DE102018104415A1

DE102018104415A1 - Schaltvorrichtung

Info

Publication number: DE102018104415A1
Application number: DE102018104415.1A
Authority: DE
Inventors: Robert Hoffmann; Frank Werner; Peter Bobert
Original assignee: TDK Electronics AG
Current assignee: TDK Electronics AG
Priority date: 2018-02-27
Filing date: 2018-02-27
Publication date: 2019-08-29
Also published as: US11456123B2; US20200402732A1; CN117790205A; WO2019166445A1; CN111742386A; DE112019001011A5

Abstract

Es wird eine Schaltvorrichtung (100) angegeben, die zumindest einen feststehenden Kontakt (2, 3) und zumindest einen beweglichen Kontakt (4) aufweist, wobei zumindest einer der Kontakte (2, 3, 4) ein Metallmatrix-Verbundmaterial mit einem metallischen Matrixmaterial und einem im Matrixmaterial dispergierten Füllstoff aufweist.

Description

Es wird eine Schaltvorrichtung angegeben.
Die Schaltvorrichtung ist insbesondere als ein durch elektrisch leitenden Strom betreibbarer, elektromagnetisch wirkender, fernbetätigter Schalter ausgebildet. Die Schaltvorrichtung kann über einen Steuerstromkreis aktiviert werden und kann einen Laststromkreis schalten. Insbesondere kann die Schaltvorrichtung als Relais oder als Schütz, insbesondere als Leistungsschütz, ausgebildet sein. Besonders bevorzugt kann die Schaltvorrichtung als gasgefüllter Leistungsschütz ausgebildet sein.
Eine mögliche Anwendung von derartigen Schaltvorrichtungen, insbesondere von Leistungsschützen, ist das Öffnen und Trennen von Batteriestromkreisen, beispielsweise in Kraftfahrzeugen wie etwa elektrisch oder teilelektrisch betriebenen Kraftfahrzeugen. Diese können beispielsweise rein batteriebetriebene Fahrzeuge (BEV: „Battery Electric Vehicle“), über eine Steckdose oder Ladestation aufladbare Hybrid-Elektrofahrzeuge (PHEV: „Plug-in Hybrid Electric Vehicle“) und Hybrid-Elektrofahrzeuge (HEV: „Hybrid Electric Vehicle“) sein. Dabei werden in der Regel sowohl der Plusals auch der Minuskontakt der Batterie mit Hilfe eines Leistungsschützes getrennt. Diese Auftrennung erfolgt im Regelbetrieb beispielsweise im Ruhezustand des Fahrzeuges sowie auch im Falle einer Störung wie etwa einem Unfall oder ähnlichem. Dabei ist es die Hauptaufgabe des Leistungsschützes, das Fahrzeug spannungsfrei zu schalten und den Stromfluss zu unterbrechen.
Ein besonders schwerwiegender Fehlerfall, der bei einem solchen Schalter auftreten kann ist ein sogenannter „Schützkleber“ (engl. „stuck“). In diesem Fall „kleben“ schaltende Elemente durch Verschweißung während einer Ab- oder Zuschaltung zusammen, so dass, obwohl die Versorgungsspannung des Schalters abgeschaltet wurde, keine sichere Trennung des Laststromkreises gewährleistet werden kann.
In der Druckschrift DE 34 30 490 C2 ist ein Schütz beschrieben, bei dem durch Verwenden von Wolfram oder Molybdän in Kupfer die Abbrandeigenschaften verbessert und die Verschweißneigung reduziert werden. Diese Materialien sind aber aufwändig und teuer in der Herstellung und resultieren im geschlossenen Schalterzustand in einem erhöhten Übergangswiderstand, was beispielsweise generell bei Hochstromanwendungen nicht erwünscht ist.
Bei offenen Schützen werden Silberlegierungen und Silbermetalloxidlegierungen, beispielsweise AgCdO oder AgSnO, eingesetzt, um die Verschweißneigung zu reduzieren. Diese Verbindungen sind aber aufgrund des nicht sehr stabilen Oxidanteils in einer wasserstoffhaltiger Atmosphäre, wie sie bei gasgefüllten Leistungsschützen zum Einsatz kommt, nicht geeignet, da es zu einer Reaktion des Oxids mit dem Wasserstoff kommen würde.
Zumindest eine Aufgabe von bestimmten Ausführungsformen ist es, eine Schaltvorrichtung anzugeben, besonders bevorzugt eine Schaltvorrichtung, bei der die Verschweißneigung vermieden oder zumindest reduziert werden kann.
Diese Aufgabe wird durch einen Gegenstand gemäß dem unabhängigen Patentanspruch gelöst. Vorteilhafte Ausführungsformen und Weiterbildungen des Gegenstands sind in den abhängigen Ansprüchen gekennzeichnet und gehen weiterhin aus der nachfolgenden Beschreibung und den Zeichnungen hervor.
Gemäß einer Ausführungsform weist eine Schaltvorrichtung zumindest einen feststehenden Kontakt und zumindest einen beweglichen Kontakt auf. Der zumindest eine feststehende Kontakt und der zumindest eine bewegliche Kontakt sind dazu vorgesehen und eingerichtet, einen an die Schaltvorrichtung anschließbaren Laststromkreis ein- und auszuschalten. Der bewegliche Kontakt ist in der Schaltvorrichtung entsprechend derart zwischen einem nicht-durchschaltenden Zustand und einem durchschaltenden Zustand der Schaltvorrichtung bewegbar, dass der bewegliche Kontakt im nicht-durchschaltenden Zustand der Schaltvorrichtung vom zumindest einen feststehenden Kontakt beabstandet und damit galvanisch getrennt ist und im durchschaltenden Zustand einen mechanischen Kontakt zum zumindest einen feststehenden Kontakt aufweist und damit galvanisch mit dem zumindest einen feststehenden Kontakt verbunden ist. Besonders bevorzugt weist die Schaltvorrichtung zumindest zwei feststehende Kontakte auf, die voneinander getrennt in der Schaltvorrichtung angeordnet sind und die auf diese Weise je nach Zustand des beweglichen Kontakts durch den beweglichen Kontakt elektrisch leitend miteinander verbunden oder elektrisch voneinander getrennt sein können.
Gemäß einer weiteren Ausführungsform weist die Schaltvorrichtung ein Gehäuse auf, in dem der bewegliche Kontakt und der zumindest eine feststehende Kontakt oder die zumindest zwei feststehenden Kontakte angeordnet sind. Der bewegliche Kontakt kann insbesondere vollständig im Gehäuse angeordnet sein. Dass ein feststehender Kontakt im Gehäuse angeordnet ist, kann insbesondere bedeuten, dass der Kontaktbereich des feststehenden Kontakts, der im durchschaltenden Zustand in mechanischem Kontakt zum beweglichen Kontakt steht, innerhalb des Gehäuses angeordnet ist. Zum Anschluss einer Zuleitung eines durch die Schaltvorrichtung zu schaltenden Stromkreises kann ein im Gehäuse angeordneter feststehender Kontakt von außen, also von außerhalb des Gehäuses, elektrisch kontaktierbar sein. Hierzu kann ein im Gehäuse angeordneter feststehender Kontakt mit einem Teil aus dem Gehäuse herausragen und außerhalb des Gehäuses eine Anschlussmöglichkeit für eine Zuleitung aufweisen.
Gemäß einer weiteren Ausführungsform sind die Kontakte in einer Gasatmosphäre im Gehäuse angeordnet. Das kann insbesondere bedeuten, dass der bewegliche Kontakt vollständig in der Gasatmosphäre im Gehäuse angeordnet ist und dass weiterhin zumindest Teile des oder der feststehenden Kontakte, etwa der oder die Kontaktbereiche des oder der feststehenden Kontakte, in der Gasatmosphäre im Gehäuse angeordnet sind. Die Schaltvorrichtung kann entsprechend besonders bevorzugt eine gasgefüllte Schaltvorrichtung wie etwa ein gasgefülltes Schütz sein. Insbesondere können die Kontakte, das bedeutet der bewegliche Kontakt vollständig und zumindest Teile des oder der feststehenden Kontakte, in einer Schaltkammer innerhalb des Gehäuses angeordnet sein, in der sich das Gas, also zumindest ein Teil der Gasatmosphäre, befindet. Das Gas kann bevorzugt einen Anteil von zumindest 50% H₂ aufweisen. Zusätzlich zum H₂ kann das Gas ein inertes Gas aufweisen, besonders bevorzugt N₂ und/oder eines oder mehrere Edelgase.
Gemäß einer weiteren Ausführungsform weist zumindest einer der Kontakte ein Metallmatrix-Verbundmaterial mit einem metallischen Matrixmaterial und einem im Matrixmaterial dispergierten Füllstoff auf. Das Metallmatrix-Verbundmaterial kann als Matrixmaterial besonders bevorzugt Kupfer oder eine Kupferlegierung aufweisen. Derartige Materialien können mit Vorteil eine hohe elektrische Leitfähigkeit und entsprechend eine hohe Stromtragfähigkeit aufweisen. Der Füllstoff kann besonders bevorzugt ein Metalloxid aufweisen, insbesondere ein hochschmelzendes, sehr stabiles Metalloxid. Beispielsweise kann der Füllstoff ein Oxid mit Aluminium aufweisen. Alternativ oder zusätzlich zu Aluminiumoxid kann der Füllstoff auch zumindest ein oder mehrere andere keramische Oxide aufweisen.
Gemäß einer weiteren Ausführungsform wird der Füllstoff durch Partikel gebildet, die im Matrixmaterial bevorzugt gleichmäßig und homogen verteilt sein können. Es hat sich als vorteilhaft erwiesen, wenn die Partikel eine mittlere Größe von weniger als 1 µm und bevorzugt von weniger als 0,1 µm aufweisen, so dass der Füllstoff besonders bevorzugt eine gleichmäßige, feinkristalline Verteilung im Matrixmaterial aufweist. Eine solche feinkristalline Verteilung kann beispielsweise dadurch erreicht werden, dass einem Pulver aus einer Legierung mit dem Matrixmaterial und mit dem dem Füllstoff zugrunde liegenden Metall ein Oxidationsmittel beigemischt wird, wodurch das dem Füllstoff zugrunde liegende, in den Pulverpartikeln enthaltende Metall oxidiert wird. Beispielsweise durch Pressen und Sintern des so hergestellten Matrixmaterial-Oxid-Verbund-Pulvers können dann die gewünschten Komponenten gefertigt werden.
Gemäß einer weiteren Ausführungsform ist der Anteil des Füllstoffs im Matrixmaterial kleiner oder gleich 2%, wobei der Anteil insbesondere in Gew.-% gemessen werden kann. Es hat sich als vorteilhaft erwiesen, wenn der Anteil des Füllstoffs im Matrixmaterial kleiner oder gleich 1% oder sogar kleiner oder gleich 0,3% ist. Weiterhin kann der Anteil des Füllstoffs im Matrixmaterial größer oder gleich 0,2% sein.
Es hat sich gezeigt, dass die Zugabe des Füllstoffs zum Matrixmaterial, der die mechanischen Eigenschaften des Matrixmaterials insbesondere bei hoher Temperaturbelastung verbessern kann, auch eine sehr geringe Verschweißneigung beim Einsatz insbesondere in mit wasserstoffhaltigem Gas gefüllten Schaltvorrichtungen zur Folge hat. Somit kann durch das hier beschriebene Metallmatrix-Verbundmaterial das Problem der Verschweißneigung von Kontakten in der hier beschriebenen Schaltvorrichtung, die besonders bevorzugt eine mit wasserstoffhaltigem Gas gefüllte Schaltvorrichtung ist, verringert oder sogar vollständig dadurch gelöst werden, dass für einen oder mehrere der Kontakte zu einem Metallmaterial, bevorzugt zu einem Kupfermaterial, eine geringe Menge eines hochschmelzenden, sehr stabilen Metalloxids zugegeben wird. Die bevorzugt feine Verteilung des partikelförmigen Füllstoffs kann insbesondere die mechanische Festigkeit des metallischen Matrixmaterials erhöhen, ohne dessen thermische oder elektrische Leitfähigkeit zu beinträchtigen. Insbesondere haben Versuche mit der hier beschriebenen Schaltvorrichtung gezeigt, dass durch das Metallmatrix-Verbundmaterial mehr Schaltvorgänge bei einem zu schaltenden Strom von mehr als 100 A ohne „Verkleben“, also ohne ein Verschweißen der Kontakte, erreicht werden können als bei Verwendung von herkömmlichen, nicht dem hier beschriebenen Metallmatrix-Verbundmaterial entsprechenden Kontaktmaterialien.
Besonders bevorzugt kann zumindest der bewegliche Kontakt das Metallmatrix-Verbundmaterial aufweisen. Insbesondere kann zumindest der bewegliche Kontakt vollständig aus dem Metallmatrix-Verbundmaterial gebildet sein. Alternativ oder zusätzlich kann auch der zumindest eine feststehende Kontakt das Metallmatrix-Verbundmaterial aufweisen oder vollständig daraus gebildet sein. Weist die Schaltvorrichtung zumindest zwei feststehende Kontakte auf, können bevorzugt alle feststehenden Kontakte der Schaltvorrichtung das Metallmatrix-Verbundmaterial aufweisen oder jeweils vollständig daraus gebildet sein. Besonders bevorzugt kann es sein, wenn alle Kontakte, also alle feststehenden und beweglichen Kontakte der Schaltvorrichtung, das Metallmatrix-Verbundmaterial aufweisen oder jeweils vollständig daraus gebildet sind.
Weist ein Kontakt das Metallmatrix-Verbundmaterial auf, kann das auch bedeuten, dass der Kontakt einen Kontaktkörper und zumindest einen am Kontaktkörper angebrachten Kontaktbereich aufweist und der zumindest eine Kontaktbereich das Metallmatrix-Verbundmaterial aufweist. Der Kontaktkörper kann aus einem Metallmaterial, beispielsweise dem metallischen Matrixmaterial, also etwa Kupfer oder einer Kupferlegierung, ohne eingebetteten Füllstoff gefertigt sein. Der Kontaktbereich kann beispielsweise als Plättchen, etwa mit einer Dicke von 1 mm oder weniger und typischerweise mit einer Dicke von etwa 0,5 mm, ausgebildet sein und am Kontaktkörper befestigt sein. Beispielsweise kann ein Kontaktbereich, also beispielsweise ein Kontaktplättchen, durch Hartlöten, Nieten, Verstemmen oder ein anderes geeignetes Verfahren am Kontaktkörper befestigt sein. Besonders bevorzugt können auch alle Kontakte entsprechende Kontaktkörper und Kontaktbereiche aufweisen. Darüber hinaus kann es auch möglich sein, dass beispielsweise der bewegliche Kontakt vollständig aus dem Metallmatrix-Verbundmaterial gebildet ist, während der oder die feststehenden Kontakte jeweils durch einen Kontaktkörper mit einem durch das Metallmatrix-Verbundmaterial gebildeten daran angeordneten Kontaktbereich ausgebildet ist oder sind. Ebenso ist eine umgekehrte Ausführung möglich.
Weitere Vorteile, vorteilhafte Ausführungsformen und Weiterbildungen ergeben sich aus den im Folgenden in Verbindung mit den Figuren beschriebenen Ausführungsbeispielen.
Es zeigen:

1A und 1B schematische Darstellungen einer Schaltvorrichtung gemäß einem Ausführungsbeispiel und
2A und 2B schematische Darstellungen von Teilen von Kontakten von Schaltvorrichtungen gemäß weiteren Ausführungsbeispielen.

In den Ausführungsbeispielen und Figuren können gleiche, gleichartige oder gleich wirkende Elemente jeweils mit denselben Bezugszeichen versehen sein. Die dargestellten Elemente und deren Größenverhältnisse untereinander sind nicht als maßstabsgerecht anzusehen, vielmehr können einzelne Elemente, wie zum Beispiel Schichten, Bauteile, Bauelemente und Bereiche, zur besseren Darstellbarkeit und/oder zum besseren Verständnis übertrieben groß dargestellt sein.
In den 1A und 1B ist ein Ausführungsbeispiel für eine Schaltvorrichtung 100 gezeigt, die beispielsweise zum Schalten starker elektrischer Ströme und/oder hoher elektrischer Spannungen eingesetzt werden kann und die ein Relais oder Schütz, insbesondere ein Leistungsschütz, sein kann. In 1A ist eine dreidimensionale Schnittdarstellung gezeigt, während in 1B eine zweidimensionale Schnittdarstellung dargestellt ist. Die nachfolgende Beschreibung bezieht sich gleichermaßen auf die 1A und 1B. Die gezeigten Geometrien sind nur exemplarisch und nicht beschränkend zu verstehen und können auch alternativ ausgebildet sein.
Die Schaltvorrichtung 100 weist in einem Gehäuse 1 zwei feststehende Kontakte 2, 3 und einen beweglichen Kontakt 4 auf. Der bewegliche Kontakt 4 ist als Kontaktplatte ausgebildet. Die feststehenden Kontakte 2, 3 bilden zusammen mit dem beweglichen Kontakt 4 die Schaltkontakte. Das Gehäuse 1 dient vornehmlich als Berührschutz für die im Inneren angeordneten Komponenten und weist einen Kunststoff auf oder ist daraus, beispielsweise Polybutylenterephthalat (PBT) oder Glas-gefülltes PBT.
In den 1A und 1B ist die Schaltvorrichtung 100 in einem Ruhezustand gezeigt, in dem der bewegliche Kontakt 4 von den feststehenden Kontakten 2, 3 beabstandet ist, so dass die Kontakte 2, 3, 4 galvanisch voneinander getrennt sind. Die gezeigte Ausführung der Schaltkontakte und insbesondere deren Geometrie sind rein beispielhaft und nicht beschränkend zu verstehen. Alternativ können die Schaltkontakte auch anders ausgebildet sein. Beispielsweise kann es möglich sein, dass nur einer der Schaltkontakte feststehend ausgebildet ist.
Die Schaltvorrichtung 100 weist einen beweglichen Magnetanker 5 auf, der im Wesentlichen die Schaltbewegung vollzieht. Der Magnetanker 5 weist einen magnetischen Kern 6 auf, beispielsweise mit oder aus einem ferromagnetischen Material. Weiterhin weist der Magnetanker 5 eine Achse 7 auf, die durch den magnetischen Kern 6 geführt ist und an einem Achsenende fest mit dem magnetischen Kern 6 verbunden ist. Am anderen, dem magnetischen Kern 6 gegenüberliegenden Achsenende weist der Magnetanker 5 den beweglichen Kontakt 4 auf, der ebenfalls mit der Achse 7 verbunden ist. Die Achse 7 kann beispielsweise mit oder aus Edelstahl gefertigt sein.
Der magnetische Kern 6 ist von einer Spule 8 umgeben. Ein von außen aufschaltbarer Stromfluss in der Spule 8 erzeugt eine Bewegung des magnetischen Kerns 6 und damit des gesamten Magnetankers 5 in axialer Richtung, bis der bewegliche Kontakt 4 die feststehenden Kontakte 2, 3 kontaktiert. Der Magnetanker 5 bewegt sich somit von einer ersten Position, die dem Ruhezustand und gleichzeitig dem trennenden, also nicht-durchschaltendem Zustand entspricht, in eine zweite Position, die dem aktiven, also durchschaltenden Zustand entspricht. Im aktiven Zustand sind die Kontakte 2, 3, 4 galvanisch miteinander verbunden. In einer anderen Ausführungsform kann der Magnetanker 5 alternativ auch eine Drehbewegung ausführen. Der Magnetanker 5 kann insbesondere als Zuganker oder Klappanker ausgebildet sein. Zur Führung der Achse 7 und damit des Magentankers 5 weist die Schaltvorrichtung 100 ein Joch 9 auf, das Reineisen oder eine niedrig dotierte Eisenlegierung aufweisen oder daraus sein kann und das einen Teil des magnetischen Kreises bildet. Das Joch 9 weist eine Öffnung auf, in der die Achse 7 geführt wird. Wird der Stromfluss in der Spule 8 unterbrochen, wird der Magnetanker 5 durch eine oder mehrere Federn 10 wieder in die erste Position bewegt. Die Schaltvorrichtung 100 befindet sich dann wieder im Ruhezustand, in dem die Kontakte 2, 3, 4 geöffnet sind.
Beim Öffnen der Kontakte 2, 3, 4 kann ein Lichtbogen entstehen, der die Kontaktflächen beschädigen kann. Dadurch kann die Gefahr bestehen, dass die Kontakte 2, 3, 4 durch eine durch den Lichtbogen hervorgerufene Verschweißung aneinander „kleben“ bleiben und nicht mehr voneinander getrennt werden. Um die Entstehung derartiger Lichtbögen zu verhindern oder wenigstens um die Löschung von auftretenden Lichtbögen zu unterstützen, sind die Kontakte 2, 3, 4 zum einen in einer Gasatmosphäre angeordnet, so dass die Schaltvorrichtung 100 als gasgefülltes Relais oder gasgefüllter Schütz ausgebildet ist. Zum anderen weist zumindest einer der Kontakte 2, 3, 4 ein Material auf, das eine geringe oder keine Verschweißneigung zeigt.
Im Hinblick auf die Gasatmosphäre sind die Kontakte 2, 3, 4 innerhalb einer Schaltkammer 11, gebildet durch eine Schaltkammerwand 12 und einen Schaltkammerboden 13, in einem hermetisch abgeschlossenen Teil des Gehäuses 1 angeordnet. Das Gehäuse 1 und insbesondere der hermetisch abgeschlossene Teil des Gehäuses 1 umgibt den Magnetanker 5 und die Kontakte 2, 3, 4 vollständig. Der hermetisch abgeschlossene Teil des Gehäuses 1 und damit auch die Schaltkammer 11 sind mit einem Gas 14 gefüllt. Das Gas 14, das durch einen Gasfüllstutzen 15 im Rahmen der Herstellung der Schaltvorrichtung 100 eingefüllt werden kann, kann besonders bevorzugt Wasserstoffhaltig sein, besonders bevorzugt mit 50% oder mehr H₂ in einem inerten Gas oder sogar mit 100% H₂ , da Wasserstoffhaltiges Gas die Löschung von Lichtbögen fördern kann. Beträgt der Anteil des H₂ am Gas 14 weniger als 100%, kann das Gas zusätzlich eines oder mehrere inerte Gase aufweisen, insbesondere ausgewählt aus N₂ und Edelgasen. Weiterhin können innerhalb oder außerhalb der Schaltkammer 11 sogenannte Blasmagnete (nicht gezeigt) vorhanden sein, also Permanentmagnete, die eine Verlängerung der Lichtbogenstrecke bewirken und somit das Löschen der Lichtbögen verbessern können. Die Schaltkammerwand 12 und der Schaltkammerboden 13 können beispielsweise mit oder aus einem Metalloxid wie etwa Al₂O₃ gefertigt sein.
Zumindest einer der Kontakte 2, 3, 4 weist ein Metallmatrix-Verbundmaterial mit einem metallischen Matrixmaterial und einem im Matrixmaterial dispergierten Füllstoff auf. Das Metallmatrix-Verbundmaterial kann als Matrixmaterial besonders bevorzugt Kupfer oder eine Kupferlegierung aufweisen, so dass das Metallmatrix-Verbundmaterial eine hohe elektrische Leitfähigkeit und entsprechend eine hohe Stromtragfähigkeit aufweisen kann.
Der Füllstoff weist ein Metalloxid auf oder wird durch ein Metalloxid gebildet. Besonders bevorzugt wird hierzu ein hochschmelzendes, sehr stabiles Metalloxid verwendet, beispielsweise Aluminiumoxid oder eine Mischung von keramischen Oxiden mit Aluminiumoxid. Alternativ zu Aluminiumoxid kann der Füllstoff auch zumindest ein oder mehrere andere keramische Oxide aufweisen. Der Füllstoff ist in Form von Partikeln im Matrixmaterial dispergiert. Besonders bevorzugt ist der Füllstoff im Matrixmaterial gleichmäßig und homogen verteilt, wobei die Partikel eine mittlere Größe von weniger als 1 µm und bevorzugt von weniger als 0,1 µm aufweisen. Es hat sich gezeigt, dass der Anteil des Füllstoffs im Matrixmaterial bevorzugt kleiner oder gleich 2 Gew.-% beträgt. Besonders bevorzugt ist der Anteil des Füllstoffs im Matrixmaterial kleiner oder gleich 1 Gew.-% oder sogar kleiner oder gleich 0,3 Gew.-% und größer oder gleich 0,2 Gew.-%.
Durch die Zugabe des Füllstoffs zum metallischen Matrixmaterial kann ein Metallmatrix-Verbundmaterial gebildet werden, das im Vergleich zum reinen Matrixmaterial eine erhöhte mechanische Festigkeit bei gleicher oder im Wesentlichen gleicher thermischer und elektrischer Leitfähigkeit aufweist. Wie sich überraschend gezeigt hat, weist das Metallmatrix-Verbundmaterial auch eine sehr geringe Verschweißneigung auf, insbesondere in Wasserstoff-gefüllten Schaltvorrichtungen.
Besonders bevorzugt können alle Kontakte 2, 3, 4, also alle feststehenden und beweglichen Kontakte der Schaltvorrichtung 100, das Metallmatrix-Verbundmaterial aufweisen oder jeweils sogar vollständig daraus gebildet sein. Dadurch kann der vorteilhafte Effekt des Metallmatrix-Verbundmaterials für alle Kontakte 2, 3, 4 erzielt werden.
Es kann aber auch möglich sein, dass nur einer der Kontakte, beispielsweise der bewegliche Kontakt 4, das Metallmatrix-Verbundmaterial aufweist oder bevorzugt vollständig daraus gebildet ist. Die feststehenden Kontakte 2, 3 können in diesem Fall ein herkömmliches Kontaktmaterial aufweisen oder daraus sein, beispielsweise Cu, eine Cu-Legierung oder einer Mischung von Kupfer mit zumindest einem weiteren Metall, beispielsweise Wo, Ni und/oder Cr. sein. Alternativ hierzu kann es auch möglich sein, dass der bewegliche Kontakt 4 aus einem herkömmlichen Kontaktmaterial gefertigt ist und zumindest einer oder alle feststehenden Kontakte 2, 3 das Metallmatrix-Verbundmaterial aufweisen oder bevorzugt jeweils vollständig daraus gebildet sind.
Alternativ zu einer vollständigen Ausbildung eines oder mehrerer Kontakte 2, 3, 4 aus dem Metallmatrix-Verbundmaterial können der oder die Kontakte beispielsweise das Metallmatrix-Verbundmaterial nur in einem Kontaktbereich aufweisen. Der Kontaktbereich ist auf einem Kontaktkörper aufgebracht, der durch ein herkömmliches Kontaktmaterial gebildet ist. Der Kontaktbereich eines Kontakts ist der Bereich, mit dem der Kontakt den für den Schaltvorgang vorgesehenen anderen Kontakt im aktiven Zustand der Schaltvorrichtung berührt. In 2A ist ausschnittsweise ein Ausführungsbeispiel für einen entsprechenden beweglichen Kontakt 4 mit einem Kontaktkörper 40 aus einem herkömmlichen Kontaktmaterial und einem Kontaktbereich 41 aus dem Metallmatrix-Verbundmaterial gezeigt, während in 2B ausschnittsweise ein Ausführungsbeispiel für einen entsprechenden feststehenden Kontakt 2 mit einem Kontaktkörper 20 aus einem herkömmlichen Kontaktmaterial und einem Kontaktbereich 21 aus dem Metallmatrix-Verbundmaterial gezeigt ist.
Die Kontaktbereiche 21, 41 können jeweils als Plättchen, beispielsweise mit einer typischen Dicke von etwa 0,5 mm, ausgebildet sein und auf dem jeweiligen Kontaktkörper 20, 40 beispielsweise durch Hartlöten, Nieten oder Verstemmen befestigt sein. Es kann möglich sein, dass alle Kontakte 2, 3, 4 entsprechend ausgebildet sind. Alternativ kann es beispielsweise auch möglich sein, dass beispielsweise die feststehenden Kontakte entsprechend dem Ausführungsbeispiel der 2B ausgebildet sind, während der bewegliche Kontakt aus einem herkömmlichen Kontaktmaterial oder, besonders bevorzugt, aus dem Metallmatrix-Verbundmaterial gebildet ist. Ebenso ist eine umgekehrte Ausbildung möglich, also die Ausbildung des beweglichen Kontakts 4 gemäß dem Ausführungsbeispiel der 2A, während die feststehenden Kontakte 2, 3 aus einem herkömmlichen Kontaktmaterial oder, besonders bevorzugt, aus dem Metallmatrix-Verbundmaterial gebildet sind.
Die in den in Verbindung mit den Figuren beschriebenen Merkmale und Ausführungsbeispiele können gemäß weiteren Ausführungsbeispielen miteinander kombiniert werden, auch wenn nicht alle Kombinationen explizit beschrieben sind. Weiterhin können die in Verbindung mit den Figuren beschriebenen Ausführungsbeispiele alternativ oder zusätzlich weitere Merkmale gemäß der Beschreibung im allgemeinen Teil aufweisen.
Die Erfindung ist nicht durch die Beschreibung anhand der Ausführungsbeispiele auf diese beschränkt. Vielmehr umfasst die Erfindung jedes neue Merkmal sowie jede Kombination von Merkmalen, was insbesondere jede Kombination von Merkmalen in den Patentansprüchen beinhaltet, auch wenn dieses Merkmal oder diese Kombination selbst nicht explizit in den Patentansprüchen oder Ausführungsbeispielen angegeben ist.
Bezugszeichenliste

1: Gehäuse
2,: 3 feststehender Kontakt
4: beweglicher Kontakt
5: Magnetanker
6: magnetischer Kern
7: Achse
8: Spule
9: Joch
10: Feder
11: Schaltkammer
12: Schaltkammerwand
13: Schaltkammerboden
14: Gas
15: Gasfüllstutzen
20, 40: Kontaktkörper
21, 41: Kontaktbereich
100: Schaltvorrichtung

ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
Diese Liste der vom Anmelder aufgeführten Dokumente wurde automatisiert erzeugt und ist ausschließlich zur besseren Information des Lesers aufgenommen. Die Liste ist nicht Bestandteil der deutschen Patent- bzw. Gebrauchsmusteranmeldung. Das DPMA übernimmt keinerlei Haftung für etwaige Fehler oder Auslassungen.
Zitierte Patentliteratur

DE 3430490 C2 [0004]

Claims

Schaltvorrichtung (100), aufweisend zumindest einen feststehenden Kontakt (2, 3) und zumindest einen beweglichen Kontakt (4), wobei zumindest einer der Kontakte (2, 3, 4) ein Metallmatrix-Verbundmaterial mit einem metallischen Matrixmaterial und einem im Matrixmaterial dispergierten Füllstoff aufweist und wobei die Kontakte (2, 3, 4) in einer Schaltkammer (11) mit einem Gas (14) angeordnet sind und das Gas H₂ enthält.
Schaltvorrichtung (100) nach dem vorherigen Anspruch, wobei der bewegliche Kontakt (4) das Metallmatrix-Verbundmaterial aufweist.
Schaltvorrichtung (100) nach einem der vorherigen Ansprüche, wobei die Schaltvorrichtung (100) zumindest zwei feststehende Kontakte (2, 3) aufweist und alle feststehenden Kontakte (2, 3) das Metallmatrix-Verbundmaterial aufweisen.
Schaltvorrichtung (100) nach einem der vorherigen Ansprüche, wobei alle feststehenden und beweglichen Kontakte (2, 3, 4) der Schaltvorrichtung (2, 3, 4) das Metallmatrix-Verbundmaterial aufweisen.
Schaltvorrichtung (100) nach einem der vorherigen Ansprüche, wobei zumindest einer der Kontakte (2, 3, 4) vollständig aus dem Metallmatrix-Verbundmaterial gebildet ist.
Schaltvorrichtung (100) nach einem der vorherigen Ansprüche, wobei der bewegliche Kontakt (4) vollständig aus dem Metallmatrix-Verbundmaterial gebildet ist.
Schaltvorrichtung (100) nach einem der vorherigen Ansprüche, wobei alle feststehenden und beweglichen Kontakte (2, 3, 4) der Schaltvorrichtung (2, 3, 4) vollständig aus dem Metallmatrix-Verbundmaterial gebildet sind.
Schaltvorrichtung (100) nach einem der Ansprüche 1 bis 6, wobei zumindest einer der Kontakte (2, 3, 4) einen Kontaktkörper (20, 40) und zumindest einen am Kontaktkörper (20, 40) angebrachten Kontaktbereich (21, 41) aufweist und der zumindest eine Kontaktbereich (21, 41) das Metallmatrix-Verbundmaterial aufweist.
Schaltvorrichtung (100) nach einem der vorherigen Ansprüche, wobei das Metallmatrix-Verbundmaterial als Matrixmaterial Kupfer oder eine Kupferlegierung aufweist.
Schaltvorrichtung (100) nach einem der vorherigen Ansprüche; wobei der Füllstoff ein Metalloxid aufweist.
Schaltvorrichtung (100)nach einem der vorherigen Ansprüche, wobei der Füllstoff ein Oxid mit Aluminium aufweist.
Schaltvorrichtung (100) nach einem der vorherigen Ansprüche, wobei der Füllstoff durch Partikel gebildet wird.
Schaltvorrichtung (100) nach dem vorherigen Anspruch; wobei die Partikel eine mittlere Größe von weniger als 1 µm aufweisen.
Schaltvorrichtung (100) nach einem der beiden vorherigen Ansprüche, wobei die Partikel eine mittlere Größe von kleiner oder gleich 0,1 µm aufweisen.
Schaltvorrichtung (100) nach einem der vorherigen Ansprüche, wobei der Anteil des Füllstoffs im Matrixmaterial kleiner oder gleich 2% ist.
Schaltvorrichtung (100) nach einem der vorherigen Ansprüche, wobei der Anteil des Füllstoffs im Matrixmaterial kleiner oder gleich 1% ist.
Schaltvorrichtung (100) nach einem der vorherigen Ansprüche, wobei der Anteil des Füllstoffs im Matrixmaterial kleiner oder gleich 0,3% ist.
Schaltvorrichtung (100) nach einem der vorherigen Ansprüche, wobei der Anteil des Füllstoffs im Matrixmaterial größer oder gleich 0,2% ist.
Schaltvorrichtung (100) nach einem der vorherigen Ansprüche, wobei das Gas einen Anteil von zumindest 50% H₂ aufweist.