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Elektrisches Kontaktelement und Verfahren zur Herstellung desselben
Die Erfindung bezieht sich gemäß einem grundlegenden Erfindungsgedanken auf elektrische
Kontaktelemente unterschiedlicher Typen und gemaß einem weiteren übergeordneten
Erfindungsgedanken auf ein Verfahren zur Herstellung eines elektrischen Kontaktelementes.
Insbesondere betrifft die Erfindung nach dem erstgenannten Erfindungsgedanken ein
elektrisches Kontaktelement mit einem Kontaktkörper zur Yerbindung zweier elektrischer
Leiter und gemäß dem weiteren übergeordneten Erfindungsgedanekn ein Verfahren zur
Herßtellung eines solchen elektrischen Kontaktelementes, bei dem eine Legierung
auf zink-Easis in Schmelzzustand erhitzt und im Druckgußverfahren in die geviinschte
Form eines elektrischen Kontektelementes ausgeformt wird.
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Elektrische Kontaktelemente dieses Typs mit einer Einrichtung zum
sicheren Anschluß eines elektrischen Teils an diesem wurden in der Vergangenheit
im Allgemeinen aus einer Messing-Blei-Legierung oder einer Kupferlegierung gebildet.
Solche tontakt- bzw. Verbindungselemente nach dem Stand der Technik sind verhältnismäßig
teuer und unterliegen außerordentlich starker Korrosion, und swar dies insbesondere
in einer Umgebung, welche Schwefelsäure enthält. Diese außerordentlich hohen Kosten
treten einerseits in Folge des in den tontakt-bzw. Verbindungxelementen verwandten
Materials und andererseits auch als Bolge der Gießmethode für diese Artikel auf.
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Legierungen auf Zink-Basis, welche hervorragende elektrische und Zugbelastungs-
bzw. Zugfestigkeits-Eigenschaiten aufweisen, konnten bisher in Schwefelsäure enthaltenden
Umgebungen in Folge der höchst korrodierenden Wirkung der Schwefelsäure auf Zink
nicht erfolgreich Verwendung finden.
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Die vorliegende Erfindung betrifft ein elektrieches Kontakt-bzw. Verbindungselement
und das Verfahren zur Herstellung desselben, wobei der Kontaktkörper desselben in
ganz spezieller erfindungsspezifischer Weise aus einer Legierung auf Zink-Basis
hergestellt ist. Die Verwendung der Legierung auf Zink-Basia nach der Erfindung
redusiert beträchtlich die Kosten des Kontaktelementes, da die zur Verwendung kommenden
Materialien billiger sind und weiterhin das Kontaktelement auch einfach und bequem
und kostengünstig im Sandgußverfahren oder im Spritzgußverfahren hergestellt werden
kann.
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Uberraschenderweise wurde weiterhin gefunden, daß elektrische gontakt-
bzw. Verbindungselemente, die aus einer solchen Legierung auf Zink-Basis nach der
Erfindun ergestellt worden sind, eine bessere elektrische Leitfähigkeit als entsprechende
Elemente nach dem Stande der Technik, die aus einer Messing-Blei-Legierung oder
einer Kupferlegierung horgestellt sind,
aufweisen und auch eine
gute Zugfestigkeit zeigen. Weiterhin besitzt ein Eontakt- bzw. Verbindungselement
nach der Erfindung sehr gute Widerstandseigenschaften gegenüber Korrosion, und zwar
dies sogar dann, wenn es in Kontakt mit Schwefelsäure kommt, die normalerweise höchst
korrodierend auf Zink und auf Legierungen auf Zink-Basis wirkt.
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Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, unter Vermeidung der Nachteile
des Standes der Technik einerseits ein neuartiges alektrisches Eontakt- bzw. Verbindungselement
mit guter eldktrischer Leitfähigkeit, guter Zugfestigkeit und weiterhin guten Widerstandseigenschaften
gegenüber Korrosion zu schaffen. Weiterhin ist der Erfindung die rufgabe gesetzt,
ein einzigartiges elektrisches Eontakt- bzw. Verbindungselement aus einer Legierung
auf Zink-Basis zu schaffen, welches gute WiderstandseigenschaSten gegenüber Korrosion
durch Schwefelsäure aufweist. Dabei liegt der Erfindung neben der Schaffung eines
solchen Kontaktelementes auch die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren zu dessen Herstellung
anzugeben.
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Im Folgenden wird die Erfindung auch hinsichtlich weiterer untergeordneter
iufgabenstellungen und der diese Jeweils vorteilhaft lösenden Merkmale anhand einiger
bevorzugter iusführungsbeispiele, welche in den Zeichnungen dargestellt sind, rein
beispielsweise näher erläutert. Dabei zeigen: Figur 1) Eine perspektivische Ansicht
von oben, welche eine erste bevorzugte Iusführungsform eines elektrischen Eontakt-
bzw. Verbindungselementes darstellt, welches nach der Erfindung als Polklemme für
eine Sammlerbatterie ausgebildet ist; Figur 2) eine der Ansicht gemäß Figur 1) entsprechende
Ansicht auf eine zweite bevorzugte Ausführtings form eines elektrischen Kontakt-
bzw. Verbindungselementes,
welches nach der Erfindung gleichfalls
als Polklemmstück für eine Sammlerbatterie ausgebildet ist; Figur 3) eine perspektivische
Ansicht von oben auf ein weiteres bevorzugtes Ausführungsbeispiel eines elektrischen
Kontaktelementes nach der Erfindung; Figur 4) eine perspektivische Ansicht wiederum
eines anderen bevorsugten Ausführungsbeispiels eines elektrischen Kontaktelementes
nach der Erfindung; und Figur 5) in perspektivischer, Jedoch auseinandergezogener
Darstellung die Einzelteile des Ausführungsbeispiels gemaß Figur 4).
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In Figur 1) der Zeichnungen, in denen in übrigen gleiche Bezugs zeichen
einander entsprechende Teile in den verschiedenen Ansichten bezeichnen, ist eine
erste Ausführungsform eines elektrischen Kontaktelementes in Figur 1) dargestellt,
wobei das Kontaktelement als Ganzes allgemein durch die Bezugsziffer 12 bezeichnet
ist, und eine Polklemmenanschluß-Einrichtung für eine Sammlerbtterie aufweist.
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Dieses Kontakt- bzw. Verbindungselement (Polklenne) weist einen Kontaktkörper
14 mit einem einstückig angeformten hohlen zylindrischen Bereich 16 zur Aufnahme
eines elektrischen Kabels oder dergleichen auf. Der Kontaktkörper ist weiterhin
an einen seiner Enden in Porn einer zweizinkigen Gabel so ausgebildet, daß er ein
Paar ii Abstand zueinander liegender, jedoch einstückig angeformter Schenkelbereiche
18 und 20 bildet, zwischen denen eine sich kegelstumpfartig verjüngende bohrungsartige
Ausnehmung 24 zur Aufnahme des Polstopfens einer sammlerbatterie begrenzt wird,
wodurch die Vorrichtung
nach der Erfindung in die Lage versetzt
wird, als herkömmliches Verbindungselement für Pol;lemmen von Batterien, wie beispielsweise
an einer Sammlerbatterie, Verwendung zu finden.
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Ein Bolzen 30 erstreckt sich durch miteinander fluchtende Löcher,
die an den äußeren Enden der Schenkel 18 und 20 vorgesehen sind, wobei der Bolzen
30 einen vergrößerten Kopfbereich 32 aufweist, der innerhalb einer in der äußeren
Oberfläche des Schenkelbereiches 20 des Kontaktkörpers vorgesehenen Auenehmung 34
aufgenommen ist. Eine Mutter 36 ißt auf das andere (freie) Ende des Bolzens aufgeschraubt,
wie in Figur 1) zu sehen, um das Verbindungselement auf einem Batteriestopfen nach
Art einer Polklemme festklemmen zu können.
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Eine kleine Schraube 40 ist so ausgebildet und angeordnet, daß sie
in ein Sackloch eingeschraubt werden kann, welches in vergrößerten Kopf 32 vorgesehen
ist, und zwar dies, um eine Kontaktfahne 42 an der Polklemme festzulegen. Diese
Kontaktfahme weist ein geeignetes Loch auf, welches in ihr vorgesehen ist, um den
mit Gewinde versehenen Schaftbe.
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reich der schraube 40 auf zunehmen. Der Endbereich 44 der Kontaktfahne
42 ist hohl so ausgebildet, daß er ein geeignetes elektrisches Element, wie beispielsweise
einen elektrischen Leiter, aufnehmen kann, welches an ihm angefalzt ist.
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Ein mit Gewinde versehener Bolzen 50 erstreckt sich vom Bereich 16
des polklemmenstückes nach oben und weist ein Gewindelch auf, welches in ihm so
eingeforat ist, daß es eine kleine Schraube 52 aufnehmen kann, welche dafür einen
setzt wird, eine Kontaktfahne 54 in Arbeitsetellung gu halten, die praktisch dieselbe
Ausbildung aufweist wie die Kontaktfahne 42.
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In Figur 2) der Zeichnungen ist eine abgewandelt. ausführungsforn
eines elektrischen Kontakt- bzw. Verbindungseleientes oder einer Polklemme für eine
Batterie dargestellt und als Ganzes allgemein mit dem Bezugszeichen 60 beseichnet.
Diese Polklene für eine Batterie weist einen toutaktk8rper 62 mit einen hohlen ;ylindrischen
Bereich 64 zur Aufnahme eines elektrischen Kabels oder dergleichen auf. Der Kontaktkörper
weist weiterhin ein Paar mit Abstand zueinander angeordneter Schenkelbereiche 66
und 68 mit miteiander fluchtenden Löschern 70 und 72, welche durch sie hindurchgeformt
sind und zur Aufnahme einer geeigneten Bolzen-Mutter-Anordnung zum Anklemmen der
Polklemme am Polatopfen der Batterie dienen, auf.
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Eine sich kegelstumpfartig verjilngende bohrungsartige Öffnung 74
ist zwischen den mit Abstand zu einander gegen den schenkeln 66 und 68 zur Aufnahme
eines herkömmlichen Batteriestopfens gebildet.
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In Figur 3) ist eine weitere abgewandelte Ausführungsform eines elektrischen
Kontaktelementes nach der Erfindudng dargestellt. Das elektrische Kontaktelement
ist ala Ganzes allgemein mit dem Bezugszeichen 80 bezeichnet und weist einen Kontaktkörper
mit einem flachen Endbereich 82 euf, welcher eine durch ihn hindurchgehende Durchgangsbohrung
84 aufweist.
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Der entgegengesetzte Endbereich 86 des Kontaktkörpers weist ii allgemeinen
eine zylindrische Konfiguration auf und ist zur Aufnahme eines Kabels oder dergleichen
hohl, wobei das entisolierte Ende des Kabels durch Klemmwirkung bzw. Falzung in
seiner Arbeitsstellung innerhalb dieses hohlen Endbereiches des kontaktkörpers gehalten
wird.
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In Figur 4) und 5) ist wiederum ein anderes abgewandeltes Ansf2hrungsbeispiel
eines elektrischen Kontaktelementes dargestellt. Das Kontakt- bzw. Verbindungselement
ist
ganz allgemein durch das Bezugszeichen 90 bezeichnet und weist
einen dreiteiligen Kontaktkörper auf, wobei der Kontaktkörper einen Bolzen 92 mit
einem vergrößerten Sechskantkopf 94 an einem seiner Enden und einen eingeformten
Längsschlitz 96 aufweist. Der sich nach außen erstreckende Bereich des unteren Teils
des Bolzens ist mit Außengewinde 98 versehen. Der Kontaktkörper weist ein Zwischenteil
100 auf, dessen Hauptbereich so ausgebildet ist, daß er innerhalb des in den Bolzen
92 eingeformten Schlitzes 96 gleiten kann. Das Teil 100 weist sich nach unten erstreckende
Schenkelbereiche 102 und 104 auf, welche mit Abstand zueinander angeordnet sind
und so ausgebildet und angeordnet sind, daß sie durch eine mit Innengewinde versehene
Bohrung 106 hindurchgeführt werden können, welche in einer Mutter 108 vorgesehen
ist, und danach nach oben gebogen werden können, wie das in ge3trichelten Linien
in Figur 5) dargestellt ist, so daß dadurch die Teile 100 und 108 in aneinander
festgelegtem Zustand gehalten werden, wie des in Figur 4) zu sehen ist. Die Gewindebohrung
106 ist so ausgelegt, daß sie auf das auf dem Bolzen 92 vorgesehene Außengewinde
98 aufgeschraubt wurden kann.
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Wie besonders klar aus Figur 5) erkennbar, weist die obere Oberfläche
des Teiles 100 eine mittige im allgemeinen V-förmige Furche, Kehle, Binne bzw. aussparung
110 auf. Ein Schenkelpaar 112 erstreckt sich in entgegengesetzten Richtungen vorn
einen Ende des Teils 106 nach außenbund ein ähnliches Paar Schenkel 114 verstreckt
sich in entgegengesetzten Bichtungen sol entgegengesetzten Ende des Teils 106 nach
außen.
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Der Bereich des Teils 100 wischen den Schenkeln 112 und 114 ist so
ausgebildet, daß er in den im Bolzenteil 92 torgesehenen Schlitz 96 paßt, wobei
die Schenkel 112 und 114 dazu dienen, das eeil 100 in soiner Arbeitstellung zu halten
und
es bei seiner Bewegung in Vertikaln.chtung zu führen, wie das in den Zeichnungen
zu sehen ist.
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Es ist offenbar, daß dann, wenn das elektrische tontaktelement sich
in seinem zusammengebauten Zustand befindet, wie dieser in Figur 4) dargestellt
ist, eine Drehung der Mutter 108 relativ zum Bolzen 92 bewirkt, daß das Teil 100
im Schlitz 96 im Bolzenteil nach oben und unten bewegt wird, wodurch ein geeignetes
elektrisches Leiterelement zwischen der Kerbe bzw. Ausnehmung 110 in der oberen
Oberfläche des Teils 100 und der unteren Oberfläche des Sechskantkopfes 94 des Bolzens
92 verklemmt werden kann.
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Der Kontaktkörper aller in Verbindung mit den Figuren 1)bis 5) einschließlich
der Zeichnungen beschriebenen elektrischen Kontakt- bzw. Verbindungselemente ist
auf einer Legierung auf Zink-Basis mit einer besonderen Zusammensetzung gebildet,
Die folgenden drei Beispiele geben Zusammensetzungen wieder, welche für die Verwendung
zur Herstellung des Kontaktkörpers eines elektrischen Kontaktelementes nach der
Erfindung geeignet sind: BEISPIEL I Aluminium 3,9 bis 4,3,' Kupfer 0,75 bis 1,25
% Magnesium 0,03 bis 0,06 * Eisen bis zu maximal 0,075 % Blei bis zu maximal 0,003
% Cadmium bis zu maximal 0,003 , Zinn bis zu meximal 0,002 % Zink der verbleibende
Rest.
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BEISPIEL II Aluminium 3,5 bis 4,5 % tupfer 2,5 bis 3,5 % Magnesium
0,02 bis 0,10 ,0 Eisen bis zu maximal 0,100 % Blei bis zu maximal 0,007 % Cadmium
bis zu maximal 0,005 % Zinn bis zu maximal 0,005 % Zink der verbleibende Rest.
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BEISPIEL III Aluminium 3,9 bis 4,3 % Kupfer bis zu maximal 0,10 ffi
Magnesium 0,3 bis 0,6 % Eisen bis zu maximal 0,075 % Blei bis zu maximal ,003 %
Gadmium bis zu meximal 0,003 % Zinn bis zu maximal 0,002 % Zink der verbleibende
Rest.
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In allen oben genannten Beispielen sind die Prozentangeben in Gewichtsprozenten
bezogen auf die Gesantzusammensetzung angegeben, und es ist festzustellen, daß in
jedem Fall der überwiegende Anteil der Gesamtzusammensetzung Zink aufweist, welches
Jeweils der Restanteil der Zusammenzetzung in den drei Beispielen ist.
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Erfindungsgemäß kennzeichnet sich das verfahren zur Herstellung eines
elektrischen Kontaktelementes, bei dem eine Legierung auf Zink-Basis in Schmelzzustand
erhitzt und im Druckgußverfahren in die gewünschte Form eines elektrischen Kontaktelementes
ausgeformt wird, dadurch, daß der Druckgußformling zur Erzielung einer feinen Kornstruktur
schnell abgeschreckt
und chemisch so behandelt wird, daß die Poren
gegen Eindringen ton Schwefelsäure in das Korngefüge und gegen Korrosion innerhalb
desselben durch diese abgedichtet worden.
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Dabei ist unter dem Begriff des Druckgusses auch di. loroung unter
Schwerkraftwirkung umfaßt.
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lis besondere vorteilhaft für die Durchführung dieses Verfahrens hat
sich gemäß nicht naheliegender Portbildung dieess Erfindungsgedankens die Verwendung
einer Legierung auf Zink-Basis mit einer auf die Gesamtzusammensetzung bezogenen
gewichtsprozwntualen Zusammentzung von zwischen 3,5 bis 4,5 * aluminium, zwischen
0,02 bis 0,10 % Magnesium, bis zu 0,10 % Eisen, bis zu 0,007 % Blei, bis zu 0,005
% Gadmiun, bis su 0,005 % Zinn, bis zu 3,5 % tupfer, und den Best Zink herausgestellt.
Zweckmäßigerweise können dabei die oben beschriebenen Legierungszusammensetzungen
gemäß Beispiel 1 bis III als bevorzugte Lusführung.beispiele Verwendung finden.
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In weiterer spezifischer Fortbildung der Erfindung kann vorgesehen
werden, daß bei dem erfindungsgemäßen Verfahren die Legierung in geschmolzenem Zustand
auf eine Temperatur von etwa 402,22 °C (765 °F) gebracht wird. Dabei kann weiterhin
zweckmäßigerweise eine Stahlmatrizen-Form auf etwa 232,22 °C (450 °F) aufgeheizt
und innerhalb enger Grenzen auf dieser Temperatur mittels um die Materizenform zirkulierenden
Kühlwassers oder dergleichen gehalten werden. Die Temperatur der geschmolzenen Legierung
innerhalb der form sollte nicht mehr ale etwa # 2,22 °C (4 °F) abweichen, da die
Härte und Zugfestigkeit des Metalles mit niedrigen Temperaturen zunehmen und mit
höheren Temperaturen abnehmen.
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Die geschmolzene Legierung wird in die Form eingespritzt und einer
Einwirkung von etwa 90,818 to (100 short ton ) Druck für eine Zeitdauer von etwa
1,4 Sekungen unterworfen,
wahrend sie sich in der Form befindet,
und dann für eine Verweildauer von weiteren etwa 2,8 Sekunden in der Form gehalten,
wobei dieser Druck aufgehoben und die Temperatur der Form auf etwa 232,22 0C (450
°F) gehalten wird, wodurch dem Metall die Möglichkeit gegeben wird, zu erstarren
bzw.
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auzzuhKrten. Dieses Vorgehen steigert die Dichte des Metalls und gewährleistet
eine ordnungsgemäße Porosität des Metalls.
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Die Hitze wird von der geschmolzenen Legierung auf die Form übertragen
und von dort auf das zirkulierende Kühlwasser, und die Drücke und Temperaturon,
denen das Metall auBgesetzt ist, geben dem Metall Schlagfestigkeit und gute Bruchdehnungseigenschaften.
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Das erstarrte Metall wird unmittelbar nach seiner Entnahme aus der
Form abesc/hreckt, wodurch die mechanischen Eigen.
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schaften des Metalls um mindestens etwa 527,3 kp/cm2 (7.500 pounds
per square inch) gegenüber den Werten erhöht werden können, die sich ergeben, wenn
dem Metall Gelegenheit gegeben wird, an Luft abzuidihlen.
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Nach dem ibschreckvorgang wird das Metall einer chemischen Behandlung
in einem Bad mit Trichloräthylentetrachlorkohlenstoff unterzogen, um die Oberfläche
des Metalls gegen das Eindringen von Schwefelsäure in das korngefüge und Korrosion
innerhalb desselben durch Schwefelsäure und dergleichen abzudichten.
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Der Zyklus des Einspritzens des geschmolzenen Metalls in die Pori,
des aussetzens des Metalls gegenüber der Druckwirkung mit den angegebenen Behandlungszeiten
und der Entnahme des Metalls aus der Porm wird geregelt bzw gesteuert durch eine
Serie von automatischen Zeitgebern. Die Formmatrize wird auf diese Weiße automatisch
für die nächste Einspritzung
geschmolzenen Metalls in die Formausnehmung
unter einem Schließdruck von etwa 907,185 kp (2000 pound) vorbereitet.
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Es ist aus Vorstehendem offensichtlich, daß durch die Erfindung eine
neue und neuartige elektrische tontakt- bzw. Verbindungseleeent-Einrichtung mit
einer Einrichtung zum Festlegen eines elektrischen Werbindungsgliedes an dieser
geschaffen worden ist, bei welcher der Kontaktkörper aus einer Legierung auf Zink-Basia
gebildet ist, die es ermöglicht, daß das tontakt- bzw. Verbindungselement bei geringeren
Kosten mit guter elektrischer Leitfähigkeit, guter Zugfestigkeit und guten Widerstands
eigenschaften gegenübr Korrosion hergestellt werden kann.
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Da die Erfindung auch in anderer Weise verkörpert werden kann, ohne
dadurch den Rahmen der Erfindung zu verlassen, sind die beschriebenen und in den
Zeichnungen dargestellten Ausführungsbeispiele derselben lediglich zur Verdeutlichung
und keinesfalls einschränkend wiedergegeben, es steht dem Fachmann vielmehr frei,
die Erfindung an die Jeweiligen Erfordernisse des einzelnen Einsatifalles und die
jeweiligen konstruktiven Gegebenheiten durch eine andere Kombination ihrer Merkmale
oder deren Austausch gegen gleichwertige Mittel anzupassen, ohne dadurch den Rahmen
der Erfindung zu verlassen.