermaiterial vorteilhaft aus Nickel bestehen. Der Volumenanteil der Nickelfasern ist »o zweckmäßig zwischen 0,5 und 40% des Gesamtvolumens festzulegen.

Ein Faserverbundwerkstoff mit 30 Volumprozent Nickelfasern in Silbermatrix ergab nach einer 20%igen Kaltverformung eine Dehnung von etwa 20%, während ein pulvermetallurgisch hergestellter Werkstoff — ebenfalls mit 30 Volumprozent Nickelanteil — nach der gleichen Kaltverformung eine Dehnung von 6% aufwies. Ein solcher Vorteil des Faserverbundwerkstoffes für Kontaktstücke wirkt sich nicht nur günstig bei der endgültigen Formgebung, beispielsweise Nietherstellung, sondern bereits vorher bei der spanlosen Verformung des als Vormaterial dienenden Halbzeuges, meist auf der Basis von Draht, aus. Bei derartigem, aus Manteldrähten gebildetem und gemeinsam verformten Vormateria! können beispielsweise Kaltverformungsgrade bis zu 80% durch Ziehen errreicht werden.

Im Falle des Vorliegens eines Kontaktnietes kann zweckmäßig die allein aus Faserverbundwerkstoff bestehende Kontaktauflage in einer Kaltschweißverbindung mit dem Trägerteil verbunden sein, welches den Schaft und den Unterteil des Nietkopfes bildet. Statt einer Kaltschweißverbindung ist gegebenenfalls auch eine Widersiands-Schweißverbindung zweckmäßig.

Die verbesserte Duktilität des Faserverbundwerkstoffes erscheint außerdem vorteilhaft bei der Herstellung von plattierten Kontaktnieten, und zwar hinsichtlich des automatischen Kaltschweißverfahrens, wenn in bekannter Weise Kupfer als Trägerwerkstoff verwendet und durch Preßschweißen mit dem Kontaktwerk stoff verbunden werden soll. Im Falle der hier betrachteten Faserverbundwerkstoffe ergibt sich dabei, daß der Kontaktwerkstoff und der Trägerwerkstoff annähernd gleiche Duktilität besitzen sollen, wodurch Vorteile bei der Herstellung der Schweißverbindungen und bei der Verformung entstehen. Ebenso ist bei dem Faserverbundwerkstoff eine gleiche oder wenigstens annähernd gleiche Duktilität von Faser- und Matrixmaterial günstig. Mit pulvermetallurgisch hergestellten Werkstoffen lassen sich derartige Angleichungen der Duktilität zwischen Kontaktwerkstoff und Trägerwerkstoff im allgemeinen nicht erreichen. Es zeigt sich ferner, daß das Widerstandsschweißverhalten eines solchen Faserverbundwerkstoffes bei Konstaktstücken wesentlich günstiger ist als das eines vergleichsweisen pulvermetallurgisch hergestellten Kontaktwerkstoffes. Außerdem ergaben Abscherversuche an stumpf zusammengeschweißten Drähten aus Kontaktwerkstoff und Trägerwerkstoff eine erheblich höhere Scherfestigkeit der Schweißverbindung, wenn das Kontaktmaterial als Faserverbundwerkstoff der hier angegebenen Art hergestellt war.

Ein zweckmäßiges Verfahren zur Herstellung eines einstückiger, Kontaktnietes mit einer Kontaktauflage aus Faserverbundwerkstoff kann in der Weise ausgeführt werden, daß der drahtförmige Faserverbundwerkstoff durch ein Abschermesser hindurch in einen Preßstempe! vorgeschoben wird, und daß nach dem Abscheren der erforderlichen Drahtlänge eine Kaltverformung zur Bildung des Kopfes des Kontaktnietes mit Hilfe eines Prägestempels durchgeführt wird.

Die günstige, nahezu senkrechte Anordnung der Fasern zur Kontaktoberfläche läßt sich bei der Herstellung eines einstückigen Kontaktnietes außerdem in der Weise zweckmäßig erreichen, daß als Ausgangsmaterial ein Butzen aus Faserverbundwerkstoff verwendet wird, der durch Fließpressen spanlos zum Kontaktniet umgeformt wird. Der Butzen kann zweckmäßig ganz oder teilweise aus Faserverbundwerkstoff bestehen, dabei wird vorzugsweise von einem solchen Butzendurchmesser ausgegangen, der dem Kopfdurchmesser des fertigen Nietes nahezu entspricht.

Ein weiteres, gegebenenfalls zweckmäßiges Verfahren zur Herstellung eines Kontakistückes mit einer Kontaktauflage aus Faserverbundwerkstoff kann dadurch ausgeführt werden, daß der drahtförmige Faser-

verbundwerkstoff durch eine Schweißeleketrode und ein Abschermesser hindurch gegen ein Formstück des Trägerwerkstoffes vorgeschoben und mit diesem verschweißt wird, und daß nach dem Abtrennen der zur Bildung der Kontaktauflage erforderlichen Drahtlänge eine Formung des Kontaktstückes, z. B. durch Stauchen, Prägen, Taumeln, in einem oder mehreren Arbeitsgängen erfolgt.

Bei Anwendung der Merkmale der Erfindung ergeben sich Kontaktstücke, welche leicht in sich oder in Verbindung mit Trägerwerkstoffen formbar und verbindbar sind, und die außerdem nach den Versuchsergebnissen in Vergleich mit vorbekannten Faserverbund-Kontaktstücken erheblich günstigere mechanische und elektrische Kontakteigenschaften aufweisen.

In der Zeichnung sind zwei Kontaktstücke gemäß der Erfindung schematisch dargestellt. Es zeigt

F i g. 1 einen einseitig geschnittenen Kontaktniet aus Faserverbundwerkstoff,

F i g. 2 einen plattierten Kontaktniet, dessen Kontaktauflage aus Faserverbundwerkstoff besteht.

Ausführungsbeispiel 1 (einstückiger Kontaktniet)

Vormaterial ist ein Faserverbunddraht mit 70 Volumenprozent Silber und 30 Volumenprozent Nickel, der etwa 5000 eingebettete, parallel liegende Nickelfasern in einem gesamten Drahtdurchmesser von 1,9 mm enthält. Aus diesem Vormaterial wurde in einem spanlosen Verformungsvorgang nach Abscheren eines vorgeschobenen Drahtstücks ein Niet hergestellt, der einen Kopfdurchmesser von 4 mm und eine Kopfhöhe vor 0,5 mm bei einer Schaftlänge von 2,5 mm aufwies. Eii Parallelversuch, einen pulvermetallurgisch hergestell ten Draht ebenfalls mit 70 Volumenprozent Silber unc 30 Volumenprozent Nickel in gleicher Weise zu verfor men, schlug fehlt.

Die erfindungsgemäße Ausführung ist in F i g. 1 ir etwa lOfacher Vergrößerung dargestellt.

Ausführungsbeispiel 2 (plattierter Kontaktniet)

Auf einem zur Herstellung von plattierten Kontakt nieten geeigneten Automaten wurde ein Silber/Nickel-Faserverbunddraht gleicher Abmessung und Zusammensetzung, wie im Ausführungsbeispiel 1, mit einerr Kupferdraht aus Elektrolytkupfer von 1,9 mm Durchmesser im Kaltschweißverfahren verschweißt und anschließend zu einem plattierten Kontaktniet mit einerr Kopfdurchmesser des fertigen Nietes von 4 mm, einei Nietkopfhöhe von 1,5 mm und einer Auflagedicke des Kontaktwerkstoffes von 0,6 mm verformt. Die Schaftlänge betrug 2,5 mm.

F i g. 2 zeigt diesen plattierten Kontaktniet ebenfalls in etwa lOfacher Vergrößerung.

An Stelle der Kombination Silber/Nickel können auch andere Werkstoffkombinationen, beispielsweise Kupfer/Wolfram, Silber/Titan, gegebenenfalls zweckmäßig angewendet werden.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen

Claims

Patentansprüche:

1. Kontaktstück, insbesondere Kontaktniet, bei dem zumindest die Kontaktauflage aus Faserverbundwerkstoff aus einem homogenen Matrixmaterial mit einer darin eingelagerten Vielzahl von gleichgerichteten Fasern besteht, dadurch gekennzeichnet, daß der Durchmesser der Fasern unterhalb 20 μηι liegt und daß der Faserverbundwerkstoff selbst durch spanlose Verformung, nämlich durch Ziehvorgänge, hergestellt ist und zur Formgebung der Kontaktauflage bzw. des Kontaktstückes ebenfalls spanlos verformt ist.

2. Kontaktstück nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Matrixmateria' Silber und das Material der Fasern ein unedles Metall ist.

3. Kontaktstück nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß das Material der Fasern Nickel ist.

4 Kontaktstück nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß der Volumenanteil der Nickelfasern zwischen 0,5 und 40% des Gesamtvolumens beträgt.

fi. Kontaktstück nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß im Falle des Vorliegens eines Kontaktnietes die allein aus dem Faserverbundwerkstoff bestehende Kontaktauflage in einer Kaltschweißverbindung mit dem Trägerteil verbunden ist, welches den Schaft und den Unterteil des Nietkopfes bildet.

6. Kontaktstück nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß statt einr Kaltschweißverbindung eine Widerstands-Schweißverbindung vorliegt.

7. Verfahren zur Herstellung eines einstückigen Kontaktnietes nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der drahtförmige Faserverbundwerk-Stoff durch ein Abschermesser hindurch in einem Preßstempel vorgeschoben wird, und daß nach dem Abscheren der erforderlichen Drahtlänge eine Kaltverformung zur Bildung des Kopfes des Kontaktfiietes mit Hilfe eines Prägestempels durchgeführt wird.

8. Verfahren zur Herstellung eines einstückigen Kontaktnietes nach Anspruch 1, dadurch gekennfceichnet, daß als Ausgangsmaterial ein Butzen aus Faserverbundwerkstoff verwendet wird, der durch Fließpressen spanlos zum Kontaktniet umgeformt wird.

9. Verfahren zur Herstellung eines Kontaktstükkes mit einer Kontaktauflage nach Anspruch 1, da-Clurch gekennzeichnet, daß der drahtförmige Faserverbundwerkstoff durch eine Schweißelektrode und ein Abschermesser hindurch gegen ein Formstück Hes Trägerwerkstoffes vorgeschoben und mit die- »em verschweißt wird, und daß nach dem Abtrennen der zur Bildung der Kontaktauflage erforderlithen Drahtlänge eine spanlose Formung der Kontaktauflage erfolgt.

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