Difference between revisions of "Herstellung von Einzelkontakten"

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<tr><th><p class="s13">Criteria</p></th><th><p class="s13">Form B                          Form C</p><p class="s13">Trapezoidal head,        Trapezoidal head radiused                        flat</p></th><th><p class="s13">Suggested test</p><p class="s13">equipment</p></th></tr><tr><td><p class="s13">a)  Head diameter</p><p class="s13">d<span class="s14"><sub>1 </sub> </span>[mm]</p></td><td><p class="s13">During optical measurement disregard corner radius R<span class="s14"><sub>3</sub> </span><u>+</u> 0.1</p></td><td><p class="s13">Comparator, measu-</p><p class="s13">ring microscpope</p></td></tr><tr><td><p class="s13">b)  Head thickness</p><p class="s13">k [mm]</p></td><td><p class="s13">+ 0.1</p></td><td><p class="s13">Micrometer,</p><p class="s13">Dial indicator</p></td></tr><tr><td><p class="s13">c)  Shank diameter</p><p class="s13">d<span class="s14"><sub>2</sub> </span>[mm]</p></td><td><p class="s13">Deviation from roundness and conical shape of</p><p class="s13">shank only within allowed diameter tolerance d<span class="s14"><sub>2</sub> </span> <u>&lt;</u> 1.5  - 0.08</p><p class="s13">d<span class="s14"><sub>2</sub> </span>&gt; 1.5  - 0.1</p></td><td><p class="s13">Micrometer</p></td></tr><tr><td><p class="s13">d)  Shank length l</p><p class="s13">[mm]</p></td><td><p class="s13">+ 0.15</p></td><td><p class="s13">Micrometer, Dial indicator, Comparator</p></td></tr><tr><td><p class="s13">e)  Radius at center</p><p class="s13">of contact surface</p><p class="s13">R<span class="s14"><sub>1</sub> </span>[mm]</p></td><td><p class="s13">Form B:            <u>+</u> 10%, but not below</p><p class="s15">+<span class="s13"> 0.5 mm</span></p><p class="s13">Form C:            Allowable deviation from flatness: convex: within head thickness tolerance concave: 0.005 d<span class="s14">1</span></p></td><td><p class="s13">Comparator, Comparator template, Radius gage, Profile template</p></td></tr><tr><td><p class="s13">f)    Radius at edge</p><p class="s13">of contact surface</p><p class="s13">R<span class="s14"><sub>2</sub> </span>[mm]</p></td><td><p class="s13">per DIN 46240: Form B and C max. 0.5 without DIN:max. 1</p></td><td><p class="s13">Profile template,</p><p class="s13">Comparator, Radius gage</p></td></tr><tr><td><p class="s13">g)  Radii</p><p class="s13">R<span class="s14"><sub>3</sub> </span>and R<span class="s14"><sub>5</sub> </span>[mm]</p></td><td><p class="s13">Sligth rounding allowed</p></td><td><p class="s13">Comparator</p></td></tr><tr><td><p class="s13">h)  Transition radius</p><p class="s13">head underside to shank R<span class="s14"><sub>4</sub> </span>[mm]</p></td><td><p class="s13">d<span class="s14"><sub>2</sub> </span><u>&lt;</u> 2  R<span class="s14"><sub>4</sub> </span><u>&lt;</u> 0.08 d<span class="s14"><sub>2</sub> </span>&gt; 2  R<span class="s14"><sub>4</sub> </span><u>&lt;</u> 0.1 d<span class="s14"><sub>2</sub> </span>&gt; 3  R<span class="s14"><sub>4</sub> </span><u>&lt;</u> 0.2</p></td><td><p class="s13">Comparator, if in doubt: micro-section</p></td></tr><tr><td><p class="s13">i)      Allowed deviation from cylindrical shape</p></td><td><p class="s13">d<span class="s14"><sub>1</sub> </span> <u>&lt;</u> 4  up to 7°30’ + 2°30’</p><p class="s13">d<span class="s14"><sub>1</sub> </span>&gt; 4  up to 10°    + 5°</p></td><td><p class="s13">Comparator, Measu- ring microscope, if in doubt: microsection</p></td></tr><tr><td><p class="s13">k)  Concentricity bet-</p><p class="s13">ween head and shank center line [mm]</p></td><td><p class="s13">5% of d<span class="s14"><sub>1</sub></span></p></td><td><p class="s13">Comparator,</p><p class="s13">Measuring microscope, Special turn fixture</p></td></tr><tr><td><p class="s13">l)    Contact  layer</p><p class="s13">thickness [mm]</p></td><td><p class="s13">In center area of 0.5 d<span class="s14"><sub>1</sub> </span>s<u>&gt;</u> nominal thickness</p><p class="s13">Remaining head area must be covered</p></td><td><p class="s13">Measuring micros- cope, Microsection</p></td></tr></table>
 
<tr><th><p class="s13">Criteria</p></th><th><p class="s13">Form B                          Form C</p><p class="s13">Trapezoidal head,        Trapezoidal head radiused                        flat</p></th><th><p class="s13">Suggested test</p><p class="s13">equipment</p></th></tr><tr><td><p class="s13">a)  Head diameter</p><p class="s13">d<span class="s14"><sub>1 </sub> </span>[mm]</p></td><td><p class="s13">During optical measurement disregard corner radius R<span class="s14"><sub>3</sub> </span><u>+</u> 0.1</p></td><td><p class="s13">Comparator, measu-</p><p class="s13">ring microscpope</p></td></tr><tr><td><p class="s13">b)  Head thickness</p><p class="s13">k [mm]</p></td><td><p class="s13">+ 0.1</p></td><td><p class="s13">Micrometer,</p><p class="s13">Dial indicator</p></td></tr><tr><td><p class="s13">c)  Shank diameter</p><p class="s13">d<span class="s14"><sub>2</sub> </span>[mm]</p></td><td><p class="s13">Deviation from roundness and conical shape of</p><p class="s13">shank only within allowed diameter tolerance d<span class="s14"><sub>2</sub> </span> <u>&lt;</u> 1.5  - 0.08</p><p class="s13">d<span class="s14"><sub>2</sub> </span>&gt; 1.5  - 0.1</p></td><td><p class="s13">Micrometer</p></td></tr><tr><td><p class="s13">d)  Shank length l</p><p class="s13">[mm]</p></td><td><p class="s13">+ 0.15</p></td><td><p class="s13">Micrometer, Dial indicator, Comparator</p></td></tr><tr><td><p class="s13">e)  Radius at center</p><p class="s13">of contact surface</p><p class="s13">R<span class="s14"><sub>1</sub> </span>[mm]</p></td><td><p class="s13">Form B:            <u>+</u> 10%, but not below</p><p class="s15">+<span class="s13"> 0.5 mm</span></p><p class="s13">Form C:            Allowable deviation from flatness: convex: within head thickness tolerance concave: 0.005 d<span class="s14">1</span></p></td><td><p class="s13">Comparator, Comparator template, Radius gage, Profile template</p></td></tr><tr><td><p class="s13">f)    Radius at edge</p><p class="s13">of contact surface</p><p class="s13">R<span class="s14"><sub>2</sub> </span>[mm]</p></td><td><p class="s13">per DIN 46240: Form B and C max. 0.5 without DIN:max. 1</p></td><td><p class="s13">Profile template,</p><p class="s13">Comparator, Radius gage</p></td></tr><tr><td><p class="s13">g)  Radii</p><p class="s13">R<span class="s14"><sub>3</sub> </span>and R<span class="s14"><sub>5</sub> </span>[mm]</p></td><td><p class="s13">Sligth rounding allowed</p></td><td><p class="s13">Comparator</p></td></tr><tr><td><p class="s13">h)  Transition radius</p><p class="s13">head underside to shank R<span class="s14"><sub>4</sub> </span>[mm]</p></td><td><p class="s13">d<span class="s14"><sub>2</sub> </span><u>&lt;</u> 2  R<span class="s14"><sub>4</sub> </span><u>&lt;</u> 0.08 d<span class="s14"><sub>2</sub> </span>&gt; 2  R<span class="s14"><sub>4</sub> </span><u>&lt;</u> 0.1 d<span class="s14"><sub>2</sub> </span>&gt; 3  R<span class="s14"><sub>4</sub> </span><u>&lt;</u> 0.2</p></td><td><p class="s13">Comparator, if in doubt: micro-section</p></td></tr><tr><td><p class="s13">i)      Allowed deviation from cylindrical shape</p></td><td><p class="s13">d<span class="s14"><sub>1</sub> </span> <u>&lt;</u> 4  up to 7°30’ + 2°30’</p><p class="s13">d<span class="s14"><sub>1</sub> </span>&gt; 4  up to 10°    + 5°</p></td><td><p class="s13">Comparator, Measu- ring microscope, if in doubt: microsection</p></td></tr><tr><td><p class="s13">k)  Concentricity bet-</p><p class="s13">ween head and shank center line [mm]</p></td><td><p class="s13">5% of d<span class="s14"><sub>1</sub></span></p></td><td><p class="s13">Comparator,</p><p class="s13">Measuring microscope, Special turn fixture</p></td></tr><tr><td><p class="s13">l)    Contact  layer</p><p class="s13">thickness [mm]</p></td><td><p class="s13">In center area of 0.5 d<span class="s14"><sub>1</sub> </span>s<u>&gt;</u> nominal thickness</p><p class="s13">Remaining head area must be covered</p></td><td><p class="s13">Measuring micros- cope, Microsection</p></td></tr></table>
  
*Typical contact shapes of tri-metal rivets <xr id="fig:Typical_contact_shapes_of_tri-metal_rivets"/>
+
*Typische Kontaktformen für Trimetallniete <xr id="fig:Typical_contact_shapes_of_tri-metal_rivets"/>
 
<figure id="fig:Typical_contact_shapes_of_tri-metal_rivets">
 
<figure id="fig:Typical_contact_shapes_of_tri-metal_rivets">
[[File:Typical_contact_shapes_of_tri-metal_rivets.jpg|right|thumb|Typical contact shapes of tri-metal rivets]]
+
[[File:Typical_contact_shapes_of_tri-metal_rivets.jpg|right|thumb|Typische Kontaktformen für Trimetallniete]]
 
</figure>
 
</figure>
*Contact materials <br /> Ag, AgNi 0,15 (ARGODUR), AgCu, AgCuNi (ARGODUR 27), Ag/Ni (SINIDUR), Ag/CdO (DODURIT CDO), Ag/SnO (SISTADOX), Ag/ZnO (DODURIT ZNO)<br />  
+
*Kontaktwerkstoffe <br /> Ag, AgNi 0,15 (ARGODUR), AgCu, AgCuNi (ARGODUR 27), Ag/Ni (SINIDUR), Ag/CdO (DODURIT CDO), Ag/SnO (SISTADOX), Ag/ZnO (DODURIT ZNO)<br />  
  
*Base materials <br /> Cu <br />
+
*Trägerwerkstoffe <br /> Cu <br />
  
*Dimensional ranges <xr id="fig:Dimensional_ranges2"/>
+
*Abmessungsbereiche <xr id="fig:Dimensional_ranges2"/>
 
<figure id="fig:Dimensional_ranges2">
 
<figure id="fig:Dimensional_ranges2">
[[File:Dimensional_ranges2.jpg|right|thumb|Dimensional ranges]]
+
[[File:Dimensional_ranges2.jpg|right|thumb|Abmessungsbereiche]]
 
</figure>
 
</figure>
*Standard values for rivet dimension
+
*Standardwerte für Nietabmessungen
  
 
<table class="twocolortable" style="width:75%">
 
<table class="twocolortable" style="width:75%">
 
<tr><th>d<sub>1</sub></th><th><p class="s13">k</p></th><th><p class="s13">1</p></th><th><p class="s13">d<sub>2</sub></p></th><th><p class="s13">&alpha;</p></th><th><p class="s13">r<sub>1</sub></p></th><th><p class="s13">s<sub>1</sub></p></th><th><p class="s13">s<sub>2</sub></p></th></tr><tr><td><p class="s13">3.0</p></td><td><p class="s13">0.8</p></td><td><p class="s13">2.0</p></td><td><p class="s13">1.5</p></td><td><p class="s13">7.5°</p></td><td><p class="s13">4.0</p></td><td><p class="s13">0.4</p></td><td><p class="s13">1.0</p></td></tr><tr><td><p class="s13">4.0</p></td><td><p class="s13">1.0</p></td><td><p class="s13">2.5</p></td><td><p class="s13">2.0</p></td><td><p class="s13">7.5°</p></td><td><p class="s13">8.0</p></td><td><p class="s13">0.5</p></td><td><p class="s13">1.2</p></td></tr><tr><td><p class="s13">5.0</p></td><td><p class="s13">1.2</p></td><td><p class="s13">3.0</p></td><td><p class="s13">2.5</p></td><td><p class="s13">10°</p></td><td><p class="s13">12.0</p></td><td><p class="s13">0.6</p></td><td><p class="s13">1.4</p></td></tr></table>
 
<tr><th>d<sub>1</sub></th><th><p class="s13">k</p></th><th><p class="s13">1</p></th><th><p class="s13">d<sub>2</sub></p></th><th><p class="s13">&alpha;</p></th><th><p class="s13">r<sub>1</sub></p></th><th><p class="s13">s<sub>1</sub></p></th><th><p class="s13">s<sub>2</sub></p></th></tr><tr><td><p class="s13">3.0</p></td><td><p class="s13">0.8</p></td><td><p class="s13">2.0</p></td><td><p class="s13">1.5</p></td><td><p class="s13">7.5°</p></td><td><p class="s13">4.0</p></td><td><p class="s13">0.4</p></td><td><p class="s13">1.0</p></td></tr><tr><td><p class="s13">4.0</p></td><td><p class="s13">1.0</p></td><td><p class="s13">2.5</p></td><td><p class="s13">2.0</p></td><td><p class="s13">7.5°</p></td><td><p class="s13">8.0</p></td><td><p class="s13">0.5</p></td><td><p class="s13">1.2</p></td></tr><tr><td><p class="s13">5.0</p></td><td><p class="s13">1.2</p></td><td><p class="s13">3.0</p></td><td><p class="s13">2.5</p></td><td><p class="s13">10°</p></td><td><p class="s13">12.0</p></td><td><p class="s13">0.6</p></td><td><p class="s13">1.4</p></td></tr></table>
  
==== Braze Alloy Clad Contact Rivets====
+
====Lotplattierte Kontaktniete====
For special cases, especially high surrounding temperatures with high thermal and mechanical stresses during switching operations, a full metallurgical bond between the contact rivet and the contact carrier may be required to prevent a loosening of the connection and early failures of the device. To accomplish this superior bond a thin layer of brazing alloy is added to the underside of the head and the rivet shank. During assembly a thermal treatment is added after the mechanical staking.
+
In Sonderfällen, bei hohen Umgebungstemperaturen und starker thermischer
 +
und mechanischer Beanspruchung im Schaltbetrieb, ist eine stoffschlüssige
 +
Verbindung zwischen Kontaktniet und Trägerwerkstoff erforderlich, um eine
 +
Lockerung der Verbindung und dadurch einen frühzeitigen Ausfall des Schaltgerätes
 +
zu vermeiden. Dabei werden die Unterseite des Nietkopfes und der
 +
Nietschaft mit einer dünnen Lotschicht plattiert. In den Fertigungsablauf wird
 +
dann nach dem Einnieten noch eine Wärmebehandlung integriert.
  
====Contact Rivets with Brazed Contact Material Layers====
+
====Kontaktniete mit gelöteter Kontaktauflage====
For certain applications contact rivets with non-ductile or brittle materials such as tungsten, silver–tungsten, or silver–graphite are required. Rivets with these contact materials can only be fabricated by brazing. Small round tips are brazed to pre-fabricated copper or steel bases using special brazing alloys in a reducing atmosphere.
+
Für bestimmte Anwendungen werden Kontaktniete mit Kontaktauflagen vor
 +
allem aus Wolfram, aber auch Silber-Wolfram sowie Silber-Grafit und ähnlichen
 +
spröden, nicht ausreichend verformbaren Werkstoffen benötigt. Solche
 +
Kontaktniete sind nur in gelöteter Ausführung herstellbar. Dabei werden die
 +
Kontaktauflagen in Rondenform mit speziellem Hartlot unter Schutzgas auf
 +
vorgefertigte Sockel aus Kupfer oder Eisen aufgelötet.
  
=== Contact Tips===
+
===Kontaktplättchen und -formteile===
Flat or formed contact tips, welded or brazed to contact carriers, are frequently used in switching devices for higher power technology. Depending on the contact material and specified shapes these tips are produced by various manufacturing processes. The most frequently used ones are:
+
In Schaltgeräten der Energietechnik werden häufig Kontaktplättchen oder
 +
-formteile eingesetzt, die meist durch Löten oder Schweißen auf Kontaktträger
 +
aufgebracht werden. Die Plättchen und Formteile werden je nach Kontaktwerkstoff
 +
nach unterschiedlichen Verfahren hergestellt. Die am häufigsten
 +
verwendeten Fertigungsverfahren sind:
  
*Stamping from strips and profiles
+
*Stanzen aus Bändern, Streifen und Profilen
*Cutting from extruded rods
+
*Trennen aus stranggepressten Stangen
*Pressing, Sintering, and Infiltrating
+
*Pressen, Sintern und Tränken
*Pressing, Sintering, and Re-Pressing
+
*Pressen, Sintern und Nachpressen
*Pressing and Sintering
+
*Pressen und Sintern
  
For stamping sufficiently ductile semi-finished materials are needed. These are mainly silver, silver–alloys, silver–nickel, silver–metal oxide, and silver–graphite (with graphite particle orientation parallel to the switching surface). Silver–metal oxides and silver–graphite need an additional well brazable or weldable silver layer on the underside which can be bonded to the bulk of the contact material by various processes. To further facilitate the final attachment process strips and profiles are often coated on the brazing underside with an additional thin layer of brazing alloy such as L-Ag 15P (CP 102 or BCuP-5).
+
Das Stanzen von Kontaktplättchen setzt ausreichend duktiles Kontakthalbzeug
For Ag/C with the graphite orientation perpendicular to the switching surface the brazable underside is produced by cutting tips from extruded rods and burning out graphite in a defined thickness.
+
voraus, z.B. Silber, Silber-Legierungen, Silber-Nickel, Silber-Metalloxid und
 +
Silber-Grafit (mit Grafit-Fasern parallel zur Schaltfläche). Plättchen aus Silber-
 +
Metalloxid und Silber-Grafit benötigen für das Aufbringen auf Trägerteile
 +
zusätzlich eine gut löt-und schweißbare Silber-Unterschicht, die bei der
 +
Halbzeugfertigung nach unterschiedlichen Verfahren erzeugt wird. Um den
 +
Fügevorgang möglichst rationell zu gestalten, werden Bänder und Profile auf der
 +
Rückseite häufig mit einer geeigneten Lotschicht, z.B. L-Ag15P beschichtet.
 +
Bei Silber-Grafit mit Grafit-Fasern senkrecht zur Schaltfläche werden die
 +
Plättchen aus stranggepressten Stangen scheibenförmig getrennt und durch
 +
einen nachfolgenden Entkohlungsvorgang die löt- und schweißbare Ag-
 +
Unterseite erzeugt.
  
The press-sinter-infiltrate process (PSI) is used mainly for Ag/W and Cu/W material tips with tungsten contents of > 50 wt%. A silver or copper surplus on the underside of the tip later facilitates the brazing or welding during final assembly.
+
Das Press-Sinter-Tränkverfahren wird bei der Herstellung von Formteilen z.B.
 +
aus Silber-Wolfram und Kupfer-Wolfram angewandt, wenn der Wolframanteil
 +
> 50 Massen-% beträgt. Der Silber- bzw. Kupferüberschuss auf der Unterseite
 +
der Formteile erleichtert das nachfolgende Löten oder Schweißen.
  
The press–sinter–re-press method (PSR) allows the economic manufacturing of shaped contact parts with silver or copper contents > 70 wt%. This process also alloys parts pressed in two layers, with the upper being the contact material and the bottom side consisting of pure Ag or Cu to support easy attachment.
+
Die Press-Sinter-Nachpresstechnik ermöglicht die Herstellung von Formteilen
 +
mit Silber- oder Kupferanteilen > 70 Massen-%. Nach diesem Verfahren können
 +
auch Teile aus zwei Schichten hergestellt werden, wobei die obere Schicht zur
 +
Kontaktgabe dient und die untere Schicht den Fügevorgang unterstützt.
  
Press–sinter processes are limited to smaller Ag/W contact tips with a Ag content of approximately 65 wt%.
+
Die Press-Sintertechnik ist auf die Herstellung von Silber-Wolfram-Teilen mit
 +
kleinen Abmessungen und einem Ag-Anteil von ca. 65 Massen-% begrenzt.
  
*Contact materials <br /> Ag, AgNi 0,15 (ARGODUR Spezial), AgCu, AgCuNi (ARGODUR 27), Ag/Ni (SINIDUR), Ag/CdO (DODURIT CdO), Ag/SnO<sub>2</sub> (SISTADOX), Ag/ZnO (DODURIT ZnO), Ag/C (GRAPHOR), Ag/W (SIWODUR), Ag/WC (SIWODUR C), Ag/WC/C (SIWODUR C/C), Ag/Mo (SILMODUR), Cu/W (CUWODUR)<br />
+
*Kontaktwerkstoffe <br /> Ag, AgNi 0,15 (ARGODUR Spezial), AgCu, AgCuNi (ARGODUR 27), Ag/Ni (SINIDUR), Ag/CdO (DODURIT CdO), Ag/SnO<sub>2</sub> (SISTADOX), Ag/ZnO (DODURIT ZnO), Ag/C (GRAPHOR), Ag/W (SIWODUR), Ag/WC (SIWODUR C), Ag/WC/C (SIWODUR C/C), Ag/Mo (SILMODUR), Cu/W (CUWODUR)<br />
  
*Typical contact shapes of tips and formed contact parts <xr id="fig:Typical_contact_shapes_of_tips_and_formed_contact_parts"/>
+
*Typische Kontaktformen für Plättchen und Formteile <xr id="fig:Typical_contact_shapes_of_tips_and_formed_contact_parts"/>
 
<figure id="fig:Typical_contact_shapes_of_tips_and_formed_contact_parts">
 
<figure id="fig:Typical_contact_shapes_of_tips_and_formed_contact_parts">
[[File:Typical_contact_shapes_of_tips_and_formed_contact_parts.jpg|right|thumb|Typical contact shapes of tips and formed contact parts]]
+
[[File:Typical_contact_shapes_of_tips_and_formed_contact_parts.jpg|right|thumb|Typische Kontaktformen für Plättchen und Formteile]]
 
</figure>
 
</figure>
*Dimensional ranges<br />Attachment Method: Welding <br />Bonding Area: approx. 5 – 25 mm<sup>2</sup><br />Attachment Method: Brazing <br />Bonding Area: > 25 mm<sup>2</sup> <br />
+
*Abmessungsbereiche<br />Attachment Method: Welding <br />Bonding Area: approx. 5 – 25 mm<sup>2</sup><br />Attachment Method: Brazing <br />Bonding Area: > 25 mm<sup>2</sup> <br />
  
Because of the wide variety of shapes of contact tips and formed contact parts the user and manufacturer usually develop special parts specific agreements on quality and tolerances.
+
Aufgrund der großen Vielfalt von Ausführungsformen von Kontaktplättchen und
 +
-formteilen werden hinsichtlich der Qualitätsmerkmale und Maßtoleranzen meist
 +
gesonderte Vereinbarungen zwischen Hersteller und Anwender getroffen.
  
===Weld Buttons===
+
===Aufschweißkontakte===
  
For contacts used at higher temperatures, such as for example in controls for stove tops, the use of contact rivets or the direct welding of silver based contact materials on steel or thermo-bimetal carriers is usually not feasible. For such applications weld buttons are suitable contact components.
+
Bei Kontaktstellen, die erhöhten Umgebungstemperaturen ausgesetzt sind, z.B.
 +
in Reglern für Kochplatten, ist die Verwendung von Kontaktnieten oder das
 +
direkte Aufschweißen von silberhaltigem Kontaktmaterial auf Träger aus Eisen
 +
oder Thermobimetall aus verbindungstechnischen Gründen nicht möglich. Für
 +
derartige Anwendungsfälle eignen sich Aufschweißkontakte.
  
Weld buttons are round or rectangular tips manufactured from clad contact bimetal or in some cases tri-metal semi-finished materials. The surface layer is produced from the specified contact material, the bottom weldable layer from a material with higher electrical resistivity such as steel, nickel, or for example a copper-nickel alloy. For precious metal savings a third high conductive layer of copper may be inserted between the contact material and weld backing. To improve the welding process the underside often has an embossed pattern with one or more weld projections.
+
Aufschweißkontakte sind runde oder viereckige Plättchen aus Kontaktbimetall
 +
oder für spezielle Anwendungsfälle aus -trimetall, wobei die Oberseite aus dem
 +
gewünschten edelmetallhaltigen Kontaktwerkstoff, die Unterseite aus einem gut
 +
schweißbaren Werkstoff mit hohem spezifischem elektrischen Widerstand, z.B.
 +
Eisen, Nickel, Kupfer-Nickel-Legierungen u.a. besteht. Zur Verbesserung des
 +
Schweißvorgangs sind auf der Unterseite der Aufschweißkontakte üblicherweise
 +
eine oder mehrere Schweißwarzen angeprägt.
  
The manufacturing of weld buttons from bi– or tri–metal strip requires a ductile contact material. Weld buttons with tungsten contact layers are therefore produced by brazing of tungsten discs to a weldable pre-formed base.
+
Die Herstellung der Aufschweißkontakte aus Kontaktbimetall setzt einen ausreichend
 +
duktilen Kontaktwerkstoff voraus. Aufschweißkontakte mit Wolfram-
 +
Auflage werden daher durch Löten der Wolfram-Plättchen auf die schweißbare
 +
Unterseite hergestellt.
  
*Typical contact forms of weld buttons <xr id="fig:Typical_contact_forms_of_weld_buttons"/>
+
*Typische Kontaktformen für Aufschweißkontakte <xr id="fig:Typical_contact_forms_of_weld_buttons"/>
 
<figure id="fig:Typical_contact_forms_of_weld_buttons">
 
<figure id="fig:Typical_contact_forms_of_weld_buttons">
[[File:Typical_contact_forms_of_weld_buttons.jpg|right|thumb|Typical contact forms of weld buttons]]
+
[[File:Typical_contact_forms_of_weld_buttons.jpg|right|thumb|Typische Kontaktformen für Aufschweißkontakte]]
 
</figure>
 
</figure>
*Contact materials <br /> Ag, AgNi 0,15 (ARGODUR-Spezial), AgCu, AgCuNi (ARGODUR 27), Ag/Ni (SINIDUR), Ag/CdO (DODURIT CdO), Ag/SnO<sub>2</sub> (SISTADOX), Ag/ZnO (DODURIT ZnO) <br />
+
*Kontaktwerkstoffe <br /> Ag, AgNi 0,15 (ARGODUR-Spezial), AgCu, AgCuNi (ARGODUR 27), Ag/Ni (SINIDUR), Ag/CdO (DODURIT CdO), Ag/SnO<sub>2</sub> (SISTADOX), Ag/ZnO (DODURIT ZnO) <br />
  
*Carrier materials <br />Ni, Fe, CuNi, CuNiZn et.al.<br />
+
*Basiswerkstoffe<br />Ni, Fe, CuNi, CuNiZn u.a<br />
  
*Dimensional Ranges <xr id="fig:13neuDimensional -Ranges"/>
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*Abmessungsbereiche <xr id="fig:13neuDimensional -Ranges"/>
 
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[[File:13neuDimensional -Ranges.jpg|right|thumb|Dimensional Ranges]]
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[[File:13neuDimensional -Ranges.jpg|right|thumb|Abmessungsbereiche]]
 
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*Quality criteria of standard weld buttons <xr id="fig:16Quality_criteria_-of_standard_weld_-buttonsneu"/>
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*Qualitätsmerkmale für Aufschweißkontakte in Standardausführung <xr id="fig:16Quality_criteria_-of_standard_weld_-buttonsneu"/>
 
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Revision as of 13:09, 24 September 2014

Zu den Einzelkontakten sind vor allem Kontaktniete, -plättchen bzw. -formteile sowie Aufschweißkontakte zu zählen. Kontaktkugeln haben aus wirtschaftlichen Gründen heute kaum noch Bedeutung.

Kontaktniete

Massive Kontaktniete

Massive Kontaktniete stellen die ältesten und gebräuchlichsten Kontaktteile dar. Ihre Herstellung setzt einen ausreichend verformbaren Kontaktwerkstoff voraus und erfolgt überwiegend auf Spezialmaschinen abfallfrei und vollautomatisch. Der Draht aus Kontaktmaterial wird dabei in Abschnitte getrennt und daraus durch Pressen und Hämmern der Nietkopf geformt. Auf diese Weise können Kontaktniete je nach Anwendung mit flacher, kuppiger, runder oder spitzer Kopfform hergestellt werden.

Typische Kontaktformen für massive Kontakte
  • Typische Kontaktformen für massive Kontakte Figure 1
  • Kontaktwerkstoffe
    Au-, AgPd-, PdCu-Alloys, Ag, AgNi 0,15 (ARGODUR-Spezial), AgCu, AgCuNi (ARGODUR 27), Ag/Ni (SINIDUR), Ag/CdO (DODURIT CdO), Ag/SnO2 SISTADOX), Ag/ZnO (DODURIT ZnO),Ag/C 97/3*, Cu
    * in der Dimensionierung stark eingeschränkt
  • Abmessungsbereiche Figure 2
    Die jeweiligen Merkmale können nicht unabhängig von einander gewählt werden. Sie hängen vor allem von der Verformbarkeit des gewünschten Kontaktwerkstoffes ab. Vor der Festlegung der Abmessungen empfiehlt sich daher die Rücksprache mit dem Hersteller.
Abmessungsbereiche
  • Qualitätsmerkmale und Toleranzen Figure 3
Qualitaetsmerkmale und Toleranzen

Merkmale

Form A Form B Form C

Rundkopf Trapezkopf bombiert Trapezkopf, flach

Prüfmittelvorschlag

a) Kopfdurchmesser d1 [mm]

d1< 4 + 0,06 Bei optischer Messung ohne

d1> 4 - 0,06 Berücksichtigung Radius

Auflagekante R3

Projektor,

Messmikroskop

b) Kopfhöhe

k [mm]

d1< 4 + 0,03

d1> 4 + 0,08

Mikrometer, Messuhr

c) Schaftdurchmesser d2 [mm]

d2< 2 - 0,06

d2> 2 - 0,08

Mikrometer

d) Schaftlänge [mm]

+ 0,15

Mikrometer,

Messuhr, Projektor,

e) Radius Mitte

Kontaktfläche

R1 [mm]

Form A und B: innerhalb der Kopfhöhentoleranz

Form C: Zulässige Planheitsabweichung: konvex: innerhalb der Kopfhöhentoleranz

konkav: 0.005 d1

Projektor

Projektorschablone, Radiuslehre, Messuhr, Projektor

f) Radius Rand Kontaktfläche R2 [mm]

Form A: gleichmäßiger Übergang auf R1

Form B: 1.5 R2 zulässig

Form C: <0,1d1

Profilschablone, Projektor,

Radiuslehre

g) Radius

R3 und R5 [mm]

leicht gerundet zulässig

Projektor

h) Übergangsradius Auflagefläche Schaft R4 [mm]

d2 < 2 R4 < 0,08 pg.1 d2 > 2 R4 < 0,1

d2 > 3 R4 < 0,2

Projektor im Zweifel: Schliff

i) Zul. Abweichung von

der Zylinderform

max. 7° 30’: or d2 < l, l > 0,7 mm und k < 0,6 d1.

max. 15°: alle übrigen Niete

Projektor

k) Achsabweichung Kopf/Schaft [mm]

d1 < 4 0,15

d1 > 4 0,2

allgem.: ca. 70% der zulässigen Abweichung nach

per DIN 46240

Projektor Rundlaufprüfgerät

Plattierte Kontaktnietes

Plattierte Niete (Bimetall- oder Trimetallniete), bei denen nur ein Teil des Nietkopfes (Bimetallniet) bzw. auch des Schaftes (Trimetallniet) aus Kontaktmaterial besteht (Rest aus Kupfer), ersetzen aus wirtschaftlichen Gründen ab einem bestimmten, von der jeweiligen Edelmetallnotierung abhängigen Volumen, massive Kontakte. Bi- bzw. Trimetallniete werden ebenfalls vollautomatisch und abfalllos aus Draht hergestellt, wobei zwischen zwei Verfahren unterschieden wird.

Bei der Herstellung durch Kaltpressschweißen entsteht die Verbindung ohne äußere Wärmezufuhr durch hohe plastische Verformung der stirnseitig gegeneinander gepressten Drahtabschnitte aus dem duktilen Kontaktwerkstoff und

dem Trägerwerkstoff Kupfer (Figure 4.

Kaltpressschweißen von Bimetallnieten (schematisch)

). Die Presskraft muss so hoch sein, dass

sich die Gitterbausteine der beiden Metalle auf Abstände von wenigen Atomradien annähern und so die anziehenden Kräfte zwischen den Atomen wirksam werden. Daher ist bei diesem Herstellungsverfahren auf die Einhaltung eines Kopf-Schaftverhältnisses von 2:1 zu achten.

Beim Warmpressschweißen wird die erforderliche Wärme durch kurzzeitigen

Stromfluss erzeugt (Figure 5 .

Warmpressschweißen von Bimetallnieten (schematisch)

). In der Stromenge zwischen Kontaktwerkstoff und

Trägerwerkstoff entsteht dabei im Falle der Kombination Ag mit Cu eine schmelzflüssige eutektische Silber-Kupfer-Legierung. Bei Verwendung metalloxidhaltiger Kontaktwerkstoffe haben die in der Schmelze unlöslichen Oxidpartikel die Neigung flächenhaft zu koagulieren, wodurch die mechanische Festigkeit der Verbindung stark herabgesetzt wird. Daher erfolgt für diese Werkstoffgruppe die Herstellung der Niete durch Kaltpressschweißen. Die beim Kaltpressschweißen erforderliche hohe Oberflächenvergrößerung kann beim Warmpressschweißen verringert werden bzw. entfallen, so dass das Kopf-/Schaft-Verhältnis von 2:1 unterschritten werden kann.

Bimetallniete mit Kontaktauflagen aus AgPd sowie Legierungen auf Au-, Pdund Pt-Basis können aufgrund ihres gegenüber dem Sockelwerkstoff Kupfer stark unterschiedlichen Verfestigungsverhaltens und den meist kleinen Abmessungen nicht von Draht ausgehend hergestellt werden. Ausgangsmaterial für die Herstellung solcher Kontaktniete ist Kontaktbimetallband, aus dem die Niete in mehreren Stufen geformt und schließlich ausgestanzt werden. Ähnliche Fertigungsabläufe werden auch bei Kontaktnieten mit Kopfdurchmesser > 8 mm und silberhaltigen Kontaktauflagen angewandt.

  • Typische Kontaktformen für Bimetallniete Figure 6
Typische Kontaktformen für Bimetallniete
  • Kontaktwerkstoffe
    Ag, AgNi 0,15 (ARGODUR), AgCu, AgCuNi (ARGODUR 27), Ag/Ni (SINIDUR), Ag/CdO (DODURIT CDO), Ag/SnO2 (SISTADOX), Ag/ZnO (DODURIT ZNO)
  • Trägerwerkstoffe
    Cu
  • Abmessungsbereiche Figure 7
    Die jeweiligen Merkmale können nicht unabhängig von einander gewählt werden.

Sie hängen vor allem von der Verformbarkeit des gewünschten Kontaktwerkstoffes ab. Vor der Festlegung der Abmessungen empfiehlt sich daher die Rücksprache mit dem Hersteller.

Abmessungsbereiche
  • Qualitätsmerkmale und Toleranzen Figure 8
Qualitätsmerkmale und Toleranzen

Criteria

Form B Form C

Trapezoidal head, Trapezoidal head radiused flat

Suggested test

equipment

a) Head diameter

d1 [mm]

During optical measurement disregard corner radius R3 + 0.1

Comparator, measu-

ring microscpope

b) Head thickness

k [mm]

+ 0.1

Micrometer,

Dial indicator

c) Shank diameter

d2 [mm]

Deviation from roundness and conical shape of

shank only within allowed diameter tolerance d2 < 1.5 - 0.08

d2 > 1.5 - 0.1

Micrometer

d) Shank length l

[mm]

+ 0.15

Micrometer, Dial indicator, Comparator

e) Radius at center

of contact surface

R1 [mm]

Form B: + 10%, but not below

+ 0.5 mm

Form C: Allowable deviation from flatness: convex: within head thickness tolerance concave: 0.005 d1

Comparator, Comparator template, Radius gage, Profile template

f) Radius at edge

of contact surface

R2 [mm]

per DIN 46240: Form B and C max. 0.5 without DIN:max. 1

Profile template,

Comparator, Radius gage

g) Radii

R3 and R5 [mm]

Sligth rounding allowed

Comparator

h) Transition radius

head underside to shank R4 [mm]

d2 < 2 R4 < 0.08 d2 > 2 R4 < 0.1 d2 > 3 R4 < 0.2

Comparator, if in doubt: micro-section

i) Allowed deviation from cylindrical shape

d1 < 4 up to 7°30’ + 2°30’

d1 > 4 up to 10° + 5°

Comparator, Measu- ring microscope, if in doubt: microsection

k) Concentricity bet-

ween head and shank center line [mm]

5% of d1

Comparator,

Measuring microscope, Special turn fixture

l) Contact layer

thickness [mm]

In center area of 0.5 d1 s> nominal thickness

Remaining head area must be covered

Measuring micros- cope, Microsection

  • Typische Kontaktformen für Trimetallniete Figure 9
Typische Kontaktformen für Trimetallniete
  • Kontaktwerkstoffe
    Ag, AgNi 0,15 (ARGODUR), AgCu, AgCuNi (ARGODUR 27), Ag/Ni (SINIDUR), Ag/CdO (DODURIT CDO), Ag/SnO (SISTADOX), Ag/ZnO (DODURIT ZNO)
  • Trägerwerkstoffe
    Cu
  • Abmessungsbereiche Figure 10
Abmessungsbereiche
  • Standardwerte für Nietabmessungen
d1

k

1

d2

α

r1

s1

s2

3.0

0.8

2.0

1.5

7.5°

4.0

0.4

1.0

4.0

1.0

2.5

2.0

7.5°

8.0

0.5

1.2

5.0

1.2

3.0

2.5

10°

12.0

0.6

1.4

Lotplattierte Kontaktniete

In Sonderfällen, bei hohen Umgebungstemperaturen und starker thermischer und mechanischer Beanspruchung im Schaltbetrieb, ist eine stoffschlüssige Verbindung zwischen Kontaktniet und Trägerwerkstoff erforderlich, um eine Lockerung der Verbindung und dadurch einen frühzeitigen Ausfall des Schaltgerätes zu vermeiden. Dabei werden die Unterseite des Nietkopfes und der Nietschaft mit einer dünnen Lotschicht plattiert. In den Fertigungsablauf wird dann nach dem Einnieten noch eine Wärmebehandlung integriert.

Kontaktniete mit gelöteter Kontaktauflage

Für bestimmte Anwendungen werden Kontaktniete mit Kontaktauflagen vor allem aus Wolfram, aber auch Silber-Wolfram sowie Silber-Grafit und ähnlichen spröden, nicht ausreichend verformbaren Werkstoffen benötigt. Solche Kontaktniete sind nur in gelöteter Ausführung herstellbar. Dabei werden die Kontaktauflagen in Rondenform mit speziellem Hartlot unter Schutzgas auf vorgefertigte Sockel aus Kupfer oder Eisen aufgelötet.

Kontaktplättchen und -formteile

In Schaltgeräten der Energietechnik werden häufig Kontaktplättchen oder -formteile eingesetzt, die meist durch Löten oder Schweißen auf Kontaktträger aufgebracht werden. Die Plättchen und Formteile werden je nach Kontaktwerkstoff nach unterschiedlichen Verfahren hergestellt. Die am häufigsten verwendeten Fertigungsverfahren sind:

  • Stanzen aus Bändern, Streifen und Profilen
  • Trennen aus stranggepressten Stangen
  • Pressen, Sintern und Tränken
  • Pressen, Sintern und Nachpressen
  • Pressen und Sintern

Das Stanzen von Kontaktplättchen setzt ausreichend duktiles Kontakthalbzeug voraus, z.B. Silber, Silber-Legierungen, Silber-Nickel, Silber-Metalloxid und Silber-Grafit (mit Grafit-Fasern parallel zur Schaltfläche). Plättchen aus Silber- Metalloxid und Silber-Grafit benötigen für das Aufbringen auf Trägerteile zusätzlich eine gut löt-und schweißbare Silber-Unterschicht, die bei der Halbzeugfertigung nach unterschiedlichen Verfahren erzeugt wird. Um den Fügevorgang möglichst rationell zu gestalten, werden Bänder und Profile auf der Rückseite häufig mit einer geeigneten Lotschicht, z.B. L-Ag15P beschichtet. Bei Silber-Grafit mit Grafit-Fasern senkrecht zur Schaltfläche werden die Plättchen aus stranggepressten Stangen scheibenförmig getrennt und durch einen nachfolgenden Entkohlungsvorgang die löt- und schweißbare Ag- Unterseite erzeugt.

Das Press-Sinter-Tränkverfahren wird bei der Herstellung von Formteilen z.B. aus Silber-Wolfram und Kupfer-Wolfram angewandt, wenn der Wolframanteil > 50 Massen-% beträgt. Der Silber- bzw. Kupferüberschuss auf der Unterseite der Formteile erleichtert das nachfolgende Löten oder Schweißen.

Die Press-Sinter-Nachpresstechnik ermöglicht die Herstellung von Formteilen mit Silber- oder Kupferanteilen > 70 Massen-%. Nach diesem Verfahren können auch Teile aus zwei Schichten hergestellt werden, wobei die obere Schicht zur Kontaktgabe dient und die untere Schicht den Fügevorgang unterstützt.

Die Press-Sintertechnik ist auf die Herstellung von Silber-Wolfram-Teilen mit kleinen Abmessungen und einem Ag-Anteil von ca. 65 Massen-% begrenzt.

  • Kontaktwerkstoffe
    Ag, AgNi 0,15 (ARGODUR Spezial), AgCu, AgCuNi (ARGODUR 27), Ag/Ni (SINIDUR), Ag/CdO (DODURIT CdO), Ag/SnO2 (SISTADOX), Ag/ZnO (DODURIT ZnO), Ag/C (GRAPHOR), Ag/W (SIWODUR), Ag/WC (SIWODUR C), Ag/WC/C (SIWODUR C/C), Ag/Mo (SILMODUR), Cu/W (CUWODUR)
  • Typische Kontaktformen für Plättchen und Formteile Figure 11
Typische Kontaktformen für Plättchen und Formteile
  • Abmessungsbereiche
    Attachment Method: Welding
    Bonding Area: approx. 5 – 25 mm2
    Attachment Method: Brazing
    Bonding Area: > 25 mm2

Aufgrund der großen Vielfalt von Ausführungsformen von Kontaktplättchen und -formteilen werden hinsichtlich der Qualitätsmerkmale und Maßtoleranzen meist gesonderte Vereinbarungen zwischen Hersteller und Anwender getroffen.

Aufschweißkontakte

Bei Kontaktstellen, die erhöhten Umgebungstemperaturen ausgesetzt sind, z.B. in Reglern für Kochplatten, ist die Verwendung von Kontaktnieten oder das direkte Aufschweißen von silberhaltigem Kontaktmaterial auf Träger aus Eisen oder Thermobimetall aus verbindungstechnischen Gründen nicht möglich. Für derartige Anwendungsfälle eignen sich Aufschweißkontakte.

Aufschweißkontakte sind runde oder viereckige Plättchen aus Kontaktbimetall oder für spezielle Anwendungsfälle aus -trimetall, wobei die Oberseite aus dem gewünschten edelmetallhaltigen Kontaktwerkstoff, die Unterseite aus einem gut schweißbaren Werkstoff mit hohem spezifischem elektrischen Widerstand, z.B. Eisen, Nickel, Kupfer-Nickel-Legierungen u.a. besteht. Zur Verbesserung des Schweißvorgangs sind auf der Unterseite der Aufschweißkontakte üblicherweise eine oder mehrere Schweißwarzen angeprägt.

Die Herstellung der Aufschweißkontakte aus Kontaktbimetall setzt einen ausreichend duktilen Kontaktwerkstoff voraus. Aufschweißkontakte mit Wolfram- Auflage werden daher durch Löten der Wolfram-Plättchen auf die schweißbare Unterseite hergestellt.

  • Typische Kontaktformen für Aufschweißkontakte Figure 12
Typische Kontaktformen für Aufschweißkontakte
  • Kontaktwerkstoffe
    Ag, AgNi 0,15 (ARGODUR-Spezial), AgCu, AgCuNi (ARGODUR 27), Ag/Ni (SINIDUR), Ag/CdO (DODURIT CdO), Ag/SnO2 (SISTADOX), Ag/ZnO (DODURIT ZnO)
  • Basiswerkstoffe
    Ni, Fe, CuNi, CuNiZn u.a
  • Abmessungsbereiche Figure 13
Abmessungsbereiche
  • Qualitätsmerkmale für Aufschweißkontakte in Standardausführung Figure 14
Qualitätsmerkmale für Aufschweißkontakte in Standardausführung

Referenzen

Referenzen