DE19827667A1 - Schaltkontaktanordnung - Google Patents

Abstract

Die Erfindung betrifft eine Schaltkontaktanordnung für ein elektrisches Schaltgerät, insbesondere Schütz oder Leistungsschalter, zur Schaltung unter atmosphärischen Bedingungen. Erfindungsgemäß besteht jedes Kontaktstück der Schaltkontaktanordnung aus einem Werkstoff mit Bereichen unterschiedlich ausgebildeter Materialeigenschaften, derart, daß die Abbrandfestigkeit der Kontaktstücke in stark beanspruchten Bereichen derart erhöht wird, daß ein gleichmäßiger Kontaktabbrand gewährleistet ist.

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft eine Schaltkontaktanordnung für ein elektrisches Schaltgerät, insbesondere Leistungsschalter oder Schütz, nach dem Oberbegriff des unabhängigen Anspruchs.

Herkömmliche Schaltgeräte beinhalten in der Regel Kontaktstücke bestehend aus homogenen Werkstoffen. Bei derartigen Kontaktstücken entsteht nach einigen Schaltspielen ein undefinierter und ungleichmäßiger Abbrand der Kontaktstücke.

Der vorliegenden Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine gattungsgemäße Schaltkontaktanordnung zu schaffen, die einen gleich mäßigen Kontaktabbrand und eine effektivere Ausnutzung des Kontaktmaterials gewährleistet. Eine weitere Aufgabe besteht darin, eine Kontaktabbrandanzeige zu ermöglichen, bei der die Kontaktstückdicke auf einfache und zuverlässige Weise erfaßt werden kann.

Die Aufgabe wird durch die Kombination der Merkmale des unabhängigen An­ spruchs gelöst. Erfindungsgemäß wird durch die bereichsweise unterschiedlichen Materialeigenschaften der Kontaktstücke eine örtlich bereichsweise unterschiedli­ che Abbrandfestigkeit erreicht, so daß die Abbrandfestigkeit in den Bereichen der Kontaktstücke, die durch die Beanspruchung von auftretenden Lichtbögen am in­ tensivsten beansprucht werden, erhöht wird.

Die Erfindung bezieht sich auf Kontaktstücke für schwenkbewegliche Schaltkon­ takte. Bei derartigen Kontaktstücken kommt es in der Regel im Bereich der äuße­ ren Kontaktstückspitzen zu einem erhöhten Abbrand. Die erfindungsgemäßen Kontaktstücke bestehen aus einem Gradientenwerkstoff und sind durch die örtlich unterschiedlichen Materialeigenschaften derart ausgebildet, daß die Abbrandfe­ stigkeit der Kontaktstücke im vorderen, vom Drehpunkt der Schaltkontakte abge­ kehrten, Bereich erhöht wird und in Richtung des Drehpunktes immer weiter ab­ nimmt. Mit Vorteil wird so ein über die gesamte Kontaktfläche der Kontaktstücke gleich mäßiger Abbrand erreicht.

Hierdurch (gleichmäßiger Abbrand über die gesamte Kontaktstückfläche) wird auch eine einfache und genauere Kontaktabbrandanzeige ermöglicht, bei der die unmittelbare Kontaktstückdicke als Kriterium für den Verschleißzustand der Kon­ taktstücke bewertet wird. Bei Kontaktstücken gemäß dem Stand der Technik tritt ein sehr ungleichmäßiger Kontaktabbrand auf. Die Kontaktstücke sind dann im Extremfall an den äußeren Kontaktstückspitzen nahezu gänzlich weggebrannt, während die inneren, dem Drehpunkt zugewandten, Kontaktstücke noch nahezu unbeansprucht sind. Zum einen ist daher eine Verschleißerfassung durch die Be­ wertung der Kontaktstückdicke nur sehr schwierig möglich und zum anderen wird durch den ungleichmäßigen Abbrand eine nur sehr unzureichende Materialaus­ nutzung gewährleistet.

Weitere Vorteile und Details der Erfindung sind in den Unteransprüchen und in den Ausführungsbeispielen beschrieben. Es zeigen:

Fig. 1 eine herkömmliche Schaltkontaktanordnung, und

Fig. 2 eine Ausführungsform der Schaltkontaktanordnung ge­ mäß der Erfindung

Fig. 1 zeigt eine Schaltkontaktanordnung mit schwenkbeweglichen Schaltkontak­ ten gemäß dem Stand der Technik. Die Schaltkontaktanordnung besteht im we­ sentlichen aus zwei Schalkontakten 2 mit jeweils einem Kontaktträger 4 und einem Kontaktstück 6. Derartige Schaltkontaktanordnungen sind Bestandteil elektrischer Schaltgeräte, insbesondere Schütz oder Leistungsschalter, für Schaltvorgänge unter atmosphärischen Bedingungen (Umgebungsluft). Im rechten Teil der Fig. 1 ist verdeutlicht, daß bei herkömmlichen Kontaktstücken 6, die i.d.R. aus Werk­ stoffen mit einer homogenen Struktur bestehen, ein ungleichmäßiger Abbrand er­ folgt.

Fig. 2 zeigt eine Schaltkontaktanordnung, bei der zumindest einer der Schaltkon­ takte 2 zur Durchführung eines Schaltvorganges eine kreissektorförmige Bewe­ gung um einen Drehpunkt P herum durchführt. Der zweite Schaltkontakt 2 kann entweder ebenfalls als schwenkbeweglicher Kontakt oder als Festkontakt ausge­ bildet sein. Die Kontaktstücke 6 bestehen aus einem Werkstoff mit Bereichen un­ terschiedlich ausgebildeter Materialeigenschaften (Gradientenwerkstoff). Die un­ terschiedlichen Materialeigenschaften sind in der Fig. 2 durch Bereiche unter­ schiedlicher Schraffurdichte veranschaulicht. Für schwenkbewegliche Schaltkon­ takte 2 sind die Kontaktstücke 6 derart ausgebildet, daß mit zunehmender Entfer­ nung vom Drehpunkt P gesehen, also in Richtung äußerer Kontaktstückspitze, die Abbrandfestigkeit der Kontaktstücke 6 zu nimmt (dargestellt durch verdichtete Schraffur). Hierdurch werden die Bereiche der Kontaktstücke 6, die bei einem Ab­ schaltvorgang unter atmosphärischen Bedingungen von einem auftretenden Licht­ bogen am intensivsten beansprucht werden, bezüglich ihrer Abbrandfestigkeit derart verbessert, daß der gesamte Kontaktbereich der zusammenwirkenden Kontaktstücke 6 einem gleichmäßigen Kontaktabbrand unterliegt. Dadurch wird auch nach einer Vielzahl von Schaltspielen gewährleistet, daß die Kontaktstück­ dicke im Bereich des gesamten Kontaktstückes 6 nahezu die gleiche ist. So kann die Änderung der Kontaktstückdicke auf einfache Weise (z. B. durch die Erfassung des Abstandes x bzw. der Abstandsänderung Δx der zugehörigen Kontaktträger 4 voneinander), erfaßt werden. Auch wird somit eine deutliche bessere Kontaktie­ rung erreicht. Bei einem Abbrand der Kontaktstücke 4, wie er in Fig. 1 dargestellt ist, müßte der Kontaktabbrand an der Stelle der geringsten Kontaktstückdicke er­ mittelt werden. Das ist allerdings nur mit einem deutlich größeren technischen Aufwand realisierbar.

Für die Kontaktstücke 6 findet ein Werkstoff Verwendung, der an unterschiedli­ chen Stellen unterschiedliche Materialeigenschaften aufweist. Das kann zum ei­ nen durch eine örtlich unterschiedliche Materialverdichtung oder zum anderen durch eine örtlich unterschiedliche Materialstruktur bzw. Materialzusammenset­ zung (Gradientenwerkstoff) realisiert werden.

Bei einer Ausführung der Kontaktstücke 6 mit einer Materialverdichtung ist die Materialverdichtung an den Stellen am größten, die bei einem Abschaltvorgang einem auftretenden Lichtbogen am stärksten ausgesetzt sind.

Bei einer Ausführung der Kontaktstücke 6 bestehend aus Gradientenwerkstoff können die örtlich unterschiedlichen Werkstoffeigenschaften durch eine gezielte Materialverteilung innerhalb der Kontaktstücke 6 realisiert werden.

Die Auswahl von Kontaktmaterialien für Kontaktstücke 6 erfolgt in Anpassung an die jeweilige Anwendung in verschiedenen Schaltgeräten, wobei die Werkstoffver­ dichtung bzw. der Gradientenwerkstoff jeweils so gewählt wird, daß ein gleichmä­ ßiger Kontaktabbrand gewährleistet ist und die Kontaktstücke 6 auch nach mehre­ ren Abschaltvorgängen über die gesamte ursprüngliche Kontaktfläche (oder zu­ mindest über den größten Teil der ursprünglichen Kontaktfläche) unmittelbar kon­ taktiert sind.

Bevorzugte Gradientenwerkstoffe sind zum Beispiel Mehrkomponentenwerkstoffe wie Silber/Wolfram/Carbid/Nickel, Silber/Wolfram/Nickel, Silber/Zinkoxid/Nickel oder dergleichen. Dabei erfolgt eine Verteilung der verschiedenen Werkstoffkom­ ponenten eines jeden Gradientenwerkstoffs nach den Kriterien Abbrandfestigkeit, Verschweißsicherheit, Stromführung und Kontaktwiderstand. Werkstoffkompo­ nenten wie Silber-Wolfram-Carbid, Silber-Wolfram, Silber-Zinkoxid oder Silbergra­ phit werden mit Vorteil im vorderen Bereich des Kontaktstückes (Kontaktstückspit­ ze) verwendet, da die Materialien eine hohe Abbrandfestigkeit aufweisen und eine hohe Verschweißsicherheit gewährleisten. Werkstoffkomponenten wie Silber-Nic­ kel haben gute Stromführungseigenschaften und einen geringen Kontaktwider­ stand und werden bevorzugt in dem zum Drehpunkt weisenden Kontaktstückende verarbeitet. Über die genannten Hauptbestandteile der Gradientenwerkstoffe hin­ aus, weisen diese natürlich noch geringe Mengen von weiteren Materialien wie Kohlenstoff oder dergleichen auf. Eine mögliche Verteilung der Werkstoffkompo­ nenten innerhalb des Kontaktstückes 6 ist z. B.:
Kontaktstückspitze: 100% abbrandfest und verschweißsicher (z. B. Silber-Wolfram)
Kontaktstückmitte: 50% abbrandfest und verschweißsicher
50% gute Stromführung und geringer Kontaktwider­ stand (z. B. Silber-Nickel)
Kontaktstückende: 100% gute Stromführung und geringer Kontaktwider­ stand.

Bei der Verwendung von Kontaktstücken 6 aus Gradientenwerkstoff werden die Kontaktstücke 6 mit Vorteil durch Reibschweißen auf den Kontaktträger 4 aufge­ bracht. Hierdurch kann, trotz unterschiedlicher Materialeigenschaften des Kontakt­ stückes 6 eine zuverlässige Verbindung der Kontaktstückbefestigungsfläche auf dem Kontaktträger 4 gewährleistet werden.

Bezugszeichenliste

2

Schaltkontakt

4

Kontaktträger

6

Kontaktstück
P Drehpunkt

Claims (6)

1. Schaltkontaktanordnung für ein elektrisches Schaltgerät zur Schaltung unter atmosphärischen Bedingungen, mit mindestens zwei Schaltkontakten (2), wo­ bei jeder Schaltkontakt (2) einen Kontaktträger (4) und ein auf dem Kontaktträ­ ger (4) angeordnetes Kontaktstück (6) aufweist, und wobei zumindest eines der Schaltkontakte (2) während eines Schaltvorganges eine kreissektorförmige Schaltbewegung um einen Drehpunkt (P) herum durchführt, dadurch gekennzeichnet, daß jedes Kontaktstück (6) aus einem Werkstoff mit Bereichen unterschiedlich ausgebildeter Materialeigenschaften besteht derart, daß die Abbrandfestigkeit der Kontaktstücke (6) mit zunehmender Ent­ fernung vom Drehpunkt (P) zunimmt.

2. Schaltkontaktanordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Werkstoff jedes Kontaktstücks (6) ein Gra­ dientenwerkstoff ist.

3. Schaltkontaktanordnung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß jedes Kontaktstück (6) durch eine Reib­ schweißverbindung mit dem jeweiligen Kontaktträger (4) verbunden ist.

4. Schaltkontaktanordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Werkstoff der Kontaktstücke (6) an unter­ schiedlichen Stellen eine unterschiedliche Materialverdichtung aufweist.

5. Schaltkontaktanordnung nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß jedes Kontaktstück (6), in Richtung vom Dreh­ punkt (P) aus gesehen, eine lineare Materialverdichtung aufweist.

6. Schaltkontaktanordnung nach Anspruch 3 oder 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Materialverdichtung eine Verteilung auf­ weist, die einen gleichmäßigen Abbrand der Kontaktstücke (6) gewährleistet.