CN105702485A - 用于电机开关装置的接触单元 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种用于电机开关装置(10)的接触单元(12)，其具有支承部件(14)以及与支承部件(14)相连接的接触部件(16)，其中，接触部件(16)具有含银层(18)，该含银层(18)提供用于根据开关装置(10)的开关状态可松脱地与开关装置(10)的另一个接触面(32)相接触的接触面(20)，其中，所述含银层(18)至少在接触面(20)的区域内具有金刚石颗粒(22)。

Description

用于电机开关装置的接触单元

技术领域

本发明涉及一种用于电机开关装置的接触单元，其具有支承部件以及与支承部件相连接的接触部件，其中，接触部件具有含银层，它提供用于根据开关装置的开关状态可松脱地与开关装置的另一个接触面相接触的接触面。此外，本发明还涉及一种电机开关装置，其具有至少两个相互电绝缘布置的连接端、至少一个连接在其中一个连接端上的接触单元、连接在另一个连接端上的另一个接触面以及与接触单元机械连接的驱动单元，该驱动单元用于使由接触单元的接触部件提供的接触面根据电机开关装置的开关状态与电机开关装置的另一个接触面可松脱地接触。

背景技术

这样类型的接触单元以及电机开关装置基本上是已知的，因而对此不再需要进行单独的文献方面的说明。这种类型的电机开关装置用于，以可预设的方式通过提供电机开关接触件根据开关接触件的开关状态来断开或闭合电路循环。出于这种目的，这些电机开关装置能够具有可手动和/或自动操作的驱动单元，借助该驱动单元能够将开关接触件运动到希望的开关状态。驱动单元操作其中至少一个接触单元，以便能够在电机开关装置中形成希望的开关状态。这种类型的电机开关装置例如包括单级或多级的电机开关，这些电机开关例如能够借助操作部件被手动地操作。借助该操作部件能够从电机开关装置的一个开关状态变换到电机开关装置的另一个开关状态。如果操作部件设计用于手动操作，则它能够例如由键盘、开关手柄、旋转手柄和/或它们的组合等构成。如果设置为自动操作，驱动单元则也能够被这样设计，使其能够以磁的、电的、气动的和/或液压方式等操作，以便能够形成电机开关装置的希望的开关状态。用于磁式操作的驱动单元例如是继电器或接触器等。

电机开关装置的接触单元用于，借助与支承部件相连接的接触部件提供接触表面，其中，通过根据电机开关装置的相应的开关状态来机械式移动支承部件与接触部件，使得相应的接触面机械地接触或者空间上相互隔开地定位。在接触面接触的开关状态下能够形成导电的连接。在隔开的状态下断开电连接。

这种类型的电机开关装置以及相应的接触单元尤其在低压负荷开关(或低压隔离开关)和/或低压断路器等中使用。在现有技术中，通常使用以银为基础的物质，它构成相应的接触部件并且提供相应的接触面。以银为基础的层还具有较少份额的石墨。

在电机开关装置中，接触材料通常应该在电机开关装置的接通状态中实现尽可能低的接触电阻。但是同时，在常规运行期间应该实现较低的材料损失以及较低的焊接倾向(Verschweiβneigung)。但是，这两种特性是相互对立的。虽然含有石墨的以银为基础的接触材料已证明是可行的，但是还是存在改进的需求，尤其在开关装置的耐久性方面和可靠运行方面。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是，如此改进这种类型的电机开关装置，使得所述特性得到进一步改进。

所述技术问题通过根据本发明的接触单元所解决。此外，所述技术问题还通过根据本发明的电机开关装置所解决。

本发明设置这样类型的接触单元，其中，含银层至少在接触面的区域具有金刚石颗粒。

相应地，根据本发明尤其建议一种电机开关装置，它具有根据本发明的接触单元。

接触单元具有支承部件，它被这样设计，用来支承与支承部件相连接的接触部件。优选的是，在电机开关装置中至少一个接触单元是可以机械运动的，因而由接触部件提供的接触面根据开关装置的相应的开关状态能够与开关装置的另一个接触面可松脱地接触。因此，能够根据开关装置的相应的开关状态在电连接端(或者称为接头)(借助它们相应的接触面分别处于导电接触)之间提供导电连接。

含银层(也被称为以银为基础的层)主要包含银。银的重量份额优选是大于90％。含银层能够除了金刚石颗粒外还具有少量的其它物质。其它物质能够例如是钨、镉、镍、硅、铜、钯、铬、锰、钼、它们的合金和/或类似物质，例如碳化钨等。

利用本发明可以实现，在开关装置的接通状态中在导电性至少保持不变的情况下能够改进导热性和/或稳定性。这通过加入金刚石颗粒来实现，这些金刚石颗粒在前面所述的现有技术中使用石墨方面能够基本上代替所述石墨。由此，在接触表面的区域内在接触单元或电机开关装置常规运行时能够明显地提高导热性。这具有的优点是，在打开电机开关装置的情况下，即，将两个接触单元的两个相互接触的表面分开的情况下，能够冷却由此产生的电弧。在电弧负荷的情况下，通常会熔化接触部件的接触面。由于同时较高的温度会使得银蒸发和/或喷溅。通过借助本发明可更好地冷却接触表面和/或更快速地输出热量，能够明显地延缓接触面发生熔化的时刻。由此能够实现，更少的材料从接触面中去除。因此，一方面接触单元能够在承受相同负荷的情况下被设计得比迄今在现有技术可能的接触单元更小，和/或另一方面实现更好的稳定性或开关操作承受能力。在此，本发明能够实现，尤其在接触面的接触状态下至少维持导电性。

该优点尤其是由此实现的，即，金刚石颗粒的热导率通常至少大约是银的导热性的5倍。金刚石颗粒的热导率例如为1000至2500W/mk。相比之下，银只具有429W/mk的热导率。

但是，本发明还可实现较高的耐冲击性、良好的热稳定性以及较高的冲击韧性。同时证明了，由于设有金刚石颗粒的含银层的流动性良好，接触部件的制造过程同样能够被改进。

此外，证明有利的是，原则上类似于在使用石墨情况下的氧化行为然而却发生在更高的温度下。

由于前面所述的特性和优点，给出用于接触部件的接触材料，它尤其在电弧作用下具有较高的稳定性。因此，与传统的接触部件、例如具有石墨的银相比，材料去除或材料损耗较少。尤其是，接触部件由此在可比较的断流容量下在它的容积方面被降低，由此补充地还可实现节省成本。

在电机开关装置中较大的热源之一通常是接触位置，它通过两个接触面的接触而形成。由此形成的接触位置的接触电阻能够根据接触部件或接触表面的负荷和污染而被剧烈改变。为了避免接触单元的“热点”或局部过热位置或过度负荷，应该尽可能快地从接触面中导出热量。这之所以能够借助本发明来实现，是因为在接触位置区域内形成点上的热量由于金刚石颗粒较高的热导率而能够通过相对较小的接触部件向支承部件快速传递。

通常，支承部件具有比接触部件更高的重量，由此能够提供热沉通过该热沉能够冷却接触部件。支承部件通常同时也用于形成与接触部件或接触表面的电连接。出于这种目的，它通常由导电材料构成。

通过前面所述的冷却效果还可实现，在接触单元的区域内其它材料也受到较少的热负荷，尤其在其它材料是塑料时。此外，还能够改进接触单元的稳定性，尤其在接触部件和支承部件之间通过焊料(例如可以是基于银的硬焊料)形成连接时。在制造时将例如以膏和/或薄膜形式的硬焊料敷设在支承部件上，随后在支承部件上敷设接触部件。通过随后的热处理在支承部件和接触部件之间形成连接。通过本发明和利用本发明实现的改进的冷却效果还能够在接触部件和支承部件之间实现更好的持久性。

此外，本发明能够实现，利用在电弧作用下产生的CO₂，以便实现保护气体效应，该保护气体效应进一步降低了电弧对接触部件或接触面的其它不利影响。

本发明有利的实施例设定，金刚石颗粒掺杂这样的物质，它使得金刚石颗粒的导电性良好。这种物质能够例如是硼、磷或氮等。当然还能够是它们的组合，以便例如简化金刚石颗粒的制造过程。为此，在开关特性方面进一步改善了金刚石颗粒有利的作用。

在一种实施方式中能够设定，金刚石颗粒与石墨颗粒相混合地设置在含银层中。例如，一定份额的金刚石颗粒被石墨颗粒所代替。但是，还能够设定，石墨颗粒的份额与金刚石颗粒的份额互补。

金刚石颗粒有利地还能够至少主要地如此布置在含银层中，使得金刚石颗粒与接触面相接触。因此，在其作用效果方面进一步优化了金刚石颗粒的使用。

在有利的实施方式中建议，在含银层中的金刚石颗粒的份额至少在接触面的区域内是至少2％重量份额。因此，在彼此接触的接触面中能够实现特别高的导电性。然而，特别有利的是，金刚石颗粒基本上均匀分布地被布置在含银层中。

改进方案规定，在含银层中的金刚石颗粒的份额至少在接触面的区域内最高为10％重量份额。因此，能够实现的是，彼此接触的接触面在较好的导电性下能够被特别好地冷却。

改进方案规定，在支承部件和含银层之间布置银层。该银层能够是可比较的合金，如上面在关于含银层的阐述中已经说明的那样。但是，它也能够具有纯银。借助银层能够实现，在含银层和支承部件之间能够形成可靠连接。该银层能够以膏或者薄膜的形式被敷设，并且借助热处理被加工，以便在含银层和银层之间可以形成优选的材料接合的连接。此外，当然还能够规定，银层和含银层相互一体式设计。与含银层不同的是，银层优选基本上不包含金刚石颗粒。因此，能够实现可靠的、均匀的连接。

银层的层厚通常小于基于银的层，尤其在银层只用于基于银的层与支承部件的连接时。但是，如果根据另外的实施方式银层的层厚大于基于银的层，则在特定的边界条件下也是有利的。因此，能够降低还包含金刚石颗粒的含银层的成本。因此，利用本发明可实现，与现有技术相比明显降低了含银层的层厚。

改进方案规定，金刚石颗粒的平均颗粒尺寸的范围是1μm至50μm。平均颗粒尺寸能够例如根据相应设置的开关应用来进行选择，以便能够尽可能恰当地匹配含银层的特性和接触面的持久性。例如，基于银的层的厚度能够与颗粒尺寸相关。在较小的颗粒尺寸下能够设置比在较大颗粒情况下更小的层厚。当然还能够实现，在特定的颗粒尺寸方面精确地选择金刚石颗粒，以便能够以可预设的方式调节接触部件的和接触面的材料特性。例如还能够规定，金刚石颗粒的平均颗粒尺寸的范围被选为2μm至15μm，特别优选5μm至10μm。此外，在备选的实施方式中规定，金刚石颗粒的平均颗粒尺寸的范围是10μm至50μm。因此利用本发明，能够使用工业上的金刚石粉末来作为金刚石颗粒的来源。因此，用于本发明的金刚石颗粒能够被简单地和成本低廉地提供。

根据本发明的改进方案建议，支承部件具有铜。因此，支承部件能够不止提供可靠的支承功能，而且还能够实现接触部件的非常良好的电以及热耦合。还能够尤其设置弹性的铜合金，以便能够以可预设的方式调节希望的机械以及电学和热学性质。铜被证明是特别有利的，因为它可以与含银层以及必要时与银层良好地连接。

此外建议，含银层的层厚的范围是100μm至5000μm。已经证明，以这种层厚能够实现可靠的和持久的接触面，此外该接触面是成本低廉的。相比之下，银层的层厚的范围可为约100μm至约200μm。

根据另一个实施例建议，接触面最大为200cm²，优选50cm²。因此，本发明的接触单元能够非常简单地集成在已有的开关装置中。接触面自然也能够在约50cm²至约200cm²的范围进行选择。接触面当然还可选为小于50cm²。

附图说明

本发明的其它优点和特征结合附图由下面所述的实施例给出。在附图中，相应的构件和功能用相同的附图标记来标识。

附图为：

图1以示意性的电路图示出根据本发明的可手动操作的低压断路器，

图2以示意性的侧视图示出根据本发明的接触单元的原理性结构；和

图3以示意性的剖面图示出根据图2所示的接触单元的层状结构。

具体实施方式

图1以示意性的电路图示出根据本发明的以低压断路器形式的电机开关装置10。低压断路器10包括两个相互电绝缘布置的连接端26和28，它们被连接在未示出的电路循环的同样未示出的电导线上。该低压断路器10用于以希望的方式在连接端26和28之间形成导电连接。这种导电连接根据低压断路器10的开关状态而形成。出于这种目的，低压断路器10借助作为驱动单元的开关手柄30能够被手动地操作。

开关手柄30作用在根据本发明的接触单元12上，在本实施例中该接触单元12以可转动的方式被支承。该接触单元12是低压断路器10的组成部分并且根据低压断路器10的开关状态在连接端26和28之间形成电连接。

在备选的实施例中当然可以设定，开关手柄30补充地可被自动的驱动装置代替或者补充，以便例如能够远程控制低压断路器10。

接触单元12包括接触面20，该接触面20能够借助开关手柄30转动。在低压断路器10的接通状态下，接触面20接触低压断路器10的不可移动的、另一个接触面32。接触面32与连接端28导电连接，而接触面20与连接端26导电连接。

在备选的实施例中当然还能够设定，接触面32也能够运动或旋转，并且可以优选借助驱动单元、例如开关手柄30被操作。尤其能够相应地设置另一个接触单元，它被安置用来与接触单元12共同作用。

图2以放大的示意性原理图示出根据图1所示的接触单元12的侧视图。接触单元12包括接触部件16，它具有含银层18。接触部件16提供接触面20。接触面20用于可松脱地接触另一个接触面32。

含银层18具有金刚石颗粒22，这些金刚石颗粒22的平均颗粒尺寸在这里为22μm。在本实施例中，金刚石颗粒22基本上均匀地分布在含银层18中。金刚石颗粒22在含银层18中的重量份额大约是5％。

含银层18与银层24相连接，银层在它这一侧形成与接触单元12的支承部件14的连接。支承部件14在这里由铜合金构成。支承部件14除了良好的导电性和导热性之外还具有弹性，从而不必要单独地、铰接地在低压断路器10内布置接触单元12。借助开关手柄30能够将接触单元12移入、在此转入希望的开关位置。

图3示意性地示出在接触面20的区域内的接触单元12的结构的截面图。根据图3如下这样示出层状结构。最上层是含银层18，它也具有金刚石颗粒22。含银层18在这里被设计为层厚大约120μm。

在含银层18下方与含银层18连接的是银层24，它在这里具有大约100μm的层厚。在备选实施例中，在设置的应用方面根据接触单元12的构造，银层24的层厚可在100μm和200μm之间改变。银层24在这里由银合金构成，该银合金基本上包含银并且具有份额非常小的其它物质，以便能够保证持久的和可靠的连接作用。

在银层24上连接有支承部件14，它同样与银层24固定连接。为了制造如图3所示的层的复合物，能够设定，支承部件14被涂覆以薄膜或者膏形式的银层24，并且在它之上敷设具有金刚石颗粒22的含银层18。之后进行热处理，从而在不同的层14、18、24之间形成材料接合的连接。

所述的实施例只是用来描述本发明，而并未限制本发明。当然尤其是技术特征和实施例能够以任意的方式相互组合，以便得到其它的满足需要的实施方式，而不会脱离本发明的思想。此外，还能够将装置特征转化为方法特征或反之亦可。

Claims (11)

1.一种用于电机开关装置(10)的接触单元(12)，其具有支承部件(14)以及与支承部件(14)相连接的接触部件(16)，其中，接触部件(16)具有含银层(18)，所述含银层(18)提供用于根据开关装置(10)的开关状态可松脱地与开关装置(10)的另一个接触面(32)相接触的接触面(20)，

其特征在于，

所述含银层(18)至少在接触面(20)的区域内具有金刚石颗粒(22)。

2.根据权利要求1所述的接触单元，其特征在于，金刚石颗粒(22)在含银层(18)中的重量份额至少在接触面(20)的区域内至少是2％。

3.根据权利要求1或2所述的接触单元，其特征在于，金刚石颗粒在含银层(18)中的重量份额至少在接触面(20)的区域内最高是10％。

4.根据权利要求1至3中任一项所述的接触单元，其特征在于，在支承部件(14)和含银层(18)之间布置银层(24)。

5.根据权利要求4所述的接触单元，其特征在于，所述银层(24)的层厚大于含银层(18)。

6.根据权利要求1至5中任一项所述的接触单元，其特征在于，金刚石颗粒(22)的平均颗粒尺寸大约为1μm至50μm。

7.根据权利要求1至6中任一项所述的接触单元，其特征在于，支承部件(14)具有铜。

8.根据权利要求1至7中任一项所述的接触单元，其特征在于，含银层(18)的层厚的范围是100μm至500μm。

9.根据权利要求1至8中任一项所述的接触单元，其特征在于，接触面(20)最大为200cm²，优选50cm²。

10.根据权利要求1至9中任一项所述的接触单元，其特征在于，金刚石颗粒(22)掺杂这样的物质，它使得金刚石颗粒(22)的导电性良好。

11.一种电机开关装置(10)，具有至少两个相互电绝缘布置的连接端(26、28)、至少一个连接在其中一个连接端(26)上的接触单元(12)、连接在另一个连接端(28)上的另一个接触面(32)以及与接触单元(12)机械连接的驱动单元(30)，该驱动单元(30)用于使由接触单元(12)的接触部件(16)提供的接触面(20)根据电机开关装置(10)的开关状态与电机开关装置(10)的另一个接触面(32)可松脱地接触，

其特征在于，

至少一个所述接触单元(12)根据上述权利要求中任一项来设计。