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Gebiet der Erfindung
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Die vorliegende Erfindung betrifft
allgemein das mittels Ultraschall durchgeführte Verbinden von elektrisch
leitenden Werkstoffen. Spezieller betrifft es die Erkenntnis, dass
bei Wahl bestimmter Hartlotlegierungen Ultraschallschweißen angewendet
werden kann, um zwei verschiedene elektrisch leitende Werkstoffe
zu verbinden, welche bisher als für ein Verbinden durch Ultraschallschweißen ungeeignet
betrachtet wurden, so dass eine Verbindungsstelle erzeugt wird,
welche elektrischen Stromfehlern standhalten kann, wie sie etwa
in Leistungsschaltern auftreten.
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Hintergrund
der Erfindung
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Schutzvorrichtungen für Stromkreise,
wie zum Beispiel Leistungsschalter, können verwendet werden, um bei
Auftreten einer Überlast
wie etwa eines Kurzschlusses relativ schnell einen Stromfluss zu
einem Stromkreis zu unterbrechen, der durch die Schutzvorrichtung
geschützt
wird. Dies wird in der Branche als Auslösung des Leistungsschalters
bezeichnet. Wenn die Bedingung, welche die Auslösung verursacht hat, korrigiert
worden ist, kann der Leistungsschalter zurückgestellt werden, etwa durch
entsprechende Betätigung
eines Betätigungsgriffes
im Falle eines manuell rückstellbaren
Leistungsschalters.
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Wenn ein Leistungsschalter infolge
eines vollkommenen Kurzschlusses ausgelöst wird, kann angenommen werden,
dass elektrischer Strom mit relativ hohen Stromstärken durch
den unterbrechbaren Strompfad eines Leistungsschalters fließen kann,
so dass die Auslösung
bewirkt wird. Die Funktionsfähigkeit
des Leistungsschalters muss jedoch aufrechterhalten werden, bis
er die Auslösung
vollständig
beendet hat. Außerdem
muss ein Leistungsschalter, da er rückstellbar ist, in der Lage
sein, seine Funktionsfähigkeit
im gesamten Verlauf seiner gesamten festgelegten Lebensdauer zu
bewahren, während
der der Leistungsschalter möglicherweise
mehrere Zyklen der Auslösung
und Rückstellung
durchlaufen muss.
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Der innere Aufbau eines Leistungsschalters
umfasst verschiedene einzelne elektrische Teile. Manche dieser Teile
sind durch Schweißen
oder Hartlöten
miteinander verbunden. Ein bekanntes Verfahren zum Verbinden bestimmter
Teile besteht im Hochtemperaturschweißen. Ein Beispiel des Hochtemperaturschweißens ist
das Widerstandsschweißen,
bei dem auf die Teile an einer Stelle, an der sie verbunden werden
sollen, Druck ausgeübt
wird und man Schweißstrom
durch diese Stelle fließen
lässt,
um Temperaturen zu erzeugen, die ausreichend hoch sind, um einen
gewissen Grad eines lokal begrenzten Schmelzens des Werkstoffes
und eine Strömungsmigration
zwischen den Teilen zu verursachen, so dass bei Ausschalten des
Schweißstromes die
geschmolzene Masse erstarrt und die Verbindungsstelle (Naht) erzeugt.
Es wird angenommen, dass die Thermoeffekte des Widerstandsschweißens auf
die Teile in einer Weise einwirken können, die einen nicht wünschenswerten
Einfluss auf eine oder mehrere physikalische Eigenschaften wenigstens
eines der zu verbindenden Teile hat. Ein Beispiel einer solchen
Nebenwirkung besteht in einem gewissen Glühen eines Teils oder eines
Teilbereiches desselben.
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Ein anderes bekanntes Verfahren zum
Verbinden bestimmter Teile besteht im Ultraschallschweißen, bei
dem an einer Stelle, an der die Teile verbunden werden sollen, Druck
auf sie ausgeübt
wird, wie etwa durch Einspannen der Teile in einer geeigneten Spannvorrichtung
in einer Ultraschall-Schweißmaschine.
Dieser Stelle wird dann Ultraschallenergie zugeführt, um eine gewisse Druckverformung
und ein Fließen
von Material zwischen den Teilen zu erzeugen, welches aufhört, wenn
die Zuführung
der Ultraschallenergie beendet wird, wodurch die Verbindungsstelle
erzeugt wird. Es wird angenommen, dass ein Vorteil des Ultraschallschweißens die
Beseitigung oder zumindest Abschwächung des Glühens der
zu verbindenden Teile ist.
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Bei irgendeiner speziellen Anwendung
wird angenommen, dass die Wahl zwischen Widerstandsschweißen und
Ultraschallschweißen
von der Zusammensetzung der zu verbindenden Teile abhängt. Zum Beispiel
wird bei einer Anwendung in einem Leistungsschalter, bei der ein
elektrischer Kontakt mit einem anderen elektrischen Teil wie etwa
einer Anschlussklemme oder einem beweglichen Kontaktarm oder Kontaktmesser
verbunden werden soll, wenn der Kontakt aus der Kombination eines
feuerfesten Elements wie etwa Wolfram oder Molybdän und eines
elektrischen Leiters wie etwa Silber oder Kupfer besteht und das
andere Teil entweder überwiegend
oder ausschließlich
aus einem elektrischen Leiter, der ein Nichteisenmetall ist, wie etwa
Kupfer, besteht, die Anbringung eines Befestigungsmittels auf einer
Seite des Kontaktes, die in einen innigen Kontakt der Anlage auf
der ganzen Fläche
an den Nichteisenmetall-Leiter gebracht werden soll, im Allgemeinen
als geeignet für
ein Hochtemperaturschweißen
angesehen. Das Befestigungsmittel sollte mit dem Leitermaterial
des Kontakts verträglich
sein; zum Beispiel könnte
es sich um Feinsilber handeln, wenn der Leiter des Kontakts aus
Silber besteht. Es wird jedoch angenommen, dass solche Werkstoffe
für das
Ultraschallschweißen
ungeeignet oder zumindest nicht optimal geeignet sind. Es wird ferner
angenommen, dass Werkstoffe auf der Basis von Feuerfestmaterialien
wenigstens im Allgemeinen keine optimalen Kandidaten für den Legierungsvorgang
sind, der erforderlich ist, um eine annehmbare Verbindungsstelle
durch Ultraschallschweißen herzustellen.
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In WO-A-93/11550 wird ein Kontakt
mit einer Kontaktbasis aus Silber offenbart, welcher mittels einer Zwischenschicht
aus Silber und eines Lötmittels
an einen Kontaktträger
gelötet
wird. Das Lötmittel
liegt in der Form eines Plättchens
vor, das aus einer Kupfer-Silber-Legierung
besteht und mittels Ultraschallschweißen vorläufig an der Silber-Zwischenschicht befestigt
oder an diese geheftet wird, bevor der Kontakt an seinen Träger gelötet wird.
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In US-A-4 019 876 wird ein elektrisches
Kontaktelement offenbart, welches durch Ultraschallschweißen eines
oder mehrerer Kontaktstücke
an einen Träger
hergestellt wird. Vor dem Schweißen wird eine Zwischenschicht
zwischen dem Kontaktstück
und dem Träger
eingefügt,
um das Schweißen
an Kontaktstücke
zu erleichtern, die aus einem Werkstoff bestehen, der sich andernfalls
schwer schweißen
lässt.
Das Kontaktstück besteht
aus Kadmiumoxid in einer Matrix aus Silber, der Träger besteht
aus Messing und die Zwischenschicht besteht aus Aluminiumfolie.
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Zusammenfassung der Erfindung
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Die vorliegende Erfindung betrifft
ein neues Verfahren, welches Werkstoffe ermöglicht, von denen früher angenommen
wurde, dass sie nicht geeignet sind, um Teile durch Ultraschallschweißen zufriedenstellend zu
verbinden.
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Obwohl die hier beschriebenen Prinzipien
nicht notwendigerweise auf das Verbinden von Teilen einer Schutzvorrichtung
für einen
Stromkreis, wie etwa eines Leistungsschalters, beschränkt sind,
wird angenommen, dass diese Prinzipien beträchtliche Vorteile bringen können, wenn
sie in einem Leistungsschalter angewendet werden, insbesondere in
einem solchen, bei dem eines der zu verbindenden Teile überwiegend
aus einem Feuerfestmaterial besteht. Es kann angenommen werden,
dass ein Vorteil darin besteht, dass eine verbesserte Funktionsfähigkeit
und somit Nutzlebensdauer eines Leistungsschalters erreichbar ist,
die es ermöglicht,
einen ausgelösten
Leistungsschalter mehrmals zurückzusetzen,
nachdem er der Einwirkung von Fehlerströmen mit relativ hoher Stromstärke ausgesetzt
war, welche mehrere Auslösungs-Ereignisse
verursacht haben.
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Ein Aspekt der vorliegenden Erfindung
betrifft ein Verfahren zum mechanischen Verbinden von zwei elektrisch
leitenden Teilen, wobei das Verfahren die folgenden Schritte umfasst:
Versehen eines ersten und eines zweiten elektrisch leitenden Teils,
welche verbunden werden sollen, mit einem Hartlot, um die elektrische Leitfähigkeit
zwischen ihnen herzustellen, wobei ein Bestandteil des ersten Teils
aus einem Nichtlegierungsmaterial besteht und das zweite Teil zu
einem gewichtsmäßig überwiegenden
Teil aus einem Nichteisenmaterial besteht.
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Das Verfahren umfasst ferner die
folgende Schritte: Verbinden des Hartlotes mit dem ersten Teil durch Erhitzen
in einem Ofen mit einer Schutzgasatmosphäre; Abkühlenlassen des Hartlotes und
des ersten Teils; Bringen der Seite des ersten Teils, die das Hartlot
enthält,
in eine Position der Anlage auf der ganzen Fläche an das zweite Teil; und
Verbinden der zwei Teile durch die Zuführung von Ultraschallenergie.
Das Hartlot besteht aus wenigstens zwei Werkstoffen, wobei der gewichtsmäßig größte Einzelbestandteil
des Hartlotes elementares Kupfer ist.
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Das Hartlot kann wenigstens 50 Gewichts-%
elementares Kupfer enthalten. Insbesondere kann das Hartlot aus
im Wesentlichen 80 Gewichtsanteilen elementaren Kupfers,
im Wesentlichen 15 Gewichtsanteilen elementaren Silbers
und im Wesentlichen 5 Gewichtsanteilen elementaren Phosphors
bestehen.
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Vorzugsweise besteht das Nichtlegierungsmaterial
aus einem Feuerfestmaterial, welches aus der Gruppe gewählt werden
kann, die aus Silber-Wolfram, Silber-Wolframkarbid, Kupfer-Wolfram, Kupfer-Wolframkarbid
und Silber-Molybdän
besteht.
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Das Feuerfestmaterial kann so gewählt werden,
dass es wenigstens ungefähr
35 Gewichts-% des ersten Teils umfasst.
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Das Nichteisenmaterial kann Kupfer
sein.
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Das Obenstehende wird zusammen mit
zusätzlichen
Merkmalen und weiteren Vorteilen der Erfindung aus der nachfolgenden
Beschreibung und den Ansprüchen
ersichtlich, denen Zeichnungen beigefügt sind und die gewisse Ausführungsformen
der Erfindung offenbaren.
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Kurze Beschreibung der
Zeichnungen
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1 ist
eine Vorderansicht von schematischer Art, die einen Schritt des
erfindungsgemäßen Verfahrens
zeigt.
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2 ist
eine Vorderansicht von schematischer Art, die einen weiteren Schritt
des erfindungsgemäßen Verfahrens
zeigt.
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3 ist
eine Vorderansicht von schematischer Art von Teilen, die mit Hilfe
des erfindungsgemäßen Verfahrens
verbunden wurden.
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4 ist
eine Vorderansicht eines Teils eines Leistungsschalter-Mechanismus,
der eine Kontaktarm-Baugruppe enthält, welche einen auf Feuerfestmaterial
basierenden Kontakt umfasst, der gemäß der vorliegenden Erfindung
mit einem zweiteiligen Kontaktarm verbunden wurde.
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5 ist
eine Ansicht in der Richtung der Pfeile 5-5 in 4.
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6 ist
eine Ansicht in der Richtung der Pfeile 6-6 in 5 eines der beiden Kontaktarm-Teilstücke für sich betrachtet:
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7 ist
eine Ansicht im Wesentlichen in der Richtung der Pfeile 7-7 in 4.
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8 ist
eine Draufsicht von 4.
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9 ist
eine vergrößerte mikrophotographische
Aufnahme eines Querschnitts durch eine reale Verbindungsstelle zwischen
einem Kontakt und einem Kontaktarm, die gemäß der vorliegenden Erfindung
hergestellt wurde.
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10 ist
eine vergrößerte mikrophotographische
Aufnahme eines Querschnitts durch eine andere reale Verbindungsstelle
zwischen einem anderen Kontakt und einem anderen Kontaktarm, die
gemäß der vorliegenden
Erfindung hergestellt wurde.
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11 ist
eine vergrößerte Ansicht,
im Allgemeinen innerhalb des Bereiches 11 von 10, bei der Helligkeit und
Kontrast verstärkt
wurden, um ein bestimmtes Merkmal zu zeigen.
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Beschreibung der Erfindung
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sEine Anwendung der Erfindung wird
in dem folgenden speziellen Beispiel der Verbindung eines Teils einer
Stromkreis-Schutzvorrichtung mit einem anderen vorgestellt, wobei
das Beispiel die Verbindung eines Kontakts mit einem Kontaktahn
eines Leistungsschalters zeigt, bei dem es sich um einen Leistungsschalter mit
isoliertem Gehäuse
oder um einen Kompakt-Leistungsschalter handeln kann, welche wohlbekannt
sind. Die 1 bis 3 zeigen einen mit der Bezugszahl 10 bezeichneten
Kontakt und einen mit der Bezugszahl 12 bezeichneten Kontaktarm.
Ein Beispiel eines Kontakts 10 ist ein Teil, welches zum
Beispiel aus einem mit Silber getränkten Feuerfestmaterial besteht,
aus mit Silber getränktem
Wolfram oder mit Silber getränktem
Molybdän.
Ein Beispiel eines Kontaktahns 12 ist ein Teil aus im Wesentlichen
elementarem Kupfer.
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Eine mit der Bezugszahl 14 bezeichnete
Hartlotlegierung, die zur Verwendung beim Verbinden der zwei Teile 10, 12 bestimmt
ist, besteht aus wenigstens zwei Stoffen, wobei einer der zwei Stoffe
elementares Kupfer ist, wobei das elementare Kupfer der den größten Anteil
besitzende Bestandteil des Hartlots ist. Ein Beispiel eines geeigneten
Hartlots ist eine Legierung, die aus 80 Teilen elementaren
Kupfers, 15 Teilen elementaren Silbers und 5 Teilen
elementaren Phosphors besteht, wobei es sich jeweils um Gewichtsanteile
handelt.
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Das Hartlot wird in einem Ofen mit
Schutzgasatmosphäre
(wobei der Ofen in der Zeichnung nicht dargestellt ist) auf eine
Seite des Kontaktes aus mit Silber getränkten Feuerfestmaterial aufgetragen.
Nach diesem Verbinden der Teile 10 und 14 (1) lässt man sie abkühlen. Die
Seite des Kontaktes 10, auf der sich das Hartlot befindet,
wird dann in eine Position gebracht, in der ihre Fläche und
eine Fläche
des Kupfer-Kontaktarmes 12 in einer Ultraschall-Schweißmaschine 16 aneinander
anliegen. In 2 werden
die Teile in der Schweißmaschine
eingespannt gehalten, auf den eingespannten Bereich wird ein geeigneter
Druck ausgeübt, und
ihm wird Ultraschallenergie zugeführt, um eine gewisse Druckverformung
und eine Querströmung
von Stoffen zwischen den in innigem Kontakt befindlichen Flächen hervorzurufen.
Die Zuführung
von Ultraschallenergie wird dann beendet oder abgebrochen, um die
Querströmung
zu stoppen. Die verbundenen Teile werden schließlich aus der Schweißmaschine
entnommen, womit sich die in 3 dargestellte
fertige Baugruppe ergibt.
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Von der Verbindungsstelle, die hergestellt
wurde, kann angenommen werden, dass sie in der Lage ist, relativ
hohen elektrischen Stromdichten standzuhalten, die in einem Leistungsschalter
bei Auftreten eines Schaltungsfehlers, der ein Auslösen des
Leistungsschalters verursacht, auftreten. Außerdem kann angenommen werden,
dass die Verbindungsstelle mit einer geringen oder im Wesentlichen
ohne Verschlechterung der physikalischen Eigenschaften wie etwa
der Härte
der verbundenen Werkstoffe hergestellt wurde. Außerdem wurde die günstige Verwendung
eines Kontaktes auf Feuerfestmaterial-Basis auf vorteilhafte Weise beibehalten.
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Obwohl die Hartlotlegierung in dem
soeben beschriebenen Beispiel eine spezifische Zusammensetzung hatte,
kann angenommen werden, dass auch mit etwas anderen Zusammensetzungen
zufriedenstellende Ergebnisse erreicht werden können. Es kann angenommen werden,
dass eine Überlegung
betreffs der Hartlotlegierung darin besteht, dass diese aus wenigstens
zwei elementaren Stoffen bestehen muss, und dass der Hauptbestandteil
elementares Kupfer sein muss, welches gegenüber jedem anderen Bestandteil überwiegen
muss.
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Ultraschall-Schweißmaschinen
für die
Herstellung der Verbindung, die Gegenstand der vorliegenden Erfindung
ist, sind im Handel erhältlich.
Sie können
so gewählt
und eingestellt werden, dass vorgegebene Leistungskriterien erfüllt sind,
um das Verbinden der Teile mit den jeweiligen Spezifikationen durchzuführen, wie etwa
Strombelastbarkeit, Auslösezeit
usw. Beispiele von geeigneten Ultraschall-Schweißmaschinen sind: Sonobond Modell
Nr. MH-1545, zu beziehen von der Sonobond Ultrasonics Company, 200
East Rosedale Ave., Westchester, Pennsylvania 19380; und ATE Ultraweld
20 System, zu beziehen von der American Technology Equipment, Inc.,
25 Controls Drive, Shelton, Connecticut 06484.
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Die 4 bis 8 zeigen einen Teil eines
Leistungsschalter-Mechanismus, der einen realen Kontakt 10 umfasst,
welcher mit einem Kontaktarm 12 verbunden ist. Der Kontaktarm 12 bildet
einen Träger
für den
Kontakt mittels einer als Beispiel dienenden zweiteiligen Konstruktion,
die aus einem ersten Kontaktarm-Teilstück 12A und einem zweiten
Kontaktarm-Teilstück 12B besteht.
Der Kontakt 10 ist mit dem entfernten Ende des Kontaktarms 12 verbunden,
wodurch eine Kontaktarm-Baugruppe 13 gebildet wird. Die
zwei Teilstücke 12A, 12B sind
im Wesentlichen spiegelbildlich zueinander gestaltet. Wie aus 6 ersichtlich ist, umfassen
einander gegenüberliegende
Abschnitte der Teilstücke 12A, 12B in
der Nähe
des entfernten Endes des Kontaktarms 12 jeweils Bereiche 16,
wo sie unmittelbar miteinander verbunden sind. Diese Verbindung
kann durch Ultraschallschweißen
oder Hartlöten
hergestellt werden.
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In der Nähe der Bereiche 16 bilden
die verbundenen Teilstücke 12A, 12B eine
Gabelung. In der Nähe des
entfernten Endes dieser Gabelung, das heißt in der Nähe der Bereiche 16,
weist jedes Teilstück 12A, 12B ein
Widerlager 18 auf, dessen freies Ende so beschaffen ist,
dass es an das freie Ende des gegenüberliegenden Widerlagers 18 stößt oder
diesem zumindest nahe gegenüberliegt.
Am nahen Ende des Kontaktarmes 12 weist jedes Teilstück 12A, 12B einen
Lappen 20 auf, der in dem kompletten Leistungsschalter
eine Achse 22 definiert, um welche die Kontaktarm-Baugruppe 13 eine
Schwenkbewegung ausführt.
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Zu den weiteren Teilen des Mechanismus,
die in den 4, 7 und 8 dargestellt sind, gehören eine Lastklemme 24,
ein flexibler Verbinder oder eine Litze 26 und ein Bimetallstreifen 28.
Die Lastklemme 24 ist so beschaffen, dass sie an einem
Gehäuse
(nicht dargestellt) eines Leistungsschalters angebracht werden kann,
zum Beispiel mit Hilfe eines Befestigungselementes wie etwa einer
Kopfschraube, deren Schaft durch ein Loch im Gehäuse hindurchgeführt und
in eine extrudiertes Loch 30 in der Lastklemme eingeschraubt
wird. Das mit 24A bezeichnete Ende der Klemme 24 führt zu einem
Laststromkreis (nicht dargestellt). Das mit 24B bezeichnete
Ende stellt einen freitragenden Träger für den Bimetallstreifen 28 dar.
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Der Bimetallstreifen 28 besteht
aus einem im normalen Zustand flachen Streifen, der eine Seite mit einer
relativ höheren
Ausdehnung 28A und eine Seite mit einer relativ geringeren
Ausdehnung 28B aufweist. Das entfernte Ende des Bimetallstreifens 28 und
ein Ende der Litze 26 sind miteinander verbunden, etwa
durch Hartlöten.
Das andere Ende der Litze 26 ist, zum Beispiel durch Hartlöten, mit
dem Kontaktarm 12 verbunden, in der Nähe eines Lappens 20 eines
der zwei Teilstücke 12A, 12B,
wobei in dem abgebildeten Beispiel dieses eine Teilstück 12A ist.
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Wenn sich ein fertiger Leistungsschalter,
der den gerade beschriebenen Mechanismus enthält, in seiner Position "Ein"
befindet, hat der Kontakt 10 unmittelbaren Kontakt mit
einem anderen Kontakt, der an eine Netzanschlussklemme (nicht dargestellt)
angeschlossen ist. Folglich existiert ein vollständiger Stromkreis von dieser
Netzanschlussklemme und ihrem zugehörigen Kontakt über den
Kontakt 10, den Kontaktarm 12, die Litze 26 und
den Bimetallstreifen 28 zur Lastklemme 24. Ein
Typ einer Fehlerbedingung, die eine Auslösung des Leistungsschalters
verursachen sollte, hängt
mit einer Zufuhr von Wärmeenergie
zum Bimetallstreifen 28 zusammen, welche ausreichend dafür ist, dass
sich der Bimetallstreifen so stark verbiegt, dass die Betätigung eines
Auslösemechanismus
(nicht dargestellt) bewirkt wird. Infolgedessen schwenkt die Kontaktarm-Baugruppe 13 in
der Richtung des Pfeils 29 in 4, so dass der Kontakt 10 von
dem Netzanschlussklemmen-Kontakt getrennt wird, mit dem er verbunden
war. Dadurch wird der Stromdurchgang durch den Leistungsschalter
zwischen der Netzanschlussklemme und der Lastklemme 24 unterbrochen,
was zur Folge hat, dass der Leistungsschalter in den "ausgelösten" Zustand übergeht.
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Die 4 und 6 zeigen aneinander angrenzende
flache rechteckige Oberflächenbereiche 32 der Kontaktarm-Teilstücke 12A und 12B.
Der Kontakt 10 weist einen rechteckigen Oberflächenbereich 34 auf,
der eine etwas größere Gesamtfläche besitzt
als die kombinierten Oberflächenbereiche 32.
Das Verbinden des Oberflächenbereiches 34 mit
den Oberflächenbereichen 32 wird
vorteilhafterweise mittels der hier beschriebenen Vorgehensweise
durchgeführt.
Das Auftreten eines Fehlers, der eine Auslösung des Leistungsschalters bewirken
sollte, kann relativ hohe Stromdichten durch die Verbindungsstelle
zwischen dem Kontakt 10 und dem Kontaktarm 12 erzeugen.
Es kann angenommen werden, dass die hier beschriebene Vorgehensweise hilft,
die Unversehrtheit der Verbindungsstelle unter solchen Bedingungen
hoher Beanspruchung besser zu erhalten. Dies ist wichtig, wenn es
um kleine Flächen
geht. Obwohl nicht beabsichtigt ist, die allgemeinen Prinzipien
der Erfindung unbedingt auf bestimmte Grenzflächengrößen zu begrenzen, kann angenommen
werden, dass Grenzflächen,
die kleiner sind als ungefähr
1/4'' × 5/16''
(6,35 mm × 7,9375
mm), für
ein erfolgreiches Verbinden besonders gut geeignet sind, zumindest
im Falle des Verbindens eines Kontakts mit einem Kontaktarm in einer
Schutzvorrichtung für Stromkreise
wie einem Leistungsschalter. "Grenzfläche" ist als diejenige Fläche zu verstehen,
wo die tatsächliche
Verbindung erfolgt. Spezielle Beispiele von Grenzflächengrößen, die bei
der praktischen Anwendung der erfindungsgemäßen Prinzipien verwendet wurden,
sind 9/16'' × 5/32'' (14,2875
mm × 3,96875
mm) und 1/8'' × 9/32''
(3,175 mm × 7,14375
mm). Wenn ein Kontakt in einer Ultraschall-Schweißmaschine
zusammengebaut wird, kann angenommen werden, dass die Dicke des
Kontakts eine beliebigen Wert aus einer Anzahl von Werten von Dicken
haben kann, die für
Kontakte typischerweise verwendet werden. Beispiele von typischen
Dicken können
bis zu ungefähr
3/16'' (4,76 mm) reichen.
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Die 9 und 10 zeigen zwei Beispiele
von realen Verbindungsstellen, die unter Verwendung des Verbindungsverfahrens
hergestellt wurden. Der Kontaktarm besteht überwiegend aus Kupfer, mit
kleinen Mengen von Eisen und Silizium. Ein Beispiel ist: Cu wenigstens
ungefähr
97–99%,
Si 1% oder weniger und Fe 2% oder weniger. Die Hartlotlegierung
besteht aus im Wesentlichen 80 Gewichtsanteilen elementaren
Kupfers, im Wesentlichen 15 Gewichtsanteilen elementaren
Silbers und im Wesentlichen 5 Gewichtsanteilen elementaren Phosphors.
Der Kontakt besteht aus 50 Gewichts-% Ag und 50 Gewichts-% Wolframkarbid.
Die beigefügten Patentzeichnungen
der 9 und 10 zeigen 50X mikrophotographische
Aufnahmen. In jeder der 9 und 10 ist zu erkennen, dass
vor dem Ultraschallschweißen
des Kontakts 10 an den Kontaktarm 12 Hartlotlegierung 14 mit
dem Kontakt 10 verbunden wurde. Überschüssiges Silber füllt die
Täler zwischen
den sägezahnförmigen Zacken
im Kontakt aus. Die Hartlotlegierung erscheint als eine Schicht,
welche die sägezahnförmigen Zacken überlagert,
und der Bereich der Ultraschallbindung ist entsprechend gekennzeichnet.
Es ist anzunehmen, dass im gesamten Bereich der Verbindungsstelle
eine im Wesentlichen vollständige
Verklebung vorhanden ist. 10 zeigt
Anzeichen einer "Verwirbelung" an der Grenzfläche, von der angenommen werden kann,
dass sie auf eine relativ gute Qualität hinweisen. 11 zeigt die Verwirbelung noch deutlicher.
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Die Erfindungen dürften geeignet sein, um einen
elektrischen Leiter, der überwiegend
aus Kupfer besteht, mit den folgenden Werkstoffen auf Feuerfestmaterial-Basis
zu verbinden: Silber-Wolfram; Silber-Wolframkarbid; Kupfer-Wolfram;
Kupfer-Wolframkarbid; und Silber-Molybdän. Natürlich können die relativen Anteile
der Bestandteile des Kontakts variieren. Spezielle Beispiele sind
in der nachfolgenden Tabelle angegeben, in der für Härte, Dichte und elektrische
Leitfähigkeit
repräsentative
Werte angegeben sind. In der Tabelle ist IACS die Abkürzung für International
Annealed Copper Standard (Internationale Norm für geglühtes Kupfer).
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Obwohl die vorliegenden Erfindungen
unter Bezugnahme auf die derzeit in Erwägung gezogenen Ausführungsformen
beschrieben wurden, soll die Erfindung selbstverständlich nicht
auf die beschriebenen und bevorzugten Ausführungsformen beschränkt werden.
Dementsprechend sollen die beanspruchten Erfindungen verschiedene
Modifikationen und Anordnungen beinhalten, die in den Geltungsbereich
der Ansprüche
fallen.
