DE102011119306A1

DE102011119306A1 - Contact pairing with a double contact point for an electrical switching device

Info

Publication number: DE102011119306A1
Application number: DE201110119306
Authority: DE
Inventors: Sascha Schulte
Original assignee: Daimler AG
Current assignee: Mercedes Benz Group AG
Priority date: 2011-11-24
Filing date: 2011-11-24
Publication date: 2013-05-29
Also published as: WO2013075765A1

Abstract

Die Erfindung betrifft eine Kontaktpaarung (2) mit einer Doppelkontaktstelle für ein elektrisches Schaltgerät (1), bei der zwei Festkontaktstücke (3) mittels einer beweglichen Kontaktbrücke (4) elektrisch leitend verbindbar und wieder trennbar sind. Erfindungsgemäß ist die Kontaktbrücke (4) zum Schließen der elektrisch leitenden Verbindung mittels einer Schließkraft (FS) an die Festkontaktstücke (3) anpressbar, wobei Kontaktoberflächen (3.2, 4.2) in einander zugewandten Kontaktbereichen (3.1, 4.1) der Kontaktbrücke (4) und der Festkontaktstücke (3) in einem Winkel von betragsmäßig ungleich 90° zu einer Richtung der Schließkraft (FS) ausgebildet sind. Des Weiteren betrifft die Erfindung ein elektrisches Schaltgerät (1).The invention relates to a contact pair (2) with a double contact point for an electrical switching device (1), in which two fixed contact pieces (3) by means of a movable contact bridge (4) are electrically conductively connected and separable again. According to the contact bridge (4) for closing the electrically conductive connection by means of a closing force (FS) to the fixed contact pieces (3) can be pressed, wherein contact surfaces (3.2, 4.2) in mutually facing contact areas (3.1, 4.1) of the contact bridge (4) and the Fixed contact pieces (3) are formed at an angle of magnitude not equal to 90 ° to a direction of the closing force (FS). Furthermore, the invention relates to an electrical switching device (1).

Description

Die Erfindung betrifft eine Kontaktpaarung mit einer Doppelkontaktstelle für ein elektrisches Schaltgerät nach den Merkmalen des Oberbegriffs des Anspruchs 1 und ein elektrisches Schaltgerät nach den Merkmalen des Oberbegriffs des Anspruchs 8.The invention relates to a contact pair with a double contact point for an electrical switching device according to the features of the preamble of claim 1 and an electrical switching device according to the features of the preamble of claim 8.

Aus dem Stand der Technik ist, wie in der DE 197 55 930 A1 beschrieben, eine Kontaktpaarung mit einer Doppelkontaktstelle für ein elektrisches Schaltgerät bekannt. Die Kontaktpaarung besitzt zwei Festkontaktstücke, die mittels einer Kontaktbrücke elektrisch leitend verbunden und getrennt werden. An der Kontaktbrücke sind zwei Kontaktstücke angebracht, die sich je gegen ein Festkontaktstück anlegen. Die eine Kontaktstelle besitzt einen Auflagepunkt und die andere Kontaktstelle zwei Auflagepunkte, wobei die beiden Auflagepunkte der anderen Kontaktstelle durch ein Tal getrennt sind, dessen Erstreckung in Richtung der Längserstreckung der Kontaktbrücke verläuft, so dass sich dadurch eine Dreipunktauflage ergibt.From the prior art, as in the DE 197 55 930 A1 described a contact pair with a double contact point for an electrical switching device known. The contact pair has two fixed contact pieces, which are electrically connected and disconnected by means of a contact bridge. At the contact bridge two contacts are attached, each of which create against a fixed contact. The one contact point has a contact point and the other contact point two contact points, wherein the two contact points of the other contact point are separated by a valley whose extension extends in the direction of the longitudinal extension of the contact bridge, thereby resulting in a three-point support.

In der EP 1 722 382 A2 wird eine Kontaktanordnung für ein Relais beschrieben. Die Kontaktanordnung umfasst einen Kontaktkopf mit einer eine Kontaktfläche umschließenden, gegenüber der Kontaktfläche vorspringenden Krone. Die Krone ist an einer Vielzahl von Stellen unterbrochen, wodurch Zacken und Zwischenräume zwischen den Zacken gebildet sind. Dieser Kronen-Kontaktkopf liegt in geschlossener Stellung der Kontaktanordnung geneigt an einem kronenlosen Kontaktkopf an. Die den beweglichen Kontaktkopf tragende Kontaktfeder ist verwindbar ausgebildet.In the EP 1 722 382 A2 a contact arrangement for a relay will be described. The contact arrangement comprises a contact head with a contact surface enclosing, with respect to the contact surface projecting crown. The crown is interrupted in a variety of places, whereby prongs and spaces between the prongs are formed. This crown contact head is in the closed position of the contact arrangement inclined to a crownless contact head. The movable contact head bearing contact spring is formed twistable.

Aus der DE 2239 259 A1 ist eine elektrische Kontaktanordnung bekannt. Die elektrische Kontaktanordnung für Relais, Schalter oder dergleichen umfasst eine einseitig eingespannten Schraubenfeder aus elektrisch gut leitendem Material als bewegliche Kontaktfeder, deren Windungen eng aneinander liegen und die mit einem festen Gegenkontaktstück einen Doppelkontakt bildet. Das feste Gegenkontaktstück wird durch Schraubenfederwindungen gebildet, die der beweglichen Kontaktfeder kreuzweise gegenüberstehen und einen solchen Windungsabstand aufweisen, dass jeweils zwischen benachbarten Windungen eine V-förmige Kontaktstelle entsteht, in die sich das freie Ende der beweglichen Kontaktfeder legt. Die bewegliche Kontaktfeder ist aus einem Draht mit quadratischem oder rechteckigem Querschnitt hergestellt, der nur auf einer seiner Seiten mit einem Edelmetall oder einer Edelmetall-Legierung belegt ist. Die schraubenförmige Kontaktfeder ist so gewickelt, dass die mit Edelmetall belegte Seite des Drahtes an der Außenseite der Feder liegt und eine glatte Kontaktfläche bildet.From the DE 2239 259 A1 An electrical contact arrangement is known. The electrical contact arrangement for relays, switches or the like comprises a cantilevered coil spring made of electrically good conductive material as a movable contact spring whose turns are close to each other and forms a double contact with a fixed mating contact. The fixed mating contact piece is formed by helical spring coils, which face the movable contact spring crosswise and have such a winding spacing, that in each case between adjacent turns, a V-shaped contact point is formed, in which lays the free end of the movable contact spring. The movable contact spring is made of a wire of square or rectangular cross-section, which is covered on one side only with a noble metal or a noble metal alloy. The helical contact spring is wound so that the precious metal-coated side of the wire lies on the outside of the spring and forms a smooth contact surface.

In der DE 10 2011 005 580 A1 werden ein Relais und eine Energiezuführvorrichtung für ein Fahrzeug beschrieben. Das Relais umfasst Kontakte, eine Antriebsspule, ein bewegliches Teil und einen Widerstand. Die Antriebsspule erzeugt eine magnetische Kraft gemäß einem Steuersignal. Das bewegliche Teil ist eingerichtet, um durch die magnetische Kraft angetrieben zu werden, um die Kontakte zu öffnen und zu schließen. Der Widerstand weist einen vorbestimmten elektrischen Widerstandswert auf. Wenn das Steuersignal bei einem ersten Pegel liegt, wird das Relais auf einen ersten Ein-Zustand gesetzt, in dem die Kontakte aber den Widerstand geschlossen werden. Wenn das Steuersignal bei einem zweiten Pegel liegt, der höher als der erste Pegel ist, wird das Relais auf einen zweiten Ein-Zustand gesetzt, in dem die Kontakte über das bewegliche Teil ohne den Widerstand geschlossen werden.In the DE 10 2011 005 580 A1 For example, a relay and a power supply device for a vehicle will be described. The relay includes contacts, a drive coil, a moving part and a resistor. The drive coil generates a magnetic force according to a control signal. The movable member is adapted to be driven by the magnetic force to open and close the contacts. The resistor has a predetermined electrical resistance. When the control signal is at a first level, the relay is set to a first on state in which the contacts but the resistor are closed. When the control signal is at a second level higher than the first level, the relay is set to a second on state in which the contacts are closed by the movable part without the resistor.

Aus der EP 0 863 531 B1 ist ein Schütz zur Abtrennung einer Batterie von einer Bordelektroinstallation eines Fahrzeugs bekannt. Der Schütz umfasst eine statische Basis, die zumindest einen feststehenden Kontakt trägt, eine Welle, die bezüglich der Basis in Richtung ihrer eigenen Längsachse beweglich ist und zumindest einen beweglichen Kontakt trägt, um beim Aufeinanderlegen mit dem feststehenden Kontakt zusammenzuwirken, Federmittel, die darauf gerichtet sind, die Welle in eine erste Arbeitsstellung zu drücken, und eine elektromagnetische Steuervorrichtung, die in der Lage ist, eine Kraft zu generieren, die die Welle gegen die Wirkung der Federmittel in eine zweite Arbeitsstellung drückt. Des Weiteren umfasst der Schütz eine Verankerungsvorrichtung, die betriebsfähig mit der Welle und der Basis verbunden ist und zwei feste Verankerungsstellungen entsprechend der ersten und zweiten Arbeitsstellung der Welle aufweist, wobei die Verankerungsvorrichtung geeignet ist, jedes Mal von einer der festen Verankerungsstellungen zur anderen überzugehen, wenn die elektromagnetische Steuervorrichtung betätigt wird. Die Verankerungsvorrichtung schließt ein Element ein, das axial an der Welle befestigt und frei um diese drehbar ist.From the EP 0 863 531 B1 For example, a contactor for disconnecting a battery from an on-board electrical installation of a vehicle is known. The contactor comprises a static base supporting at least one fixed contact, a shaft which is movable relative to the base in the direction of its own longitudinal axis and which carries at least one moveable contact for co-operating with the fixed contact, spring means directed thereon to push the shaft to a first operative position, and an electromagnetic control device capable of generating a force urging the shaft against the action of the spring means in a second operative position. Furthermore, the contactor comprises an anchoring device operatively connected to the shaft and the base and having two fixed anchoring positions corresponding to the first and second working positions of the shaft, the anchoring device adapted to transition from one of the fixed anchoring positions to the other each time the electromagnetic control device is actuated. The anchoring device includes a member axially secured to and rotatable about the shaft.

In der DE 27 54 431 A1 wird eine Schaltkontaktstrecke für Leistungsschalter und Schaltschütze beschrieben. Die Schaltkontaktstrecke weist Kontaktstücke auf, die aus der Verbindung eines Dauermagneten mit einem der Kontaktgabe dienenden Oberteil aus Kontaktwerkstoff bestehen.In the DE 27 54 431 A1 a switch contact section for circuit breakers and contactors is described. The switch contact section has contact pieces which consist of the connection of a permanent magnet with a contact part serving upper part of contact material.

Aus der DE 42 04 641 A1 ist ein elektrischer Kontakt für Schaltgeräte bekannt. Bei dem elektrischen Kontakt für Schaltgeräte, insbesondere für elektromagnetische Relais, dessen einem Gegenkontakt zugewandte Kontaktfläche in zumindest einer Flächenrichtung eine konvexe Wölbung aufweist, ist der Scheitel der Wölbung aus der Flächenmitte um einen vorgegebenen Betrag versetzt.From the DE 42 04 641 A1 is an electrical contact for switching devices known. In the electrical contact for switching devices, in particular for electromagnetic relays, whose counter contact facing contact surface in at least one surface direction has a convex curvature, the apex of the curvature from the center of the area is offset by a predetermined amount.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zu Grunde, eine verbesserte Kontaktpaarung mit einer Doppelkontaktstelle für ein elektrisches Schaltgerät und ein verbessertes elektrisches Schaltgerät anzugeben. The invention is based on the object to provide an improved contact pairing with a double contact point for an electrical switching device and an improved electrical switching device.

Die Aufgabe wird erfindungsgemäß gelöst durch eine Kontaktpaarung mit einer Doppelkontaktstelle für ein elektrisches Schaltgerät mit den Merkmalen des Anspruchs 1 und ein elektrisches Schaltgerät mit den Merkmalen des Anspruchs 8.The object is achieved by a contact pair with a double contact point for an electrical switching device with the features of claim 1 and an electrical switching device with the features of claim 8.

Vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung sind Gegenstand der Unteransprüche.Advantageous embodiments of the invention are the subject of the dependent claims.

Bei einer Kontaktpaarung mit einer Doppelkontaktstelle für ein elektrisches Schaltgerät sind zwei Festkontaktstücke mittels einer beweglichen Kontaktbrücke elektrisch leitend verbindbar und wieder trennbar.In a contact pairing with a double contact point for an electrical switching device, two fixed contact pieces are electrically conductively connected by means of a movable contact bridge and separable again.

Erfindungsgemäß ist die Kontaktbrücke zum Schließen der elektrisch leitenden Verbindung mittels einer Schließkraft an die Festkontaktstücke anpressbar. Die Schließkraft ist beispielsweise elektromagnetisch zu realisieren. Kontaktoberflächen in einander zugewandten Kontaktbereichen der Kontaktbrücke und der Festkontaktstücke sind erfindungsgemäß in einem Winkel von betragsmäßig ungleich 90° zu einer Richtung der Schließkraft ausgebildet, d. h. in einem Winkel von ungleich 90° und ungleich –90°. D. h. der Betrag des Winkels zwischen der jeweiligen Kontaktoberfläche und der Richtung der Schließkraft ist entweder größer oder kleiner als 90°.According to the invention, the contact bridge for closing the electrically conductive connection by means of a closing force to the fixed contact pieces can be pressed. The closing force is for example to realize electromagnetically. Contact surfaces in mutually facing contact areas of the contact bridge and the fixed contact pieces are formed according to the invention at an angle of magnitude not equal to 90 ° to a direction of the closing force, d. H. at an angle not equal to 90 ° and not equal to -90 °. Ie. the amount of the angle between the respective contact surface and the direction of the closing force is either greater or less than 90 °.

Derartige elektrischen Schaltgeräte, beispielsweise Schütze oder Relais, neigen unter extremer Überlast, beispielsweise bei einem Kurzschluss zu einem selbstständigen Öffnen der elektrisch leitenden Verbindung. Dies tritt beispielsweise bei Hochlastrelais bzw. Schützen in Systemen mit sehr niederohmigen Energiequellen auf, wie beispielsweise Lithium-Ionen-Batterien. Diese Hochlastrelais bzw. Schütze können in einem Fehlerfall mit einem Kurzschlussstrom belastet werden, der ein Vielfaches ihres Nennstroms beträgt. Derartige Ströme können dazu führen, dass Kontakte im Inneren des elektrischen Schaltgeräts durch elektromagnetische Kräfte geöffnet werden, so dass es zu einer schädlichen Lichtbogenbildung kommt. Dieser Lichtbogen erwärmt die Kontaktbereiche bis zur kritischen Schmelztemperatur, so dass diese zerstört werden. Gleichzeitig sorgt eine durch den Lichtbogen verursachte Stromabsenkung für ein Nachlassen der elektromagnetischen Kräfte und somit für ein erneutes Schließen der Kontakte. Im ungünstigsten Fall kann sich dieses ungewollte Öffnen und Schließen mehrfach in schnellem Wechsel wiederholen. Dieser Effekt wird in der Literatur als elektromagnetische Repulsion, Levitation oder als Flattern bezeichnet. Das erneute Verpressen der angeschmolzenen Kontaktbereiche lässt diese miteinander verschweißen, so dass das elektrischen Schaltgerät auch nach Abschalten einer Ansteuerspannung dauerhaft geschlossen bleibt, das abzuschaltende System also weiterhin mit einer vollen Versorgungsspannung belastet wird.Such electrical switching devices, such as contactors or relays, tend under extreme overload, for example in the event of a short circuit, to an independent opening of the electrically conductive connection. This occurs for example in high-load relays or contactors in systems with very low-impedance energy sources, such as lithium-ion batteries. These high-load relays or contactors can be loaded in a fault with a short-circuit current, which is a multiple of their rated current. Such currents can cause contacts in the interior of the electrical switching device to be opened by electromagnetic forces, so that harmful arcing occurs. This arc heats the contact areas to the critical melting temperature so that they are destroyed. At the same time caused by the arc current reduction ensures a decrease in the electromagnetic forces and thus for a renewed closing of the contacts. In the worst case, this unwanted opening and closing can be repeated several times in rapid change. This effect is referred to in the literature as electromagnetic repulsion, levitation or fluttering. The re-pressing of the fused contact areas can be welded together, so that the electrical switching device remains permanently closed even after switching off a control voltage, so the system to be disconnected is still charged with a full supply voltage.

Dies ist durch die erfindungsgemäße Ausbildung der Kontaktoberflächen vermieden, da auf diese Weise eine Richtung der die Levitation auslösenden elektromagnetischen Kräfte, im Folgenden als Levitationskraft oder Stromkraft bezeichnet, umgeleitet ist, d. h. die Levitationskraft oder Stromkraft ist teilweise oder vollständig kompensierbar, da sie nicht mehr antiparallel zur Schließkraft gerichtet ist und daher der Schließkraft nicht mehr oder zumindest nicht mehr mit einem vollen Betrag entgegenwirkt.This is avoided by the inventive design of the contact surfaces, since in this way a direction of the levitation triggering electromagnetic forces, hereinafter referred to as levitation or current, diverted, d. H. the levitation force or current force is partially or fully compensated because it is no longer directed antiparallel to the closing force and therefore no longer counteracts the closing force or at least not with a full amount.

D. h. über eine gezielte Anpassung von Kontaktgeometrien der Kontaktbereiche bzw. der Kontaktoberflächen lässt sich eine Umlenkung der schädlichen, für die Levitation verantwortlichen Stromkräfte erreichen. Die Stromkräfte werden dazu zur Selbstkompensation in die Kontaktbrücke und/oder die Festkontaktstücke umgeleitet, statt sie gegen die Schließkraft arbeiten zu lassen.Ie. A targeted adaptation of contact geometries of the contact areas or of the contact surfaces makes it possible to redirect the harmful current forces responsible for the levitation. The current forces are redirected for self-compensation in the contact bridge and / or the fixed contact pieces, instead of letting them work against the closing force.

Durch die erfindungsgemäße Lösung ist zudem die Kurzschlussfestigkeit eines elektrischen Schaltgerätes vergrößert, ohne dass eine höhere Schließkraft erforderlich ist.The solution according to the invention also increases the short circuit strength of an electrical switching device without requiring a higher closing force.

Dadurch sind keine größeren Magnetspulen erforderlich, über welche eine höhere Schließkraft zu erzielen ist, welche jedoch einen höheren Bauraum erfordern.As a result, no larger magnetic coils are required, via which a higher closing force can be achieved, but which require a larger space.

Zudem ist auf diese Weise auch kein Einsatz beständigerer, dadurch aber auch wesentlich teurerer Kontaktmaterialien für die Festkontaktstücke und die Kontaktbrücke erforderlich, so dass eine wesentliche Kostenreduzierung erreicht ist.In addition, in this way, no use resistant, but also significantly more expensive contact materials for the fixed contact pieces and the contact bridge required, so that a significant cost reduction is achieved.

Vorzugsweise sind die einander zugewandten Kontaktbereiche der Kontaktbrücke und der Festkontaktstücke zumindest bereichsweise korrespondierend zueinander ausgebildet. Auf diese Weise liegen die Kontaktbereiche der Kontaktbrücke und der Festkontaktstücke auf einer möglichst großen Fläche aneinander an, so dass große und dadurch gut elektrisch miteinander kontaktierte Kontaktoberflächen erreicht sind.Preferably, the mutually facing contact areas of the contact bridge and the fixed contact pieces are formed at least partially corresponding to each other. In this way, the contact areas of the contact bridge and the fixed contact pieces lie against each other on as large a surface as possible, so that large and thereby contacted with each other electrically contact surfaces are achieved.

In einer vorteilhaften Ausführungsform sind die Kontaktoberflächen jeweils als eine ebene Fläche ausgebildet, welche sich über den jeweiligen Kontaktbereich erstreckt. Durch die Abwinkelung dieser flächig ausgebildeten Kontaktoberflächen gegenüber der Richtung der Schließkraft von betragsmäßig ungleich 90° ist eine möglichst hohe Kompensation der Stromkraft erreicht. Vorzugsweise sind die Kontaktoberflächen der Kontaktbereiche der beiden Festkontaktstücke gegensätzlich abgewinkelt, d. h. die eine Kontaktoberfläche um einen Winkel von ungleich 90° und die andere Kontaktoberfläche um einen Winkel von ungleich –90°. Die Kontaktoberflächen der beiden Kontaktbereiche der Kontaktbrücke sind dann zweckmäßigerweise korrespondierend dazu ebenfalls derart gegensätzlich abgewinkelt, dass die Kontaktoberflächen der Festkontaktstücke und der Kontaktbrücke vollflächig aufeinander aufliegen können. Da die einzelnen Stromkräfte an den Kontaktoberflächen weiterhin einen Winkel von 90° zur jeweiligen Kontaktoberfläche haben, sind auf diese Weise die einzelnen Stromkräfte der verschiedenen Kontaktoberflächen in eine zumindest teilweise einander kompensierende Richtung orientiert. Dies führt zu einer zumindest teilweisen Schwächung der gesamten auf die Kontaktbrücke einwirkenden und der Schließkraft entgegen wirkenden Stromkraft.In an advantageous embodiment, the contact surfaces are each formed as a flat surface, which extends over the respective contact region. Due to the bending of these surface contact surfaces with respect to the direction of the closing force of magnitude unequal 90 ° is as high as possible Compensation of the current force achieved. Preferably, the contact surfaces of the contact regions of the two fixed contact pieces are oppositely angled, ie, the one contact surface at an angle of not equal to 90 ° and the other contact surface by an angle of not equal to -90 °. The contact surfaces of the two contact regions of the contact bridge are then expediently correspondingly also angled oppositely so that the contact surfaces of the fixed contact pieces and the contact bridge can rest against each other over the entire surface. Since the individual current forces at the contact surfaces continue to have an angle of 90 ° to the respective contact surface, in this way the individual current forces of the different contact surfaces are oriented in an at least partially compensating direction. This leads to an at least partial weakening of the entire force acting on the contact bridge and counteracting the closing force.

In einer weiteren vorteilhaften Ausführungsform mit ähnlich günstigen Auswirkungen ist die Kontaktbrücke in Form eines Kreisbogens ausgebildet, welcher in Richtung der Festkontaktstücke geöffnet ist. Die beiden Festkontaktstücke weisen jeweils einen abgerundeten Kontaktbereich auf, wobei ein Abstand zwischen voneinander abgewandten Außenseiten der Festkontaktstücke im Bereich ihres Kontaktbereiches geringer ist als ein Innenabstand von Kreisbogenendbereichen der Kontaktbrücke, d. h. geringer als eine längstmögliche Kreisbogensehne.In a further advantageous embodiment with similarly favorable effects, the contact bridge is designed in the form of a circular arc, which is open in the direction of the fixed contact pieces. The two fixed contact pieces each have a rounded contact area, wherein a distance between mutually remote outer sides of the fixed contact pieces in the region of their contact area is less than an inner distance of Kreisbogenendbereichen the contact bridge, d. H. less than the longest possible circular bowstring.

In einer weiteren vorteilhaften Ausführungsform, welche eine Abwandlung der vorher beschriebenen Ausführungsform darstellt und ebenfalls die vorgenannten Vorteile erreicht, ist die Kontaktbrücke in Form eines Kreisbogens ausgebildet, welcher in einer von den Festkontaktstücken abgewandten Richtung geöffnet ist. Die beiden Festkontaktstücke weisen jeweils einen abgerundeten Kontaktbereich auf, wobei ein Abstand zwischen einander zugewandten Innenseiten der Festkontaktstücke im Bereich ihres Kontaktbereiches geringer ist als ein Außenabstand von Kreisbogenendbereichen der Kontaktbrücke.In a further advantageous embodiment, which represents a modification of the previously described embodiment and also achieves the aforementioned advantages, the contact bridge is in the form of a circular arc, which is open in a direction away from the fixed contact pieces. The two fixed contact pieces each have a rounded contact area, wherein a distance between mutually facing inner sides of the fixed contact pieces in the region of their contact area is less than an outer distance of Kreisbogenendbereichen the contact bridge.

In einer weiteren vorteilhaften Ausführungsform weisen die einander zugewandten Kontaktbereiche der Kontaktbrücke und der Festkontaktstücke jeweils eine gewellte oder genoppte Oberfläche auf. Diese Oberflächen sind derart ausgebildet, dass bei einer Schließbewegung der Kontaktbrücke Wellen- bzw. Noppenberge der Kontaktbereiche der Kontaktbrücke in Wellen- bzw. Noppentäler der jeweiligen Kontaktbereiche der Festkontaktstücke eintauchen und Wellen- bzw. Noppenberge der Kontaktbereiche der Festkontaktstücke in Wellen- bzw. Noppentäler des jeweiligen Kontaktbereichs der Kontaktbrücke eintauchen. Dabei sind die Wellen- bzw. Noppenberge jeweils von einem tiefsten Bereich des jeweiligen Wellen- bzw. Noppentals beabstandet. Die Wellen- bzw. Noppenberge der Kontaktbereiche der Kontaktbrücke berühren angrenzende Wellen- bzw. Noppenberge der jeweiligen Kontaktbereiche der Festkontaktstücke seitlich, d. h. die Wellen- bzw. Noppenberge berühren sich gegenseitig an einer Umfangsfläche oder Mantelfläche. Bei dieser Ausführungsform sind die Kontaktoberflächen, an welchen sich die Wellen- bzw. Noppenberge gegenseitig berühren, ebenfalls nicht senkrecht, d. h nicht in einem Winkel von 90° oder –90° zur Richtung der Schließkraft ausgerichtet, so dass sich die Stromkräfte an den einzelnen Kontaktoberflächen zumindest teilweise kompensieren. Idealerweise sind die Kontaktoberflächen parallel zur Richtung der Schließkraft ausgerichtet, so dass sich die Stromkräfte an den einzelnen Kontaktoberflächen vollständig kompensieren und eine gesamte Stromkraft, welche der Schließkraft entgegenwirkt, gleich Null ist.In a further advantageous embodiment, the mutually facing contact regions of the contact bridge and the fixed contact pieces each have a corrugated or knobbed surface. These surfaces are designed such that at a closing movement of the contact bridge wave or knobbed mountains of the contact areas of the contact bridge in waves or Noppentäler the respective contact areas of the fixed contact dive and wave or Noppenberge the contact areas of the fixed contact pieces in wave or Noppentäler of Immerse each contact area of the contact bridge. In this case, the wave or knoll mountains are each spaced from a deepest region of the respective wave or Noppentals. The wave or knobbed peaks of the contact areas of the contact bridge touch adjacent wave or knobbed peaks of the respective contact areas of the fixed contact pieces laterally, d. H. the wave or knoll mountains touch each other on a peripheral surface or lateral surface. In this embodiment, the contact surfaces on which the wave or knobbed peaks touch each other are also not perpendicular, d. h not aligned at an angle of 90 ° or -90 ° to the direction of the closing force, so that the current forces at the individual contact surfaces at least partially compensate. Ideally, the contact surfaces are aligned parallel to the direction of the closing force, so that the current forces on the individual contact surfaces completely compensate each other and a total current force, which counteracts the closing force, is equal to zero.

Zweckmäßigerweise sind die Festkontaktstücke und die Kontaktbrücke derart ausgebildet, dass Kräfte, welche zu deren plastischer und/oder elastischer Verformung erforderlich sind, höher sind als während eines Betriebs auf die Festkontaktstücke und die Kontaktbrücke einwirkende Maximalkräfte. D. h. die Festkontaktstücke und die Kontaktbrücke sind hinreichend belastbar ausgebildet, um ein plastisches und/oder elastisches Verformen, d. h. ein Verbiegen oder ein Zerbrechen zu vermeiden.Conveniently, the fixed contact pieces and the contact bridge are designed such that forces which are required for their plastic and / or elastic deformation are higher than during operation on the fixed contact pieces and the contact bridge acting maximum forces. Ie. the fixed contact pieces and the contact bridge are formed sufficiently resilient to a plastic and / or elastic deformation, d. H. to avoid bending or breaking.

Ein elektrisches Schaltgerät umfasst erfindungsgemäß zumindest eine derartige oben beschriebene Kontaktpaarung. Daraus resultieren für das elektrische Schaltgerät die bereits zu der Kontaktpaarung geschilderten Vorteile.An electrical switching device according to the invention comprises at least one such contact pairing described above. This results for the electrical switching device already described for the contact pairing advantages.

Zweckmäßigerweise ist das elektrische Schaltgerät ein Schütz oder ein Relais, beispielsweise ein Hochlastrelais, ein Leistungsschalter, ein Lasttrennschalter, ein Überlastrelais, ein Leistungsschutzschalter oder ein Niederspannungsleistungsschalter. Bei derartigen elektrischen Schaltgeräten treten die geschilderten Levitationseffekte auf, welche durch die geschilderte Ausbildung der Kontaktoberflächen verhinderbar sind.Conveniently, the electrical switching device is a contactor or a relay, such as a high-load relay, a circuit breaker, a circuit breaker, an overload relay, a circuit breaker or a low-voltage circuit breaker. In such electrical switching devices occur the described levitation effects, which can be prevented by the described training of the contact surfaces.

Das elektrische Schaltgerät ist vorzugsweise ein elektrisches Schaltgerät für ein Fahrzeug, insbesondere für ein Hybridfahrzeug, ein Brennstoffzellenfahrzeug oder ein Elektrofahrzeug, beispielsweise zur Abtrennung einer Batterie, insbesondere einer Hochvoltbatterie, von einem elektrischen Bordnetz des Fahrzeugs. Für derartige Verwendungszwecke ist das elektrische Schaltgerät aufgrund der geschilderten Ausbildung der Kontaktoberflächen und der dadurch erreichten Vermeidung der Levitationseffekte besonders geeignet.The electrical switching device is preferably an electrical switching device for a vehicle, in particular for a hybrid vehicle, a fuel cell vehicle or an electric vehicle, for example for the separation of a battery, in particular a high-voltage battery, from an electrical system of the vehicle. For such uses, the electrical switching device is particularly suitable due to the described configuration of the contact surfaces and the avoidance of the levitation effects achieved thereby.

Ausführungsbeispiele der Erfindung werden im Folgenden anhand von Zeichnungen näher erläutert. Embodiments of the invention are explained in more detail below with reference to drawings.

Dabei zeigen:Showing:

1 schematisch ein elektrisches Schaltgerät nach dem Stand der Technik, 1 schematically an electrical switching device according to the prior art,

2 schematisch eine Detailansicht von 1, 2 schematically a detailed view of 1 .

3 schematisch eine erste Ausführungsform eines elektrischen Schaltgerätes, 3 schematically a first embodiment of an electrical switching device,

4 schematisch eine zweite Ausführungsform eines elektrischen Schaltgerätes und 4 schematically a second embodiment of an electrical switching device and

5 schematisch eine Detailansicht einer dritten Ausführungsform eines elektrischen Schaltgerätes. 5 schematically a detailed view of a third embodiment of an electrical switching device.

Einander entsprechende Teile sind in allen Figuren mit den gleichen Bezugszeichen versehen.Corresponding parts are provided in all figures with the same reference numerals.

Die 1 bis 5 zeigen schematisch ein elektrisches Schaltgerät 1, wobei in den 1 und 2 eine bereits aus dem Stand der Technik bekannte Variante dieses elektrischen Schaltgerätes 1 dargestellt ist und in den 3 bis 5 verschiedene Ausführungsformen eines erfindungsgemäß ausgebildeten elektrischen Schaltgerätes 1 dargestellt sind. Das elektrische Schaltgerät 1 ist beispielsweise als ein Schütz oder ein Hochlastrelais ausgebildet und weist eine Kontaktpaarung 2 mit einer Doppelkontaktstelle auf. Bei dieser Kontaktpaarung 2 sind zwei Festkontaktstücke 3 mittels einer beweglichen Kontaktbrücke 4 elektrisch leitend verbindbar und wieder trennbar. Durch die erfindungsgemäße Ausbildung dieses elektrischen Schaltgerätes 1, wie beispielsweise in den 3 bis 5 gezeigt, ist eine teilweise oder vollständige Kompensierung von Stromkräften FI erreichbar.The 1 to 5 show schematically an electrical switching device 1 , where in the 1 and 2 an already known from the prior art variant of this electrical switching device 1 is shown and in the 3 to 5 Various embodiments of an inventive electrical switching device 1 are shown. The electrical switching device 1 is designed for example as a contactor or a high-load relay and has a contact pairing 2 with a double contact point. In this contact pairing 2 are two fixed contact pieces 3 by means of a movable contact bridge 4 electrically conductive connectable and separable again. Due to the inventive design of this electrical switching device 1 , such as in the 3 to 5 shown, a partial or complete compensation of current forces FI is achievable.

Anhand der 1 und 2 und des hier dargestellten elektrischen Schaltgerätes 1 nach dem Stand der Technik wird zunächst der technische Hintergrund näher erläutert. Derartige elektrische Schaltgeräte 1, welche beispielsweise als Hochlastrelais bzw. Schütze in Systemen mit sehr niederohmigen Energiequellen, wie beispielsweise Lithium-Ionen-Batterien, eingesetzt sind, können in einem Fehlerfall mit einem Kurzschlussstrom belastet werden, der ein Vielfaches ihres Nennstroms beträgt. Derartige Ströme I können dazu führen, dass Kontakte im Inneren des elektrischen Schaltgerätes 1 durch elektromagnetische Kräfte geöffnet werden. D. h. die Kontaktbrücke 4 wird durch die entgegen einer Schließkraft FS wirkenden elektromagnetischen Kräfte von den Festkontaktstücken 3 abgehoben, wodurch in Kontaktbereichen 3.1, 4.1 ausgebildete Kontaktoberflächen 3.2, 4.2 an den Festkontaktstücken 3 und der Kontaktbrücke 4 voneinander getrennt werden. In 2 sind Magnetfeldlinien L eines diese elektromagnetischen Kräfte erzeugenden und durch den Stromfluss induzierten Magnetfeldes dargestellt.Based on 1 and 2 and the electrical switching device shown here 1 According to the prior art, the technical background is first explained in more detail. Such electrical switching devices 1 , which are used for example as a high-load relay or contactors in systems with very low-impedance energy sources, such as lithium-ion batteries, can be charged in a fault with a short-circuit current, which is a multiple of their rated current. Such currents I can cause contacts in the interior of the electrical switching device 1 be opened by electromagnetic forces. Ie. the contact bridge 4 is due to the force acting against a closing force FS electromagnetic forces from the fixed contact pieces 3 lifted, resulting in contact areas 3.1 . 4.1 trained contact surfaces 3.2 . 4.2 on the fixed contact pieces 3 and the contact bridge 4 be separated from each other. In 2 are magnetic field lines L of these electromagnetic forces generating and induced by the current flow magnetic field shown.

Durch das Öffnen der Kontakte kann es zu einer schädlichen Lichtbogenbildung kommen. Dieser Lichtbogen erwärmt die Kontaktoberflächen 3.2, 4.2 bis zur kritischen Schmelztemperatur. Gleichzeitig sorgt eine durch den Lichtbogen verursachte Stromabsenkung für ein Nachlassen der elektromagnetischen Kräfte und somit für ein erneutes Schließen der Kontakte, d. h. ein erneutes Aufsetzen der Kontaktbrücke 4 auf die Festkontaktstücke 3, wodurch die Kontaktoberflächen 3.2, 4.2 wieder aufeinander aufliegen, so dass die Festkontaktstücke 3 wieder über die Kontaktbrücke 4 elektrisch leitend miteinander verbunden sind. Im ungünstigsten Fall wiederholt sich dieses ungewollte Öffnen und Schließen mehrfach in schnellem Wechsel. Dieser Effekt wird in der Literatur als elektromagnetische Repulsion, Levitation oder als Flattern bezeichnet.Opening the contacts can cause harmful arcing. This arc heats the contact surfaces 3.2 . 4.2 up to the critical melting temperature. At the same time, a current reduction caused by the arc causes a decrease in the electromagnetic forces and thus a renewed closing of the contacts, ie a renewed placement of the contact bridge 4 on the fixed contact pieces 3 , causing the contact surfaces 3.2 . 4.2 rest on each other, so that the fixed contact pieces 3 again over the contact bridge 4 electrically conductively connected to each other. In the worst case, this unwanted opening and closing repeated several times in quick change. This effect is referred to in the literature as electromagnetic repulsion, levitation or fluttering.

Das erneute Verpressen der angeschmolzenen Kontaktoberflächen 3.2, 4.2 durch das Aufpressen der Kontaktbrücke 4 mittels der Schließkraft FS auf die Festkontaktstücke 3 lässt diese miteinander verschweißen, so dass das elektrische Schaltgerät 1 auch nach Abschalten einer Ansteuerspannung dauerhaft geschlossen bleibt, das abzuschaltende System also weiterhin mit einer vollen Versorgungsspannung belastet wird.The re-pressing of the melted contact surfaces 3.2 . 4.2 by pressing on the contact bridge 4 by means of the closing force FS on the fixed contact pieces 3 lets these weld together so that the electrical switching device 1 even after switching off a drive voltage remains permanently closed, the system to be switched off is thus still charged with a full supply voltage.

1 und insbesondere 2 zeigen den physikalischen Hintergrund der Levitation. Insbesondere wird gezeigt, dass der Levitationseffekt primär durch die Einschnürung des Stromes I auf eine lokal stark begrenzte Fläche hervorgerufen wird. Dies kann bewusst herbeigeführt werden, z. B. durch Abrundung der Kontakte oder unbewusst aufgrund stets vorhandener mikroskopischer Unebenheiten eines Materials der Festkontaktstücke 3 und der Kontaktbrücke 4. 1 and particularly 2 show the physical background of levitation. In particular, it is shown that the levitation effect is primarily caused by the constriction of the current I to a locally highly limited area. This can be deliberately brought about, for. B. by rounding the contacts or unconsciously due to the presence of microscopic unevenness of a material of the fixed contact pieces 3 and the contact bridge 4 ,

Durch die dabei erkennbare inhomogenität im induzierten Magnetfeld entsteht eine Kraftwirkung senkrecht zur Tangente der jeweiligen Kontaktoberfläche 3.2, 4.2. in erster Näherung kann angenommen werden, dass eine mikroskopische Kontaktoberfläche 3.2, 4.2. identisch oder zumindest parallel zur makroskopischen Kontaktoberfläche 3.2, 4.2. ist, daher gilt in erster Näherung, dass eine für die Levitation verantwortliche Stromkraft FI in einem Winkel von 90° zur jeweiligen Kontaktoberfläche 3.2, 4.2 steht.Due to the inhomogeneity that can be detected in the induced magnetic field, a force action arises perpendicular to the tangent of the respective contact surface 3.2 . 4.2 , As a first approximation, it can be assumed that a microscopic contact surface 3.2 . 4.2 , identical or at least parallel to the macroscopic contact surface 3.2 . 4.2 , is, therefore, applies to a first approximation that a responsible for the levitation current force FI at an angle of 90 ° to the respective contact surface 3.2 . 4.2 stands.

Übliche Schütze, wie in den 1 und 2 dargestellt, sind derart aufgebaut, dass die Schließkraft FS zum Anpressen der Kontaktbrücke 4 an die Festkontaktstücke 3 ebenfalls einen Winkel von 90° zu den Kontaktoberflächen 3.2, 4.2 hat, da auf diese Weise eine wirksame Anpresskraft maximiert ist. Die unerwünschten Stromkräfte FI haben somit einen Winkel von 90° + 90° = 180° zur Schließkraft FS, sind also antiparallel orientiert und führen daher zum Öffnen/Levitieren der Kontakte, d. h. zum Abheben der Kontaktbrücke 4 von den Festkontaktstücken 3, sobald Beträge der Stromkräfte FI einen Betrag der Schließkraft FS übertreffen, d. h. sobald eine aus den Stromkräften FI resultierende Gesamtstromkraft GFI, welche der Schließkraft FS entgegenwirkt, größer ist als die Schließkraft FS.Usual Sagittarius, as in the 1 and 2 are shown, are constructed such that the closing force FS for pressing the contact bridge 4 to the Fixed contact pieces 3 also an angle of 90 ° to the contact surfaces 3.2 . 4.2 has, since in this way an effective contact force is maximized. The unwanted current forces FI thus have an angle of 90 ° + 90 ° = 180 ° to the closing force FS, so are oriented antiparallel and therefore lead to opening / levitation of the contacts, ie to lift the contact bridge 4 from the fixed contact pieces 3 as soon as amounts of the current forces FI exceed an amount of the closing force FS, ie as soon as a total current force GFI resulting from the current forces FI, which counteracts the closing force FS, is greater than the closing force FS.

Das erfindungsgemäß verbesserte elektrische Schaltgerät 1, welches in beispielhaften Ausführungsformen in den 3 bis 5 dargestellt ist, weist eine umgeformte Kontaktgeometrie auf, um diesem Levitationseffekt entgegenzuwirken, d. h. ihn aufzuheben oder zumindest deutlich zu reduzieren. Um dies zu erreichen, sind die aneinander anliegenden Kontaktoberflächen 3.2, 4.2 in einem Winkel von betragsmäßig ungleich 90° zur Schließkraft FS ausgebildet, mittels welcher die Kontaktbrücke 4 zum Schließen der elektrisch leitenden Verbindung an die Festkontaktstücke 3 anpressbar ist. D. h. die Kontaktoberflächen 3.2, 4.2 in einander zugewandten Kontaktbereichen 3.1, 4.1 der Kontaktbrücke 4 und der Festkontaktstücke 3 sind in einem Winkel von betragsmäßig ungleich 90° zu einer Richtung der Schließkraft FS ausgebildet, d. h. in einem Winkel von ungleich 90° und ungleich –90°. D. h. der Betrag des Winkels zwischen der jeweiligen Kontaktoberfläche 3.2, 4.2 und der Richtung der Schließkraft FS ist entweder größer oder kleiner als 90°.The inventively improved electrical switching device 1 , which in exemplary embodiments in the 3 to 5 is shown, has a reshaped contact geometry to counteract this levitation effect, ie cancel it or at least significantly reduce. To achieve this, are the abutting contact surfaces 3.2 . 4.2 formed at an angle of magnitude not equal to 90 ° to the closing force FS, by means of which the contact bridge 4 for closing the electrically conductive connection to the fixed contact pieces 3 can be pressed. Ie. the contact surfaces 3.2 . 4.2 in facing contact areas 3.1 . 4.1 the contact bridge 4 and the fixed contact pieces 3 are formed at an angle of magnitude not equal to 90 ° to a direction of the closing force FS, ie at an angle of not equal to 90 ° and not equal to -90 °. Ie. the amount of angle between the respective contact surface 3.2 . 4.2 and the direction of the closing force FS is either greater or less than 90 °.

Da die Stromkräfte FI weiterhin einen Winkel von 90° zur jeweiligen Kontaktoberfläche 3.2, 4.2 haben, sind die einzelnen Stromkräfte FI der verschiedenen Kontaktoberflächen 3.2, 4.2 auf diese Weise in eine zumindest teilweise einander kompensierende Richtung orientiert. Dies bewirkt eine zumindest teilweise Schwächung der unerwünschten Gesamtstromkraft GFI. Auf diese Weise ist erreicht, dass die der Schließkraft FS entgegenwirkende Gesamtstromkraft GFI bzw. ein entgegen der Richtung der Schließkraft FS wirkender Anteil der Gesamtsromkraft GFI geringer ist als die beispielsweise elektromagnetisch realisierte Schließkraft FS, so dass ein Abheben der Kontaktbrücke 4 von den Festkontaktstücken 3 entgegen der Wirkung der Schließkraft FS verhindert ist.Since the current forces FI continue to make an angle of 90 ° to the respective contact surface 3.2 . 4.2 have the individual current forces FI of the different contact surfaces 3.2 . 4.2 oriented in this way in an at least partially compensating direction. This causes an at least partial weakening of the unwanted total current force GFI. In this way, it is achieved that the total force GFI counteracting the closing force FS or a proportion of the total current GFI counter to the direction of the closing force FS is less than the closing force FS, which is realized electromagnetically, for example, so that the contact bridge is lifted off 4 from the fixed contact pieces 3 is prevented against the action of the closing force FS.

Eine praktische Umsetzung dieser Orientierungsänderung der Kontaktoberflächen 3.2, 4.2 im Vergleich zum Stand der Technik kann nach beliebigen, an den Einsatzzweck angepassten Geometrieänderungen der Kontaktoberflächen 3.2, 4.2 bzw. der Kontaktbereiche 3.1, 4.1 der Kontaktbrücke 4 und der Festkontaktstücke 3 erfolgen. In den 3 bis 5 sind drei einfache Umsetzungsmöglicheiten beispielhaft gezeigt. Dabei sind jeweils die einander zugewandten Kontaktbereiche 3.1, 4.1 der Kontaktbrücke 4 und der Festkontaktstücke 3 zumindest bereichsweise korrespondierend zueinander ausgebildet. Auf diese Weise liegen die Kontaktbereiche 3.1, 4.1 der Kontaktbrücke 4 und der Festkontaktstücke 3 auf einer möglichst großen Fläche aneinander an, so dass große und dadurch gut elektrisch miteinander kontaktierte Kontaktoberflächen 3.2, 4.2 erreicht sind.A practical implementation of this orientation change of the contact surfaces 3.2 . 4.2 Compared to the state of the art, it is possible for any desired geometry changes of the contact surfaces to be adapted to the intended use 3.2 . 4.2 or the contact areas 3.1 . 4.1 the contact bridge 4 and the fixed contact pieces 3 respectively. In the 3 to 5 three simple implementation options are shown by way of example. In each case, the mutually facing contact areas 3.1 . 4.1 the contact bridge 4 and the fixed contact pieces 3 formed at least partially corresponding to each other. This is how the contact areas are located 3.1 . 4.1 the contact bridge 4 and the fixed contact pieces 3 on a large area to each other, so that large and thus well electrically contacted with each other contact surfaces 3.2 . 4.2 are reached.

In 3 ist ein beispielsweise als Schütz ausgebildetes elektrisches Schaltgerät 1 mit angeschrägten Kontaktoberflächen 3.2, 4.2 zur teilweisen Ableitung der Stromkräfte FI dargestellt. Dabei sind die Kontaktoberflächen 3.2, 4.2 jeweils als eine ebene Fläche ausgebildet, weiche sich über den jeweiligen Kontaktbereich 3.1, 4.1 erstreckt. Durch die Abwinkelung dieser flächig ausgebildeten Kontaktoberflächen 3.2, 4.2 gegenüber der Richtung der Schließkraft FS von betragsmäßig ungleich 90° ist eine möglichst hohe Kompensation der Gesamtstromkraft GFI erreicht. In der in 3 dargestellten Ausführungsform sind die Kontaktoberflächen 3.2 der Kontaktbereiche 3.1 der beiden Festkontaktstücke 3 gegensätzlich abgewinkelt, d. h. die eine Kontaktoberfläche 3.1 um einen Winkel von ungleich 90° und die andere Kontaktoberfläche 3.1 um einen Winkel von ungleich –90°. Die Kontaktoberflächen 4.2 der Kontaktbereiche 4.1 der Kontaktbrücke 4 sind korrespondierend dazu ebenfalls derart gegensätzlich abgewinkelt, dass die Kontaktoberflächen 3.2, 4.2 der Festkontaktstücke 3 und der Kontaktbrücke 4 vollflächig aufeinander aufliegen. Da die einzelnen Stromkräfte FI an den Kontaktoberflächen 3.2, 4.2 weiterhin einen Winkel von 90° zur jeweiligen Kontaktoberfläche 3.2, 4.2 haben, sind auf diese Weise die einzelnen Stromkräfte FI der verschiedenen Kontaktoberflächen 3.2, 4.2 in eine zumindest teilweise einander kompensierende Richtung orientiert. Dies führt zu einer zumindest teilweisen Schwächung der gesamten auf die Kontaktbrücke 4 einwirkenden und der Schließkraft FS entgegen wirkenden Gesamtstromkraft GFI.In 3 is an example designed as a contactor electrical switching device 1 with bevelled contact surfaces 3.2 . 4.2 shown for the partial derivation of the current forces FI. Here are the contact surfaces 3.2 . 4.2 each formed as a flat surface, soft over the respective contact area 3.1 . 4.1 extends. By bending this surface trained contact surfaces 3.2 . 4.2 compared to the direction of the closing force FS of magnitude not equal to 90 ° as high as possible compensation of the total current force GFI is reached. In the in 3 illustrated embodiment, the contact surfaces 3.2 the contact areas 3.1 the two fixed contact pieces 3 oppositely angled, ie the one contact surface 3.1 at an angle not equal to 90 ° and the other contact surface 3.1 at an angle not equal to -90 °. The contact surfaces 4.2 the contact areas 4.1 the contact bridge 4 are correspondingly also angled oppositely in such a way that the contact surfaces 3.2 . 4.2 the fixed contact pieces 3 and the contact bridge 4 rest on each other over the entire surface. Since the individual current forces FI at the contact surfaces 3.2 . 4.2 furthermore an angle of 90 ° to the respective contact surface 3.2 . 4.2 In this way, the individual current forces FI of the different contact surfaces are 3.2 . 4.2 oriented in an at least partially compensating direction. This leads to an at least partial weakening of the total on the contact bridge 4 acting and the closing force FS counteracting total current GFI.

In 4 ist ein beispielsweise als Schütz ausgebildetes elektrisches Schaltgerät 1 mit gebogenen und abgerundeten Kontaktbereichen 3.1, 4.1 zur teilweisen Ableitung der Stromkräfte FI dargestellt. Dazu ist die Kontaktbrücke 4 in der in 4 dargestellten Ausführungsform in Form eines Kreisbogens ausgebildet, welcher in Richtung der Festkontaktstücke 3 geöffnet ist. In diesem Beispiel ist die Kontaktbrücke 4 in Form eines Halbkreises ausgebildet, es ist jedoch auch ein längerer oder insbesondere ein kürzerer Kreisbogen möglich. Die beiden Festkontaktstücke 3 weisen jeweils einen abgerundeten Kontaktbereich 3.1 auf, wobei ein Abstand zwischen voneinander abgewandten Außenseiten der Festkontaktstücke 3 im Bereich ihres Kontaktbereiches 3.1 geringer ist als ein Innenabstand von Kreisbogenendbereichen der Kontaktbrücke 4, d. h. geringer als eine längstmögliche Kreisbogensehne. Auf diese Weise liegen bei geschlossener elektrisch leitender Verbindung die Festkontaktstücke 3 an einer Kreisbogeninnenseite der Kontaktbrücke 4 an, an welcher die Kontaktbereiche 4.1 der Kontaktbrücke 4 ausgebildet sind. In einer hier nicht dargestellten, zur 4 abgewandelten Ausführungsform ist die Kontaktbrücke 4 in Form eines Kreisbogens ausgebildet, welcher in einer von den Festkontaktstücken 3 abgewandten Richtung geöffnet ist. Die beiden Festkontaktstücke 3 weisen jeweils wieder den abgerundeten Kontaktbereich 3.1 auf, wobei ein Abstand zwischen einander zugewandten Innenseiten der Festkontaktstücke 3 im Bereich ihres Kontaktbereiches 3.1 geringer ist als ein Außenabstand von Kreisbogenendbereichen der Kontaktbrücke 4. Auf diese Weise liegen bei geschlossener elektrisch leitender Verbindung die Festkontaktstücke 3 an einer Kreisbogenaußenseite der Kontaktbrücke 4 an, an welcher die Kontaktbereiche 4.1 der Kontaktbrücke 4 ausgebildet sind. Dadurch sind zur 4 analoge Vorteile zu erzielen. In beiden Ausführungsformen sind die Stromkräfte FI in eine von der Schließkraft FS abweichende Richtung ausgerichtet, d. h. weder parallel noch antiparallel zu dieser. Auf diese Weise die Gesamtstromkraft GFI bzw. der entgegen der Schließkraft FS wirkende Anteil geringer als die Schließkraft FS, so dass der Levitationseffekt verhindert ist.In 4 is an example designed as a contactor electrical switching device 1 with curved and rounded contact areas 3.1 . 4.1 shown for the partial derivation of the current forces FI. This is the contact bridge 4 in the in 4 illustrated embodiment in the form of a circular arc, which in the direction of the fixed contact pieces 3 is open. In this example, the contact bridge 4 formed in the form of a semicircle, but it is also a longer or in particular a shorter circular arc possible. The two fixed contact pieces 3 each have a rounded contact area 3.1 on, wherein a distance between mutually remote outer sides of the fixed contact pieces 3 in the area of their contact area 3.1 is less than an inside distance of Circular arc end regions of the contact bridge 4 ie less than the longest possible bowstring. In this way, with fixed electrically conductive connection, the fixed contact pieces 3 on a circular arc inside the contact bridge 4 at which the contact areas 4.1 the contact bridge 4 are formed. In a not shown here, for 4 modified embodiment is the contact bridge 4 formed in the form of a circular arc, which in one of the fixed contact pieces 3 opposite direction is open. The two fixed contact pieces 3 each have again the rounded contact area 3.1 on, wherein a distance between mutually facing inner sides of the fixed contact pieces 3 in the area of their contact area 3.1 is less than an outer distance of Kreisbogenendbereichen the contact bridge 4 , In this way, with fixed electrically conductive connection, the fixed contact pieces 3 on a circular arc outside of the contact bridge 4 at which the contact areas 4.1 the contact bridge 4 are formed. Thereby are to 4 to achieve analogous advantages. In both embodiments, the current forces FI are aligned in a direction deviating from the closing force FS, ie, neither parallel nor antiparallel to this direction. In this way, the total current force GFI or the counter to the closing force FS acting proportion less than the closing force FS, so that the levitation effect is prevented.

In 5 ist eine weitere Strukturierung der Kontaktbereiche 3.1, 4.1 zur Umlenkung der Stromkräfte FI dargestellt. Dabei stellt 5 als Abwandlung zu den in 3 und 4 dargestellten Ausführungsformen eine Prägung der Kontaktbereiche 3.1, 4.1 derart dar, dass die Kontaktbereiche 3.1, 4.1 wellenförmige, noppenförmige oder andere Geometrien aufweisen, bei denen die tatsächlichen Kontaktoberflächen 3.2, 4.2 nicht senkrecht, sondern idealerweise parallel zur Schließkraft FS ausgebildet sind. Dies kann, wie in 5 gezeigt, über ein Wellenmuster erfolgen oder über eine beliebige andere Variante, die die oben genannte Forderung erfüllt.In 5 is a further structuring of the contact areas 3.1 . 4.1 shown for deflecting the current forces FI. It puts 5 as a modification to the in 3 and 4 embodiments illustrated embossing the contact areas 3.1 . 4.1 such that the contact areas 3.1 . 4.1 wavy, knob-shaped or other geometries, in which the actual contact surfaces 3.2 . 4.2 not perpendicular, but ideally parallel to the closing force FS are formed. This can, as in 5 shown, via a wave pattern done or any other variant that meets the above requirement.

In 5 weisen die einander zugewandten Kontaktbereiche 3.1, 4.1 der Kontaktbrücke 4 und der Festkontaktstücke 3 jeweils eine gewellte oder genoppte Oberfläche auf. Diese Oberflächen sind derart ausgebildet, dass bei einer Schließbewegung der Kontaktbrücke 4 Wellen- bzw. Noppenberge der Kontaktbereiche 4.1 der Kontaktbrücke 4 in Wellen- bzw. Noppentäler der jeweiligen Kontaktbereiche 3.1 der Festkontaktstücke 3 eintauchen und Wellen- bzw. Noppenberge der Kontaktbereiche 3.1 der Festkontaktstücke 3 in Wellen- bzw. Noppentäler des jeweiliger Kontaktbereichs 4.1 der Kontaktbrücke 4 eintauchen. Dabei sind die Wellen- bzw. Noppenberge jeweils von einem tiefsten Bereich des jeweiligen Wellen- bzw. Noppentals beabstandet. Die Wellen- bzw. Noppenberge der Kontaktbereiche 4.1 der Kontaktbrücke 4 berühren angrenzende Wellen- bzw. Noppenberge der jeweiligen Kontaktbereiche 3.1 der Festkontaktstücke 3 seitlich, d. h. die Wellen- bzw. Noppenberge berühren sich gegenseitig an einer Umfangsfläche oder Mantelfläche. Bei dieser Ausführungsform sind die Kontaktoberflächen 3.2, 4.2, an welchen sich die Wellen- bzw. Noppenberge gegenseitig berühren, ebenfalls nicht senkrecht, d. h nicht in einem Winkel von 90° oder –90° zur Richtung der Schließkraft FS ausgerichtet, so dass sich die Stromkräfte FI an den einzelnen Kontaktoberflächen 12, 4.2 zumindest teilweise kompensieren. Idealerweise sind die Kontaktoberflächen 3.2, 4.2, wie in diesem Beispiel, parallel zur Richtung der Schließkraft FS ausgerichtet, so dass sich die Stromkräfte FI an den einzelnen Kontaktoberflächen 3.2, 4.2 vollständig kompensieren und die Gesamtstromkraft GFI, welche der Schließkraft FS entgegenwirkt, gleich Null ist.In 5 have the contact areas facing each other 3.1 . 4.1 the contact bridge 4 and the fixed contact pieces 3 each have a corrugated or knobbed surface. These surfaces are designed such that during a closing movement of the contact bridge 4 Wave or knobbly mountains of the contact areas 4.1 the contact bridge 4 in wave or Noppentäler the respective contact areas 3.1 the fixed contact pieces 3 immerse and wave or Noppenberge the contact areas 3.1 the fixed contact pieces 3 in wave or Noppentäler the respective contact area 4.1 the contact bridge 4 plunge. In this case, the wave or knoll mountains are each spaced from a deepest region of the respective wave or Noppentals. The wave or knoll mountains of the contact areas 4.1 the contact bridge 4 touch adjacent wave or knobbly mountains of the respective contact areas 3.1 the fixed contact pieces 3 laterally, ie the wave or knobbed mountains touch each other on a peripheral surface or lateral surface. In this embodiment, the contact surfaces 3.2 . 4.2 at which the waves or knobbly hills touch each other, also not vertical, d. h is not oriented at an angle of 90 ° or -90 ° to the direction of the closing force FS, so that the current forces FI at the individual contact surfaces 12 . 4.2 at least partially compensate. Ideally, the contact surfaces 3.2 . 4.2 , as in this example, aligned parallel to the direction of the closing force FS, so that the current forces FI at the individual contact surfaces 3.2 . 4.2 completely compensate and the total current force GFI, which counteracts the closing force FS, equal to zero.

Über derartige Geometrieänderungen, d. h. gezielte Anpassungen der Kontaktgeometrien, wie beispielsweise in den 3 bis 5 dargestellt, lässt sich eine Umlenkung der schädlichen, für die Levitation verantwortlichen Stromkräfte FI erreichen. Diese sind derart umgeleitet, dass sie nicht mehr gegen die Schließkraft FS wirken, welche üblicherweise mittels eines Elektromagnets als magnetische Anpresskraft realisiert wird, sondern die Stromkräfte FI wirken auf die metallischen Stromschienen, d. h. auf die Festkontaktstücke 3 und die Kontaktbrücke 4. D. h. die Stromkräfte FI werden zur Selbstkompensation in die Kontaktschienen, d. h. in die Festkontaktstücke 3 und die Kontaktbrücke 4 umgeleitet, so dass sie nicht mehr oder zumindest nicht vollständig gegen die Schließkraft FS wirken. Es ist daher darauf zu achten, dass diese mechanisch hinreichend belastbar ausgeführt sind, da ansonsten ein Zerbrechen oder Verbiegen nicht ausgeschlossen werden kann. Daher sind die Festkontaktstücke 3 und die Kontaktbrücke 4 zweckmäßigerweise derart ausgebildet, dass Kräfte, welche zu deren plastischer und/oder elastischer Verformung erforderlich sind, höher sind als während eines Betriebs des elektrischen Schaltgerätes 1 auf die Festkontaktstücke 3 und die Kontaktbrücke 4 einwirkende Maximalkräfte. D. h. die Festkontaktstücke 3 und die Kontaktbrücke 4 sind hinreichend belastbar ausgebildet, um ein plastisches und/oder elastisches Verformen, d. h. ein Verbiegen oder ein Zerbrechen zu vermeiden.About such geometry changes, ie targeted adjustments of the contact geometries, such as in the 3 to 5 represented, a deflection of the harmful, responsible for levitation current forces FI can be achieved. These are diverted so that they no longer act against the closing force FS, which is usually realized by means of an electromagnet as a magnetic contact force, but the current forces FI act on the metallic busbars, ie on the fixed contact pieces 3 and the contact bridge 4 , Ie. the current forces FI are for self-compensation in the contact rails, ie in the fixed contact pieces 3 and the contact bridge 4 diverted so that they no longer or at least not completely against the closing force FS act. It is therefore important to ensure that these are performed mechanically sufficient load, otherwise a breakage or bending can not be excluded. Therefore, the fixed contact pieces 3 and the contact bridge 4 expediently designed such that forces which are required for their plastic and / or elastic deformation, are higher than during operation of the electrical switching device 1 on the fixed contact pieces 3 and the contact bridge 4 acting maximum forces. Ie. the fixed contact pieces 3 and the contact bridge 4 are designed to be sufficiently resilient in order to avoid a plastic and / or elastic deformation, ie bending or breaking.

Besonders vorteilhaft ist, dass durch diese beispielsweise in den 3 bis 5 dargestellte Ausbildung der Kontaktpaarung 2 des elektrischen Schaltgerätes 1 eine Kurzschlussfestigkeit des zum Beispiel als Schütz ausgebildeten elektrischen Schaltgeräts 1 vergrößert ist, ohne eine höhere Schließkraft FS einzusetzen. Auf diese Weise ist kein erhöhter Bauraum für Komponenten erforderlich, um eine höhere Schließkraft FS zu erzeugen.It is particularly advantageous that by this example in the 3 to 5 illustrated training of contact pairing 2 of the electrical switching device 1 a short-circuit strength of, for example, designed as a contactor electrical switching device 1 is increased without using a higher closing force FS. In this way, no increased space for components is required to produce a higher closing force FS.

Bezugszeichenliste LIST OF REFERENCE NUMBERS

11: elektrisches Schaltgerätelectrical switching device
22: KontaktpaarungContact pairing
33: FestkontaktstückFixed contact piece
3.13.1: Kontaktbereich des FestkontaktstücksContact area of the fixed contact piece
3.23.2: Kontaktoberfläche des FestkontaktstücksContact surface of the fixed contact piece
44: KontaktbrückeContact bridge
4.14.1: Kontaktbereich der KontaktbrückeContact area of the contact bridge
4.24.2: Kontaktoberfläche der KontaktbrückeContact surface of the contact bridge
FIFI: Stromkraftelectric power
FSFS: Schließkraftclosing force
GFIGFI: GesamtstromkraftTotal current force
II: Stromelectricity
LL: Magnetfeldliniemagnetic field line

ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG QUOTES INCLUDE IN THE DESCRIPTION

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Zitierte PatentliteraturCited patent literature

DE 19755930 A1 [0002]
EP 1722382 A2 [0003]
DE 2239259 A1 [0004]
DE 102011005580 A1 [0005]
EP 0863531 B1 [0006]
DE 2754431 A1 [0007]
DE 4204641 A1 [0008]

Claims

Contact pairing ( 2 ) with a double contact point for an electrical switching device ( 1 ), in which two fixed contact pieces ( 3 ) by means of a movable contact bridge ( 4 ) are electrically conductively connectable and separable again, characterized in that the contact bridge ( 4 ) for closing the electrically conductive connection by means of a closing force (FS) to the fixed contact pieces ( 3 ), whereby contact surfaces ( 32 . 4.2 ) in mutually facing contact areas ( 3.1 . 4.1 ) of the contact bridge ( 4 ) and the fixed contact pieces ( 3 ) are formed at an angle of magnitude not equal to 90 ° to a direction of the closing force (FS).

Contact pairing ( 2 ) according to claim 1, characterized in that the mutually facing contact areas ( 3.1 . 4.1 ) of the contact bridge ( 4 ) and the fixed contact pieces ( 3 ) are formed at least partially corresponding to each other.

Contact pairing ( 2 ) according to claim 1 or 2, characterized in that the contact surfaces ( 3.2 . 4.2 ) are each formed as a flat surface which extends over the respective contact region ( 3.1 . 4.1 ).

Contact pairing ( 2 ) according to claim 1 or 2, characterized in that the contact bridge ( 4 ) is formed in the form of a circular arc, which in the direction of the fixed contact pieces ( 3 ) is open, and that the two fixed contact pieces ( 3 ) each have a rounded contact area ( 3.1 ), wherein a distance between mutually remote outer sides of the fixed contact pieces ( 3 ) in the area of their contact area ( 3.1 ) is less than an inner distance of Kreisbogenendbereichen the contact bridge ( 4 ).

Contact pairing ( 2 ) according to claim 1 or 2, characterized in that the contact bridge ( 4 ) is formed in the form of a circular arc, which in one of the fixed contact pieces ( 3 ) opposite direction is opened, and that the two fixed contact pieces ( 3 ) each have a rounded contact area ( 3.1 ), wherein a distance between mutually facing inner sides of the fixed contact pieces ( 3 ) in the area of their contact area ( 3.1 ) is less than an outer distance of Kreisbogenendbereichen the contact bridge ( 4 ).

Contact pairing ( 2 ) according to claim 1 or 2, characterized in that the mutually facing contact areas ( 3.1 . 4.1 ) of the contact bridge ( 4 ) and the fixed contact pieces ( 3 ) each having a corrugated or dimpled surface, which is formed such that during a closing movement of the contact bridge ( 4 ) Wave or knobbed mountains of the contact areas ( 4.1 ) of the contact bridge ( 4 ) in wave or Noppentäler the respective contact areas ( 3.1 ) of the fixed contact pieces ( 3 ) and vice versa, wherein the wave or knoll mountains are each spaced from a deepest region of the respective wave or Noppentals and wherein the wave or Noppenberge the contact areas ( 4.1 ) of the contact bridge ( 4 ) adjacent wave or knobbly mountains of the respective contact areas ( 3.1 ) of the fixed contact pieces ( 3 ) touch sideways.

Contact pairing ( 2 ) according to one of the preceding claims, characterized in that the fixed contact pieces ( 3 ) and the contact bridge ( 4 ) are designed such that forces which are required for their plastic and / or elastic deformation are higher than during operation on these acting maximum forces.

Electrical switching device ( 1 ) comprising at least one contact pair ( 2 ) according to one of claims 1 to 7.

Electrical switching device ( 1 ) according to claim 8, characterized in that the electrical switching device ( 1 ) is a contactor or a relay.

Electrical switching device ( 1 ) according to claim 8 or 9, characterized in that the electrical switching device ( 1 ) as an electrical switching device ( 1 ) is designed for a vehicle, in particular for a hybrid vehicle, a fuel cell vehicle or an electric vehicle.