DE2642339A1

DE2642339A1 - Kontaktkoerper und herstellungsverfahren hierzu

Info

Publication number: DE2642339A1
Application number: DE19762642339
Authority: DE
Inventors: Dieter Dipl Ing Dr Re Stoeckel
Original assignee: RAU FA G
Current assignee: RAU FA G
Priority date: 1976-09-21
Filing date: 1976-09-21
Publication date: 1978-03-23
Also published as: FR2365198A1; AT370556B; GB1577874A; ATA675377A; US4119260A; DE2642339B2; CH619558A5; DE2642339C3

Description

Dr.-Ing. Herbert Moser

Patentanwalt ^

Karlsruhe,Nowackanlage15 3

Anmelderin: G. Rau, 7530 Pforzheim

Kontaktkörper und Herstellungsverfahren hierzu

Die Erfindung betrifft einen Kontaktkörper, bei dem mindestens ein Kontaktstück durch Schall- bzw. Ultraschall-Schweißung mit einem Träger verbunden ist. Es wird außerdem ein vorteilhaftes Verfahren zur Herstellung derartiger Kontaktkörper beschrieben.

Da Kontaktstücke in vielen Fällen aus Kontaktwerkstoffen mit Hoher Schweißbeständigkeit hergestellt werden müssen, lassen sich diese Kontaktstücke mit dem Träger durch Löten oder Schweißen nur schwer verbinden. Dies betrifft insbesondere die als Kontaktwerkstoffe gebräuchlichen Verbundwerkstoffe des Silbers mit nichtmetallischen Einschlüssen, beispielsweise AgGdO, AgSnO, AgMgO, AgC, u.a. Diese Kontaktwerkstoffe enthalten eingebettet in das Silbergrundmaterial nichtmetallische Partikel, beispielsweise aus Kadmiumoxid, Zinnoxid oder Magnesiumoxid, wobei die nichtmetallischen Einschlüsse auch als senkrecht zur Kontaktfläche orientierte faserartige Bahnen ausgebildet sein können. Zwar bewirken die nichtmetallischep Einschlüsse eine erwünschte hohe Schweißbeständigkeit "beim Schaltvor-

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gang, sie stören jedoch beim Verbinden der Kontaktwerkstoffe mit dem Trägerwerkstoff und führen dabei zu erheblichen Fertigungsschwierigkeiten in der Anwendung herkömmlicher Schweiß- oder Lötverfahren.

Zur Befestigung von Kontaktstücken aus schweißbeständigem Kontaktmaterial an einem Träger ist es bereits bekannt, an dem Kontaktstück eine schweiß-oder lötfähige Rückseite vorzusehen. Derartige Zwischenschichten werden nach verschiedenen bekannten Verfahren erzeugt. Bei innenoxidiertem Material läßt sich beispielsweise die schweiß- bzw. lötfähige Schicht durch einseitige Oxidation oder durch vorheriges Unterplattieren einer Silberschicht erzeugen. Es besteht ferner die Möglichkeit der pulvermetallurgischen Herstellung einer lot- bzw. schweißfähigen Zwischenschicht durch mehrschichtiges Pressen bzw. durch Umformung mehrschichtiger Blöcke. Die Herstellung derartiger, mit einer schweiß- oder lötfähigen Rückseite ausgerüsteter Kontaktstücke erfordert einen erheblichen Fertigungsaufwand.

Es ist ferner bekannt, schlecht schweißbare Kontaktwerkstoffe durch Ultraschall-Schweißung direkt mit einem Träger zu verbinden. Dieses Schweißverfahren bietet Vorteile hinsichtlich der geringen Wärmebelastung des Kontaktwerkstoffes, erzielt jedoch in der angegebenen direkten Verbindung in vielen Fällen keine ausreichende Scherfestigkeit. Bestimmte, von den Kontakteigenschaften her günstige Materialkombinationen, z.B. AgCdO und Messing lassen sich durch Ultraschall-Schweißung überhaupt nicht hinreichend

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fest verbinden.

Zum Stande der Technik unter Verwendung des Ultraschall-Schweißverfahrens gehört auch ein Kontaktieren von Stromleitern aus Aluminium, bei dem nie Anschlußstellen zunächst mit einer Kontaktfolie durch Ultraschall-Punktschweißen oder Ultraschall-Äollschweißen überzogen werden. An den so vorbereiteten Anschlußstellen läßt sich eine Lot-, Schrauboder Klemmverbindung anbringen. Als Kontaktfolien sollen dabei auch Verbundfolien aus Kupfer und Aluminium oder Gold- bzw. Silberfolien verwendet werden. Die Verbindung von Kontaktstücken mit dem bereits vorher im Ultraschall-Schweißverfahren plattierten Träger gestaltet sich jedoch ebenfalls aufwendig und in der Massenherstellung kostspielig.

Die Erfindung geht von der Aufgabenstellung aus, einen Kontaktkörper zu schaffen, bei dem mindestens ein Kontaktstück durch Schall- bzw. Ultraschallschweißung mit einem Träger einwandfrei verbunden ist. Das Kennzeichnende der Erfindung ist darin zu sehen, daß zwischen dem Kontaktstück und dem Träger im Bereich ihrer Trennebene Partikel eines Schleifpulvers eingebettet sind. Das Schleifpulver kann vorteilhaft wenigstens teilweise einen metallischen aoer auch einen nichtmetallischen Anteil bzw. Mischungen beider Anteile aufweisen.

Völlig überraschend hat es sich gezeigt, daß Kontaktkörper aus schwer schweißbaren Kontaktwerkstoffen wie AgCdO auf Kupfer oder Messing mit ausgezeichneten-Scherfestigkeiten

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durch Schall- oder Ultraschall-Schwei3ung befestigt werden können, wenn eine Zwischenschicht aus einem harten, im wesentlichen ochieifeigenschaften -mfweit-.uridua Pulver vorgesehen wird. Bei einer gemeinsamen Verformung im Schallbzw. Ultraschall-Schweißverfahren reißen die harten Pulverpartikel die Oberflächen des Kontaktstückes und des Trägers unregelmäßig auf, so daß durch iiese Anrauhung der zu verschweißenden Oberflächen eine wesentliche Verbesserung des Schweißvorganges und eine Beschleunigung der Kaltschweißung erzielt wird. Die Pulverpartikel werden sowohl in den Träger als auch in das Kontaktstück heineingedrückt und verteilen sich in gewissem Umfange oberhalb und unterhalb der ursprünglichen Trennebene. Sie stören jedoch nach den durchgeführten Untersuchungen die elektrischen Kennwerte und damit die Funktion des Kontaktkörpers nicht.

Selbstverständlich ist in der Zwischenschicht ein bedeutender Überschuß an Schleifpulver zu vermeiden, weil dann die Gefahr besteht, daß die aufgerissenen Metalloberflächen durch eine geschlossene Schicht des überschüssigen Schleifpulvers getrennt bleiben und keine Kaltschweißung ermöglichen. Im allgemeinen genügt bereits ein loses Aufstreuen des Schleifpulvers, wobei die einzelnen Pulverkörner etwa einschichtig, mit Zwischenabständen in einer inhomogenen Schicht verteilt sind.

Nach der Art des verwendeten Schleifpulvers - günstige Ergebnisse wurden mit Aluminiumoxid Al₂Oz bzw. ϊ/olframkarbid erreicht - kann es zweckmäßig sein, das Schleifpulver lose

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aufzuhäufen oder mit einem Bindemittel, welches gegebenenfalls eine verdunstende Komponente enthält, lackartig aufzutragen. Es hat sich gezeigt, daß die angegebene Verbindung unter Verwendung einer Zwischenschicht aus Schleifpulver sowohl bei einer Schallschweißung, d.h.in einem Frequenzbereich zwischen etwa 50 Hz und 20 kHz, aber auch bei einer Ultraschall-Schweißung oberhalb 20 kHz vorteilhaft ausgeführt werden kann. Bei größeren Abmessungen der zu schweißenden Oberflächen erscheint die Anwendung der Schall-Schweißung günstiger, weil dabei größere Energien an der Schweißstelle zur Verfügung gestellt werden können.

Die Herstellung von Kontaktkörper unter Verwendung des Schleifpulvers ergibt ausgezeichnete Ergebnisse hinsichtlich der Scherfestigkeit, und wegen der sehr dünnen Schicht des billigen Schleifpulvers läßt sich eine Massenherstellung kostengünstig ausführen.

Ausführungsbeispiel:

Ein Kontaktplättchen aus AgCdO, bei dem in ein Silbergrundmaterial nichtmetallische Einschlüsse aus Kadmiumoxid eingebracht waren, wies einen Durchmesser von 8 mm und eine Dicke von 1,5 mm auf. Nach dem Aufstreuen einer Pulverschicht aus Aluminiumoxid (AIpO₇,), deren Schichtdicke unterhalb 10 /um lag, wurde dieses Kontaktstück mit einem als Träger dienenden Kupferstreifen von 10 mm Breite und 2 mm Dicke durch Schall-Schweißung verbunden.

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Die Aufnahme le istung des Schallschv/ingers betrug 4000 W, die Frequenz 10 kHz. Im Schweißvorgang wurde eine Druckkraft von etwa 1000 N ausgeübt. Die Schweißzeit betrug 0,1 see. Die Scherfestigkeit der Schweißverbindung wurde mit etwa 120 n/mm ermittelt.

In der Abbildung ist ein Schall- bzw. Ultraschallschwinger dargestellt, wobei die Pfeilrichtung F die Hauptrichtung der Schwingungsamplitude angibt. Kontaktplättchen 2 werden zunächst mit einem lackartigen Überzug 3 versehen, welcher Aluminiumoxid in einem Bindemittel enthält. Die Mischung ist dabei so gewählt, daß die Gesamtschichtdicke des Überzugs unterhalb 10 /um liegt. Anschließend werden die Kontaktplättchen 2 mit einem Trägerstreifen 4 aus Kupfer durch Schall- bzw. Ultraschall-Schweißung verbunden. Der erforderliche Schweißdruck wird über einen Amboßteil 5 ausgeübt. Die einzelnen Kontaktplättchen 2 gelangen aus einem Vorratsbehälter über eine entsprechende, in der Zeichnung nicht dargestellte Zuführungsrutsche auf die Oberfläche der Lackschicht 3.

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Claims

Ansprüche

1.!Kontaktkörper, bei dem mindestens ein Kontaktstück durch Schall- bzw. Ultraschall-Schweifung mit einem Träger verounden ist, dadurch gekennzeichnet , daß zwischen dem Kontaktstück und dem Träger im Bereich ihrer Trennebene Partikel eines Schleifpulvers eingebettet sind.

2. Kontaktkörper nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, da3 das Schleifpulver wenigstens einen metallischen Anteil aufweist.

3. Kontaktkörper nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeicnnet, daß das Schleifpulver wenigstens einen nichtmetallischen Anteil aufweist.

4. Kontaktkörper nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet , daß das Schleifpulver als nichtmetallischen Anteil Aluminiumoxid A^O^ aufweist.

5. Kontaktkörper nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß der nichtmetallische Anteil aus wolframkarbid besteht.

6. Verfahren zur Herstellung eines Kontaktkörpers nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet , daß zwischen das Kontakt-

ORSGiNAL INSPECTED _ _Q _

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stück und den Träger eine Zwischenschicht des Schleifpulvers in einer Schichtdicke kleiner 10 /um eingeoracht wird, und daß die Verbindung der Teile durch Schallbzw. Ultraschall-Schweißung erfolgt.

7. Verfahren nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß die Pulverpartikel der Zwischenschicht in ein Bindemittel eingebettet lackartig aufgestrichen werden.

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