DE10019121A1 - Elektrischer Schaltkontakt und Verfahren zu dessen Herstellung - Google Patents

Abstract

Die Erfindung betrifft einen elektrischen Schaltkontakt (10) mit einem Kontaktträger (11) aus einem ersten Material und wenigstens einem Kontaktstück (12) aus einem zweiten Material mit einer Sinterstruktur. Das erste Material weist ebenfalls eine Sinterstruktur auf, die in die Sinterstruktur des zweiten Materials fließend übergeht. Die Erfindung betrifft weiterhin ein Verfahren zur Herstellung eines derartigen elektrischen Schaltkontaktes (10). Das erste und das zweite sinterfähige Material werden jeweils in Pulverform übereinander in einem napfartigen Formwerkzeug (1) eingebracht und anschließend zusammen durch Sintern in die entgültige Form des Schaltkontaktes (10) gebracht.

Description

Die Erfindung betrifft einen elektrischen Schaltkontakt nach dem Oberbegriff von Anspruch 1 sowie ein Verfahren zu dessen Herstellung nach Anspruch 7, insbesondere für elektrische Niederspannungsschaltgeräte.

Schaltkontakte bestehen aus einem Kontaktträger und wenigstens einem Kontaktstück. Das Kontaktstück unterliegt hohen Anforderungen bezüglich der Materialbeschaffenheit. Beispielhafte Anforderungen sind ein geringer Über­ gangswiderstand und eine hohe Lichtbogenabbrandfestigkeit. Kontaktträger und Kontaktstück werden üblicherweise durch Löten gemäß EP-A 0 540 186 und/oder Schweißen gemäß DE-A 43 31 913 und/oder Nieten gemäß DE-A 197 40 022, Schrauben, Schrumpfen oder durch Kombinieren dieser Verfahren verbunden. Nachteilig ist hierbei der hohe Fertigungsaufwand zum Herstellen eines kompletten Schaltkontaktes. So müssen beispielsweise für einen dop­ peltunterbrechenden Schaltkontakt mit zwei gegenüberliegenden Kontaktstü­ cken fünf mechanische Komponenten miteinander verbunden werden, wobei eine hoher Aufwand zur Vermeidung von Lageabweichungen getrieben wird. Ebenso ist zu berücksichtigen, dass nicht alle gewünschten Materialkombinati­ onen zwischen Kontaktträger und Kontaktstück geschweißt und/oder gelötet werden können.

Die DE-A 195 37 657 beschreibt ein Verfahren und eine Vorrichtung zur Her­ stellung eines Schaltkontaktes mit einem Kontaktträger aus einem elektrisch gut leitenden, ersten Material und einem Kontaktstück aus einem elektrisch weniger gut leitenden, jedoch abbrandfesten, zweiten Material, bei dem das Kontaktstück eine mit dem Material des Kontaktträgers getränkte Sinterstruktur aufweist. Der Kontaktträger und die Sinterstruktur werden übereinander in eine napfartige Form aus Stahl oder Edelstahl eingebracht, darin bis über die Schmelztemperatur des ersten Materials, aber noch unter der Schmelztemperatur des zweiten Materials erwärmt, so dass das erste Material aufschmilzt und in die Sinterstruktur eindringt. Die Sinterstruktur wird dadurch hergestellt, dass das zweite Material in Pulverform auf das erste Material aufgestreut wird und zunächst in einem Entgasungsprozess unterhalb der Schmelztemperatur des ersten Materials gesintert wird. Alternativ wird die Sinterstruktur vorher hergestellt und als Grünling auf den Kontaktträger aufgelegt. Auch dieses Verfahren ist noch zu aufwendig und nicht für alle Materialkombinationen gut geeignet.

Der Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, die Herstellung von Schalt­ kontakten zu vereinfachen.

Ausgehend von einem Schaltkontakt bzw. einem Herstellungsverfahren der eingangs genannten Art wird die Aufgabe erfindungsgemäß durch die kenn­ zeichnenden Merkmale der unabhängigen Ansprüche gelöst, während den abhängigen Ansprüchen vorteilhafte Weiterbildungen der Erfindung zu ent­ nehmen sind.

Der erfindungsgemäße Schaltkontakt in Form eines einstückigen Sinterkörpers besteht aus zwei Materialien, die unterschiedlichsten Werkstoffen angehören können. Durch die in einem erheblich erweiterten Bereich frei wählbare Kom­ bination aus dem ersten Material und dem zweiten Material genügt das Schalt­ stück weitestgehend unabhängig von seiner geometrischen Form unterschied­ lichen - insbesondere mechanischen, thermischen elektrischen und magneti­ schen - Anforderungen durch entsprechend wählbare Materialeigenschaften für den Kontaktträger und für das mindestens eine Kontaktstück. Insbesondere lassen sich mit dem erfindungsgemäßen Schaltstück gegenläufige oder zum Teil schwer zu vereinigende Eigenschaften, wie beispielsweise hohe Festig­ keit, geringes Gewicht und hohe Leitfähigkeit realisieren.

Vorteilhaft lassen sich in dem Kontaktträger bzw. dem Kontaktstück noch dritte Materialien integrieren, um weitere Eigenschaften zu erzielen. Die dritten Ma­ terialien können Sinterwerkstoffe oder nicht sinterfähige Materialien sein. In ersten Fall können dem Schaltkontakt beispielsweise durch eine im Kontakt­ träger eingebettete Einlage aus ferromagnetischen Sinterwerkstoff besondere magnetische Eigenschaften verliehen werden. Dies lässt sich beispielsweise für eine schnelle Lichtbogenverdrängung in einem sich öffnenden Kontaktsys­ tem, das mit einem derartigen Schaltkontakt ausgestattet ist, mit Vorteil aus­ nutzen. Im zweiten Fall können dem Schaltkontakt beispielsweise durch ein drittes Material mit einer fachwerkartigen Gitterstruktur besondere Eigen­ schaften - beispielsweise durch eine keramische Einlage im Kontaktträger eine hohe Festigkeit, durch einen Kunststoffeinlage ein geringes Gewicht oder durch eine Stahleinlage eine hohe Festigkeit und Ferromagnetismus - verlie­ hen werden.

Das erfindungsgemäße Herstellungsverfahren realisiert mit wenigen Ferti­ gungsschritten, insbesondere mit einem einzigen Sinterprozess für das erste und das zweite Material, einen kompletten Schaltkontakt. Das Verfahren liefert einen Schaltkontakt, der in seinen äußeren Abmessungen sowie in der relati­ ven Anordnung von Kontaktträger und Kontaktstück(en) allen Toleranzanforde­ rungen und in seinen übrigen Eigenschaften, wie mechanischen, thermischen, elektrischen und magnetischen Eigenschaften, unterschiedlichsten Anforde­ rungen genügt.

Vorteilhaft lässt sich mit dem einzigen Sinterprozess ein drittes Material in Form eines sinterbaren Pulvers oder in Form eines bereits strukturierten, ge­ sonderten Körpers mit dem Schaltkontakt integrieren.

Ein Vorverdichten der sinterfähigen Materialien ist im allgemeinen üblich. Das Vorverdichten kann für jedes Material gesondert, nacheinander nach Einbrin­ gung eines jeden Materials oder zusammen nach Einbringung aller Materialien erfolgen. Mit einem Nachverdichten kann der Schaltkontakt verfestigt und/oder in die maßgenaue Form gebracht werden.

Weitere Einzelheiten und Vorteile der Erfindung ergeben sich aus dem folgen­ den, anhand von Figuren erläuterten Ausführungsbeispielen. Es zeigen den erfindungsgemäßen Schaltkontakt

Fig. 1: in einer ersten Ausführungsform als Brückenkontakt;

Fig. 2: in einer zweiten Ausführungsform mit einer Einlage aus einem ferro­ magnetischem Sinterwerkstoff;

Fig. 3: in einer dritten Ausführungsform mit einer Einlage aus einem Kera­ mikkörper mit Gitterstruktur.

Der Schaltkontakt 10 nach Fig. 1 besteht aus einem brückenförmigen Kontakt­ träger 11 und zwei endseitigen Kontaktstücken 12. Zur Herstellung des Schalt­ kontaktes 10 wird ein sinterfähiges, pulverförmiges zweites Material in zwei Mulden 2 eines Formwerkzeuges 1 eingebracht und kalt vorverdichtet, danach das Formwerkzeug 1 mit einem darüber gebrachten sinterfähigen, pulverför­ migen erstes Material gefüllt und das zweite Material sowie zwangsläufig wie­ derholt das erste Material kalt vorverdichtet. In einem nachfolgenden einzigen Sinterprozess unter Druck- und Hitzeeinwirkung werden diese Materialien zu der Schaltkontakt 10 verbunden. Bei bestimmten Materialien empfiehlt sich zur maßhaltig Fertigstellung ein kaltes Nachverdichten des Schaltkontaktes 10. Beide Materialien weisen danach jeweils Sinterstrukturen auf, die in der Über­ gangszone 13 fließend ineinander übergehen. Beim ersten Material wird z. B. von einem Kupfer- oder Aluminiumpulver ausgegangen, wodurch der daraus entstandene Kontaktträger 11 eine ausreichende mechanische Festigkeit, eine gute elektrische sowie thermische Leitfähigkeit und im Falle von Aluminium ein geringes Gewicht aufweist. Beim zweiten Material wird z. B. von einem Pulver oder einem Pulvergemenge von Wolfram, Silber, Kohlenstoff, Nickel, Rhenium und/oder deren Oxiden, Carbiden, Siliciden, Nitriden ausgegangen, wodurch die daraus entstandenen Kontaktstücke 12 eine niedrigen Übergangswider­ stand und eine hohe Lichtbogenabbrandfestigkeit aufweisen.

Der Schaltkontakt 20 nach Fig. 2 weist gegenüber dem Schaltkontakt 10 nach Fig. 1 zusätzlich eine im Kontaktträger 21 eingebettete Einlage 24 auf. Zur Herstellung des Schaltkontaktes 20 wird wieder das zweite Material in die Mul­ den des Formwerkzeuges eingebracht, darüber eine erste Schicht des ersten Materials unter Belassung einer Mulde gegeben, diese Mulde mit einem sin­ terfähigen, pulverförmigen dritten Material gefüllt und mit einer darüber ge­ brachten zweiten Schicht des ersten Materials das Formwerkzeug gefüllt. Zwi­ schendurch findet ein Vorverdichten dieser Materialien statt. In einem nachfol­ genden einzigen Sinterprozess, gegebenenfalls mit anschließendem Nachver­ dichten, wird der Schaltkontakt 20 maßhaltig fertiggestellt, wobei in einer Über­ gangszone die Sinterstruktur des dritten Materials in die Sinterstruktur des ersten Materials übergeht. Bei dem dritten Material wird z. B. von einem ferro­ magnetischen Pulver ausgegangen, wodurch die aus dem dritten Material ent­ standene Einlage 24 dem Kontaktträger 21 ferromagnetische Eigenschaften verleiht.

Der Schaltkontakt 30 nach Fig. 3 weist gegenüber dem Schaltkontakt 10 nach Fig. 1 zusätzlich eine im Kontaktträger 31 eingebetteten gesonderten Körper 34 auf. Zur Herstellung des Schaltkontaktes 30 wird wieder das zweite Material in die Mulden des Formwerkzeuges eingebracht, darüber eine erste Schicht des ersten Materials gegeben, darauf der gesonderte Körper 34 gelegt und um diesen herum sowie darüber mit einer zweiten Schicht des ersten Materials das Formwerkzeug gefüllt. Zwischendurch findet wieder ein Vorverdichten des zweiten und ersten Materials statt. In einem nachfolgenden einzigen Sinterpro­ zess, gegebenenfalls mit anschließendem Nachverdichten, wird der Schalt­ kontakt 30 maßhaltig fertiggestellt, wobei nur das erste und das zweite Mate­ rial am Sinterprozess beteiligt sind. Das dritte Material wird bei dem Sinterpro­ zess nicht verändert. Der aus dem dritten Material bestehende gesonderte Körper 34 hat eine fachwerkartige Gitterstruktur, z. B. aus Keramik, Kunststoff oder Stahl, wodurch der damit ausgestattete Kontaktträger 31 eine erheblich verbesserte mechanische Festigkeit sowie ein verringertes Gewicht und im Falle von Stahl zusätzlich ferromagnetische Eigenschaften aufweist.

Die vorliegende Erfindung ist nicht auf die vorstehend beschriebenen Ausfüh­ rungsformen beschränkt, sondern umfaßt auch alle im Sinne der Erfindung gleichwirkenden Ausführungsformen. So läßt sich die Erfindung sowohl auf bewegliche als auch auf feststehende Schaltkontakte, auf schwenkbare ein­ seitige oder doppelseitige Schaltkontakte oder auf Schaltkontakte mit zusätzli­ chem Lichtbogenkontaktstück anwenden. Ebenso ist die Erfindung für Schalt­ kontakte geeignet, deren Kontaktstücke aus mehr als einem Material beste­ hen, wobei das zusätzliche dritte Material eine Sinterstruktur aufweisen oder einen gesonderten Körper bilden kann sowie allein Bestandteil des Kontakt­ stückes oder sowohl Bestandteil des Kontaktstückes als auch des Kontaktträ­ gers sein kann.

Claims (11)

1. Elektrischer Schaltkontakt mit einem Kontaktträger (11; 21; 31) aus einem ersten Material und wenigstens einem Kontaktstück (12) aus einem zwei­ ten Material mit einer Sinterstruktur, dadurch gekennzeichnet, dass das erste Material ebenfalls eine Sinterstruktur aufweist, die in die Sinterstruk­ tur des zweiten Materials fließend übergeht.

2. Schaltkontakt nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Kon­ taktträger (21; 31) oder/und das Kontaktstück wenigstens noch aus einem dritten Material bestehen.

3. Schaltkontakt nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass das dritte Material eine Sinterstruktur aufweist, die in die Sinterstruktur des ersten oder/und zweiten Materials fließend übergeht.

4. Schaltkontakt nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass das dritte Material eine im ersten Material eingebettete ferromagnetische Einlage (24) bildet.

5. Schaltkontakt nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass das dritte Material einen mindestens teilweise und unverlierbar vom ersten oder/und zweiten Material umgebenen gesonderten Körper (34) bildet.

6. Schaltkontakt nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass der ge­ sonderte Körper (24) eine fachwerkartige Gitterstruktur aus Metall, Kunst­ stoff oder Keramik aufweist.

7. Verfahren zur Herstellung eines elektrischer Schaltkontaktes mit einem Kontaktträger (11; 21; 31) aus einem ersten Material und wenigstens ei­ nem Kontaktstück (12) aus einem zweiten Material mit einer Sinterstruktur, dadurch gekennzeichnet, dass das erste und das zweite sinterfähige Material jeweils in Pulverform übereinander in einem napfartigen Formwerkzeug (1) eingebracht und anschließend zusammen durch Sintern zu dem Schaltkontakt (10; 20; 30) verbunden werden.

8. Verfahren nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, dass wenigstens noch ein drittes sinterfähiges Material in Pulverform eingebracht und an­ schließend mit dem ersten und zweiten Material durch Sintern zu dem Schaltkontakt (20) verbunden wird.

9. Verfahren nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, dass in das erste oder/und zweite sinterfähige Material wenigstens noch ein drittes nicht sinterfähiges Material in Form eines gesonderten Körpers (34) mindestens teilweise eingebettet und anschließend beim Sintern des ersten und des zweiten Materials zusammen mit diesen zu dem Schaltkontakt (30) ver­ bunden wird.

10. Verfahren nach einem der Ansprüche 7 bis 9, dadurch gekennzeichnet, dass das erste, das zweite und gegebenenfalls das dritte Material vor oder nach dem Einbringen und vor dem Sintern nacheinander oder gemeinsam vorverdichtet werden.

11. Verfahren nach einem der Ansprüche 7 bis 10, dadurch gekennzeichnet, dass der Schaltkontakt (10; 20; 30) nachverdichtet wird.