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Das Schaltverhalten gelöteter und geschweißter Kontaktteile hängt maßgebend
von der Qualität der Verbindung zwischen Kontaktauflage und Träger ab. Das
geforderte hohe Qualitätsniveau wird mittels optischer Prüfsysteme, durch kontinuierliche
Überwachung der relevanten Prozessparameter sowie durch
stichprobenartige Prüfungen gewährleistet.
===Lötverbindungen===
Trotz optimierter Lötbedingungen lassen sich Benetzungsfehler nicht gänzlich
vermeiden. Diese Benetzungsfehler sind häufig auf Lunkerstellen zurückzuführen,
die durch Flussmitteleinschlüsse in der Lötzone verursacht werden.
Je nach Form und Größe der zu verbindenden Flächen liegen erfahrungsgemäß
die Bindungsanteile zwischen 65% und 90%. Beim praktischen Einsatz in
Schaltgeräten kann eine Lötverbindung mit einem Benetzungsanteil von 80% als
gut bis sehr gut bezeichnet werden, wenn die einzelnen Lunkerstellen höchstens
5% der Lötfläche betragen. Häufig werden auch Benetzungsanteile >90%
und Lunkerstellen <3% der Lötfläche erreicht.
Eine Aussage über die Qualität einer Lötstelle kann sowohl durch zerstörende
als auch durch zerstörungsfreie Prüfung gewonnen werden.
====Zerstörende Prüfung====
Die zerstörende Prüfung, die stichprobenweise durchgeführt wird, lässt sich
häufig mit einfachen Mitteln ausführen:
*Ablötprobe <br />Dabei wird die Kontaktauflage durch langsames Erwärmen bei gleichzeitiger
Aufbringung von Kräften, die senkrecht zur Schaltfläche der Kontaktstücke
angreifen, vom Kontakträger abgehoben. Danach kann man erkennen, welche
Bereiche der Lötfläche vom Lot benetzt waren und bei welchen - sichtbar an der
Verfärbung der Flussmittelreste oder infolge Oxidbildung auf dem unedlen
Trägerteil - keine stoffschlüssige Verbindung vorgelegen hat.<br />
*Abfräsprobe <br />Hierbei wird die Kontaktauflage so weit abgefräst, bis die Lötzone sichtbar wird.<br />
*Sägeschnitte <br />Bei dieser Prüfmethode wird in die Kontaktauflage kreuzweise ein Raster von
Sägeschnitten gelegt. Bezirke, die nicht stoffschlüssig verbunden waren, fallen
dann heraus.<br />
*Metallographischer Schliff <br />Aus einem metallographischen Schliff senkrecht zur Lötfläche können ebenfalls Benetzungsfehler festgestellt werden, wobei jedoch nur die Schnittebene erfasst wird
<xr id="fig:CdO tip on Cu carrier"/><!--(Fig. 3.14)-->. Darüberhinaus lassen sich aus dem Gefügebild Rückschlüsse auf
Löttemperatur und Lötzeit ableiten.
<figure id="fig:CdO tip on Cu carrier">
[[File:CdO tip on Cu carrier.jpg|right|thumb|Lötverbindung mit Lunkerstellen Ag/CdO-Plättchen auf Cu-Träger]]
</figure>
*Scherkraftprüfung <br />Bei dieser Prüfmethode wird die Kontaktauflage vom Träger abgeschert, wobei die
erreichte Scherkraft ein Maß für die Güte der Lötung darstellt. Diese Prüfung lässt sich
besonders gut bei harten und spröden Auflagen, z.B. aus Wolfram ausführen.<br />
====Zerstörungsfreie Prüfung====
Die zerstörungsfreie Prüfung der Löt- oder Schweißverbindung setzt i.d.R. aufwändige
Prüfsysteme voraus. Außerdem lassen sich diese Prüfungen nicht an beliebig geformten
Teilen durchführen. Als Prüfverfahren werden hauptsächlich die Ultraschallprüfung
und die Röntgenstrahlprüfung angewandt.
*Ultraschallprüfung <br />Die Ultraschallprüfung beruht auf der Erfassung von Störungen bei der Ausbreitung von Schallwellen in unterschiedlichen Medien. Moderne, bildgebende Ultraschallprüfsysteme mit extrem hoher Auflösung ermöglichen auch kleinste Fehlerstellen (<0,5 mm Durchm.) anzuzeigen. Die einzelnen Fehlerstellen werden summiert und der prozentuale Anteil benetzter Flächen im Vergleich zur gesamten Lötfläche angegeben.
<xr id="fig:Ultrasound print-out of braze joints"/><!--(Fig. 3.15)--> gibt am Beispiel einer Lötverbindung zwischen Ag/SnO<sub>2</sub> 88/12-Kontaktauflage und Cu-Träger eine Aussage über Lage und Größe der Fehlerstellen sowie die
jeweils erreichte Lötqualität.
<figure id="fig:Ultrasound print-out of braze joints">
[[File:Ultrasound print-out of braze joints.jpg|right|thumb|Ultraschallbild von Lötverbindungen (Ag/SnO<sub>2</sub> 88/12 - Plättchen auf Cu- Träger) mit unterschiedlichem Benetzungsgrad. Dunkle Stellen = Lunkerstellen]]
</figure>
*Röntgenstrahlprüfung <br />Als weitere Prüfmethode für die Qualität einer Löt- oder Schweißverbindung
dient die Untersuchung mittels Röntgenstrahlen. Mit Hilfe von Feinfokusröhren
gelingt es, eine ausreichende Bildschärfe zu erreichen. Allerdings darf die Dicke
des Prüflings verglichen mit der Fehlerstelle nicht zu groß sein. Die kostenintensive
Röntgenprüfung findet in der Kontakttechnik allerdings nur in geringem
Maße Anwendung.<br />
===Schweißverbindungen===
Da geschweißte Kontaktteile in sehr großen Stückzahlen gefertigt werden, ist
auf eine hohe Qualität der Schweißverbindung besonders zu achten, zumal im
Schaltbetrieb die Fügestellen u.U. hohen mechanischen und thermischen
Beanspruchungen ausgesetzt sind. Grundsätzlich ist die Qualität einer
Schweißverbindung sowohl prozess- als auch werkstoffabhängig.
Trotz der Möglichkeit, die relevanten Schweißparameter, wie Schweißstrom, -
spannung, -leistung, zu überwachen, sind zur Prozesskontrolle fertigungsbegleitende
Prüfungen an geschweißten Teilen unerlässlich.
Ein wichtiges, verhältnismäßig einfach zu ermittelndes Qualitätsmerkmal einer
Schweißverbindung ist die mechanische Abscherkraft. Wie Untersuchungen an
geschweißten Kontaktteilen im Schaltbetrieb gezeigt haben, ist die Abscherkraft
jedoch nur in Verbindung mit der Größe der verschweißten Fläche aussagekräftig. Als Faustregel gilt: Abscherkraft zu Verbindungsfläche >100 N/mm<sup>2</sup> und verschweißte Fläche >60%, bezogen auf die ursprüngliche Fläche des
Draht- bzw. Profilquerschnitts. Bei kritischen Anwendungsfällen in der Energietechnik,
z. B. extrem hoher Strombelastung oder sehr hoher Schalthäufigkeit, ist
ein besonders hoher Anteil an verschweißter Fläche erforderlich.
In der Serienfertigung wird üblicherweise jede Schweißung in einer Prüfstation,
die in die Fertigungsstraße integriert ist, mit einer vorher festgelegten Mindestabscherkraft
- meist 20% der erreichbaren Abscherkraft - beaufschlagt. Auf
diese Weise können mangelhaft geschweißte oder nicht vorhandene Kontakte
festgestellt und aussortiert werden. Die Überwachung der tatsächlichen
Abscherkraft und die Größe der verschweißten Fläche erfolgt während der
Fertigung nach einer festgelegten Stichprobenentnahme.
<figure id="fig:Ultrasonic picture of a weld">
[[File:Ultrasonic picture of a weld.jpg|right|thumb|Ultraschallbild einer Schweißverbindung, Ag/C-Plättchen auf Cu-Träger (ABB-STOTZ-KONTAKT)]]
</figure>
Neben der Ermittlung der Abscherkraft, die eine zerstörende Prüfung darstellt,
ist auch eine zerstörungsfreie Prüfung der Verbindungsqualität geschweißter
Kontaktteile mit Hilfe von Ultraschall möglich <xr id="fig:Ultrasonic picture of a weld"/><!--(Fig. 3.16)-->.
===Anmerkungen zur Auswahl der Verbindungsverfahren===
In den vorausgegangenen Abschnitten wurde eine Vielzahl von Möglichkeiten
beschrieben, für Kontaktaufgaben konzipierte Bauteile an den gewünschten
Stellen mit Kontaktmaterial zu bestücken. Eine Zuordnung der nach verschiedenen
Verfahren ausgeführten Kontaktbestückung zu den Schaltströmen zeigt
<xr id="fig:Correlation between Contact Joining Methods and Switching Currents"/><!--Tab. 3.2--> Hieraus ist ersichtlich, dass bei gleicher Schaltlast u.U. mehrere
Verbindungsverfahren gewählt werden können. Welches Verfahren letztlich für
einen bestimmten Einsatzfall zum Zuge kommt, hängt von einer Reihe von
Faktoren wie Kontaktwerkstoff, Werkstoffkombination Kontaktauflage-Trägermaterial,
Form der Kontaktteile, Schaltzahl und nicht zuletzt von der benötigten
Stückzahl ab.
Anwendungsbezogen lässt sich festhalten, dass galvanische Beschichtungen
nur für Schaltvorgänge in Trockenstromkreisen geeignet sind. Im unteren bis
mittleren Lastbereich werden sowohl Kontaktniete als auch geschweißte
Kontaktteile eingesetzt. Bei hohen Schaltlasten wird das Löten, insbesondere
das Widerstands- und das Induktionslöten, angewandt. Bei extrem hohen
Schaltlasten, die z.B. bei Hochspannungs-Leistungsschaltern auftreten
können, werden das Abbrenn-Stumpfschweißen, Elektronenstrahl-Schweißen
oder das Kupfer-Angießen als Fügeverfahren eingesetzt.
<figure id="fig:Correlation between Contact Joining Methods and Switching Currents">
[[File:Correlation between Contact Joining Methods and Switching Currents.jpg|right|thumb|Zuordnung der verschiedenen Arten der Kontaktbestückung zu Strombereichen]]
</figure>
==Referenzen==
[[:Technologien_für_die_Herstellung_von_Kontaktteilen#Referenzen|Referenzen]]
[[en:Evaluation_of_Braze_or_Weld_Joints]]
