DE68906445T2 - Verfahren zur Herstellung eines Verbundkörpers,z.b.für elektrische Kontakte. - Google Patents
Verfahren zur Herstellung eines Verbundkörpers,z.b.für elektrische Kontakte.Info
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Description
- Die Erfindung bezieht sich auf ein Verfahren zur Herstellung eines Verbund-Kontaktstücks, das aus einem durch Agglomeration eines Pulvers, hauptsächlich eines Metallpulvers, hergestellten Kontaktplättchen und einem mit diesem sowohl mechanisch als auch elektrisch verbundenen Träger besteht.
- Die Auswahl der Werkstoffe und der Oberfläche eines elektrischen Kontakts, insbesondere eines Kontaktes für ein elektrisches Schaltgerät, hängt von zahlreichen Faktoren ab, insbesondere vom spezifischen Widerstand des Werkstoffs, seiner mechanischen Festigkeit und seiner Lichtbogenbeständigkeit. Ein aus einem Träger und einem Kontaktplättchen bestehendes Kontaktstück der genannten Art ist in der Lage, diesen Anforderungen gerecht zu werden. Das z.B. aus einer Silber- oder Kupferlegierung bestehende Kontaktplättchen wird im allgemeinen getrennt, z. B. durch Sintern, gefertigt, danach bei ggf. vorhandenen Graphitanteilen entkohlt und anschließend auf dem Träger aufgebracht oder befestigt.
- Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, dieses Herstellungsverfahren bei gleichzeitiger Qualitätsverbesserung der Kontaktstücke zu vereinfachen, und diese Aufgabe wird durch die kennzeichnenden Merkmale des Anspruchs 1 erfüllt.
- Befestigung und endgültige Formgebung des Kontaktplättchens erfolgen gleichzeitig und durch dasselbe Werkzeug, wodurch ein beträchtlicher Zeitgewinn sowie eine bessere Befestigung erreicht werden.
- In der Druckschrift US-A-2.545.352 wird ein Verfahren zur Fließbandherstellung von elektrischen Kontakten beschrieben, das aus einer Bearbeitungsstation zur Einbringung der Vertiefung, einer Station zum Einsetzen des Kontaktwerkstoffs in diese Vertiefung, einem Sinterofen und einer Gesenkpresse besteht. Die Anlage ist kompliziert aufgebaut und gewährleistet keine Formgebung des Kontaktplättchen während des Sinterns.
- Die Druckschrift GB-A-2.022.142 bezieht sich auf ein Herstellungsverfahren für elektrische Kontakte mit Hilfe einer Widerstands- Schweißpresse. Dabei wird eine Maske auf den Träger gelegt, wobei diese Maske mit Aussparungen versehen ist, die als Formen für den Kontaktwerkstoff dienen, der nach dem Sintern den elektrischen Kontakt bildet. Die Maske muß anschließend wieder entfernt werden.
- Nach einer Ausführungsform der Erfindung stimmt die Form der in den Träger eingebrachten Vertiefung mit der des eingesetzten Sinterblocks überein. Der Träger wird zusammen mit dem Sinterblock in einen Schweißautomaten eingesetzt, in der die Befestigung des Sinterblocks auf dem Träger erfolgt. Durch die Ausbildung der auf den Sinterblock wirkenden Elektrode des Schweißautomaten ergibt sich die Form des aus dem Träger heraus stehenden Kontaktplättchens während des Befestigungsvorgangs. Dabei kann der Überstand des gesinterten Kontaktplättchen durch eine Umformung des Trägers, insbesondere durch eine Rückstauchung der auf der gegenüberliegenden Seite der Vertiefung entstehenden Auswölbung erzielt werden. Diese Umformung des Trägers erfolgt während des Befestigungsvorgangs durch Wahl einer geeigneten Elektrode, die auf der gegenüberliegenden Seite des Kontaktplättchens entweder eine einfache Stauchung oder ein Hineindrücken der Auswölbung in den Träger bewirkt. Dieser Vorgang erfolgt unter einem durch die Elektroden des Schweißautomaten aufgebrachten Druck, wobei die Druckwerte für Kontaktplättchen auf Silberbasis vorteilhaft zwischen 5 und 20 kg/mm² (1 kg/mm² = 98,1 bar) liegen. Nach dem Aufbringen des Drucks wird ein elektrischer Strom durch die Elektroden und die Einheit aus Träger und Sinterblock geleitet, um eine Temperaturerhöhung und damit die Befestigung zu bewirken. Dabei kann die Temperatur zwischen 700 und 900º C über einen für die Befestigung ausreichenden Zeitraum von einer bis mehreren Sekunden aufrechterhalten werden.
- Das Kontaktplättchen kann aus reinem Metall bestehen, im allgemeinen werden hierfür jedoch Silber-Verbundwerkstoffe, insbesondere Silber-Graphit, Silber-Metalloxyd, Silber-Wolfram oder Silber-Nickel verwendet. Für bestimmte Anwendungen können auch Kupfer-Verbundwerkstoffe, insbesondere Kupfer-Wolfram oder Kupfer-Tellur eingesetzt werden. Der Träger besteht normalerweise aus Kupfer oder einer Kupferlegierung, die Erfindung läßt sich jedoch auch mit anderen Werkstoffen realisieren. Das Verfahren läßt sich leicht automatisieren, und bestimmte Arbeitsschritte, insbesondere das Ausstanzen des Trägers und das Einbringen der Vertiefung, können gleichzeitig ausgeführt werden.
- Nach einer Weiterbildung der Erfindung kann die Vertiefung mit ggf. vorverdichtetem und/oder agglomeriertem Pulver verfüllt werden und im Schweißautomaten das Sintern gleichzeitig mit der Befestigung auf dem Träger erfolgen.
- Die mit Hilfe des erfindungsgemäßen Verfahrens hergestellten elektrischen Kontakte eignen sich besonders für elektrische Schaltgeräte, insbesondere für Niederspannungs-Leistungsschalter.
- Weitere Vorteile gehen aus der nachstehenden Beschreibung eines Ausführungsbeispiels der Erfindung hervor, das in den beigefügten Zeichnungen wie folgt dargestellt ist:
- - Figur 1 zeigt in schematischer perspektivischer Ansicht den erfindungsgemäßen Kontaktträger;
- - Figur 2 zeigt den Stanzvorgang an dem erfindungsgemäßen Träger aus Figur 1 zur Erzeugung der Vertiefung für die Aufnahme des Sinterblocks;
- - Die Figuren 3 und 4 zeigen den Vorgang des Einsetzens des Sinterblocks in die Vertiefung;
- - Figur 5 zeigt in perspektivischer Ansicht die Maschine zur Befestigung und Umformung des Trägers;
- - Figur 6 zeigt in vergrößerter Darstellung Träger und Block im Augenblick der Befestigung;
- - Figur 7 zeigt in perspektivischer Ansicht das Kontaktstück nach ab geschlossenem Befestigungsvorgang;
- - Figur 8 zeigt einen Längsschnitt des Kontaktstücks aus Figur 7.
- Die Abbildungen zeigen ein Kontaktstück 10, z.B. einen Kontakt eines Niederspannungs-Schaltgeräts, das aus einem Kupferband oder jedem anderen elektrisch leitenden Werkstoff mit einer bestimmten Geometrie, z.B. quaderförmig ausgestanzt ist. In dem in den Abbildungen dargestellten Ausführungsbeispiel beträgt die Dicke der Kupferplatte etwa 2 mm und die Breite etwa 12 mm, wobei die Erfindung selbstverständlich auch mit Kontakten anderer Abmessungen, entsprechend den Kenndaten der jeweiligen Schaltgeräte, realisiert werden kann. Das Kontaktstück 10 wird zwischen einen Stempel 12 und eine Matrize 14 einer Presse eingeführt, die das Kontaktstück 10 so umformt, daß es an der für die Aufnahme des Kontaktplättchens vorgesehenen Stelle, insbesondere auf der breiten Oberseite 16 des Kontaktstücks zur Ausbildung einer Vertiefung 18 und an der gegenüberliegenden Unterseite 20 zur einer Auswölbung 22 kommt. Im dargestellten Ausführungsbeispiel weist der Stempel 12 einen Ansatz 24 auf, dessen Form derjenigen der Vertiefung 18 entspricht, wobei dieser Ansatz 24 den Werkstoff wegdrückt, so daß auf der gegenüberliegenden Seite die Auswölbung 22 entsteht. Der Ansatz kann z.B. zylinderförmig sein, während die Matrize 14 in ihrer Mitte 26 ausgehöhlt ist, um die Bildung der Auswölbung 22 zu ermöglichen. Selbstverständlich kann diese Vorformung auf der gleichen Maschine ausgeführt werden wie das Ausschneiden oder -stanzen des Kontaktstücks 10.
- Der folgende Arbeitsschritt besteht im Einsetzen eines Sinterblocks 28 in die Vertiefung 18 entsprechend der Darstellung in den Figuren 3 und 4. Der Block 28 wird auf herkömmliche Weise durch Sintern eines Pulvers z.B. aus Silber-Graphit, Silber-Nickel, Silber-Wolfram oder Silber-Metalloxyd in einer anderen Maschine hergestellt. Dabei kann der Sinterblock 28 bereits die endgültige oder annähernd endgültige Form des Kontaktplättchens aufweisen oder aber während des Befestigungsvorgangs umgeformt werden. Der Sinterblock 28 kann ggf. vorher entkohlt werden. Im dargestellten Ausführungsbeispiel wird die Vertiefung 18 vollständig durch den Sinterblock ausgefüllt, und dieser bildet einen Überstand oder Vorsprung. Der Block kann aber auch bündig mit der Kante der Oberfläche 16 des Kontaktstücks 10 abschließen oder sogar leicht abgesenkt sein, so daß die Vertiefung 18 nicht ganz ausgefüllt wird. Das Kontaktstück 10 mit der durch den Sinterblock 28 ausgefüllten Vertiefung 18 wird anschließend in den Schweißautomaten eingesetzt, von dem lediglich die obere Elektrode 42 sowie die untere Elektrode 44 dargestellt sind. Der Schweißautomat eines relativ gewöhnlichen Typs dient dazu, einen Druck auf die zu bearbeitenden Teile auszuüben und gleichzeitig einen elektrischen Strom zur Erwärmung der Teile zuzuführen. Die obere Elektrode 42 weist einen Hohlraum 45 auf, der der Form des durch Umformung zu erzeugenden Kontaktplättchens entspricht, während die untere Elektrode z.B. mit einem leicht hervorstehenden Ansatz 50 versehen ist, der dazu dient, die Rückstauchung der Auswölbung 22 zu gewährleisten. Aus Figur 5, in der das Kontaktstück 10 nach erfolgter Befestigung dargestellt ist, wird ersichtlich, daß der Ansatz 50 nicht nur die Rückstauchung der Auswölbung 22 bewirkt, sondern unter Ausbildung einer Mulde 52 in die Unterseite hineinragt, wodurch die Verdichtung des Sinterblocks 28 und die Erzeugung eines Vorsprungs zur Bildung des Kontaktplättchens 46 des Kontaktstücks 10 begünstigt werden. In einer lediglich als konkretes Beispiel dienenden Weiterbildung der Erfindung bestehen die Elektroden 42, 44 aus Wolfram, und der Druck liegt je nach Ausführung des Kontaktstücks 10 zwischen 5 und 20 kg/mm² (1 kg/mm² = 98,1 bar). Der Strom muß eine Erwärmung auf 700 bis 900º C bewirken und liegt z.B. bei Verwendung eines Kontaktstücks der oben beschriebenen Art mit einer Breite von 2 mm bei etwa 18 kA. Die Wirkdauer des Stroms entsprechend dem erforderlichen Bearbeitungsgang liegt im Bereich von einer Sekunde und ist in jedem Fall extrem kurz. Reicht das Volumen des in die Vertiefung 18 eingesetzten Sinterblocks aus, um einen Vorsprung zu bilden, muß die Auswölbung 22 nicht zurückgestaucht werden, und die untere Elektrode 44 weist in diesem Fall keinen Ansatz 50 auf. Dieses Rückstauchen ist jedoch unbedingt erforderlich, wenn der Sinterblock die Vertiefung nur teilweise oder gerade bündig mit der Oberkante ausfüllt. Die Qualität der mechanischen und elektrischen Verbindung des Kontaktplättchens 46 mit dem Kontaktstück oder Träger 10 ist ausgezeichnet. Das Kontaktplättchen 46 kann beispielsweise um etwa 1 mm hervorstehen und um etwa den gleichen Betrag in den Träger 10 hineinragen. Die Breite des Trägers beträgt mehrere, z.B. 7 mm, wobei selbstverständlich andere Werte zulässig sind. Bei der vorzugsweisen Ausführung der Erfindung wird die Rückstauchung der Auswölbung 22 ausgenutzt, um die Verdichtung und die Erzeugung eines ausreichenden Vorsprungs des Kontaktplättchens 46 zu gewährleisten, die Erfindung ist jedoch nicht auf diese besondere Ausführungsform beschränkt.
- Bei den Pressen und Schweißautomaten handelt es sich um unter Fachleuten gut bekannte Standardmaschinen, und die einzelnen Arbeitsschritte erfordern keine besonderen Vorsichtsmaßnahmen. Das Kontaktstück 10 kann als feststehender oder beweglicher Kontakt eines Niederspannungs-Schaltgeräts, insbesondere eines Leistungsschalters ausgeführt sein, jedoch ist das Verfahren auch auf alle anderen Arten von elektrischen Kontakten, insbesondere für Schütze oder Lasttrennschalter anwendbar.
- Gemäß einer Ausführungsvariante der Erfindung besteht der in die Vertiefung 18 eingesetzte Block 28 aus ggf. vorverdichtetem oder agglomeriertem Pulver. Der Block 28 kann auch direkt vor Ort durch Einbringen und Vorverdichten von Pulver in der Vertiefung 18 erfolgen. Kontaktstück 10 und Block 28 werden dabei anschließend auf die oben beschriebene Art und Weise in den Schweißautomaten eingesetzt. Das Sintern des Pulvers und der Befestigungsvorgang laufen dabei gleichzeitig ab. Sämtliche oben beschriebenen Besonderheiten behalten selbstverständlich auch für diese Variante ihre Gültigkeit.
- Nach einer weiteren Ausführungsvariante kann der Pulverblock durch einen in die obere Elektrode 42 integrierten Kolben verdichtet werden, um die Sinterung und/oder Befestigung während der Erwärmung zu gewährleisten.
Claims (8)
1. Verfahren zur Herstellung eines Verbund-Kontaktstücks, bestehend
aus einem Träger (10) und einem Plättchen (46), das durch
Agglomeration eines Pulvers, hauptsächlich eines Metallpulvers hergestellt
wird, und sowohl mechanisch als auch elektrisch mit dem genannten
Träger (10) verbunden ist, wobei das Verfahren folgende
Arbeitsschritte umfaßt:
- Vorbereitung eines Blocks aus vorverdichtetem, agglomeriertem
oder gesintertem Pulver des genannten Materials,
- Vorformung des Trägers (10) zur Erzeugung einer Vertiefung (18)
an der für die Aufnahme des Kontaktplättchens (46) vorgesehenen
Stelle,
- Einsetzen des Blocks in die Vertiefung (18),
- Einsetzen des Trägers (10) in einen Widerstandsschweißautomaten,
derart daß die Vertiefung (18) gegenüber einer Elektrode (42) mit
einer weiteren Vertiefung (45) angeordnet wird und die beiden
Hohlräume praktisch eine dicht abgeschlossene Hülle um den genannten
Block herum bilden, wenn die Elektrode auf den Träger aufgebracht
wird,
- Zuführung eines geeigneten Stroms zur Erwärmung des Werkstoffs
- und Verdichtung des Pulverblocks durch Verringerung des Volumens
der im Träger ausgebildeten Vertiefung (18) zur Umformung und/oder
Sinterung des Blocks sowie seiner Befestigung auf dem Träger.
2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das
Volumen der genannten Vertiefung durch Umformung des Trägers
(10) mittels des durch die Elektroden des Schweißautomaten
ausgeübten Kompressionsdrucks verringert wird.
3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß
der Träger (10) so vorgeformt ist, daß er auf der gegenüberliegenden
Seite der Vertiefung (18) eine Auswölbung (22) aufweist, die während
der Erwärmung und Verdichtung zurückgestaucht wird.
4. Verfahren nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß die auf
die Auswölbung (22) des Trägers (10) wirkende Seite der Elektrode
(48) einen hervorstehenden Ansatz (50) aufweist, um die Auswölbung
(22) unter Ausbildung einer kleinen Mulde (52) in den Träger
hineinzudrücken.
5. Verfahren nach Anspruch 1, 2, 3 oder 4, dadurch gekennzeichnet,
daß das Kontaktplättchen aus einer Silberlegierung besteht.
6. Verfahren nach Anspruch 1, 2, 3 oder 4, dadurch gekennzeichnet,
daß das Kontaktplättchen aus einer Kupferlegierung besteht.
7. Verfahren nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß das
genannte Kontaktplättchen aus einer Silber-Graphit-Legierung besteht
und vor der Befestigung auf dem Träger nicht entkohlt wurde.
8. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch
gekennzeichnet, daß der aufgebrachte Druck zwischen 5 und 20
kg/mm² (1 kg/mm² = 98,1 bar) und die Temperatur zwischen 700 und
900º C liegen.
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