DE102021107381A1

DE102021107381A1 - Schaltvorrichtung

Info

Publication number: DE102021107381A1
Application number: DE102021107381.2A
Authority: DE
Inventors: Robert Hoffmann; Robert Minkwitz
Original assignee: TDK Electronics AG
Current assignee: TDK Electronics AG
Priority date: 2021-03-24
Filing date: 2021-03-24
Publication date: 2022-09-29
Also published as: WO2022199921A1; CN117043905A; JP2024512025A; US20240177957A1; EP4315378A1

Abstract

Es wird eine Schaltvorrichtung (100) angegeben, die zumindest zwei Kontakte (1) in einer Schaltkammer (11) aufweist, wobei die zumindest zwei Kontakte einen feststehenden Kontakt (2) und einen beweglichen Kontakt (4) umfassen, wobei jeder der Kontakte an einer Kontaktseite (20, 40) eine Kontaktfläche (21, 41) mit zumindest einem Kontaktbereich (22, 42) aufweist und wobei zumindest einer der Kontakte zumindest einen Rücksprung (50) 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 gasgefülltes 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 oder in Anwendungen auf dem Gebiet der erneuerbaren Energien.
In seiner Funktion als Sicherheitskomponente wird ein Schütz üblicherweise in Kombination mit einer Sicherung zwischen einer Batterie, etwa einer Lithium-Ionen-Batterie, und einem Elektromotor eingesetzt und muss bei Fehlfunktionen die Stromquelle von der Last trennen können. Heutzutage werden solche Systeme üblicherweise bei Spannungen von etwa 450 V betrieben. In einer nächsten Generation solcher Systeme kann die elektrische Spannung bis zu 800 V betragen. Darüber hinaus, beispielsweise in speziellen Anwendungen, sind bis zu 1500 V Gleichspannung gefordert.
Je höher die elektrische Spannung der Anwendung ist, desto größere Herausforderungen werden an die Konstruktion des Schützes gestellt, das im Fehlerfall hohe Ströme bei den genannten hohen Spannungen unterbrechen muss. Weiterhin wird auch verlangt, dass sich auch nach dem Trennen von hohen Lasten die elektrischen Parameter der Schaltvorrichtung weiterhin nahe dem Ursprungs- oder Neuzustands bleiben. Dies gilt insbesondere für den Übergangswiderstand der Schaltvorrichtung, der im normalen Betrieb maßgeblich für die Erwärmung der ganzen Vorrichtung ist und erheblichen Einfluss auf die weitere Performance und Lebensdauer hat.
Werden die Kontakte der Schaltvorrichtung unter Last, also Stromfluss, getrennt, entstehen Lichtbögen, die Oberflächen der Kontakte durch Aufschmelzen beschädigen können. Diese Beschädigungen führen dazu, dass die Oberflächen der Kontakte nicht mehr optimal aufeinanderliegen können und dass sich beim erneuten Schließen der Übergangswiderstand erhöht.
Um Lichtbögen möglichst schnell von den Kontaktbereichen zu entfernen und die Lichtbogenstrecke zu verlängern, werden üblicherweise sogenannte Blasmagnete eingesetzt, die die Lichtbögen je nach Stromrichtung in bestimmte Richtungen ablenken können. Beispielsweise kann durch geeignete Schaltkammergeometrien und Magnetanordnungen erreicht werden, dass Lichtbögen in vorbestimmte Richtungen abgelenkt werden. Je nach Ausgestaltung kann dies sogar unabhängig von der Stromrichtung erfolgen. Somit können Lichtbögen abhängig von der magnetischen Ablenkkonfiguration und gegebenenfalls abhängig von der Stromflussrichtung zu verschiedenen Seiten von den Kontakten aus gesehen gedrückt werden beziehungsweise an verschiedenen Bereichen der Kontakte anhaften. Daher können auch an unterschiedlichen Stellen Unebenheiten entstehen, die zu Verschleiß und zur Erhöhung des Übergangswiderstandes führen können. Es ist zwar auch bekannt, beispielsweise einen beweglichen Kontakt so kurz auszugestalten, dass dieser nur etwa die Hälfte von feststehenden Kontakten überdeckt. Diese Ausgestaltung kann dazu führen, dass Lichtbögen weit außen an den feststehenden Kontakten Beschädigungen verursachen können, die bei erneutem Schließen nicht im eigentlichen Kontaktbereich liegen. Dieser Mechanismus wirkt aber nicht gegen Beschädigungen am beweglichen Kontakt, die bei erneutem Schließen sehr wohl den Kontaktwiderstand beeinflussen können. Ein weiterer Nachteil ist eine verringerte Auflagefläche, die zu vermindertem Wärmeabtransport und stärkerer lokaler Erwärmung führen kann.
Zumindest eine Aufgabe von bestimmten Ausführungsformen ist es, eine Schaltvorrichtung anzugeben.
Diese Aufgabe wird durch den 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 zumindest einer Ausführungsform weist eine Schaltvorrichtung zumindest zwei Kontakte auf, die auch als erster und zweiter Kontakt bezeichnet werden können, wobei einer der Kontakte ein feststehender Kontakt und der andere der Kontakte ein beweglicher Kontakt ist. Entsprechend weist die 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.
Gemäß zumindest einer weiteren Ausführungsform weist einer der Kontakte, der im Folgenden auch als erster Kontakt bezeichnet werden kann, zumindest einen Kontaktbereich auf. Der erste Kontakt kann beispielsweise ein feststehender Kontakt der Schaltvorrichtung sein. Alternativ hierzu kann der erste Kontakt ein beweglicher Kontakt der Schaltvorrichtung sein. Der erste Kontakt ist dazu vorgesehen und eingerichtet, mit einem weiteren Kontakt, der im Folgenden auch als zweiter Kontakt bezeichnet werden kann, eine galvanische Kontaktverbindung bei einer geeigneten Stellung der Kontakte zueinander einzugehen. Insbesondere kann der zweite Kontakt ebenfalls eine Kontaktfläche mit einem Kontaktbereich aufweisen, so dass der Kontaktbereich des ersten Kontakts und der Kontaktbereich des zweiten Kontakts bei einer geeigneten Stellung der Kontakte zueinander miteinander in mechanischen Kontakt treten und damit galvanisch miteinander verbunden sind. Insbesondere kann jeder der Kontakte eine Kontaktseite mit zumindest einem Kontaktbereich aufweisen.
Der bewegliche Kontakt ist in der Schaltvorrichtung 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. Der mechanische Kontakt zwischen dem beweglichen Kontakt und dem feststehenden Kontakt im durchschaltenden Zustand kann insbesondere zwischen einem Kontaktbereich des beweglichen Kontakts und einem Kontaktbereich des feststehenden Kontakts vorliegen. 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 die Kontakte, also der zumindest eine bewegliche Kontakt sowie 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 zumindest 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 der Schaltvorrichtung in einer Gasatmosphäre im Gehäuse angeordnet. Das kann insbesondere bedeuten, dass der zumindest eine 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.
Gemäß einer weiteren Ausführungsform sind die Kontakte, das bedeutet der zumindest eine bewegliche Kontakt vollständig sowie zumindest Teile des oder der feststehenden Kontakte, in einer Schaltkammer innerhalb des Gehäuses angeordnet, 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 Wasserstoff kann das Gas ein inertes Gas aufweisen, besonders bevorzugt N₂ und/oder eines oder mehrere Edelgase.
Gemäß einer weiteren Ausführungsform ist der zumindest eine bewegliche Kontakt mittels eines Magnetankers bewegbar. Der Magnetanker kann hierzu insbesondere eine Achse aufweisen, die an einem Ende mit dem beweglichen Kontakt derart verbunden ist, dass der bewegliche Kontakt vermittels der Achse bewegbar ist, also bei einer Bewegung der Achse durch diese ebenfalls bewegt wird. Die Achse kann insbesondere durch eine Öffnung in der Schaltkammer in die Schaltkammer hineinragen. Der Magnetanker kann durch einen magnetischen Kreis bewegbar sein, um die vorab beschriebenen Schaltvorgänge zu bewirken. Hierzu kann der magnetische Kreis ein Joch aufweisen, das eine Öffnung aufweist, durch die die Achse des Magnetankers hindurch ragt. Die Achse kann bevorzugt Edelstahl aufweisen oder daraus sein. Das Joch kann bevorzugt Reineisen oder eine niedrig dotierte Eisenlegierung aufweisen oder daraus sein.
Gemäß einer weiteren Ausführungsform weist jeder der Kontakte der Schaltvorrichtung jeweils eine Kontaktseite auf, an der zumindest ein Kontaktbereich angeordnet ist. Der Kontaktbereich eines jeden der Kontakte kann insbesondere derjenige Teil einer Oberfläche an der Kontaktseite des betreffenden Kontakts sein, der bei einer normalen Funktionsweise der Schaltvorrichtung dazu vorgesehen und eingerichtet ist, im eingeschalteten Zustand der Schaltvorrichtung einen mechanischen Kontakt mit einem weiteren Kontakt einzugehen. Die Oberfläche mit dem Kontaktbereich wird hier und im Folgenden auch als Kontaktfläche bezeichnet, wobei nicht jeder Bereich der Kontaktfläche als Kontaktbereich ausgebildet sein muss.
Insbesondere der bewegliche Kontakt kann eine Kontaktfläche aufweisen, die eine längliche Ausbildung, insbesondere in Form eines Rechtecks oder angenähert an die Form eines Rechtecks, etwa eines Rechtecks mit abgeschrägten oder abgerundeten Ecken, aufweist. Ein Teil der Oberfläche an der Kontaktseite, also ein Teil der Kontaktfläche, kann den Kontaktbereich bilden. Ist der bewegliche Kontakt dazu vorgesehen und eingerichtet, zumindest zwei feststehende Kontakte zu kontaktieren, weist die Kontaktfläche zumindest zwei Kontaktbereiche auf, die durch einen oder mehrere Oberflächenbereiche getrennt sein können, die keine Kontaktbereiche bilden. Der zumindest eine feststehende Kontakt kann eine Kontaktfläche aufweisen, die beispielsweise eine runde, etwa eine kreisrunde, Form aufweist oder daran angenähert ist und die zumindest zum Teil oder bevorzugt ganz den Kontaktbereich bildet. Beispielsweise kann der Kontaktbereich eines feststehenden Kontakts mindestens 70% oder mindestens 80% oder mindestens 90% der Kontaktfläche ausmachen.
Insbesondere kann die Kontaktseite des zumindest einen beweglichen Kontakts dem zumindest einen feststehenden Kontakt zugewandt sein und die Kontaktseite des zumindest einen feststehenden Kontakts kann dem zumindest einen beweglichen Kontakt zugewandt sein. Die Kontaktseite eines Kontakts, also insbesondere die Kontaktfläche, kann bevorzugt eine Haupterstreckungsebene aufweisen, entlang derer sich die Kontaktfläche erstreckt. Richtungen parallel zur Kontaktseite und damit zur Haupterstreckungsebene der Kontaktseite können hier und im Folgenden auch als laterale Richtungen bezeichnet werden. Eine Richtung senkrecht zur Kontaktseite und damit zur Haupterstreckungsebene der Kontaktseite kann hier und im Folgenden als vertikale Richtung bezeichnet werden. Die Kontakte können in den lateralen Richtung durch eine oder mehrere Außenflächen umgeben und begrenzt sein.
Beispielsweise kann ein Kontaktbereich eines Kontakts eine flache Auflagefläche der Kontaktfläche sein. Weiterhin kann der Kontaktbereich auch eine spezielle geometrische Ausformung, etwa eine Erhebung oder Vertiefung, und/oder ein anderes Material im Vergleich zu anderen Bereichen des Kontakts aufweisen oder sein.
Gemäß einer weiteren Ausführungsform weist zumindest ein Kontakt der Schaltvorrichtung an der Kontaktseite zumindest einen Rücksprung auf. Das bedeutet, dass die Kontaktfläche nicht bis zu einer den Kontakt in lateraler Richtung begrenzenden Außenfläche reicht, sondern beispielsweise durch eine Stufe oder Anschrägung von der Außenfläche getrennt ist. Der zumindest eine Kontakt mit dem zumindest einen Rücksprung kann bevorzugt ein beweglicher Kontakt sein. Alternativ oder zusätzlich kann auch ein feststehender Kontakt zumindest einen Rücksprung aufweisen. Ein Kontaktbereich einer Kontaktfläche eines Kontakts kann in einer oder mehreren Richtungen unmittelbar jeweils an einen Rücksprung angrenzen.
Beispielsweise kann der Rücksprung somit durch eine Rille oder Anschrägung geformt sein, die entlang einer gedachten Kante, die durch die Kontaktfläche und eine Außenfläche gebildet würde und die aufgrund der Rille oder Anschrägung nicht mehr vorhanden ist, zwischen der Kontaktfläche und der Außenfläche verläuft. Durch den Rücksprung können zwei Außenkanten gebildet werden, von denen eine erste Außenkante an die Kontaktfläche und eine zweite Außenkante an die Außenfläche angrenzt. Die erste und zweite Außenkante können über einen oder mehrere Rücksprungflächen miteinander verbunden sein.
Die Höhe des Rücksprungs, also der Abstand in vertikaler Richtung zwischen der ersten Außenkante und der zweiten Außenkante, wird im Folgenden mit H bezeichnet. Die Breite des Rücksprungs, also der Abstand in lateraler Richtung zwischen der ersten Außenkante und der zweiten Außenkante, wird im Folgenden mit B bezeichnet. Eine Gesamtdicke des Kontakts in vertikaler Richtung wird im Folgenden als D bezeichnet
Der Rücksprung kann beispielsweise einen Falz (engl. „rabbet“), eine Fase (engl. „chamfer“), eine Hohlkehle (engl. „concave fillet“) oder eine Kombination daraus aufweisen oder dadurch gebildet sein. Die Fase kann eine Außenfase (engl. „external chamfer“) oder eine Innenfase (engl. „internal chamfer“) sein.
Beispielsweise kann der Rücksprung durch eine Außenfase gebildet sein, also durch eine Anschrägung im Bereich einer aufgrund der Anschrägung nicht mehr vorhandenen Außenkante zwischen der Kontaktfläche und der Außenfläche. Die erste und zweite Außenkante sind in diesem Fall durch eine ebene, geneigt zur Kontaktfläche und der Außenfläche ausgerichtete Rücksprungfläche miteinander verbunden, die mit der Haupterstreckungsebene der Kontaktseite, also mit der Kontaktfläche, einen Winkel von größer oder gleich 10° und kleiner oder gleich 80° und besonders bevorzugt von 45° einschließen kann. Das Verhältnis B/H ist bevorzugt größer oder gleich 0,2 und kleiner oder gleich 5 und besonders bevorzugt 1. Weiterhin ist das Verhältnis H/D bevorzugt größer als 0 und kleiner oder gleich 0,8 und besonders bevorzugt größer oder gleich 0,1 und kleiner oder gleich 0,5.
Weiterhin kann der Rücksprung durch eine Hohlkehle gebildet sein, also durch eine Rille mit einem runden Querschnitt im Bereich einer aufgrund der Rille nicht mehr vorhandenen Außenkante zwischen der Kontaktfläche und der Außenfläche. Die erste und zweite Außenkante sind in diesem Fall durch eine gebogene Rücksprungfläche, bevorzugt mit einem Querschnitt, der einem Kreisausschnitt entspricht, miteinander verbunden. Die Hohlkehle kann einen Radius R aufweisen, wobei das Verhältnis R/D bevorzugt größer oder gleich 0,05 und kleiner oder gleich 2 ist. Das Verhältnis B/H ist bevorzugt größer oder gleich 0,2 und kleiner oder gleich 10 oder kleiner oder gleich 5 und besonders bevorzugt 1.
Weiterhin ist das Verhältnis H/D bevorzugt größer als 0 und kleiner oder gleich 0,8 und besonders bevorzugt größer oder gleich 0,1 und kleiner oder gleich 0,5.
Weiterhin kann der Rücksprung durch eine Stufe gebildet sein, so dass an die Kontaktfläche eine erste Rücksprungfläche angrenzt, die mit der Kontaktfläche die erste Außenkante mit einem ersten Winkel bildet, während an die Außenfläche eine zweite Rücksprungfläche angrenzt, die mit der Außenfläche eine zweite Außenkante mit einem zweiten Winkel bildet. Die erste und die zweite Rücksprungfläche können einen dritten Winkel einschließen. Der erste, zweite und dritte Winkel können gleich oder verschieden zueinander sein und jeweils größer oder gleich 90° und kleiner 180° und bevorzugt jeweils 90° sein. Besonders bevorzugt kann die erste Rücksprungfläche zumindest teilweise oder vollständig parallel zur Außenfläche sein. Weiterhin kann die zweite Rücksprungfläche zumindest teilweise oder vollständig parallel zur Kontaktfläche sein. Wenn der erste und zweite Winkel jeweils 90° sind, können das Maß H dem Höhenunterschied in vertikaler Richtung zwischen der zweiten Rücksprungfläche und der Kontaktfläche und das Maß B dem Abstand zwischen der Außenfläche und der ersten Seitenfläche entsprechen.
Beispielsweise kann der Rücksprung einen Falz aufweisen oder durch einen Falz gebildet sein. Der Übergang zwischen der ersten und zweiten Rücksprungfläche kann in diesem Fall durch eine Innenkante gebildet sein, wobei der dritte Winkel bevorzugt 90° ist. Der erste und zweite Winkel können in diesem Fall bevorzugt ebenfalls jeweils 90° sein. Das Verhältnis B/H ist bevorzugt größer oder gleich 0,2 und kleiner oder gleich 5 und besonders bevorzugt 1. Weiterhin ist das Verhältnis H/D bevorzugt größer als 0 und kleiner oder gleich 0,8 und besonders bevorzugt größer oder gleich 0,1 und kleiner oder gleich 0,5.
Weiterhin kann der Rücksprung eine Innenfase aufweisen. In diesem Fall kann der Rücksprung durch eine Kombination eines Falzes und einer Fase gebildet sein. Im Vergleich zu einem Falz mit einer Innenkante zwischen der ersten und zweiten Rücksprungfläche wird der Übergang zwischen der ersten und zweiten Rücksprungfläche hierbei nicht durch eine Innenkante sondern durch eine Anschrägung in Form der Innenfase gebildet, so dass eine dritte Rücksprungfläche zwischen der ersten und zweiten Rücksprungfläche ausgebildet ist. Die erste und zweite Rücksprungfläche sind in diesem Fall durch eine ebene, geneigt zur ersten und zweiten Rücksprungfläche ausgerichtete Rücksprungfläche miteinander verbunden, die mit der Haupterstreckungsebene der Kontaktseite, also mit der Kontaktfläche, einen Winkel von größer oder gleich 10° und kleiner oder gleich 80° und besonders bevorzugt von 45° einschließen kann. Das Verhältnis B/H ist bevorzugt größer oder gleich 0,2 und kleiner oder gleich 5 und besonders bevorzugt 1. Weiterhin ist das Verhältnis H/D bevorzugt größer als 0 und kleiner oder gleich 0,8 und besonders bevorzugt größer oder gleich 0,1 und kleiner oder gleich 0,5.
Weiterhin kann der Rücksprung durch eine Kombination eines Falzes und einer Hohlkehle gebildet sein. Mit anderen Worten kann der Übergang von der ersten zur zweiten Rücksprungfläche durch eine gebogene Rücksprungfläche, bevorzugt mit einem Querschnitt, der einem Kreisausschnitt entspricht, gebildet sein. Die Hohlkehle kann einen Radius R aufweisen, wobei das Verhältnis R/D bevorzugt größer oder gleich 0,05 und kleiner oder gleich 2 ist. Das Verhältnis B/H ist bevorzugt größer oder gleich 0,2 und kleiner oder gleich 10 und besonders bevorzugt 1. Weiterhin ist das Verhältnis H/D bevorzugt größer als 0 und kleiner oder gleich 0,8 und besonders bevorzugt größer oder gleich 0,1 und kleiner oder gleich 0,5.
Gemäß einer weiteren Ausführungsform weist zumindest ein Kontakt der Schaltvorrichtung eine Mehrzahl von Rücksprüngen in verschiedenen Bereichen, insbesondere in verschiedenen lateralen Richtungen, an der Kontaktseite auf. Die Rücksprünge können voneinander getrennt sein oder ineinander übergehen. Weiterhin können beispielsweise an unterschiedlichen lateralen Seiten und damit an unterschiedlichen Außenflächen des Kontakts unterschiedliche oder gleiche Rücksprünge vorhanden sein. Somit ist es möglich, dass an verschiedenen Seiten unterschiedliche Ausformungen von Rücksprüngen ausgebildet sind. Weiterhin können auch verschiedene Kontakte verschiedene Rücksprünge aufweisen.
Gemäß einer weiteren Ausführungsform überragt die Kontaktfläche eines feststehenden Kontakts in einer lateralen Richtung die Kontaktfläche des beweglichen Kontakts und/oder ist deckungsgleich mit zumindest einem Teil dieser. Beispielsweise weist die Kontaktfläche eines feststehenden Kontakts eine erste Breite und eine Kontaktfläche des beweglichen Kontakts eine zweite Breite auf, wobei die erste und zweite Breite entlang derselben lateralen Richtung gemessen werden und die erste Breite gleich oder bevorzugt größer als die zweite Breite ist. Weist die Schaltvorrichtung zwei feststehende Kontakte auf, die durch einen beweglichen Kontakt miteinander elektrisch verbunden werden können, steht die laterale Richtung, entlang der die erste und zweite Breite gemessen werden, bevorzugt senkrecht zu einer Verbindungslinie zwischen den Mittelpunkten der Kontaktflächen der zwei feststehenden Kontakte, wobei in diesem Fall die erste Breite jedes der feststehenden Kontakte gleich oder bevorzugt größer als die zweite Breite ist. Besonders bevorzugt überragt die Kontaktfläche jedes der feststehenden Kontakte auch die Kontaktfläche des beweglichen Kontakts in einer lateralen Richtung parallel zu einer Verbindungslinie zwischen den Mittelpunkten der Kontaktflächen der zwei feststehenden Kontakte.
Insbesondere können in einem oder mehreren Bereichen, in dem die Kontaktfläche eines feststehenden Kontakts die Kontaktfläche des beweglichen Kontakts überragt, ein oder mehrere Rücksprünge an der Kontaktseite des beweglichen Kontakts ausgebildet sein.
Bei der hier beschriebenen Schaltvorrichtung können sogenannte Opferbereiche dadurch vorgesehen werden, dass ein feststehender Kontakt einen beweglichen Kontakt in lateraler Richtung überragt und/oder dass ein oder mehrere Rücksprünge an der Kontaktseite eines oder mehrerer Kontakte vorhanden sind. Ein an einer Kontaktfläche auftretender Lichtbogen kann leicht auf einen Opferbereich überspringen, wobei eine Beschädigung durch Lichtbögen in den Opferbereichen mit Vorteil nicht zu einer Verschlechterung des Übergangswiderstands zwischen den Kontaktbereichen führt. Dies kann dadurch erreicht werden, dass Lichtbögen an den beschriebenen Ausformungen in den Kanten der Kontakte entlang und herunterwandern und so nicht lange auf den Kontaktflächen brennen können.
Weitere Vorteile, vorteilhafte Ausführungsformen und Weiterbildungen ergeben sich aus den im Folgenden in Verbindung mit den Figuren beschriebenen Ausführungsbeispielen.

1 zeigt eine schematische Darstellung eines Beispiels für eine Schaltvorrichtung gemäß einem Ausführungsbeispiel,
2 zeigt eine schematische Darstellung eines Teils einer Schaltvorrichtung gemäß einem weiteren Ausführungsbeispiel,
3A und 3B zeigen schematische Darstellungen von Teilen einer Schaltvorrichtung gemäß weiteren Ausführungsbeispielen,
4A und 4B zeigen schematische Darstellungen von Teilen einer Schaltvorrichtung gemäß weiteren Ausführungsbeispielen und
5A bis 6G zeigen schematische Darstellungen von Teilen einer Schaltvorrichtung 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 1 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 1 ist eine dreidimensionale Schnittdarstellung mit einer vertikalen Schnittebene gezeigt. Die gezeigten Geometrien sind nur exemplarisch und nicht beschränkend zu verstehen und können auch alternativ ausgebildet sein.
Die Schaltvorrichtung 100 weist in einem Gehäuse (nicht gezeigt) Kontakte 1 auf, die im Folgenden auch als Schaltkontakte bezeichnet werden. Das Gehäuse dient vornehmlich als Berührschutz für die im Inneren angeordneten Komponenten und weist einen Kunststoff auf oder ist daraus, beispielsweise PBT oder Glasfaser-gefülltes PBT. Im gezeigten Ausführungsbeispiel weist die Schaltvorrichtung 100 als Kontakte 1 zwei feststehende Kontakte 2 und einen auf einem Isolator 3 gelagerten beweglichen Kontakt 4 auf. Der bewegliche Kontakt 4 ist als Kontaktplatte ausgebildet. Die feststehenden Kontakte 2 bilden zusammen mit dem beweglichen Kontakt 4 die Schaltkontakte. Alternativ zur gezeigten Kontaktanzahl können auch andere Anzahlen von Kontakten 1, also andere Anzahlen von feststehenden und/oder beweglichen Kontakten möglich sein. Die feststehenden Kontakte 2 und/oder der bewegliche Kontakt 4 können beispielsweise mit oder aus Cu, einer Cu-Legierung, einem oder mehreren hochschmelzenden Metallen wie beispielsweise Wo, Ni und/oder Cr, oder einer Mischung von genannten Materialien, beispielsweise von Kupfer mit zumindest einem weiteren Metall, beispielsweise Wo, Ni und/oder Cr, sein.
In 1 ist die Schaltvorrichtung 100 in einem ausgeschalteten Zustand gezeigt, in dem der bewegliche Kontakt 4 von den feststehenden Kontakten 2 beabstandet ist, so dass die Kontakte 2, 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.
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 gegenüber liegenden Achsenende weist der Magnetanker 5 den beweglichen Kontakt 4 auf, der ebenfalls mit der Achse 7 verbunden ist. Die Achse 7 kann bevorzugt mit oder aus Edelstahl gefertigt sein.
Zur elektrischen Isolierung des beweglichen Kontakts 4 von der Achse 7 ist der Isolator 3, der auch als Brückenisolator bezeichnet werden kann, zwischen diesen angeordnet. Zur Montage des beweglichen Kontakts 4 auf dem Isolator 3 kann dieser in einer um die Achse 7 verdrehten Position in eine Öffnung im beweglichen Kontakt 4 eingeschoben werden. Die Öffnung im beweglichen Kontakt 4 und die Form des Isolators 3 sind derart gewählt, dass bei einer Drehung des beweglichen Kontakts 4 relativ zum Isolator 3 in die korrekte Einbauposition eine Verriegelung des beweglichen Kontakts 4 am Isolator 3 nach oben hin erreicht werden kann, so dass der bewegliche Kontakt 4 nicht mehr vom Isolator 3 abrutschen kann. Beispielsweise können hierzu Rastnasen am Isolator 3 und, als Gegenstücke, Nute in der Öffnung des beweglichen Kontakts 4 vorhanden sein. Gleichzeitig kann die Öffnung im beweglichen Kontakt 4 so groß sein, dass der bewegliche Kontakt 4 im eingebauten Zustand noch leicht zur Achse 7 verkippt und entlang der Achse 7 verschoben werden kann, so dass eventuell vorhandene Höhenunterschiede ausgeglichen werden können. Zur Unterstützung des Ausgleichs möglicher Höhenunterschiede und zur Gewährleistung eines ausreichenden mechanischen Kontakts zwischen den feststehenden Kontakten 2 und der Kontaktbrücke 4 ist eine Kontaktfeder 34 unterhalb des beweglichen Kontakts 4 angeordnet, die sich am Isolator 3 abstützt und die eine Kraft in Richtung der feststehenden Kontakte 2 auf den beweglichen Kontakt 4 ausübt.
Der magnetische Kern 6 ist von einer Spule 8 umgeben. Ein von außen durch einen Steuerstromkreis 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 kontaktiert. In der gezeigten Darstellung bewegt sich der Magnetanker nach oben. Der Magnetanker 5 bewegt sich somit von einer ersten Position, einer Ruheposition, die dem trennenden, also nicht-durchschaltendem und somit ausgeschaltetem Zustand entspricht, in eine zweite Position, die dem aktiven, also durchschaltenden und somit eingeschalteten Zustand entspricht. Im aktiven Zustand sind die Kontakte 1 galvanisch miteinander verbunden.
Zur Führung der Achse 7 und damit des Magnetankers 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. In der gezeigten Darstellung bewegt sich der Magnetanker 5 somit wieder nach unten. Die Schaltvorrichtung 100 befindet sich dann wieder im Ruhezustand, in dem die Kontakte 1 geöffnet sind.
Die Bewegungsrichtung des Magnetankers 5 und damit des beweglichen Kontakts 4 wird im Folgenden auch als vertikale Richtung 91 bezeichnet. Die Anordnungsrichtung der feststehenden Kontakte 2, die senkrecht auf der vertikalen Richtung 91 steht, wird im Folgenden als longitudinale Richtung 92 bezeichnet. Die senkrecht zur vertikalen Richtung 91 und senkrecht zur longitudinalen Richtung 92 stehende Richtung wird im Folgenden als transversale Richtung 93 bezeichnet. Die Richtungen 91, 92 und 93, die auch unabhängig von der beschriebenen Schaltbewegung gelten, sind in einigen Figuren zur Erleichterung der Orientierung angedeutet. Richtungen, die parallel zu einer durch die longitudinale Richtung 92 und die transversale Richtung 93 aufgespannten Ebene liegen und damit senkrecht zur vertikalen Richtung 91 sind, werden auch als laterale Richtungen 90 bezeichnet.
Beispielsweise beim Öffnen der Kontakte 1 kann zumindest ein Lichtbogen entstehen, der die Kontaktflächen der Kontakte 1 beschädigen kann. Dadurch kann die Gefahr bestehen, dass die Kontakte 1 durch eine durch den Lichtbogen hervorgerufene Verschweißung aneinander „kleben“ bleiben und nicht mehr voneinander getrennt werden. Die Schaltvorrichtung 100 befindet sich dann somit weiter im eingeschalteten Zustand, obwohl der Strom in der Spule 8 abgeschaltet ist und somit der Laststromkreis getrennt sein müsste. Um die Entstehung derartiger Lichtbögen zu verhindern oder um wenigstens die Löschung von auftretenden Lichtbögen zu unterstützen, können die Kontakte 1 in einer Gasatmosphäre angeordnet sein, so dass die Schaltvorrichtung 100 als gasgefülltes Relais oder gasgefüllter Schütz ausgebildet sein kann. Hierzu sind die Kontakte 1 innerhalb einer Schaltkammer 11, gebildet durch eine Schaltkammerwand 12 und einen Schaltkammerboden 13, in einem durch einen hermetisch abgeschlossenen Teil gebildeten gasdichten Bereich 14 angeordnet, wobei die Schaltkammer 11 Teil des gasdichten Bereichs 14 sein kann. Der gasdichte Bereich 14 umgibt den Magnetanker 5 und die Kontakte 1, bis auf zum externen Anschluss vorgesehene Teile der feststehenden Kontakte 2, vollständig. Der gasdichte Bereich 14 und damit auch der Innenraum 15 der Schaltkammer 11 sind mit einem Gas gefüllt. Das gasdichte Bereich 14 wird im Wesentlichen durch Teile der Schaltkammer 11, des Jochs 9 und zusätzliche Wandungen gebildet. Das Gas, das durch einen Gasfüllstutzen im Rahmen der Herstellung der Schaltvorrichtung 100 in den gasdichten Bereich 14 eingefüllt werden kann, kann besonders bevorzugt Wasserstoff-haltig sein, beispielsweise mit 20% oder mehr H₂ in einem inerten Gas oder sogar mit 100% H₂, da Wasserstoff-haltiges Gas die Löschung von Lichtbögen fördern kann.
Die Schaltkammerwand 12 und der Schaltkammerboden 13 können beispielsweise mit oder aus einem Metalloxid wie etwa Al₂O₃ gefertigt sein. Weiterhin eignen sich auch Kunststoffe mit einer ausreichend hohen Temperaturfestigkeit, beispielsweise ein PEEK, ein PE und/oder ein Glasfaser-gefülltes PBT. Alternativ oder zusätzlich kann die Schaltkammer 11 zumindest teilweise auch ein POM, insbesondere mit der Struktur (CH₂O)_n, aufweisen. Ein solcher Kunststoff kann sich durch einen vergleichsweise geringen Kohlenstoffanteil und eine sehr geringe Neigung zur Graphitbildung auszeichnen. Durch die gleichen Anteile von Kohlenstoff und Sauerstoff insbesondere bei (CH₂O)_n können bei einer Wärme- und insbesondere einer Lichtbogen-induzierten Zersetzung überwiegend gasförmiges CO und H₂ entstehen. Der zusätzliche Wasserstoff kann die Bogenlöschung verstärken.
Die vorab beschriebenen Merkmale der Schaltvorrichtung 100 sind rein beispielhaft und nicht beschränkend zu verstehen. Beispielsweise kann die Schaltvorrichtung 100 alternativ zur beschriebenen Ausführung als gasgefülltes Schütz kann auch ohne Gasfüllung ausgeführt sein. Beispielsweise aufgrund der im Folgenden beschriebenen Ausgestaltung der Kontakte 1 kann es, wie auch im allgemeinen Teil beschrieben, möglich sein, dass an einem oder mehreren Kontakten 1 sogenannte Opferbereiche gebildet werden, an denen Lichtbögen von den Kontaktflächen weg wandern können, so dass unter anderem eine Neigung zu einer durch Lichtbögen verursachten Verschweißung von Kontakten reduziert werden kann. Daher kann es auch möglich sein, dass die Schaltvorrichtung 100 ohne einen gasdichten Bereich ausgeführt ist.
Wie in 1 zu erkennen ist, weist jeder der Kontakte 1 jeweils eine Kontaktseite 20, 40 auf, wobei die Kontaktseite 20 jedes der feststehenden Kontakte 2 dem beweglichen Kontakt 4 zugewandt ist und die Kontaktseite 40 des beweglichen Kontakts 4 jedem der feststehenden Kontakte 2 zugewandt ist. In 2 sind in einem Ausschnitt ein feststehender Kontakt 2 und der bewegliche Kontakt 4 angedeutet. Die jeweilige Oberfläche an der Kontaktseite 20, 40 bildet die Kontaktfläche 21, 41 der feststehenden und beweglichen Kontakte 2, 4. Die Kontaktflächen 21, 41 weisen jeweils Kontaktbereiche 22, 42 auf. Der Kontaktbereich 22, 42 eines jeden der Kontakte 1 kann insbesondere derjenige Teil der jeweiligen Kontaktfläche 21, 41 sein, der bei einer normalen Funktionsweise der Schaltvorrichtung 100 dazu vorgesehen und eingerichtet ist, im eingeschalteten Zustand der Schaltvorrichtung 100 einen mechanischen Kontakt mit einem weiteren Kontakt einzugehen. Hierbei muss nicht jeder Bereich einer Kontaktfläche als Kontaktbereich ausgebildet sein. Weiterhin kann die Kontaktfläche eines Kontakts auch mehr als einen Kontaktbereich aufweisen, wie das beim beweglichen Kontakt 4 in der gezeigten Schaltvorrichtung 100 der Fall ist, der für jeden der feststehenden Kontakte 2 einen jeweils zugeordneten Kontaktbereich 42 an der Kontaktfläche 41 aufweist, die durch einen Bereich der Kontaktfläche 41 voneinander getrennt sind, der nicht als Kontaktbereich vorgesehen ist. Wie auch in 1 erkennbar ist, kann der bewegliche Kontakt 4 beispielsweise eine Kontaktfläche 41 aufweisen, die eine längliche Ausbildung mit einer Haupterstreckungsrichtung in longitudinaler Richtung 92 aufweist, insbesondere in Form eines Rechtecks oder angenähert an die Form eines Rechtecks, etwa eines Rechtecks mit abgeschrägten oder abgerundeten Ecken.
Die Kontaktfläche 21 jedes der feststehenden Kontakte 2 bildet im gezeigten Ausführungsbeispiel vollständig oder zumindest im Wesentlichen vollständig den jeweiligen Kontaktbereich 22. Beispielsweise kann der Kontaktbereich 22 eines feststehenden Kontakts mindestens 70% oder mindestens 80% oder mindestens 90% der Kontaktfläche 21 ausmachen. Die Kontaktfläche 21 und damit der Kontaktbereich 22 der feststehenden Kontakte 2 können bevorzugt eine runde, etwa eine kreisrunde, Form aufweisen oder daran angenähert sein. Entsprechend können die Kontaktbereiche 42 des beweglichen Kontakts 4 eine runde Form aufweisen oder daran angenähert sein.
Beispielsweise kann ein Kontaktbereich 22, 42 eines Kontakts 1 eine flache Auflagefläche der Kontaktfläche 21, 41 sein. Alternativ hierzu kann der Kontaktbereich 22, 42 auch eine spezielle geometrische Ausformung, etwa eine Erhebung oder Vertiefung, und/oder ein anderes Material im Vergleich zu anderen Bereichen des Kontakts aufweisen oder sein.
In den lateralen Richtungen 90, also beispielsweise in der in 2 erkennbaren longitudinalen Richtung 92, sind die Kontakte 1 durch Außenflächen 23, 43 begrenzt. Die Abstände von einander in einer lateralen Richtung 90 gegenüberliegenden Außenflächen 23, 43 können besonders bevorzugt die maximale Ausdehnung eines Kontakts entlang dieser lateralen Richtung 90 definieren.
Bevorzugt sind die gesamten Kontaktflächen 21 der feststehenden Kontakte 2 deckungsgleich mit einem Teil der Kontaktfläche 41 des beweglichen Kontakts 4 oder überragen die Kontaktfläche 41 und damit die Kontaktbereiche 42 des beweglichen Kontakts 4 in mehreren lateralen Richtungen 90, wie in den 3A und 3B in Ausschnitten der Schaltvorrichtung angedeutet ist. Beispielsweise weist die Kontaktfläche 21 jedes der feststehenden Kontakte 2 eine erste Breite T2 und die Kontaktfläche 41 des beweglichen Kontakts 4 eine zweite Breite T4 auf, wobei die erste und zweite Breite T2, T4 entlang derselben lateralen Richtung 90 gemessen werden. Im gezeigten Ausführungsbeispiel der 3A handelt es sich bei den Breiten T2 und T4 um die Breiten der Kontaktflächen 21, 41 in transversaler Richtung 93. Die erste Breite T2 der Kontaktfläche 21 jedes der feststehenden Kontakt 2 ist gleich oder bevorzugt, wie in 3A gezeigt ist, größer als die zweite Breite T4 der Kontaktfläche 41 des beweglichen Kontakts 4.
Weiterhin überragt die jeweilige Kontaktfläche 21 der feststehenden Kontakte 2 bevorzugt auch in longitudinaler Richtung 92 die Kontaktfläche 41 des beweglichen Kontakts 4, wie im Ausführungsbeispiel der 3B zuerkennen ist. Hierbei können, wie ebenfalls in 3B zu erkennen ist, die Außenflächen 23, 43 der Kontakte 1 in zumindest einer lateralen Richtung 90 deckungsgleich sein. Dies kann auch in transversaler Richtung 93 der Fall sein. Weiterhin können beispielsweise, wie in 3A in transversaler Richtung 93 zu erkennen ist, die Außenflächen 43 des beweglichen Kontakts 4 die Außenflächen 23 der feststehenden Kontakte 2 in lateraler Richtung 90 überragen. Alternativ kann auch eine umgekehrte Ausführung möglich sein.
Im Hinblick auf die vorab beschriebenen Ausgestaltungen der Kontakte 1 zueinander kann es besonders vorteilhaft sein, wenn zumindest ein Kontakt 1 der Schaltvorrichtung an der Kontaktseite 20, 40 zumindest einen Rücksprung 50 aufweist. Das bedeutet, dass die Kontaktfläche 21, 41 nicht bis zu einer den Kontakt 1 in lateraler Richtung begrenzenden Außenfläche 23, 43 reicht, sondern beispielsweise durch eine Stufe oder Anschrägung von der Außenfläche 23, 43 getrennt ist. Der zumindest eine Kontakt 1 mit dem zumindest einen Rücksprung 50 kann bevorzugt ein beweglicher Kontakt 4 sein, wie im Ausführungsbeispiel der 4A gezeigt ist. Ein Rücksprung 50 kann hierbei an einer Außenfläche 43, an zwei sich in einer lateralen Richtung 90 gegenüberliegenden Außenflächen 43 oder auch, zumindest im Bereich der Kontaktbereiche, an allen Außenflächen 43 ausgebildet sein, wie in 4A erkennbar ist. Der in 4A gezeigte bewegliche Kontakt 4 weist somit für jeden der mittels der gestrichelten Linien angedeuteten Kontaktbereich 42 eine an allen drei möglichen Ablenkungsseiten für Lichtbögen vorhandene spezielle Kantenform gebildet durch den Rücksprung.
Alternativ oder zusätzlich können auch die feststehenden Kontakte 2 zumindest einen Rücksprung 50 aufweisen, wie im Ausführungsbeispiel der 4B gezeigt ist. Bei den feststehenden Kontakten 2 kann der Rücksprung 50 bevorzugt in allen lateralen Richtungen 90 an den Außenflächen 23 ausgebildet sein.
Wie in den 4A und 4B erkennbar ist, kann ein Rücksprung 50 durch eine Rille oder Anschrägung geformt sein, die entlang einer gedachten Kante, die zwischen der Kontaktfläche und einer Außenfläche ohne die Rille oder Anschrägung vorhanden wäre und die aufgrund der Rille oder Anschrägung nicht mehr vorhanden ist, zwischen der Kontaktfläche 21, 41 und der Außenfläche 23, 43 verläuft.
In den 5A bis 5C sowie auch in 6A bis 6G sind rein beispielhaft anhand des beweglichen Kontakts 4 Ausschnitte eines Kontakts 1 mit einem Rücksprung 50 an der in longitudinaler Richtung 92 begrenzenden Außenfläche 43 gezeigt. In den 6A bis 6G sind verschiedene Ausgestaltungen für den Rücksprung gezeigt. Die nachfolgende Beschreibung für verschiedene Ausgestaltungen des Rücksprungs gilt ausdrücklich gleichermaßen auch für feststehende Kontakte. Weiterhin sind an verschiedenen Seiten, also in verschiedenen lateralen Richtungen, gleiche oder verschiedene Rücksprungausgestaltungen möglich. So können beispielsweise im Falle des beweglichen Kontakts 4 an den Außenflächen in transversaler Richtung eine erste Ausgestaltung des Rücksprungs vorgesehen sein, während an den Außenflächen in longitudinaler Richtung eine zweite Ausgestaltung des Rücksprungs vorgesehen sein kann, die verschieden zur ersten Ausgestaltung ist.
Wie in den 5A bis 5C gezeigt ist, werden durch den Rücksprung 50 zwei Außenkanten 51, 52 gebildet, von denen eine erste Außenkante 51 an die Kontaktfläche 41 und eine zweite Außenkante 52 an die Außenfläche 43 angrenzt. Die erste und zweite Außenkante 51, 52 können über eine oder mehrere Rücksprungflächen 53, 54 miteinander verbunden sein. In 5B sind Maße H, B für den Rücksprung 50 und die Dicke D des Kontakts 1 angedeutet. Die in 5B angedeuteten Maße H, B gelten für alle im Folgenden gezeigten Ausgestaltungen des Rücksprungs 50, da sie sich jeweils auf die stets vorhandenen Außenkanten 51, 52 ungeachtet der Form des Rücksprungs 50 beziehen. Auch wenn die Außenkanten 51, 52 als spitze Kanten angedeutet sind, können diese auch abgerundet oder angeschrägt sein, wobei dann die im Folgenden angegebenen Bemaßungen sinngemäß gelten.
Die Höhe des Rücksprungs 50, also der Abstand in vertikaler Richtung 91 zwischen der ersten Außenkante 51 und der zweiten Außenkante 52, wird im Folgenden mit H bezeichnet. Die Breite des Rücksprungs 50, also der Abstand in lateraler Richtung 90 zwischen der ersten Außenkante 51 und der zweiten Außenkante 52, wird im Folgenden mit B bezeichnet. Eine Gesamtdicke des Kontakts in vertikaler Richtung 91 wird im Folgenden mit D bezeichnet.
Wie in 5C angedeutet ist, schließt die Kontaktfläche 41 mit der angrenzenden ersten Rücksprungfläche 53 an der ersten Außenkante 51 einen ersten Winkel α1 ein, während die Außenfläche 43 mit der angrenzenden zweiten Rücksprungfläche 54 an der zweiten Außenkante 52 einen zweiten Winkel α2 einschließt. Die erste Rücksprungfläche 53 und die zweite Rücksprungfläche 54 können einen dritten Winkel α3 einschließen.
Der Rücksprung kann beispielsweise eine Stufe, insbesondere, wie in den 5A und 5B angedeutet, einen Falz, oder auch eine Fase, eine Hohlkehle oder eine Kombination daraus aufweisen oder dadurch gebildet sein. Die Fase kann eine Außenfase oder eine Innenfase sein.
Die im Folgenden beschriebenen Maße und Winkel beziehen sich, sofern nicht in den nachfolgend beschriebenen 6A bis 6G gezeigt, auf die in Verbindung mit den 5A bis 5C beschriebenen Maße und Winkel.
In Verbindung mit den 6A bis 6C sind in Ausschnitten Ausführungsbeispiele für einen Kontakt 1 mit Rücksprung 50 gezeigt, wobei der Rücksprung 50 durch eine Stufe in Form eines Falzes gebildet ist. Der erste, zweite und dritte Winkel α1, α2, α3 können gleich oder verschieden zueinander sein und jeweils größer oder gleich 90° und kleiner 180° und bevorzugt jeweils 90° sein. Besonders bevorzugt kann die erste Rücksprungfläche 53 zumindest teilweise oder komplett parallel zur Außenfläche 43 sein. Weiterhin kann die zweite Rücksprungfläche 54 zumindest teilweise oder komplett parallel zur Kontaktfläche 41 sein. Wenn der erste und zweite Winkel α1, α2 jeweils 90° sind, kann der Abstand H dem Höhenunterschied in vertikaler Richtung zwischen der zweiten Rücksprungfläche 54 und der Kontaktfläche 41 entsprechen, während der Abstand B dem Abstand in lateraler Richtung 90 zwischen der Außenfläche 43 und der ersten Rücksprungseitenfläche 53 entspricht.
Bei dem in den 6A bis 6C gezeigten Falz wird der Übergang zwischen der ersten und zweiten Rücksprungfläche 53, 54 durch eine Innenkante 55 gebildet, wobei der dritte Winkel α3 an der Innenkante 55 bevorzugt 90° ist. Der erste und zweite Winkel α1, α2 können in diesem Fall bevorzugt ebenfalls jeweils 90° sein. Das Verhältnis B/H ist bevorzugt größer oder gleich 0,2 und kleiner oder gleich 5 und besonders bevorzugt 1. Weiterhin ist das Verhältnis H/D bevorzugt größer als 0 und kleiner oder gleich 0,8 und besonders bevorzugt größer oder gleich 0,1 und kleiner oder gleich 0,5. 6A zeigt exemplarisch einen Falz mit B/H = 0,5. Hierbei können beispielsweise B = 0,5 mm und H = 1 mm sein. 6B zeigt exemplarisch einen Falz mit einem Verhältnis B/H = 2. Hierbei können beispielsweise B = 1 mm und H = 0,5 mm sein. 6C zeigt exemplarisch einen Falz mit B/H = 1. Hierbei können beispielsweise B = 1 mm und H = 1 mm sein.
Wie in 6D gezeigt ist, kann der Rücksprung 50 eine Innenfase aufweisen. In diesem Fall kann der Rücksprung 50 durch eine Kombination eines Falzes und einer Fase gebildet sein. Im Vergleich zu einem Falz mit einer Innenkante 55 zwischen der ersten und zweiten Rücksprungfläche 53, 54, wie in den 6A bis 6C gezeigt ist, wird der Übergang zwischen der ersten und zweiten Rücksprungfläche 53, 54 nicht durch eine Innenkante sondern durch eine Anschrägung in Form der Innenfase gebildet, so dass eine dritte Rücksprungfläche 56 zwischen der ersten und zweiten Rücksprungfläche 53, 54 ausgebildet ist. Die erste und zweite Rücksprungfläche 53, 54 sind in diesem Fall durch die ebene, geneigt zur ersten und zweiten Rücksprungfläche 53, 54 ausgerichtete dritte Rücksprungfläche 56 unter Bildung von zwei Innenkanten 55 miteinander verbunden. Die dritte Rücksprungfläche 56 schließt mit der Haupterstreckungsebene der Kontaktfläche 41 bevorzugt einen Winkel α4 ein, der somit der Winkel der Innenfase ist und der größer oder gleich 10° und kleiner oder gleich 80° und besonders bevorzugt von 45° ist. Das Verhältnis B/H ist bevorzugt größer oder gleich 0,2 und kleiner oder gleich 5 und besonders bevorzugt 1. Weiterhin ist das Verhältnis H/D bevorzugt größer als 0 und kleiner oder gleich 0,8 und besonders bevorzugt größer oder gleich 0,1 und kleiner oder gleich 0,5.
Weiterhin kann, wie in 6E gezeigt ist, der Rücksprung 50 durch eine Außenfase gebildet sein, also durch eine Anschrägung im Bereich einer aufgrund der Anschrägung nicht mehr vorhandenen Außenkante zwischen der Kontaktfläche 41 und der Außenfläche 43. Die erste und zweite Außenkante 51, 52 sind in diesem Fall durch eine ebene, geneigt zur Kontaktfläche 41 und zur Außenfläche 43 ausgerichtete Rücksprungfläche 53 miteinander verbunden, die mit der Haupterstreckungsebene der Kontaktfläche 41 bevorzugt einen Winkel α4, also einen Fasenwinkel, von größer oder gleich 10° und kleiner oder gleich 80° und besonders bevorzugt von 45° einschließen kann. Das Verhältnis B/H ist bevorzugt größer oder gleich 0,2 und kleiner oder gleich 5 und besonders bevorzugt 1. Weiterhin ist das Verhältnis H/D bevorzugt größer als 0 und kleiner oder gleich 0,8 und besonders bevorzugt größer oder gleich 0,1 und kleiner oder gleich 0,5.
Wie in 6F gezeigt ist, kann der Rücksprung 50 auch durch eine Kombination eines Falzes und einer Hohlkehle gebildet sein. Mit anderen Worten kann der Übergang von der ersten zur zweiten Rücksprungfläche 53, 54 durch eine gebogene Rücksprungfläche 56, bevorzugt mit einem Querschnitt, der einem Kreisausschnitt entspricht, gebildet sein. Die Hohlkehle kann einen Radius R aufweisen, wobei das Verhältnis R/D bevorzugt größer oder gleich 0,05 und kleiner oder gleich 2 ist. Das Verhältnis B/H ist bevorzugt größer oder gleich 0,2 und kleiner oder gleich 10 und besonders bevorzugt 1. Weiterhin ist das Verhältnis H/D bevorzugt größer als 0 und kleiner oder gleich 0,8 und besonders bevorzugt größer oder gleich 0,1 und kleiner oder gleich 0,5.
Weiterhin kann, wie in 6G gezeigt ist, der Rücksprung 50 durch eine Hohlkehle gebildet sein, also durch eine Rille mit einem runden Querschnitt im Bereich einer aufgrund der Rille nicht mehr vorhandenen Außenkante zwischen der Kontaktfläche 41 und der Außenfläche 43. Die erste und zweite Außenkante 51, 52 sind in diesem Fall durch eine gebogene Rücksprungfläche 53, bevorzugt mit einem Querschnitt, der einem Kreisausschnitt entspricht, miteinander verbunden. Die Hohlkehle kann einen Radius R aufweisen, wobei das Verhältnis R/D bevorzugt größer oder gleich 0,05 und kleiner oder gleich 2 ist. Das Verhältnis B/H ist bevorzugt größer oder gleich 0,2 und kleiner oder gleich 10 und besonders bevorzugt 1. Weiterhin ist das Verhältnis H/D bevorzugt größer als 0 und kleiner oder gleich 0,8 und besonders bevorzugt größer oder gleich 0,1 und kleiner oder gleich 0,5.
Die Rücksprungseitenflächen können sogenannte Opferbereiche bilden, auf die ein Lichtbogen „aufspringen“ kann, der zwischen den Kontaktflächen eines feststehenden Kontakts und des beweglichen Kontakts entsteht. Dies kann insbesondere dadurch erleichtert werden, dass zumindest eine Kontaktfläche eine gegenüberliegende Kontaktfläche mit einem Rücksprung in lateraler Richtung überragt oder zumindest deckungsgleich mit dieser ist. Somit können Lichtbögen von den Kontaktflächen weggehalten werden, so dass die Gefahr einer durch Lichtbögen hervorgerufenen Schädigung der Kontaktflächen und insbesondere der Kontaktbereiche und einer damit verbundenen Verschlechterung des Übergangswiderstands reduziert werden kann.
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: Kontakte
2: feststehender Kontakt
3: Isolator
4: beweglicher Kontakt
5: Magnetanker
6: magnetischer Kern
7: Achse
8: Spule
9: Joch
10: Feder
11: Schaltkammer
12: Schaltkammerwand
13: Schaltkammerboden
14: gasdichter Bereich
15: Innenraum
16: Permanentmagnet
20, 40: Kontaktseite
21, 41: Kontaktfläche
22, 42: Kontaktbereich
23, 43: Außenfläche
34: Kontaktfeder
50: Rücksprung
51, 52: Außenkante
53, 54: Rücksprungfläche
55: Innenkante
56: Rücksprungfläche
90: laterale Richtung
91: vertikale Richtung
92: longitudinale Richtung
93: transversale Richtung
100: Schaltvorrichtung
B: Abstand
D: Dicke
H: Abstand
T2, T4: Breite
α1, α2, α3, α4: Winkel

Claims

Schaltvorrichtung (100), aufweisend zumindest zwei Kontakte (1) in einer Schaltkammer (11), wobei die zumindest zwei Kontakte einen feststehenden Kontakt (2) und einen beweglichen Kontakt (4) umfassen, wobei jeder der Kontakte an einer Kontaktseite (20, 40) eine Kontaktfläche (21, 41) mit zumindest einem Kontaktbereich (22, 42) aufweist und wobei zumindest einer der Kontakte zumindest einen Rücksprung (50) aufweist.
Schaltvorrichtung (100) nach Anspruch 1, wobei der feststehende Kontakt eine Kontaktfläche aufweist, die in zumindest einer lateralen Richtung die Kontaktfläche des beweglichen Kontakts überragt.
Schaltvorrichtung (100) nach einem der vorherigen Ansprüche, wobei der zumindest eine bewegliche Kontakt (4) zumindest einen Rücksprung (50) an der Kontaktseite (40) aufweist.
Schaltvorrichtung (100), nach einem der vorherigen Ansprüche, wobei der zumindest eine feststehende Kontakt (2) zumindest einen Rücksprung (50) an der Kontaktseite (20) aufweist.
Schaltvorrichtung (100) nach einem der vorherigen Ansprüche, wobei jeder der Kontakte (1) zumindest einen Rücksprung (50) aufweist.
Schaltvorrichtung (100) nach einem der vorherigen Ansprüche, wobei der zumindest eine Rücksprung (50) durch eine Rille oder Anschrägung geformt ist, die entlang einer gedachten Kante, die durch die Kontaktfläche und eine Außenfläche (23, 43) gebildet würde und die aufgrund der Rille oder Anschrägung nicht mehr vorhanden ist, zwischen der Kontaktfläche und der Außenfläche verläuft.
Schaltvorrichtung (100) nach einem der vorherigen Ansprüche, wobei durch den Rücksprung eine an die Kontaktfläche angrenzende erste Außenkante (51) und eine an eine Außenfläche angrenzende zweite Außenkante (52) gebildet werden.
Schaltvorrichtung (100) nach dem vorherigen Anspruch, wobei die erste und zweite Außenkante durch eine oder mehrere Rücksprungflächen (53, 54, 56) miteinander verbunden sind.
Schaltvorrichtung (100) nach Anspruch 7 oder 8, wobei die Kontaktfläche eine Haupterstreckungsebene aufweist, Richtungen parallel zur Haupterstreckungsebene laterale Richtungen (90) sind und Richtungen senkrecht zur Haupterstreckungsebene vertikale Richtungen (91) sind, wobei ein Abstand der ersten Außenkante und der zweiten Außenkante in einer vertikalen Richtung mit H und in einer lateralen Richtung mit B bezeichnet werden, wobei gilt: B/H ist größer oder gleich 0,2 und kleiner oder gleich 5.
Schaltvorrichtung (100) nach dem vorherigen Anspruch, wobei eine Gesamtdicke des Kontakts in einer vertikalen Richtung mit D bezeichnet wird und wobei gilt: H/D ist größer als 0 und kleiner oder gleich 0,8.
Schaltvorrichtung (100) nach Anspruch 9 oder 10, wobei der Rücksprung zumindest eine gebogene Rücksprungfläche mit einem Querschnitt aufweist, der einem Kreisausschnitt mit einem Radius R entspricht, wobei gilt: R/D ist größer oder gleich 0,05 und kleiner oder gleich 2.
Schaltvorrichtung (100) nach einem der vorherigen Ansprüche, wobei der Rücksprung zumindest eine Rücksprungfläche aufweist, die mit der Kontaktfläche einen Winkel von größer oder gleich 10° und kleiner oder gleich 80° einschließt.
Schaltvorrichtung (100) nach einem der vorherigen Ansprüche, wobei der Rücksprung einen Falz, eine Fase, eine Hohlkehle oder eine Kombination daraus aufweist.
Schaltvorrichtung (100) nach einem der vorherigen Ansprüche, wobei in verschiedenen lateralen Richtungen Rücksprünge an der Kontaktseite ausgebildet sind.