DE102005005127A1

DE102005005127A1 - Elektrischer Kontakt und Verfahren zu dessen Herstellung

Info

Publication number: DE102005005127A1
Application number: DE200510005127
Authority: DE
Inventors: Silvan Hippchen; Christian Lang
Original assignee: Robert Bosch GmbH
Current assignee: Robert Bosch GmbH
Priority date: 2005-02-04
Filing date: 2005-02-04
Publication date: 2006-08-10
Also published as: WO2006082248A1; EP1846987A1

Abstract

Es wird ein elektrischer Kontakt für die Kaltkontaktiertechnik beschrieben mit einem metallischen Substrat (14), das mit einer Beschichtung (15a) versehen ist, wobei die Beschichtung (15a) aus einer Dispersion von Partikeln (18) aus Kohlenstoff und/oder einem Polymer in einem Metall gebildet ist.

Description

Die Erfindung bezieht sich auf einen elektrischen Kontakt und ein Verfahren zur Herstellung desselben nach dem Oberbegriff der unabhängigen Ansprüche.

Bei Anwendung von Verfahren der Kaltkontaktiertechnik, die beispielsweise auf der Verwendung von Schneidklemmverbindungen oder einer geeigneten Einpresstechnik beruhen, ist bei mindestens einem der beiden Fügepartner eine geeignete Vorbehandlung der Oberfläche vorgesehen. Auf diese Weise wird eine Begrenzung der Fügekräfte durch eine entsprechende Schmierwirkung bzw. Reduktion der Reibzahl zwischen den Fügepartnern erreicht, wobei der Zustand der Oberfläche möglichst definiert und reproduzierbar sein sollte. Dies ist eine Voraussetzung für die Sicherstellung einer form- und kraftschlüssigen Verbindung sowie einer erfolgreichen Prozesskontrolle (Kraft-Weg-Überwachung).

Bisher sind Verfahren bekannt, bei denen eine Schmierwirkung entweder über eine Zinnbeschichtung mit einigen Mikrometern Dicke oder über die Applikation von chemischen Stoffen erreicht wird, deren Rückstände eine Reduktion der Reibzahl der behandelten Oberfläche bewirken.

Nachteilig an Zinnbeschichtungen ist, dass beim Fügen der entsprechenden Fügepartner systematisch im Klemmbereich Späne gebildet werden, was in der späteren Anwendung zu Kurzschlüssen führen kann. Die Applikation einer chemischen Oberflächenbehandlung birgt die Gefahr, dass chemische Substanzen verschleppt werden und sie kann starken Prozessschwankungen unterliegen. Damit gestaltet sich auch eine Prozesskontrolle schwierig.

Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, einen elektrischen Kontakt bzw. ein kostengünstiges Beschichtungsverfahren zu dessen Herstellung vorzuschlagen, das eine zuverlässige Anwendung der Kaltkontaktiertechnik ermöglicht.

Vorteile der Erfindung

Der erfindungsgemäße elektrische Kontakt bzw. das Verfahren zu dessen Herstellung mit den kennzeichnenden Merkmalen der unabhängigen Ansprüche hat den Vorteil, dass auf einfache und kostengünstige Weise eine Modifizierung der Oberfläche des elektrischen Kontaktes erreicht werden kann, die für eine zuverlässige Anwendung der Kaltkontaktiertechnik geeignet ist. Dazu weist die Kontaktoberfläche insbesondere eine Beschichtung auf, die aus einer Dispersion von Partikeln aus Kohlenstoff und/oder einem Polymer in einem Metall gebildet ist. Die in der metallischen Matrix eingelagerten Partikel wirken dabei als Schmierstoff, der die Oberfläche des beschichteten elektrischen Kontaktes gleitfähig macht. Besonders vorteilhaft ist dabei die Verwendung eines kupfer- bzw. nickelhaltigen Metalls als metallische Matrix zur Einlagerung der Partikel, da diese Metalle sich durch Härte und Korrosionsbeständigkeit auszeichnen. Weiterhin ist von Vorteil, wenn als Kohlenstoffpartikel Graphitpartikel bzw. als Polymerpartikel PTFE-Partikel eingesetzt werden, da diese gut schmierende Eigenschaften zeigen.

Mit den in den Unteransprüchen aufgeführten Maßnahmen sind vorteilhafte Weiterbildungen des in den unabhängigen Ansprüchen angegebenen elektrischen Kontaktes bzw. Verfahrens möglich.

So ist es von Vorteil, wenn die Beschichtung des elektrischen Kontaktes galvanisch erfolgt, wobei dem galvanischen Bad Kohlenstoffpartikel zugesetzt werden. Auf diese Weise kann die Beschichtung der Kontaktoberfläche kostengünstig und weitgehend frei von Prozessschwankungen durchgeführt werden.

Weiterhin ist von Vorteil, wenn das zur Beschichtung verwendete galvanische Bad Tenside enthält, da auf diese Weise ein Agglomeration der im galvanischen Bad dispergierten Partikel vermieden werden kann. Auf diese Weise wird ein reproduzierbarer Einbau der Partikel in das metallische Gefüge der Beschichtung gewährleistet.

Zeichnung

Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung ist in der Zeichnung dargestellt und in der nachfolgenden Beschreibung näher erläutert. Die 1a zeigt schematisch eine Anwendung der Kaltkontaktiertechnik mit Fügepartnern gemäß Stand der Technik, 1b zeigt schematisch eine Anwendung der Kaltkontaktiertechnik mit Fügepartnern gemäß vorliegender Erfindung und 2 eine Schnittaufnahme durch eine beschichtete Oberfläche eines erfindungsgemäßen elektrischen Kontaktes.

Ausführungsbeispiel
Der elektrische Kontakt gemäß vorliegender Erfindung weist zumindest in dessen Kontaktbereich eine Beschichtung auf, die eine metallische Matrix umfasst, in die Partikel aus Kohlenstoff und/oder einem Polymer eingelagert sind. Hauptbestandteil dieser partikelhaltigen, metallischen Dispersionsschicht ist insbesondere Kupfer und/oder Nickel, da diese Metalle ausreichend harte und korrosionsbeständige Beschichtungen bilden; es können jedoch auch Beschichtungen auf der Basis von Silber zur Anwendung kommen. Die Beschichtung kann dabei Legierungen der genannten Metalle untereinander oder mit weiteren metallischen Komponenten umfassen. Wird eine silberhaltige Beschichtung in Betracht gezogen, so sollte bei Anwendung des Kontakts als Schneidklemmverbindung beide Fügepartner mit einer silberhaltigen Beschichtung versehen sein.
Als Kohlenstoffpartikel sind insbesondere Graphitpartikel geeignet, da diese ein gute Schmierwirkung zeigen. Alternativ ist jedoch die Verwendung von Ruß, insbesondere von Ofenruß als kohlenstoffhaltige Komponente möglich. Als Polymerpartikel sind insbesondere Partikel aus Polytetrafluorethylen (PTFE) geeignet; die Verwendung von Partikeln aus Silicon oder Perfluorosiliconen ist ebenfalls denkbar. Die Partikel weisen dabei vorzugsweise einen mittleren Durchmesser von bis zu 4 μm, insbesondere von 1 bis 3.5 μm auf. Die Partikel sind in der Beschichtung bspw. zu 0.4 bis 2.5 Gew.% enthalten.
Die Beschichtung der Oberfläche des elektrischen Kontaktes erfolgt vorzugsweise galvanisch. Dabei werden die zur Einlagerung in die entstehende metallische Schicht vorgesehenen Partikel dem galvanischen Bad zugesetzt und dispergiert. Der zu beschichtende elektrische Kontakt wird in das galvanische Bad eingetaucht und als Kathode kontaktiert.
Das galvanische Bad enthält einen geeigneten Kupfer- bzw. Nickelelektrolyten, beispielsweise auf der Basis entsprechender Metallcyanide. Beispielhafte Zusammensetzungen galvanischer Bäder zur Kupfer- bzw. Nickelabscheidung sind nachfolgend angegeben: Kupferabscheidung:

Kupfergehalt: 45 g/l

Freier Kaliumcyanidgehalt: 20 g/l

Kaliumhydroxidgehalt: 10 g/l

Glanzzusatz

Netzmittel

Graphitpulver: 100 g/l

Tenside (50%ige Lösung): 5 g/l

Grundelektrolyt: Wattscher Nickelelektrolyt Nickelabscheidung:

70 g/l Nickel (in Form von Nickelsulfat bzw. Nickelchlorid)

15 g/l Chlorid (in Form von Nickelchlorid)

40 g/l Borsäure

50 – 100 ml/l Netzmittel

Insgesamt 70 – 100 ml/l Glanzzusätze

100 g/l Graphitpulver

5 ml Tenside (50%ige Lösung)
Durch Zugabe eines Tensides wird die Agglomeration der Partikel verhindert und der Einbau der Partikel in die Beschichtung gewährleistet. Das galvanische Bad wird während der Abscheidung der Beschichtung vorzugsweise bei einer Arbeitstemperatur von 20 bis 60°C betrieben, vorzugsweise bei 40°C für die Abscheidung von Kupfer bzw. bei 50°C für die Abscheidung von Nickel. Weiterhin wird während der Abscheidung eine Stromdichte von ca. 1-2 A/dm² bei der Abscheidung von Kupfer und von ca. 3 A/dm² bei der Abscheidung von Nickel eingehalten. Während der Abscheidung wird das galvanische Bad bewegt, beispielsweise durch Rühren oder eine geeignete Kreislaufführung des Elektrolyts.
Der elektrische Kontakt wird vor der Beschichtung vorzugsweise einer Vorbehandlung unterzogen. Dazu wird zumindest die zu beschichtende Oberfläche des elektrischen Kontaktes beispielsweise zunächst einer Entfettung unterzogen, die vorzugsweise elektrolytisch bei einer Temperatur von ca. 50 bis 70°C, insbesondere bei 60°C und einer Stromdichte von ca. 2 bis 5 A/dm², insbesondere bei 3 A/dm² für ca. 5 Minuten durchgeführt wird. Die entfettete Oberfläche wird danach vorzugsweise einer einminütigen Spülung mit demineralisiertem Wasser unterzogen.
Bedarfsweise kann sich dann eine Aktivierung der zu beschichtenden Oberfläche anschließen. Dazu wird diese beispielsweise einer 5%igen Schwefelsäurelösung bei Raumtemperatur für beispielsweise 2 Minuten ausgesetzt. Die zu beschichtende Oberfläche wird dann erneut gespült. Die so vorbehandelte Oberfläche des zu beschichtenden elektrischen Kontakts wird dann der eigentlichen Beschichtung unterzogen.
Als Nachbehandlung des beschichteten elektrischen Kontakts kann dieser zunächst erneut gespült werden, worauf sich ein einminütiges Heißspülen in demineralisiertem Wasser bei 70 bis 95 °C, insbesondere bei 90°C anschließen kann. Abschließend wird der beschichtete elektrische Kontakt einer Trocknung bei 60°C, vorzugsweise für 2 Minuten in einem Trockenofen unterzogen.
Der elektrische Kontakt ist vorzugsweise als Steckkontakt ausgeführt. Bei der Kaltkontaktiertechnik findet eine Verpressung der beiden Fügepartner statt, beispielsweise in Form einer Schneidklemmverbindung oder durch Einpresstechnik. Diese Vorgehensweise ist graphisch in den 1a und 1b verdeutlichet. Wird dabei, wie in 1a verdeutlicht, ein Pin 12 in eine Klemme bzw. Hülse 14 eingeführt, die eine Beschichtung 15 gemäß Stand der Technik aufweist, so kann es zur Bildung eines Spanes 16 kommen, der ggf. zu einem Kurzschluss führen kann. Wird dagegen die Hülse 14 mit einer Beschichtung 15a gemäß vorliegender Erfindung versehen, so kommt es, wie in 1b dargestellt, nicht zur Spanbildung.
In 2 ist ein Querschliff durch einen mit einer kohlenstoffhaltigen Kupferschicht beschichteten elektrischen Kontakt dargestellt. Dabei ist erkennbar, dass die Beschichtung 15a eingelagerte Kohlenstoffpartikel 18 enthält.
Die Erfindung ist nicht auf die Beschichtung eines Fügepartners bei Anwendung von Kaltkontaktiertechniken beschränkt. Vielmehr können auch beide Fügepartner mit einer Beschichtung versehen werden. Weiterhin kann die Beschichtung auch auf stromlosem Wege aufgebracht werden. Die Beschichtung kann zudem auch auf andere Anwendungsfelder übertragen werden, für die die Existenz harter Beschichtungen mit geringem Reibwert unabdingbar sind. Dies ist beispielsweise bei Ventilen, Düsen oder kolbenführenden Systemen der Fall.

Claims

Elektrischer Kontakt für die Kaltkontaktiertechnik mit einem metallischen Substrat (14), das mit einer Beschichtung (15a) versehen ist, dadurch gekennzeichnet, dass die Beschichtung (15a) aus einer Dispersion von Partikeln aus Kohlenstoff (18) und/oder einem Polymer in einem Metall gebildet ist.
Elektrischer Kontakt nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das Metall Kupfer und/oder Nickel enthält.
Elektrischer Kontakt nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Partikel (18) Graphitpartikel und/oder PTFE-Partikel sind.
Elektrischer Kontakt nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass der Partikelanteil in der Beschichtung (15a) 0.4 bis 2.5 Gew.% beträgt.
Verfahren zur Herstellung eines elektrischen Kontaktes nach einem der Ansprüche 1 bis 4, wobei ein metallisches Substrat (14) galvanisch beschichtet wird, dadurch gekennzeichnet, dass dem galvanischen Bad Kohlenstoffpartikel und/oder PTFE-Partikel zugesetzt werden.
Verfahren nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass das galvanische Bad einen Nickel- und/oder einen Kupferelektrolyt enthält.
Verfahren nach einem der Ansprüche 5 oder 6, dadurch gekennzeichnet, dass das galvanische Bad ein Tensid enthält.
Verfahren nach einem der Ansprüche 5 bis 7, dadurch gekennzeichnet, dass das galvanische Bad auf eine Temperatur von 30 bis 60 °C aufgeheizt wird.
Verfahren nach einem der Ansprüche 5 bis 8, dadurch gekennzeichnet, dass das galvanische Bad mit einer Stromdichte von 1 bis 4 A/dm² betrieben wird.