VERFAHREN ZUR HERSTELLUNG VON BAUTEILEN FÜR ELEKTRISCHE KONTAKTE, SOWIE BAUTEILE SELBST

Beschreibung

[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.

Ansprüche

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.

Claims

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.

Revendications

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.

Zeichnung