DE3523935C2 - - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Herstellung eines spanlos verformten Kontaktformstücks, bei dem auf einer Unterlage aus einer unedlen Metallegierung eine Auflage aus einem Edelmetall bzw. einem edelmetallhal­ tigen Kontaktwerkstoff aufgebracht und mit der Unter­ lage stoffschlüssig verbunden ist.

Aufschweißkontakte und Kontaktniete bestehen im all­ gemeinen aus einer Auflage aus einem Edelmetall bzw. einem edelmetallhaltigen Kontaktwerkstoff, die mit einer Unterlage aus unedlen Metallen oder Metallegie­ rungen metallurgisch verbunden ist.

Aufschweißkontakte kann man in der Weise herstellen, daß man Bleche aus dem unedlen Unterlagematerial mit dem edelmetall­ haltigen Kontaktwerkstoff plattiert und aus dem Verbundblech entsprechende kreisförmige Kontaktplättchen ausstanzt. Ein sol­ ches Herstellungsverfahren bedingt durch Ausschuß beim Plattie­ ren und durch Verlust des Stanzgitters einen hohen Abfallanteil, welcher der Scheidung zugeführt werden muß.

In dieser Hinsicht überlegen ist die Herstellung spanlos ver­ formter Kontaktformstücke, auf die sich die Erfindung gattungs­ gemäß bezieht. In der DE-OS 14 64 548 ist ein solches Verfahren beschrieben, bei dem das Material der Edelmetallauflage zunächst mit dem Material der Unterlage durch stumpfes Verschweißen ent­ sprechender Drahtstücke verbunden und anschließend das Kontakt­ stück durch spanlose Verformung hergestellt wird.

In dieser Druckschrift besteht sowohl die Edelmetallauflage als auch die unedle Unterlage vorzugsweise aus einem reinen Me­ tall, nämlich Silber bzw. Kupfer, obwohl auch die Möglichkeit, Legierungen zu verwenden, angedeutet wird. Tatsächlich stellt sich in der Praxis heraus, daß sich bei Verwendung einer Legie­ rung für die Kontaktunterlage große Schwierigkeiten ergeben, ins­ besondere wenn das Material aus oxidationsbeständigen Werkstoffen, wie Nickel- Kupfer-Legierungen hergestellt werden soll. Gerade derartige Werkstoffe sind bekanntermaßen für Kontaktunterlagen an sich besonders geeignet (A. Keil et al. "Elektrische Kontakte und ihre Werkstoffe", Springer Verlag 1984, Seite 218 ff, insbe­ sondere Seite 232).

Gerade die wegen ihres hohen elektrischen Widerstandes und ihrer Oxidationsbeständigkeit für die unedle Unterlage besonders gün­ stigen Legierungen verfestigen bei der spanlosen Verformung so wesentlich, daß eine gemeinsame Verformung mit dem wenig verfesti­ genden Kontaktmaterial nur unter besonderen Bedingungen möglich ist. Bei der spanlosen Verformung eines aus zwei Werkstoffen zusammenge­ setzten Verbundteils muß ein möglichst gleichartiges Verfesti­ gungsverhalten beider Werkstoffe in der spanlosen Formung vor­ liegen, wenn einwandfreie Ergebnisse, insbesondere ohne über­ flüssige Materialverschwendung des edelmetallhaltigen Kontakt­ werkstoffes, erzielt werden sollen.

Die Erfindung geht von der Aufgabenstellung aus, ein Verfahren der eingangs genannten Art so weiterzubilden, daß sich die Ver­ bundteile gut spanlos verformen lassen, und daß trotzdem im End­ zustand die gewünschten Eigenschaften der unedlen Unterlage, nämlich die einer Metallegierung mit relativ hohem Widerstand und guter Oxidationsbeständigkeit, vorliegen.

Die Lösung dieser Aufgabenstellung erfolgt dadurch, daß zur Bildung der unedlen Unterlage ein Verbund­ werkstoff verwendet wird, dessen Kompo­ nenten in festem Zustand ineinander löslich und im Verbundwerkstoff so angeordnet sind, daß sie möglichst große gegenseitige Grenzflächen aufweisen, daß die Auflage und die unedle Unterlage miteinander verbunden und spanlos verformt werden, und daß das fertig geform­ te Kontaktformstück einer Wärmebehandlung derart unter­ worfen wird, daß sich die Komponenten der unedlen Un­ terlage zur Bildung der Legierung ineinander lösen.

Da bei einem solchen Verfahren die Verformungseigen­ schaften des heterogenen Verbundwerkstoffes im we­ sentlichen denen des Kontaktwerkstoffes entsprechen, lassen sich aus stumpfverschweißten Drahtabschnitten sowohl rondenförmige Kontaktplättchen als auch Kon­ taktniete in spanloser Verformung herstellen. Die an­ schließende Wärmebehandlung bewirkt die Umwandlung der Komponenten der unedlen Auflage in die entsprechende Metallegierung mit für eine spätere Widerstandsschweißung erwünschtem hohem elektrischem Widerstand bzw. hoher Oxidationsbeständigkeit. Der Begriff "möglichst große gegenseitige Grenzflächen" bedeutet im Zusammenhang dieser Beschreibung, daß z. B. bei einem Faserver­ bundwerkstoff möglichst viele sehr dünne Fasern der einen Komponente in die Matrix aus der anderen Kom­ ponente eingelagert sind. Bei einem Teilchenverbund­ werkstoff werden möglichst viele sehr kleine Teilchen verwendet, oder bei einem Schichtverbundwerkstoff mög­ lichst dünne Schichten in größerer Anzahl.

Die Verwendung von heterogenen Verbundwerkstoffen, insbe­ sondere in Form eines Faserverbundwerkstoffes als Unter­ lage und Schaft eines Kontaktnietes ist aus der DE-OS 31 01 420 bekannt. Der Faserverbundwerkstoff ge­ mäß dieser Druckschrift soll auf Basis eines Edelmetalls (insbesondere Silber) hergestellt sein und ist deswegen teuer. Durch den Einsatz des Verbundwerkstoffes ergibt sich zwar eine günstige Angleichung des Fließverhaltens an die Edelmetallauflage, jedoch werden bei einem solchen heterogenen Verbundwerkstoff ohne Umwandlung keine Legie­ rungseigenschaften erreicht.

Aus der DE-OS 33 35 274 ist es bekannt, die Auflage eines Kontaktformstücks aus einer Edelmetallegierung herzustel­ len, wobei aus den Legierungskomponenten zunächst ein he­ terogener Verbundwerkstoff erzeugt wird, weil sich dieser leichter als die fertige Legierung spanlos verformen läßt. Der Edelmetall-Verbundwerkstoff für die Kontaktauflage wird mit dem Material für die Unterlage stoffschlüssig verbunden, wobei dies (ähnlich wie bei der erwähnten DE-OS 14 64 548) vorzugsweise durch stumpfes Verschweißen entsprechender Drahtstücke geschieht. Danach erfolgt eine spanlose Verformung. Das fertige Kontaktformstück wird ei­ ner Wärmebehandlung unterzogen, um den Verbundwerkstoff in die homogene Legierung mit der entsprechenden Zusam­ mensetzung zu überführen. Die Umwandlung verläuft im allgemeinen umso schneller, je feiner verteilt die Komponenten im Verbundwerkstoff vorliegen. Die Anwendung des zunächst hete­ rogenen Verbundmaterials betrifft jedoch lediglich die üblicherweise aus Edelmetallegierungen bestehende Kontakt­ auflage.

In weiterer Ausgestaltung der Erfindung kann es zweckmäßig sein, daß eine Komponente der unedlen Unterlage, beispielsweise Kupfer, eine Matrix bil­ det, in der Fasern mindestens einer anderen Kom­ ponente z. B. Nickel eingelagert sind. Alternativ er­ scheint es günstig, daß die eine Komponente der unedlen Unterlage, z. B. Kupfer, eine Matrix bildet, in der Teilchen in Kugel- oder Bruckstückform mindestens einer anderen Kom­ ponente, insbesondere aus Nickel, eingelagert sind. Der Verbundwerkstoff kann auch als Wickelkörper ausgeführt sein, wie er aus der DE-PS 5 19 741 an sich bekannt ist.

Eine günstige Ausbildung kann dadurch erreicht wer­ den, daß die Komponenten der unedlen Unterlage eine Vielzahl abwechselnd übereinander angeordneter Schich­ ten bilden. Auf diese Weise läßt sich zweckmäßig aus den Komponenten der unedlen Unterlage ein Wickelkörper bilden, der dann gegebenenfalls spanlos bis zur Draht­ form verformt werden kann. In einer vorteilhaften Aus­ führung enthält die unedle Komponente Nickel und Kup­ fer, beispielsweise in der Legierungszusammensetzung Cu Ni 44 (56 Gew.-% Kupfer und 44 Gew.-% Nickel).

Ein zweckmäßiges Herstellungsverfahren zur Massenfer­ tigung kann darin bestehen, daß die unedle Unterlage und der Kontaktwerkstoff in Drahtform verwendet wer­ den, daß Drahtabschnitte beider Drähte zu einem Zwischenprodukt miteinander stumpf verschweißt wer­ den, daß das Zwischenprodukt zur Bildung des Kontakt­ formstücks spanlos verformt wird, und daß das end­ gültig geformte Kontaktstück einer Wärmebehandlung zur Umwandlung der heterogenen Komponenten in die ge­ wünschte Legierung unterzogen wird. Die Verschweißung der beiden Drahtabschnitte erfolgt zweckmäßig durch Widerstandsschweißung. Für die Wärmebehandlung sind je nach der Art der verwendeten Komponenten entsprechen­ de Temperaturbereiche zwischen 400 und 700°C zu wählen.

Durch die Anwendung des erfindungsgemäßen Verfahrens wird eine kostengünstige Massenfertigung von Kontakt­ formstücken, insbesondere von Aufschweißkontaktplätt­ chen und Kontaktnieten ermöglicht.

In der Zeichnung ist ein Ausführungsbeispiel des erfin­ dungsgemäßen Verfahrens zur Herstellung eines Kontakt­ formstücks in Form eines Aufschweißkontaktes bzw. ei­ nes Kontaktniets schematisch dargestellt.

Bei dem als Ausführungsbeispiel erläuterten Verfahren wird ein Drahtmaterial 1 aus einer Silberlegierung Ag Cu 3 als Kontaktwerkstoff mit einem Außendurch­ messer von 3 mm hergestellt. Gleichfalls 3 mm Außen­ durchmesser besitzt ein drahtförmiger Faserverbund­ werkstoff 2, bei dem in eine Kupfermatrix 5000 Nickel­ fasern von 15 µm Durchmesser eingelagert sind. Die beiden Drahtabschnitte 1, 2 werden in der Behandlungs­ station I durch Widerstandsschweißung stumpf ver­ schweißt und ergeben ein Zwischenprodukt 3, aus dem in der Behandlungsstation II durch spanlose Verformung entweder ein Aufschweißkontakt 4 oder ein Kontaktniet 5 hergestellt werden kann. Die in der Behandlungsstation III in ihrer endgültigen Gestalt vorliegenden Kontakt­ formstücke 4, 5 werden in der Behandlungsstation IV einer Wärmebehandlung bei 650°C unterworfen und da­ durch wird der Faserverbundwerkstoff der unedlen Auflage in eine im wesentlichen gleichförmige Me­ tallegierung der Zusammensetzung Cu Ni 44 umge­ wandelt.

Claims (8)

1. Verfahren zur Herstellung eines spanlos verformten Kontaktformstücks, bei dem auf einer Unterlage aus einer unedlen Metallegierung eine Auflage aus einem Edelmetall bzw. einem edelmetallhaltigen Kontaktwerk­ stoff aufgebracht und mit der Unterlage stoffschlüs­ sig verbunden ist, dadurch gekenn­ zeichnet, daß zur Bildung der unedlen Unter­ lage ein Verbundwerkstoff verwendet wird, dessen Kom­ ponenten in festem Zustand ineinander löslich und im Verbundwerkstoff zunächst so angeordnet sind, daß sie möglichst große gegenseitige Grenzflächen aufweisen, daß die Auflage und die unedle Unterlage miteinander verbunden und spanlos verformt werden, und daß das fertig geformte Kontaktformstück einer Wärmebehand­ lung derart unterworfen wird, daß sich die Komponen­ ten der unedlen Unterlage zur Bildung der Legierung ineinander lösen.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch ge­ kennzeichnet, daß eine Komponente der un­ edlen Unterlage eine Matrix bildet, in der Fasern mindestens einer anderen Komponente eingelagert sind.

3. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch ge­ kennzeichnet, daß eine Komponente der un­ edlen Unterlage eine Matrix bildet, in der Teil­ chen mindestens einer anderen Komponente eingela­ gert sind.

4. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch ge­ kennzeichnet, daß die Komponenten der un­ edlen Unterlage eine Vielzahl abwechselnd übereinan­ der angeordneter Schichten bilden.

5. Verfahren nach Anspruch 4, dadurch ge­ kennzeichnet, daß die Komponente der un­ edlen Unterlage einen Wickelkörper bilden.

6. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch ge­ kennzeichnet, daß die unedle Unterlage die Komponenten Nickel und Kupfer enthält.

7. Verfahren nach Anspruch 6, dadurch ge­ kennzeichnet, daß der Nickelanteil ober­ halb von 20 Gew.-% bezogen auf das Gesamtgewicht der aus Verbundwerkstoff bestehenden unedlen Unterlage beträgt.

8. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch ge­ kennzeichnet, daß die unedle Unterlage und der Kontaktwerkstoff in Drahtform verwendet werden, daß Drahtabschnitte beider Drähte zu einem Zwischen­ produkt miteinander stumpf verschweißt werden, daß das Zwischenprodukt zur Bildung des Kontaktformstücks spanlos verformt wird, und daß das endgültig geform­ te Kontaktstück einer Wärmebehandlung unterzogen wird.