DE3039939A1

DE3039939A1 - Anordnung zum aufschweissen eines kontaktstueckes auf einen kontakttraeger

Info

Publication number: DE3039939A1
Application number: DE19803039939
Authority: DE
Inventors: Friedrich Ing.(grad.) 8752 Goldbach Niebuhr; Harald Ing.(grad.) 7524 Östringen Weber
Original assignee: Brown Boveri und Cie AG Germany; BBC Brown Boveri AG Germany
Current assignee: BBC Brown Boveri AG Germany
Priority date: 1980-10-23
Filing date: 1980-10-23
Publication date: 1982-06-16
Also published as: ATE8826T1; EP0050767A1; ES506239A0; JPS57101310A; ES8207381A1; EP0050767B1

Description

BROWN,BOVERI & CIE AKTIENGESELLSCHAFT Mannheim 21. Oktober 1980

ZFE/P4-Ft/Ht Mp.-Nr. 631/80

Anordnung zum Aufschweißen eines Kontaktstückes auf einen Kontaktträger;

Die Erfindung betrifft eine Anordnung zum Aufschweißen eines Kontaktstückes auf einen Kontaktträger für ein elektrisches Schaltgerät mittels Ultraschall, mit einem Schweißamboß, einer darauf aufliegenden Aufnahme zur Halterung des Kontaktträgers, wobei der Schweißamboß und die Aufnahme von einer Öffnung durchdrungen sind, in der das Kontaktmaterial mittels eines Stempels gegen den Kontaktträger gedrückt ist.

In der Vergangenheit sind Kontaktstücke auf Kontaktträger entweder aufgelötet oder aufgenietet worden. Bei bestimmten

3Q abbrandfesten Materialien, wie zum Beispiel Ag-CdO, Ag-SnO und dergleichen, ist ein Auflöten oder Aufschweißen sehr schwierig, weil derartige Kontaktstückmaterialien eine geringe Löt- und/oder Schweißfähigkeit besitzen. In der Vergangenheit hat man daher zwischen dem Kontaktstück aus den genannten Materialien und dem Kontaktstückträger aus Kupfer

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eine oder mehrere Zwischenschichten aus Silber oder aus einer Silberlegierung aufgebracht, die die Lötung bzw. Schweißung einerseits am Kupferkontaktstückträger und andererseits am Kontaktstück "vermitteln". Bei den in der Vergangenheit stark angestiegenen Rohstoffpreisen und insbesondere Silberpreisen ist eine derartige Verschweißung aufwendig und teuer.

Es ist ein Verfahren zum Verbinden von Kontaktkörpern mit Kontaktträgern bekanntgeworden (DE-AS 15 64 572), bei dem

1Q eine Ultraschallschweißung vorgenommen wird. Der Kontaktkörper wird als Rohling dem zugleich als Prägestempel für den Kontakt ausgebildeten Schwinger (Sonotrode) eines Ultraschallschweißgerätes zugeführt und durch die gleichzeitige Einwirkung von erheblichem Druck und Ultraschallschwingungen

^5 zu seiner Endform verformt und zugleich mit dem Kontaktträger verschweißt.

Es ist ferner bekannt, vergleiche DE-AS 26 42 339, einen Kontaktkörper herzustellen, bei dem ein Kontaktstück durch Schall- bzw. Ultraschallschweißung mit einem Träger verbunden wird. Dabei werden zwischen dem Kontaktstück und dem Träger im Bereich der Trennebene Pa\tikel eines Schleifpulvers zwischengefügt, die beim Ultraschall-Schweißvorgang die Oberfläche des Kontaktstückes und des Trägers im Verbindungsbereich unregelmäßig

P₅ aufreißen, so daß durch diese Anrauhung der zu verschweißenden Oberflächen eine günstige Beeinflussung des Schweißvorganges und eine Beschleunigung der Kaltschweißung erzielt wird.

Bei allen diesen Schweißverfahren besteht das Problem, daß 3Q zwischen der den Kontaktträger haltenden Aufnahme und dem Kontaktträger Kontaktstückmaterial seitlich herausfließen kann, wodurch eine Nachbearbeitung erforderlich werden kann.

Aufgabe der Erfindung ist es, eine Anordnung der eingangs genannten Art zu schaffen, bei der ein Wegfließen des Kontaktstückmaterials während de3 Schweißvorganges vermieden wird.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß an der Berührungsfläche zwischen Kontaktträger und Aufnahme eine wulstartige Dichtkante vorgesehen ist, die die Öffnung in der Aufnahme ringartig umgibt. Dabei kann der Ringwulst entweder am Aufnahmeteil oder am Kontaktträger selbst vorgesehen sein.

Gemäß einer weiteren Ausgestaltung der Erfindung kann - insbesondere bei dünnen Kontaktstückträgern - der betreffende Ringwulst an der Sonotrode bzw. an dem Schwinger selbst angeformt sein.

Durch die Ringwulste, die als Dichtkante wirken, wird verhindert, daß das Kontaktstückmaterial während des eigentlichen Schweißvorganges seitlich wegfließen kann.

Anhand der Zeichnung, in der sowohl eine bekannte Ausführung als auch einige erfindungsgemäße Ausführxmgsbeispiele dargestellt sind, sollen die Erfindung sowie weitere vorteilhafte Ausgestaltungen und Verbesserungen der Erfindung näher erläutert und beschrieben werden.

Es zeigt:

Figur 1

3Q und 2 - eine bekannte Anordnung vor dem Schweißvorgang und während des Schweißvorganges,

Figuren

3 bis 6 jeweils unterschiedliche Ausgestaltungen einer erfindungsgemäßen Anordnung.

Auf einem Basisgrundrahmen 10 ist ein Ultraschallschweißgerät 12 angebracht, welches eine Sonotrode 14 oder einen Schwinger 14 trägt. F bezeichnet die Schwingungsrichtung der Sonotrode 14. Der Basisgrundrahmen 10 besitzt eine Öffnung 16 oder Ausnehmung 16, in die ein mit einem Kragen 18 versehener Amboß 20 eingepaßt ist, auf dessen oberer Fläche eine Aufnahme 22 befestigt ist, auf den ein Kontaktstückträger 24 aufgelegt ist. Der Amboß 20 und die Aufnahme 22 sind jeweils von einer Bohrung 26 bzw. 28 durchdrungen, wobei der Durchmesser der Bohrung größer ist als der Durchmesser der Bohrung 28. Zum Aufbringen einer Druckkraft beim eigentlichen Verschweißvorgang ist ein Kolben 30 einer nicht weiter dargestellten Druckeinrichtung vorgesehen, der gestuft mit zwei Bereichen 29 und 31 ausgebildet ist. Der Bereich 29 mit größerem Durchmesser ist in der Bohrung 26 des Ambosses 20 und der Bereich 31 mit geringerem Durchmesser ist in der Bohrung 28 der Aufnahme 22 geführt. Dabei entspricht selbstverständlich der Außendurchmesser des Bereiches 29 dem Innendurchmesser der Bohrung 26 bzw. der Aussendurchmesser des Bereiches 31 dem Innendurchmesser der

/φ Bohrung 28. Dieser Innendurchmesser der Bohrung 28 entspricht weiterhin im Querschnitt dem Querschnitt des in der Figur 1 nicht dargestellten Kontaktstückes.

Die Wirkungsweise der Vorrichtung ist wie folgt:

ein Drahtabschnitt 32, der aus Kontaktstückmaterial hergestellt ist, wird manuell oder automatisch in die Bohrung 26 des Ambosses 20 eingelegt. Danach wird der Kontaktstückträger auf die dem Kontaktstückträger 24 angepaßte Aufnahme aufgelegt. Beim Schweißvorgang fährt die Sonotrode 14 gemäß Pfeilrichtung F, auf den Kontaktträger 24 zu und drückt diesen mit einer bestimmten Druckkraft auf die Aufnahme 22. Danach drückt der Kolben 30, der in die Bohrung 28 der Aufnahme hineingreift, den Drahtabschnitt 32 mit einer bestimmten Druckkraft F- an das Trägerteil 2. Danach wird der Ultraschall ausgelöst und 3g der Drahtabschnitt wird unter gleichzeitigem Formen des Kontaktstückes an das Trägerteil angeschweißt Nach Beendigung des Schweißvorganges fahren die einzelnen beweglichen Elemente,

die Sonotrode 14 und der Kolben 30, wieder in die in der Figur 1 gezeigten Ausgangsstellung zurück.

Bei der Ausgestaltung gemäß der Figur 1 bzw. Figur 2 treten insoweit Probleme auf, als Teile des Drahtes 32 infolge Kaltfluß durch Einwirkung von Druck und Ultraschall zwischen der oberen Fläche der Aufnahme 22 und der diese berührenden Fläche des Kontaktstückträgers 24 herausfließen (siehe Pfeilrichtung F_ bzw. F.. Der Grund hierfür ist darin zu sehen, daß der

-JO Anpreßdruck, mit dem der Kolben unten gegen das Kontaktstück angepreßt wird, sehr hoch ist, daß der Anpreßdruck der Sonotrode 14 in Pfeilrichtung F, verringert wird und so idie Abdichtung im Bereich der sich berührenden Flächen zwischen Kontaktstückträger und der Aufnahme nicht mehr ausreicht. Eine

•J5 Verringerung des Anpreßdruckes derart, daß ein Wegfließen nicht mehr stattfindet, ist aber nicht möglich, da sonst eine ausreichende Verschweißung nicht mehr vollständig gewährleistet werden kann.

Um ein Wegfließen zu verhindern, kann man mehrere Möglichkeiten vorsehen:

Gemäß der Figur 3 wird an der Fläche der Aufnahme 22, die dem Kontaktträger zugewandt ist, eine wulstförmige Dichtkante 34

_nr. angeformt, die die Bohrung 28 der Aufnahme 22 umgibt. Beim Schweißvorgang wird nun aufgrund der Ultraschall-Schwingungen und der resultierenden Andruckkraft, mit dem der Kontaktstückträger 24 von der Sonotrode 14 gem. Pfeilrichtung F, auf die Aufnahme gedrückt wird, von der Dichtkante 34 eine ringförmige Nut 36 in den Kontaktstückträger 24 eingedrückt, was als Dichtung wirkt und ein Wegfließen des Kontaktmaterials verhindert.

Eine weitere Ausgestaltung der Erfindung ist aus den Figuren 4 und 5 zu ersehen. Dabei zeigt die Figur 4 die Vorrichtung vor dem Schweißen und die Figur 5 die Vorrichtung während

des Schweißvorganges. Der Kontaktstückträger 38 besitzt auf seiner der Aufnahme 22 zugewandten Fläche einen Vorsprung 40, der umgekehrt dem Vorsprung 34 an der Aufnahme entspricht. Dieser Vorsprung 40 ist dadurch bewirkt worden, daß das Kontaktstück 38 in seiner Gesamtheit entsprechend gestanzt ist; man erkennt auf der dem Vorsprung gegenüberliegenden Fläche des Kontaktstückträgers 38 eine vom Stanzvorgang herrührende Ringnut 42, welche aber für die Erfindung nicht notwendig ist. Beim Schweißvorgang wird in gleicher

■jO Weise wie bei der bekannten Ausgestaltung der Kontaktstückträger 38 auf die Aufnahme 22 gedrückt. Unter der Einwirkung der Ultraschall-Schwingungen schmiegt sich der Vorsprung 40 dicht an die Aufnahme 22 an und verhindert ebenfalls definitiv ein Wegfließen des Kontaktmaterials. Es hat sich heraus-

.jg gestellt, daß nach Abschluß des Schweißvorganges der Vorsprung 40 vollständig zurückgeformt ist. Diese Lösung ist zwar relativ wirkungsvoll. Die optimale Lösung aber ist diejenige gem. der Ausgestaltung nach Figur 3.

P₀ Die Figur 6 zeigt eine weitere Ausgestaltung der erfindungsgemäßen Vorrichtung. Im Gegensatz zu den Anordnungen gemäß deij Figuren 3 bis 5 ist an der Fläche der Sonotrode 14, die auf den Kontaktstückträger 24 aufgelegt ist, ein Vorsprung 44 angeformt, dessen umschriebene Querschnittsfläche der Querschnittsfläche der Bohrung 28 in der Aufnahme 22 bzw. dem später angebrachten Kontaktstück entspricht. Diese Anordnung ist allerdings nur bei relativ dünnen Kontaktstückträgern zu verwenden, bei solchen Kontaktstückträgern also, bei denen die durch den Vorsprung ausgeübte örtliche starke

2Q Druckerhöhung weitergegeben wird an den Kontaktstückträger, so daß im Bereich außerhalb der Öffnung 28 eine Druckspitze von dem Kontaktstückträger auf die obere Fläche der Aufnahme ausgeübt wird, ähnlich wie bei der Ausgestaltung gemäß der Figur 4.

Bei allen diesen Ausgestaltungen hat es sich herausgestellt, daß eine Abdichtung gegen Wegfließen des Kontaktstückmaterials beim Schweißvorgang sicher bewirkt wurde.

Claims

Mp.-NBr. 631/80 21. 10. 1980 Ansprüche

1.)Anordnung zum Aufschweißen eines Kontaktstückes auf einen Kontaktstückträger für ein elektrisches Schaltgerät mittels Ultraschall, mit einem Schweißamboß, einer darauf aufliegenden Aufnahme zur Halterung des Kontaktstückträgers, wobei der Schweißamboß und die Aufnahme von einer Bohrung durchdrungen sind, in der das Kontaktmaterial mittels eines Stempels gegen den Kontaktstückträger gedrückt ist, dadurch gekennzeichnet, daß an der Berührungsfläche zwischen Kontaktstückträger (24, 38) und Aufnahme (22) eine wulstartige Dichtkante (34, 40) vorgesehen ist, die die Bohrung (28) in der Aufnahme ringartig umgibt.

2. Anordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß dio Dichtkante (34) an der Aufnahme (22) angeformt ist.

3. Anordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Dichtkante (40) als zu der Aufnahme (22) hin gerichteter Vorsprung am Kontaktstückträger (28) angeformt ist.

4. Anordnung zum Aufschweißen eines Kontaktstückes auf den Kontaktstückträger für ein elektrisches Schaltgerät mittels Ultraschall, mit einem Schweißamboß, einer darauf aufliegenden Aufnahme zur Halterung des Kontaktstückträgers, wobei der Schweißamboß und die Aufnahme von einer Bohrung durchdrungen sind, in der das Kontaktmateriai mittels eines Stempels gegen den Kontaktstückträger gedrückt ist, insbesondere nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß insbesondere für sehr dünne

Kontaktstückträger (24) an der Sonotrode (14) zur Übertragung der Ultraschallenergie auf die Schweißstelle ein wulstartiger Ringvorsprung (44) vorgesehen ist, dessen eingeschriebene Fläche die Bohrung (28) in der Aufnahme (22) überdeckt.