DE2718975A1

DE2718975A1 - Verfahren zur herstellung einer kontaktbruecke

Info

Publication number: DE2718975A1
Application number: DE19772718975
Authority: DE
Inventors: Gert Ing Grad Fischer; Joachim Dipl Phys Grosse; Heinrich Dr Rer Nat Haessler; Joachim Hannich
Original assignee: Siemens AG
Current assignee: Siemens AG
Priority date: 1977-04-28
Filing date: 1977-04-28
Publication date: 1978-11-09
Also published as: JPS53135457A; DE2718975C3; SE443313B; SE7804874L; US4222167A; DE2718975B2; JPS5823442B2; FR2389216B1; FR2389216A1; BR7802616A

Description

SIEMENS AKTIENGESELLSCHAFT * Unser Zeichen Berlin und München VPA 77 P 3086 BRD

Verfahren zur Herstellung einer Kontaktbrücke

Die Erfindung bezieht sich auf ein Verfahren zur Herstellung einer Kontaktbrücke für elektrische Schaltgeräte mit einer elektrisch gut leitenden Auflageschicht und einem wannenförmigen Tragkörper. Es ist das Bestreben, derartige Kontaktbrücken mit einer geringen Masse herzustellen. Sie müssen jedoch eine relativ hohe Steifigkeit aufweisen,und darüber hinaus ist eine gute Leitfähigkeit in Stromflußrichtung erforderlich. Man hat daher derartige Kontaktbrücken als Stanzbiegeteil aus Eisen hergestellt (Patent 2 161 616). Auf diese aus Eisen gefaltete Kontaktbrücke hat man eine Kupferauflage und die eigentlichen Kontaktstücke aufgelötet. Derartige Kontaktbrücken sind in der Herstellung relativ aufwendig, so daß es Aufgabe der Erfindung ist, ein einfaches Verfahren zur Herstellung derartiger Kontaktbrücken aufzuzeigen, dessen Endprodukt bei geringer Masse und hoher Steifigkeit weniger Lötstellen aufweist und damit eine bessere Leitfähigkeit im Stromflußbereich und eine erhöhte Fertigungssicherheit gewährleistet wird.

Dies wird gemäß der Erfindung dadurch erreicht, daß ein Zweischichtpulverrohling vorzugsweise aus dem Grundmetall Eisen mit einer Kupferauflage gepreßt, in Schutzgas gesintert und nach Kalibrieren des Rohlings abermals in Schutzgas nachgesintert wird, wonach das Fertigpressen in Form von Rückwärtsnapffließpressen erfolgt. Das Kaltumformen von Sintereisen durch Napfrückwärtsfließpressen ist an sich bekannt (Industrieanzeiger 93, Jahrgang Nr. 101, 3.12.1971, Seite 25, 63 ff), jedoch führt die Verwendung dieses bekannten Rückwärtsnapffließpressens allein nicht zum Erfolg, da bei den bekannten Kaltumformverfahren, bei denen

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ausschließlich Einschichtteile verwendet werden, die Sintertemperatur optimal gewählt werden kann (0,8 ... 0,9 T , T = Schmelztemperatur in ⁰K), so daß die Restporosität unter 15 % liegt. Bei Verwendung eines Zweischichtsinterkörpers sind die Sinterverhältnisse ungünstiger, da der Schmelzpunkt des niedriger schmelzenden Metalles, im vorliegenden Fall des Kupfers, nicht überschritten werden darf. Gleichzeitig ist auch die Verwendung des optimalen Preßdruckes von 500 - 600 MN . m~ zum Verdichten des Fe-Pulvers nicht möglich, da hierbei die Cu-Schicht überverdichtet wird. Durch eine übermäßige plastische Deformation der Cu-Körner kommt es dabei einmal zu einem Fressen des Werkzeuges und zum anderen zu starker Blasenbildung beim Sintern infolge eingeschlossener Gase.

Aus diesen Gründen ist der Preßdruck auf den Bereich zwischen 200 und 400 MN. m begrenzt. Dies führt zusammen mit der für fließfähige Fe-Pulver zu niedrigen Sintertemperatur von ca. 1000⁰C zu einer Restporosität von ca. 30 %. Bei einer derart hohen Restporosität ist eine rißfreie Kaltumformung allein durch Rückwärtsnapffließpressen nicht möglich. Es ist bei Einschichtsinterkörpern auch bekannt (Sonderdruck aus "Maschinenmarkt" Vogelverlag, 74. Jahrgang, Hefte 11, 19, 29, 1968, "Zahnräder aus Sinterwerkstoffen", Tafel 1), Sinterstähle für dynamisch hoch beanspruchte Teile in fünf Verfahrensstufen herzustellen, nämlich Pressen, Sintern, Nachpressen, Sintern, Kalibrieren.

Hier sind jedoch nicht die Probleme der Zweischichtsinterkörper vorhanden, da hier die elektrische Leitfähigkeit keine Rolle spielt.

Als vorteilhafte Sintertemperatur hat sich 1000⁰C herausgestellt, sofern Kupfer und Eisen als Zweischichtsinterkörper benutzt wird.

2 Wird das Pressen bei einem Druck von etwa 200 MN m , das KaIi-

brieren bei 800 MN m~² und das Rückwärtsnapffließpressen bei 2000 MN m~ vorgenommen, so ergeben sich optimale Beschaffenheitswerte für die Kontaktbrücke. Die 2000 MN m sind zur Schaffung relativ scharfkantiger Stirnränder erforderlich. Der Druck kann verringert werden, wenn größere Rundungen in Kauf

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genommen werden.

Sollen auch die Kontaktauflagen selbst in einem Arbeitsgang mit der Kontaktbrücke in Verbindung gebracht werden, so ist es vorteilhaft, wenn der Zweischichtenpulverrohling aus Kupfer-Zirkon (CuZr) als Kontaktbrücke und vorzugsweise aus Silber-Metalloxid-Werkstoff als KontaktstUckmaterial besteht, wobei hier wegen des sich zwischen Cu und Ag ausbildenden Eutektikums nur eine Sintertemperatur von 780°C verwendet wird. Der Zirkonzusatz wurde gewählt, um die Festigkeit der Brücke bei Verwendung von Cu zu erhöhen.

Anhand der Zeichnung ist die Form der Kontaktbrücke dargestellt. Es zeigen

Fig. 1 Unteransicht,
Fig. 2 eine Schnittdarstellung der Kontaktbrücke.

Der Tragkörper ist mit 1 bezeichnet und die Kupferauflage trägt das Bezugszeichen 2. Wie aus der Zeichnung ersichtlich, sind die Längsränder 3 relativ dünnwandig, wohingegen die Stirnränder 4 im Verhältnis 5:2 dicker sind, um als Abbrandmaterial für den Lichtbogen dienen zu können. Die Stirnränder müssen rechtechigen Querschnitt haben, um die nicht dargestellte Dämpfungsfeder am Herausgleiten aus der Wanne zu hindern. Die Stärke des Wannenbodens 5 soll, um die Kontaktbrücke nicht unnötig schwer zu machen, relativ dünn ausgeführt werden. Hier sind jedoch umformtechnische Grenzen gesetzt. Die auf die Kupferauflage 2 aufgelöteten Kontaktauflagen sind in der Zeichnung nicht dargestellt.

Beispiel:

Es wurde als Ausgangspulver Eisen und Kupfer benutzt. Der untere Preßstempel besitzt im Mittelbereich eine Vertiefung, die mit Kupfer gefüllt wird. Dadurch entsteht dort eine aus Leitfähigkeitsgründen dickere Kupferschicht zwischen den Kontakten, während die Kontaktauflageflächen eine dünne Schicht als Lötunterlage erhalten. Für das Eisen-Kupfer-Verbundteil wurde ein Preßdruck von 200 MN m gewählt gegenüber den sonst bei Eisen üblichen 500 bis 600 MNm" , um ein vorzeitiges Verschmieren der Werkzeuge durch das Kupferpulver zu verhindern. Die Matritze

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wurde von Zeit zu Zeit mit einem Schmiermittel besprüht. Wegen der Höhenunterschiede im Mittenbereich der Brücke erhält man einen Preßkörper unterschiedlicher Dichte, was sich beim Fließpressen jedoch als Vorteil erweist. Das Sintern erfolgt entweder in nachgereinigtem Stickstoff als Schutzgas bei 1OOO°C bzw. in Formiergas als Schutzgas. Da die Porosität nach dem ersten Sintern mit ca. 30 % für eine Fließpreßumformung noch zu hoch ist, wurde mit 800 MN m kalibriert und nochmals unter den gleichen Bedingungen gesintert. Die zweite Wärmebehandlung bewirkt neben dem festigkeitsteigernden Sintereffekt an den beim Kalibrieren zusammengedrückten Poren auch ein Weichglühen des Materials für den nachfolgenden Fließpreßschritt. Mit diesen Maßnahmen wurde eine Porosität im Kontaktbereich von 1,5 bis 2 %, im Mittelbereich wegen der dort größeren Materialstärke von ca. 8 % erreicht. Zum Fließpressen wurde das Teil mit Fett geschmiert.

Die dünne Kupferauflage wirkt sich vorteilhaft beim Umformen aus. Da sich Kupfer leichter umformen läßt als Eisen, füllt es die Bereiche aus, in die das Eisen wegen zu hoher Umformfestigkeit und zu geringer Bodenstärke nicht fließt, so daß sich eine im Bereich der Lötflächen scharfkantige aber gratfreie Kontaktbrücke ergibt, was für das Auflöten der Kontaktauflage besonders günstig ist.

Durch die sich aus dem Preßvorgang nach dem Kalibrieren ergebenden Porositätsunterschiede im Kontaktbereich und im Mittelbereich wird die Umformung der Kontaktbrücke zur gewünschten Form wesentlich begünstigt. Beim Kompaktwerkstoff fließt das Material im Mittelbereich von Anfang an sehr stark in die dünnen Längsränder, die dadurch überhöht ausfließen. Beim Sinterteil wird das Eisen im Mittelbereich wegen der höheren Porosität jedoch erst überwiegend verdichtet, während es im Endbereich der Brücke schon in die Stirnränder ausfließt. Dadurch erklärt sich die beim Sinterteil gleichmäßig gute Ausfüllung von Stirn- und Längsränd ern.

6 Patentansprüche

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Leerseite

Claims

Patentansprüche 77P 3 08 6 BRD

1. Verfahren zur Herstellung einer Kontaktbrücke für elektrische Schaltgeräte mit einer elektrisch gut leitenden Auflageschicht und einem wannenförmigen Tragkörper, dadurch gekennzeichnet , daß ein Zweischichtpulverrohling vorzugsweise aus dem Grundmetall Eisen mit einer Kupferauflage gepreßt, in Schutzgas gesintert und nach Kalibrieren des Rohlings abermals in Schutzgas nachgesintert wird, wonach das Fertigpressen in Form von Rückwärtsnapffließpressen erfolgt.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Zweischichtpulverrohling vorzugsweise aus Kupfer-Zirkon (CuZr) als Kontaktbrücke und vorzugsweise aus Silber-Metalloxid-Werkstoffen als Kontaktstückmaterial besteht.

3. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Sintern bei etwa 1OOO°C erfolgt.

4. Verfahren nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß das Sintern bei einer Temperatur ^< 780⁰C erfolgt.

5. Verfahren nach Anspruch 1 oder 3, dadurch gekennzeichnet, daß

_2 das Pressen bei einem Druck von etwa 200 MN m , das Kalibrieren bei Drücken im Bereich von 600 - 1000 MN m , insbesondere bei

800 MN m und das Rückwärtsnapffließpressen bei etwa 2000 MN m erfolgt.

6. Verfahren nach Anspruch 2 oder 4, dadurch gekennzeichnet, daß das Pressen bei einem Druck im Bereich zwischen 200 und 400 MN m , das Kalibrieren bei Drücken im Bereich von 600 -

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1000 MN m , insbesondere bei 800 MN m und das Rückwärts-

_2 napffließpressen bei etwa 2000 MN m erfolgt.

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ORIGINAL INSPECTED