ARRANGEMENT FOR WELDING A CONTACT PIECE TO A CONTACT SUPPORT

Abstract: 1. Arrangement for welding a contact piece onto a contact carrier (24) for an electrical switch device by means of ultrasound, with a welding anvil (20), a container (22) lying thereon for holding the contact piece carrier, and a sonotrode (14), wherein the welding anvil and the container are traversed by a bore (26) in which the contact material (32) is pressed by means of a piston (30) against the contact piece carrier, characterised in that either a bead-like annular protruberance (34, 40) projecting from the surface of the container (22) opposite the contact piece carrier (24) or a bead-like annular protruberance projecting from the surface of the contact piece carrier (38) opposite the container (22), formed on the container (22) or on the container piece carrier (24, 38) and directly enclosing the bore (26) in the container (22), is provided.

Description: Anordnung zum Aufschweissen eines Kontaktstückes auf einen Kontaktträger Die Erfindung betrifft eine Anordnung zum Aufschweissen eines Kontaktstückes auf einen Kontaktträger für ein elektrisches Schaltgerät mittels Ultraschall, mit einem Schweissamboss, einer darauf aufliegenden Aufnahme zur Halterung des Kontaktträgers, wobei der Schweissamboss und die Aufnahme von einer Öffnung durchdrungen sind, in der das Kontaktmaterial mittels eines Stempels gegen den Kontaktträger gedrückt ist. In der Vergangenheit sind Kontaktstücke auf Kontaktträger entweder aufgelötet oder aufgenietet worden. Bei bestimmten abbrandfesten Materialien, wie zum Beispiel Ag-CdO, Ag-SnO und dergleichen, ist ein Auflöten oder Aufschweissen sehr schwierig, weil derartige Kontaktstückmaterialien eine geringe Löt- und/oder Schweissfähigkeit besitzen. In der Vergangenheit hat man daher zwischen dem Kontaktstück aus den genannten Materialien und dem Kontaktstückträger aus Kupfer eine oder mehrere Zwischenschichten aus Silber oder aus einer Silberlegierung aufgebracht, die die Lötung bzw. Schweissung einerseits am Kupferkontaktstückträger und andererseits am Kontaktstück "vermitteln". Bei den in der Vergangenheit stark angestiegenen Rohstoffpreisen und insbesondere Silberpreisen ist eine derartige Verschweissung aufwendig und teuer. Es ist ein Verfahren zum Verbinden von Kontaktkörpern mit Kontaktträgern bekanntgeworden (DE-AS 15 64 572), bei dem eine Ultraschallschweissung vorgenommen wird. Der Kontaktkörper wird als Rohling dem zugleich als Prägestempel für den Kontakt ausgebildeten Schwinger (Sonotrode) eines Ultraschallschweissgerätes zugeführt und durch die gleichzeitige Einwirkung von erheblichem Druck und Ultraschallschwingungen zu seiner Endform verformt und zugleich mit dem Kontaktträger verschweisst. Es ist ferner bekannt, vergleiche DE-AS 26 42 339, einen Kontaktkörper herzustellen, bei dem ein Kontaktstück durch Schall- bzw. Ultraschallschweissung mit einem Träger'verbunden wird. Dabei werden zwischen dem Kontaktstück und dem Träger im Bereich der Trennebene Partikel eines Schleifpulvers zwischengefügt, die beim Ultraschall-Schweissvorgang die Oberfläche des Kontaktstückes und des Trägers im Verbindungsbereich unregelmässig aufreissen, so dass durch diese Anrauhung der zu verschweissenden Oberflächen eine günstige Beeinflussung des Schweissvorganges und eine Beschleunigung der Kaltschweissung erzielt wird. Bei allen diesen Schweissverfahren besteht das Problem, dass zwischen der den Kontaktträger haltenden Aufnahme und dem Kontaktträger Kontaktstückmaterial seitlich herausfliessen kann, wodurch eine Nachbearbeitung erforderlich werden kann. Aufgabe der Erfindung ist es, eine Anordnung der eingangs genannten Art zu schaffen, bei der ein Wegfliessen des Kontaktstückmaterials während des Schweissvorganges vermieden wird. Diese Aufgabe wird erfindungsgemäss dadurch gelöst, dass an der Berührungsfläche zwischen Kontaktträger und Aufnahme eine wulstartige Dichtkante vorgesehen ist, die die Öffnung in der Aufnahme ringartig umgibt. Dabei kann der Ringwulst entweder am Aufnahmeteil oder am Kontaktträger selbst vorgesehen sein. Gemäss einer weiteren Ausgestaltung der Erfindung kann - insbesondere bei dünnen Kontaktstückträgern - der betreffende Ringwulst an der Sonotrode bzw. an dem Schwinger selbst angeformt sein. Durch die Ringwulste, die als Dichtkante wirken, wird verhindert, dass das Kontaktstückmaterial während des eigentlichen Schweissvorganges seitlich wegfliessen kann. Anhand der Zeichnung, in der sowohl eine bekannte Ausführung als auch einige erfindungsgemässe Ausführungsbeispiele dargew stellt sind, sollen die Erfindung sowie weitere vorteilhafte Ausgestaltungen und Verbesserungen der Erfindung näher erläutert und beschrieben werden. Es zeigt: Figur 1 und 2 eine bekannte Anordnung vor dem Schweissvor gang und während des Schweissvorganges, Figuren 3 bis 6 jeweils unterschiedliche Ausgestaltungen einer erfindungsgemässen Anordnung. Auf einem Basisgrundrahmen 10 ist ein Ultraschallschweissgerät 12 angebracht, welches eine Sonotrode 14 oder einen Schwinger 14 trägt. F bezeichnet die Schwingungsrichtung der Sonotrode 14. Der Basisgrundrahmen 10 besitzt eine Öffnung 16 oder Ausnehmung 16, in die ein mit einem Kragen 18 versehener Amboss 20 eingepasst ist, auf dessen oberer Fläche eine Aufnahme 22 befestigt ist, auf den ein Kontaktstückträger 24 aufgelegt ist. Der Amboss 20 und die Aufnahme 22 sind jeweils von einer Bohrung 26 bzw. 28 durchdrungen, wobei der Durchmesser der Bohrung 26 grösser ist als der Durchmesser der Bohrung 28. Zum Aufbringen einer. Druckkraft beim eigentlichen Verschweissvorgang ist ein Kolben 30 einer nicht weiter dargestellten Druckeinrichtung vorgesehen, der gestuft mit zwei Bereichen 29 und 31 ausgebildet ist. Der Bereich 29 mit grösserem Durchmesser ist in der Bohrung 26 des Ambosses 20 und der Bereich 31 mit geringerem Durchmesser ist in der Bohrung 28 der Aufnahme 22 geführt. Dabei entspricht selbstverständlich der Aussendurchmesser des Bereiches 29 dem Innendurchmesser der Bohrung 26 bzw. der Aussendurchmesser des Bereiches 31 dem Innendurchmesser der Bohrung 28. Dieser Innendurchmesser der Bohrung 28 entspricht weiterhin im Querschnitt dem Querschnitt des in der Figur 1 nicht dargestellten Kontaktstückes. Die Wirkungsweise der Vorrichtung ist wie folgt: ein Drahtabschnitt 32, der aus Kontaktstückmaterial hergestellt ist, wird manuell oder automatisch in die Bohrung 26 des Ambosses 20 eingelegt. Danach wird der Kontaktstückträger 24 auf die dem Kontaktstückträger 24 angepasste Aufnahme aufgelegt. Beim Schweissvorgang fährt die Sonotrode 14 gemäss Pfeilrichtung F1 auf den Kontaktträger 24 zu und drückt diesen mit einer bestimmten Druckkraft auf die Aufnahme 22. Danach drückt der Kolben 30, der in die Bohrung 28 der Aufnahme hineingreift, den Drahtabschnitt 32 mit einer bestimmten Druckkraft F2 an das Trägerteil 2. Danach wird der Ultraschall ausgelöst und der Drahtabschnitt wird unter gleichzeitigem Formen des Kontaktstückes an das Trägerteil angeschweiss. Nach Beendigung des Schweissvorganges fahren die einzelnen beweglichen Elemente die Sonotrode 14 und der Kolben 30, wieder in die in der Figur 1 gezeigten Ausgangsstellung zurück. Bei der Ausgestaltung gemäss der Figur 1 bzw. Figur 2 treten insoweit Probleme auf, als Teile des Drahtes 32 infolge Kaltfluss durch Einwirkung von Druck und Ultraschall zwischen der oberen Fläche der Aufnahme 22 und der diese berührenden Fläche des Kontaktstückträgers 24 herausfliessen (siehe Pfeilrichtung F3 bzw. F4) Der Grund hierfür ist darin zu sehen, dass der Anpressdruck, mit dem der Kolben unten gegen das Kontaktstück angepresst wird, sehr hoch ist, dass der Anpressdruck der Sonotrode 14 in Pfeilrichtung F1 verringert wird und soldie Abdichtung im Bereich der sich berührenden Flächen zwischen Kontaktstückträger und der Aufnahme nicht mehr ausreicht. Eine Verringerung des Anpressdruckes derart, dass ein Wegfliessen nicht mehr stattfindet, ist aber nicht möglich, da sonst eine ausreichende Verschweissung nicht mehr vollständig gewährleistet werden kann. Um ein Wegfliessen zu verhindern, kann man mehrere-Möglichkeiten vorsehen: Gemäss der Figur 3 wird an der Fläche der Aufnahme 22, die dem Kontaktträger zugewandt ist, eine wulstförmige Dichtkante 34 angeformt, die die Bohrung 28 der Aufnahme 22 umgibt. Beim Schweissvorgang wird nun aufgrund der Ultraschall-Schwingungen und der resultierenden Andruckkraft, mit dem der Kontaktstückträger 24 von der Sonotrode 14 gern. Pfeilrichtung F1 auf die Aufnahme gedrückt wird, von der Dichtkante 34 eine ringförmige Nut 36 in den Kontaktstückträger 24 eingedrückt, was als Dichtung wirkt und ein Wegfliessen des Kontaktmaterials verhindert. Eine weitere Ausgestaltung der Erfindung ist aus den Figuren 4 und 5 zu ersehen. Dabei zeigt die Figur 4 die Vorrichtung vor dem Schweissen und die Figur 5 die Vorrichtung während des Schweissvorganges. Der Kontaktstückträger 38 besitzt auf seiner der Aufnahme 22 zugewandten Fläche einen Vorsprung 40, der umgekehrt dem Vorsprung 34 an der Aufnahme entspricht. Dieser Vorsprung 40 ist dadurch bewirkt worden, dass das Kontaktstück 38 in seiner Gesamtheit entsprechend gestanzt ist; man erkennt auf der dem Vorsprung gegenüberliegenden Fläche des Kontaktstückträgers 38 eine vom Stanzvorgang herrührende Ringnut 42, welche aber für die Erfindung nicht notwendig ist. Beim Schweissvorgang wird in gleicher Weise wie bei der bekannten Ausgestaltung der Kontaktstückträger 38 auf die Aufnahme 22 gedrückt. Unter der Einwirkung der Ultraschall-Schwingungen schmiegt sich der Vorsprung 40 dicht an die Aufnahme 22 an und verhindert ebenfalls definitiv ein Wegfliessen des Kontaktmaterials. Es hat#sich herausgestellt, dass nach Abschluss des Schweissvorganges der Vorsprung 40 vollständig zurückgeformt ist. Diese Lösung ist zwar relativ wirkungsvoll. Die optimale Lösung aber ist diejenige gem. der Ausgestaltung nach Figur 3. Die Figur 6 zeigt eine weitere Ausgestaltung der erfindungsgemässen Vorrichtung. Im Gegensatz zu den Anordnungen gemäss den Figuren 3 bis 5 ist an der Fläche der Sonotrode 14, die auf den Kontaktstückträger 24 aufgelegt ist, ein Vorsprung 44 angeformt, dessen umschriebene Querschnittsfläche der Querschnittsfläche der Bohrung 28 in der Aufnahme 22 bzw. dem später angebrachten Kontaktstück entspricht. Diese Anordnung ist allerdings nur bei relativ dünnen Kontaktstückträgern zu verwenden, bei solchen Kontaktstückträgern also, bei denen die durch den Vorsprung ausgeübte örtliche starke Druckerhöhung weitergegeben wird an den Kontaktstückträger, so dass im Bereich- ausserhalb der Öffnung 28 eine Druckspitze von dem Kontaktstückträger auf die obere Fläche der Aufnahme ausgeübt wird, ähnlich wie bei der Ausgestaltung gemäss der Figur 4. Bei allen diesen Ausgestaltungen hat es sich herausgestellt, dass eine Abdichtung gegen Wegfliessen des Kontaktstückmaterials beim Schweissvorgang sicher bewirkt wurde.

Claims: Ansprüche 1. Anordnung zum Aufschweissen eines Kontaktstückes auf einen Kontaktstückträger'für ein elektrisches Schaltgerät mittels Ultraschall, mit einem Schweissamboss, einer darauf aufliegenden Aufnahme zur Halterung des Kontaktstückträgers, wobei der Schweissamboss und die Aufnahme von einer Bohrung-durchdrungen sind, in der das Kontaktmaterial mittels eines Stempels gegen den Kontaktstückträger gedrückt ist, dadurch gekenn- zeichnet, dass an der Berührungsfläche zwischen Kontaktstückträger (24, 38) und Aufnahme (22) eine wulstartige Dichtkante (34, 40) vorgesehen ist, die die Bohrung (28) in der Aufnahme ringartig umgibt. 2. Anordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Dichtkante (34) an der Aufnahme (22) angeformt ist. 3. Anordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Dichtkante (40) als zu der Aufnahme (22) hin gerichteter Vorsprung am Kontaktstückträger (28) angeformt ist. 4 Anordnung zum Aufschweissen eines Kontaktstückes auf den Kontaktstückträger für ein elektrisches Schaltgerät mittels Ultraschall, mit einem Schweissamboss, einer darauf aufliegenden Aufnahme zur Halterung des Kontaktstückträgers, wobei der Scbweissamboss und die Aufnahme von einer Bohrung durchdrungen sind, in der das Kontaktmaterial mittels eines Stempels gegen den Kontaktstückträger gedrückt ist, insbesondere nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass insbesondere für sehr dünne Kontaktstückträger (24) an der Sonotrode (14) zur Übertragung der Ultraschallenergie auf die Schweissstelle ein wulstartiger Ringvorsprung (44) vorgesehen ist, dessen eingeschriebene Fläche die Bohrung (28) in der Aufnahme (22) überdeckt.

Inventors: NIEBUHR, FRIEDRICH, ING. GRAD., WEBER, HARALD, ING. GRAD.
Applicants: BROWN, BOVERI & CIE AKTIENGESELLSCHAFT
Application year: 1981
Main classification: H01H11
IPC codes: B23K20, H01H11, H01R43