EP0597989B1 - Verfahren zum herstellen von elektrischen kontaktnieten - Google Patents

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EP0597989B1
EP0597989B1 EP92917125A EP92917125A EP0597989B1 EP 0597989 B1 EP0597989 B1 EP 0597989B1 EP 92917125 A EP92917125 A EP 92917125A EP 92917125 A EP92917125 A EP 92917125A EP 0597989 B1 EP0597989 B1 EP 0597989B1
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silver
core
contact
sheathed wire
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    • H—ELECTRICITY
    • 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. Such a method is known from EP-A-0 062 243.
  • a method for producing contact pieces from strip material in which the contacting material lies between two layers of a further material with which they are inserted into a recess of a contact carrier. In this process, the contact pieces are finally formed by a two-stage pressing process.
  • Contact rivets are required on a large scale, for example in automotive engineering, 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, 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, whereby their mutual abutment surfaces are 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. Because the brittleness of silver-tin oxide increases with increasing tin oxide content, the tendency to crack further limits 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.
  • the sheath wire is used to form the rivet head, the sheath of which consists of a more ductile metal material than the core of the sheath wire covered by the sheath.
  • the brittle contact material is therefore covered 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 some cracks in the brittle contact material are still smeared during the forming process.
  • the desired advantages occur: longer service life, less testing, fewer restrictions in the shape of the contact rivets and the degree of deformation and finally the possibility of using brittle materials, in particular silver materials with a higher oxide content.
  • These advantages are paid for by the fact that the contact rivets on the contacting side have a contact material which is less favorable than the brittle contact material in the center of the rivet head in terms of security against welding of the contact rivets and in terms of material migration during switching operation.
  • contact is not regularly made at the edge of the rivet head, but in the center, i.e.
  • the material with the favorable switching properties is, so that the advantages of the more ductile contact material in the edge area of the rivet head far outweigh its disadvantages, especially if - as preferred - the rivet head is molded so that its contacting surface is spherical, whereby contact at the edge of the rivet head can be reliably prevented.
  • 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.
  • 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.
  • the invention is also applicable to other contact material combinations of a brittle core material and a more ductile jacket material.
  • a base material is suitable as the contacting material, a base contact material, in particular copper, can also be used as the jacket material.
  • the core material in addition to a material based on silver-tin oxide, materials made of silver with other oxidic or carbide components, such as cadmium oxide, zinc oxide, lead oxide, indium oxide, bismuth oxide, copper oxide, tungsten oxide, tungsten carbide, molybdenum oxide, molybdenum carbide or the like, are particularly suitable.
  • the invention resides in the fact that contact rivets can be made with them, which have silver as the contacting material 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 area of the automotive industry that has so far not been 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 contact rivets. In this case, a base wire section, generally made of copper, and a sheath wire section containing noble metal are successively placed in a mold inserted and welded together with an enlarged cross-section, thereby forming the rivet head.
  • 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 head containing noble metal 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 after the other in a tool and welded to one another with an increase in cross-section by upsetting, with a rivet head initially being formed at one end only, the diameter of which is larger than the shank, whereas the second rivet head is formed only when the contact rivet is riveted into a contact carrier.
  • a method suitable for producing such contact rivets and an apparatus 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 the compression of the wire sections are preferably coordinated with one another in this way that in the finished rivet head the jacket is still between 0.4 mm and 0.8 mm thick.

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Abstract

Elektrische Kontaktniete mit einem Schaft und einem oder zwei Köpfen werden durch Stauchen von Drahtabschnitten in einem Formwerkzeug hergestellt, wobei man wenigstens zur Bildung eines der Köpfe einen Abschnitt eines Manteldrahtes verwendet, dessen Mantel aus einem duktileren Metallwerkstoff besteht als der vom Mantel umhüllte Kern des Manteldrahtes.

Description

  • Die Erfindung geht aus von einem Verfahren mit den im Oberbegriff des Anspruchs 1 angegebenen Merkmalen. Ein solches Verfahren ist aus der EP-A-0 062 243 bekannt.
  • Aus der FR-A-2 496 329 ist ein Verfahren zum Herstellen von Kontaktstücken aus Bandmaterial bekannt, bei dem das kontaktgebende Material zwischen zwei Schichten eines weiteren Materials liegt, mit welchen sie in eine Ausnehmung eines Kontaktträgers eingefügt werden. Bei diesem Verfahren werden die Kontaktstücke abschließend durch einen zweistufigen Preßvorgang geformt.
  • Es werden in großem Umfang, z.B. in der Automobiltechnik, Kontaktniete zum Aufnieten auf Kontaktträger benötigt, die in Luft schalten und ausreichende Sicherheit gegen Verschweißen bieten. Es handelt sich dabei um einen Anwendungsfall, in welchem die Kontaktniete unter Gleichstrombelastung stehen. Beim Schalten unter Gleichstrombelastung findet eine Materialwanderung vom einen Kontakt zum gegenüberliegenden Kontakt statt. Die Kontaktniete sollen eine möglichst niedere Materialwanderung im Schaltbetrieb zeigen. Unter diesen Randbedingungen werden häufig Kontaktwerkstoffe auf Silber-Zinnoxid-Basis eingesetzt. Silber-Zinnoxid bietet eine ausreichende Sicherheit gegen ein Verschweißen der Kontaktniete.
  • Es ist bekannt, solche Kontaktniete als Bimetallkontaktniete herzustellen, die das Silber-Zinnoxid nur auf der kontaktgebenden Seite, nämlich in einem vorderen Abschnitt des Nietkopfes aufweisen, wohingegen der Schaft und der rückseitige Abschnitt des Nietkopfs aus Kupfer bestehen, um das teuere Edelmetall Silber einzusparen.
  • Die Herstellung von Kontaktnietengeschieht üblicherweise so, daß man von Drahtabschnitten ausgeht, welche in ein Formwerkzeug eingeführt und darin unter Querschnitts-Vergrößerung gestaucht werden. Im Falle von Bimetallkontaktnieten werden ein Drahtabschnitt aus Silber-Zinnoxid und ein Drahtabschnitt aus Kupfer hintereinander in das Werkzeug eingeführt und darin gestaucht, wobei ihre gegenseitigen Anstoßflächen vergrößert werden und miteinander kalt verschweißen oder auch durch elektrischen Strom miteinander verschweißt werden (Punktschweißverfahren).
  • Nachteilig dabei ist, daß Silber-Zinnoxid verglichen mit Kupfer ein verhältnismäßig wenig duktiler, spröder Werkstoff ist. Es kann deshalb im Randbereich des Nietkopfes 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 herabsetzen. Diese Neigung zur Rissbildung beschränkt darüberhinaus die Möglichkeiten zur Formgebung der Niete. Da die Sprödigkeit des Silber-Zinnoxid mit zunehmendem Zinnoxidgehalt steigt, beschränkt die Neigung zur Rißbildung darüberhinaus den Zinnoxidgehalt.
  • Es ist Stand der Technik, die hergestellten Kontaktniete unter einer Lupe oder unter einem Mikroskop zu überprüfen, um solche Kontaktniete auszuscheiden, die erkennbare Risse zeigen. Diese Überprüfung ist aufwendig.
  • Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, dem abzuhelfen und Kontaktniete mit verminderter Neigung zur Rißbildung herzustellen.
  • Diese Aufgabe wird gelöst durch ein Verfahren mit den im Anspruch 1 angegebenen Merkmalen. Vorteilhafte Weiterbildungen sind Gegenstand der abhängigen Ansprüche.
  • Erfindungsgemäß ist vorgesehen, daß man wenistens zur Bildung des Nietkopfes einen Abschnitt des Manteldrahtes verwendet, dessen Mantel aus einem duktileren Metallwerkstoff 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 Kontaktwerkstoff wie von einer Manschette umhüllt, welche einer Rißbildung im spröderen Kontaktwerkstoff entgegenwirkt. und ansatzweise auftretende Risse im spröderen Kontaktwerkstoff noch während des Umformvorganges zuschmiert. Durch die verminderte Neigung zur Rißbildung treten die angestrebten Vorteile ein: längere Lebensdauer, verminderter Prüfaufwand, weniger Einschränkungen in der Formgebung der Kontaktniete und den Umformgrad und schließlich die Möglichkeit, sprödere Werkstoffe, insbesondere Silberwerkstoffe mit höherem Oxidgehalt einzusetzen. Erkauft werden diese Vorteile dadurch, daß die Kontaktniete 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 Nietkopfes. Erfahrungsgemäß findet jedoch die Kontaktgabe regelmäßig nicht am Rand des Nietkopfes, sondern im Zentrum statt, also dort, wo der Werkstoff mit den günstigen Schalteigenschaften ist, so daß die Vorteile des duktileren Kontaktwerkstoffes im Randbereich des Nietkopfes dessen Nachteile weit überwiegen, zumal dann, wenn - wie bevorzugt - der Nietkopf so gefomt wird, daß seine kontaktgebende 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 Werkstoff auf der Basis vin Silber-Zinnoxid ist, wobei dieser Werkstoff Zusatzkomponenten enthalten kann, die geeignet sind, die Kontaktstellentemperatur niedrig zu halten, insbesondere Wolframoxid, Molybdänoxid, Wolframkarbid, Molybdänkarbid, Germaniumoxid, Kupferoxid und/oder Wismutoxid, einzeln oder in Kombination. Als Werkstoff für den Mantel eignet sich in diesem Fall insbesondere Silber 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 Kontaktwerkstoffkombinationen aus einem spröderen Kernwerkstoff und einem duktileren Mantelwerkstoff. Soweit als kontaktgebender Werkstoff ein unedler Werkstoff infrage kommt, kann als Mantelwerkstoff ebenfalls ein unedler Kontaktwerkstoff eingesetzt werden, insbesondere Kupfer.
  • Als Kernwerkstoff kommen außer einem Werkstoff auf Silber-Zinnoxid-Basis vor allem Werkstoffe aus Silber mit anderen oxidischen oder karbidischen Bestandteilen infrage wie Cadmiumoxid, Zinkoxid, Bleioxid, Indiumoxid, Wismutoxid, Kupferoxid, Wolframoxid, Wolframkarbid, Molybdänoxid, Molybdänkarbid oder dgl. Ein Vorteil der Erfindung liegt darin, daß mit ihrer Hilfe auch Kontaktniete hergesellt werden können, die als kontaktgebenden Werkstoff Silber mit einem hohen Anteil von 30 bis 80 Gew.-% Nickel aufweisen. Kontaktniete mit einem kontaktgebenden Werkstoff 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 Automobilindustrie, 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 Manteldrahtabschnitte zur Formung des Nietkopfes gestaucht. Ferner ist die Erfindung anwendbar auf Bimetallkontaktniete. In diesem Fall werden ein unedler Drahtabschnitt, im allgemeinen aus Kupfer, und ein edelmetallhaltiger Manteldrahtabschnitt hintereinander in ein Formwerkzeug eingefügt und darin unter Querschnittsvergrößerung miteinander 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 edelmetallhaltigen Kopf an beiden Enden des Schaftes. In diesem Fall werden ein erster edelmetallhaltiger Manteldrahtabschnitt, ein unedler Drahtabschnitt und ein zweiter edelmetallhaltiger Drahtabschnitt hintereinander in einem Werkzeug angeordnet 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 Kontaktniete 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 Kontaktwerkstoff möglichst weitgehend zu vermindern, wird für das Verhältnis vom Durchmessser des Manteldrahtes zum Durchmesser des Kerns ein Bereich von 1,2 bis 2 bevorzugt und das Durchmesserverhältnis und die Durchmesservergrößerung durch das Stauchen der Drahtabschnitte werden vorzugsweise so aufeinander abgestimmt, daß im fertigen Nietkopf der Mantel noch zwischen 0,4 mm und 0,8 mm dick ist.

Claims (14)

  1. Verfahren zum Herstellen von elektrischen Kontaktnieten mit einem Schaft und einem oder zwei Köpfen durch Stauchen von Drahtabschnitten, welche dazu hintereinander in ein Formwerkzeug eingelegt werden, dadurch gekennzeichnet, dass man zur Bildung wenigstens eines der Köpfe einen Abschnitt eines Manteldrahtes verwendet, dessen Mantel aus einem duktileren Metallwerkstoff besteht als der vom Mantel umhüllte, den Kontaktwerkstoff bildende 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 Metalloxiden, 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.-% SnO₂ enthält.
  5. Verfahren nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass der Kern des Manteldrahts 13 bis 18 Gew.-% SnO₂ 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.
  7. Verfahren nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß der Mantel aus Silber oder aus einer Silberlegierung oder aus einem pulvermetallurgisch 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 Manteldrahtes 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 Durchmesservergrößerung 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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