专利名称：电插头以及用于生产其的半成品的利记博彩app
技术领域：
本发明涉及用于其中可能出现电弧的、工作于标称电压的电气DC配线系统中的插入式连接器的电气插入式接头，以及一种用于生产如权利要求1的前述部分所定义的这种插头的半成品。特别地，本发明涉及意欲在汽车中使用的插入式接头。
背景技术：
如今，客车通常配备有工作于14V标称电压的电气配线系统。用于该用途的插入式连接器的插入式接头通常包括由铜制成的主体、基于铜的合金，诸如CuNiSi或不锈钢，其提供所需要的导电性和弹簧特性，以确保插入式连接器的可靠接触。为了确保即使在腐蚀性空气中也具有稳定的电接触特性，已知使用通过电沉积涂敷的硬金层、或者使用纯银层或锡层来提供插入式接头的主体或它们的半成品。通常也利用火镀锡(fire-tinning)处理来涂敷锡和锡合金层。给定迄今所需要的边际条件(在空气中14V的标称电压以及最高150摄氏度的周围温度下使用，在该连接中必须考虑插入式连接器被电流加热的温度可能进一步上升高于周围温度30摄氏度)，有可能通过这种方式达到当插入或拔出阴阳插入式接头时足够程度的耐磨性。
汽车制造商计划在将来将客车配线系统的电压增加到42V。在工作于42V标称电压的直流电压(direct-voltage)电配线系统中，在负载情况下插入或拔出插入式连接器可能会产生电弧，导致插入式接头或者甚至是车辆可能着火。另外，在车辆工作期间出现电击(shock)可能导致插入式连接器中的插入式接头之间的微中断(micro-interruption)，其同样可能会引起电弧。由于振动或在插头被插入或拔出的作用下，电弧实际上是否跨过两个接触表面之间的间隙不仅取决于有效电压，而且取决于是容性负载还是感性负载正在被分离，以及取决于组成所关心的接触表面的特定材料。通常，所有材料都具有由物理条件确定的特定最小电压，在电荷载流子离开接触表面之前必须达到该电压以馈送电弧。具有最高弧光电压的元素是碳，其弧光电压为20V，所有金属的弧光电压都在12V与16V之间。在工作于14V标称电压的客车配线系统中，在负荷下分离插入式连接器还不导致持久的火弧(firing arc)，因为先前闭合电路中的负载阻抗导致压降，从而当分离插入式连接器时，在所关心的接触表面之间形成的间隙中还不会达到所需要的起弧(arc-firing)电压。结果，现今客车的接触表面不被设计用于可能会出现电弧的负荷。
在42V的汽车配线系统的情况下，当分离电插入式接头时，可能会出现电弧，其可能导致严重的损坏，甚至导致车辆着火，并且其很可能危害乘客的安全，这一问题是本领域所熟知的。本领域的熟练技术人员也知道，必须重新设计整个电配线系统及其组件，以满足42V标称电压的要求，并且还必须花费相当大的开发努力来重新设计插入式连接器和开关设备，例如参见Thomas J.Schpf的论文“Electrical Contacts in theAutomotive 42 VDC PowerNet”，Proceedings of the 21stInternationalConference on Electrical Contacts，2002年9月9日至12日，Zruich，第43至55页，特别是第52页。该论文建议研究用于灭弧的装置。
N.Ben Jamaa等人的论文“Short Arc Duration Laws andDistribution at Low Current(＜1A)and Voltage(14-42VDC)”，Proceedings of 20thInternational Conference on Electrical Contacts，2000年6月19日至23日，Stockholm，第379至383页，报道了关于由Ag、Au、Cu、Pd、Sn、Ni和钢制成的接触表面上的电弧持续时间研究，其中钯的持续时间最短并且锡的持续时间最长。然而，钯非常昂贵，这使得将其用于汽车领域中的插入式连接器不够经济。如前所述，已知其它材料作为现代车辆中14V汽车电源系统中的插入式连接器的接触表面，但是它们用于42V的电源系统时质量还不够好。
发现还有另外一个问题，42V汽车电源系统中出现的电弧可能改变接触表面，并且导致更高的接触转移电阻(transfer resistance)，并因此导致比希望地加热接头，在某些情况下甚至导致熔接插入式接头，使得再也不能将插入式接头分离。
发明内容
现在，本发明的目的是提供电气插入式接头以及用于生产其的半成品，其在42V的汽车电源系统中预期的环境中比已知的被设计用于14V标称电压的半成品和插入式接头具有改进的性能，并且其满足下面所列的在42V电源系统中使用所设定的边际条件·一方面，连接器的主体应该具有弹性，其确保在电插入式连接器中的可靠接触。
·另一方面，主体应该足够柔软，以使得其能够工作，尤其是弯曲工作。
·使用这种插入式接头的插入式连接器应该能够在负荷的情况下被重复地分离和结合而不相互熔接。
·使用这种插入式接头的插入式连接器应该能够被重复的分离和结合，而接触转移电阻不会不容许地增加。特别地，即使在重复地分离和结合插入式连接器的操作之后，所涂敷的接触层应该磨损。应该可能执行对于汽车典型的插入操作次数，而没有故障。
·插入式接头必须适合于在高达200摄氏度的环境温度下使用。
·插入式接头以及用于制造其的半成品的成本必须较低。
通过具有权利要求1中所定义的特征的半成品、权利要求20中所定义的用于制造其的方法以及通过这种方法生产的具有权利要求19中所定义的特征的插入式接头实现本发明的目的。本发明进一步有利的发展是从属权利要求的主题。
本发明提供相当多的优点·通过使用由非贵重材料制成的主体，以及具有对于在插入式连接器中的电接触有利的属性的涂层，可以满足机械和电气要求。
·通过在银或基于银的合金的基础上形成意欲建立电接触的涂层，并且优选地使用银，因为其熔点更高，可以得到具有足够低的接触转移电阻和足够高的抗腐蚀性的接触表面。低的接触转移电阻对于低加热插入式连接器中的插入式接头是有利的。好的抗腐蚀性对于永久的低接触转移电阻是有利的。
·关于在42V的汽车电源系统中可能出现的电弧加载(arcloading)，纯银作为进行接触的涂层是不利的。更奇怪的是，即使薄的银层或具有根据本发明选择的少量添加物的基于银的合金已经具有显著改善42V汽车电源系统中插入式接头对于插入式连接器的适用性的效果。
·即使重复地被电弧加载之后，根据本发明组成的薄层仍然完全适当，并且重复地拔出和插入根据本发明设计的插头也不会磨损。
·进一步奇怪的是，主体的组件进入接触涂层仍然处于较窄的可容许极限内，使得即使在重复电弧下也不出现重新形成合金(re-alloying)。这甚至可以应用于来自包含铜的主体的铜。
·薄接触涂层足够硬，以在插入式连接器中使用。
·由于涂层可以只是薄的，所以使用珍贵的银的成本就比较低。
·涂层可以以较低成本通过PVD处理沉积，特别是通过溅射。这就能够让银以及不与银形成合金的添加物被沉积作为细微颗粒密度(finely grained dense)和硬机械混合物。主体在沉积处理期间保持足够低温，使得其不失去其预定的硬度。
·使用反应PVD处理，化合物，特别是金属氧化物，也可以被沉积作为添加物。
优选地，涂层的最大厚度为10μm。更厚的涂层可能增加对拉伸、拉拔和起电弧的抵抗性，但是考虑到在客车的寿命期间实际上会遇到的有限数量的拉伸和拉拔，预测会出现的拉伸和拉拔不超过10至20次，这样不划算，并且另一方面可能消弱半成品的可使用性。优选地，选择涂层具有最大厚度5μm。厚度为0.5μm和5μm之间的涂层具有特别好的效果。
奇怪的是，向银或基于银的合金中加入少量添加物就已经足够。通过0.2％重量的添加物，就已经获得了与纯银或基于银的合金的涂层相比显著的改进。优选地，应该在银或基于银的合金中包含的添加物的量为至少为0.5％的重量，最大为50％的重量。最便利地，涂层中添加物的范围在0.5％的重量与15％的重量之间。特别适合于作为添加物的材料有钨、钼、石墨、镍、钴、金属氧化物，特别是氧化锡和氧化锌，以及碳化钨和碳化钼。特别适合于本发明目的的是高熔点添加物，其在银基体(matrix)的颗粒边界中形成细小的分布，诸如钨和钼。
适合于用作主体的有本领域所熟知的用于电插入式接头的所有非贵重合金，在权利要求12中所提到的材料特别适合。
优选地，半成品由能够通过连续处理而连续涂覆的带构成。特别地，半成品也可以是预冲压(pre-punched)带，其同样能够被连续涂覆，特别是通过干和冷PVD处理。如果使用预冲压带，其中已经通过预冲压操作定义了要形成的插入式接头的轮廓，于是通过简单地分离和弯曲处理就能够经济地由该带形成插入式接头。
通过PVD处理、特别是通过溅射，沉积涂层提供了另外的优点，即可以通过改变沉积条件来改变涂层的组成，并且其在沉积处理期间甚至可以是连续的。于是，就可能为涂层提供关于不与银或银合金形成合金的添加物的梯度，用于优化接触涂层的机械和电属性。
为了在长的时间周期上维持接触涂层的组成并因此维持其属性，可以进一步有利地在主体与接触涂层之间提供中间层，其阻止主体材料成分扩散到接触表面上的接触涂层中。这种中间层例如可以由几微米的镍组成。几微米的银作为中间层也同样适合。当根据本发明的半成品要被弯曲到很窄的半径使得镍层可能折断时，特别应该选择银。中间层特别适合的层厚度为1μm至5μm，特别是2μm±0.5μm。
为了测试抗电弧性，将大量由铜制成并且设置有2μm厚的具有4％重量钨成分的银层的插入式接头在42V的直流电中，在负载电流为1.5A并且电感为1.75mH的条件下分离20次。在20次分离操作之后，其中在每次操作期间都具有电弧火(arc firing)，涂层不被烧掉，甚至在电弧基点(arc base point)的区域中也不被烧掉，而是在整个表面上仍然完整，尽管其通过熔化处理变得粗糙。在经过20次电弧之后分析接触涂层的成分，表明在电弧基点的区域中低铜含量，最大1.5％的重量，这一值可以被非常好地容许。
附图
所示为通过带状半成品的截面，其大大地被放大并且不是实际的比例，其描述了根据本发明的半成品的结构，其具有厚度为0.5mm的主体1，主体例如由基于铜的弹簧合金组成，例如具有3％镍和0.5％硅的铜(根据CDA的材料编号为C7025)，以及在顶部具有可以被电沉积或通过PVD处理沉积的2μm厚度的镍层作为扩散阻止层2。在镍层2的顶部，可以看到具有含量为5％重量的钨的、厚度为4μm的银层作为接触层3，其已经通过结合地被溅射，以形成精细分布的机械混合物。
权利要求
1.用于生产用于工作于可能出现电弧的标称电压下的机动车辆中的电气DC电源系统的插入式连接器中的插入式接头的半成品，具有由非贵重金属材料制成的导电主体，所述导电主体至少部分地承载比所述主体材料贵重的材料的接触涂层，其特征在于所述涂层的厚度至少为0.3μm，并且由具有添加物的银或基于银的合金组成，其中所述添加物不与银或基于银的合金形成合金，或者最多形成沉积合金，并且其熔点比银更高。
2.如权利要求1中所定义的半成品，其特征在于，所述涂层的厚度最大为10μm。
3.如权利要求1中所定义的半成品，其特征在于，所述涂层的厚度最大为5μm。
4.如权利要求1中所定义的半成品，其特征在于，所述涂层的厚度为0.5μm至4μm。
5.如前述任何权利要求中所定义的半成品，其特征在于，包含在银或基于银的合金中的添加物的量至少为0.2％的重量。
6.如前述任何权利要求中所定义的半成品，其特征在于，包含在银或基于银的合金中的添加物的量至少为0.5％的重量。
7.如前述任何权利要求中所定义的半成品，其特征在于，包含在银或基于银的合金中的添加物的量最大为50％的重量。
8.如前述任何权利要求中所定义的半成品，其特征在于，包含在银或基于银的合金中的添加物的量最大为30％的重量。
9.如前述任何权利要求中所定义的半成品，其特征在于，包含在银或基于银的合金中的添加物的量最大为15％的重量。
10.如前述任何权利要求中所定义的半成品，其特征在于，所述添加物包括从下列物质组中所取的一个或多个物质钨、钼、石墨、镍、钴和金属氧化物，特别是氧化锡和氧化锌，以及碳化钨和碳化钼。
11.如前述任何权利要求中所定义的半成品，其特征在于，通过PVD处理，特别是通过溅射，沉积所述涂层。
12.如前述任何权利要求中所定义的半成品，其特征在于，选择下列组中的材料作为所述主体的材料(a)CuNiSi(X)例如根据CDA被指定为C7025、C7026的材料；(b)CuFeP例如根据CDA被指定为C194、C19210的材料；(c)CuSn例如根据CDA被指定为C521、C511、C14415的材料；(d)CuZn例如根据CDA被指定为C272、C230、C260的材料；(e)CuCrSiTi(X)例如根据CDA被指定为C18070、C18080、C18090的材料；(f)CuNiSn例如根据CDA被指定为C72500、C19025的材料；(g)CuSnZn例如根据CDA被指定为C663、C425的材料；(h)CuNiZn例如根据CDA被指定为C75700、C77000、C76400的材料；(i)CuBe例如根据CDA被指定为C17100、C17410、C17200的材料；(j)CuTi例如根据CDA被指定为C19900的材料族中的材料；(k)不锈钢根据DIN 17224被指定为1.4310；根据DIN 17440被指定为1.4311；根据DIN 17440被指定为1.4406；根据DIN 17443被指定为1.4428；根据DIN 17440被指定为1.4429；根据DIN 17224被指定为1.4568；根据DIN 17224被指定为1.4841；根据DIN V 17006-100被指定为1.4318、1.1231、1.1248、1.1269、1.1274、1.5029的材料。
13.如前述任何权利要求中所定义的半成品，其特征在于，所述产品为带。
14.如前述任何权利要求中所定义的半成品，其特征在于，所述带是预先冲压的。
15.如前述任何权利要求中所定义的半成品，其特征在于，所述涂层由具有含量为4至6％体积的钨或钼的银组成，并且被涂敷的厚度为0.5μm至5μm。
16.如前述任何权利要求中所定义的半成品，其特征在于，在所述主体与所述接触涂层之间设置有扩散阻止中间层。
17.如前述任何权利要求中所定义的半成品，其特征在于，所述中间层由银或镍组成。
18.如前述任何权利要求中所定义的半成品，其特征在于，银或银合金涂层中添加物的浓度在涂层表面比涂层更深的区域低。
19.由根据前述任何权利要求的半成品生产的用于电插入式连接器的插入式接头。
20.如权利要求19中所定义的插入式接头在汽车的电源系统中的使用，所述电源系统工作于可能出现电弧的标称电压，特别是在42V DC电源系统中。
21.用于生产如权利要求1至18中任何权利要求所定义的半成品的方法，其通过用具有添加物的银或基于银的合金对由非贵重金属材料制成的带进行PVD涂敷，其中所述添加物的熔点比银高，并且所述添加物不与银或基于银的合金形成合金，或者至多形成分离合金。
22.如权利要求21中所定义的方法，其特征在于，通过溅射进行涂敷。
23.如权利要求21中所定义的方法，其特征在于，同时地或者以时间交叠的方式沉积所述涂层的成分。
24.如权利要求23中所定义的方法，其特征在于，在所述分离处理期间，所述涂层的成分的分离速度的比值被改变。
25.如权利要求24中所定义的方法，其特征在于，所述添加物的分离速率与银或银合金的分离速率之间的比值朝向所述分离处理的结束而被减小。
全文摘要
本发明公开了一种用于生产工作于可能出现电弧的标称电压下的机动车辆中的电气DC电源系统中的插入式连接器中的插入式接头的半成品，具有由非贵重金属材料制成的导电主体，其至少部分地承载比该主体材料贵重的材料的接触涂层。根据本发明，所提供的涂层的厚度至少为0.3μm，并且由具有不与银或基于银的合金形成合金的添加物的银或基于银的合金组成，最多形成沉积合金，并且其熔点比银更高。
文档编号H01H1/023GK1792008SQ200480013394
公开日2006年6月21日 申请日期2004年4月17日 优先权日2003年4月17日
发明者弗朗斯·卡斯帕尔, 约阿希姆·甘兹, 埃沙贝尔·布雷施 申请人:艾米多杜科有限公司, 维兰德-工厂股份公司