專利名稱：多部件電觸頭的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種電觸頭，特別地用于開關(guān)和電流接觸器，以粉末 為始來生產(chǎn)，并涉及其生產(chǎn)方法。
背景技術(shù)：
眾所周知，開關(guān)和電流接觸器，特別是低電壓開關(guān)和電流接觸器， 包括固定型和移動型的主觸頭。固定型和移動型觸頭通常包括至少一 個用于導(dǎo)電的區(qū)域和一個用于實際閉合和斷開電觸頭的區(qū)域。由于這
兩個不同的區(qū)域必須執(zhí)行不同的功能，它們通常由不同的材料制成； 特別地，用于導(dǎo)電的區(qū)域通常由銅(Cu)制成，或基于銅材，而用于 閉合和斷開電觸頭的區(qū)域通常由這樣的材料制成，這些材料除了具有 良好的導(dǎo)電特性之外，特別耐受機械應(yīng)力和以電弧為典型的高溫，并 通常由以粉末冶金為典型的技術(shù)來生產(chǎn)，例如通過燒結(jié)基于銀的粉末 (即Ag/Ni、 Ag/C、 Ag/WC、 AgAV等等)來生產(chǎn)。上述觸頭的兩個區(qū) 域通常分別被稱作電極(固定的或移動的)和觸頭板，該電極主要用 于導(dǎo)電，而該觸頭板用于閉合和斷開觸頭。
已知類型的觸頭部件的一個例子示于附圖1中，其中可以看到， 觸頭部件1包括一個電極(或?qū)щ妳^(qū)域)11和一個觸頭板12，該觸頭 板12利用下述步驟之一被連接到該導(dǎo)電區(qū)域。還可看到一區(qū)域15， 該區(qū)域15通常用于與諸如銅編纜的導(dǎo)電部件相連接。
顯然，電極與觸頭板之間的連接必須以特別可靠的方式來生產(chǎn)， 且不允許損害構(gòu)成電極和觸頭板的材料的原有特性。
固有的構(gòu)造慣例提供了例如通過電阻釬焊或感應(yīng)釬焊來連接的電 極和觸頭板；然而還已知基于其它技術(shù)的方案，例如WO03056589中 所提出的激光釬焊。 特別是上述最后方案使獲得高生產(chǎn)效率和高產(chǎn)品質(zhì)量的普遍效果 成為可能，這得益于值得注意的控制工藝參數(shù)(數(shù)量、質(zhì)量和激光束 軌跡)的可能性。
利用釬焊工藝所獲得的電觸頭的最大缺點是對使用該觸頭的開關(guān) 或電流接觸器的總體成本的負面影響。事實上，它們的制造需要至少
三種不同的操作a)電極的成形，b)觸頭板的成形，以及c)釬焊 工藝。
此外，由于常規(guī)型電極與觸頭板之間的釬焊工藝(電阻、感應(yīng)或 激光釬焊，有或無硬釬料合金)必須在以不連續(xù)的化學(xué)-物理屬性為 特征的區(qū)域中進行，這不可避免地是一系列讓步的結(jié)果，這些讓步旨 在最大可能限度地保持兩種不同材料的原有特性。這使得物理工藝參 數(shù)的選擇非常受限，從而很苛刻。
無論如何，通過這種方式產(chǎn)生的電極與觸頭板之間的連接區(qū)域的 特征在于非?？斓幕瘜W(xué)物理性質(zhì)梯度，從而有可能工藝參數(shù)的很小變 化會對質(zhì)量效果產(chǎn)生相當(dāng)大的影響。
總之，電極與觸頭板之間的釬焊(無論是電阻、感應(yīng)還是激光釬 焊，有或無硬釬料合金)是一種苛刻的工藝，且所生產(chǎn)的觸頭的質(zhì)量 可能依賴于它；尤其是，工藝參數(shù)的輕微變化會導(dǎo)致電學(xué)特性的惡化 (即由銅中雜質(zhì)的過熱造成的電阻增加)或機械特性的惡化(即在連接 區(qū)域中產(chǎn)生脆性)。
如果釬焊是利用硬釬料合金來進行的，還有必要考慮與這種額外 元素的存在相聯(lián)系而帶來的更多問題與限制，該額外元素通常具有較 低的熔點，會對觸頭的熱學(xué)行為帶來限制。
利用硬釬料合金來釬焊的另 一 已知局限性是需要獲得完全干凈的 且無氧化的接觸表面，這事實上會造成焊接區(qū)域的快速電學(xué)和機械劣 化。
由上述顯而易見，在當(dāng)前技術(shù)發(fā)展水平下，存在對于制造觸頭的 有效方法的需求，特別是需要這樣一種方法，使獲得低成本和高可靠 性的并以良好電學(xué)和機械特性為特征的觸頭成為可能。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的在于提供一種電觸頭以及一種制造該電觸頭的方 法，該電觸頭彌補了上文中提及的缺陷。
在所述目的范圍之內(nèi)，本發(fā)明的一個任務(wù)在于提供一種電觸頭以 及制造該電觸頭的方法，其中不會存在由于銅電極中任何雜質(zhì)過熱造 成的電阻增加。
本發(fā)明的另一個任務(wù)在于提出一種制造電觸頭的方法以及由所述 方法獲得的電觸頭，而不需要后續(xù)連接或焊接。
本發(fā)明的另一個任務(wù)在于提出一種制造電觸頭的方法以及由所述 方法獲得的電觸頭，該方法能夠在自動化生產(chǎn)循環(huán)中利用。
本發(fā)明的再一個任務(wù)在于提出一種制造電觸頭的方法以及由所述 方法獲得的電觸頭，該方法保證大規(guī)模的可重復(fù)性。
本發(fā)明的再另外一個任務(wù)在于提出一種制造電觸頭的方法以及由 所述方法獲得的電觸頭，該方法易于工業(yè)化，費用有限且在經(jīng)濟上具 有竟?fàn)幜Α?br> 根據(jù)本發(fā)明，通過一電觸頭裝置，能夠?qū)崿F(xiàn)該任務(wù)和這些目的以 及其他目的，這些任務(wù)和目的一起將通過下面的描述和附圖變得顯而 易見，所述電觸頭裝置的特征在于它包括一個整體制造的觸頭部件。 所述觸頭部件包括一個第一導(dǎo)電區(qū)域和一個第二接觸區(qū)域，所述第一 區(qū)域和第二區(qū)域采用不同類型的材料制成。
另一方面，本發(fā)明涉及一種制備電觸頭裝置的工藝，其特征在于
它包括以下步驟
-制備一個模具，以制造所述裝置的觸頭部件；
-分別在所述模具的第一區(qū)域和第二區(qū)域，將已計量數(shù)量的第一 和第二粉末引入到所述模具中；
-閉合所述模具，并施加適于進行所述第一和第二粉末燒結(jié)的溫 度和壓力；
-打開所述模具，取下由此制成的所述觸頭部件。
由于該裝置和工藝基于整體制造的觸頭，而所述觸頭具有不同的 機械和電特性的區(qū)域，本發(fā)明的裝置和制備該裝置的工藝使其可能顯 著地改善電氣設(shè)備的性能和產(chǎn)量，該電氣設(shè)備例如為配備有該裝置的 開關(guān)和電流接觸器。


通過參照下文中提供的說明和完全用于非限制性說明目的的附 圖，能夠更好地理解根據(jù)本發(fā)明的裝置和制備該裝置的工藝的更多的
特征和優(yōu)點，其中
圖l表示已知類型的一種觸頭部件；
圖2表示根據(jù)本發(fā)明裝置的觸頭部件的第一實施例；
圖3表示根據(jù)本發(fā)明裝置的觸頭部件的第二實施例；
圖4表示根據(jù)本發(fā)明裝置的觸頭部件的第三實施例；
圖5表示在根據(jù)本發(fā)明的工藝中利用的模具的第一實施例；
圖6表示在根據(jù)本發(fā)明的工藝中利用的模具的第二實施例；
圖7表示在根據(jù)本發(fā)明的工藝中利用的模具的第三實施例。
具體實施例方式
參照附圖，特別是圖2-5，根據(jù)本發(fā)明的電觸頭裝置包括整體制造 的觸頭部件2， 3和4;特別是觸頭部件2和3是低壓開關(guān)的可移動觸 頭實施例的例子，而觸頭部件4是低壓開關(guān)固定觸頭實施例的例子。
所述觸頭部件2， 3和4包括第一導(dǎo)電區(qū)域21， 31和41和第二接 觸區(qū)域22， 32和42，在根據(jù)本發(fā)明的裝置中所述第一區(qū)域和第二區(qū) 域由不同類型的材料制成。
優(yōu)選地，第一導(dǎo)電區(qū)域21， 31和41基本上由銅制成，第二接觸 區(qū)域22， 32和42由較高銀含量的合成物制成。
盡管如此，在更一般的實施例中，第一導(dǎo)電區(qū)域21, 31和41包 括銅，制成所述第二接觸區(qū)域22， 32和42的材料包括銀。根據(jù)一特 定實施例，制成所述第二接觸區(qū)域22， 32和42的材料包括銀和碳化
鵠(wc)或銀和石墨。
特別參照圖2，觸頭部件2還能夠包括適用于促進觸頭部件的連 接的區(qū)域25，其中一導(dǎo)電部件連接到所述觸頭部件2。該連接能夠通 過常規(guī)類型的釬焊工藝實施，或者可在觸頭部件2的生產(chǎn)期間，根據(jù) 下面描述的方法實施。
可選地，參照圖2和3，觸頭部件2， 3能夠包括一個由不同類型 材料制成的第三區(qū)域(或更多區(qū)域)。例如，可能有一種觸頭部件2， 3,其中存在一個具有特定機械阻力特性的第三區(qū)域26， 36;在這種 情況下，該材料可以例如是銅和氧化鋁(A1203)或銅合金粉末，例如 銅和鈹(Cu-Br),銅和鉻(Cu-Cr)等等。
根據(jù)本發(fā)明裝置的觸頭部件2， 3， 4適用于通過至少兩種不同類 型材料粉末的燒結(jié)工藝來整體地制成，以便在所述觸頭部件2， 3， 4 中形成第一導(dǎo)電區(qū)域21， 31， 41和第二接觸區(qū)域22， 32， 42，其中 所述第一導(dǎo)電區(qū)域由第一所述粉末制造，而第二接觸區(qū)域由第二所述 粉末制造。
優(yōu)選地，所述第一粉末基本上是基于銅的粉末，所述第二粉末基 本上是基于銀的粉末。但在更一般的實施例中，第一粉末是包括基于 銅的粉末的混合物，第二粉末是包括基于銀的粉末的混合物或銀和碳 化鴒(WC )、銀和鎳(Ag-Ni)、銀和石墨(Ag-C )或銀和鴒(Ag-W ) 粉末的混合物。
參照附圖，根據(jù)本發(fā)明的用于制備一個電觸頭裝置的工藝包括以 下步驟
制備模具5， 6, 7以制造所述裝置的觸頭部件2， 3， 4;
分別在所述模具5， 6, 7的第一區(qū)域51, 61, 71和第二區(qū)域52, 62， 72，將已計量數(shù)量的第一和第二粉末引入到所述模具5， 6， 7中；
閉合所述模具5， 6, 7并施加適用于進行所述第一和第二粉末燒 結(jié)的溫度和壓力；
打開所述模具，取出由此制成的所述觸頭部件2、 3、 4。
所述模具5， 6， 7能夠由多于一個的凹模和多于一個的凸模組成。
如上所述，優(yōu)選地，所述第一粉末包括基于銅的粉末，所述第二 粉末包括基于銀的粉末。根據(jù)一特定實施例，所述第二粉末包括銀和
碳化鵠(WC )、銀和鎳(Ag-Ni)、銀和石墨(Ag-C )或銀和鴒(Ag-W ) 粉末的混合物。
參照圖2， 3和7，在欲制造包括由不同類型材料制成的一個第三 (或更多)區(qū)域26， 36的觸頭部件的情況下，根據(jù)本發(fā)明的工藝，在 所述模具7的第三區(qū)域76中，將已計量數(shù)量的第三粉末引入到所述模 具7中，其中所述第三粉末基于例如銅和鋁或氧化鋁。
優(yōu)選地，在根據(jù)本發(fā)明的工藝中，所述模具5， 6， 7在引入所述 粉末前被預(yù)熱。根據(jù)一特定優(yōu)選實施例，所述預(yù)熱溫度與進行所述燒 結(jié)的溫度在同一數(shù)量級上。
優(yōu)選的燒結(jié)溫度為例如T=350+700°C; p = 30+300kg/mm2; t-10+100s。
優(yōu)選地，在去除燒結(jié)部分之后，以高于燒結(jié)溫度的溫度進行熱處 理，以便進一步改善電性能和機械性能。
參照圖7，為了改善導(dǎo)電部件的性能，并獲得具有特定組成和電 性能的導(dǎo)電區(qū)域和接觸區(qū)域，所述模具7優(yōu)選地被預(yù)先處理，以用于 所述第一區(qū)域71和第二區(qū)域72之間的隔離物的引入。
為了該目的，可在模具7上配備合適的凹槽73，以引入所述隔離 物(圖上未示出)。在所述模具7分成三個或更多區(qū)域的情況下，有 可能在所述模具7中提供另外的凹槽74,以便引入更多的隔離物。有 利地，所述隔離物在引入所述粉末之前定位到模具7中，并且在進行 所述燒結(jié)之前除去。
在根據(jù)本發(fā)明的裝置包括例如銅編纜的導(dǎo)電部件并且該導(dǎo)電部件 用于將電流傳遞到觸頭部件的情況下，所述導(dǎo)電部件在進行所述燒結(jié) 前被定位在模具5， 6， 7中。通常地，所述導(dǎo)電部件定位在模具5， 6， 7中，基本處于所述第一區(qū)域51， 61， 71的水平。以這種方式， 一旦 將觸頭部件2， 3， 4從模具上取下，所述觸頭部件就已經(jīng)連接到所述 導(dǎo)電部件上，不再需要進一步釬焊工藝等。
根據(jù)本發(fā)明的工藝還能夠用于制造電觸頭，其中從一個區(qū)域到另 一個區(qū)域的過渡是按照合適地計算出的粉末混合物的過渡而發(fā)生的。 過渡區(qū)的范圍被計算出來，例如根據(jù)粉末的彼此相容性以及所造成的 最終電子和物理效應(yīng)來計算。能夠看出，實際中在分別基于銅和銀的
混合物之間的過渡區(qū)域優(yōu)選地在0.5mm的數(shù)量級上。
不同粉末混合物所利用的體積表示了燒結(jié)參數(shù)中的其中之一；在 燒結(jié)期間，初始體積實際上必須充分考慮到特定粉末組成的性能。例 如，已了解到，相對于例如銀粉末來說，銅粉末容易更多地減少體積。 如果合適地計算出粉末量的適當(dāng)?shù)脑隽浚玫某跏俭w積最終允許 在所有特征區(qū)域期望獲得的確切最終狀態(tài)。
可看出在實際中，由于避免了焊接/釬焊技術(shù)以及與之相關(guān)的問 題，根據(jù)本發(fā)明的裝置和制備該裝置的方法解決了現(xiàn)有技術(shù)中的問題， 并且提供許多與之相關(guān)的優(yōu)點。特別是，根據(jù)本發(fā)明的方法的特征的 組合，使得避免基于現(xiàn)有技術(shù)中釬焊工藝處理中的典型問題成為可能。 根據(jù)本發(fā)明的方法，有可能同時獲得固定和移動的電觸頭，其具 有相對于現(xiàn)有技術(shù)的改進特征。特別是，有可能獲得這樣的電觸頭， 其中作為電極的區(qū)域基本上由銅構(gòu)成，而用作弧開關(guān)的區(qū)域具有基于 燒結(jié)銀粉末的板的通常特性，但與所述電極一起形成，且不是隨后連 接到電極上的。
包括所述觸頭的開關(guān)或電流接觸器構(gòu)成了本發(fā)明的另一方面。 可以看出，根據(jù)本發(fā)明的方法和由此獲得的電觸頭是如何完全實
現(xiàn)指定的目標和任務(wù)的。在提供的說明的基礎(chǔ)上，其他特征、變型或
改進對于本領(lǐng)域的普通技術(shù)人員來說是可能和明顯的。因此這些特征、
變型和改進可被認為是本發(fā)明的一部分。
在實際中，根據(jù)需求和技術(shù)發(fā)展的水平，可以使用任何材料，尺
寸以及可能的形式。
權(quán)利要求
1、電觸頭裝置，其特征在于它包括制造成一體的觸頭部件(2，3，4)，所述觸頭部件(2，3，4)包括一第一導(dǎo)電區(qū)域(21，31，41)和一第二接觸區(qū)域(22，32，42)，所述第一區(qū)域和所述第二區(qū)域由不同類型的材料制成。
2、 根據(jù)權(quán)利要求l所述的電觸頭裝置，其特征在于所述第一導(dǎo)電 區(qū)域(21， 31， 41)基本上由銅制成，所述第二接觸區(qū)域(22, 32， 42)基本由銀制成。
3、 根據(jù)權(quán)利要求l所述的電觸頭裝置，其特征在于制造所述第一 導(dǎo)電區(qū)域(21， 31， 41)的材料包括銅，制造所述第二區(qū)域(22， 32， 42)的材料包括銀。
4、 根據(jù)權(quán)利要求1所述的電觸頭裝置，其特征在于制造所述第二 區(qū)域(22, 32, 42 )的材料包括銀和碳化鵠(WC )、銀和鎳(Ag-Ni)、 銀和石墨(Ag-C )或銀和鴒(Ag-W )。
5、 根據(jù)上述權(quán)利要求中的一項或多項所述的電觸頭裝置，其特征 在于它包括連接到所述觸頭部件(2, 3， 4)上的一導(dǎo)電部件。
6、 電觸頭裝置，其特征在于它包括制造成一體的觸頭部件(2， 3， 4)，該觸頭部件通過至少兩種不同類型導(dǎo)電材料的粉末燒結(jié)制成，以 便在所述觸頭部件(2， 3， 4)中確定由第一所述粉末制成的第一導(dǎo)電 區(qū)域(21， 31， 41)和由第二所述粉末制成的第二接觸區(qū)域(22， 32， 42)。
7、 根據(jù)權(quán)利要求6所述的電觸頭裝置，其特征在于所述第一粉末 基本是基于銅的粉末，所述第二粉末基本是基于銀的粉末。
8、 根據(jù)權(quán)利要求6所述的電觸頭裝置，其特征在于所述第一粉末 是包括基于銅的粉末的混合物，所述第二粉末是包括基于銀的粉末的 混合物。
9、 根據(jù)權(quán)利要求6所述的電觸頭裝置，其特征在于所述第一粉末 包括銅，所述第二粉末包括銀和碳化鴒粉末的混合物。
10、 根據(jù)權(quán)利要求6至9中一項或多項所述的電觸頭裝置，其特 征在于該電觸頭裝置包括連接到所述觸頭部件(2, 3, 4)的所述第一 導(dǎo)電區(qū)域(21, 31, 41)上的一導(dǎo)電部件，所述導(dǎo)電部件與所述觸頭 部件(2, 3, 4)之間的連接在所述燒結(jié)工藝期間被制成。
11、 制備一種電觸頭裝置的方法，其特征在于它包括以下步驟 -制備一個模具(5, 6, 7)以制造所述裝置的觸頭部件(2, 3，4);-分別在所述模具(5, 6， 7)的第一區(qū)域(51， 61， 71)和第二 區(qū)域(52， 62, 72)，將已計量數(shù)量的第一和第二粉末引入到所述模 具(5， 6， 7)中；-閉合所述模具(5, 6， 7)并施加適于進行所述第一和第二粉末 燒結(jié)的溫度和壓力；-打開所述模具，取出由此制成的所述觸頭部件(2， 3, 4)。
12、 根據(jù)權(quán)利要求ll所述的方法，其特征在于所述第一粉末包括 基于銅的粉末，所述第二粉末包括基于銀的粉末。
13、 根據(jù)權(quán)利要求11或12所述的方法，其特征在于所述第二粉 末包括基于銀和鎢的粉末的混合物。
14、 根據(jù)權(quán)利要求11至13中一項或多項所述的方法，其特征在 于所述模具(5， 6, 7)在引入所述粉末前被預(yù)熱。
15、 根據(jù)權(quán)利要求14所述的方法，其特征在于所述預(yù)熱溫度基本 上與進行所述燒結(jié)的溫度相同。
16、 根據(jù)權(quán)利要求11至15中一項或多項所述的方法，其特征在 于所述模具(5， 6， 7)被預(yù)先處理，以用于所述第一區(qū)域(51， 61， 71)和第二區(qū)域(52， 62， 72)之間引入隔離物。
17、 根據(jù)權(quán)利要求16所述的方法，其特征在于所述隔離物在引入 所述粉末之前被定位，并且在進行所述燒結(jié)之前被去除。
18、 根據(jù)權(quán)利要求11至17中一項或多項所述的方法，其特征在 于在進行所述燒結(jié)之前，所述電觸頭裝置的一導(dǎo)電部件被定位在所述 模具(5, 6, 7)中，基本處于所述第一區(qū)域(51， 61, 71)的水平。
19、 由權(quán)利要求11至18中一項或多項所述方法制造的觸頭裝置。
20、 開關(guān)、特別是低壓開關(guān)，包括如權(quán)利要求1至10或19中一 項或多項所述的觸頭裝置。
21、 電流接觸器、特別是低壓電流接觸器，包括如權(quán)利要求1至 10或19中一項或多項所述的觸頭裝置。
全文摘要
電觸頭裝置，特別地用于低壓開關(guān)和電流接觸器，包括一個整體制造的觸頭部件。所述觸頭部件特別包括一個第一導(dǎo)電區(qū)域和一個第二接觸區(qū)域，所述第一導(dǎo)電區(qū)域和所述第二接觸區(qū)域由不同類型的材料制成。根據(jù)本發(fā)明的裝置適于通過不同類型導(dǎo)電材料的至少兩種粉末燒結(jié)制成，以便在所述觸頭部件中確定一個由第一所述粉末制成的第一導(dǎo)電區(qū)域和一個由第二所述粉末制成的第二接觸區(qū)域。
文檔編號H01H1/02GK101176175SQ200680016053
公開日2008年5月7日 申請日期2006年5月3日 優(yōu)先權(quán)日2005年5月11日
發(fā)明者M·毛拉, R·埃利蒂 申請人:Abb服務(wù)有限公司