Ein häufig verwendetes Material für Kontaktfedern ist Kupfer-Beryllium (CuBe). Dieses zeichnet sich durch seine hohe Leitfähigkeit und Festigkeit sowie seine exzellenten Federeigenschaften aus. Der Werkstoff ist zudem selbstreinigend sowie resistent gegen Luft, Ozon, Lösungsmittel und UV-Licht. Er hält sogar nuklearer Strahlung stand. Darüber hinaus ist CuBe thermisch und elektrisch leitfähig.
Neben CuBe können Kontaktfedern je nach Anwendung und gewünschten Eigenschaften auch aus zahlreichen anderen Federstahlarten angefertigt werden. Dazu zählen Federstahl (EN 10270-1), Edelstahl (1.4310, 1.4571 und 1.4568), Aluminium (Al, AlMg3 und S235JR), Buntmetalle wie wie Bronze (CuSn) oder Messing (CuZn) sowie zahlreiche Sonderlegierungen.
Die richtigen Oberflächen
Um den Kontaktfedern, egal aus welchem Federwerkstoff, die spezifischen elektrischen Eigenschaften zuzuweisen, kommt es auf die richtige Oberflächenbehandlung an. Gute leitende Eigenschaften bieten beispielsweise Kupfer (Cu), Nickel (Ni), Zinn (Sn), Silber (Ag) oder Gold (Au). Jede Beschichtung bietet dabei bestimmte Eigenschaften. Gold ist beispielsweise – ausgenommen von Königswasser – resistent gegen Säuren und bietet einen sehr guten Oberflächenschutz. Zudem lässt sich das Werkstück durch die Beschichtung prozesssicher löten. Auch verzinkte Oberflächen eigenen sich für eine sehr gute Kontaktierung durch Löten und Schweißen.
Verkupfern (Cu) bietet Korrosionsschutz und verbesserte elektrische Leitfähigkeit (Leitfähigkeit ~56 MS/m, spezifischer Widerstand ~0,018 µ·m). Mit dieser galvanischen Oberflächenbehandlung lassen sich unterschiedliche Metalle wie Federstahl, Edelstahl, Messing oder Aluminium nachbearbeiten. Verkupfern schützt das Metall nicht nur vor Korrosion und Passungsrost (Tribooxidation), es erhöht auch die elektrische Leitfähigkeit von Kontaktfedern und verringert die Gefahr von Funkenschlag. Das ist besonders für Kontaktfedern wichtig, die in explosionsgeschützten Umgebungen eingesetzt werden sollen.
Vergolden (Au) ist dekorativ und verschleißfest (Leitfähigkeit ~44 MS/m, spezifischer Widerstand ~0,022 µ·m). Zum Vergolden eignen sich Federstahl, Edelstahl, Kupfer sowie Aluminium und seine Legierungen. Vergolden erhöht den Schutz vor Korrosion, macht die Feder verschleißfest und seewasserbeständig, verbessert ihre Leitfähigkeit, verringert ihren Kontaktwiderstand und erhöht ihre Lötfähigkeit. Gold hat zudem eine große Oberflächenhärte: Zwischen 120 und 190HV (Vickershärte) stehen bei einer Reinheit von 99,8 Prozent zu Buche.
Versilbern (Ag) ist lebensmittelecht mit sehr guter Leitfähigkeit (Leitfähigkeit ~62 MS/m, spezifischer Widerstand ~0,016 µ·m). Eines der wichtigsten Verfahren zur Oberflächenveredelung ist das Versilbern. Es kann bei Kupfer, Federstahl, Messing und Aluminium angewandt werden. Versilberte Federkontakte sind chemisch beständig und lebensmittelecht, weisen eine stark erhöhte Leitfähigkeit und einen geringeren Kontaktwiderstand auf, sind gut zu löten und zeigen weniger Neigung zu Abreißfunken. Zudem bildet das Silber eine Gleitschicht im Hochtemperaturbereich bis 850 Grad Celsius.
Vernickeln (Ni) bietet sehr guten Korrosionsschutz und ist magnetisch (Leitfähigkeit ~13 MS/m, spezifischer Widerstand ~0,082 µ·m). Kontaktfedern erhalten mit der vernickelten Oberfläche eine verbesserte Leitfähigkeit und einen sehr guten Korrosionsschutz über einen weiten Temperaturbereich. So behandelte Metallfedern sind zudem verschleißfest und chemikalienbeständig. Die aufgebrachte Nickelschicht wirkt als Diffusionsbarriere, erleichtert das Löten der Komponenten und macht sie magnetisch.
Verzinnen (Sn) ist chemikalienbeständig und lebensmittelecht (Leitfähigkeit ~9 MS/m, spezifischer Widerstand ~0,11 µ·m). Verzinnte Kontaktfedern sind besonders für die Elektro- und Lebensmittelindustrie interessant. Bei dieser Art der Oberflächenbehandlung wird mit Hilfe von Strom ein gleichmäßiger Materialüberzug mit sehr guter Schichtdickenverteilung auf dem Federkontakt aufgebracht. Das Verfahren kann bei Federstahl, Edelstahl, Messing oder Kupfer eingesetzt werden. Verzinnte Komponenten sind chemikalien- und korrosionsbeständig und lassen sich einfach löten. Sie besitzen einen geringen Kontaktwiderstand und sehr gute Gleitlaufeigenschaften.
Mögliche Probleme
Korrosion beeinträchtigt die Kontaktstelle, durch starke Temperaturwechsel oder das Kriechen können sich Kontaktstellen trennen, bei häufigen Kontaktschließungen und -trennungen tritt mechanischer Verschleiß auf, durch Bildung von spontanen Oxidschichten erhöht sich der Übergangswiderstand und bei starker mechanischer Beanspruchung kann es zu Schwingbrüchen kommen. Um solche Probleme zu verhindern, ist neben der Wahl der passenden Kontaktart auch der zur Anwendung geeignete passende Werkstofftyp und gegebenenfalls die richtige Oberflächenbehandlung auszuwählen.
Alle vorgestellten Werkstoffe und Oberflächenbehandlungen führen zu verbesserter elektrischer Leitfähigkeit von Kontaktfedern und Federkontakten. Soll die Oberfläche der technischen Feder isolierend wirken, sind Dickschicht-Passivierung, Pulverbeschichtung, Verzinken oder Phosphatieren die richtigen Oberflächenbehandlungen.
Maßgeschneiderte Herstellung
Gutekunst Federn und Gutekunst Formfedern sind auf die Herstellung individueller Kontaktfedern spezialisiert und fertigen diese in jeder gewünschten Sonderform und Eigenschaft für die jeweilige Gegebenheit in Kleinmengen und Großserien. Ganz gleich, ob einfacher Flachkontakt oder aufwendig geformte Kontaktfeder aus Runddraht- oder Flachmaterial, wichtig ist, dass die Kontaktierung sauber und stabil an den vorhandenen Gegebenheiten und Kontaktstellen anliegt.
