DE3108502C2 - - Google Patents

Description

Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf einen elektrischen Kontaktkörper nach Patent 29 47 811 und auf ein dafür geeignetes Herstellungsverfahren.

In der Elektrotechnik sind in der Regel die Stellen, an denen ein elektrischer Stromkreis geschlossen bzw. unterbrochen wird, aus edlerem Metall hergestellt als die damit in Verbindung stehenden elektrischen Leiter.

Die Lebensdauer einer Kontaktstelle wird u. a. von dem Abbrand, der Schalthäufigkeit, der Schaltgeschwindigkeit, dem Kontaktdruck, der Kontaktwerkstoffpaarung, der Bildung von Fremdschichten und der chemischen Reaktion bestimmt, wobei diese Faktoren teilweise in einer gewissen Abhängigkeit voneinander stehen und funktionell bedingt sind. Eine konstruktive Beeinflussung kann nur hinsichtlich der Form, des Volumens und der Anbringung des Kontaktstücks auf dem Kontaktträger erfolgen.

Die in dieser Hinsicht bekanntgewordene Wölbung eines Kontaktsstücks hat sich in der Praxis als vorteilhaft erwiesen. Beim ständigen Schalten entsteht nämlich durch den Abbrand der sich berührenden Kontaktstücke ein kraterförmiger Einbrand.

Durch die US-PS 33 77 700 ist ein Kontaktkörper bekanntgeworden, bei dem das einer Ausnehmung des Kontaktträgers zugeordnete, eine konvex gewölbte Kontaktoberfläche aufweisende Kontaktstück aus einem Kontaktniet besteht. Nachteilig bei einer derartigen Ausführungsform ist, daß die Kontaktstücke einen relativ großen Aufwand an Kontakt-Edelmetall erfordern, und zwar ist dieser durch den Nietschaft bedingt.

Des weiteren sind Kontaktkörper allgemein bekanntgeworden, bei deen auf einem Kontaktträger scheibenförmige, mit flacher oder konvex gewölbter Kontaktoberfläche versehene Kontaktstücke angeschweißt werden. Solche direkt auf dem Kontaktträger aufliegende und aufgeschweißte Kontaktstücke haben aber u. a. den Nachteil, daß der Kontaktträger beim Durchbrennen des Kontaktstücks mit angegriffen wird, was zu Verunreinigungen im Kontaktbereich führt und somit den Kontaktwiderstand beeinflußt. Gleiches ist auch festzustellen, wenn flach oder konvex gewölbt ausgebildete, einseitig mit Lötmittel präparierte Kontaktstücke direkt mit der Oberfläche eines Kontaktträgers verlötet werden.

Schließlich ist durch die CH-PS 3 09 321 ein Kontaktkörper bekanntgeworden, bei dem ein konvex gewölbtes Kontaktstück an einem mit einer Ausnehmung versehenen Kontaktträger derart befestigt ist, daß die Kontaktstückoberfläche die Ausnehmung überdeckt. Nachteilig bei einem solchen Kontaktkörper ist, daß das Kontaktstück sich aus mehreren Schichten unterschiedlicher Materialien zusammensetzt, wobei die dem Kontaktträger zugeordnete Oberflächenschicht aus einem Lötmittel besteht. Bei diesen konvex gewölbten und mittels Lötmittel vorbehandelten Kontaktstücken wird infolge des Abbrandes, und zwar beim Durchbrennen des Kontaktstücks die unterhalb der Wölbung befindliche Lötmittelbeschichtung verdampfen und den Kontaktwiderstand an den quasi metallischen Berührungsstellen derart verändern, daß sich ein variabler Widerstandswert ergibt, der nachteilige Störungen verursachen kann.

Von diesem Stand der Technik geht das Hauptpatent aus, wobei dem danach geschützten Gegenstand die Aufgabe zugrundeliegt, das Kontaktstück so zu gestalten und anzuordnen, daß das dafür benötigte Edelmetallvolumen kleiner als bei bisher bekannten Kontaktstücken sein kann. Dies Problem wird dadurch gelöst, daß das Kontaktstück als Kugelschale ausgebildet ist, die die im Kontaktträger vorhandene Ausnehmung überdeckt und mit ihrem Rand auf der dem Kontaktstück zugewandten Seite des Kontaktträgers befestigt ist.

Hiervon ausgehend soll gemäß vorliegender Erfindung der Gegenstand nach dem Hauptpatent in das Schaltverhalten verbessernder Weise weitergebildet und ein zur Herstellung desselben besonders geeignetes Verfahren angegeben werden.

Erfindungsgemäß wird die Aufgabe dadurch gelöst, daß das Kontaktstück eine zu seinem Rad hin kontinuierlich abnehmende Wandstärke aufweist.

Damit wird erreicht, daß während der durch den Abbrand bestimmte Lebensdauer immer eine etwa gleichgroße Kontaktfläche mit dem Gegen-Kontaktstück in Eingriff gelangt, wodurch die elektrischen Verhältnisse nahezu konstant bleiben.

Der Kontaktkopf des nietförmigen Kontaktstücks nach der US-PS 33 77 700 hat zwar auch eine zu seinem Rand hin abnehmende Materialstärke, jedoch sind die dort vorhandenen Verhältnisse nicht mit denen des erfindungsgemäßen Gegenstandes vergleichbar, da das Kontaktstück keine Kugelschale ist.

Um eine relativ hohe Lichtbogenfestigkeit bzw. einen relativ geringen Abbrand an der Kontaktstelle zu erzielen, wird das Kontaktstück - wie durch die DE-AS 10 35 730 bzw. die US-PS 23 19 240 an sich bekannt - im Bereich seiner Kontaktoberfläche mit eingebrachten Partikeln versehen, die die Lichtbogenfestigkeit steigern.

Weiterhin ist es vorteilhaft, wenn das Kontaktstück auf seinem konvexen Bereich eine partiell auf diesem vorhandene Schicht aus noch edlerem Metall aufweist. Durch eine solche z. B. aus der DE-AS 26 04 291 bzw. der CH-PS 6 14 067 hervorgehende Maßnahme wird eine besonders gute Standfestigkeit erzielt, d. h. es können sehr viele Schaltvorgänge durchgeführt werden, ohne daß sich die elektrischen Charakteristiken ändern.

Um den Kontaktkörper für Umschaltvorgänge verwenden zu können, wird auf beiden Seiten des Kontaktträgers - wie durch das Buch "Werkstoffe für elektrische Kontakte" von A. Keil, Springer- Verlag 1960, Seite 284, allgemein bekannt - jeweils ein Kontaktstück angeordnet.

Ein zur Herstellung eines erfindungsgemäßen Kontaktkörpers besonders geeignetes Verfahren ist im Anspruch 6 angegeben, wobei die zur Bildung des Kontaktstücks benötigte Edelmetall- Masse als portionierter Anteil des Edelmetallvorrats einem geeignet ausgeführten Werkzeug zugeführt wird. Dieser Edelmetallvorrat kann als Edelmetalldraht in einer der Lehre der DE-OS 24 38 215 entsprechende Weise bereitgestellt und auch der abgetrennte Anteil nach seiner Formgebung - wie in Anspruch 7 angegeben - mit dem Kontaktträger verschweißt werden.

Anhand von mehr oder minder schematischen Darstellungen sei die Erfindung näher erläutert, und zwar zeigt

Fig. 1 eine als Kontaktträger ausgebildete Kontaktfeder im Schnitt und zur Herstellung eines daran anzuordnenden Kontaktstücks erforderliche Mittel,

Fig. 2 ein mit dem Kontaktträger verschweißtes, vom Edelmetallvorrat abgeschnittenes Kontaktstück,

eine fertige Ausführungsform eines mit dem Kontaktträger verschweißten Kontaktstücks,

Fig. 4 die Ausführungsform nach Fig. 3, jedoch mit einer zusätzlichen Beschichtung.

Wie aus den Fig. 1 und 2 hervorgeht, setzt sich ein Verfahren zur Herstellung eines elektrischen Kontaktkörpers zusammen aus: Stauchen eines dimensionierten Längenanteiles eines Edelmetalldrahtes 2′ mittels Formstempel 6 und Gesenk 6′ derart, daß dieser eine kugelschalenartige Gestalt erhält, Verschweißen der Randzonen 3 mit dem Kontaktträger 1, Abtrennen des Edelmetalldrahtes 2′ von dem Kontaktstück 2, endgültige Fertigstellung derselben, wobei das Abtrennen des Edelmetalldrahtes auch früher erfolgen kann.

In diesem Zusammenhang ist zudem aus Fig. 1 zu entnehmen, daß der Kontaktträger 1 eine als Bohrung ausgebildete Ausnehmung 5 aufweist, die das Fertigungsverfahren, und zwar die schrittweise Steuerung des Vorschubs - die Positionierung des Kontaktträgers - und das Durchfahren des Formstempels 6 gestattet, um später die konkave/konvexe Formgebung des Kontaktstücks 2 unter Heranziehung des Gesenks 6′ durchführen zu können. Weiterhin wird dadurch sichergestellt, daß beim Durchbrennen des Kontaktstücks 2 infolge Kontaktgabe und -trennung der darunter befindliche Kontaktträger 1 nicht angegriffen wird.

In den Fertigungsablauf ist das zur Befestigung herangezogene Schweißverfahren integriert und beeinflußt die Taktzeit nicht negativ. Die aufgrund der durch das Schweißverfahren sich ergebenden Erwärmung oder Erhitzung von Gefügeanteilen innerhalb des kguelschalenartigen Kontaktstücks 2 möglichen Veränderungen erfahren durch eine mechanische Nachbehandlung der Wölbung - außen und innen - eine Orientierung und Verdichtung sowie eine durch Kaltverformung bedingte Steigerung der Härte und somit eine Verbesserung des Engewiderstandes.

Auch ist es möglich, in die Außenfläche der Wölbung durch einen mechanischen Nacharbeitungsprozeß, im Fertigungstakt pulverisierte hochtemperaturfeste Metall- und/oder Kohlenstoffpartikel einzupressen, welche dem späteren Abbrandverhalten entgegenwirken und die Lichtbogenfestigkeit steigern, d. h. mit weiteren Parametern die Lebensdauer sowie die Konstanz des Engewiderstandes der Kontaktberührungsfläche verbessern.

Um bei Schaltkontakten mit schleifender Kontaktgabe einen Ausgleich der Kontakthöhenverringerung in weitgehend linearer Form von der Schalthäufigkeit sicherzustellen, ist insbesondere die nach dem Durchbrennen des Scheitelbereichs der Kontaktstelle verbleibende Kreisringkontaktfläche mit zunehmendem Durchmesser hinsichtlich der Wandstärke zu vermindern, was im Prinzip in den Fig. 3 und 4 dargestellt ist.

Gemäß Fig. 4 ist das Kontaktstück 3 partiell noch mit einer Schicht aus einem gegenüber dem Grundwerkstoff edlerem Material versehen, was die Kontakteigenschaften noch verbessert.

Claims (7)

1. Elektrischer Kontaktkörper mit einem eine Ausnehmung aufweisenden Kontaktträger und einem randseitig am Kontaktträger anliegenden Edelmetall-Kontaktstück mit einer konvex gewölbten, die Ausnehmung überdeckenden Kontaktoberfläche, wobei das Kontaktstück kugelschalenartig ausgebildet und mit seinem Rand auf der dem Kontaktstück zugewandten Seite des Kontaktträgers befestigt ist, nach Patent 29 47 811, dadurch gekennzeichnet, daß das Kontaktstück (2) eine zu seinem Rand (3) hin kontinuierlich abnehmende Wandstärke aufweist.

2. Elektrischer Kontaktkörper nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Kontaktstück (2) im Bereich seiner Kontaktoberfläche mit eingebrachten Partikeln versehen ist.

3. Elektrischer Kontaktkörper nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß auf dem konvexen Bereich des Kontaktstücks zumindest eine Schicht (7) aus noch edlerem Metall vorhanden ist.

4. Elektrischer Kontaktkörper nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß die zumindest eine Schicht (7) auf dem konvexen Bereich partiell und zentral positioniert vorhanden ist.

5. Elektrischer Kontaktkörper nach Anspruch 1 oder einem der folgenden, dadurch gekennzeichnet, daß dem Kontaktstück gegenüberliegend auf der dem Kontaktstück (2) abgewandten Seite des Kontaktträgers (1) ein weiteres gleichartiges Kontaktstück angeordnet ist.

6. Verfahren zur Herstellung eines elektrischen Kontaktkörpers nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die zur Bildung des Kontaktstückes (2) notwendige Edelmetall-Masse in Form eines gegebenenfalls vorher abgetrennten Anteiles eines Edelmetalldrahtes (2′) kugelschalenartig geformt wird, daß gegebenenfalls danach die Edelmetall-Masse vom Edelmetalldraht abgetrennt wird, daß danach in einer weiteren Formgebungsstufe die Edelmetall-Masse zu ihrer endgültigen, eine zum Rand hin abnehmende Wandstärke aufweisenden Gestalt gebracht wird und daß der Rand (3) des Kontaktstücks auf dem Kontaktträger (1) in einem folgenden Verbindungsschritt stoffschlüssig befestigt wird.

7. Verfahren nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß der bestimmte Längenanteil des Edelmetalldrahtes nach seiner Formgebung und vor seiner Abtrennung bereits mit dem Kontaktträger (1) zumindest partiell verschweißt wird.