CN102915855A - 用于机电开关设备的开关触头的触头载体 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种用于机电开关设备的开关触头（21）的触头载体（10、15、22），并涉及一种制造这种触头载体（10、15、22）的方法。按本发明的触头载体（10、15、22）的特征在于，它基本上由多个彼此连接的材料层（11、16；24、25）构成。这种触头载体（10、15、22）能以较少的制造成本制成。

Description

用于机电开关设备的开关触头的触头载体

技术领域

本发明涉及一种用于机电开关设备的开关触头的触头载体，并涉及一种制造这种触头载体的方法。

背景技术

用于机电开关设备（例如保护继电器、过载继电器和负载分离器）的开关触头是这样构造的，即在导电的触头载体上（触头载体可构成为触头臂、触头桥等）设置至少一个导电的触头块。此触头块在此以其底面钎焊或熔焊在触头载体的顶面上。例如，由铜制成的触头载体与由银-镍合金制成的触头块通过银-焊料层连接。但其它的材料也可用于触头载体和触头块。

为了获得良好的钎焊连接或熔焊连接，在这些连接位置上需要光滑的表面。因此在材料厚度超过2mm的开关触头（它的冲压棱边设置有触头块）中，在连接位置的范围内冲压棱边要求具有最少80%的高光滑冲断比例。但在传统的触头载体中（它借助常规的冲压法使用几毫米厚的载体材料制成），不能达到如此高的光滑冲断比例，因此不能确保冲压棱边达到所需的平面度。为了提供适用于所用连接技术（例如电阻钎焊法）的表面特性，冲压棱边因此必须在第二工序中费时费力地修整，例如使用磨削、铣削或压制技术，这明显提高了制造成本。备选的是，可应用精密冲压法。在这种情况下不需要修整。但缺点是，与精密冲压一起产生了很高的生产成本。

发明内容

本发明的目的是，提供一种用于机电开关设备的开关触头的触头载体，它可以较少制造成本制成。此目的通过按权利要求1所述的触头载体以及按权利要求7所述的制造方法得以实现。在从属权利要求中说明了本发明的有利实施例。

本发明的基本理念是，提供一种触头载体，它由多个彼此连接的材料层构成。因此，触头载体的主体由至少两个材料层构成。

所述材料层是指结构元件，它们基本在两维空间中延伸。换句话说，与材料层的长度延展尺度和/或宽度延展尺度相比，材料层的厚度是很小的。此厚度优选在0.1到1.0mm之间，而触头载体的长度延展尺度和宽度延展尺度根据开关功率大多至少为10mm，但经常为几厘米。

材料层指刚性的、优选自承载的构件，这在制造触头载体时可简化材料层的操作。表面涂层或类似物，它们对触头载体主体的构造没有贡献或贡献不大，不是本发明意义上的材料层。

构成触头载体主体的材料层优选在触头载体的整个或几乎整个长度和宽度上延伸。材料层优选彼此平行，并设置在触头载体的长度和宽度方向上的平面中，也就是说，垂直于触头载体的厚度方向，因此产生了一个典型的层状结构。

单个的材料层要么直接彼此连接（例如钎焊或粘接）并彼此贴靠在一起，或材料层相互间接地（即通过一个或多个中间元件或连接元件）连接。但混合形式也是可能的，其中直接或非间接和间接或非直接的连接可相互组合。

与这些材料层是否是触头载体的重要组成部分无关的是，其它的结构元件也可用来构成触头载体，例如设置在材料层之间的定距或间距元件。这种元件用来在相邻的材料层之间构成间接连接。

在此，在使用至少一个定距元件的情况下，至少两个相邻的材料层彼此连接。这种间接连接可用来在相邻的材料层之间建立用于冷却目的的缝隙或间隙。定距元件优选这样构成，即在两个相邻的材料层之间设置一个或多个用来冷却触头载体的通风间隙。通过触头载体具有两个在相邻材料层之间彼此远离设置的定距元件，它们在其间构成两侧被材料层的表面限定的通风缝隙，所以完全穿透触头载体的通风缝隙在此以尤其简单的方式和方法制成。穿透的通风缝隙在此指这样的缝隙，即它要么在宽度方向上要么在长度方向上完全穿透触头载体。在使用相应构成的定距元件时还可实现一种通风缝隙结构，例如通过所用的定距元件具有合适的贯穿通道和/或在两个材料层之间设置有多个为构成开口或穿口相应地彼此分开布置的定距元件，此通风缝隙结构既在宽度方向上也在长度方向上穿透触头载体。

定距元件（要么可以与通风缝隙组合起来，要么它们不构成通风缝隙）自身也能当作冷却元件通过以下方式来实现更好的散热，即例如其措施是，它由合适的导热材料制成和/或具有适用于散热的几何形状，例如构成为散热片的形式。为此，定距元件在这种情况下不仅用来隔开材料层，还自身还当作功能元件来用，为了构成特别大的冷却面还在材料层的外轮廓上突出来。

由于在构造触头载体时在触头载体中加工了不同数量和尺寸的通风缝隙和/或冷却元件，所以有利于排出热量或热辐射，并在开关触头的后续运行中还可尤其简单且价廉地冷却触头载体。因此，可在非常小的结构空间内开关很高的功率。还可更好地排出生热，此生热在常规的开关触头中可能会导致用来连接触头块的焊料熔化。

具有触头载体（其具有所述的通风缝隙）的开关触头可尤其有利地应用在开关设备中，其中生热受结构的限制尤其有问题，例如在开关设备中，其中为每个导电轨设置自己的、封闭在其中的极盒。

如果没有提供足够的冷却措施，在从现有技术已知的解决方案中，在开关过程中在开关腔或极盒中从一定的开关功率起就只能通过扩大零件或构件空间来应对关键的生热，但在按本发明的解决方案中不再需要这些措施。换句话说，现在以较小的结构空间就能开关较大的功率，而不会出现可能损坏开关设备的安全运行的发热问题。

当作材料层用的材料优选是铜。但还也可以考虑用其它可导电的材料。此外，与常规的实心开关触头相比，开关触头的按本发明的层结构可尤其简单地结合开关触头中的不同材料。因此，由铜制成的材料层可与不导电的材料层结合，或与导电能力不同的材料层结合。

此外，材料层的长度、宽度、厚度和形状（尤其是其外部轮廓）都是单独地选择。因此还可非常简单地由具有不同外部轮廓的材料层组装成触头载体。结果是，可在构造方面实现结构极具变化的触头载体。因此在使用这种触头载体制成开关触头的情况下，可单独地并且尤其简单地与各自的使用目的的特殊要求相适应。触头载体能够以任意的梯度制成，例如每层0.1至1.0mm直至10mm以及更高的总厚度。

通过触头载体的这种层状结构，可在制造触头载体的过程中对触头载体的机械和/或电气特性产生影响，它们在触头载体的后续使用时发挥作用。因此，可通过适当地选择所用的材料层来对触头载体中的电流分配产生积极影响。

同时还可针对触头载体的制造来选择材料层的特性。因此，例如可通过触头载体的合适的层结构来实现更小的接触电阻，从而在触头块钎焊时只需输入较少的热量。因此，不仅加速了触头块的安装。还可避免铜材在钎焊过程中的不小心的软化。结果是，以较少的制造成本实现了尤其触头块的牢固连接。

不仅材料层，而且首先间接或直接用于散热的定距元件都可通过合适的几何构造和/或材料选择，来塑造触头载体的电气或机械特性。

优选借助冲压法来制造材料层。与其它的、同样可能的制造方法（例如激光切割法）相比，应用冲压法的优点是，可借助同一个切割工具来制造外部轮廓相同、但厚度不同的零件。因此，基本材料可用于不同的冲压部件。同时，相同的冲压部件可用来制造不同的触头载体。

为制造按本发明的材料层，优选应用常规的冲压法（剪切切割），其特征在于，可使用相对简单且成本低廉的冲压模具，并且不需要昂贵的制造设备。

在此有利的是，材料层的制造能与材料层连接成触头载体结合起来，即通过应用冲压层压法（Stanzpaketierverfahren）。在此，像平常一样，单个的材料层在最后一道冲压工序中彼此堆叠成一个叠组，并在该处彼此连接，例如彼此挤压或敛缝。但是，例如也可通过铆接或应用其它的连接技术还实现单个材料层的连接。冲压层压的优点在于，此技术比精密冲压技术明显成本更低。当然，作为冲压层压法的备选方案，冲压出来的村料层还可在冲压机外面在单独的设备中层压和连接。

重要的优点是，不需要为达到所需的表面质量、尤其为提供平整的连接表面而使用精密切割（精密冲压）。同样，不必费时费力地对触头载体进行机械修整。

在应用常规的冲压方法时，在相应地设计切割工具时，尤其在切割间隙最小时和/或在一个或多个再切割时，既使在很薄的材料层中也能实现很高的光滑冲断比例，因此形成的叠组具有足够高的、至少达80%的光滑冲断比例。材料层的厚度在此优选在0.1和1.0mm之间。期望高的光滑冲断比例通过以下方式得以实现，即与传统的实心触头载体相比，材料层只具有相对更薄的材料厚度。在此材料厚度方面，借助优化的常规的冲压方法也能达到期望高的光滑冲断比例。在此，冲压棱边的典型特征（例如其在材料厚度超过2mm时出现，例如进入半径（Einzugradius）和断裂带）降至最低。

此外，通过材料层上下叠置的相应布置，还能以对与接触块的后续连接有利的方式和方法来影响光滑冲断比例在相关表面上的分布。

具有按本发明的触头载体的开关触头可在形状、稳定性、可钎焊性以及开关技术特性上与实心的、传统的开关触头进行比较。

可通过触头载体的所述结构实现的表面质量，尤其是较高的光滑冲断比例，以及由此在冲压和功能边缘的范围内产生的非常平整的表面，不仅对触头块在触头载体的触头位置上的连接产生有利作用。而且在后期的开关触头的轴承面和滑动面的范围内，较高的光滑冲断比例还能实现尤其良好的功能性。尤其是触头载体的轴承孔（后期插入销）可因此具有较高的光滑冲断比例，并因此具有相对较高的平面度。

由于触头载体的相对较小的厚度，所以可冲压直径尤其小的孔或宽度尤其小的缝隙，而这种孔或缝隙在传统的实心的触头载体中必须切削加工而成，例如通过钻孔或铣削，由此只能达到相对较低的平面度。

由于使用了薄的触头载体层来代替实心的触头载体，所以可制成轮廓精细得多且半径小得多的触头载体。由层叠组形成的触头载体尽管其产生的厚度仍可因此具有非常精细的细节轮廓。

在本发明的另一实施例中，材料层在安装触头块的过程中彼此连接。换句话说，在制造触头载体时就已经制成了完整的开关触头。这一点例如在组合的冲压-钎焊装置中这样实现，即事先冲压出来的材料层在层压之前在后期的连接位置上设置焊料层，并在钎焊的过程中不仅触头块与触头载体连接，而且材料层相互连接以形成触头载体。

本发明的应用不仅局限于特定的机电开关设备（例如保护继电器、过载继电器和负载分离器）或特定的型号或形状的开关触头。因此，本发明例如可用于线性或旋转驱动的开关触头、单断流器或双断流器等。

附图说明

结合实施例的以下描述可更清楚和更明确地理解本发明的上述特性、特征和优点以及它们如何实现的方式和方法，所述实施例结合附图进行详细阐述。其中：

图1  示出了按现有技术的精密冲压的实心触头载体；

图2  示出了具有两个材料层的第一冲压层压的触头载体；

图3  示出了具有四个材料层的第二冲压层压的触头载体；

图4  具有冲压层压的触头载体的开关触头，此触头载体具有定距片；

图5  在爆炸图中示出了图4的开关触头。

具体实施方式

所有的附图都只是示意性地并且借助其主要的组成部分来显示本发明。在此相同的附图标记对应于功能相同或类似的元件。

在图1中示出了实心的触头载体，如同从现有技术中已知的一样。它是指触头桥1，如其用在电气断路器中那样。这样的触头桥1在其安装状态下设置在断路器的转子壳体（未示出）中，并可围绕着旋转轴线2进行摆动，以便从接通位置转换到断开位置。为此，触头桥1具有设置在中央的轴承3。触头桥1具有两个触头臂4、5，它们在其端部上可与触头元件（在图1中未示出）连接。每个触头臂4、5都具有用来容纳螺旋弹簧（未示出）的销轴6。触头载体的特定外部轮廓以及可借助触头载体建立的开关触头的功能方式对专业人员来说都是已知的，因而不是本发明的主题。

图2示出了第一按本发明的触头桥10，它由两个彼此连接的材料层11构成。此材料层11彼此平行，并布置在触头桥10的长度方向12及宽度方向13的平面中。触头桥10的总厚度14小于图1所示的触头桥1的总厚度。

图3示出了第二按本发明的触头桥15，其具有四个彼此连接的材料层11、16。触头桥15的两个内层11相当于已构成图2所示的触头桥10中的材料层11。两个外层16示出了与之不同的形状，因为它们没有弹簧容纳销轴6。由内层和外层11、16组接而成的触头桥15在形状和造型方面相当于图1所示的实心触头桥1。

图2所示的以及图3所示的触头桥10、15都借助冲压层压法由1.0mm厚的铜片材料在冲压层压装置中在使用常规冲压法的情况下无机械修整地制成。在图2和3中没有详细示出单个层的连接方法和方式。这些层可例如以敛缝、铆接或其它方式彼此连接。

图4和5是已制好的开关触头21，它由一个触头桥22和两个与触头桥22连接的触头桥23构成。所示的触头桥22在此处示出的实施例中由材料厚度分别为1.0mm的四个材料层制成，即两个外面的材料层24和两个里面的材料层25，其中在材料层24、25之间分别插入厚度更小的定距元件26。在冲压层压工艺中进行层压的过程中插入定距元件26。在此实施例中，材料层24、25以及定距元件26彼此之间的连接一方面通过铆接，另一方面通过敛缝来实现。为了制造铆接连接，提前在相关的结构元件24、25、26中设置相应的孔27。结果是，制成的触头桥22的两个相对而置的端部分别设置有铆钉28。在敛缝时，敛缝销轴（Verstemmzapfen）29嵌入到相邻层的相应设置的容纳部30中或嵌入到最下层的材料穿口31中，此敛缝销轴在轴承孔3的右边和左边设置在三个上面的材料层中。可选的是，在这三个前面的材料层中，围绕敛缝销轴29设置有圆形的压制部位34，层材料穿过此压制部位朝各自相邻层的方向上引出。压制部位34按照定距元件26的厚度这样构成，即它们当作层之间的定距元件来用，从而所述层也在中央彼此支撑。

定距元件26在结构上构造得一样，并设置在分别两个相邻的材料层24、25之间。它们在形状上相当于材料层24、25的端部部段32，因此在安装状态下以材料层24、25的外棱边终止，并因此不突出于外棱边，见图4。

定距元件26位于触头桥22的相对而置的端部上，因此在材料层24、25之间分别形成通风缝隙33，它在宽度方向13上贯穿了触头桥22。总的说来，触头桥22因此具有三个通风缝隙33。通风缝隙33的高度相当于定距元件26的厚度。

这两个中间的材料层25由第一铜材制成，并还具有两个从属于相应触头臂的弹簧容纳销轴6。这两个外部的材料层24由第二铜材制成，并且没有弹簧容纳销轴6。定距元件26由导电材料制成。

Claims (10)

1.一种用于机电开关设备的开关触头（21）的触头载体（10、15、22），其特征在于，触头载体（10、15、22）基本上由多个彼此连接的材料层（11、16；24、25）构成。

2.按权利要求1所述的触头载体（10、15、22），其特征在于，材料层（11、16；24、25）设置在触头载体（10、15、22）的长度及宽度方向（12、13）上。

3.按权利要求1或2所述的触头载体（10、15、22），其特征在于，在至少两个相邻的材料层（11、16；24、25）之间设置至少一个定距元件（26）。

4.按权利要求3所述的触头载体（10、15、22），其特征在于，所述至少一个定距元件（26）这样构成，即在两个相邻的材料层（11、16；24、25）之间构造至少一个通风缝隙（33）和/或所述至少一个定距元件（26）形成冷却元件。

5.按权利要求1至4之任一项所述的触头载体（10、15、22），其特征在于，至少一个第一材料层（11、16；24、25）由第一材料构成，而至少一个第二材料层（11、16；24、25）由与第一材料不同的第二材料构成。

6.按权利要求1至5之任一项所述的触头载体（10、15、22），其特征在于，至少一个第一材料层（11、16；24、25）具有第一几何特性，而至少一个第二材料层（11、16；24、25）具有与之不同的第二几何特性，其中所述特性是指材料层（11、16；24、25）的长度、宽度、厚度和/或形状。

7.一种用来制造用于机电开关设备的开关触头的触头载体（10、15、22）的方法，其特征在于，用来构成触头载体（10、15、22）的多个材料层（11、16；24、25）彼此连接。

8.按权利要求7所述的方法，其特征在于，材料层（11、16；24、25）事先制成，并且是在使用常规冲压方法的情况下制成。

9.按权利要求7或8所述的方法，其特征在于，使用冲压层压法来制造。

10.按权利要求7至9之任一项所述的方法，其特征在于，材料层（11、16；24、25）在一个与至少一个触头块（23）同触头载体（10、15、22）连接形成开关触头（21）的共同的工作工序中彼此连接。

Images