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Kontaktanordnung für elektrische Schaltgeräte Die Erfindung bezieht
sich auf eine Kontaktanordnung für elektrische Schaltgeräte unter Anwendung von
nebeneinander angeordneten, abwechselnd einander folgenden Schichten aus gut leitenden
und aus das Kleben sowie Schweißen verhindernden Kontaktbaustoffen.
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DieErfindung zeichnet sich im wesentlichen dadurch aus, daß, sowohl
der Kontakt als auch der Gegenkontakt an der kontaktgebenden Fläche in gleicher
Weise aus nebeneinander angeordneten, abwechselnd einander folgenden Streifen aus
gut leitenden und, aus das Kleben sowie Schweißen verhindernden Stoffen bestehen
und die Streifen der beiden Kontakte miteinander einen Winkel bilden. Zufolge einer
derartigen Ausbildung des Kontaktes und des Gegenkontaktes entstehen Kreuzungsstellen
und damit einzeIne, Berührungsflächen von rechteckigem oder annähernd rechteckigem
b@zw. rhombischem Querschnitt, dessen Fläche annähernd: gleich dem Quadrat der-
Schichtdicke ist. Hierbei wird nicht nur dis Gefahr des Verschweißens weitestgehend
herabgesetzt bzw. überhaupt beseitigt, sondern im Hinblick darauf, daß der gut leitende,
leichter schmelzende Baustoff zuerst verbrennt, . zugleich ein hoher spezifischer
Kontaktanpreßdruck hervorgerufen, der ebenfalls im Sinne der Herabsetzung der Kontaktverschweißungen
wirkt.
Außerdem. wird bei dem Erfindungsgegenstand ein kontinnier-' licher Strompfad erreicht.
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Bei den bekannten Kontakten mit nebeneinanderliegenden Streifen handelt
es sich im Gegensatz zur Erfindung um eine vor allem zur Verringerung des Abbrandes
dienende Wicl;elelektrodc, bei der an der Spitze des Kontaktstifts ein um einen
zylindrischen Wo.lframkern gwickeltes, aus y Wolfram, Molybdän od. dgl. bestehendes
Band verwendet wird, dessen Zwischenräume mittels Kupfer bzw. Iiupfer-Silber ausgegossen
sind. Als Gegenelelztrode soll eine mehrteilige abgefederte Tulpe bzw. Scheibe verwendet
w@,-rd#-n. Es handelt sich dort somit um Elektroden, bei denen die dauernde- Stromiibertragung
an der zylinderförmigen Fläch: erfolgt, während der Lichtbogen an einer anderen
Stelle derart gezogen wird, d-aß der eine der Lichtbogenfußpunkte an der Spitze
der beweglichen Elektrode angreift. Bei ungünstigem Zusammenliegen der gewickelten
Elektroden kann es jedoch vorkommen, daß verhältnismäßig grcße Fläche aus gut leitendem,
leichte schmelzendem Werkstoff aufeinanderzul:iegenkommen, wodurch die Sich.crheia
gegen Schweißen herabgesetzt wird.
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Ferircr ist es bei Elektroden an sich bekannt, die Zwischenräume eines
gitterartigen Rahmens aus sehr hartem und' zähem Werkstoff durch gut leitenden,
aber weichen Werkstoff auszufüllen, so daß verhältnismäßig große Berührungsflächen
mit gut leitendem Werkstoff gebildet werden. Hierdurch wird der größte Teil des
Stromes an den Berührun@sstll.cn aus gut leitendem Werkstoff übergehen, so da.ß
das Schweißgut bei Widerstandsschweißung infolge der hohen. Stromdichte örtlich
hoch erhitzt wird. Eine solche Bauart ist jedoch für Kontakte bei Schaltgeräten:
nicht erwünscht. Im übrigen ist die Herstellung solcher Elektroden außerordentlich
umständlich und kostspielig.
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In der Zeichnung ist die Erfindung in mchrer°n Ausführungsformen veranschaulicht.
Es zeigt Fig. i eine schaubildliche Darstellung eines Paares relativ beweglicher
Kontakte gemäß der Erfindung, Fig. -2 eine Draufsicht auf den feststehenden Kontakt,
Fig. 3 eine Ansicht von unten auf den beweglichen Kontakt, Fig..I einen Schnitt
des in. Fig. 2 gezeichrieten Kontaktes nach Linie IV-IV der Fig. 2, Fig. 5 eineu.
Schnitt durch eine andere Form des Kontaktes, Fig. t. einen Schnitt eines Teils
des in Fig.5 gezeigten Kontaktes in vergrößertcm ,' Maßstabe. Fig. 7 eine Draufsicht
auf eine weiter: Abart des Kontaktes, Fig. S einen, Schnitt des Kontaktes nach Linie
VIII-VIII der Fig. 7, Fig. 9 eine Weiterbildung der Anordnung nach Fig. S, F:ig.
io eine Draufsicht auf einen feststehenden Kontakt, der eine weitere Abart der Erfindung
verkörpert, und Fig. 11 eine Ansicht von unten auf den beweglichen Kontakt, der
mit dem feststehenden Kontakt nach Fig. io zusammenwirkt.
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Die relativ beweglichen Kontaktstücke (Kontaktkörper) eines beliebigen
Stromunterbrechers sind gemä ,ß den Fig. i bis 3 mit 5 und j bezeichnet. Das feststehende
Kontaktstück 5 ist auf einem geeigneten leitenden Träger g angebracht, wobei die
Verbindung des Kontaktstücks 5 mit dein Träger 9 durch Löten, oder mechanische Mittel
erfolgen kann. Das bew=egliche Kontaktstück 7 wird mittels eines stromleitenden
Kontaktarmes i i getragen und ist an demselben ähnlich wie das Kontaktstück 5 in
einer geeigneten Art, z. B. durch mechanische Mittel oder Hartlöten. befestigt.
Der Kontaktarm i i ist beweglich angebracht, um den Stromkreis z. B. v ,ermittels
des Antriebs des Schaltgerätes zu öffnen oder zu schließen.
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Jedes der Kontaktstücke 5 und 7 wird aus einem leitenden Metallkörper
ausgeführt, dessen Kontaktfläche 13 mit einer Mehrzahl von parallelen Rillen oder
Ausschnitten 15 versehen ist. Die in engen Abständen voneinander vorgesehenen Rillen
15 sind mit einem mit 17 bezeichneten Material gefüllt, welches zur Verhinderung
des Klebers oder Schweißens der Kontaktltärpe r 5 und 7 dient, wenn diese der Lichtbogenhitze
oder den von anderen Ursachen herrührendien Temperaturen unterworfen werden. Als
Material zum Füllen derAusschnitte 15 kommen feinzerteilter oder pulverförmiger
Graphit oder andere ähnliche Arten von Kohle in. Betracht. Der pulverförmige Graphit
wird in die Rillen 15 bzw. Ausschnitte gepreßt, bis die 0l>erfläcli@e des Graphits
in gleicher Ebene mit der Kontaktfläche 13 des Kontakts liegt. Ein anderes Material,
welches geeignet ist, das Anhaften oder Schweißen der Kontakte zu verhindern, ist
eine innige Mischung aus feinzerteiltem Graphit oder Kohle ähnlicher Art und feinzerteiltem
Edelmetall, z. B. Silber oder Platin.
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Bei jeder der obererwähnten Ausführungsformen wirkt der fe:inzerte-ilte
Graphit so, daß derselbe die Bildung großer Schnielz.perlen verhindert, welche nach
dem Erkalten das Kleben oder Schweißen der Kontakte miteinander erleichtern würden.
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Als weitere Materialien, die geeignet sind, das Anhaften oder Schweißen
der Kontakte
zu verhindern, seien: Bleioxyd, Thalliuma xyd und andere
Metalloxyde genannt, die zum Füllen der Rillen 15 der Kontaktkörper 5 und 7 an Stelle
von dem vorstehend erwähnten feinzerteilten Graphit oder der Silber-Graphit-Mischung
verwendet werden können.
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Der Grundteil der Kontaktkörper 5 und 7 kann aus einem der passenden
leitenden Werkstoffe, wie Kupfer, - Edelmetalle oder Legierungen bzw. Mischungen.,
solcher Metalle, bestehen. Es hat sich gezeigt, daß die Edelm@e:talle, z. B. Silber
und: Platin, insofern geeigneter sind als Kupfer, als diese Werkstoffein b,ez,ug
auf Korrosion sich günstiger v.erhalten als Kupfer. Als Legierungen für die Kontaktkörper
5 und 7 kommen z. B. Legierung-en von Edelmetallen, z. B. Silber oder Platin, mit
Molyb-dän oder Wolfram in Betracht. Die Anteile von Molybdän oder Wolfram vergrößern
hierbei die Abb,randfestigkeit der Kontakte.
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Die Breite der Stege und Nuten der Kontakte ändert sich je nach den
Erfordernissen, die an die Kontakte gestellt werden, sowie nach der (Öffnungskraft,
die durch den Schalterantrieb bedingt wird. Bei kleinen Schaltern bei denen: die
Öffnungskraft der Antriebsvorrichtung gering ist, können die Rippen und Nuten sehr
geringe Breite aufweisen und, sehr dicht a:neinandergereiht werden. In solchen Fällen
kann z. B. die Breite der Nuten oder Rippen in der Größenordnung von 0,25
mm liegen. Bei größeren' Schaltern, die bedeutend stärkere Antriebe haben, kann
die Breite der Nuten und der Rippen größer ausgeführt werden. In jedem Fall ist
aber die Bemessung der Breite der Rillen und Rippen von der Größe der Öffnungskraft
des Schalterantriebs abhängig.
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Die Kontaktkörper 5 und 7 können so, ausgeführt sein, daß die Rillen
15 des beweglichen Kontakteis: 7 im rechten Winkel zu den Rillen 15 des feststehenden
Kontaktes verlaufen. Bei den in dieser Weise vorgesehenen Rillen kommen beide Werkstoffe
von, jedem der beiden Kontakte in Berührung miteinander, wenn der Kontakt: gebildet
wird. Auf
diese Weise wird-ein ununterbrochener Pfad für den Strom durch :das
metallene leitende Material in beiden Kontakten geschaffen. Durch die schmale Breite
der, Stege zwischen den Rillen und: die Anordnung der Stege des einen Kontaktes
im rechten Winkel zu denjenigen des anderen Kontaktes -,erreicht der spezifische
Druck der Kontaktflächen bei geschlossenen Kontakten hohe Werte.
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Eine weitere Abart der Erfindung ist in Fig. 5 der Zeichnung dargestellt.
Bei dieser Ausführungsform wird der Kontakt 21 aus einem lamellierten Körper gebildet,
der abwechselnd, Blätter a2 aus gut leitendem Material und Blätter 24 aus einem
Material enthält, das aus einem gut leitenden Werkstoff und .einem Werkstoff besteht,
der die Schweiß,ung verhindert. Für die Blätter 2-2 sind Silber oder silberhaltige
Legierungen geeignet, außerdem Kupfer, Gold, Platin und andere gut leitende Werkstoffe.
Die Blätter 2d. können aus einer gepreßten Mischung aus einem gut leitenden Material,
z. B. Kupfer, Gold, Silber oder Platin, und :einem das Schweißen verhindernden Material,
z. B. Graphit, Bleioxyd, Thalliumoxyd oder anderen l'vTetalloxyden, bestehen. Die
Metallblätter werden zu Blöcken gewünschten Querschnitts gewalzt. In ähnlicher Weise
werden die Blätter bzw. Schichten 24 gebildet, die aus einer Mischung aus pulverförmigem
leitendem Material mit dem pulverförmigen Material bestehen, welches die Schweißung
verhindert, indem die, Mischung zu einem Block gepreßt: und der gewalzte Block dann
in Blätter gewünschten Ouerschnitts zerschnitten wird. Di.e Blätter 22 aus gut leitendem
Material und, die Blätter 24 werden abwechselnd über- bzw. nebeneinandergelegt,
worauf das Ganze einem Walzpro:7eß unterworfen wird, bis eine massive Einheit entsteht,
die abwechselnd Lagen aus leitendem. Werkstoff und Schichten aus zusammengesetztem
Material enthält. Nach dem Walzvorgang kann- der Querschnitt der einzelnen Blätter
oder Schichten auf einen Bruchteil derjenigen Querschnitte gebracht werden, die
diese, Blätter oder Schichten vor dem gemeinsamen Walzen derselben: hatten. Es entsteht
somit e in lamellierter Kontakt 21, dessen Blättchen 22 und 24 senkrecht zu der
Ebene der Kontaktfläche verlaufen. Der Kontakt 21 kann, direkt in dem Halter 23
untergebracht. und durch mechanische- Mittel oder durch Löten befestigt werden.
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Zur Lötung der Kontakte sowohl bei der Ausführungsform nach Fig. i
bis 4 als auch nach Fig. 5 und 6 kann: Kupfer oder Silber benutzt werden, wobei
die Verlötung vorteilhaft in einer schützenden Atmosphäre, z. B. in der Wasserstoffatmosphäre--,
ausgeführt wird.
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Bei der Abart des Erfindungsgegenstandes nach Fig. ,- und 8 besteht
der Kontakt aus einem Kontaktkö.rpe-r 122, der aus Kupfer oder Silber ausgeführt
werden kann. An der Kontaktoberfläche des Kontaktkörpers 122 sind mehrere Stangen
oder Drähte 121 aus schwer schmelzbarem Werkstoff, z. B. Wolfram, Mo:lybdän, Tautal,
vorgesehen. Zu diesein Zweck können die Stangen: oder Drähte in die Einschnitte
dos Kontaktkörpers einb preßt werden, wobei die Drähte od. dgl. parallel zueinander
verlaufen. Um die eingepreßten Stangen oder Drähte 121 in den Einschnitten des Kontaktkörpers
aus gut
leitendem Metall zu sichern, werden die Drähte mit den Kontaktkörpern
verlötet, «; obei der Lötvorgang z. B. bei Benutzung von Silber als Lötmittel in
einer schützenden Atmosphäre vor sich gehen: kann. Das Silber füllt jeden Zwischenraum
zwischen den Drähten und dem Kontaktkörper aus leitendem Material und bewirkt dadurch
eine gute Stromverbindung.
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Bei der Ausführungsform der Erfindung gemäß Fig. g ist eine Mehrzahl
von Lagen 126 aus gut leitendem Material, z. B. Silber oder Kupfer, vorgesehen,
die mit Stäben oder Drähten 128 aus schwer schmelzbarem Werkstoff aufgestapelt sind.
Die Stäbe oder Drähte 128 sind somit in Abständen zwischen den Lagen 1a6
angeordnet. Die Drähte können in die Oberflächen der Lagen aus gut leitendem Material
in Richtung parallel zueinander eingepreßtwerden. - Nachdem die Lagen aus gut leitendem
Werkstoff mit den zwischen denselben geschichteten Stäben oder Drähten aus schwer
schmelzbarem Material zusammengepreßt sind, werden dieselben miteinander zu einem
vollständig zusammenhängenden Block durch Löten mittels eines pasise-nden Werkstoffes,
z. B. Silber, verbunden. Die verlötete Masse wird dann in Richtung der Ebene senkrecht
zu der Ebene der gestapelten Schichten geschnitten, wodurch eine in Fig. g dargestellte
Kontaktfläche gebildet wird. Bei dieser Ausführungsform liefert das schwer schmelzbare
Material punktförmige Kontakte in der Kontaktebene der Streifen aus gut leitendem
Material.
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Eine weitere Ausführungsform des Erfindungsgegenstandes ist in den
Fig. io und i i wiederg,geben. Bei dieser Anordnung sind die Plättchen bzw. die
Schichten 130 und 132 aus schwer schmelzbarem Material und gut leitendem
Metall ihrer ganzen Länge nach ,vellenförmig ausgeführt, wobei sie abwechselnd einander
folgen und Parallel zueinander verlaufen. Die Wellplättelien werden durch Hartlöten
zu einer ganzen Blockeinheit vereinigt und dann zu Kontakten gewünschter Größe geschnitten.
Die einzelnen Wellen der Plättchen sind so ausgeführt, d.aß, wenn die Kontakte als
Gleitkontakte verwendet werden, die Kontaktfläche des b,.«-egliclien Kontaktes abwechselnd
über gut leitendes Metall und dann über den schwer schmelzbaren Werkstoff gleitet.
Bei der Anwendung der Kontakte mit wellenförmigen Schichten bzw. Plättchen braucht
man nicht dafür zu sorgen, daß die einzelnen Teile der Wellen an der Oberfläche
der zusammenwirkenden Kontakte senkrecht zueinander verlaufen, wie es in den Fig.
iound ii dargestellt ist; weil die Wellenteile einen zuverlässigen Kontakt zwischen
den Kontakten auch dann sichern, wenn die Wellenteile des einen Kontaktes unter
einem beliebigen Winkel zu den Wellenteilen des anderen Kontaktes verlaufen.
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Wird der Erfindungsgegenstand nach Fig. i bis 6 z. B. in Form von
Gleitkontakten ausgeführt, so können die Schichten auch bei dieser Ausführungsform
so angeordnet werden; daß sie statt senkrecht in einem zwischen 45 und 9o° liegenden
Winkel zu der Ebene der Kontaktfläche bzw. zu den Schichten des zusammenwinkenden
Kontaktes verlaufen.
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Durch die angegebene Ausbildung der Kontakte mit aus Lamellen gebildeter
Kontaktfläche ist ein kontinuierlicher elektrischer Leitungspfad durch das gut leitende
Metall gesichert. Derartige nicht schweißende Kontakte bedingen ferner einen geringen
Spannungsabfall an den Kontakten sowie einen geringen Widerstand und sind verschleiß-und
abbrandfest.
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Um das Bestreben der Kontakte, infolge von hohen, auf Lichtbögen und
andere Ursachen zurückzuführenden Temperaturelf mit-; einander zu kleben oder zu
schweißen, zu vermeiden, ist es bekannt, einen der beiden Kontakte aus besonders
zusammengesetzten Werkstoffen oder Mischungen herzustellen. Hierbei werden die Kontakte
aus feinzerteiltem Silber und Graphit vermischt und zu einem Block gewünschter Größe
und Form gepreßt. Das Silber hat einen geringen Widerstand, und der Graphit wirkt
wie ein Gegenflußmittel, um die Kleb- oder Schweißwirkung zu verhindern. Diese gut
leitenden Metallkohlen haben indessen den Nachteil, daß sie der zerstörenden Wirkung
des Schaltfeuers nur schlecht widerstehen können, so daß z. B. bei Schaltgeräten
für hohe Schalthäufigkeit ein außerordentlich häufiges Auswechseln der Kontakte
erforderlich wird.
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Bei einer anderen bekannten Zusammensetzung wird eine Mischung aus
pulverförmigem Silber und Bleioxyd benutzt, die zu einem Block gepreßt und gesintert
werden. Kontakte aus diesem besonderen Material bekommen jedoch nach einiger Zeit
Neigung zum Schweißen und sind verhältnismäßig teuer in der Herstellung; ferner
sind derartige Kontakte verhältnismäßig spröde, so daß sie beim Aufpra11 beim Schalten
leicht brechen können. Im übrigen haben Metallegierungen meistens einen viel zu
niedrigen Schmelzpunkt, um für elektrische Kontakte mit Erfolg verwendet werden
zu können.