DE3005662A1 - Kontaktelement und herstellungsverfahren hierzu - Google Patents

Kontaktelement und herstellungsverfahren hierzu

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DE3005662A1 DE19803005662 DE3005662A DE3005662A1 DE 3005662 A1 DE3005662 A1 DE 3005662A1 DE 19803005662 DE19803005662 DE 19803005662 DE 3005662 A DE3005662 A DE 3005662A DE 3005662 A1 DE3005662 A1 DE 3005662A1
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Description

Anmelder: G-. Rau GmbH & Co., Pforzheim
Kontaktelement und Herstellungsverfahren hierzu
Die Erfindung betrifft ein Kontaktelement, bei dem auf einem Träger aus unedlem Metall mindestens eine Auflage durch Einwirkung energiereicher Lichtstrahlung aufgebracht ist, wobei diese Auflage wenigstens ein Edelmetall und/oder eine Edelmetall- Legierung enthält. Ferner werden vorteilhafte Verfahrensschritte sur Herstellung des Kontaktelementes angegeben.
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Edelmetalle, deren Legierungen und deren Verbundwerkstoffe sind als Kontaktwerkstoffe in weitem Anwendungsbereich bekannt. Sie erfüllen die gestellten Anforderungen, nämlich gute elektrische und thermische Leitfähigkeit, geringer Abbrand und geringe Verschweißneigung, sowie hohe Korrosionsbeständigkeit und ausreichende mechanische Festigkeit in jeweils optimaler Korabination. Mit Rücksicht auf den hohen Preis der Edelmetalle ist sparsamste Verwendung geboten. Bekannt sind daher Edelmetall- Sparlösungen, welche grundsätzlich davon ausgehen, das Edelmetall nur an der eigentlichen Kontaktstelle anzubringen, wo die angegebenen Eigenschaften gebraucht werden.
Zum bekannten Stande der Technik gehört das Aufschweißen von Drahtabschnitten, Profilabschnitten, Kugeln und Aufschweißplättchen oder dgl. aus Edelmetall auf einem Träger. Dadurch wird eine punkt- oder inselförmige Edelmetallauflage erreicht. Die vorbekannten Verfahren, bei denen Draht- oder Profilabschnitte verwendet werden, erfordern jedoch mit Rücksicht auf die Anordnung und Geometrie der Schneidwerkzeuge bestimmte Mindestvolumina des Edelmetalls, so daß oft mehr Edelmetall eingesetzt werden muß, als dies für
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BAD ORIGINAL
;.: Γ/· rl·! j 30Q5662
die Kontaktgabe und geforderte lebensdauer notwendig wäre.
Beim Aufschweißen von Kugeln und Plättchen ist ebenfalls eine bestimmte untere Größe (Plindestgewicht) festgelegt, wenn eine automatische Zuführung möglich sein soll. Die Herstellung dieser Kugeln oder Plättchen aus Kontaktwerkstoff bedingt einen zusätzlichen vorbereitenden Arbeitsgang. Bei allen Verfahren der Widerstandsschweissung, sowohl unter Verwendung von Draht- oder Profilabschnitten, als auch beim Kugel- oder Plättchenaufschweißen ist der erforderliche Schweißdruck zwischen der Auflage und dem Träger gegebenenfalls nachteilig, weil dadurch vor allem bei dünnen Kontaktträgern unerwinschte Verformungen eintreten können.
Bekannt ist ferner die Verbindung eines Trägers mit einer Auflage durch Laserschweißung von der Rück* seite des Trägers her, wobei der Laserstrahl den Träger durchdringt und die Auflage in einer nicht die gesamte Auflagefläche umfassenden begrenzten Schmelzzone mit dem Träger verbindet.
Die vorliegende Erfindung geht von der Aufgabenstellung aus, benutzungsgerechte kleine Volumina eines Edelmetalls oder einer Edelmetall- Legierung
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BAD ORIGSNAL
:"" ..■:?": 30Q5662
einwandfrei und großflächig auf einem Träger aufzubringen. Zur Lösung dieser Aufgabenstellung ist vorgesehen, daß die Auflage und der Träger in einer mit Hilfe der Lichtstrahlung aus der vollständig aufgeschmolzenen Auflage erzeugten Verbindungsschicht miteinander schmelzverbunden sind. Ein derartiges Kontaktelement läßt sich mit der theoretisch nach dem Anwendungszweck und der Gebrauchsdauer festgelegten Edelmetallmenge ausführen und ergibt einen wesentlichen Kostenvorteil. Außerdem wird in der durch Lichteinwirkung erzeugten Verbindungsschicht eine einwandfreie großflächige Schmelzverbindung von Auflage und Träger erreicht, die einen niedrigen, konstanten elektrischen Übergangswiderstand ergibt.
Das Verfahren zur Herstellung eines Kontaktelementes durch Lichteinwirkung kann zweckmäßig in der Weise ausgeführt werden, daß die Auflage mit dem Träger υ unter vollständiger Aufschmelzung des Trägerwerkstoffes schmelzverbunden wird. Die Herstellung der Schmelzverbindung erfolgt dabei ohne jede mechanische Druckeinwirkung auf den Trägerwerkstoff . Es lassen sich sowohl reine Edelmetalle als auch deren Legierungen nach diesem Verfahren aufbringen.
Durch die punktförmige Energieeinwirkung im Brennpunkt des Lichtstrahls tritt nur eine eng begrenzte
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bad
Erwärmung ein, !«reiche eine unkontrollierte Verteilung des flüssigen Edelmetalls auf dem Trägerwerkstoff vermeidet. Vielmehr bildet sich in erwünschter Weise aufgrund der Oberflächenspannung und der Wärmekonzentration eine tropfen- bzw. halbkugelförmige Gestalt des Auflagewerkstoffes, die in günstigen Fällen ohne weitere Nachbearbeitung als Kontaktfläche verwendet werden kann.
Es hat sich gezeigt, daß die durch Lichteinwirkung hervorgerufene Schmelzverbindung zweckmäßig mit dem hochenergiereichen Laserlicht, und insbesondere mit Hubin- Lasern durchgeführt werden kann. Besonders die mit liubin- Lasern erzeugten Lichtstrahlen eignen sich für das Aufschmelzen von Kontaktwerkstoffen, da diese aufgrund ihrer Wellenlänge von Metallen besser absorbiert werden als beispielsweise Gas- Laserlicht (COg- Laser). Das Aufschmelzen der Auflage auf den Träger kann gegebenenfalls in an sich bekannter V/eise unter Schutzgas erfolgen, um eine unerwünschte Oxidbildung zu vermeiden. Die Austrittsenergie- Leistungsdichte und Impulsdauer des Laserstrahls richten sich nach dem aufzuschmelzenden Volumen und nach dem Werkstoffkennwerten.
In weiterer Ausbildung der Erfindung kann es zweckmäßig sein, wenn der zur Schmelzverbindung aufge- ·
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brachte Auflagewerkstoff Pulverform aufweist. Ein solches Pulver kann entweder eine oder mehrere metallene, edle und unedle Komponenten enthalten, sowie schmelz- und/oder haftfördernde, an sich bekannte Zusatzstoffe, wie beispielsweise Borsäure. Bei Verwendung mehrerer metallener Pulverkomponenten läßt sich gegebenenfalls die erwünschte Edelmetall- Legierung in einem Arbeitsgang mit der Schmelzverbindung der Auflage auf dem Träger erzeugen.
Eine andere, gegebenenfalls vorteilhafte Möglichkeit kann darin bestehen, den pulverförmigen Auflagewerkstoff in Pastenform zu verarbeiten.
Die Anwendung des pulverförmigen Auflagewerkstoffes bietet den Vorteil, daß Dosierungsvorrichtungen verwendet werden können, wie sie in der Pulvermetallurgie gebräuchlich sind, oder wie sie zum Aufbringen von Lotpasten in automatischen Lötanlagen bereits verwendet werden. Bei der Dosierung in Pulverform kann das Pulver in einer anderen ■ gegebenenfalls zweckmäßigen Verfahrensdurchführung zu einem Formkörper verbunden sein, welcher die Handhabung der gewünschten Henge erleichtert. Dabei läßt sich zweckmäßig ein Verdichten des Hetallpulvers bei der Formung erzielen.
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BAD ORIGINAL
Π : "--': :'y-r\\ ι 3005862
Bei kontinuierlich durchzuführenden Herstellungsverfahren erscheint es zweckmäßig, den Träger mit einer Haftschicht zu versehen, auf die der Auflagewerkstoff in Pulverform aufgebracht, oder der aus dem Pulver hergestellten Formkörper aufgelegt wird. Unter bestimmten Voraussetzungen kann der Auflagewerkstoff vorteilhaft auch in Form eines Band- oder Drahtzuschnittes verwendet werden. Hierbei ergibt sich gegenüber den vorbekannten Scbweißverfahren der bereits erläuterte Vorteil der technologisch günstigeren Eigenschaften der vollständigen Verbindung und gegebenenfalls der halbkugelförmigen Formung des Kontaktwerkstoffes.
Ausführungsbeispiel I
Auf einen federelastischen Träger aus Beryllium-Bronze mit den Abmessungen 0,2 χ 5 χ 60 mm wird ein aus Edelmetallpulver (Gold) gepreßter, scheibenförmiger Formkörper von 1 mm Durchmesser (0,3 mm dick) nach dem Aufstreichen eines geeigneten Haftlackes fixiert und anschließend durch Rubin- Laserlicht mit einer Energie von 6 Ws und einer Impulsdauer des Laserstrahls von 5 ms aufgeschmolzen. Es ergibt sich eine im wesentlichen halbkugelförmige Oberfläche des Edelmetall- Auflagewerkstoffes, die unmittelbar als Kontaktfläche verwendet werden
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kann, wobei zwischen Auflage und Träger eine günstige mechanische und elektrische Verbindung besteht.
Ausführungsbeispiel II
In diesem Falle wird anstelle des im Ausführungsbeispiel I verwendeten scheibenförmigen Pulverformkörpers aus Gold eine Pulvermischung, bestehend aus Gold und Silber, im Gewichtsmengenverhältnis 92 : 8 verwendet. Bei der Kubin- Laserlichtein-r· wirkung ergibt sich als legierung AuAg8 an der Kontaktstelle.
Ausführungsbeispiel III
Von einem auf einer Spule aufgewickelten Bändchen (tape) in der Abmessung 0,05 χ 0,0 mm aus einer Gold- Nickel- Legierung in der Zusammensetzung AuNi 95-5 Gew.$ werden abfallos quadratische Plättchen in der Abmessung 0,8 χ 0,8 mm abgetrennt und mit dem Abtrennstempel auf den unbeschichteten Trägerwerkstoff ■ aufgepreßt. Hierdurch haftet das Edelmetall- Plättchen ausreichend durch Adhäsionskräfte und mechanische Verzahnung der Metalloberflächen auf dem Trägerwerkstoff,bis es durch den Laserstrahl aufgeschmolzen wird und dabei eine kugelförmige Form mit einer Höhe von ca. 0,15 mm annimmt.
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BAD ORIGINAL
In der Zeichnung ist der Verfahrensablauf erläutert. Ausgangswerkstoff für ein Kontaktfederelement 1 bildet ein Bandmaterial 2 aus federelastischein. Werkstoff, welches in einer Keinigungsstation 3 auf der überfläche gereinigt und in einer Boschichtungsstation 4 mit einer Haftschicht versehen wird.
Hit einer Dosierungsvorrichtung 5 werden scheibenförmige Pulverformkörper 6 auf die haftbeschichtete Überfläche des Bandes 2 aufgelegt, welche die Auflage der Kontaktelemente bilden sollen.
Das vollständige Aufschmelzen des Kontaktwerkstoffes erfolgt in einer Schweißstation 7 mit Hilfe von hubin- Laserlicht. Dabei ergibt sich die in der Zeichnung dargestellte, im wesentlichen halbkugelförmige Kontaktoberfläche. Die Kontaktelemente 1 werden dann mit einem Stanzwerkzeug 8 aus dem Trägerwerkstoff ausgestanzt, wobei bei Bedarf, die erhabenen Kontaktstellen nachgeprägt werden können.
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rad ORIGINAL

Claims (12)

  1. Dr.-!ng. Herbert Moser
    Patentanwalt K&r!sruh3,ttev/ackanlagQ 15
    A 852
    Ansprüche
    '' 1J Kontaktelement, bei dem auf einem Träger aus unedlem Metall mindestens eine Auflage durch Einwirkung energiereicher Lichtstrahlung aufgebracht ist, wobei diese Auflage wenigstens ein Edelmetall und/oder eine Edelmetall-Legierung enthält, dadurch gekennzeichnet, da.'3 die Auflage und der Träger in einer mit Hilfe der Lichtstrahlung aus der vollständig aufgeschmolzenen Auflage erzeugten Verbindungsschicht miteinander schmelzverbunden sind.
  2. 2. Verfahren zur Herstellung eines Kontaktelementes, bei dem auf einem Träger aus unedlem Heta11 mindestens eine Auflage durch Einwirkung energiereicher Lichtstrahlung aufgebracht ist, wobei diese Auflage ein Edelmetall und/ oder eine Edelmetall- Legierung enthält, dadurch gekennzeichnet, daß die Auflage mit dem Träger unter vollstän-
    130034/0490
    BAD
    diger Aufschmelzung des Auflagewerkstoffes schmelzverbunden wird.
  3. 3. Verfahren nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Schmelzverbindung mit Laser- licht durchgeführt wird.
  4. 4. Verfahren nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß ein Hubin-Laser verwendet wird.
  5. 5. Verfahren nach einem der Ansprüche 2,3 oder 4, dadurch gekennzeichnet, daß der zur Schmelzverbindung,aufgebrachte Auflagewerkstoff aus Pulver ,besteht.
  6. 6. Verfahren nach Anspruch 5» dadurch
    gekennzeichnet, daß das Pulver eine Mischung mehrerer metallener Komponenten enthält.
  7. 7. Verfahren nach Anspruch 5 oder 6, dadurch gekennzeichnet, daß das Pulver bzw. die Pulvermischung schmelz- und/oder haftfördernde Zusatzstoffe enthält.
    130034/0490
    RAD OBiGlNAL
    , f Γ"-*. χΓί 30Q5662
    * * W ·» W W MW MW
  8. 8. Verfahren nach einem der Ansprüche 5,6 oder 7, dadurch gekennzeichnet, daß das Pulver zu einem Formkörper verbunden ist.
  9. 9. Verfahren nach Anspruch 5,6 oder 7, d a durch gekennzeichnet, daß das Pulver in Pastenform auf den Träger aufgebracht wird.
  10. 10. Verfahren nach Anspruch 2 oder 5, dadurch gekennzeichnet, daß der Träger vor dem Aufbringen der Auflage mit einer 'Haftschicht versehen wird.
  11. 11. Verfahren nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet , daß die Auflage aus einem Band- oder Drahtzuschnitt besteht.
  12. 12. Verfahren nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, da.B beim Aufschmelzen des Auflagewerkstoffes die Kontaktform gebildet wird.
    130034/0490
    BAD ORIGINAL
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