EP0027893A1 - Method and apparatus for applying contact pieces to contact carriers - Google Patents

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EP0027893A1 EP80105704A EP80105704A EP0027893A1 EP 0027893 A1 EP0027893 A1 EP 0027893A1 EP 80105704 A EP80105704 A EP 80105704A EP 80105704 A EP80105704 A EP 80105704A EP 0027893 A1 EP0027893 A1 EP 0027893A1
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    • H01H—ELECTRIC SWITCHES; RELAYS; SELECTORS; EMERGENCY PROTECTIVE DEVICES
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    • H01H11/04—Apparatus or processes specially adapted for the manufacture of electric switches of switch contacts
    • H01H11/041—Apparatus or processes specially adapted for the manufacture of electric switches of switch contacts by bonding of a contact marking face to a contact body portion

Definitions

  • the invention relates to a method and a device for applying contact bodies to contact carriers under the simultaneous action of pressure and sound by pressing a contact body blank onto the contact carrier with an embossing tool, consisting of a guide bush and a movable stamp.
  • Contact pieces for electrical engineering usually consist of a contact body made of a material with high security against welding during switching, such as silver with cadmium oxide, tin oxide, graphite or nickel, which is applied to a contact carrier.
  • a contact body made of a material with high security against welding during switching, such as silver with cadmium oxide, tin oxide, graphite or nickel, which is applied to a contact carrier.
  • Such contact materials with high sweat resistance are difficult to connect to the carrier using conventional connection methods such as soldering or welding.
  • a method for connecting poorly weldable contact materials directly to the contact carrier by ultrasonic welding is known.
  • a contact body blank is fed to the oscillator of an ultrasound device, which is also formed as a stamp for the contact body, and is deformed to its final shape by the simultaneous action of vibrations and pressure and, at the same time, welded to the contact carrier.
  • the ultrasonic welding process offers advantages, but in most cases does not provide a sufficient connection between the contact body and the contact carrier. In many cases, contact pads welded on in this way do not meet the requirements placed on the service life of such contact pieces when stressed in the switching device.
  • the vibrator (sonotrode) is also an embossing tool, there is little flexibility in the design of this tool, since large masses and additional moving parts are not permissible to maintain the resonance conditions.
  • contact material is pressed out through the gap between the embossing tool and the contact carrier, which is caused by the process, so that reworking of the finished contact piece is necessary.
  • an auxiliary layer in film or powder form is therefore made from one in DE-OS 2 642 338 Cold-weldable metallic material between the contact body and contact carrier proposed.
  • this eliminates the desired homogeneous transition between the contact body and the contact carrier.
  • Embossing tools are generally known in the art which consist of a guide bush with embossing dies movably arranged therein.
  • This object has been achieved according to the invention in that the sound energy is applied to the contact carrier and the contact body is pressed into its final shape with the embossing die while the guide bush resting on the contact carrier, with deformation of the contact body blank.
  • the volume of deformation delimited in the stamping tool by the guide bushing and the stamping die is at least 20%, preferably more than 40%, greater than the volume of the contact body blank.
  • FIGS. 1-10 Two exemplary embodiments of particularly advantageous embodiments of a device for carrying out the method according to the invention are shown schematically on the basis of FIGS.
  • the device consists of an oscillator (1); on the preferably corrugated surface of which the contact carrier (5) rests.
  • the embossing tool (2) consists of a guide bush (3) and an embossing die (4) movable therein.
  • the contact body blank (6) is introduced into the stamping tool (2) with the stamp (4) at the top.
  • the guide sleeve (3) is placed directly on the contact carrier (5) without forming a gap. This prevents contact material from the embossing tool (2) from escaping during the subsequent embossing process with the embossing stamp (4), under the simultaneous action of sound energy via the oscillator (1), which would make reworking of the finished contact piece necessary.
  • the volume (7) in the embossing tool (2) delimited by the guide bush (3) and embossing die (4) is advantageously more than 20% larger than the volume of the contact body blank (6) by a degree of deformation of the contact body blank that is sufficiently high for the connection strength (6) to achieve.
  • This volume (7) is preferably more than 40% larger than the volume of the contact body blank.
  • the design of the embossing tool (2) can take place in terms of shape and mass irrespective of vibrational aspects.
  • the vibrator (1) can be optimally designed according to aspects or sound generation and sound transmission, regardless of press technology aspects.
  • contact materials that are difficult to weld such as silver-cadmium oxide, silver-tin oxide, silver-graphite or silver-nickel, can be processed.

Abstract

1. A process for applying contact elements to contact supports (5) under the combined effect of pressure and sound by pressing a contact element blank (6) onto the contact support (5) using an embossing die (2) consisting of a guide sleeve (3) and a displaceable embossing punch (4), characterized in that the sound energy is applied to the contact support (5) and, with the guide sleeve (3) resting on the contact support (5), the contact element is pressed on by the embossing punch (4), deforming the contact element blank (6) into its final shape.

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren und eine Vorrichtung zur Aufbringung von Kontaktkörpern auf Kontaktträger unter gleichzeitiger Einwirkung von Druck und Schall durch Aufpressen eines Kontaktkörperrohlings auf den Kontaktträger mit einem Prägewerkzeug, bestehend aus einer Führungsbüchse und einem beweglichen Prägestempel.The invention relates to a method and a device for applying contact bodies to contact carriers under the simultaneous action of pressure and sound by pressing a contact body blank onto the contact carrier with an embossing tool, consisting of a guide bush and a movable stamp.

Kontaktstücke für die Elektrotechnik bestehen normalerweise aus einem Kontaktkörper aus einem Material mit hoher Sicherheit gegen Verschweißen beim Schaltvorgang, wie zum Beispiel Silber mit Kadmiumoxid, Zinnoxid, Graphit oder Nickel, der auf einem Kontaktträger aufgebracht ist. Solche Kontaktwerkstoffe mit hoher Schweißbeständigkeit lassen sich mit dem Träger nur schwer mit den herkömmlichen Verbindungsverfahren, wie Löten oder Schweißen, verbinden.Contact pieces for electrical engineering usually consist of a contact body made of a material with high security against welding during switching, such as silver with cadmium oxide, tin oxide, graphite or nickel, which is applied to a contact carrier. Such contact materials with high sweat resistance are difficult to connect to the carrier using conventional connection methods such as soldering or welding.

Bisher versuchte man das Verbindungsproblem bei solchen Kontaktwerkstoffen vor allem dadurch zu lösen, daß man den Kontaktkörper mit einer gut löt- oder schweißbaren Zwischenschicht versah und dann mit dem Kontaktträger verlötete oder verschweißte. Die Herstellung solcher vorbehandelter Kontaktkörper erfordert jedoch einen erheblichen Fertigungsaufwand, außerdem werden die elektrischen und mechanischen Eigenschaften des Kontaktstücks verändert.So far, attempts have been made to solve the connection problem with such contact materials primarily by providing the contact body with an intermediate layer which can be easily soldered or welded and then soldered or welded to the contact carrier. The production of such Pretreated contact body, however, requires a considerable manufacturing effort, and the electrical and mechanical properties of the contact piece are changed.

Aus der DE-PS 1 564 572 ist ein Verfahren bekannt, schlecht schweißbare Kontaktwerkstoffe durch Ultraschall-Schweißen direkt mit dem Kontaktträger zu verbinden. Hierbei wird ein Kontaktkörperrohling dem zugleich als Prägestempel für den Kontaktkörper ausgebildeten Schwinger eines Ultraschallgeräts zugeführt und durch gleichzeitige Einwirkungen von Schwingungen und Druck zu seiner Endform verformt und zugleich mit dem Kontaktträger verschweißt. Das Ultraschall-Schweißverfahren bietet zwar Vorteile, bringt jedoch in den meisten Fällen keine ausreichende Verbindung zwischen Kontaktkörper und Kontaktträger. Derart aufgeschwißte Kontaktauflagen erfüllen in vielen Fällen bei Beanspruchung im Schaltgerät nicht die gestellten Anforderungen an die Lebensdauer solcher Kontaktstücke.From DE-PS 1 564 572 a method is known for connecting poorly weldable contact materials directly to the contact carrier by ultrasonic welding. In this case, a contact body blank is fed to the oscillator of an ultrasound device, which is also formed as a stamp for the contact body, and is deformed to its final shape by the simultaneous action of vibrations and pressure and, at the same time, welded to the contact carrier. The ultrasonic welding process offers advantages, but in most cases does not provide a sufficient connection between the contact body and the contact carrier. In many cases, contact pads welded on in this way do not meet the requirements placed on the service life of such contact pieces when stressed in the switching device.

Da nach dem Verfahren gemäß DE-PS 1 564 572 der Schwinger (Sonotrode) gleichzeitig Prägewerkzeug ist, besteht in der Gestaltung dieses Werkzeugs nur geringe Flexibilität, da zur Einhaltung der Resonanzbedingungen keine großen Massen und zusätzliche bewegliche Teile zulässig sind. Außerdem wird bei der Verformung während des Schweißvorgangs Kontaktmaterial durch den verfahrensbedingt vorhandenen Spalt zwischen Prägewerkzeug und Kontaktträger herausgedrückt, so daß eine Nachbearbeitung des fertigen Kontaktstücks erforderlich wird.Since, according to the method according to DE-PS 1 564 572, the vibrator (sonotrode) is also an embossing tool, there is little flexibility in the design of this tool, since large masses and additional moving parts are not permissible to maintain the resonance conditions. In addition, during the deformation during the welding process, contact material is pressed out through the gap between the embossing tool and the contact carrier, which is caused by the process, so that reworking of the finished contact piece is necessary.

Zur Verbesserung der Verbindung zwischen Kontaktkörper und Kontaktträger wird daher in der DE-OS 2 642 338 eine Hilfsschicht in Folien- oder Pulverform aus einem kaltschweißbaren metallischen Werkstoff zwischen Kontaktkörper und Kontaktträger vorgeschlagen. Dadurch entfällt jedoch der gewünschte homogene Übergang zwischen Kontaktkörper und Kontaktträger.In order to improve the connection between the contact body and the contact carrier, an auxiliary layer in film or powder form is therefore made from one in DE-OS 2 642 338 Cold-weldable metallic material between the contact body and contact carrier proposed. However, this eliminates the desired homogeneous transition between the contact body and the contact carrier.

In der Technik sind ganz allgemein Prägewerkzeuge bekannt, die aus einer Führungsbüchse mit darin beweglich angeordneten Prägestempel bestehen.Embossing tools are generally known in the art which consist of a guide bush with embossing dies movably arranged therein.

Es war daher Aufgabe der vorliegenden Erfindung, ein Verfahren und eine Vorrichtung zur Aufbringung von Kontaktkörpern auf Kontaktträger unter gleichzeitiger Einwirkung von Druck und Schall durch Aufpressen eines Kontaktkörperrohlings auf einen Kontaktträger mit einem Prägewerkzeug zu finden, bestehend aus einer Führungsbüchse und einem beweglichen Preßstempel, die eine gute Verbindung zwischen Kontaktkörper und Kontaktträger ohne Anbringung von Zwischenschichten und ohne Nachbearbeitung gewährleisten, unter weitgehender Freiheit bei der Ausbildung der Prägewerkzeugform.It was therefore an object of the present invention to find a method and a device for applying contact bodies to contact carriers under the simultaneous action of pressure and sound by pressing a contact body blank onto a contact carrier with an embossing tool, consisting of a guide bush and a movable press die, the one Ensure a good connection between the contact body and the contact carrier without the application of intermediate layers and without post-processing, with extensive freedom in the formation of the embossing tool shape.

Diese Aufgabe wurde erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß die Schallenergie auf den Kontaktträger aufgebracht und der Kontaktkörper bei auf dem Kontaktträger aufliegender Führungsbüchse mit dem Prägestempel unter Verformung des Kontaktkörperrohlings zu seiner Endgestalt aufgepresst wird.This object has been achieved according to the invention in that the sound energy is applied to the contact carrier and the contact body is pressed into its final shape with the embossing die while the guide bush resting on the contact carrier, with deformation of the contact body blank.

Vorteilhaft ist es, wenn bei Verformungsbeginn das in dem Prägewerkzeug durch Führungsbüchse und Prägestempel begrenzte Verformungsvolumen um mindestens 20 %, vorzugsweise mehr als 40 %, größer ist als das Volumen des Kontaktkörperrohlings.It is advantageous if, at the start of the deformation, the volume of deformation delimited in the stamping tool by the guide bushing and the stamping die is at least 20%, preferably more than 40%, greater than the volume of the contact body blank.

Anhand der Abbildungen I und II werden schematisch zwei Ausführungsbeispiele besonders vorteilhafter Ausführungsformen einer Vorrichtung zur Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahrens dargestellt.Two exemplary embodiments of particularly advantageous embodiments of a device for carrying out the method according to the invention are shown schematically on the basis of FIGS.

Die Vorrichtung besteht aus einem Schwinger (1); auf dessen vorzugsweise geriffelter Oberfläche der Kontaktträger (5) aufliegt. Das Prägewerkzeug (2) besteht aus einer Führungsbüchse (3) und einem darin beweglichen Prägestempel (4). Der Kontaktkörperrohling (6) wird bei obenliegendem Prägestempel (4) in das Prägewerkzeug (2) eingebracht. Die Führungsbüchse (3) wird unmittelbar, ohne Ausbildung eines Spaltes, auf den Kontaktträger (5) aufgesetzt. Hierdurch wird verhindert, daß beim anschließenden Prägevorgang mit dem Prägestempel (4), unter gleichzeitiger Einwirkung von Schallenergie über den Schwinger (1), Kontaktmaterial aus dem Prägewerkzeug (2) austritt, was eine Nachbearbeitung des fertigen Kontaktstücks erforderlich machen würde. Bei Prägebeginn ist das durch Führungsbüchse (3) und Prägestempel (4) begrenzte Volumen (7) im Prägewerkzeug (2) vorteilhafterweise mehr als 20 % größer als das Volumen des Kontaktkörperrohlings (6), um einen für die Verbindungsfestigkeit'ausreichend hohen Verformungsgrad des Kontaktkörperrohlings (6) zu erzielen. Vorzugsweise ist dieses Volumgen (7) mehr als 40 % größer als das Volumen des Konaktkörperrohlings.The device consists of an oscillator (1); on the preferably corrugated surface of which the contact carrier (5) rests. The embossing tool (2) consists of a guide bush (3) and an embossing die (4) movable therein. The contact body blank (6) is introduced into the stamping tool (2) with the stamp (4) at the top. The guide sleeve (3) is placed directly on the contact carrier (5) without forming a gap. This prevents contact material from the embossing tool (2) from escaping during the subsequent embossing process with the embossing stamp (4), under the simultaneous action of sound energy via the oscillator (1), which would make reworking of the finished contact piece necessary. When embossing begins, the volume (7) in the embossing tool (2) delimited by the guide bush (3) and embossing die (4) is advantageously more than 20% larger than the volume of the contact body blank (6) by a degree of deformation of the contact body blank that is sufficiently high for the connection strength (6) to achieve. This volume (7) is preferably more than 40% larger than the volume of the contact body blank.

Besonders vorteilhaft ist es (Abbildung II), wenn der bewegliche Prägestempel (4) im Zusammenwirken mit der Führungsbüchse (3) gleichzeitig als Abtrennwerkzeug für den Kontaktkörperrohling (6) ausgebildet ist, so daß der Kontaktkörperrohling im Prägewerkzeug selbst unmittelbar vor dem Prägevorgang von einem Halbzeug (8), beispielsweise Draht, Band oder Profil, abgetrennt, vorzugsweise abgeschert wird. Die frisch erzeugten Oberflächen begünstigen die Verbindungsbildung zwischen Kontaktträger und Kontaktkörper bei anschließdem Prägevorgang.It is particularly advantageous (Figure II) if the movable embossing die (4) in cooperation with the guide bush (3) is simultaneously designed as a separating tool for the contact body blank (6), so that the contact body blank in the embossing tool itself immediately before the embossing process of a semifinished product (8), for example wire, tape or profile, is cut off, preferably sheared off. The freshly created surfaces favor the formation of a connection between the contact carrier and the contact body during the subsequent stamping process.

Die Gestaltung des Prägewerkzeugs (2) kann in Form und Masse unabhängig von schwingungstechnischen Gesichtspunkten erfolgen. Genau so kann der Schwinger (1) unabhängig von preßtechnischen Gesichtspunkten optimal nach Gesichtspunkten oder Schallerzeugung und Schallübertragung ausgebildet werden.The design of the embossing tool (2) can take place in terms of shape and mass irrespective of vibrational aspects. In exactly the same way, the vibrator (1) can be optimally designed according to aspects or sound generation and sound transmission, regardless of press technology aspects.

Besonders vorteilhaft ist es auch, die Führungsbüchse (3) am unteren, auf den Kontaktträger (5) aufgesetzten Rand (9) auf der Innenseite anzufasen, vorzugsweise mit einem Winkel zwischen 30 und 60°. Dadurch ergibt sich beim Preß-Schweißvorgang eine Verwirbelung des Kontaktmaterials am Kontaktkörperumfang, so daß eine optimale Bindung mit dem Trägerteil am Kontaktkörperrand erfolgt. Hierdurch wird eine seitliche Ablösung des Kontaktkörpers vom Kontaktträger bei einer Lichtbogenbelastung im Schalter verhindert, die zu einem frühzeitigen Ende der Lebensdauer führen würde.It is also particularly advantageous to chamfer the guide sleeve (3) on the inside at the lower edge (9) placed on the contact carrier (5), preferably at an angle between 30 and 60 °. This results in a swirling of the contact material on the circumference of the contact body during the pressure welding process, so that there is an optimal bond with the carrier part at the edge of the contact body. This prevents the contact body from detaching from the side of the contact carrier in the event of an arc load in the switch, which would lead to an early end to the service life.

Mit dem erfindungsgemäßen Verfahren und der erfindungsgemäßen Vorrichtung lassen sich vor allem schwer schweißbare Kontaktmaterialien, wie Silber-Kadmiumoxid, Silber-Zinnoxid, Silber-Graphit oder Silber-Nickel, verarbeiten. Man erhält hierbei eine ausgezeichnet mechanische Verbindungsfestigkeit zwischen dem Kontaktträger und dem Kontaktkörper, was sich auf die Lebensdauer entsprechend bestückter Schalter sehr positiv auswirkt.With the method and the device according to the invention, contact materials that are difficult to weld, such as silver-cadmium oxide, silver-tin oxide, silver-graphite or silver-nickel, can be processed. This gives an excellent mechanical connection strength between the contact carrier and the contact body, which has a very positive effect on the service life of appropriately equipped switches.

Das folgende Ausführungsbeispiel soll das erfindungsgemäße Verfahren näher erläutern:

  • In dem Prägewerkzeug gemäß Abbildung II frisch abgescherte Abschnitte aus einem Draht aus Ag/CdO 90/10 mit 2 mm Durchmesser werden in einer Schweißvorrichtung gemäß Abbildung II auf 0,5 mm dicke Kontaktträger aus Kupfer oder Ms 63 unter gleichzeitiger Einwirkung von Druck und Ultraschall (20 kHz) zu Kontaktkörpern der Abmessung 4 x 3,2 x 0,6 mm3 verformt. Die bei der Abscherprüfung erzielten Kräfte liegen zwischen 1500 und 2000 N.
The following exemplary embodiment is intended to explain the process according to the invention in more detail:
  • In the embossing tool according to Figure II, freshly sheared sections of a wire made of Ag / CdO 90/10 with a diameter of 2 mm are made in a welding device according to Figure II onto 0.5 mm thick contact carriers made of copper or Ms 63 deformed under the simultaneous action of pressure and ultrasound (20 kHz) to form contact bodies measuring 4 x 3.2 x 0.6 mm 3 . The forces achieved in the shear test are between 1500 and 2000 N.

Claims (9)

1. Verfahren zur Aufbringung von Kontaktkörpern auf Kontaktträger unter gleichzeitiger Einwirkung von Druck und Schall durch Aufpressen eines Kontaktkörperrohlings auf den Kontaktträger mit einem Prägewerkzeug, bestehend aus einer Führungsbüchse und einem beweglichen Prägestempel, dadurch gekennzeichnet, daß die Schallenergie auf den Kontaktträger aufgebracht und der Kontaktkörper bei auf dem Kontaktträger aufliegender Führungsbüchse mit dem Prägestempel unter Verformung des Kontaktkörperrohlings zu seiner Endgestalt aufgepreßt wird.1. A method for applying contact bodies to the contact carrier with simultaneous action of pressure and sound by pressing a contact body blank onto the contact carrier with an embossing tool, consisting of a guide bush and a movable die, characterized in that the sound energy is applied to the contact carrier and the contact body at is pressed on the contact carrier guide bush with the embossing die while deforming the contact body blank to its final shape. 2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das bei Verformungsbeginn in dem Prägewerkzeug zur Verfügung stehende Verformungsvolumen um mindestens 20 % größer ist als das Volumen des Kontaktkörperrohlings.2. The method according to claim 1, characterized in that the deformation volume available at the beginning of the deformation in the embossing tool is at least 20% greater than the volume of the contact body blank. 3. Verfahren nach Anspruch 1 und 2, dadurch gekennzeichnet, daß der Kontaktkörperrohling im Prägewerkzeug selbst unmittelbar vor dem Preßschritt von einem Halbzeug abgetrennt wird.3. The method according to claim 1 and 2, characterized in that the contact body blank in the embossing tool itself is separated from a semi-finished product immediately before the pressing step. 4. Verfahren nach Anspruch 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Verformung des Kontaktkörperrohlings durch Ausbildung des Prägewerkzeugs so geführt wird, daß am Umfang des Kontaktkörpers eine Materialverwirbelung im Kontaktkörper stattfindet.4. The method according to claim 1 to 3, characterized in that the deformation of the contact body blank is carried out by forming the embossing tool so that a swirling of material takes place in the contact body on the circumference of the contact body. 5. Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens nach Anspruch 1 bis 4, bestehend aus einem Schwinger (Sonotrode) und einem aus einer Führungbüchse und einem darin beweglichen Prägestempel zusammengesetzten Prägewerkzeug, dadurch gekennzeichnet, daß der Schwinger (1) auf dem Kontaktträger (5) aufliegt.5. Apparatus for carrying out the method according to claim 1 to 4, consisting of an oscillator (sonotrode) and an embossing tool composed of a guide sleeve and a stamping die movable therein, characterized in that the oscillator (1) rests on the contact carrier (5). 6. Vorrichtung nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß das im Prägewerkzeug (2) durch Führungsbüchse (3) und Prägestempel (4) bei Verformungsbeginn begrenzte Volumen (7) um mindestens 20 % größer ist als das Volumen des Kontaktkörperrohlings (6).6. The device according to claim 5, characterized in that in the embossing tool (2) by guide sleeve (3) and embossing stamp (4) at the beginning of the deformation limited volume (7) is at least 20% larger than the volume of the contact body blank (6). 7. Vorrichtung nach Anspruch 5 und 6, dadurch gekennzeichnet, daß der bewegliche Prägestempel (4) im Zusammenwirken mit der Führungsbüchse (3) gleichzeitig als Abtrennwerkzeug für die Kontaktkörperrohlinge (6) ausgebildet ist.7. Apparatus according to claim 5 and 6, characterized in that the movable die (4) in cooperation with the guide bush (3) is simultaneously designed as a separating tool for the contact body blanks (6). 8. Vorrichtung nach Anspruch 5 bis 7, dadurch gekennzeichnet, daß der untere Rand der Führungsbüchse (3) auf der Innenseite mit einem Winkel von 30 bis 60° angefast ist.8. The device according to claim 5 to 7, characterized in that the lower edge of the guide bush (3) is chamfered on the inside with an angle of 30 to 60 °. 9. Vorrichtung nach Anspruch 5 bis 8, dadurch gekennzeichnet, daß die dem Kontaktträger (5) zugewandte Oberfläche des Schwingers (1) geriffelt ist.9. The device according to claim 5 to 8, characterized in that the contact carrier (5) facing surface of the vibrator (1) is corrugated.
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