Nity stykowe w elektrotechnice

Klasyfikacja i znaczenie nitów stykowych

Nity stykowe należą do najbardziej rozpowszechnionych elektrycznych elementów stykowych w zakresie niskich napięć. Stosuje się je tam, gdzie prąd musi być niezawodnie łączony lub przewodzony, a jednocześnie wymagana jest trwała więź mechaniczna między materiałem stykowym a nośnikiem.

Jako odrębna grupa wyrobów, nity stykowe są standardem m.in. w przekaźnikach, łącznikach instalacyjnych, aparatach zabezpieczeniowych, termostatach oraz w wielu zespołach elektromechanicznych.

W praktyce przemysłowej nity stykowe utrzymały się mimo alternatyw, takich jak nakładki stykowe czy profile stykowe. Decydują o tym stabilność procesu, podatność na automatyzację oraz jednoznacznie zdefiniowana geometria.

Z punktu widzenia inżynierskiego nit stykowy nie jest elementem „uniwersalnym”, lecz częścią o krytycznej funkcji. O własnościach decyduje współdziałanie materiału, geometrii, jakości wytwarzania oraz sposobu montażu. Błędy doboru ujawniają się często dopiero w eksploatacji, np. poprzez wzrost rezystancji styku, zgrzewanie styków lub skrócenie trwałości.

Czym jest nit stykowy?

Nit stykowy to elektryczny element stykowy z funkcją nitowania. Trwale łączy aktywną elektrycznie powierzchnię styku z metalowym nośnikiem, najczęściej z miedzi albo stopów miedzi. Połączenie powstaje w wyniku plastycznego odkształcenia trzpienia podczas osadzania.

Konstrukcyjnie nit stykowy składa się z dwóch obszarów funkcjonalnych:

• główki stykowej tworzącej powierzchnię łączeniową
• trzpienia zapewniającego mechaniczne zamocowanie w nośniku

Po osadzeniu powstaje połączenie kształtowe zapewniające przewodność elektryczną i stabilność mechaniczną. Dodatkowe połączenie metalurgiczne (np. spawanie/lutowanie) nie jest wymagane.

Różnice względem innych elementów stykowych

Nity stykowe konkurują z innymi rozwiązaniami, takimi jak nakładki stykowe, styki drutowe czy profile stykowe. Każda opcja ma określone zalety i ograniczenia.

W porównaniu ze stykami spawanymi nity stykowe często zapewniają:

• powtarzalną geometrię styku
• niskie obciążenie cieplne nośnika
• stabilne zachowanie procesu przy dużych wolumenach

W porównaniu z profilami stykowymi nity mogą być łatwiejsze do integracji, jednak zwykle wiążą się z większym zużyciem metalu szlachetnego na punkt styku. Przy jasno zdefiniowanej pozycji styku i ograniczonym miejscu zabudowy pozostają często rozwiązaniem ekonomicznym.

Budowa i geometria nitów stykowych

Geometria podstawowa i funkcja

Geometria nitu stykowego wpływa na zachowanie elektryczne i mechaniczne. Istotne są średnica i wysokość główki, stosunek średnic główki do trzpienia oraz długość trzpienia.

Zbyt krótki trzpień może osłabić mocowanie, a zbyt długi może destabilizować proces nitowania lub powodować odkształcenia nośnika.

Kształty główki i powierzchnie stykowe

Typowe są główki płaskie, okrągłe lub kuliste. Dobór zależy od siły docisku, dostępnego miejsca oraz wymaganego zachowania styku.

Główki płaskie zapewniają zdefiniowaną powierzchnię, a okrągłe/kuliste sprzyjają punktowemu przeniesieniu siły i mogą wspierać stabilność styku przy mniejszych siłach docisku.

Tolerancje wymiarowe

Nity stykowe wymagają wąskich tolerancji wymiaru i kształtu. Odchyłki mogą wpływać m.in. na:

• siłę docisku
• rezystancję styku
• zachowanie łączeniowe
• trwałość

Osiągalne tolerancje zależą od materiału i procesu wytwarzania.

Materiały na nity stykowe

Dobór materiału determinuje erozję, skłonność do zgrzewania, rezystancję styku oraz trwałość.

Materiały na bazie srebra – zasada

Srebro jest materiałem bazowym dla większości nitów stykowych ze względu na wysoką przewodność. Czyste srebro ma jednak ograniczenia przy większych obciążeniach łączeniowych lub w zastosowaniach DC.

Stopowanie i/lub dodatek tlenków metali pozwalają celowo kształtować właściwości.

Typowe materiały srebrne

AgNi (srebro–nikiel)

AgNi jest szeroko stosowane w przekaźnikach i łącznikach. Zapewnia zrównoważone połączenie przewodności, odporności na erozję i stabilności mechanicznej.

AgSnO₂ (srebro–tlenek cyny)

AgSnO₂ jest preferowane dla obciążeń indukcyjnych i większych prądów rozruchowych. Charakteryzuje się wysoką odpornością na zgrzewanie i stabilnymi właściwościami łączeniowymi.

AgCu (srebro–miedź)

Stopy AgCu zapewniają większą wytrzymałość mechaniczną, przy spadku przewodności wraz ze wzrostem udziału miedzi.

AgZnO (srebro–tlenek cynku)

AgZnO może być alternatywą dla AgSnO₂ w niektórych zastosowaniach; przydatność jest silnie zależna od aplikacji.

Materiały proszkowe (metalurgia proszków)

Materiały srebro–tlenek metalu wytwarzane metodami proszkowymi zapewniają jednorodny rozkład faz tlenkowych, co sprzyja stabilnym właściwościom łączeniowym. Są jednak mniej plastyczne niż klasyczne stopy.

Materiały zawierające kadm

Materiały srebro–tlenek kadmu były historycznie stosowane przy dużych obciążeniach. Obecnie ich użycie zależy od zastosowania i ram regulacyjnych; w niektórych przypadkach mogą obowiązywać ważne wyjątki.

Nity stykowe w wersji litej, bimetalowej i trimetalowej

Lity nit stykowy

Nity lite wykonane są w całości z materiału stykowego. Są powtarzalne w wytwarzaniu, ale wymagają większego zużycia metalu szlachetnego.

Bimetalowy nit stykowy

Nity bimetalowe łączą główkę z materiału srebrnego z trzpieniem z miedzi lub stopu miedzi, co ogranicza zużycie metalu szlachetnego bez utraty funkcji powierzchni styku.

Trimetalowy nit stykowy

Nity trimetalowe składają się z wielu metalicznie połączonych warstw. Umożliwiają dopasowanie właściwości, ale wymagają bardziej złożonego procesu i ścisłej kontroli.

Wytwarzanie nitów stykowych

Drut jako materiał wyjściowy

Produkcja zwykle rozpoczyna się od drutu. Jakość drutu wpływa na wymiary, strukturę i stan powierzchni gotowego nitu.

W zależności od wersji stosuje się druty dopasowane do procesu kształtowania.

Procesy kształtowania

Kształtowanie realizuje się zwykle na maszynach wielostopniowych. Odcinki drutu są odcinane, a główka formowana na zimno. W zależności od materiału mogą być potrzebne wyżarzania pośrednie.

Stabilność procesu

Stabilna produkcja wymaga m.in. jednorodnej struktury, czystych powierzchni i zdefiniowanego stanu twardości.

Montaż: osadzanie nitów stykowych

Osadzanie nitu jest zwykle zintegrowane z procesem tłoczenia lub montażu. Trzpień jest plastycznie odkształcany, tworząc łeb zamykający po stronie przeciwnej nośnika.

Kluczowe czynniki wpływu to:

• średnica i jakość otworu
• siła osadzania i geometria narzędzia
• zestawienie materiałów nitu i nośnika

Prawidłowo dobrany proces jest istotny dla uzyskania połączenia szczelnego (gazowo) o niskiej rezystancji styku.

Typowe zastosowania nitów stykowych

Nity stykowe stosuje się m.in. w elektrotechnice oraz technice instalacyjnej.

Typowe obszary zastosowań:

• przekaźniki i styczniki pomocnicze
• łączniki instalacyjne i oświetleniowe
• termostaty i czujniki temperatury
• zabezpieczenia silników i aparaty zabezpieczeniowe
• elektromechaniczne zespoły stykowe

W branży automotive nity stykowe występują np. w zespołach przekaźnikowych i łączeniowych, gdzie zwykle obowiązują podwyższone wymagania.

Kryteria projektowe w praktyce

Dla niezawodności należy rozpatrywać łącznie kilka parametrów:

• rodzaj prądu (AC lub DC)
• prąd łączeniowy i prąd ciągły
• rodzaj obciążenia (rezystancyjne, indukcyjne, pojemnościowe)
• częstotliwość łączeń
• siła docisku i geometria styku

Zapewnienie jakości i badania

Nity stykowe kontroluje się zwykle pod kątem:

• wymiarów i kształtu
• stanu powierzchni
• struktury i twardości
• wytrzymałości połączenia w wersjach kompozytowych

Dodatkowo często wykonuje się badania elektryczne w stanie zabudowanym.

Dobór dla techniki i zakupów

W doborze uczestniczą zarówno działy techniczne, jak i zakupy. Technika koncentruje się na funkcji, trwałości i stabilności procesu, natomiast zakupy na stabilności kosztów, dostępności i powtarzalnej jakości.

Perspektywa techniczna

Kluczowe są: rodzaj prądu (AC/DC), obciążenia, rodzaj obciążenia, wymagana trwałość, siła docisku, geometria i warunki środowiskowe. Nit należy oceniać jako element układu (nośnik, przeciwstyk, mechanika).

Perspektywa zakupów

Istotne są: udział metalu szlachetnego, możliwość wersji bimetal/trimetal, wielkości partii, stabilność jakości w czasie oraz dokumentacja jakości.

Wspólna podstawa decyzji

Współpraca techniki i zakupów ogranicza problemy w eksploatacji i ułatwia stabilne zaopatrzenie seryjne.

Aspekty ekonomiczne

Przy dużych wolumenach nity stykowe są stabilnym rozwiązaniem ekonomicznym. Zużycie metali szlachetnych ma istotny wpływ na koszt, dlatego powszechne są wersje bimetalowe i trimetalowe.

FAQ o nitach stykowych

Dalsze informacje techniczne dotyczące elementów stykowych, materiałów i zastosowań znajdują się w dziale Wiedza AX-METALS GmbH. W przypadku pytań technicznych lub uzgodnień projektowych prosimy o kontakt poprzez stronę kontaktową.