VERFAHREN ZUR HERSTELLUNG EINES ELEKTRISCHEN SCHALTKONTAKTS

Beschreibung

[0001] Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Herstellung eines elektrischen Schaltkontakts. Der Schaltkontakt umfasst einen Kontaktträger und eine Kontaktauflage, welche einen Kontaktwerkstoff aufweist.

[0002] Schaltkontakte bestehen im Wesentlichen aus einem Kontaktträger und wenigstens einem Kontaktstück. Das Kontaktstück unterliegt hohen Anforderungen bezüglich der Materialbeschaffenheit. Zu den Anforderungen gehören beispielsweise ein geringer Übergangswiderstand und eine hohe Lichtbogenabbrandfestigkeit. Kontaktträger und Kontaktstücke werden üblicher Weise durch Löten und/oder Schweißen und/oder Nieten und/oder Schrauben und/oder Schrumpfen oder durch Kombinieren dieser Verfahren verbunden. Nachteilig ist hierbei der hohe Fertigungsaufwand zum Herstellen eines kompletten Schaltkontaktes.

[0003] So müssen beispielsweise für einen doppelunterbrechenden Schaltkontakt mit zwei gegenüberliegenden Kontaktstücken fünf Komponenten miteinander verbunden werden, wobei ein hoher Aufwand zur Vermeidung von Lageabweichungen getrieben wird. Ebenso ist zu berücksichtigen, dass nicht alle gewünschten Materialkombinationen zwischen Kontaktträger und Kontaktstück geschweißt und/oder gelötet werden können.

[0004] Elektrische Schaltstücke werden zum Öffnen und Schließen von Stromkreisen verwendet. Bei qualitativ anspruchsvollen Kontakten wie sie beispielsweise in Relais, Schaltschützen oder Leistungsschaltern der Niederspannungstechnik Anwendung finden, bestehen die Schaltstücke aus Kontaktauflagen aus hoch silberhaltigen Werkstoffen, die mit Trägerwerkstoffen verbunden sind. Funktions- und herstellungsbedingt bestehen die Schaltstücke aus einer Nutzschicht aus Kontaktwerkstoff, einer Reinsilberschicht, die als duktiler Puffer wirkt, einer Lotschicht und dem Trägerwerkstoff.

[0005] Wesentliche Schritte bei der Herstellung von Schaltstücken sind das Herstellen des Kontaktmaterials, das Aufbringen der Reinsilberschicht, das Aufbringen einer Lotschicht und das Löten der Kontaktauflagen auf den Träger. Die Reinsilberschicht wird durch Verbindungsstrangpressen, Walzplatieren oder im Sinterprozess des Kontaktmaterials aufgebracht. Die Lotschicht wird durch Platieren oder Flüssigbelotung erzeugt. Das Löten erfolgt dabei durch Hartlöten bei Temperaturen oberhalb von 600°C.

[0006] Die DE 3304637 A1 offenbart einen Sinterkontaktwerkstoff für Niederspannungsschaltgeräte aus AgSnO2 mit mindestens zwei weiteren Metalloxidzusätzen, wobei als weitere Metalloxide Bi203, CuO und wahlweise CdO vorgesehen sind. Das Herstellungsverfahren des Sinterkontaktwerkstoffs geht von einer abgestimmten Mischung dieser Verbindungen aus, wobei aus der getrockneten Pulvermischung ein Formkörper verdichtet wird. Um eine optimierte Verbindung der Kontaktstücke mit einem Träger für zahlreiche Schaltspiele des Niederspannungsgeräts zu gewährleisten, ist es vorgesehen, die hergestellte Kontaktschicht mit einer zweiten Pulverschicht, z.B. aus Reinsilber zu einem Zweischichten-Presskörper zu verdichten. Die Nachteile der aus dem Stand der Technik bekannten Herstellungsverfahren für elektrische Schaltkontakte bestehen zum Einen im aufwändigen Prozessablauf und zum Anderen in der hohen Prozesstemperatur.

[0007] Demgemäß besteht die Aufgabe der vorliegenden Erfindung darin, ein Verfahren mit reduzierten Prozessaufwand zur Herstellung eines elektrischen Schaltkontakts anzugeben.

[0008] Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß durch ein Verfahren gemäß Patentanspruch 1 gelöst. Vorteilhafte Aus- und Weiterbildungen, welche einzeln oder in Kombination miteinander eingesetzt werden können, sind der Gegenstand der abhängigen Ansprüche.

[0009] Die erfindungsgemäße Aufgabe der vorliegenden Erfindung wird durch ein Verfahren zur Herstellung eines elektrischen Schaltkontaktes mit einem Kontaktträger und einer Kontaktauflage mit einem Kontaktwerkstoff gelöst, wobei der Kontaktwerkstoff mit dem Kontaktträger über eine sinterfähige Schicht zwischen dem Kontaktwerkstoff und dem Kontaktträger verbunden wird. Eine eigene Lotschicht ist somit nicht mehr erforderlich. Das Kontaktmaterial wird über eine gesinterte Schicht, insbesondere einer Silberschicht mit dem Träger verbunden. Der Prozessablauf besteht im Wesentlichen dabei durch Aufbringen einer Schicht aus sinterfähigem Material zwischen Kontaktauflage und Träger mit anschließendem Sintern des Aufbaus unter Einwirkung von Druck und Temperatur.

[0010] Es hat sich dabei als vorteilhaft erwiesen, dass die Wärmeerzeugung im elektrischen Schaltkontakt mittels Widerstandsschweißen und/oder Induktionslöten und/oder Ultraschallschweißen und/oder mittels Heizstempel und/oder mittels heißen Gases und/oder mittels Strahlungswärme oder einer Kombination dieser Verfahren zur Wärmeeinbringung durchgeführt wird.

[0011] Die Erfindung sieht vor, dass der Sinterprozess in einem Temperaturbereich von 250 bis 300°C durchgeführt wird. Dieser Temperaturbereich liegt deutlich unterhalb der Temperaturen, die beim Hartlöten erreicht werden.

[0012] Das erfindungsgemäße Verfahren kann außerdem vorsehen, dass der Sinterprozess in einem Druckbereich von 0 bis 30 MPa durchgeführt wird.

[0013] Zudem entspricht es einer Fortführung des erfindungsgemäßen Konzepts, wenn die nach dem obigen Verfahren beschriebenen elektrischen Schaltkontakte in einem Schaltgerät, insbesondere einem Schütz oder einem Leistungsschalter Anwendung finden.

[0014] Der elektrische Schaltkontakt weist einen Kontaktträger und eine Kontaktauflage auf, wobei die Kontaktauflage einen Kontaktwerkstoff beinhaltet, der über eine sinterfähige Schicht, insbesondere eine Silberschicht, vom Kontaktträger getrennt ist. Die sinterfähige Schicht ist somit zwischen dem Kontaktwerkstoff und dem Kontaktträger angeordnet. Auf die übliche Lotschicht zwischen dem Kontaktträger und einer Silberschicht wird somit verzichtet.

[0015] Der elektrische Schaltkontakt zeichnet sich durch einen vereinfachten Schichtaufbau aus, da die Lotschicht nicht mehr erforderlich ist. Dies reduziert den Prozessablauf dahingehend, dass das Aufbringen der sinterfähigen Schicht gleichzeitig auch als Verbindungsprozess mit dem Träger genutzt werden kann. Vorteilhaft ist außerdem, dass die insgesamt verwendete Silbermenge durch Reduzierung der Schichtdicken verringert werden kann. Der Prozess kann bei deutlich niedrigeren Temperaturen als beim Verschweißen oder Hartlöten ablaufen. Der geringere Wärmeeintrag in das Bauteil führt zu einer geringeren Materialentfestigung des Trägers. Die Verbindungschicht weist zudem eine höhere elektrische Leitfähigkeit auf als eine vergleichbare Lotschicht. Es kommt abschließend hinzu, dass der Reinigungsprozess der Teile nach dem Verbindungsprozess reduziert wird.

[0016] Weitere Vorteile und Ausführungen der Erfindung werden nachfolgend anhand eines Ausführungsbeispiels sowie anhand der Zeichnung näher erläutert.

[0017] Dabei zeigen:

Fig. 1 in einer perspektivischen Darstellung einen elektrischen Schaltkontakt;

Fig. 2 in einer schematischen Darstellung den Aufbau eines elektrischen Schaltkontakts aus dem Stand der Technik;

Fig. 3 in einer schematischen Darstellung den Aufbau eines erfindungsgemäßen elektrischen Schaltkontakts;

Fig. 4 in einer schematischen Darstellung den erfindungsgemäßen Sinterprozess für einen elektrischen Schaltkontakt;

Fig. 5 in einer schematischen Darstellung die direkte Widerstandserwärmung durch Stromfluss im elektrischen Schaltkontakt;

Fig. 6 in einer schematischen Darstellung die indirekte Widerstandserwärmung durch Stromfluss im elektrischen Schaltkontakt;

Fig. 7 in einer schematischen Darstellung die induktive Erwärmung durch Stromfluss im elektrischen Schaltkontakt.

[0018] Fig. 1 zeigt einen elektrischen Schaltkontakt mit einem Kontaktträger 1, auf welchem auf der Oberseite eine Kontaktauflage 2 angeordnet ist.

[0019] In Fig. 2 ist der Aufbau eines elektrischen Schaltkontakts aus dem Stand der Technik dargestellt. Dabei ist der Kontaktträger 1 aus einem Kontaktträgerwerkstoff ausgebildet. Die Kontaktauflage 2 umfasst drei Schichten, eine Silberlotschicht 3, eine Silberschicht 4 und eine Schicht aus Kontaktwerkstoff 5. Dabei ist die Silberlotschicht 3 direkt auf der Oberseite des Kontaktträgers 1 ausgebildet. Auf der Silberlotschicht 3 ist die Silberschicht 4 ausgebildet, auf welcher abschließend der Kontaktwerkstoff 5 aufgetragen ist.

[0020] Fig. 3 zeigt den Aufbau eines elektrischen Schaltkontakts. Zwischen dem Kontaktträger 1 und dem Kontaktwerkstoff 5 ist eine sinterfähige Schicht 6 auf der Oberseite des Kontaktträgers 1 angeordnet. Die sinterfähige Schicht 6 ist vorzugsweise eine pulverförmige Silberschicht.

[0021] In Fig. 4 ist der erfindungsgemäße Sinterprozess für einen elektrischen Schaltkontakt dargestellt. Der Kontaktträger 1 inklusive der Kontaktauflage 2, die aus der sinterfähigen Schicht 6 und dem Kontaktwerkstoff 5 zusammengesetzt ist, sind zwischen zwei Werkzeugen 7 positioniert, die von oben beziehungsweise von unten mittels Druck 8 auf das Bauteil aus Kontaktträger 1 und Kontaktauflage 2 drücken. Zudem wird in das Bauteil Wärme 9 beispielsweise in Form eines Stempels eingebracht.

[0022] In Fig. 5 ist die direkte Widerstandserwärmung durch Stromfluss im elektrischen Kontakt dargestellt. Bei der direkten Widerstandserwärmung fließt der Strom direkt durch das Bauteil, welches aus einem Kontaktträger 1 und einer Kontaktauflage 2 zusammengesetzt ist.

[0023] Fig. 6 zeigt die indirekte Widerstandserwärmung, bei der der Stromfluss indirekt durch das Bauteil aus Kontaktträger 1 und der Kontaktauflage 2 fließt.

[0024] In Fig. 7 ist die induktive Erwärmung durch ein magnetisches Feld im Kontaktträger 1 und der Kontaktauflage 2 gezeigt.

[0025] Der elektrische Schaltkontakt zeichnet sich durch einen vereinfachten Schichtaufbau aus, da die Lotschicht nicht mehr erforderlich ist. Dies reduziert den Prozessablauf dahingehend, dass das Aufbringen der sinterfähigen Schicht gleichzeitig auch als Verbindungsprozess mit dem Träger genutzt werden kann. Vorteilhaft ist außerdem, dass die insgesamt verwendete Silbermenge durch Reduzierung der Schichtdicken verringert werden kann. Der Prozess kann bei deutlich niedrigeren Temperaturen als beim Verschweißen oder Hartlöten ablaufen. Der geringere Wärmeeintrag in das Bauteil führt zu einer geringeren Materialentfestigung des Trägers. Die Verbindungschicht weist zudem eine höhere elektrische Leitfähigkeit auf als eine vergleichbare Lotschicht. Es kommt abschließend hinzu, dass der Reinigungsprozess der Teile nach dem Verbindungsprozess reduziert wird.

Bezugszeichenliste

[0026] 

1

Kontaktträger

2

Kontaktauflage

3

Silberlotschicht

4

Silberschicht

5

Kontaktwerkstoff

6

sinterfähige Schicht

7

Werkzeug

8

Druck

9

Wärme

Ansprüche

1. Verfahren zur Herstellung eines elektrischen Schaltkontakts mit einem Kontaktträger (1) und einer Kontaktauflage (2) mit einem Kontaktwerkstoff (5), wobei der Kontaktwerkstoff (5) mit dem Kontaktträger (1) über eine sinterfähige Schicht (6) zwischen dem Kontaktwerkstoff (5) und dem Kontaktträger (1) verbunden wird, dadurch gekennzeichnet, dass der Sinterprozess in einem Temperaturbereich von 250 bis 300°C durchgeführt wird.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Wärmeerzeugung im elektrischen Schaltkontakt mittels Widerstandsschweißen und/oder Induktionslöten und/oder Ultraschallschweißen und/oder mittels eines Heizstempels und/oder mittels heißen Gases und/oder mittels Strahlungswärme oder einer Kombination dieser Verfahren zur Wärmeeinbringung durchgeführt wird.

3. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass der Sinterprozess in einem Druckbereich von 0 bis 30 MPa durchgeführt wird.

Claims

1. Method for manufacturing an electrical switching contact comprising a contact carrier (1) and a contact facing (2) with a contact material (5), the contact material (5) being connected to the contact carrier (1) by way of a sinterable layer (6) between the contact material (5) and the contact carrier (1), characterized in that the sintering process is carried out in a temperature range from 250 to 300°C.

2. Method according to Claim 1, characterized in that the generation of heat in the electrical switching contact is carried out by means of resistance welding and/or induction soldering and/or ultrasonic welding and/or by means of a heating die and/or by means of hot gas and/or by means of radiant heat or a combination of these methods for introducing heat.

3. Method according to one of Claims 1 or 2, characterized in that the sintering process is carried out in a pressure range from 0 to 30 MPa.

Revendications

1. Procédé pour la fabrication d'un contact de commutation électrique comportant un support de contact (1) et un appui de contact (2) avec un matériau de contact (5), le matériau de contact (5) étant relié au support de contact (1) par une couche frittable (6) entre le matériau de contact (5) et le support de contact (1), caractérisé en ce que le processus de frittage est exécuté dans une plage de température de 250 à 300 °C.

2. Procédé selon la revendication 1, caractérisé en ce que la production de chaleur est effectuée, dans le contact de commutation électrique, par soudage par résistance et/ou brasage par induction et/ou soudage aux ultrasons et/ou au moyen d'un piston de chauffage et/ou au moyen de gaz chaud et/ou au moyen de chaleur rayonnante ou d'une combinaison de ces procédés d'apport de chaleur.

3. Procédé selon l'une des revendications 1 ou 2, caractérisé en ce que le processus de frittage est effectué dans une plage de pression de 0 à 30 MPa.

Zeichnung