EP0597989A1 - Verfahren zum herstellen von elektrischen kontaktnieten. - Google Patents
Verfahren zum herstellen von elektrischen kontaktnieten.Info
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- EP0597989A1 EP0597989A1 EP92917125A EP92917125A EP0597989A1 EP 0597989 A1 EP0597989 A1 EP 0597989A1 EP 92917125 A EP92917125 A EP 92917125A EP 92917125 A EP92917125 A EP 92917125A EP 0597989 A1 EP0597989 A1 EP 0597989A1
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- H01—ELECTRIC ELEMENTS
- H01H—ELECTRIC SWITCHES; RELAYS; SELECTORS; EMERGENCY PROTECTIVE DEVICES
- H01H11/00—Apparatus or processes specially adapted for the manufacture of electric switches
- H01H11/04—Apparatus or processes specially adapted for the manufacture of electric switches of switch contacts
Definitions
- the invention is based on a method with the features specified in the preamble of claim 1.
- contact rivets are required for riveting onto contact carriers, which switch in air and offer sufficient security against welding. It is an application in which the contact rivets are exposed to direct current. When switching under direct current load, a material migration takes place from one contact to the opposite contact. The contact rivets should show the lowest possible material migration during switching operations. Under these conditions, contact materials based on silver-tin oxide are often used.
- Silver-tin oxide offers sufficient security against welding of the contact rivets
- contact rivets usually takes place by starting with wire sections which are inserted into a molding tool and compressed therein with an enlarged cross-section.
- a wire section made of silver-tin oxide and a wire section made of copper are inserted one after the other into the tool and compressed therein, their mutual contact surfaces being enlarged and cold-welded to one another or also welded to one another by electric current (spot welding process ).
- silver-tin oxide is a relatively less ductile, brittle material compared to copper. Therefore, cracks can form in the silver-tin oxide in the edge region of the rivet head, both on the contacting side and in the connection zone between the silver-tin oxide and the copper, which reduce the service life of the contact rivet. This tendency to crack also limits the options for shaping the rivet. Since the brittle silver oxide increases with increasing tin oxide content, further limits the tendency to cracking. the tin oxide content.
- the object of the invention is to remedy this and to produce contact rivets with a reduced tendency to form cracks.
- Formation of the rivet head uses a section of the sheathed wire, the sheath of which is made of a more ductile metal material than the sheathed core of the sheathed wire.
- the brittle contact material is therefore encased both during the forming of the rivet head and in the finished contact rivet by a more ductile contact material than by a sleeve, which counteracts cracking in the brittle contact material, and any cracks in the brittle contact material that occur during the process Forming process smeared. Due to the reduced tendency to form cracks, the desired advantages are achieved: longer service life, reduced testing effort, fewer restrictions in shape • the contact rivet and the degree of deformation and finally the.
- the invention is particularly suitable for the production of contact rivets, the contacting material of which is a material based on silver-tin oxide, which material can contain additional components which are suitable for keeping the contact point temperature low, in particular tungsten oxide. Molybdenum oxide, tungsten carbide, molybdenum carbide, germanium oxide, copper oxide and / or bismuth oxide, individually or in combination. In this case, silver or a silver alloy, in particular silver with up to 20% by weight of nickel or made of silver with up to 30% by weight of copper are particularly suitable as the material for the jacket. However, the invention is also applicable to other contact material combinations of a brittle core material and a more ductile jacket material. If a base material is suitable as the contacting material, a base contact material, in particular copper, can also be used as the cladding material.
- materials made of silver with other oxidic or carbidic constituents such as cadmium oxide, zinc oxide, lead oxide, indium oxide, bismuth oxide, copper oxide, tungsten oxide, tungsten carbide, molybdenum oxide, molybdenum carbide or, are suitable as core materials
- An advantage of the invention is that it can also be used to use contact rivets which, as the contacting material, have silver with a high proportion of 30 to 80% by weight of nickel.
- Contact rivets with a contacting material based on silver with tin oxide can be produced with a higher tin oxide content than was previously the case, in particular with a tin oxide content of 13 to 18% by weight. There is a need for this in the field of the automotive industry, which has so far not been able to be satisfied.
- the invention is applicable to contact rivets in which the head and shaft are made of the same material. To produce such contact rivets, individual sheathed wire sections are compressed to form the rivet head.
- the invention is also applicable to bimetal oil contact rivets. In this case, a base wire section, generally made of copper, and a noble metal-containing sheath wire section are placed one after the other in a mold inserted and welded to one another with an enlarged cross-section and the rivet head formed in the process.
- a suitable method and a tool with which the method can be carried out are disclosed, for example, in EP-B-0 062 243.
- the invention is also applicable to the production of contact rivets with a base shaft, generally made of copper, and a noble etal-containing head at both ends of the shaft.
- a first noble metal-containing sheathed wire section, a base wire section and a second noble metal-containing wire section are arranged one behind the other in a tool and welded to one another by enlarging the cross-section, initially only on one
- a rivet head is formed, the diameter of which is larger than the shaft, whereas the second rivet head is only formed when the contact rivet is riveted into a contact carrier.
- a method suitable for producing such contact rivets and a device for use in the methods are disclosed in EP-B-0 062 248.
- a range of 1.2 to 2 is preferred for the ratio of the diameter of the sheathed wire to the diameter of the core, and the diameter ratio and the increase in diameter due to upsetting the wire sections are matched as preferential one another so that in the finished rivet head of the sheath still 'between 0.4 mm and 0.8 mm thick.
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Description
Verfahren zum Herstellen von elektrischen Kontaktnieten.
Beschreibung:
Die Erfindung geht aus von einem Verfahren mit den im Oberbegriff des Anspruchs 1 angegebenen Merkmalen.
Es werden in großem Umfang, z.B. in der Automobi ltech- nik, Kontaktniete zum Aufnieten auf Kontakträger benötigt, die in Luft schalten und ausreichende Sicher¬ heit gegen Verschweißen bieten. Es handelt sich dabei um einen Anwendungsfall , in welchem die Kontaktniete unter Gleichstrombelastung stehen. Beim Schal- ten unter Gleichstrombelastung findet eine Material¬ wanderung vom einen Kontakt zum gegenüberüberl iegen- den Kontakt statt. Die Kontaktniete sollen eine möglichst niedere Materialwanderung im Schaltbetrieb zeigen . Unter diesen Randbedingungen werden häufig Kontakt- Werkstoffe auf Silber-Zinnoxid-Basis eingesetzt.
Silber-Zinnoxid bietet eine ausreichende Sicherheit
gegen ein Verschweißen der Kontaktniete
Es ist bekannt, solche Kontaktniete als Bimetallkontakt¬ niete herzustellen, die das Silber-Zinnoxid nur auf der kontaktgebenden Seite, nämlich in einem vorderen Ab¬ schnitt des Nietkopfes aufweisen, wohingegen der Schaft und der rückseitige Abschnitt des Nietkopfs aus Kupfer bestehen, um das teuere Edelmetall Silber einzu¬ sparen.
Die Herstellung von Kontaktnieten geschieht üblicherweise so, daß man von Drahtabschnitten ausgeht, welche in ein Formwerkzeug eingeführt und darin unter Querschnitts¬ vergrößerung gestaucht werden. Im Falle von Bimetall- kontaktnieten werden ein Drahtabschnitt aus Silber- Zinnoxid und ein Drahtabschnitt aus Kupfer hinterein¬ ander in das Werkzeug eingeführt und darin gestaucht, wobei ihre geαenseitiσen Anstoßflachen verαrößert werden und miteinander kalt verschweißen oderauch durch elektrischen Strom miteinander verschweißt werden (Punkt¬ schweißverfahren ) .
Nachteilig dabei ist, daß Silber-Zinnoxid verglichen mit Kupfer ein verhältnismäßig wenig duktiler, spröder Werkstoff ist. Es kann deshalb im Randbereich des Niet¬ kopfes sowohl auf der kontaktgebenden Seite als auch in der Verbindungszone zwischen dem Silber-Zinnoxid und dem Kupfer zur Ausbildung von Rissen im Silber-Zinnoxid kommen, welche die Lebensdauer der Kontaktniete herabset- zen. Diese Neigung zur Rissbildung beschränkt darüberhinaus die Möglichkeiten zur Formgebung der Niete. Da die Sprödig-
keit des Silber-Zinnoxid mit zunehmendem Zinnoxid¬ gehalt steigt, beschränkt die Neigung zur Rißbildung darüberhinaus. den Zinnoxidgehalt.
Es ist Stand der Technik, die hergestellten Kontaktnie¬ te unter einer Lupe oder unter einem Mikroskop zu über¬ prüfen, um solche Kontaktniete auszuscheiden, die er¬ kennbare Risse zeigen. Diese Überprüfung ist aufwen¬ dig.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, dem abzuhel¬ fen und Kontaktniete mit verminderter Neigung zur Ri߬ bildung herzustellen.
Diese Aufgabe wird gelöst durch ein Verfahren mit den im Anspruch 1 angegebenen Merkmalen. Vorteilhafte Weiterbildungen sind Gegenstand der abhängigen An¬ sprüche.
Erfindungsgemäß ist vorgesehen, daß man wengistens zur
Bildung des Nietkopfes einen Abschnitt des Manteldrahtes verwendet, dessen Mantel aus einem duktileren Metall¬ werkstoff besteht als der vom Mantel umhüllte Kern des Manteldrahtes. Der sprödere Kontaktwerkstoff ist deshalb sowohl während des Formens des Nietkopfes als auch im fertigen Kontaktniet von einem duktileren Kontaktwerk¬ stoff wie von einer Manschette umhüllt, welche einer Ri߬ bildung im spröderen Kontaktwerkstoff entgegenwirkt, und ansatzweise auftretende Risse im spröderen Kontakt- Werkstoff noch während des Umformvorganges zuschmiert. Durch die verminderte Neigung zur Rißbildung tre¬ ten die angestrebten Vorteile ein: längere Lebens¬ dauer, verminderter Prüfaufwand, weniger Einschränkungen
in der Formgebung • der Kontaktniete und den Umformgrad und schließlich die. Möglichkeit, sprödere Werkstoffe, insbe¬ sondere Silberwerkstoffe mit höherem Oxidgehalt einzuset¬ zen. Erkauft werden diese Vorteile dadurch, daß die Kon- taktniete auf ihrer kontaktgebenden Seite am Rand einen Kontaktwerkstoff haben, der hinsichtlich der Sicherheit gegen ein Verschweißen der Kontaktniete und hinsichtlich der Materialwanderung im Schaltbetrieb weniger günstig ist als der sprödere Kontaktwerkstoff im Zentrum des Niet¬ kopfes. Erfahrungsgemäß findet jedoch die Kontaktgabe re¬ gelmäßig nicht am Rand des Nietkopfes, sondern im Zentrum statt, also dort, wo der Werkstoff mit den günstigen Schalteigenschaften ist, so daß die Vorteile des duktile- ren Kontaktwerkstoffes im Randbereich des Nietkopfes des¬ sen Nachteile weit überwiegen, zumal dann, wenn - wie bevorzugt - der Nietkopf so gefomt wird, daß seine kontakt¬ gebende Oberfläche ballig ist, wodurch eine Kontaktgabe am Rand des Nietkopfs zuverlässig verhindert werden kann.
Die Erfindung eignet sich besonderes zur Herstellung von Kontaktnieten, deren kontaktgebender Werkstoff ein Werk¬ stoff auf der Basis vin Silber-Zinnoxid ist, wobei die¬ ser Werkstoff Zusatzkomponenten enthalten kann, die geeig- net sind, die Kontaktstellentemperatur niedrig zu halten, insbesondere Wolframoxid, Molybdänoxid, Wolframkarbid, Molybdäntcarbid, Germaniumoxid, Kupferoxid und/oder Wis¬ mutoxid, einzeln oder in Kombination. Als Werkstoff für den Mantel eignet sich in diesem Fall insbesondere Sil¬ ber oder eine Silberlegierung, insbesondere auch Silber mit bis zu 20 Gew_-% Nickel oder aus Silber mit bis zu 30 Gew.-% Kupfer.
Die Erfindung ist aber auch anwendbar auf andere Kontakt¬ werkstoffkombinationen aus einem spröderen Kernwerkstoff und einem duktileren Mantelwerkstoff. Soweit als kontakt¬ gebender Werkstoff ein unedler Werkstoff infrage kommt, kann als Mantelwerkstoff ebenfalls ein unedler Kontakt¬ werkstoff eingesetzt werden, insbesondere Kupfer.
Als Kernwerkstoff kommen außer einem Werkstoff auf Silber- Zinnoxid-Basis vorallem Werkstoffe aus Silber mit ande- ren oxidischen oder karbidischen Bestandteilen infrage wie Cadmiumoxid, Zinkoxid, Bleioxid, Indiumoxid, Wismut¬ oxid, Kupferoxid, Wolframoxid, Wolframkarbid , Molybdän¬ oxid, Molybdänkarbid oder dgl. Ein Vorteil der Erfindung liegt darin, daß mi ihrer Hilfe auch Kontaktniete her- gesellt werden können, die als kontaktgebenden Werkstoff Silber mit einem hohen Anteil von 30 bis 80 Gew.-% Nickel aufweisen. Kontaktniete mit einem kontaktgebenden Werk¬ stoff auf der Basis von Silber mit Zinnoxid können mit höherem Zinnoxidgehalt hergestellt werden als das bisher der Fall war, insbesondere mit einem Zinnoxidgehalt von 13 bis 18 Gew.-%. Hierfür besteht ein Bedarf im Bereich der Automobi 1 industrie, der bislang nicht befriedricht werden konnte.
Die Erfindung ist anwendbar auf Kontaktniete, bei denen Kopf und Schaft aus demselben Werkstoff bestehen. Zur Herstellung solcher Kontaktniete werden einzelne Mantel¬ drahtabschnitte zur Formung des Nietkopfes gestaucht. Ferner ist die Erfindung anwendbar auf Bimetal lkontakt- niete. In diesem Fall werden ein unedler Drahtabschnitt, im allgemeinen aus Kupfer, und ein edelmetal lhaltiger Man¬ teldrahtabschnitt hintereinander in ein Formwerkzeug
eingefügt und darin unter Querschnittsvergrößerung mit¬ einander verschweißt und dabei der Nietkopf geformt. Ein dafür geeignetes Verfahren und ein Werkzeug, mit welchem das Verfahren durchführbar sind, sind z.B. in der EP-B- 0 062 243 offenbart.
Schließlich ist die Erfindung auch anwendbar auf die Herstellung von Kontaktnieten mit einem unedlen Schaft, im allgemeinen aus Kupfer, und einem edel etal lhaltigen Kopf an beiden Enden des Schaftes. In diesem Fall werden ein erster edelmetallhaltiger Manteldrahtabschnitt, ein unedler Drahtabschnitt und ein zweiter edelmetallhalti¬ ger Drahtabschnitt hintereinander in einem Werkzeug an¬ geordnet und unter Querschnittsvergrößerung durch Stauchen miteinander verschweißt, wobei zunächst nur an einem
Ende ein Nietkopf gebildet wird, dessen Durchmesser größer ist als der Schaft, wohingegen der zweite Nietkopf erst beim Einnieten des Kontaktniets in einen Kontaktträger gebildet wird. Ein für die Herstellung solcher Kontakt- niete geeignetes Verfahren und eine Vorrichtung zur Verwendung in den Verfahren sind in der EP-B-0 062 248 offenbart.
Um die Neigung zur Rißbildung im spröden Kontaktwerk- stoff möglichst weitgehend zu vermindern, wird für das Verhältnis vom Durch essser des Manteldrahtes zum Durch¬ messer des Kerns ein Bereich von 1,2 bis 2 bevorzugt und das Durchmesserverhältnis und die Durchmesservergröße¬ rung durch das Stauchen der Drahtabschnitte werden vorzugs- weise so aufeinander abgestimmt, daß im fertigen Nietkopf der Mantel noch' zwischen 0,4 mm und 0,8 mm dick ist.
Claims
1. Verfahren zum Herstellen von elektrischen Kontakt¬ nieten mit einem Schaft und einem oder zwei Köpfen durch Stauchen von Drahtabschnitten in einem Formwerk¬ zeug, dadurch gekennzeichnet, daß man wenigstens zur Bildung eines der Köpfe einen Abschnitt eines Manteldrahtes verwendet, dessen Mantel aus einem duktileren Metall¬ werkstoff besteht als der vom Mantel umhüllte Kern des Manteldrahtes .
2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Kern des Manteldrahts aus einem Werkstoff auf der Basis von Silber mit einem oder mehreren Metall¬ oxiden, Metallkarbiden und/oder Metalloiden besteht.
3. Verfahren nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß der Kern des Manteldrahts aus einem Werkstoff auf der Basis von Silber-Zinnoxid besteht.
4. Verfahren nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet daß der Kern des Manteldrahts wenigstens 12 Gew.-% Sn02 enthält.
5. Verfahren nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß der Kern des Manteldrahts 13 bis 18 Gew.-% SnO, enthält .
6. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet. daß der Kern des Manteldrahts aus einer Legierung von Silber mit 30 bis 80 Gew.-* Nickel besteht.
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7. Verfahren nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß der Mantel aus Silber oder aus einer Silberlegierung oder aus einem pulver¬ metallurgisch hergestellten Silberwerkstoff besteht.
8. Verfahren nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß der Mantel aus Silber mit bis zu 30 Gew.-% Kupfer besteht.
9. Verfahren nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß der Mantel aus Silber mit bis zu 20 Gew.-% Nickel besteht.
10. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Kopf ballig geformt wird.
11. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Verhältnis vom Durchmesser des Mantel¬ drahtes zum Durchmesser des Kerns zwischen 1,2 und 2 liegt.
12. Verfahren nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, daß das Verhältnis vom Durchmesser des Manteldrahtes zum Durchmesser des Kerns zwischen 1,25 und 1,6 liegt.
13. Verfahren nach Anspruch 11,dadurch gekennzeichnet, daß das Durchmesserverhältnis und die Durchmesser¬ vergrößerung durch das Stauchen so aufeinander abgestimmt werden, daß im fertigen Kopf der Mantel zwischen 0,4 mm und 0,8 mm dick ist.
14. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß zur Herstellung des Schafts ein Drahtabschnitt aus Kupfer verwendet wird.
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