Fertigung elektrischer Kontakte für industrielle Nutzung

Einordnung und industrielle Bedeutung

Die Fertigung elektrischer Kontakte ist ein zentraler Bestandteil der industriellen Elektro- und Automatisierungstechnik. Elektrische Kontakte übernehmen die Aufgabe, Ströme und Signale zuverlässig zu schalten oder zu übertragen – häufig über sehr hohe Schaltspielzahlen hinweg. Die Funktionssicherheit eines gesamten elektromechanischen Systems hängt dabei maßgeblich von der Reproduzierbarkeit der Kontaktfertigung ab.

In industriellen Anwendungen werden elektrische Kontakte nicht als isolierte Einzelteile betrachtet, sondern als funktionale Schnittstellen innerhalb komplexer Baugruppen, beispielsweise in Kontaktbaugruppen. Anforderungen aus Serienfertigung, Automatisierung, Qualitätssicherung und Wirtschaftlichkeit wirken direkt auf die Prozessauslegung.

Typische Einsatzfelder finden sich in der Elektrotechnik, der Installationstechnik sowie – mit zusätzlichen Anforderungen an Prozessstabilität und Rückverfolgbarkeit – im Automotive-Bereich.

Anforderungen an industrielle Kontaktfertigung

Die industrielle Fertigung elektrischer Kontakte unterliegt deutlich höheren Anforderungen als die Herstellung einfacher metallischer Bauteile. Neben geometrischer Präzision müssen elektrische, thermische und mechanische Eigenschaften dauerhaft eingehalten werden.

Zentrale Anforderungen sind:

• reproduzierbare elektrische Eigenschaften (insbesondere stabiler Übergangswiderstand im System)
• kontrolliertes Abbrand- und Verschweißverhalten unter anwendungsbezogener Schaltlast
• mechanische Stabilität, definierte Haft- und Verbundfestigkeiten
• prozesssichere Serienfertigung mit engen Toleranzen
• wirtschaftlicher Einsatz von Kontaktmaterialien, insbesondere bei Edelmetallanteilen

Diese Anforderungen lassen sich nur durch abgestimmte Werkstoffauswahl, geeignete Fertigungsverfahren sowie konsequente Prozessüberwachung erfüllen.

Werkstoffe als Ausgangspunkt der Fertigung

Die Kontaktfertigung beginnt mit der Auswahl geeigneter Kontaktwerkstoffe und Trägermaterialien. In der industriellen Praxis kommen überwiegend silberbasierte Werkstoffe sowie Verbund- und Mehrschichtmaterialien zum Einsatz. Kupfer und Kupferlegierungen werden häufig als Trägermaterial genutzt, um Stromführung und mechanische Funktion abzubilden.

Die Werkstoffwahl beeinflusst nicht nur die spätere Kontaktfunktion, sondern auch Umformbarkeit, erreichbare Geometrien und Prozessfenster. In vielen Anwendungen werden Kontakte als Kontaktauflagen, Kontaktnieten oder Kontaktprofile realisiert – jeweils mit spezifischen fertigungstechnischen Konsequenzen.

Draht- und Bandmaterialien als Halbzeuge

In der industriellen Kontaktfertigung werden elektrische Kontakte häufig aus Draht- oder Bandmaterial hergestellt. Diese Halbzeuge bilden die Basis für Automatisierung, stabile Serienprozesse und reproduzierbare Qualität.

Drahtmaterial wird insbesondere für Kontaktnieten, Drahtkontakte und umgeformte Kontaktteile eingesetzt. Je nach Ausführung kommen massive, verbund- oder mehrschichtige Drähte zum Einsatz. Band- und Profilmaterialien werden häufig für Stanz- und Umformprozesse genutzt oder als integrierte Kontaktprofile ausgeführt.

Entscheidend sind hierbei:

• homogene Werkstoffverteilung und definierte Gefügezustände
• enge Durchmesser- und Dickentoleranzen
• saubere Oberflächen als Grundlage für Umform- und Fügeschritte

Abweichungen im Halbzeug wirken sich unmittelbar auf Umformbarkeit, Maßhaltigkeit und spätere Kontakteigenschaften aus.

Umformprozesse in der Kontaktfertigung

Kaltumformung

Die Kaltumformung ist eines der wichtigsten Fertigungsverfahren für elektrische Kontakte. Sie ermöglicht hohe Maßgenauigkeit, gute Oberflächenqualität und hohe Stückzahlen.

Typische Anwendungen sind:

• Herstellung von Kontaktnieten
• Umformung von Drahtkontakten
• Vorformung von Kontaktköpfen und Schäften

Der realisierbare Umformgrad ist eng an die Duktilität des Kontaktwerkstoffs gebunden. Schmelzmetallurgische Silberlegierungen lassen sich in der Regel stärker umformen als pulvermetallurgische Silber-Metalloxid-Werkstoffe, bei denen erhöhte Riss- oder Entmischungsneigung auftreten kann.

Warmumformung und Glühprozesse

Zwischenglühungen werden eingesetzt, um Umformbarkeit wiederherzustellen oder definierte Härtezustände einzustellen. Diese Prozesse müssen kontrolliert werden, da Gefüge und elektrische Eigenschaften beeinflusst werden können.

Prozessfenster und Stabilität in der Serienfertigung

In der industriellen Kontaktfertigung ist nicht ein einzelner Sollwert entscheidend, sondern ein stabiles Prozessfenster. Bereits geringe Schwankungen bei Halbzeugtoleranzen, Werkzeugzustand oder Prozessgeschwindigkeit können das Kontaktverhalten beeinflussen.

Ein zu eng ausgelegtes Prozessfenster erhöht das Risiko von Ausschuss und Maßabweichungen. Ein zu breit akzeptiertes Prozessfenster führt dagegen häufig zu Streuungen in Form, Oberfläche und damit in den Kontakteigenschaften. Ziel ist eine reproduzierbare Balance zwischen Umformbarkeit, Maßhaltigkeit und Oberflächenqualität.

Typische Einflussgrößen auf die Prozessstabilität sind:

• Schwankungen im Gefüge des Draht- oder Bandmaterials
• Werkzeugverschleiß, Setz- und Führungsverhalten
• thermische Einflüsse (Reibung, Zwischenglühungen, Prozesswärme)
• Taktzeiten, Automatisierungsgrad und Anlagenzustand

Eine kontinuierliche Prozessüberwachung und eine klare Definition der kritischen Merkmale sind Voraussetzung für eine stabile Serienfertigung.

Wechselwirkungen zwischen Kontaktmaterial und Fertigungsprozess

Kontaktmaterial und Fertigungsprozess sind in der industriellen Praxis untrennbar miteinander verbunden. Ein Werkstoff, der unter Laborbedingungen gute elektrische Eigenschaften zeigt, kann in der Serie kritisch werden, wenn Umformbarkeit, Oberflächenzustand oder Verbundhaftung nicht ausreichend berücksichtigt werden.

Pulvermetallurgische Werkstoffe reagieren häufig empfindlicher auf hohe Umformgrade. Verbund- und Mehrschichtmaterialien stellen zusätzliche Anforderungen an Werkzeugauslegung und Prozessführung, weil Übergangszonen und Materialkombinationen dauerhaft stabil bleiben müssen. Thermische Prozesse – beispielsweise beim Schweißen oder bei Glühschritten – können Gefügeänderungen verursachen, die das Kontaktverhalten beeinflussen.

Eine funktionssichere Kontaktfertigung erfordert daher stets eine abgestimmte Betrachtung von Werkstoff, Geometrie und Prozessparametern – inklusive Gegenkontakt, Kontaktkraft und anwendungsbezogener Lastprofile.

Stanz- und Stanzbiegeprozesse

Stanz- und Stanzbiegeverfahren sind in der industriellen Kontaktfertigung weit verbreitet. Sie ermöglichen die wirtschaftliche Herstellung komplexer Kontaktgeometrien aus Bandmaterial, zum Beispiel Kontaktfedern, Schaltarme oder Trägerteile für Kontaktierungsschritte.

Die Werkzeugauslegung beeinflusst maßgeblich Gratbildung, Maßhaltigkeit und Oberflächenzustand. Gerade bei nachfolgenden Kontaktierungs- oder Fügeschritten sind saubere Schnittkanten und definierte Formzustände entscheidend.

Fügen von Kontaktmaterial und Träger

Nieten

Das Nieten ist ein etabliertes Fügeverfahren zur Verbindung von Kontaktmaterial und Trägermaterial. Bei Kontaktnieten wird der Kontaktkopf über einen Nietschaft formschlüssig im Träger fixiert. Vorteile sind die geringe thermische Belastung, eine reproduzierbare Kontaktposition und eine gute Eignung für automatisierte Serienprozesse.

Schweißen

Schweißverfahren werden eingesetzt, um Kontaktmaterial stoffschlüssig mit dem Träger zu verbinden, beispielsweise bei Kontaktauflagen. Der Prozess erfordert eine genaue Kontrolle, da thermische Einflüsse Werkstoffzustände verändern können. In der Praxis ist die Abstimmung von Energieeintrag, Oberfläche und Bauteilführung prozessentscheidend.

Verbund- und Mehrschichtlösungen

In der industriellen Praxis werden zunehmend Verbund- und Mehrschichtkonzepte eingesetzt, um Edelmetalle gezielt einzusetzen und mechanische sowie elektrische Funktionen zu trennen. Typische Umsetzungen sind bimetallische/trimetallische Ausführungen sowie Kontaktprofile, bei denen die Kontaktzone gezielt positioniert ist.

Oberflächenbehandlung und Beschichtung

Oberflächenbehandlungen beeinflussen Kontaktstabilität und Langzeitverhalten. Neben Reinigung und definierten Oberflächenzuständen kommen auch Beschichtungen zum Einsatz.

Vergoldungen werden typischerweise bei Signal- und Niedrigstromkontakten eingesetzt, um stabile Übergangswiderstände bei geringen Kontaktkräften zu unterstützen. Für Schaltkontakte mit höheren Lasten sind sie in der Regel nicht geeignet, da Funktionsschichten unter Lichtbogenbeanspruchung schnell beeinträchtigt werden können. Schichtsysteme sind stets im Zusammenspiel mit Grundmaterial und Anwendung zu bewerten.

Qualitätssicherung in der Kontaktfertigung

Die Qualitätssicherung beginnt beim Wareneingang der Halbzeuge und reicht bis zur Prüfung des fertigen Kontaktteils bzw. der Baugruppe. Ziel ist eine gleichbleibende Funktion über die gesamte Serienlaufzeit.

Typische Prüfungen sind:

• Maß- und Formprüfung (kritische Merkmale, Prozessfähigkeit)
• Gefüge- und Härteprüfung (werkstoff- und prozessabhängig)
• Haft- und Verbundfestigkeitsprüfungen bei Verbundmaterialien
• elektrische Prüfungen im eingebauten Zustand (systemrelevant)

Da Kontakteigenschaften stark systemabhängig sind, werden Funktions- und Lebensdauerprüfungen häufig in der realen Baugruppe durchgeführt.

Auswahlkriterien für Techniker und Einkäufer

Technische Perspektive

Für Entwicklung, Konstruktion und Prozessengineering stehen Prozesssicherheit, reproduzierbare Kontakteigenschaften und Lebensdauer im Vordergrund. Wesentlich ist die Passung von Fertigungsverfahren zu Werkstoff, Geometrie und anwendungsbezogener Belastung. Fertigungsschritte sollten so ausgelegt sein, dass Streuungen kontrollierbar bleiben und kritische Merkmale in der Serie stabil eingehalten werden.

Einkaufsperspektive

Der technische Einkauf bewertet Fertigungs- und Lieferkonzepte unter wirtschaftlichen und organisatorischen Gesichtspunkten. Entscheidend sind stabile Lieferketten, reproduzierbare Qualität, ein wirtschaftlicher Materialeinsatz (insbesondere bei Edelmetallanteilen) sowie eine nachvollziehbare Dokumentation von Prüf- und Freigabeprozessen. In der Praxis reduziert eine enge Abstimmung mit der Technik das Risiko sicherheitsbedingter Überdimensionierung.

Typische Fehlerbilder in der industriellen Kontaktfertigung

Probleme zeigen sich häufig erst im Feld oder im Dauerlauf von Serienanwendungen. Ursache sind oft nicht einzelne Fehler, sondern ungünstige Kombinationen aus Werkstoff, Geometrie und Prozessführung.

Typische Fehlerbilder sind:

• instabiler Übergangswiderstand trotz spezifikationskonformer Materialien
• Maßdrift infolge von Werkzeugverschleiß oder unzureichender Prozessnachführung
• Haftprobleme bei Bimetall- und Trimetalllösungen
• Mikrorisse oder Materialentmischung durch Überumformung
• erhöhte Streuung der Kontakteigenschaften im Serienanlauf

Die systematische Analyse solcher Fehlerbilder ist ein wesentlicher Bestandteil einer belastbaren Kontaktfertigung – insbesondere, wenn im Zuge von Kostendruck, Materialumstellungen oder Prozessänderungen neue Randbedingungen entstehen.

FAQ zur Fertigung elektrischer Kontakte

Weiterführende Fachinformationen zu Kontaktteilen, Werkstoffen und Anwendungen finden sich im Wissensbereich der AX-METALS GmbH. Bei technischen Fragen oder projektbezogenen Abstimmungen bitten wir um Kontaktaufnahme über die Kontaktseite.

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