DE2919851A1

DE2919851A1 - Elektrischer kontakt und insbesondere verfahren zu seiner herstellung

Info

Publication number: DE2919851A1
Application number: DE19792919851
Authority: DE
Inventors: Richard Charles Broadhurst
Original assignee: Johnson Matthey PLC
Current assignee: Johnson Matthey PLC
Priority date: 1978-05-17
Filing date: 1979-05-16
Publication date: 1979-11-22
Also published as: FR2426323A1; US4364173A

Description

Beschreibungseinleitung

Die Erfindung bezieht sich auf elektrische Kontakte, die sowohl kostengünstiger als bisher bekannte Kontakte herzustellen sind, als auch weniger Edelmetalle als diese enthalten. Außerdem bezieht sich die Erfindung insbesondere auf ein Verfahren zum Herstellen solcher Kontakte.

Die Verwendung von Bimetallkontakten, bei denen eine Einlage oder eine Außenseite des Kontaktmaterials im allgemeinen einem Träger aus Kupfer oder einer Kupferlegierung zugeordnet ist, brachte für die Schaltertechnik erhebliche Vorteile. Bei einer ganzen Anzahl von Lösungen, die elektrisch und mechanisch zufriedenstellend sind, hat es sich als schwierig erwiesen, eine Silberplatte oder einen Knopf aus Silber auf einer Kupferunterlage aufzuschweißen. Das gilt insbesondere dann, wenn eine Großserienfertigung erwogen wird, beispielsweise, wenn in der Großserienfertigung für die Widerstandsschweißung sogenannte "Schlatter"-Maschinen zum Einsatz kommen sollen.

Eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, ein gut leitfähiges , oxydations- und verschleißfestes Metall in der Form einer Scheibe oder in jeder beliebigen anderen Form als Kontaktfläche einem Träger vorzugsweise aus Metall und in der

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Form eines Streifens oder einer Folie so zuzuordnen, daß die Kontaktfläche in der einen Fläche des Streifens, hinter dieser Fläche oder dieser Fläche gegenüber erhaben liegt, ohne jedoch relativ zur anderen Fläche eine Erhebung zu ergeben. Eine weitere Aufgabe der Erfindung ist es, eine solche hochleitende, oxydations- und abriebresistente Einlage mit kuppeiförmiger, halbkugelförmiger, rechteckiger oder anderer Kontur einem Träger so zuzuordnen, daß die Kontaktfläche über die Oberfläche des Trägers hinausragt. Eine weitere Aufgabe der Erfindung ist die Schaffung eines Kontaktes, der relativ zu bekannten Kontakten ein geringeres Volumen bzw. eine geringere Menge von Edelmetallen verwendet.

Zur Herstellung eines diesen Erfordernissen gerecht werdenden Kontaktes mit einem Träger und einem Kontaktelemen-t mit einer Kontaktfläche wird ein Verfahren vorgeschlagen, das folgende Verfahrensschritte aufweist:

1) Herstellen einer Blind- oder Durchgangsbohrung in dem Träger mit zumindest einer Erhebung in der Bohrungswand;

2) Einsetzen eines Kontaktelementblockes mit einer Kontaktfläche in die Bohrung und

3) Verformen des auf diese Weise eingesetzten Kontaktelementblockes so, daß der Block zumindest zum Teil mittels der Erhebung bzw. der Erhebungen in der Bohrungswand festgehalten ist.

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Die Erhebung erstreckt sich vorzugsweise in Umfangsrichtung über den gesamten Bohrungsumfang in der Mitte zwischen den Bohrungsenden.

Nach einem zweiten Aspekt der Erfindung weist das Verfahren zum Herstellen eines elektrischen Kontaktes mit einem Träger und einem Kontaktelement mit einer Kontaktfläche aus oder mit einem Edelmetall folgende Schritte auf:

a) Einbringen einer Blind- oder Durchgangsbohrung in den Träger in einer Kontur und Größe, die kleiner sind, als es zur Aufnahme der Kontaktfläche des Kontaktelementes nötig ist;

b) Aufweiten zumindest des Anfanges der Bohrung auf einen Wert, daß die Bohrung in diesem Bereich den Kontaktflächenbereich des Kontaktelementes aufzunehmen vermag und Herstellen einer Erhebung von der Wand der Bohrung aus nach dem Bohrungsinneren in einer Entfernung vom aufgeweiteten Bohrungsanfang;

c) Anbringen des Trägers auf einer starren Unterlage;

d) Einsetzen eines Kontaktelementblockes aus Metall und mit einer Fläche aus Edelmetall, einer Edelmetalllegierung oder einer Materialverbindung mit Edelmetall in die Bohrung und

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e) Verformen des so eingesetzten Blockes so, daß die Bohrung ausgefüllt ist und die Erhebung in der Bohrungswand umschlossen ist und so der Block in der Bohrung gehalten ist, wobei die Kontaktfläche des Blockes in der Ebene der Trägerflache, hinter dieser Ebene oder vor dieser Ebene liegt.

Das Aufweiten im Schritt (b) des oben gekennzeichneten Verfahrens wird vorzugsweise mit einem Stössel geeigneter Größe und Kontur ausgeführt. Dieser Stössel kann beispielsweise einen ersten Abschnitt mit einer Kontur haben, die als Führung in die Bohrung eindringt und einen zweiten Abschnitt, der der Aufweitung des Bohrungsanfanges dient sowie dem Erzeugen der Erhebung der Bohrungswand, indem außerhalb der Erhebung das Material zurückgedrängt wird.

Gemäß einer Modifikation der zweiten Lösung gemäß der Erfindung kann der Schritt e) das Pressen des Kontaktelernentblockes mit einem Werkzeug beinhalten, das eine konturierte Aussparung aufweist, um während des Fressens eine gewölbte oder in anderer Weise entsprechend den Erfordernissen konturierte Kontaktfläche zu formen, die sich über der Oberfläche des genannten Metallträgers erstreckt, aber diesem durch Pressen des Blockes sicher zugeordnet ist, um mit der Kontur einheitlich zu sein, die die Erhebung der Bohrungswand einschließt.

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Der Träger kann perforiert sein, und in jeder Perforierung kann der Kontaktelementblock eingedrückt sein, der eine Edelmetall enthaltende Oberfläche aufweist, um eine oxydations- und abriebfeste Kontaktfläche zu bilden. Zweckmäßigerweise kann der Hauptkörper des genannten Blockes von einem Basismetall gebildet sein, wobei an die Stelle des Basismetalles eine Basismetall-Legierung oder eine Basismetallverbindung treten kann, die eine Dispersion von elektrisch leitenden Partikeln in mechanisch starrer Verbindung mit dem Edelmetall oder der Edelmetall-Legierung aufweist, oder der Hauptkörper kann eine Oberfläche aus Edelmetall aufweisen, wobei der Körper gepreßt und in seiner Lage mit der Erhebung gehalten wird, die während oder nach der Herstellung der Perforierungen gebildet wird.

Der metallische Kontaktelementblock mit einer Edelmetallfläche oder einer Edelmetalleinlage ist vorzugsweise durch ein metallurgisches Pulververfahren hergestellt, beispielsweise indem ein Metallpulver gepreßt und gesintert wird. Es können jedoch auch andere Verfahren angewendet werden, indem z.B. ein fester Aluminiumblock vorgesehen ist, der mit einer Oberfläche aus Silber oder einer Silberlegierung oder mit einer entsprechenden Einlage die Kontaktfläche bildet.

Elektrische Kontakte gemäß der vorliegenden Erfindung haben als Hauptbestandteil des Metallträgers vorzugsweise Kupfer

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und Silber oder eine Silberlegierung als den Hauptbestandteil des Oberflächenmaterials an Edelmetall. Eine bevorzugte Dicke des Metallträgers sind 0.09 inches.

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Figurenbeschreibung

Nachfolgend werden anhand der Zeichnung Ausführungsbeispiele der Erfindung beschrieben. In der Zeichnung zeigen:

Fig. 1 die verschiedenen Arbeitsschritte des erfindungsgemäßen Verfahrens, wobei die einzelnen Schritte durch in Klammern gesetzte Zahlen (1) - (4) gekennzeichnet sind und

Fig. 2 eine Modifizierung der Erfindung, bei der ein gestuftes Preßwerkzeug oder ein solcher Stempel zur Anwendung kommt, um eine gewölbte oder in anderer Weise erhabene Kontaktfläche zu erzeugen.

Gemäß Fig. 1 ist der Metallträger 1 aus Kupfer oder einer Kupfer enthaltenden Legierung gefertigt und hat vorzugsweise eine Dicke im Bereich zwischen 0.04 und 0.2 inches. Ein Druckwerkzeug 2 besteht aus Werkzeugstahl und hat einen Durchmesser im Bereich von 0.08 und 0.4 inches. Mit diesem Druckwerkzeug wird ein Loch 3 mit einem Druck im Bereich von 1 000 - 10 000 Ib erzeugt, am zweckmäßigsten beträgt der Druck zwischen 3 000 und 5 000 Ib. Am oberen Rand ist das Loch 3 mit einem Werkzeug

5 bei 4 erweitert, wozu das Werkzeug 5 einen Anfangsabschnitt

6 hat, der etwas enger als der Durchmesser des Loches 3 ist

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und an den sich ein weiterer Abschnitt 7 anschließt, was zur Folge hat, daß der Rand 4 mit einer Kraft aufgeweitet wird, die kleiner ist als die Kraft, die zum Drücken des Loches 3 benötigt wird und die einen nach innen gerichteten Ringbund 8 in der Wand des Loches 3 erzeugt. Der Ringbund erstreckt sich um etwa 0.015 inches nach innen.

Zur Unterstützung des Metallträgers 1 dient eine steife Unterlage 9, wenn der metallische Kontaktelementblock 10 mit seiner Edelmetall enthaltenden Oberfläche 11 mit dem Werkzeug 12 bei einem Druck von etwa 3 000 - 5 000 Ib rasch in das Loch 3 eingeschlagen wird. Der verdichtete und verformte Block 10 wird beim Schritt 4 gemäß dem Bezugszeichen 14 verformt, während die Edelmetall enthaltende Kontaktfläche gemäß dem Bezugsζeichen 13 verformt wird. Die Kontaktfläche 13 liegt bündig in der Ebene der Oberseite des Metallträgers 1. Die Unterlage 9 kann nach dieser Verformung zurückgezogen werden, und der eine Anzahl von Kontakten tragende Träger kann entsprechend den Anforderungen in eine Anzahl kleinerer Segmente unterteilt werden.

Bei der Modifikation gemäß Fig. 2 wird der Block 10 von einer steifen Unterlage 9 unterstützt und wird von einem Werkzeug 17 verpreßt, das eine Aussparung 15 aufweist, die entsprechend der gewünschten Kontur der Edelmetall enthaltenden Kontaktfläche 16 konturiert ist. Das verdichtete Basismetall im Block 10 hat

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etwa 98 % der theoretischen Dichte des Basismetalles im Teil 1.

In einer weiteren Modifikation kann die Unterlage 9 nach oben gerichtete Teile haben, die so geformt sind, daß sie von unten in die Löcher 3 eindringen können. In diesem Fall füllt der Block 10 nicht vollständig das ihm zugehörige Loch im Block 1 aus.

Wenn es wünschenswert ist, kann der Basismetallblock 10 eine Edelmetallbeschichtung an beiden Enden aufweisen, so daß ein Doppelkontakt gegeben ist.

Der Träger 1 und der Block 10 können aus dem gleichen oder aus unterschiedlichem Material bestehen.

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Claims

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Anmelder: JOHNSON, MATTHEY & CO., LIMITED, 43, Hatton Garden
London, ECIN 8EE, England

Titel: Elektrischer Kontakt und insbesondere Verfahren zu seiner Herstellung

Patentansprüche

1.J Verfahren zum Herstellen elektrischer Kontakte mit einem Träger und einem Kontaktelernent mit einer Kontaktfläche, gekennzeichnet durch folgende Verfahrensschritte:

1.1 Herstellen einer Blind- oder einer Durchgangsbohrung im Träger (1) mit zumindest einer von der Bohrungswand aus sich nach innen erstreckenden Erhebung (8);

1.2 Einsetzen eines eine Kontaktfläche (11,16) tragenden Kontaktelementblockes (10) in die Bohrung;

1.3 Verformen des in die Bohrung eingesetzten Kontaktelementblockes so, daß der Block von der Erhebung zumindest teilweise in der Bohrung gehalten ist.

2. Verfahren zum Herstellen eines elektrischen Kontaktes mit einem Träger und einem eine Kontaktfläche tragenden Kontaktelement, wobei die Kontaktfläche aus Edelmetall besteht oder ein Edelmetallelement enthält, gekennzeichnet durch folgende Verfahrensschritte:

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2.1 Herstellen einer Blind- oder Durchgangsbohrung im Träger (1) mit einer Kontur oder einer Größe, die kleiner ist, als es zur Aufnahme der Kontaktfläche (11,16) des Kontaktelementes (10) nötig ist;

2.2 Vergrößern der Bohrung zumindest am Bohrungsanfang so, daß dieser Teil der Bohrung den Kontaktflächenbereich aufzunehmen vermag und Herstellen einer von der Bohrungswand aus in die Bohrung hineinragenden Erhebung zwischen den Bohrungsenden;

2.3 Aufsetzen des so vorbereiteten Trägers (1) auf eine starre Unterlage (9);

2.4 Einsetzen eines Kontaktelementblockes (10) aus Metall und mit einer Kontaktfläche (11,16) aus Edelmetall, aus einer Edelmetall-Legierung oder aus einer Edelmetallverbindung in die Bohrung und

2.5 Verformen des so eingesetzten Blockes zum vollständigen Ausfüllen der Bohrung und Umschließen der Erhebung (8), um den Block in der Bohrung zu halten und zum Erzeugen der Kontaktfläche in der Ebene der Oberseite des Trägers, hinter dieser Ebene oder vor dieser Ebene.

3. Verfahren nach Anspruch 1 oder Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß sich die Erhebung (8) in der Mitte zwischen den beiden Bohrungsenden ringsum auf den ganzen Bohrungsumfang erstreckt.

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4. Verfahren nach Anspruch 1 , dadurch gekennzeichnet, daß die Kontaktfläche in der Ebene der Oberseite des Trägers, hinter dieser Ebene oder vor dieser Ebene liegt.

5. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Kontaktfläche des Kontaktelementes größer als der Querschnitt des übrigen Kontaktelementes ist.

6. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß der Kontaktelementblock aus Silber, Aluminium oder Kupfer oder aus einer Legierung mit einem dieser Elemente gefertigt ist.

7. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß der Träger (1) aus Kupfer, einer Kupferlegierung, Aluminium oder einer Aluminiumlegierung gefertigt ist.

8. Verfahren nach Anspruch 6 oder Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß die Kontaktfläche aus Silber, einer Silberlegierung, Gold, einer Goldlegierung,.einem Metall der Platingruppe oder aus einer Legierung mit einem oder mehreren Metallen der Platingruppe gefertigt ist.

9. Elektrischer Kontakt, gekennzeichnet durch seine Herstellung nach einem der Ansprüche 1 bis 8.

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