DE2718975C3

DE2718975C3 - Verfahren zur Herstellung einer Kontaktbrücke

Info

Publication number: DE2718975C3
Application number: DE2718975A
Authority: DE
Inventors: Joachim Dipl.-Phys. 8520 Erlangen Große; Joachim 8450 Amberg Hannich
Original assignee: Siemens AG
Current assignee: Siemens AG
Priority date: 1977-04-28
Filing date: 1977-04-28
Publication date: 1981-11-26
Also published as: US4222167A; DE2718975B2; FR2389216B1; JPS5823442B2; SE7804874L; SE443313B; DE2718975A1; BR7802616A; FR2389216A1; JPS53135457A

Description

Die Erfindung bezieht sich auf ein Verfahren zur Herstellung von aus einer elektrisch gut leitenden Auflageschicht aus Kupfer und einem wannenförmigen Tragkörper aus Eisen bestehenden Tragteilen für Kontaktauflagen von Kontaktbrücken in elektrischen Schaltgeräien. 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 (DE-PS 21 61 616) bzw. mittels eines aus Stahlblech gezogenen Trägers (DE-AS 11 75 776) hergestellt. Auf diese aus Eisen hergestellte Kontaktbrücke hat man eine Kupferauflage und die eigentlichen Kontaktstücke aufgelötet. Bei einem weiteren bekannten Kontaktstück (DE-GM 17 96816) ist das Kontaktstück mechanisch am Tragkörper befestigt, was einen zusätzlichen Aufwand darstellt und keine zufriedenstellenden elektrischen und mechanischen Eigenschaften mit sich bringt.

Derartige Kontaktbrücken sind in der Herstellung relativ aufwendig, so daß es Aufgabe der Erfindung ist, ein einfaches Verfahren zur Herstellung von Tragteilen der obengenannten Art aufzuzeigen, dessen Endprodukt bei geringer Masse und hoher Steifigkeit wenig Lötstellen aufweist und bei dem damit eine bessere Leitfähigkeit im Stromflußbereich und eine erhöhte Fertigungssicherheit gewährleistet wird.

Dies wird gemäß der Erfindung dadurch erreicht, daß zunächst ein Zweischichtpulverrohling aus einer Schicht aus pulverförmigem Eisen für den Tragkörper und einer Schicht aus pulverförmigem Kupfer für die Auflageschicht bei einem Druck zwischen etwa 200 bis 400 Meganewton pro Quadratmeter gepreßt, anschließend in Schutzgas bei etwa 1000⁰C gesintert und nach Kalibrieren des Rohlings bei Drücken im Bereich von 600 bis 1000 Meganewton pro Quadratmeter abermals in Schutzgas gesintert wird, wonach das Fertigpressen in Form von Rückwärtsnapffließpressen mit einem Preßdruck, der entsprechend den gewünschten Kantenradien der Stirnränder gewählt ist, erfolgt Es sind auch Kontaktauflagen als Mehrschichtverbundkörper bekannt (US-PS 32 26 517, insbesondere Spalte 3, Zeile 22 bis 39). Beispielsweise kann hiernach die Kontaktauflage aus pulverförmigem Silber und Graphit einer Zwischenschicht aus reinem Silber und einer schweißfähigen Schicht aus Eisen bei einem Vorpreßdruck von 150MN · m-² gepreßt und bei 880⁰C im Vacuum gesintert werden. Anschließend wird der gesinterte Körper bei 800 MN · m~² nachverdichtet. Die Silberzwischenschicht ist hier erforderlich, um die Sinterverbindung zwischen den beiden anderen Schichten sicherzustellen. Weiterhin ist das Kaltumformen von Sintereisen durch Napfrückwärtsfließpressen an sich bekannt (Industrieanzeiger 93, Jahrgang Nr. 101, 3. 12.1971, Seite 2563 ff), jedoch führt die Verwendung

dieses bekannten Rückwärtsnapffließpressens allein nicht zum Erfolg, da bei den bekannten Kalturnformverfahren, bei denen ausschließlich Einschichtteile verwendet werden, die Sintertemperatur optimal gewählt werden kann (0,8... 0,9 T_m, T_m = Schmelztemperatur in

K), so daß die Restporosität unter 15% liegt Bei Verwendung eines Zweischichtsinterkö-pers sind die Sinterverhältnisse ut.günstiger, 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~² 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 · v.i~² 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.
Wird das Pressen bei einem Druck von etwa 200 MN m-², das Kalibrieren bei etwa 800 MN m-² und das Rückwärtsnapffließpressen bei etwa 2000 MN m~² vorgenommen, so ergeben sich optimale Beschaffenheitswerte für die Kontaktbrücke. Die 2000 MN m"² sind zur Schaffung relativ scharfkantiger Stirnränder von Vorteil. Der Druck kann verringert werden, wenn größere Rundungen in Kauf genommen werden.

Anhand der Zeichnung ist die Form einer Kontaktbrücke dargestellt. Es zeigt
Fi g. 1 Unteransicht,

F i g. 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 rechteckigen 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-Verbundieii wurde ein Preßdruck von 200 MN m~⁷ gewählt gegenüber den sonst bei Eisen üblichen 500 bis 600 MN m-², um ein vorzeitiges Verschmieren der Werkzeuge durch das Kupferpulver zu verhindern. Die Matritze 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 1000⁰C 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 MNm^-3 kalibriert und nochmals unter den gleichen Bedingungen gesintert. Die zweite Wärmebehandlung bewirkt neben dem festigkeiisteigernden 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 Preßv—gang nach dem Kalibrieren ergebenden Porositätrunterschiede im Kontaktbereich und im Mittelbereich wird die Umformung der Kontaktbrücke zur gewünschten Form wesentlich begünstigt Beim Kontaktwerkstoff 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 ers! überwiegend verdichlet, während es im Endbereich der Brücke schon in die Stirnränder ausfließt. Dadurch erklärt sich die beim Sinterteil gleichmäßig gute Ausfüllung von Stirn- und Längsrändern.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen

Claims

Patentansprüche:

1. Verfahren zur Herstellung von aus einer elektrisch gut leitenden Auflageschicht aus Kupfer und einem wannenförmigen Tragkörper aus Eisen bestehenden Tragteilen für Kontaktauflagen von Kontaktbrücken in elektrischen Schaltgeräten, dadurch gekennzeichnet, daß zunächst ein Zweischichtpulverrohling aus einer Schicht (1) aus pulverförmigem Eisen für den Tragkörper und einer Schicht (2) aus pulverförmigem Kupfer für die Auflageschicht bei einem Druck zwischen etwa 200 bis 400 Meganewton pro Quadratmeter gepreßt, anschließend in Schutzgas bei etwa 1000⁰C gesintert und nach Kalibrieren des Rohlings bei Drücken im Bereich von 600 bis 1000 Meganewton pro Quadratmeter abermals in Schutzgas gesintert wird, wonach das Fertigpressen in Form von Rückwärtsnapffließpressen mit einem Preßdruck, der entsprechend den gewünschten Kantenradien der Stirnränder gewählt ist, erfolgt.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Pressen bei einem Druck von etwa 200, das Kalibrieren bei einem Druck von etwa 800 und das Rückwärtsnapffließpressen bei einem Druck von etwa 2000 Meganewton pro Quadratmeter erfolgen.