EP1166299B1 - Schaltkontakt für elektrische schaltgeräte - Google Patents

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EP1166299B1
EP1166299B1 EP00922448A EP00922448A EP1166299B1 EP 1166299 B1 EP1166299 B1 EP 1166299B1 EP 00922448 A EP00922448 A EP 00922448A EP 00922448 A EP00922448 A EP 00922448A EP 1166299 B1 EP1166299 B1 EP 1166299B1
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EP
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contact
contact element
switching
segments
element segments
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EP00922448A
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Karl-Heinz Gunzelmann
Manfred KNÖFEL
Wolfgang Schlenk
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Siemens AG
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Siemens AG
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    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01H—ELECTRIC SWITCHES; RELAYS; SELECTORS; EMERGENCY PROTECTIVE DEVICES
    • H01H1/00—Contacts
    • H01H1/06—Contacts characterised by the shape or structure of the contact-making surface, e.g. grooved
    • H01H1/10—Laminated contacts with divided contact surface
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01H—ELECTRIC SWITCHES; RELAYS; SELECTORS; EMERGENCY PROTECTIVE DEVICES
    • H01H11/00—Apparatus or processes specially adapted for the manufacture of electric switches
    • H01H11/04—Apparatus or processes specially adapted for the manufacture of electric switches of switch contacts
    • H01H11/041—Apparatus or processes specially adapted for the manufacture of electric switches of switch contacts by bonding of a contact marking face to a contact body portion
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01H—ELECTRIC SWITCHES; RELAYS; SELECTORS; EMERGENCY PROTECTIVE DEVICES
    • H01H11/00—Apparatus or processes specially adapted for the manufacture of electric switches
    • H01H2011/0087—Welding switch parts by use of a laser beam

Definitions

  • the present invention relates to a switch contact for electrical switchgear, with a contact element that with a contact carrier is connected.
  • From DE-A-15 39 783 are switching contacts for electrical Switchgear known, for example, from a rectangular Contact carbon and a hemispherical metallic counterpart consist.
  • the contact carbon is either in one piece trained or it consists of two halves that are complete are assembled into a contact element.
  • the object is achieved through the further development of a Solved switching contact described above, the thereby is characterized in that the contact element from several contact element segments is formed that the individual contact element segments assembled to the contact element are and that the contact element via a welded joint is connected to the contact carrier.
  • the basic idea of the present invention is in that the contact element and thus that through the contact element button formed into several smaller individual segments is divided. These small individual segments can then be economically welded to the contact carrier connect. This can reduce the cost of manufacture of switching contacts can be significantly reduced. Farther is achieved by segmenting the contact element, that the internal stresses in the contact element or be reduced in the contact area in such a way that even at high switching stress a detachment of contact material is reduced from the contact element.
  • the contact element segments are advantageously without gaps Composed contact element.
  • the segment gap technically seen between the individual contact element segments essentially zero.
  • Through the close juxtaposition of the individual contact element segments becomes almost any size, continuous button generated.
  • the through the seamless joining of the contact element segments resulting shunts about the touching Edges can be easily compensated.
  • contact elements generated with a non-continuous button it is conceivable, for example, that contact elements with corresponding Recesses or the like are formed. This is particularly advantageous if the invention Switch contact in connection with other electrical components for example on a circuit board or the like is used.
  • the individual contact element segments each made of the same material or be made of the same material composition.
  • the individual Contact element segments made of different materials or Material compositions should be formed.
  • the contact element can consist of contact element segments each with the same geometries his.
  • the Contact element also from contact element segments with different Geometries.
  • Geometries and / or material compositions can be create a mosaic of different switching characteristics. For example, the trailing edges of the contact element made of a different material than the inside of the Contact element or the contact surface. When using a Resistance welding process for connecting the contact element with the contact carrier, the commutation of the Arc on the drain rails are facilitated.
  • the contact element segments themselves can also advantageously have regions with different material composition.
  • the contact element can have contact element segments have different heights.
  • the contact element segments arranged with a height be greater than the height of the contact element segments in the edge areas of the contact element. This allows Reduce the contact resistance of the switching contact when new.
  • the contact element can advantageously have a size of greater than or equal to 16 mm 2 .
  • the contact element is preferably via a resistance or Laser welded connection connected to the contact carrier.
  • a switching contact 10 having a contact element 12 is shown schematically in FIG.
  • the contact element 12 is connected to a contact carrier 11 by means of a suitable connection method, for example a resistance or laser welding method.
  • a suitable connection method for example a resistance or laser welding method.
  • the contact element 12 has a number of contact element segments 13, the individual contact element segments 13 being assembled to form the contact element 12.
  • Fig.1 that is Contact element 12 formed from six contact element segments 13, each with a square geometry and one each have the same height.
  • the contact element segments 13 are so composed to the contact element 12 that this in turn has a square geometry.
  • the contact element segments 13 are all made of the same material. Indeed can also contact element segments 13 with different Geometry and / or height and / or material composition are used so that contact elements 12 with any switching characteristic can be formed.
  • the contact element 12 By forming the contact element 12 from a number of individual contact element segments 13 can also be large Produce contact elements 12 with high binding proportions and strengths are connected to the contact carrier 11 can.

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Abstract

Es wird ein Schaltkontakt (10) für elektrische Schaltgeräte beschrieben, der ein Kontaktelement (12) aufweist, das mit einem Kontaktträger (11) verbunden oder verbindbar ist. Um insbesondere größere Kontaktelemente (12) mit ausreichender Verbindungsgüte, insbesondere mittels wirtschaftlichem Widerstandsschweißen, mit dem Kontaktträger (11) verbinden zu können, wird erfindungsgemäß vorgeschlagen, daß das Kontaktelement (12) aus einer Anzahl von Kontaktelementsegmenten (13) gebildet ist und daß die einzelnen Kontaktelementsegmente (13) zu dem Kontaktelement (12) zusammengesetzt sind. Zur Schaffung unterschiedlicher Schalteigenschaften können Kontaktelementsegmente (13) mit gleichen oder verschiedenen Werkstoffzusammensetzungen und/oder Geometrien verwendet werden.

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft einen Schaltkontakt für elektrische Schaltgeräte, mit einem Kontaktelement, das mit einem Kontaktträger verbunden ist.
Nicht selten weisen die für derartige Schaltkontakte verwendeten Kontaktelemente eine Größe von größer oder gleich 16 mm2 auf. Kontaktelemente mit solchen Größen lassen sich bis heute nur auf komplizierte und damit kostenintensive Weise mit den Kontaktträgern verbinden. Insbesondere mit wirtschaftlichen Verbindungsarten, wie beispielsweise dem Widerstandsschweißen, lassen sich bisher keine Verbindungen mit ausreichender Verbindungsgüte zwischen derartig großen Kontaktelementen und Kontaktträgern herstellen.
Zur Herstellung solcher Schaltkontakte muss deshalb zunächst ein homogenes Walz- oder Sinterkontaktelement mit entsprechenden Schalteigenschaften hergestellt werden, das anschließend über eine Lötverbindung mit dem Kontaktträger verbunden wird. Diese Herstellung ist jedoch relativ aufwendig sowie kosten- und zeitintensiv. Weiterhin werden durch das genannte Herstellungsverfahren innere Spannungen in dem Kontaktelement induziert, die bei hoher Schaltbeanspruchung zum Herauslösen von Kontaktmaterial aus dem Kontaktelement führen können.
Aus der DE-A-15 39 783 sind Schaltkontakte für elektrische Schaltgeräte bekannt, die beispielsweise aus einer rechteckigen Kontaktkohle und einem halbkugelförmigen metallischen Gegenstück bestehen. Die Kontaktkohle ist entweder einstückig ausgebildet oder sie besteht aus zwei Hälften, die lückenlos zu einem Kontaktelement zusammengesetzt sind.
Ausgehend vom eingangs genannten Stand der Technik liegt der vorliegenden Erfindung die Aufgabe zugrunde, einen Schaltkontakt der genannten Art derart weiterzubilden, dass die beschriebenen Nachteile vermieden werden.
Die Aufgabe wird erfindungsgemäß durch die Weiterbildung eines eingangs beschriebenen Schaltkontakts gelöst, der dadurch gekennzeichnet ist, dass das Kontaktelement aus mehreren Kontaktelementsegmenten gebildet ist, dass die einzelnen Kontaktelementsegmente zu dem Kontaktelement zusammengesetzt sind und dass das Kontaktelement über eine Schweißverbindung mit dem Kontaktträger verbunden ist.
Der grundlegende Gedanke der vorliegenden Erfindung besteht darin, dass das Kontaktelement und damit die durch das Kontaktelement gebildete Schaltfläche in mehrere kleinere Einzelsegmente aufgeteilt wird. Diese kleinen Einzelsegmente lassen sich dann durch Schweißen wirtschaftlich mit dem Kontaktträger verbinden. Dadurch können die Kosten für die Herstellung von Schaltkontakten erheblich reduziert werden. Weiterhin wird durch die Segmentierung des Kontaktelements erreicht, dass die inneren Spannungen im Kontaktelement, bzw. in der Kontaktfläche derart reduziert werden, dass auch bei hoher Schaltbeanspruchung ein Herauslösen von Kontaktmaterial aus dem Kontaktelement reduziert wird.
Durch die Zusammensetzung des Kontaktelements aus mehreren Kontaktelementsegmenten können Kontaktelemente mit einer nahezu beliebig großen Schaltfläche oder mit jeder beliebigen Schaltgeometrie erzeugt werden. Zusätzlich wird durch die erhöhte Stückzahl einer kleinsten gemeinsamen Basisgröße für verschieden große Schaltkontakte die Wirtschaftlichkeit der Schaltkontaktherstellung sowie deren Lagerhaltung verbessert.
Durch Verwendung von kleinen Kontaktelmentsegmenten lassen sich zwischen diesen und dem Kontaktträger Verbindungen mit hohen Bindeanteilen und hohen Festigkeiten erreichen.
Bevorzugte Ausführungsformen des Schaltkontaktes ergeben sich aus den Unteransprüchen.
Vorteilhaft sind die Kontaktelementsegmente lückenlos zum Kontaktelement zusammengesetzt. Dabei wird der Segmentspalt zwischen den einzelnen Kontaktelementsegmenten technisch gesehen im wesentlichen zu Null. Durch das enge Nebeneinandersetzen der einzelnen Kontaktelementsegmente wird eine nahezu beliebig große, ununterbrochene Schaltfläche erzeugt. Die durch das lückenlose Aneinanderfügen der Kontaktelementsegmente entstehenden Nebenschlüsse über die sich berührenden Kanten können auf einfache Weise ausgeglichen werden. Werden die Kontaktelementsegmente beispielsweise durch Widerstandsschweißen mit dem Kontaktträger verbunden, können die Nebenschlüsse durch eine entsprechend gewählte Schweißstromsteuerung ausgeglichen werden.
Durch Verwendung einzelner Kontaktelementsegmente für das Kontaktelement ist es aber auch möglich, dass Kontaktelemente mit nicht durchgehender Schaltfläche erzeugt werden. So ist es beispielsweise denkbar, dass Kontaktelemente mit entsprechenden Aussparungen oder dergleichen gebildet werden. Dies ist insbesondere dann von Vorteil, wenn der erfindungsgemäße Schaltkontakt in Verbindung mit anderen elektrischen Bauelementen beispielsweise auf einer Leiterplatte oder dergleichen verwendet wird.
In weiterer Ausgestaltung können die einzelnen Kontaktelementsegmente jeweils aus dem gleichen Werkstoff oder der gleichen Werkstoffzusammensetzung gebildet sein.
Gemäß einer weiteren Ausführungsform können die einzelnen Kontaktelementsegmente aus unterschiedlichen Werkstoffen oder Werkstoffzusammensetzungen gebildet sein.
Durch die Kombination von Kontaktelementsegmenten mit gleichen oder unterschiedlichen Werkstoffzusammensetzungen lassen sich Schaltkontakte mit unterschiedlichen Schalteigenschaften herstellen.
In weiterer Ausgestaltung kann das Kontaktelement aus Kontaktelementsegmenten mit jeweils gleichen Geometrien gebildet sein.
Gemäß einer weiteren Ausführungsform der Erfindung kann das Kontaktelement auch aus Kontaktelementsegmenten mit unterschiedlichen Geometrien gebildet sein.
Durch die Kombination von Kontaktelementsegmenten verschiedener Geometrien und/oder Werkstoffzusammensetzungen lässt sich ein Mosaik unterschiedlicher Schalteigenschaften herstellen. So können beispielsweise die Ablaufkanten des Kontaktelements aus einem anderen Material bestehen als die Innenbereiche des Kontaktelements bzw. der Kontaktfläche. Bei Verwendung eines Widerstands-Schweißverfahrens zur Verbindung des Kontaktelements mit dem Kontaktträger kann somit das Kommutieren des Lichtbogens auf die Ablaufschienen erleichtert werden.
Vorteilhaft können auch die Kontaktelementsegmente selbst Bereiche mit unterschiedlicher Werkstoffzusammensetzung aufweisen.
In weiterer Ausgestaltung kann das Kontaktelement Kontaktelementsegmente mit unterschiedlicher Höhe aufweisen. Beispielsweise können in der Mitte des Kontaktelements bzw. der Kontaktfläche Kontaktelementsegmente mit einer Höhe angeordnet sein, die größer ist als die Höhe der Kontaktelementsegmente in den Randbereichen des Kontaktelements. Dadurch lassen sich die Kontaktwiderstände des Schaltkontakts im Neuzustand verkleinern.
Vorteilhaft kann das Kontaktelement eine Größe von größer oder gleich 16 mm2 aufweisen.
Bevorzugt ist das Kontaktelement über eine Widerstands- oder Laser-Schweißverbindung mit dem Kontaktträger verbunden.
Durch die erfindungsgemäße Ausgestaltung des Schaltkontakts wird es möglich, dass bei ausreichender Verbindungsgüte größere Kontaktelemente mittels wirtschaftlichen Verbindungsarten, wie beispielsweise dem Widerstandsschweißen, mit dem Kontaktträger verbunden werden können.
Die Erfindung wird nun anhand eines Ausführungsbeispiels unter Bezugnahme auf die beiliegende Zeichnung näher erläutert. Dabei zeigt die einzige Figur 1 in perspektivischer Ansicht einen erfindungsgemäßen Schaltkontakt.
In Fig.1 ist in schematischer Weise ein Schaltkontakt 10 dargestellt, der ein Kontaktelement 12 aufweist. Das Kontaktelement 12 ist über ein geeignetes Verbindungsverfahren, beispielsweise ein Widerstands- oder Laser-Schweißverfahren, mit einem Kontaktträger 11 verbunden. Um insbesondere Kontaktelemente 12 mit einer Schaltfläche größer oder gleich 16mm2 wirtschaftlich und mit ausreichender Verbindungsgüte mit dem Kontaktträger 11 verbinden zu können, weist das Kontaktelement 12 eine Anzahl von Kontaktelement-segmenten 13 auf, wobei die einzelnen Kontaktelementsegmente 13 zu dem Kontaktelement 12 zusammengesetzt sind.
In dem in Fig.1 dargestellten Ausführungsbeispiel wird das Kontaktelement 12 aus sechs Kontaktelementsegmenten 13 gebildet, die jeweils eine viereckige Geometrie und jeweils eine gleiche Höhe aufweisen. Die Kontaktelementsegmente 13 werden derart zum Kontaktelement 12 zusammengesetzt, daß dieses wiederum eine viereckige Geometrie aufweist. Die Kontaktelementsegmente 13 sind alle aus demselben Werkstoff gebildet. Allerdings können auch Kontaktelementsegmente 13 mit unterschiedlicher Geometrie und/oder Höhe und/oder Werkstoffzusammensetzung verwendet werden, so daß Kontaktelemente 12 mit jeder beliebigen Schalteigenschaft gebildet werden können.
Wenn die einzelnen Kontaktelementsegmente 13 lückenlos zu einem Kontaktelement 12 zusammengesetzt werden, um somit eine durchgehende Schaltfläche zu generieren, werden die in Fig.1 nur zur Verdeutlichung der Eigenständigkeit der einzelnen Kontaktelementsegmente 13 dargestellten Segmentspalte 14 zwischen den einzelnen Kontaktelementsegmenten technisch gesehen im wesentlichen zu Null. Das bedeutet, daß die Seitenwände der einzelnen Kontaktelementsegmente 13 eben gegeneinander anliegen und daß sich Abweichungen hiervon nur im Rahmen der zulässigen Fertigungstoleranzen bewegen.
Durch die Bildung des Kontaktelements 12 aus einer Anzahl von einzelnen Kontaktelementsegmenten 13 lassen sich auch große Kontaktelemente 12 herstellen, die mit hohen Bindeanteilen und Festigkeiten mit dem Kontaktträger 11 verbunden werden können.

Claims (11)

  1. Schaltkontakt für elektrische Schaltgeräte, mit einem Kontaktelement (12), das mit einem Kontaktträger (11) verbunden ist, dadurch gekennzeichnet, dass das Kontaktelement (12) aus mehreren Kontaktelementsegmenten (13) gebildet ist, dass die einzelnen Kontaktelementsegmente (13) zu dem Kontaktelement (12) zusammengesetzt sind und dass das Kontaktelement (12) über eine Schweißverbindung mit dem Kontaktträger (11) verbunden ist.
  2. Schaltkontakt nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Kontaktelementsegmente (13) lückenlos zum Kontaktelement (12) zusammengesetzt sind.
  3. Schaltkontakt nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass die einzelnen Kontaktelementsegmente (13) jeweils aus dem gleichen Werkstoff oder der gleichen Werkstoffzusammensetzung gebildet sind.
  4. Schaltkontakt nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass die einzelnen Kontaktelementsegmente (13) aus unterschiedlichen Werkstoffen oder Werkstoffzusammensetzungen gebildet sind.
  5. Schaltkontakt nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass das Kontaktelement (12) aus Kontaktelementsegmenten (13) mit jeweils gleichen Geometrien gebildet ist.
  6. Schaltkontakt nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass das Kontaktelement (12) aus Kontaktelementsegmenten (13) mit unterschiedlichen Geometrien gebildet ist.
  7. Schaltkontakt nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass die Kontaktelementsegmente (13) Bereiche mit unterschiedlicher Werkstoffzusammensetzung aufweisen.
  8. Schaltkontakt nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, dass das Kontaktelement (12) Kontaktelementsegmente (13) mit unterschiedlicher Höhe aufweist.
  9. Schaltkontakt nach einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, dass das Kontaktelement (12) eine Größe von größer oder gleich 16 mm2 aufweist.
  10. Schaltkontakt nach einem der Ansprüche 1 bis 9, dadurch gekennzeichnet, dass das Kontaktelement (12) über eine Widerstands-Schweißverbindung, mit dem Kontaktträger (11) verbunden ist.
  11. Schaltkontakt nach einem der Ansprüche 1 bis 9, dadurch gekennzeichnet, dass das Kontaktelement (12) über eine Laser-Schweißverbindung, mit dem Kontaktträger (11) verbunden ist.
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