DE3048242A1

DE3048242A1 - Verfahren zur herstellung eines an ort und stelle mit einem traegermetall verschweissten zusammengesetzten elektrischen kontaktes sowie vorrichtung zur durchfuehrung des verfahrens

Info

Publication number: DE3048242A1
Application number: DE19803048242
Authority: DE
Inventors: Akira Yokohama Shibata
Original assignee: Chugai Electric Industrial Co Ltd
Current assignee: Chugai Electric Industrial Co Ltd
Priority date: 1979-12-29
Filing date: 1980-12-20
Publication date: 1981-09-17
Also published as: US4429458A; JPS5696413A; CH652855A5; FR2472826B1; CA1139594A; BR8008443A; GB2066127A; GB2066127B; MX148531A; FR2472826A1

Description

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Die Erfindung "betrifft ein Verfahren nach dem Oberbegriff des Patentanspruchs 1 sowie eine Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens.

Der Kontakt, von dem die Erfindung ausgeht, besteht aus einem Kontaktteil sowie einem Basisteil, welche über ihre Stoßflächen durch Kaltdruckverschweißung verbunden werden. Der Kontaktteil besteht aus einer Silberlegierung, welche innen oxidiert und mit Oxiden van Cd, Sn, Zn, 3?e, In, Bi und dergleichen oder mit pulvermetallurgisch hergestellten Silberlegierungen dispergiert ist, welche Metallkarbidej beispielsweise Wolframkarbid, Kohlenstoffe, beispielsweise Graphit, und dergleichen enthalten. Dieser Kontaktteil ist nicht mit anderen Metallen durch Punktschweißverfahren verschweißbar, jedoch durch Kaltschweißverfahren. Andererseits besteht der Basisteil aus Silber, dessen Legierungen, Kupfer oder dessen Legierungen^ die 'kaltschweißbar sind₄ einen hohen Kontaktwiderstand und spezifischen Widerstand aufweisen und darüber hinaus keinen Oxidationsfilm um ihre verschweißten Flächen bilden.

Der zusammengesetzte elektrische Kontakt der oben erwähnten Art wird oftmals an einer Unterlage oder einem Verstärkungsmetall befestigt, das aus Kupfer, Kupferlegierungen oder Eisenmetallen, beispielsweise rostfreiem Stahl, Federstahl und dergleichen besteht. Jedoch sind bekannte Verfahren zur Verarbeitung dieser Kontakte zu einem solchen Kontakt, ■welcher auf ein Trägermetall geschweißt wird, erheblichen Schwierigkeiten unterworfen, so daß die

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Anwendung dieser Verfahren begrenzt ist.

TJm den zusammengesetzten elektrischen Kontakt auf ein Trägermetall zu schweißen, muß der Kontakt vorab in einem Verfahrensschritt angelassen werden, der gänzlich verschieden und unabhängig von dem Schweißvorgang ist. Dadurch wird es unmöglich, den Kontakt völlig frisch und rein zu halten, wie er produziert wird, da er mit einer Masse anderer Kontakte in Berührung kommt. Es ist tatsächlich schwierig, aber nicht unmöglich, zwischen dem Kontaktteil und dem Basiäteil eines solchen Kontaktes zu unterscheiden, wenn sich dieser einer Masse anderer Kontakte befindet. Hierbei ist sehr genaue Facharbeit erforderlich, um einen solchen Kontakt von geringen Abmessungen auf einem Trägermetall aufeinanderfolgend in einer gewünschten Lage punkttuverschweißen oder vorsprungzuverschweißen, und zwar ohne den Kontakt und den Basisteil gegenseitig zu verschieben. Obgleich dieser Arbeitsvorgang nicht unmöglich ist, kann er in einer Massenherstellung schwierig durchgeführt werden. Aus diesem Grund wird normalerweise ein Bandschweißverfahren verwendet, jedoch ist dieses nicht wirtschaftlich, da es von einem Verlust wertvollen Materials begleitet ist. Gemäß einem anderen bekannten Verfahren wird der Basisteil eines zusammengesetzten Kontaktes, insbesondere vom Nietentyp, durch eine Perforation geführt, die an einer Trägermetallplatte vorgesehen ist, wobei das freie Ende dieses Basisteils mit der Trägermetallplatte verstemmt wird. Hierbei entstehen hohe Kosten bei der Fertigung in Verbindung mit einem weiteren Nachteil, daß das Verstemmen die Dicke der Kontaktanordnung erhöht.

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Die Erfindung schafft ein demgegenüber verbessertes Verfahren zum Verschweißen eines zusammengesetzten elektrischen Eontaktes der oben erwähnten Art mit einer Trägermetallplatte, und zwar in Aufeinanderfolge und in wirksamer Weise.

Erfindungsgemäß werden ein kurzes Drahtmaterial, welches den Kontaktteil eines zusammengesetzten Kontaktes bilden soll, und ein anderes kurzes Drahtmaterial, welches den Basisteil bilden soll, koaxial · ausgerichtet und einem Axialdruck unterworfen, so daß ihre Stoßenden kaltverschweißt werden. Der auf diese Weise hergestellte zusammengesetzte Kontakt wird unmittelbar auf eine Trägermetallplatte übergeben, ohne irgendeinem anderen wesentlichen Verfahrensschritt in Nachfolge zu dem Kaltverschweißen unterworfen zu werden und ohne einen Anlaßvorgang, wobei der Kontakt auf der Platte angeordnet wird» Der zusammengesetzte Kontakt sowie die Trägerplatte werden zwischen einem Paar von Elektroden schichtartig unter Druck so angeordnet, daß sie durch Widerstandsbeheizung zwischen den Elektroden punktverschweißt werden. Hierbei ist es wesentlich, einen größeren Teil des zusammengesetzten Kontaktes, insbesondere dessen kaltverschweißte Stoßflächen unter der Begrenzung durch eine der Elektroden anzuordnen. Diese Begrenzung durch die Elektrode unter Druck und Wärme bringt einen Spannungsabbau des Kontaktes mit sich, welcher beim Kaltverschweißen erzeugt wurde, wobei auch die Verbindungskraft zwischen dem Kontakt und den Basisteilen gesteigert wird. Die Begrenzung wirkt zusätzlich im Sinne eines Anlassens des Kontaktes, wobei die Formgebung des Kontaktes in einem folgenden Verfahrensschritt, sofern zutreffend, erleichtert werden kann. Ferner

^J tritt beim Verschweißen eines Kontaktes mit einem

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Trägermetall durch. Punlcbverschweißung nach, der Erfindung keine Deformation oder Verwerfung an dem Trägermetall auf, wobei das Ausstanzen eines Trägermetallstückes, das mit dem Kontakt verschweißt ist, aus einer kontinuierlichen Trägermetallplatte präzise durchgeführt werden kann.

Gemäß einer Ausgestaltung der Erfindung ist die Bodenfläche des Basisteils des Kontaktes rauh gehalten, wenn dieser Teil mit dem entsprechenden Kontaktteil kalt verschweißt wird. Diese Rauhigkeit steigert die Härte der Bodenfläche und daraus folgend deren Verschweißbarkeit mit anderen Metallen.

Die Erfindung schafft also ein Verfahren, bei welchem unmittelbar nach Herstellung eines zusammengesetzt;en elektrischen Kontaktes aus Drähten durch Kaltverschweißung dieser Kontakt auf ein Trägermetall gebracht und einer Druck- und Widerstandsbeheizung unterworfen wird, die durch ein Paar von Elektroden ausgeübt wird. Hierbei werden der Kontakt und das Trägermetall an Ort und Stelle punktverschweißt, ohne das Trägermetall ungünstig zu beeinflussen, beispielsweise durch Verwerfung desselben. Die kaltverschweißten Stoßenden des Kontaktes werden von der Spannung befreit, welche durch das KaItverschweißen erzeugt wurde, wobei der Kontakt insgesamt angelassen wird.

Die Erfindung ist nachstehend anhand der Zeichnung näher erläutert, welche eine Reihe von Anordnungen zeigt, die zur Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahrens anzuwenden sind.

Ein Stempel 1, der auch als obere Elektrode dient, 130038/0856

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umfaßt einen vorderen Teil 2 aus Wolframkarbid oder dergleichen. Der Stempel ist axial mit einem Durchtritt 3 versehen und weist an seinem vorderen Ende einen Hohlraum 4 auf, dessen Form einem Eontaktteil des herzustellenden elektrischen Kontaktes entspricht. Der Stempel 1 ist ferner mit einem Klemmelement 6 versehen, welches ein Drahtmaterial 5 für den Kontaktteil in dem Stempel 1 festhält oder diesem gegenüber freigibt. Das Drahtmaterial 5 wird durch den Durch-ΊΟ tritt 3 intermittierend jeweils um einen bestimmten Abstand bewegt.

Eine Schenkelform 7? welche dem Stempel 1 gegenübersteht, weist ein Loch 8 auf, das koaxial zu dem Durchtritt 3 des Stempels 1 verläuft. Diesem Loch 8 ist ein Stift 9 zugeordnet, welcher innerhalb des Loches hin und her beweglich ist. Der Stempel 1 kann sich in eine Betriebsstellung bewegen, wo er bereit ist, gegen die Schenkelform 7 anzuliegen. Die obere äußere Fläche der Schenkelform 7 und das freie Ende des Stiftes 9 sind mit Riefen 10, 10' aufgerauht.

Ein Vorschubelement für Drahtmaterial 11 für den Basisteil des zusammengesetzten elektrischen Kontaktes ist in einem Abstand von dem Stempel 1 sowie der Schenkelform 7 angeordnet. Die Achse des Vorschub-

25· elementes verläuft parallel zu der gemeinsamen Achse des Stempels sowie der Stempelform 7- Das Drahtmaterial 11 wird durch ein paar Rollen 12 intermittierend vorgeschoben, verläuft durch ein Schneidrohr I3 und verläuft weiter nach vorn, bis es gegen einen Anschlag 14 anliegt. Das freie Ende des Anschlages 14 liegt auf dem gleichen Niveau wie die Außenfläche 10 der Schenkelform 7. Ein Schneid- oder Schermesser 15 liegt mit seiner oberen Kante gleitend gegen die Unterkante des Schneid-

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rohr es 13 stn» um den Draht 11 in eine gewünschte Länge zu schneiden. Das Schermesser 15 -wirkt auch im Sinne eines Abzwickens des Drahtes und transportiert ein kurzes abgeschnittenes Drahtstück 11' zu einem Spalt zwischen dem Stempel 1 sowie der Schenkelform 7» wie dies in I¹Xg. 1 strichpunktiert angedeutet ist.

Mittels des Vorschubelementes für das Drahtmaterial sowie mittels des Stempels 1 und der Schenkelform 7» deren Aufbau vorangehend erläutert wurde, werden das Drahtmaterial 5? welches den Kontaktteil des zusammengesetzten elektrischen Kontaktes bildet, und das kurz geschnittene Drahtstück 11', welches den Basisteil des Kontaktes bildet, koaxial in einem Zwischenraum zwischen dem Stempel 1 und der Schenkelform 7 ausgerichtet, wie dies in Fig. 1 dargestellt ist. Alsdann wird gemäß Fig. 2 der Stempel 1 gegen die Schenkelform 7 bewegt _} während der Stift 9 der Schenkelform gleichzeitig gegen die Form angehoben wird, während das Schroidroesser I5 in seine Grundstellung zurückgeführt wird.

Das vordere Ende des Drahtmaterials 5₅ welches ortsfest gegen den Stempel 1 mittels des Klemmelementes gehalten wird, sowie das kurzgeschnittene Drahtstück 11' werden zwischen dem Stempel 1 und der Schenkelform sowie deren Stift zusammengedrückt, wobei eine starke plastische Deformation um die Stoßfläche 16 in Verbindung mit einer Kaltverschweißung auftritt, ko daß ein zusammengesetzter elektrischer Kontakt erzeugt wird. Dieser Kontakt weist an seiner unteren

J'O Fläche eine aufgerauhte Struktur auf. Danach wird der Stempel 1, der das Drahtmaterial trägt, welches an seinem vorderen Ende den zusammengesetzten elektrischen Kontakt aufweist, leicht nach oben angehoben. Gemäß

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Fig. 5 wird auf eine untere Elektrode 17 ein längliches Stück Trägermetall 19 aufgelegt, das mit Löchern 18 versehen ist, um das Metall elektrisch einzupassen. Das Metall 19 wird intermittierend bewegt.

Der Stempel 1, der auch als obere Elektrode wirksam ist und den Kontakt 5¹·trägt, sowie die untere Elektrode 17 mit dem darauf befindlichen Trägermetallblech 19 werden in Gegenüberstellung gebracht. Der Stempel 1 wird gegen das Blech 19 abgesenkt,, so daß der zusammengesetzte elektrische Kontakt, der durch den Stempel 1 gehalten wird, an seiner unteren rauhen Fläche gegen das Trägermetallblech 19 an einer gewünschten Stelle anliegt. Der Stempel 1 und die untere Elektrode 17 werden belastet (beispielsweise mit einer Kraft von 180 N bei einer Stromstärke von etwa 5OOO A), wobei die Widerstandserwärmung zwischen dem Basisteil 11' des zusammengesetzten Kontaktes 5¹ und dem Trägermetall 19 diese Werkstücke verschweißt. Gleichzeitig mit diesem Verschweißungs-Vorgang wird der zusammengesetzte elektrische Kontakt, welcher starr innerhalb des Hohlraumes 4- dee Stempels gehalten wurde, und zwar seit der Kaltverschweißung, der Widerstandsbeheizung· und dem Druck ausgesetzt, wobei die um die kaltverschweißte Fläche 11' aufgebaute Spannung beim Verschweißen des Kontaktes abgebaut wird, wobei der Kontakt insgesamt angelassen wird.

Ein Paar von Messern 20, welche gegenüber dem Drahtmaterial 5 hin und her beweglich gelagert sind, dienen zum Abzwicken des zusammengesetzten Kontaktee 5' von dem Drahtmaterial 5.

Wenn der zusammengesetzte elektrische Kontakt mit

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dem Trägermetall 19 widerstandsverschweißt ist, wird das Klemmelement 6, welches das Drahtmaterial 5 mit dem Stempel 1 verbunden hatte, gegenüber dem Draht freigegeben. Alsdann wird gemäß Pig. 4, 5 der Stempel 1 leicht nach oben angehoben, während die Messer 20 gegeneinander vorgeschoben werden» wobei sie gegen die Oberseite des Kontaktes anstoßen und den Kontakt von dem Draht 5 abtrennen· das Klemmelement 6 verbindet darauf wiederum den Draht 5 mit dem Stempel 1_r dieser wird abgesenkt und kehrt in seine Grundstellung gemäß Mg. 1 zurück·

Das streifenartige Trägermetall 19 mit dem darauf verschweißten zusammengesetzten Kontakt 5 wird in eine untere Form 22 vorgeschoben, welche einer oberen Form 21 mit einem Hohlraum 23 gegenübersteht^ der einer endgültigen Form des Kontaktes entspricht. Gemäß Fig. 7 wird durch das Absenken der oberen Form 21 bis zum Erreichen der unteren Form 22 der Kontakt in die Form gemäß Fig. 8 gebracht. Dieser Formgebungsvorgang ist leicht und genau durchzuführen, da der Kontakt zu dieser Zeit bereits angelassen ist.

Die Trägermetallschicht wird durch einen Stempel zu Kontakteinheiten ausgestanzt, wie sich dies aus Fig. 9 und 10 ergibt. Ein Hohlraum 25 ist an dem freien Ende des Stempels 24 vorgesehen, um zu verhindern, daß der Kontakt 5^f, 11' bricht, wenn der Stempel nach unten gedruckt wird.

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Leerseite

Claims

Helmut Späth

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Chugai Denki Kogyo Kabushiki-Kaisha, 13/5, Nihonbashi-Kayabacho 2-chome, Clruo-ku, Tokio, Japan

Verfahren zur Herstellung eines an Ort und Stelle mit einem Trägermetall verschweißten zusammengesetzten elektrischen Kontaktes sowie Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens

I.JVerfahren zur Herstellung eines zusammengesetzten elektrischen Kontaktes bestehend aus einem Kontaktteil aus metallischen Stoffen, beispielsweise innen oxidierten Silberlegierungen in Dispersion mit Metalloxiden, "beispielsweise Kadmium, Zinn, Zink, Eisen, Indium und anderen Oxiden oder pulvermetallurgisch hergestellten Silberlegierungen enthaltend Metallkarbide, beispielsweise Wolframkarbid, Kohlenstoffe, beispielsweise Graphit, und dergleichen, die nicht punktverschweißbar, jedoch kaltverschweißbar sind, und ferner bestehend aus einem Basisteil, welcher

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mit dem Kontaktteil kaltverschweißt ist und aus metallischen Stoffen "besteht, "beispielsweise Silber, Legierungen hiervon, Kupfer, Legierungen hiervon und dergleichen, die kaltverschweißbar sind, einen hohen Kontaktwiderstand und spezifischen Widerstand aufweisen und keine irgendwie geartete Oxidationsschicht an ihren verschweißten Flächen "bilden, wobei der zusammengesetzte elektrische Kontakt mit einem Tragermgtall verschweißt' ist, das aus Kupfer, Legierungen hiervon, Eisenlegierungen und dergleichen besteht, wobei die Verschweißung an Ort und Stelle erfolgt, wo der Kontakt zusammengesetzt wird, gekennzeichnet durch Zusammensetzung des zusammengesetzten Kontaktes mittels Zusammenfügen eines metallischen Drahtmaterials für den Kontaktteil mit einem metallischen Drahtmaterial für den Basisteil in koaxialer Ausrichtung, Kaltverschweißung der Stoßenden der Drähte durch Anwendung von Druck parallel zu der Axialrichtung zwecks Stauchung der Stoßenden nebst damit verbundener Verschweißung, Anordnung des zusammengesetzten Kontaktes auf dem Trägermetall, so daß dessen Basisteil gegen eine gewünschte Stelle auf dem Trägermetall anliegt, unmittelbar nach der Kaltverschweißung ohne vorherige Behandlung des Kontaktes einschließlich Anlassen, jedoch unter Ausschluß einer vorangehenden Formung, falls benötigt, und Anbringung des zusammengesetzten Kontaktes mit dem Trägermetall zwischen einem Paar belasteter Elektroden nebst Widerstandsverschweißung des Kontaktes mit dem Trägermetall, wobei das Paar von Elektroden diese Bauelemente auch unter Druck hält und eine der Elektroden darin einen großen Teil des zusammengesetzten Kontaktes aufnimmt, insbesondere dessen verschweißte Stoßenden, wobei die Widerstandsbeheizung zwischen den Elektroden, welche den Kontakt und das

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Trägermetall verschweißt > die Spannungen inn die verschweißten Stoßenden vermindert, welche "beim Kaltverschweißen der Enden auftrat, wobei ferner der Kontakt insgesamt angelassen wird.
2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der auf die Drähte längs ihrer Axialrichtungen zum Kaltverschweißen ihrer Stoßenden ausgeübte Druck zur Erzeugung einer Rauhigkeit an der Bodenfläche des Basisteils des Kontaktes verwendet wird und daß der gegen den Kontakt durch die Elektroden angewendete Druck genügend hoch gehalten wird, um die Rauhigkeit zu deformieren.
3· Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens nach einem der Ansprüche 1 oder 2, gekennzeichnet durch einen Stempel (1), der auch als Elektrode dient, und eine Schenkelform (7)» die koaxial zueinander ausgerichtet sind, wobei sich ein Spalt dazwischen befindet, wobei entweder der Stempel oder die Schenkelform oder beide in eine Betriebs-

20.. stellung zu bewegen sind, wo ihre gegenüberstehenden Fläche gegeneinander zu stoßen vermögen, wobei der Stempel mit einem durchgehenden Loch (3) versehen ist, das sich in Axialrichtung erstreckt und durch welches ein erster Draht (5) für einen der Teile des Kontaktes verläuft, ferner gekennzeichnet durch eine Klemme (6), welche zum Pesthalten des ersten Drahtes in dem Stempel vorgesehen ist, durch einen Stift (9) in der Schenkelform, welcher auf das Niveau der oberen Fläche der Schenkelform anzuhebern ist, wenn sich die Schenkelform in der Betriebsstellung befindet, und durch Elemente (15) zur Zuführung eines zweiten Drahtes (11*) für einen anderen Teil des Kontaktes in den Zwischenraum

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zwischen dem Stempel (1) und der Form (7) in Axialausrichtung mit dem ersten Draht (5), wobei die Drähte an ihren Stoßenden durch den Stempel und die Schenkelform kaltverschweißt werden, wenn der Stift (9) in die Betriebsstellung gebracht wurde, und weiterhin gekennzeichnet durch eine andere Elektrode (17), welche dem Stempel (1) koaxial gegenübersteht, wenn der letztere aus der Stellung wegbewegt wird, wo er der Schenkelform gegenübersteht, wobei diese andere Elektrode (17) in Zusammenwirkung mit dem Stempel als Gegenelektrode den zusammengesetzten Kontakt (5, 11') mit dem Trägermetall (19) verschweißt, während der zusammengesetzte Kontakt im wesentlichen in seiner Gesamtheit starr innerhalb des Stempels gehalten ist.
4. Vorrichtung nach Anspruch J, dadurch gekennzeichnet, daß die Schenkelform (7) und deren Stift (9) an ihren Außenflächen mit einer Aufrauhung (1O₁. 10') versehen sind.

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