DE759198C - Verfahren zur Herstellung von Unterbrecherkontakten aus Graphit - Google Patents

Description

AUSGEGEBEN AM 26. JULI 1951

RE ICHS PATENTAMT

PATENTSCHRIFT

KLASSE 21g GRUPPE

D8528oVIIIcJ2ig

. Eugen Dürrwächter, Pforzheim

ist als Erfinder genannt worden

. Eugen Dürrwächter, Pforzheim

Patentiert im Deutschen Reich vom 20. Juni 1941 an Patenterteilung bekanntgemacht am 9. November 1944

Die hohe elektrische Leitfähigkeit des Graphits, seine sehr gute Wärmeleitfähigkeit, chemische Unangreifbarkeit .und thermische Beständigkeit haben ihn als Stromzuführungs-. material eine besondere Stellung verliehen. Er dient in ausgedehntem Maße als Elektrodenmaterial sowohl für elektrische Öfen als auch für elektrochemische und elektrothermische Zwecke. Da Graphit dazu noch sehr gute gleitende Eigenschaften zeigt, wird er insbesondere als Schleifbürstenmaterial für elektrische Maschinen verwendet. Solche Sehleifbürsten stellt man her, teils durch Pressen von purverförmigem oder plättchenförmigem Natungraphit zu den gewünschten Formkörpern, teils durch Graphitieren von Kohlekörpern durch Erhitzen derselben im elektrischen Ofen nach dem bekannten Verfahren von Acheson.

Graphit ist jedoch auch ein ausgezeichneter Werkstoff für Unterbrecherkontakte. Seine hohe elektrische und Wärmeleitfähigkeit, seine Unverbrennbarkeit, seine sehr geringe Neigung zur Materialwanderung, die Unmöglichkeit eines Frittens und die Beständigkeit gegenüber atmosphärischen Einflüssen, Ölen und Säuredämpfen sind Eigenschaften, die bis jetzt keiner der bekannten metallischen Kontaktwerkstoff^ insgesamt in sich vereinigt.

Es hat daher nicht an Versuchen gefehlt, Graphit auch als Unterbrecherkontakt zu ver-

wenden. Man hat Graphitkörper, die in die gewünschte Form zugeschnitten wurden, ähnlich wie Schleif bürsten in Armaturen aus Unedelmetall gefaßt oder sie an ihrem hinteren Ende galvanisch verkupfert und so in stromzuführende Backen geklemmt oder eingeschraubt. Vielfach hat man auch Formkörper aus Graphit mit Löchern versehen, durch die dann stromzuführende metallische Stifte gesteckt wurden. Es ist auch bekannt, Formkörper aus Graphit mittels eines stromleitenden Metallzements auf oder in als Kontaktträger dienenden UnedelmetaHen zu befestigen. Alle nach diesen Verfahren hergestellten _Xg Graphitkontakte sind jedoch verhältnismäßig groß und finden eine nur geringe Anwendung Kleine Kontakte, wie sie in sehr großen Mengen in der Fernmeldetechnik, Hochfrequenztechnik und im Bau elektrischer Schaltapparate benötigt werden, konnten bis jetzt nach den bekannten Verfahren nicht hergestellt werden.

Das Verfahren gemäß der Erfindung beseitigt diesen Mangel und ermöglicht es auch, ₂g sehr kleine Graphitkontakte mit den verschiedensten Kopfformen herzustellen, die ohne weiteres an Stelle der bisher verwendeten Edelmetallkontakte oder Wolframkontakte verwendet werden können.

go Graphit ist in bezug auf die von einem Unterbrecherkontakt geforderten Eigenschaften allen bisher als Kontaktwerkstoff bekannten Materialien überlegen. Seine Verwendung bedeutet gleichzeitig eine Ersparnis an teurem Edelmetall oder Wolfram.

Es ist bekannt, Graphitpulver in Formen zu mehr oder weniger dichten Körpern zu pressen, wobei die Dichte und Festigkeit dieser Körper um so größer wird, je feiner der verwendete Graphit und je größer der ausgeübte Druck ist. Die so erreichte Festigkeit genügt jedoch nicht, um der starken mechanischen Beanspruchung, der die Unterbrecherkontakte durch das dauernde Aufeinanderstoßen ihrer Kontaktköpfe ausgesetzt sind, zu widerstehen, weshalb man die gepreßten Körper vielfach unter Zusatz kleiner Mengen von Bindemitteln einem Glühprozeß unterziehen muß, um eine ausreichende Festigkeit zu erreichen.

Versuche haben nun gezeigt, daß bei Verwendung von außerordentlich feinpulverigem reinstem Graphit, der keine Plättchenstruktur mehr zeigt und als Kolloidgraphit bezeichnet wird, und unter gleichzeitiger Anwendung eines sehr hohen Druckes von mindestens kg je Quadratzentimeter Graphitkörper erhalten werden, die in ihrer Festigkeit den im elektrischen Ofen hergestellten Graphitkörpern nicht nachstehen. Die Wichte des nach dem Verfahren gemäß der Erfindung hergestellten Graphitkörpers wurde mit 2,16 ermittelt, während, die Wichte von Naturgraphit und künstlichem Graphit zwischen 2,23 und 2,38 liegt.

Es ist auf diese Weise möglich, Graphitkörper herzustellen, die, ohne einen weiteren Glühprozeß mitzumachen, als Unterbrecherkontakte an Stelle von Wolfram, Silber oder Platin verwendet werden können. Da sich jedoch massive Graphitkörper infolge ihrer Sprödigkeit nicht in Kontaktfedern, einnieten lassen und auch ihre Befestigung auf den Federn durch Hart- oder Weichlöten unmöglich ist, müssen die Graphitkontakte auf bzw. in metallischen Kontaktträgern verankert werden. Gemäß der Erfindung werden die LTnterbrecherkontakte aus Graphit so hergestellt, daß auf einen metallischen Kontaktträger, dessen Oberfläche mit Eindrehungen aufweisenden Erhebungen versehen ist, feinstes Kolloidgraphitpulver aufgebracht und unter sehr hohem Druck aufgepreßt und gleichzeitig zu einem den Kontaktkopf bildenden Graphitkörper verdichtet wird. Der metallische Kontaktträger besteht vorzugsweise aus Silber, Kupfer oder Eisen. Er kann jedoch auch aus einer Legierung mehrerer Metalle hergestellt werden.

Preßt man kolloides Graphitpulver unter hohem Druck auf eine Metallplatte, ζ. Β. eine Kupfer- oder Silberplatte, auf, so haftet der Graphitkörper überraschenderweise gut an der Metallfläche und läßt sich nur unter Anwendung eines kräftigen, seitlichen Druckes von derselben loslösen. Dabei zeigt es sich, daß ein vollkommenes Loslösen des Graphits von der Metallfläche nicht möglich ist. Demnach muß die Adhäsion des Graphits an der Berührungsfläche mit dem Metall größer sein als der innere Zusammenhang des Graphits selbst, trotzdem der letztere recht beträchtlich ist. Diese Beobachtung führte zur Entwicklung der bei dem Verfahren nach der Erfindung verwendeten Kontaktträger, die eine gegenüber den bis jetzt bekannten Kontaktträgern wesentlich größere Berührungsfläche mit dem eigentlichen Kontaktmaterial haben und durch ihre konstruktive Ausbildung ein Loslösen des Kontaktmaterials ohne gleichzeitige Zer-Störung desselben von dem Kontaktträger · verhindern.

Bei den bis jetzt bekanntgewordenen zuiammengesetzten Unterbrecherkontakten werden flache Kontaktplättchen aus Wolfram,

delmetall oder einer anderen Kontaktlegierung auf die flache Oberfläche eines im übrigen beliebig ausgebildeten Kontaktträgers aufgelötet oder aufgeschweißt. Die in letzter Zeit aufgekommenen, aus einem Zweischichtenmetall bestehenden Bimetallkontakte können nicht als zusammengesetzte Kontakte

angesehen wercfen, da die Verbindung des Kontaktmaterials mit dem Kontaktträger schon vor der Verformung des fertigen Kontaktes erfolgt.

In den Abb. ι bis ii ist eine Anzahl von Graphitkontakten gemäß der Erfindung dargestellt, bei denen die Kontaktträger mit ι und die Kontaktköpfe aus Graphit mit 2 bezeichnet sind. Die Kontaktträger sind in

ίο Ansicht, die Kontaktköpfe im Schnitt dar-' gestellt. Die Träger haben in den Abb. ι bis 5 einen glatten Schaft, der das Auflöten der Träger auf einen beliebigen Gegenstand, wie

z. B. einen Kontaktbock, ermöglicht. In den Abb. 7 und 8 hat der Kontaktträger einen Schaft, um den Kontakt in das Loch z. B. einer Kontaktfeder einnieten zu können, während in Abb. 6 der Schaft des Kontaktträgers aus-einer Schraube besteht. Die verschiedenartige Ausbildung des Kontaktträgerschaftes ermöglicht lediglich eine vielseitige Verwendung der Kontakte und ist im übrigen nicht Gegenstand der Erfindung.

Eine besonders neuartige und bis jetzt unbekannte Ausbildung zeigt jedoch der Kopf des Ko.ntaktträgers. Die Kopffläche ist nicht wie bei den bisher bekannten Kontaktträgern glatt, sondern ist der Form des fertigen Kontaktes ungefähr angepaßt und besitzt eine bzw. mehrere terrassenförmig übereinander angeordnete Rillen. Derartige Kontaktträger können auf Drehautomaten oder Pressen billig hergestellt werden. In den Abb. 1, 2, 3, 4, 5 und 7 sind verschiedene Ausführungsformen von Kontaktträgerköpfen dargestellt. Abb. 8 zeigt einen Kopf mit einem Schraubengewinde. Im übrigen ist die Möglichkeit der Ausbildung des Trägerkopfes nicht auf die angeführten Beispiele beschränkt. Der Trägerkopf muß jedoch eine gegen dem bekannten flachen Kopf wesentlich größere Angriffsfläche zeigen und Eindrehungen, wie krallenartige Rillen bzw. Erhöhungen oder Gewinde, aufweisen, in und hinter die das Graphitpulver bei der Herstellung des Kontaktkopfes hineinfließt, wodurch bei der Verdichtung des Pulvers durch den Preßdruck eine unlösbare Verbindung zwischen Graphitkörper und Kontaktträger erreicht wird.

DieAbb. 1 zeigt schematisch dieHerstellung der in den Abb. 2, 3, 4 und 5 dargestellten zusammengesetzten Unterbrecherkontakte, bei denen der Kontaktkopf aus Graphit die ganze Oberfläche bedeckt. In einer Matrize 3 wird der Kontaktträger 1 eingelegt. Über diesen Kontaktträger wird nun die Haltebuchse 4 gesetzt, deren innerer Querschnitt bei dem in Fig·, ι gezeigten Beispiel derart ausgearbeitet ist, daß der Kontaktträger genau in die Buchse paßt. Normalerweise ist der Kontaktträger rund, er kann jedoch beispielsweise auch eine viereckige oder sechseckige Form zeigen. Die Buchse selbst sitzt vollkommen und dicht auf der Matrize 3 auf. In den über dem Kontaktträger befindlichen Hohlraum der Buchse 4 wird nun trockener Kolloidgraphit in feinster Pulverform eingeschüttet. Die Menge des verwendeten Graphitpulvers richtet sich nach dem Durchmesser und nach der gewünschten Form und Höhe des herzustellenden Graphitkontaktkopfes.

Anschließend wird in die Bohrung der Haltebuchse 4 ein Preßstempel 5 eingeführt und dieser mit einem langsam wirkenden Druck gegen den Kontaktträger gedrückt. Die Stirnseite des Preßstempels ist entsprechend der gewünschten Form des Graphitkopfes flach oder hohl ausgebildet. Ein rascher, schlagartiger *Druck ist zu vermeiden, da sonst der erzeugte Graphitkörper brüchig wird. Beim Niederdrücken des Preßstempels fließt nun der Graphit in die Eindrehung des Kontaktträgers hinein und haftet dort an den Metallwänden fest an. Gleichzeitig verbinden sich die einzelnen Pulverteilchen zu einem einheitlich dichten Graphitkörper. Nach der so erfolgten Verformung und Befestigung des Graphitkopfes 2 auf dem Kontaktträger wird die Matrize 3 entfernt und der fertige Kontakt durch weiteres Niederdrücken des Sternpels 5 aus der Buchse 4 ausgestoßen.

Bei dem in Abb. 6 gezeigten Ausführungsbeispiel wird nur ein Teil des Trägerkopfes mit Graphit überzogen. Die Matrize 3 enthält eine Bohrung 6, in die der als Schraube ausgebildete untere Teil des Trägers lose eingeführt werden kann.

Nach dem Einlegen des Kontaktträgers 1 in die Matrize 3 wird eine Haltebuchse 4 über den Kontaktträger 1 und die Matrize aufgesetzt.

Die Haltebuchse 4 liegt im Gegensatz zu dem Ausführungsbeispiel nach Abb. 1 nicht mehr ganz auf der Matrize 3 auf, sondern teilweise auch auf dem Kontaktträger 1. Die Herstellung des Graphitkopfes erfolgt im übrigen, wie bereits beschrieben, durch Einfüllen des Graphitpulvers in den über dem inneren Teil des Trägers befindlichen Hohlraum der Haltebuchse 4, Niederdrücken des Stempels 5 und damit Verformung und Befestigung des Graphitkopfes 2 auf dem Träger, Abnehmen der Matrize 3 und Ausstoßen des fertigen Kontaktes aus der Buchse^.

Die Abb. 7 und 8 zeigen Ausführungsbeispiele gemäß der Erfindung, bei denen der Träger nur auf seinem inneren Teil mit einem Graphitkopf versehen, während der untere Teil des Trägers in Form eines Schaftes ausgebildet ist. Derartig ausgebildete Kontakte lassen sich trotz des spröden Graphitkopfes in eine Kontaktfeder einnieten oder ein-

spinnen. Man legt zu diesem Zweck den Kontakt mit dem Kopf nach unten in ein mit einem Loch versehenes Gesenk. Dieses Loch hat die Form des Graphitkopfes, ist jedoch etwas größer als derselbe, so daß nur der Rand des Kontaktträgers, nicht aber der Graphitkopf auf dem Gesenk aufliegt. Dann legt man eine mit einem Loch versehene Kontaktfeder über den Nietschaft auf die hintere flache ίο Seite des Kontaktträgers ein und vernietet die Feder in üblicher Weise.

In der Fernmeldetechnik werden häufig Federn mit Doppelkopfkontakten benötigt, d. h. auf beiden Seiten der Kontaktfeder befindet sich direkt gegenüberliegend je ein Kontaktkopf. Zur Herstellung dieses Doppelkopfkontaktes verfährt man bei Verwendung von massiven Edelmetallen derart, daß man den ziemlich lang ausgebildeten Kontaktschaft eines Kontaktnietes durch das Loch der Kontaktfeder steckt und das aus der Feder herausragende Ende des Schaftes zu einem zweiten Kontaktkopf verformt.

•Auch solche Doppelkopfkontakte lassen sich vorteilhaft aus Graphit nach dem Verfahren gemäß der Erfindung herstellen.

Die Abb. 9 zeigt dieses Herstellungsverfahren in schematischer Weise. Der Kontaktträger hat hierbei auf beiden Seiten Erhöhungen, die zur Befestigung der Graphitköpfe dienen. Außerdem weist der Kontaktträger eine ringförmige Eindrehung 7 auf. Der so ausgebildete Kontaktträger wird auf der in der Mitte ausgedrehten Matrize 3 befestigt und die Haltebuchse 4 aufgesetzt. In den Bohrungen der Matrize 3 und der Haltebuchse 4 bewegen sich die Preßstempel 5 und 6 gegeneinander und pressen das zwischen den Kontaktträger 1 und die beiden Stempel 5 und 6 eingebrachte Graphitpulver auf den Kontaktträger auf. Nach der Entfernung der Matrize und ihres Stempels wird der Doppelkopfkontakt mittels des Stempels 5 aus der Haltebuchse 4 ausgestoßen. Zur Befestigung dieses Kontaktes in einer Kontaktfeder muß die letztere einen Schlitz aufweisen, in welchen die ringförmige Eindrehung 7 genau paßt. Der Kontakt wird in diesen Schlitz eingeführt und auf der Feder verlötet oder vernietet.

Weiterhin ist es nach dem Verfahren gemäß der Erfindung auch möglich, Graphitkontakte auf bereits in Kontaktfedern eingenieteten Kontaktträgern zu befestigen. Die Abb. 10 a bis ioc zeigen dieses Herstellungsverfahren in schematischer Weise. Abb. 10 a zeigt den in die Kontaktfeder F eingenieteten Kontakt- | träger 1. Durch einen weiteren Arbeitsgang ■ wird der Kopf des Trägers 1 in die in ; Abb. 10 b gezeigte Form gebracht. Anschließend wird der Graphitkopf 2 in der in Abb. 1 gezeigten Art auf dem in der Feder F sitzenden Kontaktträger befestigt. Die Abb. ioc zeigt die Kontaktfeder F mit dem Kontaktträger ι und dem aufgebrachten Kontaktkopf 2.

Die Abb. 11 a bis nc veranschaulichen das Anbringen eines Doppelkopfkontaktes aus Graphit auf einem in einer Kontaktfeder F vernieteten Kontakträger 1, der in einem besonderen Arbeitsgang in die in Abb. 11 b gezeigte Form gebracht wird. Das Befestigen der beiden Graphitköpfe auf den beiden Seiten des in die Feder F eingenieteten Kontaktträgers ι erfolgt in der gleichen Weise, wie sie schematisch in Abb. 9 gezeigt wird. Abb. nc zeigt die Kontaktfeder F mit dem Kontaktträger 1 und den beiderseits aufgebrachten Kontaktköpfen 2.

Claims (5)

PatentanspeccnE:

1. Verfahren zur Herstellung von Unterbrecherkontakten aus Graphit, dadurch gekennzeichnet, daß auf einem metallischen Kontaktträger, dessen Oberfläche mit Eindrehungen aufweisenden Erhebungen versehen ist, feinstes Kolloidgraphitpulver aufgebracht und unter sehr hohem Druck aufgepreßt und gleichzeitig zu einem den Kontaktkopf bildenden Graphitkörper verdichtet wird.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß nur ein Teil der Oberfläche des Kontaktträgers mit dem Kontaktkopf aus Graphit bedeckt wird.

3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet^ daß ein Kontaktträger beiderseits mit einem Kontaktkopf aus Graphit bedeckt wird.

4. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß ein in eine Kontaktfeder eingenieteter Kontaktträger mit einem Kontaktkopf aus Graphit bedeckt wird.

5. Verfahren nach den Ansprüchen 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß ein in eine Kontaktfeder eingenieteter Kontaktträger beiderseits mit einem Kontaktkopf aus Graphit bedeckt wird.

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Zur Abgrenzung des Erfindungsgegenstands vom Stand der Technik sind im Erteilungsverfahren folgende Druckschriften in Betracht gezogen worden:

USA.-Patentschriften Nr. 1 986224, 2049771.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen

I 834 7.51