DE2642339C3

DE2642339C3 - Kontaktkörper und Herstellungsverfahren hierzu

Info

Publication number: DE2642339C3
Application number: DE2642339A
Authority: DE
Inventors: Dieter Dipl.-Ing. Dr. Rer.Nat. 7534 Birkenfeld Stoeckel
Original assignee: FA G RAU 7530 PFORZHEIM
Current assignee: FA G RAU 7530 PFORZHEIM
Priority date: 1976-09-21
Filing date: 1976-09-21
Publication date: 1980-07-24
Also published as: US4119260A; AT370556B; FR2365198A1; DE2642339A1; CH619558A5; ATA675377A; GB1577874A; DE2642339B2

Description

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 AgCdO, 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 Kontakifläche orientierte, faserartige Bahnen (vgl. DE-OS 23 51 226) ausgebildet sein können. Zwar bewirken die nichtmetallischen Einschlüsse eine erwünschte hohe Schweißbeständigkeit beim Schaltvorgang, sie stören aber 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 vorheriges Unterplattieren einer Silberschicht (vgl, DE-OS Ι9 20 4Π bzw. DE-OS 2259 792) erzeugen. Es besteht ferner die Möglichkeit der pulvermetallurgisch^ Herstellung einer lot- bzw, schweißfähigen Zwischenschicht durch mehrschichtiges Pressen bzw. durch Umformung mehrschichtiger Blöcke, Die Herstellung derartige., 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 (vgL hierzu CH-PS 4 58 560). Dieses Schweißverfahren bietet Vorteile hinsichtlich der geringen Wärmebelastung des Kontaktwerkstoffes, erzielt aber 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 das bekannte Ultraschall-Schweißverfahren überhaupt nicht hinreichend fest verbinden.

Zum Stande der Technik unter Verwendung des Ultraschall-Schweißverfahrens gehört auch ein Kontaktieren von Stromleitern aus Aluminium, bei denen die Anschlußstellen zunäcbit mit einer Kontaktfolie durch Ultraschall-Punktschweißen oder Ultraschall-Rollschweißen überzogen werden. An den so vorbereiteten Anschlußstellen läßt sich eine Lot-, Schraub- oder Klemmverbindung anbringen (vgl. DE-OS 17 65 048). 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 ebenfalls aufwendig und in der Massenherstellung kostspielig.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, einen Kontaktkörper der genannten Art so zu verbessern, daß bei diesem nach einer Schall- bzw. Uitraschallschweißung die Scherfestigkeit zwischen dem Träger und einem insbesondere aus einem schwer schweißbaren Kontaktwerkstoff bestehenden Kontaktstück verbessert ist. Das Kennzeichnende der Erfindung ist darin zu sehen, daß zwischen dem Kontaktstück und dem Träger im Bereich der Trennebene Partikel eines Schleifpulvers eingebettet sind. Das Schleifpulver kann vorteilhaft wenigstens teilweise ehien metallischen aber auch einen nichtmetallischen Anteil bzw. Mischungen beider Anteile aufweisen.

Es erscheint überraschend, daß Kontaktstücke aus schwerschweißbaren Kontaktwerkstoffen wie AgCdO durch Schall- oder Ultraschallschweißung auf Kupfer oder Messing mit ausgezeichneten Scherfestigkeiten befestigt werden können, wenn eine Zwischenschicht aus einem harten, im wesentlichen Schleifeigenschaften aufweisenden Pulver vorgesehen wird.

In der Literaturstelle ABC-Technik und Naturwissenschaft, Verlag Harri Deutsch, Frankfut/M. und Zürich 1979, Bd. 2, Seite 934 wird darauf hingewiesen, daß der Ultraschallschweißvorgang im wesentlichen durch Aufreißen der zu verbindenden Teile unter Reibungseinwirkung zustandekommt. Somit ist aber nicht zu erwarten, daß durch die Einbettung eines Schleifpulvers nicht nur keine Verschlechterung der ursprünglich mit der Ultraschall-Schweißung erzielbaren Scherfestigkeit, sondern darüber hinaus eine wesentliche Verbesserung

der Scherfestigkeit, insbesondere bei schwer schweißbaren Kontaktwerkstoffen, wie AgCdO auf Kupfer oder Messing, eintritt. Vermutlich reißen die harten Pulverpartikel beim Ultraschall-Schweißverfahren die Oberfläche des Kontaktstücks und des Trägers im Verbindungsvorgang unregelmäßig auf, so daß durch diese Anrauhung der zu verschweißenden Oberflächen eine wesentliche Verbesserung des Schweißvorganges und eine Beschleunigung der Kaltschweißung erzielt wird. Die Pulverpartikei werden sowohl in den Träger als auch in das Kontaktstück hineingedrückt und verteilen sich in gewissem Umfang oberhalb und unterhalb der ursprünglichen Trennebene. Sie stören nach den durchgeführten Untersuchungen die elektrischen Kennwerte und damit die Funktion des Kontaktkörpecs nicht.

In der Zwischenschicht ist ein bedeutender Überschuß an Schleifpulver zu vermeiden, weil dann die Gefahr besteht, dall 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, wobii die einzelnen Pulverkörner etwa einschichtig mit Zwischenabständen in einer inhomogenen Schicht verteilt sind.

Nach der Art des verwendeten Schleifpulvers — günstige Ergebnisse wurden mit Aluminiumoxid AI2O3 und WoIFramkarbid erreicht — kann es zweckmäßig sein, das Schleifpulver lose aufzustreuen (Schichtdicke unterhalb ΙΟμηι) oder mit einem Bindemittel, welches gegebenenfalls eine verdunstende Komponente enthält, lackartig aufzutragen (Schichtdicke ebenfalls unterhalb 10 pm).

Die angegebene Verbindung unter Verwendung einer Zwischenschicht aus Schleifpulver kann sowohl bei einer Schallschweißung, d. h. in einem Frequenzbereich zwischen etwa 50 Hz und 20 kHz, als auch bei einer Ultraschall-Schweißung oberhalb 20 kHz vorteilhaft ausgeführt werden. Bei größeren Abmessungen der zu schweißenden Oberflächen erscheint die Anwendung der Schall-Schv eißung günstiger, weil dabei größere Energien an der Schweißstelle zur Verfügung gestellt werden können.

Die Hersteilung von Kontaktkörpern unter Verwendung des Schleifpulvers ergibt ausgezeichnete Ergebnisse hinsichtlich der Scherfestigkeit, und wegen der sehr dünnen Schicht des billigen Schleifpulvers ist auch die Massenherstellung kostengünstig im Vergleich mit einer direkten Verbindung von Kontaktstück und Träger.

_|0 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 (AfeOj), deren Schichtdicke unterhalb 10 μπι lag, wurde dieses Kontaktstück mit einem als Träger dienenden Kupferstreifen von 10 mm Breite und 2 mm Dicke durch Schall-Schweißung verbunden.

jo Die Aufnahmeleistung des Schallschwingers betrug 4000 W, die Frequenz 1OkHz. 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/mm² ermittelt.

In der /\bbildung ist ein Schall- bzw. Ultraschallschwinger 1 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 μπι 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.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen

Claims

Patentansprüche:

1. Kontaktkörper, bei dem mindestens ein Kontaktstrick durch Schall- bzw. Ultraschall-Schweißung mit einem Träger verbunden ist, dadurch gekennzeichnet, daß zwischen dem Kontaktstück und dem Träger im Bereich der Trennebene Partikel eines Schleifpulvers eingebettetsind.

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

3. Kontaktkörper nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß das Schleifpulver als nichtmetallischen Anteil Aluminiumoxid AI2O3 enthält

4. Kontaktkörper nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß das Schleifpulver als nichtmetallischen Anteil Wolframkarbid enthält

5. Verfahren zur Herstellung eines Kontaktkörpers nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß vor Ausführung der Schallbzw. Ultraschall-Schweißung zwischen das Kontaktstück und den Träger eine Zwischenschicht des Schleifpulvers in einer Schichtdicke kleiner ΙΟμπι lose aufgestreut wird.

6. Verfahren nach einem der Ansprüche I bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß vor Ausführung der Schall- bzw. Ultraschall-Schweißung zwischen das Kontaktstück und den Träger eine Zwischenschicht des Schleifpulvers in einer Schichtdicke kleiner ΙΟμπι durch lackiertes Aufstreichen der in ein Bindemittel eingebettete;! PuIv jrpartikel eingebracht wird.