DE4126219A1

DE4126219A1 - Verfahren zum herstellen von kontaktplaettchen

Info

Publication number: DE4126219A1
Application number: DE19914126219
Authority: DE
Inventors: Roland Dipl Ing Dr Michal; Horst Thiede
Original assignee: Doduco GmbH and Co KG Dr Eugen Duerrwaechter
Current assignee: Doduco Contacts and Refining GmbH
Priority date: 1991-08-08
Filing date: 1991-08-08
Publication date: 1993-02-11
Also published as: WO1993003490A1; DE4126219C2

Description

Die Erfindung geht aus von einem Verfahren mit den im Ober begriff des Anspruchs 1 angegebenen Merkmalen.

In der Automobiltechnik werden in großem Umfang Kontakt plättchen zum Aufschweißen auf Kontaktträger benötigt, die in Luft schalten und ausreichende Sicherheit gegen Ver schweißen bieten. Es handelt sich dabei um einen Anwendungs fall, in welchem die Kontaktplättchen unter Gleichstrombe lastung stehen. Beim Schalten unter Gleichstrombelastung findet eine Materialwanderung vom einen Kontakt zum gegen überliegenden Kontakt statt. Die Kontaktplättchen sollen eine möglichst niedrige Materialwanderung im Schaltbetrieb zeigen. Unter diesen Randbedingungen werden häufig Kontakt werkstoffe auf Silber-Zinnoxid-Basis eingesetzt. Silber-Zinnoxid bietet eine ausreichende Sicherheit gegen ein Ver schweißen der Kontakte und kann deshalb nicht unmittelbar auf Kontaktträger aufgeschweißt werden.

Es ist daher Stand der Technik, Bimetall-Kontaktplättchen zu verwenden, die auf der kontaktgebenden Seite den Kontaktwerkstoff auf Silber-Zinnoxid-Basis aufweisen und einen Silberrücken haben, mit dem sie auf einen Kontaktträger aufgeschweißt werden können. Es ist bekannt, solche Kontaktplättchen dadurch herzustellen, daß man zunächst durch Verbund strangpressen, ausgehend von einem zylindrischen Block, der einen Kern aus pulvermetallurgisch herge stelltem Silber-Zinnoxid und einen Silbermantel hat, ein bandförmiges Halbzeug herstellt, welches auf seiner einen Seite aus Silber-Zinnoxid und auf seiner anderen Seite aus Silber besteht (DE-A-34 26 240). Aus einem sol chen bandförmigen Halbzeug kann man durch Querteilen quadratische oder rechteckige Kontaktplättchen bilden. Im allgemeinen möchte man aber kreisrunde Kontaktplätt chen haben. Diese kann man - wegen der Härte des Silber-Zinnoxids mit einiger Mühe - aus dem bandförmigen Halbzeug ausstanzen. Nachteilig dabei ist, daß ein beträchtlicher Silber/Silberzinnoxid-Abfall anfällt, aus welchem das Silber nur durch ein aufwendiges Scheideverfahren zurück gewonnen werden kann. Die Kosten des Scheideverfahrens verteuern die Kontaktplättchen.

Entsprechende Nachteile treten auf, wenn ein solches band förmiges Halbzeug aus Silber/Zinnoxid mit Silberrücken durch Warmwalzplattieren hergestellt wird.

Den Aufwand für ein Scheideverfahren vermeidet man, wenn man zur Herstellung der Kontaktplättchen nicht einen pulvermetallurgisch hergestellten, sondern einen durch innere Oxidation hergestellten Silber-Zinnoxid-Werkstoff einsetzt. Es ist in diesem Zusammenhang bekannt, ein Band aus einer Legierung von Silber mit Zinn und Indium durch Kaltwalzplattieren mit einem Silberband zu verbinden, aus dem so hergestellten Halbzeug Plättchen mit der Gestalt der gewünschten Kontaktplättchen auszustanzen und in diesen anschließend durch einen Vorgang der inneren Oxidation das Zinn und Indium in ihre Oxyde umzuwandeln. Der Vor teil dieses Verfahrens ist, daß der beim Stanzen anfallende Abfall, weil er noch nicht innerlich oxidiert ist, durch Einschmelzen aufgearbeitet und unmittelbar zur Herstellung der erforderlichen Silber-Zinn-Indium-Legierung eingesetzt werden kann. Nachteilig dabei ist, daß das Indium hinsicht lich der Umweltverträglichkeit ein nicht unproblematisches Metall ist und daß die Kontaktstellentemperatur unerwünscht hoch werden kann. Auf das Indium kann aber nicht verzichtet werden, wenn der Silber-Zinnoxid-Werkstoff innerlich oxidiert werden soll, und oxidische Zusätze, von denen man weiß, daß sie geeignet sind, um die Kontaktstellentemperatur zu senken, insbesondere Wolframoxid, Molybdänoxid, Kupferoxid und Wismutoxid, lassen sich mit vertretbarem Aufwand nur in pulvermetallurgisch hergestellten, nicht aber in durch innere Oxidation hergestellten Silber-Zinnoxid-Werkstoffen verteilen. Ein weiterer Nachteil des innerlich oxidierten Silber-Zinnoxid-Indiumoxid-Kontaktwerkstoffes besteht darin, daß die Verteilung der Oxide im Werkstoff nicht homogen ist; da die innere Oxidation ein Vorgang ist, der nur langsam in das Innere des Werkstoffs vordringt, nimmt die Oxidkonzentration mit zunehmenden Abstand von der Ober fläche der Kontaktplättchen ab, so daß man in der Mitte eine an Oxiden arme Zone hat, die man nur vermeiden könnte, wenn man die innere Oxidation sehr lange durchführen würde, was aber unwirtschaftlich ist. Wenn die innerlich oxidierte Kontaktschicht im Schaltbetrieb allmählich abbrennt, wird irgendwann die oxidarme Zone zur kontaktgebenden Oberfläche, womit die Gefahr steigt, daß die Kontakte miteinander ver schweißen. Die Verwendung von innerlich oxidierten Kontakt plättchen auf der Basis von Silber-Zinnoxid ist deshalb keine überzeugende Alternative zu Kontaktplättchen mit einer Kontakt schicht aus pulvermetallurgisch hergestelltem Silber-Zinnoxid-Werkstoff.

Der vorliegenden Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein wirtschaftlicheres Verfahren zum Herstellen von Kontakt plättchen anzugeben, die auf ihrer Vorderseite einen pulver metallurgisch hergestellten Werkstoff auf Silber-Zinnoxid- Basis und einen Rücken aus Silber haben.

Diese Aufgabe wird gelöst durch ein Verfahren mit den im Anspruch 1 angegebenen Merkmalen. Vorteilhafte Weiterbildungen der Erfindung sind Gegenstand der abhängigen Ansprüche.

Die Erfindung macht sich ein Verfahren zunutze, das bisher benutzt worden ist, um Kontaktniete zu formen, die auf ihrer kontaktgebenden Seite aus Edelmetall und auf der Rückseite des Nietkopfes ebenso wie in ihrem Schaft aus einem unedlen Metall, im allgemeinen aus Kupfer, bestehen. Dieses Ver fahren wird nun erfindungsgemäß angewendet, um anstelle von solchen Bimetall-Kontaktnieten Kontaktplättchen zu bilden, die sowohl auf ihrer kontaktgebenden Seite als auch auf ihrer Rückseite Edelmetall haben. Die Anwendung dieses Verfahrens muß deshalb für einen Fachmann, der weiß, daß man dieses Verfahren nur erfunden hat und bisher einsetzt, um Edelmetall durch unedles Metall zu ersetzen, widersinnig erscheinen. Die Erfindung führt jedoch zu außerordentlichen Vorteilen:

1. Die Herstellung der Plättchen erfolgt völlig abfallfrei. Daraus ergibt sich ein großer Preisvorteil gegenüber den Ver fahren nach dem Stand der Technik.
2. Das Verfahren kann mit pulvermetallurgisch hergestelltem Werk stoff für die kontaktgebenden Schicht arbeiten; es können des halb im Silber-Zinnoxid-Werkstoff oxidische und auch karbidische Bestandteile enthalten sein, die sich besonders eignen, um die Kontaktstellentemperatur zu senken und das Schaltverhalten so wie die Lebensdauer zu verbessern, insbesondere Wolframoxid, Molybdänoxid, Wolframkarbid, Molybdänkarbid, Germaniumoxid, Kupferoxid und Wismutoxid, einzeln oder in Kombination.
3. Es besteht die Möglichkeit, in ein und demselben Arbeitsgang, in welchem die Drahtabschnitte kalt miteinander verschweißt werden, rückseitig einen dünnen, kurzen Stummel des Silber-Werkstoffs stehen zu lassen, der als Schweißwarze das Auf schweißen der Kontaktplättchen durch Punktschweißen sehr erleichtert.
4. Als Werkstoff für den Rücken kann nicht nur Silber, sondern auch eine Legierung aus Silber mit Nickel verwendet werden. Silber-Nickel-Legierungen lassen sich viel besser schweißen als Reinsilber. Zweckmäßigerweise beträgt der Nickelgehalt wenigstens 10%, aber nicht mehr als 40%. Bei zu hohem Nickelgehalt läßt sich die Silber-Nickel-Legierung zu schwer verformen. Vorzugsweise enthält das Silber nicht mehr als 30% Nickel. Der optimale Nickelgehalt liegt bei 20%. Kontakt plättchen mit einer Kontaktschicht auf der Basis von Silber-Zinnoxid mit einem Silber-Nickel-Rücken sind bisher nicht Stand der Technik. Die bisher bekannten Verfahren zum Her stellen solcher Kontaktplättchen würden sich auch nicht dafür eignen, einen Silber-Nickel-Rücken vorzusehen, da in Phasen der bekannten Herstellverfahren so hohe Temperaturen auftreten, daß es zu einer Oxidation des Nickels kommen würde: Bei den Kontaktplättchen, die unter Anwendung des Verfahrens der inneren Oxidation hergestellt werden, im Verlaufe der inneren Oxidation; beim Herstellen eines bandförmigen Halbzeuges mit einem Silber-Zinnoxid-Werkstoff auf der Vorderseite und einem Silber-Werkstoff auf der Rückseite durch Warmwalzplattieren im Verlauf der Zwischenglühungen, die zur Entfestigung des Bandes erforderlich sind; beim Herstellen eines bandförmigen Halbzeuges mit einem Silber-Zinnoxid-Werkstoff auf der Vorder seite und einem Silber-Werkstoff auf der Rückseite durch Ver bundstrangpressen würde das Nickel oxidieren während der er forderlichen Erhitzung des durch das Strangpressen umzuformen den Blocks, bevor dieser in die Strangpresse eingelegt wird.
5. In der Kontaktschicht gibt es keine an Oxiden arme Zone, so daß sich das Schaltverhalten mit fortschreitendem Abbrand (Materialwanderung) nicht verschlechtert. Die Kontaktplätt chen können mindestens solange verwendet werden, bis die Schicht aus dem Silber-Zinnoxid-Werkstoff bis auf die darunter liegende Schicht aus dem Silber-Werkstoff abgebrannt ist. Be steht der Rücken der Kontaktplättchen, wie erfindungsgemäß bevorzugt, aus einer Silber-Nickel-Legierung, hat man den weiteren Vorteil, daß die Schalteigenschaften von Silber-Nickel, wenn dieses nach fortgeschrittenem Abbrand zur kontakt gebenden Schicht wird, sehr viel besser sind als die von reinem Silber, so daß nach einem Abbrand der Kontaktschicht aus dem Silber-Zinnoxid-Werkstoff die darunterliegende Silber-Nickel-Schicht immer noch ordentliche Notschalteigenschaften gewähr leistet.

Der Aufbau eines erfindungsgemäßen Kontaktplättchens ist in der beigefügten Zeichnung dargestellt, in welcher

Fig. 1 das Kontaktplättchen in einem Schnitt im rechten Winkel zur kontaktgebenden Oberfläche zeigt, und in welcher

Fig. 2 das Kontaktplättchen in der Ansicht auf seine Rückseite zeigt.

Das dargestellte Kontaktplättchen besteht aus einer kontaktgebenden Schicht 1 aus einem Werkstoff auf der Basis von Silber-Zinnoxid, beispielsweise aus Silber mit 12 Gew.-% Zinnoxid, und aus einem Rücken 2 aus Silber mit 10 bis 40 Gew.-% Nickel. Im Zentrum des Rückens 2 steht von diesem ein kurzer Stumpf 3 ab, der als Schweißwarze für das Punktschweißen dient, mit wel chem ein solches Kontaktplättchen auf einen Kontaktträger aufgeschweißt wird.

Die Mantelfläche des Kontaktplättchens ist eine Kegel stumpffläche, deren Winkel R zur Mittelachse 12° beträgt.

Folgende Maße sind besonders geeignet:

- Basisdurchmesser d₁ des Kontaktplättchens: 3 bis 6 mm,
- Durchmesser d₂ des Stumpfes: d₁/2,
- Höhe h₁ der kontaktgebenden Schicht: 0,5 bis 0,7 mm,
- Höhe h₂ des Rückens: 0,5 bis 1 mm,
- Höhe h₃ des Stumpfes: 0,2 mm.

Ausführungsbeispiel:

Zur Herstellung eines Kontaktplättchens wie in Fig. 1 und 2 dargestellt, mit

d₁= 4,5 mm,
d₂= 2,2 mm,
h₁= 0,7 mm,
h₂= 1,0 mm,
h₃= 0,2 mm,

dessen kontaktgebende Schicht aus Silber mit 12% Zinnoxid und dessen Rücken aus Silber mit 20 Gew.-% Nickel besteht, geht man aus von Drähten mit 1,5 mm Durchmesser, wobei man von dem Silber-Nickel-Draht einen 8,9 mm langen Ab schnitt und vom Silber-Zinnoxid-Draht einen 4,7 mm langen Abschnitt abtrennt. Diese Drahtabschnitte werden nach dem in der EP-B-00 62 243 beschriebenen Verfahren kalt miteinander ver schweißt, indem sie hintereinander in einer Matrize mit einer Bohrung von 1,5 mm Durchmesser angeordnet und zwischen einer sich vorwärtsbewegenden Stauchnadel und einem Gegenstempel, der sich mit der 0,465-fachen Ge schwindigkeit der Stauchnadel zurückbewegt, in eine Bohrung von 2,2 mm Durchmesser hineingestaucht werden, wobei ihre Anstoßflächen sich entsprechend vergrößern und kalt miteinander verschweißen. Es entsteht auf die se Weise ein annähernd zylindrischer Bimetallrohling mit 2,2 mm Durchmesser, welcher anschließend in einem Formwerkzeug, dessen Hohlraum die in der Zeichnung dargestellte Gestalt mit den oben angegebenen Maßen hat, umgeformt wird.

Das so hergestellte Kontaktplättchen hat eine für den vorgesehenen Einsatzzweck gute und fehlerfreie Gefüge struktur. Bei seiner Herstellung ist kein Abfall ange fallen.

Claims

1. Verfahren zum Herstellen von aufschweißbaren zwei schichtigen Kontaktplättchen, deren kontaktgebende Schicht aus einem pulvermetallurgisch hergestellten Werk stoff auf Silber-Zinnoxid-Basis und deren Rücken aus einem Silber-Werkstoff besteht, dadurch gekennzeichnet, daß man von den beiden Werkstoffen in Drahtform ausgeht, wo bei die beiden Drähte einen übereinstimmenden Durchmesser haben, und daß man je zwei aus den beiden unterschied lichen Werkstoffen bestehende Drahtabschnitte unter Quer schnittsvergrößerung durch Stauchen kalt miteinander ver schweißt.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß man die Drahtabschnitte auf einen einheitlichen Durchmesser staucht, abgesehen von einem dünnen Stumpf auf der Rückseite, der kürzer ist als das Plättchen, auf dem er steht.

3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeich net, daß man als Werkstoff für den Rücken eine Sil ber-Nickel-Legierung wählt.

4. Verfahren nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Silber-Nickel-Legierung 10 bis 30 Gew.-%, vorzugsweise ungefähr 20 Gew.-% Nickel enthält.

5. Verfahren nach einem der vorstehenden Ansprüche, da durch gekennzeichnet, daß der Silber-Zinnoxid-Werk stoff eine Zusatzkomponente enthält, die geeignet ist, die Kontaktstellentemperatur niedrig zu halten, insbesondere Wolframoxid, Molybdänoxid, Wolframkarbid, Molybdänkarbid, Germaniumoxid, Kupferoxid und/oder Wismutoxid, einzeln oder in Kombination.