WO1993003511A1

WO1993003511A1 - Verfahren zum herstellen von elektrischen kontaktnieten

Info

Publication number: WO1993003511A1
Application number: PCT/EP1992/001739
Authority: WO
Inventors: Roland Michal; Horst Thiede
Original assignee: Doduco Gmbh + Co.
Priority date: 1991-08-08
Filing date: 1992-07-31
Publication date: 1993-02-18
Also published as: EP0597989A1; DE59204779D1; EP0597989B1; DE4126220A1; ES2085639T3

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

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 Riß¬ 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 Riß¬ 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

Patentansprüche:

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.