DE1615877C

DE1615877C - Contact arrangement for electrical switching devices

Info

Publication number: DE1615877C
Authority: DE
Inventors: Dietmar Dipl.-Ing. 4030 Ratingen Plathner
Original assignee: Calor-Emag Elektrizitäts-AG, 4030 Ratingen
Publication date: 1972-05-18

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 made from a lead-containing copper-zinc alloy for electrical switching devices with a high rated making capacity.

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, daß 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, daß 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 by A. Keil page 136 and 139), brass as Use material for suspension elements and contact carriers. It is expressly mentioned that brass is not a contact material itself. This is what the DIN sheet says (DIN 1709, from December 1953) for common copper cast alloys for some types of cast brass referred to the use for parts of the electrical industry. It is also stated that some Cast brass can contain up to 3% lead. This lead content is primarily intended to improve machinability and the Improve the sliding behavior of the brass. In the brochure "Brass" of the German Copper Institute e. V., Berlin, 1961, page 212, it 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 to achieve weld-proof contacts for electrical Switches known to have 5 to 20% of a metal component, inter alia. Lead, with a choice of nine other metals, i.a. also to alloy copper and zinc, which should also be miscible with one another.

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 is welding of its contacts. The very rapid conversion of kinetic energy when they hit each other in the case of the contact pieces, as a rule, a decaying bounce process specific to the switching device in question result. The current-loaded contact pieces are briefly opened again; it arise Arcs which can cause the contact pieces due to the intense heating of the arc root point areas weld. This can lead to undesirable malfunctions.

Dämpfungseinrichtungen der Schaltglieder, die das Prellen verhindern sollen, erfordern einen zusatzliehen 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 Lichtbogen 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.Damping devices of the switching elements, which are to prevent the bouncing, require an additional loan constructive effort, which for economic reasons in many devices, especially z. B. in the low voltage, is not portable. Decisive for the thermal stress on the contact pieces is the amount of heat generated by the arc when the switching elements are lifted off. She is that Instantaneous value of the load current and the arc voltage proportional during the lift-off times. The amount of heat increases with the steepness of the rise in current and with the level of the arc voltage. During the lift-offs, the arc voltage rises to one for the person in question > Contact material characteristic value. Likewise is the current strength at which a welding of the Contact pieces begins, in future referred to as the welding current limit, except for the structural design of the Switching device also depends largely on the contact material used.

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.The object of the invention is to specify such a contact material that the welding behavior when the contact pieces bounce favorably influenced, a high making capacity is allowed and doing without complex damping devices.

Erfindungsgemäß wird diese Aufgabe dadurch gelöst, daß die Kontakte aus üblichem Gußmessing mit 0,2 bis 3°/o Blei gegossen sind und vorzugsweise als Kokillengußstücke vorliegen, mit der Maßgabe, daß wenigstens eines der beiden Gußkontaktstücke mindestens an der beanspruchten berührenden Kontaktfläche bis in den Gefügebereich, der sogenannten Transkristallisationszone, abgearbeitet ist.According to the invention, this object is achieved in that the contacts are made of conventional cast brass are cast with 0.2 to 3% lead and are preferably in the form of permanent mold castings, with the proviso, that at least one of the two cast contact pieces at least on the claimed contact Contact surface down to the microstructure, the so-called transcrystallization zone, is processed.

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 punktförinige Einlagerungen erscheinen, in der Größenordnung von 0,2 Gewichtsprozent, 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, gußrohe (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 results in a low arc voltage and a surprisingly high welding current limit achieved, which even exceeds previously known noble contact materials and their alloys. There is also a low frequency and strength of welding. Even with lead content of the Contact brass, which can only be described as impurities and in the polished section as even distributed point deposits appear, in the order of 0.2 percent by weight, the result is a surprisingly high welding current limit. Particularly good results were made with a cast brass with a copper content of 62 percent by weight and a lead content of up to 3 percent by weight achieved. It can be assumed that even higher proportions of lead than 3 percent by weight Significantly improve the contact material of cast brass. It was also found that the Contact material still behaves very advantageously with regard to its welding properties, when a contact piece with a correspondingly machined contact surface with such a contact piece cooperates, which has an unprocessed, cast raw (chill casting) contact surface. This This fact is particularly advantageous because it gives the designer a Means is given to arrange a contact at such a point or to be designed in such a way that it is difficult or impossible to access for processing. It is irrelevant whether the unprocessed contact surface is on the moving or the fixed contact piece is located.

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 aufeinanderstoßen, 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 of the / or the contacts is in the range of work off the so-called transcrystallization zone of the casting. It is predominantly around crystals directed perpendicular to the mold wall, the direction of growth of which corresponds to the direction of the heat gradient coincided. As is well known, especially in the corners of a mold, where the Crystals collide vertically, impurities accumulate, which lead to changes in strength and intergranular tearing, it is expedient to manufacture the contact pieces in this way or to pour that the structure is only fine, not transverse to one another, but preferably having parallel or star-shaped diverging 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.However, a very pronounced transcrystallization zone is undesirable. Rather, it is expedient to add aluminum to the melt so that a large number of nuclei form, which promote finer crystallization cause.

Ein besonders günstiges Ausführungsbeispiel der Erfindung zeigt die Zeichnung. Es zeigtA particularly favorable embodiment of the invention is shown in the drawing. It shows

Fig. 1 einen Schnitt durch die Kontaktanordnung, 1 shows a section through the contact arrangement,

Fig. 2 den Schnitt A-B gemäß Fig. I,FIG. 2 shows the section AB according to FIG.

F i g. 3 eine Ansicht von unten ohne den Schaltstift. F i g. 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 anIt is a contact arrangement for a sliding disconnector. The one contact part, a cup-shaped slotted contact sleeve 1 is on

den Stellen. 2 geschlitzt und bildet so zahlreiche Tulpenblätter. Im Bereich des Bodens 3 zweigt der hakenförmige, nach unten gerichtete Tragteil 5 ab, der mit Bohrungen 6 zur Befestigung an einen Isolierteil des Schaltgerätes versehen ist. Von dem Tragteil S geht der Stromanschlußteil 7 ab. Er weist eine Bohrung 8 für die Klemmschraube einer Stromleitung auf.the places. 2 slotted to form numerous tulip leaves. In the area of the bottom 3 the branches hook-shaped, downwardly directed support part 5, with holes 6 for attachment to a Insulating part of the switching device is provided. The power connection part 7 extends from the support part S. He knows a hole 8 for the clamping screw of 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 cast switch pin, which for the purpose of making contact is a certain Piece engages in the contact sleeve 1. The contact sleeve 1 is unprocessed, while the switch pin 9 is turned off accordingly.

Bei der gezeigten Anordnung sind die Erfindungsmerkmale mit weiteren mechanisch besonders vor- teilhaften 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 Lichtbogen möglich sind. Dazu trägt besonders eine-entsprechende Materiälverjüngung 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 mechanically particularly advantageous with further linked partial measures. The individual tulip leaves of the contact sleeve 1 spring when hammered of the switching pin with such a high frequency that - only very small and short lift-offs' and correspondingly short arcs are possible. A corresponding material rejuvenation particularly contributes to this at point 10 at. Also, because the contact part is cast in one piece, it is so cheap Reached rigidity of the arrangement, which means that only small oscillation amplitudes occur.

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

Claims

Patent claims:

1. Contact arrangement with contacts made of a lead-containing copper-zinc alloy for electrical Switching devices with a high rated making capacity, characterized in that the contacts made of conventional cast brass with 0.2 to 3% lead, preferably with 62% copper, 0.2 up to 3% lead, the remainder zinc, are cast and are preferably present as permanent mold castings, with the proviso that at least one of the two cast contact pieces claimed at least one touching contact surface to the microstructure of the so-called transcrystallization zone is processed.

2. Contact arrangement according to claim 1, wherein the one contact piece consists of a cup-shaped slotted, numerous tulip leaves forming contact sleeve, which together with a Support part and a power connection part is cast in one piece and in which a switch pin engages, characterized in that the slotted contact sleeve forming contact tulip leaves (1) 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.

1 sheet of drawings