Verfahren und Vorrichtung zur Aufbringung von Kontaktkörpern auf Kontaktträger

Abstract

 Zum Aufschweißen schlecht schweißbarer Kontaktwerkstoffe auf Kontaktträger werden Ultraschallschweißverfahren verwendet, bei denen der Verbindungsvorgang unter gleichzeitiger Einwirkung von Schall und Druck in einem Prägewerkzeug erfolgt. Die bisher bekannten Verfahren und Vorrichtungen weisen mannigfache Nachteile auf. Eine gute Verbindung unter weitgehender Freiheit bei der Ausbildung der Prägewerkzeugform erhält man, wenn die Schallenergie auf den Kontaktträger (5) aufgebracht und der Kontaktkörper (6) bei auf dem Kontaktträger (5) aufliegender Führungsbüchse (3) mit dem Prägestempel (4) unter Verformung des Kontaktkörperrohlings (6) zu seiner Endgestalt aufgepreßt wird.

Beschreibung

[0001] Die Erfindung betrifft ein Verfahren und eine Vorrichtung zur Aufbringung von Kontaktkörpern auf Kontaktträger unter gleichzeitiger Einwirkung von Druck und Schall durch Aufpressen eines Kontaktkörperrohlings auf den Kontaktträger mit einem Prägewerkzeug, bestehend aus einer Führungsbüchse und einem beweglichen Prägestempel.

[0002] Kontaktstücke für die Elektrotechnik bestehen normalerweise aus einem Kontaktkörper aus einem Material mit hoher Sicherheit gegen Verschweißen beim Schaltvorgang, wie zum Beispiel Silber mit Kadmiumoxid, Zinnoxid, Graphit oder Nickel, der auf einem Kontaktträger aufgebracht ist. Solche Kontaktwerkstoffe mit hoher Schweißbeständigkeit lassen sich mit dem Träger nur schwer mit den herkömmlichen Verbindungsverfahren, wie Löten oder Schweißen, verbinden.

[0003] Bisher versuchte man das Verbindungsproblem bei solchen Kontaktwerkstoffen vor allem dadurch zu lösen, daß man den Kontaktkörper mit einer gut löt- oder schweißbaren Zwischenschicht versah und dann mit dem Kontaktträger verlötete oder verschweißte. Die Herstellung solcher vorbehandelter Kontaktkörper erfordert jedoch einen erheblichen Fertigungsaufwand, außerdem werden die elektrischen und mechanischen Eigenschaften des Kontaktstücks verändert.

[0004] Aus der DE-PS 1 564 572 ist ein Verfahren bekannt, schlecht schweißbare Kontaktwerkstoffe durch Ultraschall-Schweißen direkt mit dem Kontaktträger zu verbinden. Hierbei wird ein Kontaktkörperrohling dem zugleich als Prägestempel für den Kontaktkörper ausgebildeten Schwinger eines Ultraschallgeräts zugeführt und durch gleichzeitige Einwirkungen von Schwingungen und Druck zu seiner Endform verformt und zugleich mit dem Kontaktträger verschweißt. Das Ultraschall-Schweißverfahren bietet zwar Vorteile, bringt jedoch in den meisten Fällen keine ausreichende Verbindung zwischen Kontaktkörper und Kontaktträger. Derart aufgeschwißte Kontaktauflagen erfüllen in vielen Fällen bei Beanspruchung im Schaltgerät nicht die gestellten Anforderungen an die Lebensdauer solcher Kontaktstücke.

[0005] Da nach dem Verfahren gemäß DE-PS 1 564 572 der Schwinger (Sonotrode) gleichzeitig Prägewerkzeug ist, besteht in der Gestaltung dieses Werkzeugs nur geringe Flexibilität, da zur Einhaltung der Resonanzbedingungen keine großen Massen und zusätzliche bewegliche Teile zulässig sind. Außerdem wird bei der Verformung während des Schweißvorgangs Kontaktmaterial durch den verfahrensbedingt vorhandenen Spalt zwischen Prägewerkzeug und Kontaktträger herausgedrückt, so daß eine Nachbearbeitung des fertigen Kontaktstücks erforderlich wird.

[0006] Zur Verbesserung der Verbindung zwischen Kontaktkörper und Kontaktträger wird daher in der DE-OS 2 642 338 eine Hilfsschicht in Folien- oder Pulverform aus einem kaltschweißbaren metallischen Werkstoff zwischen Kontaktkörper und Kontaktträger vorgeschlagen. Dadurch entfällt jedoch der gewünschte homogene Übergang zwischen Kontaktkörper und Kontaktträger.

[0007] In der Technik sind ganz allgemein Prägewerkzeuge bekannt, die aus einer Führungsbüchse mit darin beweglich angeordneten Prägestempel bestehen.

[0008] Es war daher Aufgabe der vorliegenden Erfindung, ein Verfahren und eine Vorrichtung zur Aufbringung von Kontaktkörpern auf Kontaktträger unter gleichzeitiger Einwirkung von Druck und Schall durch Aufpressen eines Kontaktkörperrohlings auf einen Kontaktträger mit einem Prägewerkzeug zu finden, bestehend aus einer Führungsbüchse und einem beweglichen Preßstempel, die eine gute Verbindung zwischen Kontaktkörper und Kontaktträger ohne Anbringung von Zwischenschichten und ohne Nachbearbeitung gewährleisten, unter weitgehender Freiheit bei der Ausbildung der Prägewerkzeugform.

[0009] Diese Aufgabe wurde erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß die Schallenergie auf den Kontaktträger aufgebracht und der Kontaktkörper bei auf dem Kontaktträger aufliegender Führungsbüchse mit dem Prägestempel unter Verformung des Kontaktkörperrohlings zu seiner Endgestalt aufgepresst wird.

[0010] Vorteilhaft ist es, wenn bei Verformungsbeginn das in dem Prägewerkzeug durch Führungsbüchse und Prägestempel begrenzte Verformungsvolumen um mindestens 20 %, vorzugsweise mehr als 40 %, größer ist als das Volumen des Kontaktkörperrohlings.

[0011] Anhand der Abbildungen I und II werden schematisch zwei Ausführungsbeispiele besonders vorteilhafter Ausführungsformen einer Vorrichtung zur Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahrens dargestellt.

[0012] Die Vorrichtung besteht aus einem Schwinger (1); auf dessen vorzugsweise geriffelter Oberfläche der Kontaktträger (5) aufliegt. Das Prägewerkzeug (2) besteht aus einer Führungsbüchse (3) und einem darin beweglichen Prägestempel (4). Der Kontaktkörperrohling (6) wird bei obenliegendem Prägestempel (4) in das Prägewerkzeug (2) eingebracht. Die Führungsbüchse (3) wird unmittelbar, ohne Ausbildung eines Spaltes, auf den Kontaktträger (5) aufgesetzt. Hierdurch wird verhindert, daß beim anschließenden Prägevorgang mit dem Prägestempel (4), unter gleichzeitiger Einwirkung von Schallenergie über den Schwinger (1), Kontaktmaterial aus dem Prägewerkzeug (2) austritt, was eine Nachbearbeitung des fertigen Kontaktstücks erforderlich machen würde. Bei Prägebeginn ist das durch Führungsbüchse (3) und Prägestempel (4) begrenzte Volumen (7) im Prägewerkzeug (2) vorteilhafterweise mehr als 20 % größer als das Volumen des Kontaktkörperrohlings (6), um einen für die Verbindungsfestigkeit'ausreichend hohen Verformungsgrad des Kontaktkörperrohlings (6) zu erzielen. Vorzugsweise ist dieses Volumgen (7) mehr als 40 % größer als das Volumen des Konaktkörperrohlings.

[0013] Besonders vorteilhaft ist es (Abbildung II), wenn der bewegliche Prägestempel (4) im Zusammenwirken mit der Führungsbüchse (3) gleichzeitig als Abtrennwerkzeug für den Kontaktkörperrohling (6) ausgebildet ist, so daß der Kontaktkörperrohling im Prägewerkzeug selbst unmittelbar vor dem Prägevorgang von einem Halbzeug (8), beispielsweise Draht, Band oder Profil, abgetrennt, vorzugsweise abgeschert wird. Die frisch erzeugten Oberflächen begünstigen die Verbindungsbildung zwischen Kontaktträger und Kontaktkörper bei anschließdem Prägevorgang.

[0014] Die Gestaltung des Prägewerkzeugs (2) kann in Form und Masse unabhängig von schwingungstechnischen Gesichtspunkten erfolgen. Genau so kann der Schwinger (1) unabhängig von preßtechnischen Gesichtspunkten optimal nach Gesichtspunkten oder Schallerzeugung und Schallübertragung ausgebildet werden.

[0015] Besonders vorteilhaft ist es auch, die Führungsbüchse (3) am unteren, auf den Kontaktträger (5) aufgesetzten Rand (9) auf der Innenseite anzufasen, vorzugsweise mit einem Winkel zwischen 30 und 60°. Dadurch ergibt sich beim Preß-Schweißvorgang eine Verwirbelung des Kontaktmaterials am Kontaktkörperumfang, so daß eine optimale Bindung mit dem Trägerteil am Kontaktkörperrand erfolgt. Hierdurch wird eine seitliche Ablösung des Kontaktkörpers vom Kontaktträger bei einer Lichtbogenbelastung im Schalter verhindert, die zu einem frühzeitigen Ende der Lebensdauer führen würde.

[0016] Mit dem erfindungsgemäßen Verfahren und der erfindungsgemäßen Vorrichtung lassen sich vor allem schwer schweißbare Kontaktmaterialien, wie Silber-Kadmiumoxid, Silber-Zinnoxid, Silber-Graphit oder Silber-Nickel, verarbeiten. Man erhält hierbei eine ausgezeichnet mechanische Verbindungsfestigkeit zwischen dem Kontaktträger und dem Kontaktkörper, was sich auf die Lebensdauer entsprechend bestückter Schalter sehr positiv auswirkt.

[0017] Das folgende Ausführungsbeispiel soll das erfindungsgemäße Verfahren näher erläutern:

In dem Prägewerkzeug gemäß Abbildung II frisch abgescherte Abschnitte aus einem Draht aus Ag/CdO 90/10 mit 2 mm Durchmesser werden in einer Schweißvorrichtung gemäß Abbildung II auf 0,5 mm dicke Kontaktträger aus Kupfer oder Ms 63 unter gleichzeitiger Einwirkung von Druck und Ultraschall (20 kHz) zu Kontaktkörpern der Abmessung 4 x 3,2 x 0,6 mm³ verformt. Die bei der Abscherprüfung erzielten Kräfte liegen zwischen 1500 und 2000 N.

Ansprüche

1. Verfahren zur Aufbringung von Kontaktkörpern auf Kontaktträger unter gleichzeitiger Einwirkung von Druck und Schall durch Aufpressen eines Kontaktkörperrohlings auf den Kontaktträger mit einem Prägewerkzeug, bestehend aus einer Führungsbüchse und einem beweglichen Prägestempel, dadurch gekennzeichnet, daß die Schallenergie auf den Kontaktträger aufgebracht und der Kontaktkörper bei auf dem Kontaktträger aufliegender Führungsbüchse mit dem Prägestempel unter Verformung des Kontaktkörperrohlings zu seiner Endgestalt aufgepreßt wird.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das bei Verformungsbeginn in dem Prägewerkzeug zur Verfügung stehende Verformungsvolumen um mindestens 20 % größer ist als das Volumen des Kontaktkörperrohlings.

3. Verfahren nach Anspruch 1 und 2, dadurch gekennzeichnet, daß der Kontaktkörperrohling im Prägewerkzeug selbst unmittelbar vor dem Preßschritt von einem Halbzeug abgetrennt wird.

4. Verfahren nach Anspruch 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Verformung des Kontaktkörperrohlings durch Ausbildung des Prägewerkzeugs so geführt wird, daß am Umfang des Kontaktkörpers eine Materialverwirbelung im Kontaktkörper stattfindet.

5. Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens nach Anspruch 1 bis 4, bestehend aus einem Schwinger (Sonotrode) und einem aus einer Führungbüchse und einem darin beweglichen Prägestempel zusammengesetzten Prägewerkzeug, dadurch gekennzeichnet, daß der Schwinger (1) auf dem Kontaktträger (5) aufliegt.

6. Vorrichtung nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß das im Prägewerkzeug (2) durch Führungsbüchse (3) und Prägestempel (4) bei Verformungsbeginn begrenzte Volumen (7) um mindestens 20 % größer ist als das Volumen des Kontaktkörperrohlings (6).

7. Vorrichtung nach Anspruch 5 und 6, dadurch gekennzeichnet, daß der bewegliche Prägestempel (4) im Zusammenwirken mit der Führungsbüchse (3) gleichzeitig als Abtrennwerkzeug für die Kontaktkörperrohlinge (6) ausgebildet ist.

8. Vorrichtung nach Anspruch 5 bis 7, dadurch gekennzeichnet, daß der untere Rand der Führungsbüchse (3) auf der Innenseite mit einem Winkel von 30 bis 60° angefast ist.

9. Vorrichtung nach Anspruch 5 bis 8, dadurch gekennzeichnet, daß die dem Kontaktträger (5) zugewandte Oberfläche des Schwingers (1) geriffelt ist.

Zeichnung