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EP 2 404 305 B1 |
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EUROPÄISCHE PATENTSCHRIFT |
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Hinweis auf die Patenterteilung: |
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05.10.2016 Patentblatt 2016/40 |
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Anmeldetag: 22.02.2010 |
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Internationale Patentklassifikation (IPC):
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(86) |
Internationale Anmeldenummer: |
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PCT/EP2010/001086 |
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Internationale Veröffentlichungsnummer: |
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WO 2010/099879 (10.09.2010 Gazette 2010/36) |
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VERFAHREN ZUR HERSTELLUNG VON BAUTEILEN FÜR ELEKTRISCHE KONTAKTE, SOWIE BAUTEILE SELBST
METHOD FOR PRODUCING COMPONENTS FOR ELECTRICAL CONTACT AND THE CORRESPONDING COMPONENTS
PROCEDE DE FABRICATION DES COMPOSANTS POUR DES CONTACTS ELECTRIQUE ET COMPOSANTS CORRESPONDANTS
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Benannte Vertragsstaaten: |
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AT BE BG CH CY CZ DE DK EE ES FI FR GB GR HR HU IE IS IT LI LT LU LV MC MK MT NL NO
PL PT RO SE SI SK SM TR |
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Priorität: |
06.03.2009 DE 102009012145
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(43) |
Veröffentlichungstag der Anmeldung: |
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11.01.2012 Patentblatt 2012/02 |
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Patentinhaber: ABB Schweiz AG |
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5400 Baden (CH) |
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Erfinder: |
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- GENTSCH, Dietmar
40882 Ratingen (DE)
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Vertreter: Schmidt, Karl Michael et al |
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ABB AG
GF-IP
Oberhausener Strasse 33 40472 Ratingen 40472 Ratingen (DE) |
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Entgegenhaltungen: :
DE-A1- 2 519 257 US-A- 3 941 957
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DE-U1- 9 312 171
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Anmerkung: Innerhalb von neun Monaten nach der Bekanntmachung des Hinweises auf die
Erteilung des europäischen Patents kann jedermann beim Europäischen Patentamt gegen
das erteilte europäischen Patent Einspruch einlegen. Der Einspruch ist schriftlich
einzureichen und zu begründen. Er gilt erst als eingelegt, wenn die Einspruchsgebühr
entrichtet worden ist. (Art. 99(1) Europäisches Patentübereinkommen). |
[0001] Die vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren zur Herstellung von Bauteilen, sowie
Verwendung desselben, gemäß Oberbegriff der Patentansprüche 1 und 6.
[0002] Für elektrische Bauteile wie Schalter, Kontakte von Schaltern und elektrische Verbinder
ist es gewünscht bestmögliche, d.h. möglichst niedrige ohmsche Übergangswiderstände
im Kontaktbereich zu haben. Hierzu ist es bekannt insbesondere Kontaktstellen zu versilbern
oder zu vergolden. Dies sind teure Edelmetalle. Der elektrisch leitende Körper selbst
hingegen ist im Übrigen aus einem elektrisch hoch leitfähigen Material wie Aluminium,
und nur die Kontaktstellen sind dabei mit teueren Edelmetallen wie Gold oder Silber
bedeckt.
Die Herstellung solcher zumeist aufgedampften Kontakte ist technisch aber auch aufwändig
und schwierig, insbesondere um hierbei eine gleichbleibende Qualität solcher partieller
Edelmetallbeschichtungen herzustellen. Ganz besonderen Anforderungen unterliegen solche
Bauteile bzw Kontaktbauteile in Mittel- und ggfs Hochspannungsschaltanlagen. Hierbei
sind großvolumige Bauteile notwendig die zumeist aus Aluminium bestehen. Deren partielle
im elektrischen Kontakt- oder Kontaktierungsbereich vorgenommene Versllberungen oder
Vergoldungen müssen solide ausgeführt sein, und insbesondere wegen der hohen Spannungswerte
niedrigste ohmsche Widerstände ermöglichen, aber zugleich ein hohe Stromtragfähigkeit
im Übergangsbereich der zumeist verschraubten Kontakstellen ermöglichen.
Aus der
DE 25 19 257 A1 ist ein Verfahren zur Herstellung von Bauteilen für elektrische Kontakte oder elektrische
Verbindungselemente, welche im Bereich der Kontaktflächen mit einer partiellen Edelmetallbeschichtung
versehen werden. Dabei erfolgt die dort beschriebene Abscheidung dieses Edelmetalls
aufwändig und nicht materialsparend.
[0003] Der Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren sowie ein Bauteil selbst
dahingehend weiterzuentwickeln, dass unter minimalem Materialeinsatz von Edelmetallen
eine einfachere Herstellung der partiellen Oberflächenbehandlung möglich ist, die
ebenso eine optimale Stromtragfähigkeit aufweist.
[0004] Die gestellte Aufgabe wird bei einem Verfahren der gattungsgemäßen Art erfindungsgemäß
durch die kennzeichnenden Merkmale des Patentanspruches 1 gelöst.
[0005] Weitere vorteilhafte Ausgestaltungen des Verfahrens sind in den abhängigen Ansprüchen
2 bis 5 angegeben.
[0006] In Anspruch 6 ist eine vorteilhafte Verwendung angegeben.
[0007] Kern der verfahrensgemäßen Erfindung ist hierbei, dass die Bauteile
insgesamt zunächst mit einer elektrischenlelektrisch isolierenden Passivierungsschicht versehen
werden oder mit einer chemischen Substanz versehen wird und dass anschließend die
Passivierung an den Kontaktstellen chemisch oder mechanisch entfernt wird, und das
gesamte Bauteil anschließend in ein elektrolytisches Bad gegeben wird, in welchem auf diese
Weise das Edelmetall nur auf den Partien des Bauteiles abscheidet, an welchem die
Passivierung entfernt wurde.
Auf diese Weise wird nur soviel Edelmetall aufgebracht, wie auch benötigt wird.
[0008] Durch die auf die Abscheidungsstelle konzentrierte Abscheidung wird außerdem durch
die mit der Elektrolyse einstellbaren Parameter der Vorgang im Höchstmaß reproduzierbar.
Durch die elektrisch passivierte Oberfläche des Bauteiles im Übrigen wird nirgendwo
sonst auf dem Bauteil in der Elektrolyse Edelmetall abgeschieden. Hierdurch wird das
Verfahren deutlich vereinfacht, aber zugleich eine hohe Reproduzierbarkeit möglich.
In weiteren vorteilhafter Ausgestaltung ist angegeben, dass das Bauteil aus Aluminium
besteht und die Passivierungschicht aus einer als Eloxierung bezeichneten elektrolytisch
erzeugten Aluminiumoxidschicht besteht. Im Falle einer chemischen Abscheidung kann
das sog. Sol-Gel - Verfahren Anwendung finden. Bei dieser Materialwahl ist die Herstellung
einer Passivierungsschicht auf einfache Weise möglich. Aluminium ist dabei ein unedles
Material, welches aber eine relativ hohe elektrische Leitfähigkeit besitzt. An elektrischen
Kontaktflächen hingegen können korrosive Prozesse mit anderen Materialen erfolgen.
Um dies an den Kontaktflächen zu vermeiden und einen möglichst geringen und zeitstabil
niedrigen elektrischen Übergangswiderstand zu gewährleisten sind diese Kontaktflächen,
und nur diese mit einem Edelmetall wie Gold oder Silber beschichtet.
[0009] In weiterer vorteilhafter Ausgestaltung ist angegeben, dass die aus Aluminium bestehenden
Bauteile direkt nach der Herstellung durch Warmpressen, Schmieden oder als Aluminiumgussteil
eloxiert werden. Hieran den Eloxierungsprozess oder den Sol-Gel- Prozess anzuschließen
ist fertigungstechnisch einfacher und billiger.
[0010] Vorteilhafterweise kann die Passivierungsschicht oder die chemisch aufgebrachte Schicht
in einer Schichtdicke bis 100 Mikrometer ausgeführt sein.
[0011] In besonders vorteilhafter Weise ist ausgestaltet, dass die Bauteile einer Nieder-Mittels-
oder Hochspannungsschaltanlage sind, bei welchen die Passivierungsschicht lediglich
von den Bereichen entfernt und dort die Edelmetallbeschichtung abgeschieden wird,
die die Kontaktflächen mit anderen Bauteilen bilden.
[0012] Im Hinblick auf ein Bauteil einer elektrischen Schaltanlage, auf denen sich Kontaktflächen
zur Herstellung von Kontakten mit anderen Bauteilen befinden, besteht der Kern der
Erfindung darin, dass ausschließlich die Oberflächenbereiche die als Kontaktflächen
dienen mit Edelmetall beschichtet sind, und die übrige Oberfläche mit einer elektrisch
isolierenden Passivierungsschicht versehen ist. Somit wird bei der Anwendung von Aluminium
als Bauteilmaterial eine hohe Stromtragfähigkeit des Bauteiles mit einem vergleichsweise
preiswerten Material ermöglicht, während nur die elektrisch stark beanspruchten Kontaktbereiche
mit einem Edelmetall beschichtet sind.
[0013] Vorzugsweise liegt die Schichtdicke der Passivierungsschicht zwischen 0,05 und 100
Mikrometer.
[0014] In weiterer vorteillhafter Ausgestaltung ist angegeben, dass das als Beschichtung
abgeschiedene Edelmatall Silber oder Gold ist. Da dieses erfindungsgemäß und reproduzierbar
nur auf den wirklich benötigten Bereichen abgeschieden wird, werden gegenüber anderen
Verfahren erhebliche Mengen von Edelmetall eingespart. Mit der spanenden Freilegung
der besagten mit Edelmetall zu belegenden Bereiche, oder einer chemischen Freiätzung
derselben können diese sodann wieder unpassivierten Bereiche sehr genau gefertigt
werden.
[0015] Außerdem wird der Vorgang des Aufbringens des Edelmetalls durch elektrolytische Abscheidung
sehr einfach, weil man das gesamte Bauteil in das Elektrolysebad einlegen kann. Automatisch
wird nur dort Edelmetall abgeschieden, wo die freigelegten Flächen der Passivierungschicht
vorliegen. So wird automatisch nur dort Edelmetall abgeschieden, obwohl das gesamte
Bauteil im Elektrolysebad liegt.
[0016] In weiterer vorteilhafter Ausgestaltung ist angegeben, dass die Passivierungsschicht
aus einem Oxid des Materials des Bauteils besteht, wobei vorzugsweise das Bauteil
aus Aluminium besteht und das Oxid, das heisst die Passivierungsschicht Aluminiumoxid
ist.
[0017] Die Erfindung ist an einem Ausgestaltungsbeispiel in der Zeichnung dargestellt und
nachfolgend näher beschrieben.
[0018] Es zeigt:
- Figur 1:
- Polteil einer Mittelspannungsschaltanlage
- Figur 2:
- Detail eines erfindungsgemäß beschichteten Bauteiles eines Polteils.
[0019] Figur 1 zeigt im Querschnitt ein sogenanntes Polteil einer Mittelspannungsschaltanlage.
Innerhalb desselben ist eine Vakuuschaltkammer 10 angeordnet. Die Abschlüsse derselben
sind über die Anschlussteile 12 und 13 nach außen geführt. In einem Ausgestaltungsbeispiel
der Erfindung sind diese Anschlussteile 12 und 13 mit der erfindungsgemäßen Bereichsversilberung
versehen.
[0020] Figur 2 zeigt im Detail das obere Anschlussstück 13. Da es hier auf den Erhalt einer
hohen Stromtragfähigkeit ankommt sind diese Teile aus gut leitendem Material, wie
bspw Aluminium. Um jedoch an der äußeren Anschlussfläche eine möglichst geringen Übergangswiderstand
zu erzielen, werden genau diese Bereiche, und nur diese Bereiche in der erfindungsgemäßen
mit Edelmetallen beschichtet.
Um zu vermeiden, dass unnötig viel Edelmetall verschwendet wird, indem bspw wie bekannt,
das ganze Bauteil 12 mit Edelmetall beschichtet wird, wird das Aluminiumbauteil zunächst
passiviert bspw eloxiert und anschließend wird nur die benötigte Anschlussfläche 20
mit Edelmetall beschichtet. Dies minimiert den Verbrauch von Edelmetall nur auf die
benötigten Areale. Zu diesem Zweck wird vor der Beschichtung nur im benötigten Bereich
der Anschlussfläche 20 wieder die Passiervierung entfernt, so dass sich bei der Edelmetallbeschichtung
dort, und nur dort Edelmetall abscheidet.
[0021] Außer bei dem hier dargestellten Bauteil ist die Erfindung anwendbar auf folgende
Bauteile einer Nieder- Mittel- oder Hochspannungsschaltanlage:
- Sämtliche Anschlussteile im Polgehäuse einer Schaltanlage, die im Volumen aus Aluminium
bestehen und nur eine Anschlussteilfläche haben, an der eine Kontaktierung mit anderen
stromführenden Teilen vorgenommen wird.
- Elektrische und mechanische Durchführungen an einem Polteil einer Schaltanlage.
- Sammelschienen einer Mittelspannungsschaltanlage.
1. Verfahren zur Herstellung von Bauteilen für elektrische Kontakte oder elektrische
Verbindungselemente, welche im Bereich der Kontaktflächen mit einer partiellen Edelmetallbeschichtung
versehen werden,
dadurch gekennzeichnet,
dass die Bauteile insgesamt zunächst mit einer elektrischen/elektrisch isolierenden Passivierungschicht versehen
werden bzw. chemisch nach dem Sol-Gel Verfahren oder mit einer Kunststoffbeschichtung
beschichtet werden, und dass anschließend diese Passivierung an den Kontaktstellen
chemisch oder mechanisch entfernt wird, und das gesamte Bauteil anschließend in ein elektrolytisches Bad gegeben wird, in welchem auf diese
Weise das Edelmetall nur auf den Partien des Bauteiles abscheidet, an welchem die
Passivierung entfernt wurde.
2. Verfahren nach Anspruch 1,
dadurch gekennzeichnet,
dass das Bauteil aus Aluminium besteht und die Passivierungschicht aus einer als Eloxierung
bezeichneten elektrolytisch erzeugten Aluminiumoxidschicht besteht.
3. Verfahren nach Anspruch 2,
dadurch gekennzeichnet,
dass die aus Aluminium bestehenden Bauteile direkt nach der Herstellung durch Warmpressen,
Schmieden oder als Aluminiumgussteil eloxiert werden.
4. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche,
dadurch gekennzeichnet,
dass die Passivierungsschicht in einer Schichtdicke bis 100 Mikrometer ausgeführt wird.
5. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche,
dadurch gekennzeichnet,
dass die Bauteile Bauteile einer Nieder- Mittel- oder Hochspannungsschaltanlage sind,
bei welchen die Passivierungsschicht lediglich von den Bereichen entfernt und dort
die Edelmetallbeschichtung abgeschieden wird, die die Kontaktflächen mit anderen Bauteilen
bilden.
6. Verwendung des Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 5, zur Herstellung eines Bauteil
einer elektrischen Schaltanlage, auf denen sich Kontaktflächen zur Herstelung von
Kontakten mit anderen Bauteilen befinden, wobei ausschließlich die Oberflächenbereiche
die als Kontaktflächen dienen mit Edelmetall beschichtet sind, und die übrige Oberfläche
mit einer elektrisch isolierenden Passivierungsschicht versehen ist.
1. Method for producing components for electrical contacts or electrical connecting elements,
which are provided with a partial noble-network coating in the area of the contact
surfaces,
characterized in that
the components are first of all provided overall with an electrical/electrically insulating passivation layer and/or are chemically
coated using the sol-gel process or with a plastic coating, and in that this passivation is then chemically or mechanically removed at the contact points,
and the entire component is then passed to an electrolytic bath, in which, in this way, the noble
metal is deposited only on those parts of the component from which the passivation
has been removed.
2. Method according to Claim 1,
characterized in that
the component is composed of aluminum, and the passivation layer is composed of an
aluminum-oxide layer which is produced electrolytically and is referred to as anodization.
3. Method according to Claim 2,
characterized in that
the components which are composed of aluminum are anodized directly after production
by heat pressing, forging or as an aluminum casting.
4. Method according to one of the preceding claims, characterized in that
the passivation layer is applied with a layer thickness of up to 100 micrometers.
5. Method according to one of the preceding claims, characterized in that
the components are components of a low-voltage, medium-voltage or high-voltage switchgear
assembly, in which components the passivation layer is removed only from those areas
which form the contact surfaces with other components and the noble-metal coating
is deposited there.
6. Use of the method according to one of Claims 1 to 5, for producing a component of
an electrical switchgear assembly, on which contact surfaces are located for making
contacts with other components, wherein only those surface areas which are used as
contact surfaces are coated with noble metal, and the rest of the surface is provided
with an electrically insulating passivation layer.
1. Procédé de fabrication de composants pour des contacts électriques ou des éléments
de connexion électriques, qui dans la zone des surfaces de contact sont pourvus d'un
revêtement partiel en un métal noble, caractérisé en ce que les composants sont globalement d'abord pourvus d'une couche de passivation électrique/isolante
électriquement, ou revêtus chimiquement par le procédé sol-gel ou avec un revêtement
d'un matériau plastique, et en ce que cette passivation est ensuite éliminée, au niveau des points de contact, par voie
chimique ou mécanique, et le composant, dans sa totalité, est ensuite placé dans un
bain électrolytique, dans lequel de cette manière le métal noble se dépose uniquement
sur les parties du composant sur lequel la passivation avait été éliminée.
2. Procédé selon la revendication 1, caractérisé en ce que le composant est constitué d'aluminium, et la couche de passivation est constituée
d'une couche d'oxyde d'aluminium produite par voie électrolytique, appelée anodisation.
3. Procédé selon la revendication 2, caractérisé en ce que les composants constitués d'aluminium sont anodisés directement après la fabrication
par estampage à chaud, forgeage, ou sous forme d'une pièce en fonte d'aluminium.
4. Procédé selon l'une des revendications précédentes, caractérisé en ce que la couche de passivation a été réalisée avec une épaisseur de couche allant jusqu'à
100 micromètres.
5. Procédé selon l'une des revendications précédentes, caractérisé en ce que les composants sont des composants d'une installation de commutation basse tension,
moyenne tension ou haute tension, dans lesquels la couche de passivation n'est éliminée
que des zones qui forment les surfaces de contact avec d'autres composants, et le
revêtement d'un métal noble est déposé sur ces zones.
6. Utilisation du procédé selon l'une des revendications 1 à 5 pour la fabrication d'un
composant d'une installation de commutation électrique, sur lequel se trouvent des
surfaces de contact pour fabriquer des contacts avec d'autres composants, exclusivement
les zones de surface qui servent en tant que surfaces de contact étant revêtues d'un
métal noble, et le reste de la surface étant pourvu d'une couche de passivation isolante
électriquement.
IN DER BESCHREIBUNG AUFGEFÜHRTE DOKUMENTE
Diese Liste der vom Anmelder aufgeführten Dokumente wurde ausschließlich zur Information
des Lesers aufgenommen und ist nicht Bestandteil des europäischen Patentdokumentes.
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In der Beschreibung aufgeführte Patentdokumente