DE1615877B1

DE1615877B1 - Contact arrangement for electrical switchgear

Info

Publication number: DE1615877B1
Application number: DE19671615877D
Authority: DE
Inventors: Dietmar Dipl-Ing Plathner
Original assignee: Calor Emag AG
Current assignee: Calor Emag AG
Priority date: 1967-03-25
Filing date: 1967-03-25
Publication date: 1971-10-28

Description

Die Erfindung betrifft eine Kontaktanordnung mit Kontakten aus einer bleihaltigen Kupfer-Zink-Legierung für elektrische Schaltgeräte mit hohem Nenn-Einschaltvermögen.The invention relates to a contact arrangement with contacts from a lead-containing copper-zinc alloy for electrical switching devices with high rated making capacities.

Es ist bekannt (Werkstoffe für elektrische Kontakte von A. Keil Seite 136 und 139), Messing als Werkstoff für Federungselemente und Kontaktträger zu benutzen. Ausdrücklich erwähnt ist, däß Messing selbst kein Kontaktwerkstoff ist. So ist im DIN-Blatt (DIN 1709; vom Dezember 1953) für übliche Kupfer-Gußlegierungen bei einigen Gußmessingsorten auf die Verwendung für Teile der Elektroindustrie hingewiesen. Ebenso ist angegeben, däß einige Gußmessinge bis zu 3 % Blei enthalten können. Dieser Bleigehalt soll vor allem die Spanbarkeit und das Gleitverhalten des Messings verbessern. In der Broschüre »Messing« des Deutschen Kupfer-Institutes e. V:, Berlin, 1961, Seite 212, ist schließlich noch erwähnt; daß die Schweißbarkeit-von Sondermessingen durch Bleizusätze verschlechtert würde.It is known (materials for electrical contacts from A. Keil page 136 and 139), brass to be used as a material for suspension elements and contact carriers. It is expressly mentioned that brass itself is not a contact material. So is in DIN sheet (DIN 1709; from December 1953) for common copper cast alloys for some Cast brass types pointed to the use for parts of the electrical industry. It is also stated that some cast brass can contain up to 3% lead. This The main purpose of the lead content is to improve the machinability and sliding behavior of the brass. In the brochure "Brass" by the Deutsches Kupfer-Institut e. V :, Berlin, 1961, Page 212, is finally mentioned; that the weldability-of special brass would be worsened by the addition of lead.

Aus der britischen Patentschrift 892 339 ist es zur Erreichung schweißsicherer Kontakte für elektrische Schalter bekannt, 5 bis 20 % einer Metallkomponente; u. a. Blei, mit wahlweise neun weiteren Metallen, u. a. auch Kupfer und Zink, die untereinander auch mischbar sein sollen, zu legieren.From British patent specification 892 339 it is more weld-proof to achieve Contacts for electrical switches known, 5 to 20% of a metal component; u. a. Lead, with a choice of nine other metals, including also copper and zinc, which are among each other should also be miscible to alloy.

Die hauptsächliche Grenze des Nenneinschaltvermögens eines Schaltgerätes bildet das Verschweißen seiner Kontaktstücke. Die sehr rasche Umwandlung der Bewegungsenergie beim Aufeinanderprallen hat bei den Kontaktstücken in der Regel einen dem betreffenden Schaltgerät . eigenen abklingenden Prellvorgang zur Folge. Dabei werden die strombelasteten Kontaktstücke kurzzeitig wieder geöffnet; es entstehen Lichtbögen, die bewirken können, daß die Kontaktstücke durch die starke Erhitzung der Lichtbogenfußpunktgebiete verschweißen. Dies kann zu unerwünschten Betriebsstörungen führen.The main limit of the rated making capacity of a switching device forms the welding of its contact pieces. The very rapid conversion of kinetic energy when they collide, the contact pieces usually have one of the relevant Switching device. own subsiding bouncing process result. The current-loaded Contacts opened again for a short time; arcs are created that cause can that the contact pieces by the strong heating of the arc root point areas weld. This can lead to undesirable malfunctions.

Dämpfungseinrichtungen der Schaltglieder, die das Prellen verhindern sollen, erfordern einen zusätzlichen konstruktiven Aufwand; der aus wirtschaftlichen Gründen bei vielen. Geräten, insbesondere z. B. in der Niederspannung, nicht tragbar ist. Maßgebend für die thermische Beanspruchung der Kontaktstücke ist die durch den Lichtbögen beim Abheben der Schaltglieder erzeugte Wärmemenge. Sie ist dem Augenblickswert des Belastungsstromes und der Lichtbogenspannung während der Abhebezeiten proportional. Die Wärmemenge. wächst mit der Steilheit des Stromanstieges sowie mit der Höhe der Lichtbogenspannung. Während der Abhebungen steigt die Lichtbogenspannung auf einen für den betreffenden Kontaktwerkstoff charakteristischen Wert. Ebenso ist die Stromstärke;, bei der ein Verschweißen der Kontaktstücke beginnt, künftig Schweißgrenzstromstärke genannt, außer vom konstruktiven Aufbau des Schaltgerätes auch wesentlich - vom - verwendeten Kontaktwerkstoff abhängig. - -Die Aufgabe der Erfindung ist es, einen solchen Kontaktwerkstoff anzugeben; der das- Schweißverhalten beim Prellen der Kontaktstücke günstig beeinfLußt, ein hohes Einschaltvermögen erlaubt und dabei ohne aufwendige Dämpfungseinrichtungen auskommt.Damping devices of the switching elements that prevent bouncing should require an additional design effort; from economic Reasons for many. Devices, especially z. B. in the low voltage, not portable is. The decisive factor for the thermal stress on the contact pieces is the The amount of heat generated by the arcs when the switching elements are lifted off. It is the value of the moment proportional to the load current and the arc voltage during the lift-off times. The amount of heat. grows with the steepness of the current rise as well as with the height of the Arc voltage. During the lift-offs, the arc voltage rises to one characteristic value for the relevant contact material. Likewise is the current strength ;, at which welding of the contact pieces begins, in future welding limit current strength called, apart from the structural design of the switching device also essentially - from - Depending on the contact material used. - The object of the invention is to provide a specify such contact material; the das- welding behavior when the contact pieces bounce favorably influenced, a high making capacity is allowed and at the same time without expensive Damping devices gets by.

Erfindungsgemäß wird diese Aufgabe dadurch gelöst, daß die Kontakte aus üblichem Gußmessing mit 0,2 bis 3% Blei gegossen sind und vorzugsweise als Kokillengußstücke voxliegenx mit dex- Maßgäbe; daß wenigstens eines der beiden Gußkontaktstücke mindestens an der beanspruchten berührenden Kontaktfläche bis in den Gefügebereich, der soge= nannten Transkristallisationszone, abgearbeitet ist.According to the invention this object is achieved in that the contacts are cast from common cast brass with 0.2 to 3% lead and preferably as permanent mold castings voxiegenx with dex-Maßgäbe; that at least one of the two cast contact pieces at least on the stressed contact area down to the microstructure, the so-called = called transcrystallization zone.

Dadurch- wird eine geringe Lichtbogenspannung und: eine überraschend hohe Schweißgrenzstromstärke erreicht, die selbst bisher bekannte edlere Kontaktwerkstoffe und deren Legierungen übertrifft. Ebenso ist eine geringe Verschweißhäufigkeit und -festigkeit festzustellen. Selbst bei Bleianteilen des Kontaktmessings; die nur noch als Verunreinigungen zu bezeichnen sind und im Schliffbild als gleichmäßig - verteilte punktförmige Einlagerungen erscheinen, in der Größenordnung von 0;2 Gewichts-Prozent; ergibt sich schon eine überraschend hohe Schweißgrenzstromstärke. Besonders gute Ergebnisse wurden mit einem Gußmessing mit 62 Gewichtsprozent Kupfergehalt und einem Bleigehalt bis zu 3 Gewichtsprozent erzielt. Es ist anzunehmen, daß selbst noch höhere Bleianteile als 3 Gewichtsprozent den Kontaktwerkstoff Gußmessing erheblich verbessern. Ferner wurde gefunden, daß sich der Kontaktwerkstoff hinsichtlich seiner Verschweißeigenschaften auch dann noch sehr vorteilhaft verhält, wenn ein Kontaktstück mit einer entsprechend bearbeiteten Kontaktfläche mit einem solchen Kontaktstück zusammenwirkt, das eine unbearbeitete; Bußrohe (Kokillenguß) Kontaktfläche aufweist. Dieser Umstand ist unter anderem besonders auch deswegen von Vorteil, da dem Konstrukteur damit ein Mittel an die Hand gegeben wird, einen Kontakt nun auch an -.einer -solchen-:Stelle.-anzuordnen bzw. so zu gestalten, daß er für eine Bearbeitung gar nicht oder nur schwer zugänglich -ist. Dabei ist es unerheblich, ob: die unbearbeitete Kontaktfläche sich am beweglichen oder am feststehenden Kontaktstück befindet.This creates a low arc voltage and: a surprising one high welding current limit achieved, even the nobler contact materials known up to now and their alloys. There is also a low frequency of welding and - to determine the strength. Even with lead parts of the contact brass; the only can still be designated as impurities and as uniform in the micrograph - distributed punctiform deposits appear, in the order of magnitude of 0; 2 Weight percent; the result is a surprisingly high welding current limit. Particularly good results were achieved with a cast brass with a copper content of 62 percent by weight and a lead content of up to 3 percent by weight. It can be assumed that even Even higher lead proportions than 3 percent by weight significantly reduce the contact material cast brass to enhance. It was also found that the contact material with regard to its Welding properties also behave very advantageously when a contact piece with a correspondingly machined contact surface with such a contact piece cooperates, the one unedited; Bußrohe (chill casting) has contact surface. Among other things, this fact is particularly advantageous because the designer so that a means is given to arrange a contact at -.a -such-: place.- or to make it so that it is difficult or impossible to access for editing -is. It is irrelevant whether: the unprocessed contact surface is on the movable one or on the fixed contact piece.

Gemäß der Erfindung ist die bearbeitete Kontaktfläche des/oder der Kontakte bis in den Bereich der sogenannten Transkristallisationszone des Gußstückes abzuarbeiten. Es handelt sich dabei vorwiegend um senkrecht zur Kokillenwand gerichtete Kristalle, deren Wachstumsrichtung mit der Richtung des Wärmegefälles zusammenfiel. Da bekanntlich besonders in den Ecken einer Kokille; wo die Kristalle senkrecht äufeinanderstoßen, sich Verunreinigungen ansammeln, die zu Festigkeitsveränderungen und interkristallinem Aufreißen führen können, ist es zweckmäßig, die Kontaktstücke so herzustellen bzw. zu- gießen; daß das Gefüge nur feine, nicht quer zueinander verlaufende, sondern vorzugsweise parallel verlaufende bzw. sternförmig auseinanderlaufende Kristalle aufweist.According to the invention, the machined contact surface is the / or the Contacts up to the area of the so-called transcrystallization zone of the casting to work off. These are predominantly directed perpendicular to the mold wall Crystals whose direction of growth coincided with the direction of the heat gradient. As is well known, especially in the corners of a mold; where the crystals are perpendicular collide, impurities accumulate leading to changes in strength and intergranular tearing, it is advisable to use the contact pieces to be produced or poured in this way; that the structure is only fine, not at right angles to one another running, but preferably running parallel or diverging in a star shape Has crystals.

Eine stark ausgeprägte Transkristallisationszone ist jedoch unerwünscht. Es- - ist vielmehr zweckmäßig, der Schmelze Aluminium zuzusetzen, damit sich viele Keime bilden; die =eine feinere Kristallisation bewirken. - -Ein. besonders günstiges Ausführungsbeispiel der Erfindung zeigt die Zeichnung. Es zeigt.However, a very pronounced transcrystallization zone is undesirable. Rather, it is advisable to add aluminum to the melt, so that a large number of them can Germinate; which = cause a finer crystallization. - -A. especially cheap Exemplary embodiment of the invention is shown in the drawing. It shows.

F i g. 1 einen Schnitt durch die Kontaktanordnung, F i g. 2 den Schnitt A -B gemäß F i g. 1, F i g. 3 eine Ansicht von unten ohne den Schaltstift.F i g. 1 shows a section through the contact arrangement, FIG. 2 the section A-B according to FIG. 1, Fig. 3 is a view from below without the switch pin.

Es handelt sich dabei um eine Kontaktanordnung für einen Schubtrennschalter. Der eine Kontaktteil; eine becherförmig geschlitzte Kontakthülse 1, ist an den Stellen 2 geschlitzt und bildet so zahlreiche Tulpenblätter. Im Bereich des Bodens 3 zweigt der hakenförmige, nach unten gerichtete Tragteil s ab, der mit Bohrungen 6 zur Befestigung an einen Isolierteil des Schaltgerätes versehen ist. Von dem Tragteil 5 geht der Stromanschlußteil7 ab. Er weist eine Bohrung 8 für die Klemmschraube einer Stromleitung auf.It is a contact arrangement for a sliding disconnector. The one contact part; a cup-shaped slotted contact sleeve 1 is on the Place 2 slotted and so forms numerous tulip leaves. In the area of the floor 3 branches off the hook-shaped, downwardly directed support part s, the one with holes 6 is provided for attachment to an insulating part of the switching device. From the support part 5 the power connector 7 goes off. It has a hole 8 for the clamping screw a power line.

Der andere Kontaktteil 9 ist ein gegossener Schaltstift, der zum Zwecke der Kontaktgabe ein gewisses Stück in die Kontakthülse 1 eingreift. Die Kontakthülse 1 ist unbearbeitet, während der Schaltstift 9 entsprechend abgedreht ist.The other contact part 9 is a molded switch pin, which for the purpose the contact engages a certain amount in the contact sleeve 1. The contact sleeve 1 is unprocessed, while the switching pin 9 is turned off accordingly.

Bei der gezeigten Anordnung sind die Erfindungsmerkmale mit weiteren mechanisch besonders vorteilhaften Maßnahmen verknüpft. Die einzelnen Tulpenblätter der Kontakthülse 1 federn beim Einschlagen des Schaltstiftes mit einer so hohen Frequenz, daß nur sehr geringe und kurze Abhebungen und entsprechend kurze Lichtbögen möglich sind. Dazu trägt besonders eine entsprechende Materialverjüngung an der Stelle 10 bei. Auch ist durch das in einem Stück gegossene Kontaktteil eine so günstige Steifigkeit der Anordnung erreicht, die bewirkt, daß nur geringe Schwingungsamplituden auftreten.In the arrangement shown, the features of the invention are linked to further mechanically particularly advantageous measures. The individual tulip leaves of the contact sleeve 1 spring when the switching pin is hit at such a high frequency that only very small and short lift-offs and correspondingly short arcs are possible. A corresponding material tapering at point 10 particularly contributes to this. The contact part cast in one piece also achieves such a favorable rigidity of the arrangement that only small oscillation amplitudes occur.

Es ist zweckmäßig, alle Kontaktflächen zu versilbern.It is advisable to silver-plate all contact surfaces.

Claims

. Claims: 1. Contact arrangement with contacts from a lead-containing Copper-zinc alloy for electrical switchgear with a high rated making capacity, characterized in that the contacts made of conventional cast brass with 0.2 to 3% Lead, preferably with 621) / o copper, 0.2 to 3% lead, the remainder zinc and are preferably present as permanent mold castings, with the proviso that at least one of the two cast contact pieces at least on the claimed touching contact surface processed down to the microstructure of the so-called transcrystallization zone is.

2. Contact arrangement according to claim 1, wherein the one contact piece of a there is a cup-shaped, slotted contact sleeve that forms numerous tulip leaves, which are cast in one piece with a support part and a power connection part and in which a switching pin engages, characterized in that the slotted, Contact sleeve (1) forming contact tulip leaves is used as cast and unprocessed and the switch pin (9) is turned off accordingly.

3. Contact arrangement according to Claim 1 and 2, characterized in that the contact surfaces are silver-plated.