DE3043631C2

DE3043631C2 - Verfahren zur Herstellung eines zusammengesetzten elektrischen Kontaktes

Info

Publication number: DE3043631C2
Application number: DE3043631A
Authority: DE
Inventors: Akira Yokokama Shibata
Original assignee: Chugai Electric Industrial Co Ltd
Current assignee: Chugai Electric Industrial Co Ltd
Priority date: 1979-11-22
Filing date: 1980-11-19
Publication date: 1985-05-09
Also published as: SE446488B; IT8026178A0; NO803514L; GB2063136A; ES8302370A1; AU6459080A; GB2063136B; FR2470436A1; FR2470436B1; DE3043631A1; US4414742A; IT1134422B; ES506940A0; BR8007667A; SE8008171L; IN152570B; JPS5673826A; ES8206921A1; ES496949A0; MX148150A

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Herstellung eines zusammengesetzten elektrischen Kontaktes nach dem Oberbegriff des Anspruchs 1.

Ein derartiges Verfahren ist beispielsweise aus der DE-OS 28 32 063 und aus der US-PS 34 60 735 und 36 00 794 bekanntgeworden. Bei der Herstellung eines derartigen elektrischen Kontakts wird von kurzen Drahtabschnitten ausgegangen, die stirnseitig aneinander gelegt und dann einem axialen Druck ausgesetzt werden, wodurch dann an der gemeinsamen Berührungsfläche unter einer Querschnittsvergrößerung die Kaltverschweißung der Drahtabschnitte und die Kontaktformung vorgenommen werden kann. Wesentlich ist dabei, daß die Drahtabschnitte in entsprechenden Halteeinrichtungen beispielsweise in Form einer Axialbohrung gehalten werden, und daß dabei der Kaltverschweißungs-Vorgang in Form einer Querschnittsverbreiterung erfolgt Dies ist deshalb notwendig, da eine entsprechende Verbindung zwischen den Drahtabschnitten, die auch hohen Scherkräften standhält, nur dann zu erzielen ist, wenn aufgrund der axialen Preßkräfte im Bereich der Berührungsstelle eine Quer-Schnittsvergrößerung um den Faktor 2, zumindest aber um den Faktor 1,5 eintritt, was nachfolgend anhand von Zeichnungen näher erläutert werden soll. Dabei zeigt im einzelnen

F i g. 1 ein erstes Ausführungsbeispiel eines Herstellungsverf ahrens nach dem Stand der Technik,

Fig.2 ein zweites Ausführungsbeispiel nach dem Stand der Technik,

F i g. 4 ein weitertι Ausführungsbeispiel eines Herstellungsverfahrens nach dem Stand der Technik.
In F i g. 1 ist ein bimetallischer elektrischer Kontakt in Form einer Niete mit einem oberen Kontaktteil ¹H gezeigt, dessen Durchmesser mindestens doppelt so groß wie der Durchmesser des zugehörigen Schenkels 1' ist. Der Schenkeldurchmesser entspricht dabei der Dicke des Drahtabschnittes 1, aus dem er gebildet wird. Lediglich dann, wenn der Verschleißvorgang der beiden Drahtabschnitte 1 und 2 an ihrer gemeinsamen Berührungsfläche 3 unter der Bedingung erfolgt, daß unter den ansetzenden Axialkräften eine wulstförmige Quer-Schnittsverbreiterung um den Fakt·■«· 4 eintritt, dann werden beispielsweise Verbindungskräfte zwischen den Drahtabschnitten in der Größenordnung von 2350 N oder 120 N/mm² erzielt. Dies bedeutet also, daß das Verhältnis der Durchmesser des Kontaktmaterials 2' des Kontaktabschnittes Cund des Schenkelteiles Γ bzw. des zugehörigen und den Schenkelteil bildenden Drahtabschnittes 1 ein Wert von 2 :1 entsprechen muß, um die genannten Scherkräfte zu erzielen.

Wird demgegenüber, wie in Fig.2 gezeigt ist, ein bimetallischer elektrischer Kontakt hergestellt, bei dem das Verhältnis der Durchmesser des Kontaktteiles Γ zum Schenkelteil 2' einen Wert beispielsweise von 1,3 :1 entspricht oder der Kontaktteil Cvergleichsweise

kleiner ist als der Schenkelteil S, so lassen sich nur noch Verbindungskräfte an der Verschweißstelle erzielen, die

Scherkräften in der Größenordnung von 240 N oder 30 N/mm² standhalten.

Bei den bekannten Herstellverfahren eines bimetallischen elektrischen Kontaktes muß also der Durchmesser des Kontaktabschnittes etwa dem doppelten des Schenkelteils entsprechen, um die gewünschten hohen Verbindungskräfte aufzubringen. Aber auch bei der Herstellung eines trimetallischen elektrischen Kontaktmaterials in Form einer Doppelkontaktniete ergeben sich die in F i g. 4 gezeigten Verhältnisse. Danach wird der trimetallische elektrische Kontakt aus einem ersten Drahtabschnitt 2-2, beispielsweise aus Silber, einem zweiten Drahtabschnitt 1 beispielsweise aus Kupfer und

einem dritten Drahtabschnitt 2-1 wiederum beispielsweise aus Silber hergestellt, wobei die erwähnten Drahtabschnitte die gleichen Durchmesser wie in dem Beispiel nach F i g. 1 und 2 aufweisen sollen (alle Maßangaben in den F i g. 1 bis 3 in mm).

Um die Drahtabschnitte an den Verbindungsflächen 3 und 4 im ausreichenden Maße fest miteinander zu verschweißen, ist es von daher unvermeidlich, die Drahtabschnitte der räumlichen Ausbildung und Abmessung wie in Fig.4 auszubilden. Die Verbindungskräfte an den Flächen 3 und 4 betragen hier dann etwa 150 N (100 N/ m²) bzw. etwa 2350 N (120 N/m²).

Aufgrund der geschilderten Verhältnisse ist ersichtlich, daß ein bi- oder trimetallischer Kontakt nach dem Stand der Technik immer nur in eng vorgegebenen Grenzen mit bestimmten Größenverhältnissen zwischen Kontaktteil und Schaftteil herstellbar ist Sollen insbesondere bi- und trimetallische Kontaktnieten auf einem gleichen Chassis mittels darin vorgesehener Löcher eingesetzt werden, so bedarf es in diesem Fall jeweils unterschiedlicher Größenabmessungen für die Löcher, da die Kontakt- und Schenkelabschnitte jeweils unterschiedliche Größenverhältnisse aufweisen

Demgegenüber ist es Aufgabe der Erfindung die Nachteile nach dem Stand der Technik zu überwinden und ein Verfahren zur Herstellung eines aus zwei oder mehreren Drahtabschnitten zusammengesetzten und hohen Scherkräften standhaltenden Kontaktes zu schaffen, ohne daß während des Kaltverschweißens an der Berührungsfläche der Drahtabschnitte und Foringebens eine Querschnittsvergrößerung auf annähernd das Doppelte des Durchmessers der Drahtabschnitt notwendig ist Die Aufgabe wird erfindungsgemäß entsprechend den in? kennzeichnenden Teil des Anspruchs 1 oder 2 angegebenen Merkmalen gelöst

Vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung sind in den Unteransprüchen angegeben.

Durch die vorliegende Erfindung ist es ersiniais möglich, daß der Durchmesser des Kontaktabschnittes in bezug auf den Schenkelabschnitt mit relativ geringem Durchmesser ausgebildet sein kann, ohne daß dies zu Lasten verringerter Verbindungskräfte zwischen den einzelnen miteinander verschweißten Drahtabschnitten geht. Dabei können die miteinander zu verschweißenden Drahtabschnitte einen gleichen oder unterschiedlichen Durchmesser aufweisen. Durch die Ausbildung mindestens eines Vorsprunges mit geringerem Durchmesser als der Drahtabschnitt selbst am Stirnende zumindest eines Drahtabschnittes wird sichergestellt, daß an der Berührungsfläche nach Kaltverschweißen und Formgebung die Durchmesservergrößerung kleiner als das 1,5fache des zugehörigen Ausgangsdurchmessers des Drahtabschnittes sein kann.

Durch das erfindungsgemäße Verfahren kann ein zusammengesetzter elektrischer Kontakt geschaffen werden, bei dem zwei oder mehrere Drahtabschnitte aus Edel- und Nichtedelmetalien an ihren freien Stirnenden kaltverschweißt werden, wobei die Kontaktfläche aus dem Edelmetall oder einer Legierung besteht

Zwar ist aus der US-PS 40 73 425 ebenfalls bekannt, den Durchmesser des Kontaktteiles nach dem Verschweißen wieder zu reduzieren, indem die wulstförmige Querschnittsvergrößerung zweier verschweißter Drahtabschnitte rundherum abgeschnitten wird. Dies führt aber zu einem nicht gewünschten Materialverlust an Edelmetallen.

Es ist bei dem erfindun^sgemäßen Verfahren möglich, daß der Kontaktteil selbsi im Gegensatz zum Stand der Technik lediglich aus dem Material eines Drahtabschnittes besteht beispielsweise aus Silber, ohne daß dieser Kontaktteil in seiner gesamten Querschnittsfläche durch das einen gegenüber dem Ausgangsdurchmesser unveränderten Durchmesser aufweisende Schenkelkontaktmaterial unterlegt ist

Dies ergibt nicht nur eine Reduzierung des Silberverbrauches, sondern führt auch eine Höhenverminderung des Kontaktteilteiles selbst herbei, wodurch der Kontakt insgesamt kompakter und letztendlich wirtschaftlicher herstellbar ist

In einer vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung nach den Ansprüchen 3 und 4 bleibt der Durchmesser beider bzw. des dicksten der zu bearbeitenden Drahtabschnitte unverändert Hierdurch wird ein Gleiten oder Abgleiten und Verbiegen der Berührungsflächen und ihrer anschließenden Abschnitte vermieden. In vorteilhafter Weise wird zusätzlich durch die Verringerung der stirnseitigen Berührungsfläche der Druck während des Axiaiverschweißens auf diese Berührungsflächen noch vergrößert so daß sich sehr hohe V<»rbindungskräfte zwischen den einzelnen Drahtabsck-ütten realisieren lassen.

Die Ansprüche 5 bis 8 betreffen vorteilhafte Weiterbildungen der Erfindung.

Weitere Vorteile der Erfindung ergeben sich nachfolgend aus den anhand von Zeichnungen beschriebenen Ausführungsbeispielen von erfindungsgemäßen Verfahren. Dabei zeigen im einzelnen

Fig.3, 5 bis 9 das KaltverschweiDen verschiedener Formen zusammengesetzter elektrischer Kontakite in schematischer Darstellung;

Fig. 10 bis 16 weitere Beispiele der Ausbildung von Vorsprüngen an den stirnseitigen Endabschnitten der zu verschweißenden Drahtabschnitte.

Zunächst wird zumindest eine Stirnseite zweier zu verschweißender Drahtabschnitte mit einem axialen Vorsprung versehen, der einen geringeren Durchmesser als der zugehörige Drahtabschnitt aufweist Die Drahtabschnitte werden in einem Formhohlraum stirnseitig aneinandergelegt und einem Axialdruck ausgesetzt; um die Kaltverschweißung unter Querschnittsvergrößer-ang an der Berührungsstelle der einzelnen Drahtabschnitte durchzuführen. Dabei kann ein Vorsprung nur an einem Drahtabschnitt vorgesehen sein. Sind beide Stirnenden zweier zu verschweißender Drahtabschnitte jeweils mit einem oder mehreren Vorsprüngen versehen, so können diese sich auch noch in ihrem Volumen unterscheiden.

so Das erfindungsgemäße Verfahren wird nachfolgend an vier Beispielen näher erläutert:

Beispiel 1

(Herstellung eines bimetallischen oder

Einzelkontaktmaidials oder einer Einzelkoiitaktniete

mit einem Kontaktteil, dessen Durchmesser etwa dem

1 — 1,5f achen des Schenkelteils entspricht)

Ein bimetallisches oder Einzelkontaktmaterial für elektrische Kontakte mit Abmessungen gemäß F i g. 3 (Durchmesser der Kontaktfläche 2' und des Schenkelteils 1' sind gleich, entsprechend einem Verhältnis von 1:1), wird kalt verschweißt.

Hierzu wird an emem abgeschnittenen oder freien Ende eines kurzen Diahtabschnittes 1 aus Kupfer mit den in der Zeichnung angegebenen Abmessungen ein Vorsprung la von den angegebenen Abmessungen aus-

gebildet. An dem freien Ende eines Silberstückes 2, welches dem Vorsprung la gegenübersteht, wird ebenfalls eiin Vorsprung 2a hergestellt. Diese Drahtstücke I₁ 2 werden in eine Form 5 eingesetzt, die einen Hohlraum mit einem Durchmesser von 2,5 mm aufweist, so daß die Vorsprünge la, 2a an ihren einander zugewendeten Flächen gegeneinander anstoßen. Alsdann werden die Drähte in ihren Axialrichtungen zusammengedrückt, bis die Vorsprünge in Radialrichtung verpreßt sind und den freien Raum des Hohlraumes ausfüllen. Der auf diese Weise erhaltene elektrische Kontakt besteht aus einem Schenkelstück 1' sowie einem Kontaktstück 2' von gleichem Durchmesser, wobei die Verbindungsfläche 3 eine Scherkraft von etwa 590 N (120 N/mm²) aushält. Das Kontaktstück 2' wird alsdann in einer an sich bekannten Weise geformt. Obgleich die auf diese Weise erhaltene Einzelkontaktniete derjenigen von F i g. 2 entspricht, was die Abmessungen betrifft, beträgt die Verbindungskraft der Oberfläche 3 etwa 960 N (120 N/mm²), was

'A'^itäus besser ist ^csnübsr den 24^ N '30 N/mm²^ d^pr Niete nach F i g. 2.

Beispiel 2

(Doppelkontaktniete mit einem Schenkelteil, dessen

Durchmesser geringer ist als derjenige eines

Kontaktteils).

Die Herstellung der Nieten ergibt sich aus F i g. 5 und 6. Sowohl die erstgenannte als auch die letztgenannte Niete haben solche Ausbildungen und Abmessungen, daß sie nicht mit bekannten Verfahren herstellbar sind, wenn ihre Verbindungsflächen nicht vernachlässigt werden. In F i g. 5 und 6 sind solche Teile, welche denen von F i g. 4 entsprechen, mit gleichen Bezugsziffern versehen. Die Verfahrensschritte des Kaltverschweißens und der Formgebung sind die gleichen, wie in Verbindung mit F i g. 3 erläutert wurde. Gemäß F i g. 5 soll iedoch die Verbindung zwischen dem Draht 1 und dem anderen Draht 2-1 nicht notwendig innerhalb eines Formhohlraumes 5 erfolgen müssen, da diese Verbindung als Vorverbindung hergestellt wird. Die Verbindungskraft der Verbindungsfläche 3 nach F i g. 5 beträgt, in Scherkraft ausgedrückt, etwa 2350 N (120 N/mm²), diejenige der Verbindungsfläche 4 von Fig.5 etwa 590 N (120N/ mm²), während diejenige der Verbindungsfläche 3 von Fig.6 bei etwa 96ON (120 N/mm²) und diejenige der Verbindungsfläche 4 von F i g. 6 bei etwa 590 N (120 N/ mm²) liegen.

Beispiel 3

(Bimetallische oder Einzelkontaktniete mit einem
Kontaktteil, der ausschließlich aus Edelmetallen

gefertigt wird, wobei eine solche Niete mit

unverändertem Durchmesser des Schaftes nach

bekannten Verfahren nicht herstellbar ist)

den. Auch in Fig. 7 sind gleiche Teile mit gleichen Be zugsziffern wie in F i g. 3 versehen. Der Formvorgang selbst ist bekannt.

Beispiel 4

Dieses Beispiel ist in F i g. 8 dargestellt und entsprich im wesentlichen demjenigen nach Fig.3. Jedoch besteht ein Unterschied darin, daß irgendeiner der Kurzdrähte 1 oder 2, die kalt zu verschweißen sind, nicht mit einem Vorsprung la oder 2a versehen werden kann, da das Volumen zu gering ist. Der an dem Kurzdraht 1 vorgesehene Vorsprung la und ein anderer Kurzdraht 2 haben Raumausbildungen, Abmessungen und Funktio nen, welche den entsprechenden Bauelementen la, 2a von F i g. 3 entsprechen. Die Teile von F i g. 8, welche denjenigen nach F i g. 3 entsprechen, sind mit gleichen Bezugsziffern versehen. Zur Verfahrensdurchführung wird ein Stanzstempel 6 und ein Stift 7 verwendet. Die Hnrstellungsschritte nach diesem Beispiel entsprechen denjenigen nach F i g. 3.

F i g. 9 zeigt eine weitere Anordnung von Kurzdräh ten, mit denen die Verfahrensdurchführung gemäß dem Beispiel 4 begonnen werden kann.

Neben dem Beispiel nach F i g. 1 bis 9 können die Vorsprünge auch gemäß den F i g. 10 bis 16 ausgebilde sein.

Die Voisprünge können dabei an dem freien Stirnen de der Dr,'Stabschnitte nach unterschiedlichen Verfah ren hergestellt werden, beispielsweise durch Schneiden, Stanzen, Schmieden, Strangpressen, Rollen und derglei chen mehr. Aus Materialersparnisgründen sind aber je ne Verfahren zu bevorzugen, bei denen kein überschüs siges Material abgeschnitten wird. Wenn das Rohmate

rial einen geringen Durchmesser aufweist, können Vorspränge für derartige Drähte von geringem Duchmes ser auch dadurch hergestellt werden, daß der Drahtab schnitt bis auf den Vorsprung verbreitert wird. Obgleich die vorstehend beschriebenen Vorsprünge mit unter schiedlichem Volumen ausgebildet sein können, dürfte es am leichtesten sein, die miteinander zu verschweißen den Vorsprünge mit gleichem Durchmesser und glei eher Höhe herzustellen, wobei die Dicke beispielsweise dem halben Durchmesser der verwandten Drahtab schnitte entsprechen kann.

Hierzu 8 Blatt Zeichnungen

Wie vorangehend wiederholt erläutert wurde, erfordern übliche Kaltverschweißungsverfahren die Durchmesserausdehnungen der Drahtstoffe auf etwa das Doppelte ihres Ursprungsdurchmessers längs der Verschweißungsflächen, um eine genügende Verbindungskraft zu erzielen. Dieses Erfordernis führt unvermeidlich zu einem Ausdehnungsbereich oder Wulst, der aus beider. Drahtstoffen besteht. Bei dem Verfahren gemäß F i g. 7 wird jedoch kein Wulst erzeugt, und der Kontaktteil kann ausschließlich aus Silber hergestellt wer-

Claims

Patentansprüche:

1. Verfahren zur Herstellung eines zusammengesetzten t-tektrischen Kontaktes aus zumindest zwei kurzen Drahtabschnitten mit gleichem Durchmesser, die stirnseitig aneinander gelegt, einem Druck in Axiairichtung ausgesetzt und unter Querschnittsvergrößerung an der Berührungsstelle miteinander kaltverschweißt und zum Kontakt geformt werden, dadurch gekennzeichnet, daß zumindest eines von zwei an jeder kalt zu verschweißenden Berührungsstelle aneinander zu legenden Stiraenden der Drahtabschnitte mit zumindest einem axialen Vorsprung versehen wird, dessen Querschnitt kleiner ist, als der des zugehörigen Drahtabschnittes, und daß die gesamte Vergrößerung des Durchmessers der Drahtabschnitte kleiner ist als das l,5fache des Ausgangsdrahtdurchmessers.

2. Verfahren zur Herstellung eines zusammengesetzten elektrischen Kontaktes aus zumindest zwei kurzen Drahiabschnitten, die stimscitig aneinander gelegt einem Druck in Axialrichtung ausgesetzt und unter Querschnittsvergrößerung an der Berührungsstelle miteinander kaltverschweißt und zum Kontakt geformt werden, dadurch gekennzeichnet, daß die Drahtabschnitte unterschiedliche Durchmesser aufweisen und zumindest eines von zwei an jeder kalt zu verschweißenden Berührungsstelle aneinander zu legenden Stirnenden der Drahtabschnitte mit zumindest einem axialen Vorsprung versehen wird, dessen Querschnitt kleiner ist als der des zugehörigen Drahtabschnittes, und daß die gesamte Vergrößerung des Durchmessers des dickeren Drahtabschnittes kleiner ist als das i^facrs seines Ausgangsdurchmessers.

3. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Ausgangsdurchmesser der Drahtabschnitte erhalten bleibt

4. Verfahren nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß der Ausgangsdurchmesser des dickeren Drahtabschnittes erhalten bleibt.

5. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis f dadurch gekennzeichnet, daß vor dem Kaltverschweißen jedes der zwei aufeinander zu weisenden Stirnenden der Drahtabschnitte mit einem axialen Vorsprung versehen wird.

6. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß vor dem Kaltverschweißen jedes der zwei aufeinander zu weisenden Stirnenden der Drahtabschnitte mit mehreren Vorsprüngen versehen wird.

7. Verfahren nach Anspruch 2 oder 4, dadurch gekennzeichnet, daß vor dem Kaltverschweißen zweier aneinander zu legender Stirnflächen die Stirnfläche des dickeren Drahtabschnittes mit einem oder mehreren axialen Vorsprüngen versehen wird.

8. Verfahren nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß der Durchmesser des axialen Vorsprungs am dickeren Drahtabschnitt dem Durchmesser des dünneren Drahtabschnittes entspricht.