EP1895554A1 - Electrical contact with signal zone for signaling contact-wear - Google Patents
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- EP1895554A1 EP1895554A1 EP06405377A EP06405377A EP1895554A1 EP 1895554 A1 EP1895554 A1 EP 1895554A1 EP 06405377 A EP06405377 A EP 06405377A EP 06405377 A EP06405377 A EP 06405377A EP 1895554 A1 EP1895554 A1 EP 1895554A1
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- H01H—ELECTRIC SWITCHES; RELAYS; SELECTORS; EMERGENCY PROTECTIVE DEVICES
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- H01H2001/0026—Means for testing or for inspecting contacts, e.g. wear indicator wherein one or both contacts contain embedded contact wear signal material, e.g. radioactive material being released as soon as the contact wear reaches the embedded layer
Definitions
- the invention is in the field of electrical switches and relates to an electrical contact for an electrical switching device.
- the electrical contact in particular has a signal zone for signaling wear.
- the invention further relates to an electrical switching device with such an electrical contact, and a method for producing an electrical contact.
- Contacts electrical switches are usually exposed to wear. Wear can occur, for example, as a result of mechanical wear as a result of friction during shifting. Such wear also occurs in particular in the case of plug contacts, ie contacts which slide against one another during the switching operation. Wear of the electrical contacts occurs, inter alia, in the low and medium voltage range (from 1 kV), especially when a high mechanical pressure between is applied to the contacts, for example, to minimize the contact resistance between the contacts and to optimize the short circuit strength. Further, when switching AbbrandCounten, but also from other contacts, arcs and the resulting high temperatures and hot gases (plasma) and other damage further wear of the contacts result.
- plasma hot gases
- Such wear can be uncritical at first, but can also have critical consequences, especially in safety-critical applications. Therefore, special maintenance measures may be required. For example, it may be necessary to determine regularly and reliably whether excessive wear exists. If this is the case, measures to repair the switches or contacts, such as repair or replacement, may be necessary. If such wear is not detected and repaired in good time, the contacts of a switching device, e.g. due to overheating. In the event of such a failure, it can not be ruled out that further systems will be damaged or destroyed, for example if the switch is no longer able to interrupt a short circuit. This can result in significant economic damage or personal injury. For these reasons, in the case of safety-relevant and / or wear-prone switching devices, regular checking of the contacts is indispensable in order to determine the degree of wear or the remaining service life.
- One method of wear detection is to measure the volume resistance of the switch. This measurement is based on the assumption that the volume resistance increases during wear. However, such a measurement is not always reliable possible. Also is from the US 5,453,591 the use of a vaporizable material (eg, silicon) for a burnout contact of an SF6 circuit breaker known. The vaporizable material is buried under the surface of a Teflon nozzle in a region of the nozzle which is subject to erosion and wear.
- a vaporizable material eg, silicon
- control methods have various limitations, for example, reliability of wear detection, technical or economical manufacturability, simplicity and economy of wear tests, and / or flexibility with respect to, for example, the materials usable in the wearing parts ,
- the present invention seeks to alleviate at least some of the above problems.
- the object is achieved by the electrical contact according to the independent claim 1, by the electrical switching device according to the dependent claim 13 and by the method for producing an electrical contact according to the independent claim 14.
- an electrical contact for example a plug contact
- the electrical contact comprises a contact surface for detachable electrical contact, for example, the contact with a mating contact of the electrical switching device, and a signal zone with an electrically conductive matrix and a plurality of capsules arranged in the matrix.
- the matrix may also be referred to as a carrier or filler.
- the term signal zone encompasses spatial areas of any shape and extent, in particular also layers.
- the signal zone may be partially or completely covered by a wear layer.
- the matrix of the signal zone may contain a material that is also contained in the wear layer or in the base material.
- the capsules arranged in the matrix of the signal zone each contain a signal substance and may additionally have a shell surrounding the signal substance.
- the signal zone is arranged so that when the signal zone is worn, i. during a wear process of the signal zone, the signal substance of at least part of the capsules can be released in order to signal a wear state of the electrical contact.
- a wear condition may be present when the wear of the electrical contact has exceeded a critical limit, e.g. if the wear zone covering the signal zone, if any, is in a worn condition.
- the electrical contact according to the invention it is possible to detect wear of the electrical contact without direct access to the electrical contact. It is possible in particular, a Detector for the signal substance at a different potential than to hold the potential of the electrical contact. Thereby, the wear condition can be detected while the switch is in operation and, for example, a (high) voltage is applied to the switch.
- an electrical switching device with the above-described electrical contact, which comprises a detector for detecting the signal substance.
- the detector is typically electrically isolated from the electrical contact and is most typically grounded.
- a method for producing an electrical contact comprises the following steps: an electrically conductive base material is provided; a signal zone is applied to a region of the base material, wherein capsules of the signal zone, each having a signal substance and typically a shell enveloping the signal substance, are arranged in an electrically conductive matrix of the signal zone, ie embedded, integrated or be enclosed;
- an electrically conductive wear layer is formed so as to completely or partially cover the signal zone.
- the contact surface may be formed by the signal zone or optionally by the wear layer.
- the application of the signal zone or the formation of the wear layer can take place in one step with the formation of the contact surface.
- the signal zone is arranged so that upon signal zone wear, the signal substance of at least a portion of the capsules may be released to signal a wear condition of the electrical contact.
- a second signal zone is applied approximately to a second region of the base material or to the above (first) signal zone, wherein second capsules, each having a second signal substance, in a second matrix of the second Signal zone can be arranged.
- an electrically conductive second wear layer is further formed. In this way, the second signal substance of at least part of the second capsules can be released, for example during a wear process of the second signal zone, in order to signalize a second wear state of the electrical contact.
- a method for producing an electrical switching device in which an electrical contact is made as described above, and a detector, which is preferably electrically isolated from the contact, is provided for detecting the signal substance.
- the invention relates to all types of contacts of electrical switching devices.
- the invention also relates to an apparatus for carrying out the disclosed manufacturing process and also comprises apparatus parts for carrying out individual process steps.
- the invention is further directed to methods according to which the described switching devices and contacts work.
- Figure 1 shows in cross section an electrical switching device 1. It may, for example, a low-voltage switching device or a switching device for voltages above 1kV, so about a circuit breaker, a load switch, a circuit breaker or a grounding switch.
- the switching device 1 has two contacts 2, 3, which are referred to below as the electrical contact 2 and 3 as counter contact. These Nomenclature is interchangeable; it could just as well be the contact 2 as a mating contact and the contact 3 as an electrical contact. Next, a detector 4 is shown.
- the contacts 2, 3 may also be referred to as contact pieces or as switching pieces.
- the contacts 2 and 3 touch each other on contact surfaces of the respective contacts and thus are in electrical contact or in electrical connection.
- the electrical switching device 1 is thus closed.
- the electric switching device 1 can be opened by moving the contacts 2 and 3 apart in the horizontal direction, so that the electrical connection between them is disconnected.
- the electrical contact 2 can be moved in the image plane to the left.
- the contacts 2 and 3 could be moved apart in some other way, e.g. by a vertical movement or by a rotational movement.
- the contacts 2 and 3 can be connected non-positively in the rule.
- the contacts are plug contacts, i. when opening and closing, the contacts 2 and 3 rub or slide against each other. Lifting contacts, sliding contacts or rolling contacts can generally be used. It can also be used rolling contacts. Among other things by the friction, the contacts 2 and 3 are subject to mechanical wear.
- FIG. 1 Not shown in Figure 1 are further typical components of the switching device such as connections to an external circuit; Current paths leading from the contacts to the terminals, a drive for generating a switching movement of the contact 2 and / or 3; a body, a housing and other optional components such as an arc extinguishing device.
- Figure 2 shows schematically the structure of an inventive electrical contact, as it corresponds for example to the electrical contact 2 of Figure 1.
- the electrical contact 2 has the following areas: a base material 10; a signal zone 20 disposed on the base material 10; and a wear layer 40 covering the signal zone 20.
- a portion of the outer surface of the contact forms a contact surface for releasably electrically contacting the contact 2 with a mating contact 3 (see FIG. 1).
- the features of these areas described below can be combined individually, independently of the embodiment shown in FIG.
- the base material 10 is made of an electrically conductive metal such as copper or aluminum and forms the solid body of the contact 2.
- the base material 10 is contacted with a current lead (or lead), which is not shown.
- the signal zone 20 is a layer, eg a dispersion layer. It is typically between 2 ⁇ m and 20 ⁇ m thick, more typically between 5 ⁇ m and 10 ⁇ m. It includes a matrix.
- a matrix is understood here to mean any material that allows another substance to be arranged therein.
- the signal zone is an at least biphasic material having a matrix as a first phase and a second phase dispersed in the matrix.
- the substance to be incorporated is completely enclosed by the matrix.
- the matrix can also be referred to as a carrier material or as a base.
- a capsules are arranged, more precisely embedded therein, ie the capsules are enclosed by the matrix.
- a capsule is understood to mean a substance quantity having a substantially compact form.
- the capsules could also be referred to as extraneous phase or as a second phase, as grains or as particles.
- the matrix is electrically conductive and encloses the capsules in such a way that an electrically conductive connection between the base material 10 and the wear layer 40 is possible via the matrix.
- the matrix of the signal zone 20 is compatible with the base material 10 and the wear layer 40 and includes, for example, copper, aluminum or silver.
- compatible is understood here to mean that no unwanted chemical reactions or other disruptive interactions take place between the materials involved, or that these take place at least only to a negligible extent, so that the function of the contact is permanently or almost not impaired.
- FIG. 9a One of the capsules of the signal zone is shown by way of example in FIG. 9a.
- the capsule 30 has an outer shell 32. Within the envelope is a signal substance 34.
- Another capsule is shown in Fig. 9b. This capsule does not have a shell, i. she is without a shell.
- the capsules shown are spherical, but other capsule forms are possible, such as capsule-shaped capsules. Regardless of the embodiment shown, it has advantages if the capsules have no holes (as opposed to a donut or ring). In this way, a particularly compact form of the capsules is possible, and the ratio of volume to surface of the capsules is low, ie relatively high. However, a "donut" -like shape of the capsules is also conceivable, since such an open structure could improve the adhesion of the capsules in the layer.
- the diameter of the capsules is between a lower limit of 0.1 microns and an upper limit of about 100 microns, they are typically up to 10 microns in size. Most typically, the capsules have a diameter between 0.2 microns and 3 microns.
- any odorant is suitable.
- a gas such as CO can be advantageously used. CO can also occur in a fire.
- two hazards can be detected with a CO detector.
- Other substances that can be detected chemically or optically or in another way are suitable as signaling substance, for example dyes, fluorescent or radioactive substances, foreign metals, or oxidizing or reducing substances.
- the signal substance 34 is usually different from the material of the wear layer 40 and, as a rule, also from the material of the base material 10. Typically, it is even different from any other material contained in the contact. Furthermore, the signal substance 34 is different from the materials released during normal operation.
- the signal substance 34 preferably has no high affinity with the matrix or with the wear layer. Therefore, e.g. sulfuric compounds are poorly suited if the matrix and / or the wear layer contains silver, since sulphurous compounds have a high affinity for silver.
- the signal substance 34 may completely fill the capsule or the interior of the sheath 32 or be embedded in a matrix-like manner in a filler which is likewise located in the capsule or within the sheath 32.
- the signal substance 34 may be gaseous, liquid or solid.
- the envelope 32 serves inter alia to package the signal substance in the capsule form. For example, if the signal zone is applied as a layer by a galvanization process, the envelope ensures that in manufacture the capsules retain their shape approximately, and that the signal substance does not volatilize or dissolve, for example, in the electrolyte solution.
- the sheath 32 separates the signal fabric 34 from the matrix and from other parts of the contact. Thus, the sheath ensures that no interfering reactions occur between signal fabric 34 and another part of the contact, such as the wear layer or the base material.
- the envelope thus allows the signal substance 34 and the carrier to be chosen freely, without having to worry about whether both substances are compatible with each other.
- the signal substance can be selected independently of whether it is compatible with the wear layer 40, the base material 10 or with other parts of the switching device 1.
- the envelope 32 itself is compatible with the matrix. It can, depending on the requirements, consist of different materials and include, for example, polymers.
- the sheath can be dispensed with if the signal substance is non-volatile and sufficiently compatible during manufacture.
- This is e.g. usually the case when, for example, a solid signal substance, e.g. in the form of metal particles.
- An envelopeless signaling material can e.g. be arranged in an open-pore structure, such as in a spongy or zeolite-like matrix.
- the signal substance can be introduced into this structure by capillary forces and held therein.
- the signal substance may be dispersed as a dispersion in a shellless capsule matrix and thus stably disposed therein.
- the signal substance is present as fibers (GFK, CFK) and the matrix is e.g. is realized by a wax.
- the preparation of a capsule with or without shell can be done by known methods. Such methods are for example in the publication "Microencapsulation” by Bettina Hobein and Bernd Lutz (Aulis Verlag Deubner, Cologne 1989).
- the wear layer 40 shown in FIG. 2 completely covers the signal zone 20.
- the wear layer 40 forms a contact surface of the electrical contact 2 for contacting with the mating contact 3.
- the wear layer depending on the application, may be between 5 ⁇ m and 50 ⁇ m thick and is typically between 10 ⁇ m and 30 ⁇ m thick. It contains an electrically conductive material, such as Silver or nickel. Silver has the advantage that it allows a good contact between the electrical contact 2 and the mating contact 3 due to its relatively low hardness and its electrical properties.
- the electrical contact 2 is usually subject to wear during operation.
- Fig. 3 the electrical contact of Fig. 2 is shown with typical Verschleisserscheinept. Due to the wear, the wear layer 40 is partially worn away, namely in a worn area 44, and the signal zone is exposed in this area 44. If the wear condition shown in Fig. 3 is present, further wear of the signal zone will release the signal substance of some capsules of the signal zone into the environment, e.g. evaporated in the ambient gas. This process can also be referred to as a wear process of the signal zone 20. In this process, if present, the shells of the capsules are destroyed or at least opened.
- the signal fabric is released when the wear layer 40 is in a worn condition, ie, when its wear has exceeded a critical limit. Due to the liberated signal substance of this wear state of the contact 2 can be signaled: it is namely signals that at least a portion of the wear layer 40 is worn so that the signal zone 20 is exposed.
- the wear can be detected by detecting the released signal substance.
- the human nose can be used for detection.
- a detector device for example an electronic odor or gas detector such as an "electronic nose” will be used to detect the released signal substance.
- Such "electronic noses” for odor or gas detection are described, for example, in the Physics Journal 7/2006 (ed. Deutsche Physikalische Deutschen), page 25ff, and in the references cited therein.
- the detector 4 is arranged so that sufficient signal substance can reach the detector for detection, i. it is usually arranged in the switching device and / or in the vicinity of the contact 2.
- the detector 4 is isolated from the electrical contact 2 and therefore may be at a different electrical potential than the electrical contact 2.
- the detector 4, as shown in Fig. 1, is at ground potential. This makes it possible that wear can be checked and possibly detected, even though a voltage or even a high voltage is applied to the switching device or to the electrical contact 2.
- a current flow typically passes through the electrical contact 2 as follows (see FIG. 1): the current is fed via a feed line into the base material 10 of the electrical contact 2 and traverses the base material; in the vicinity of the contact point of the electrical contact 2 and mating contact 3, the current passes through the signal zone 20 and the wear layer 40 of the electrical Contact 2, and occurs at the contact point on the mating contact 3.
- a reverse current flow to the supply line can be described.
- the matrix of the signal zone 20 has a lower electrical resistance than the signal capsules, as a rule, the signal capsules are even electrically insulating. Therefore, current passing through the signal zone essentially passes through the matrix. Therefore, it is preferred that the matrix be a low resistance conductive connection through the signal zone 20.
- the signal zone 20 during the operation of the switch influences the current flow through the electrical contact as little as possible and in particular generates no or only a small additional electrical resistance.
- the resistance of the contact is defined as the resistance between a contact of the contact and the contact surface of the contact.
- the proposed contact preferably has a resistance which is not or only slightly, i. up to about 20%, is higher than the resistance of a corresponding current normal contact without signal zone. Regardless of the other characteristics of the switching device, it is desirable that the total resistance of the contact be less than 500 ⁇ Ohm, preferably less than 200 ⁇ Ohm.
- the matrix be electrically conductive and provide a conductive connection through the signal zone 20.
- the matrix of the signal zone 20 is typically a material that has a low Contact resistance with both the base material 10 and the wear layer 40 has. More typically and independently of the embodiment shown, the matrix contains a material that is also contained in the base material 10 and / or in the wear layer 40. As a result, a low contact resistance of the signal zone is achieved. The resistance of the contact can also be minimized by reducing the thickness of the signal zone.
- the thickness of the signal zone may be reduced to a minimum thickness equal to the diameter of the capsules, ie typically up to less than 10 microns or even up to about 3 microns.
- the thickness of the signal zone By a suitable choice of the thickness of the signal zone, it can be achieved that the total resistance of the contact 2 is below 500 ⁇ ohms or even below 200 ⁇ ohms. It has been found that, depending on the materials used, a layer thickness of less than 50 ⁇ m may allow this condition to be met.
- the electrical resistance of the wear layer 20 can, as described, also be influenced by the capsules 30.
- the maximum cross-sectional area of the capsules 30 is smaller than a contact surface provided for contact with the mating contact 3 on the wear layer 40.
- the capsules have a diameter of less than 20 ⁇ m or 10 ⁇ m.
- the volume fraction of the capsules in the total volume of the signal zone is less than 40%, in particular less than 30%.
- the volume fraction of the capsules in the total volume of the signal zone is more than 5%, particularly preferably more than 10%.
- the production of the layers 20 and 40 on the base material 10 can be carried out by electrodeposition.
- the signal zone or signal layer 20 is applied to the base material 10 using a suitable electrolyte solution as a galvanic dispersion layer (also code position or hybrid deposition).
- a galvanic dispersion layer also code position or hybrid deposition
- the microcapsules are mixed in appropriate concentration with the electrolytic solution for the layer deposition.
- the wear layer is applied as a separate layer
- the wear layer 40 is then applied to the signal zone 20 as a conventional galvanic layer using another electrolyte solution.
- the galvanic layers need not cover the entire surface of the contact, but can be selectively deposited by conventional methods to coat only a portion of the surface.
- the signal zone 20 can also be applied by other means, such as by vapor deposition, rolling, or by a chemical process. It is also not necessary for the signal zone to be a layer. It is also conceivable that the signal zone extends into any other spatial area of the contact 2. For example, the signal capsules may be distributed throughout the base material 10 or in a portion of the base material of the contact 2. The term signal zone thus encompasses any spatial regions and in particular signal layers.
- FIG. 4 shows a contact in which the signal zone 20 and the wear layer 40 cover only a part of the surface of the electrical contact 2.
- the wear layer 40 covers a greater part of the surface, while the signal zone 20 covers only a smaller and more particularly wear-prone area of the surface.
- FIG. 5 shows schematically another electrical contact according to the invention.
- the electrical contact 2 of FIG. 5 has a first signal zone 20 and a second signal zone 28. Both signal zones are covered by a wear layer. A portion of the wear layer covering the first signal zone 20 may be considered as a first wear layer 40; and a portion of the wear layer covering the second signal region 28 may be considered a second wear layer 48.
- the first and second signal zones 20 and 28 each comprise signal capsules analogous to the signal zone described in FIG. However, the signal in the signal capsules of the second signal zone 28 is typically different from the signal substance in the signal capsules of the first signal zone 20. In this way, the wear of the first wear layer 40 from the wear of the second wear Layer 48 can be distinguished.
- FIG. 6 schematically shows another electrical contact 2 according to the invention. Similar to FIG. 5, this contact 2 has a first signal zone 20 and a second signal zone 28. The second signal zone 28 is covered by the first signal zone 20. The first signal zone 20 is in turn covered by the wear layer 40. Thus, the signal substance of the first signal zone 20 can be released when the wear layer 40 is at least partially worn. Furthermore, the signal substance of the second signal zone 28 can be released when the first signal zone 20 is at least partially worn.
- the signal substances of the first and second signal zones 20 and 28 can thus signal two different wear states, similar to FIG. 5, such as a less critical wear state "wear layer 40 is worn", and a more critical wear condition. State "wear layer 40 and first signal zone 20 are worn”.
- the two signal zones can also be partially arranged, for example, partially above one another, partly next to each other or otherwise spatially.
- the first and second signal zones may optionally include signal capsules each having different, i. contain signal substance associated with the respective signal zone, so that it is possible to differentiate between about two different states of wear.
- the second signal zone 28 may further include any of the features described for the first signal zone 20.
- both signal zones directly adjoin one another.
- the signal zones may also be spatially separated, for example to signal the wear of two spatially separated wear layers or wear zones. It is also not absolutely necessary that the signal substance in both layers is different, since it suffices in some applications determine that there is wear.
- the wear type can also be determined, under certain circumstances, from the spatial origin of the signal substance. Analogous to the described contact with two layers, contacts with more than two layers are also possible.
- FIG. 7 schematically shows another electrical contact 2 according to the invention.
- the signal zone 20 is not covered here by a separate wear layer 40. Rather, a wear layer is formed by signal zone 20 itself.
- the signal zone 20 also forms the contact surface of the contact.
- the wear detection by means of the signal zone 20 here differs from the wear detection in the contacts shown in FIGS. 2 to 6, which have a signal zone 20 covered by the wear layer 40.
- the signal zone 20 of Fig. 7 is from the beginning, i. also in unworn condition, free. Therefore, from the beginning, i. in the original state of wear, a wear effect on the signal zone 20 and thus signal substance are released. Thus signal substance can be released even if the wear state is not yet critical.
- a detector 4 for detecting the amount or concentration of the signal substance is disposed in the vicinity of the contact 2.
- the detector is connected to an evaluation unit.
- the evaluation unit comprises an integration unit which can determine the total detected quantity of the signal substance by forming a temporal integral or a sum over the detected quantity or concentration of the signal substance.
- the temporal integral or the sum is an indicator of the total wear so far.
- the evaluation unit can thus generate a warning signal, if according to the indicator, the total wear has exceeded a critical limit.
- the signal substance of the signal capsules signal the wear state of the contact 2.
- the wear layer in the unworn state it is not necessary for the wear layer in the unworn state to completely cover the signal zone. Instead, it may also be advantageous that the wear layer does not cover the signal zone. It is also possible that the wear layer only partially covers the signal zone.
- Figure 8 shows an electrical contact in which the signal zone 20 and the wear layer 40 are arranged on the entire surface of the contact. This distinguishes the contact from the electrical contact shown in FIG. 2, since in FIG. 2 only the surfaces on two of the sides of the electrical contact 2 are provided with a signal and a wear layer. This illustrates that the signal zone and the wear layer can each be applied to the entire surface of the electrical contact 2 or only on a part of the surface.
- the electrical contacts shown in Figures 2 to 8 can be further varied without departing from the scope defined in the claims.
- a gradual increase in the concentration of signal capsules toward the interior of the signal zone ie toward the base material 10
- a signal zone with a concentration gradient of the signal capsules can be made by changing the signal capsule concentration during plating, for example by making the electrical contact during the plating
- Electroplating is immersed in two or more than two different electrolyte baths with decreasing concentration of signal capsules.
- the electrical contact 2 may have the wear layer 40 and / or the signal zone 20 only at a limited area, for example in a region intended for contact with the mating contact 3.
- the signal zone and / or the wear layer can be applied selectively.
- the contact may also include additional layers, for example an intermediate layer disposed between the base material 10 and the signal region 20 or between the signal region 20 and the wear layer 40, if present.
- the interlayer may comprise a nickel layer of e.g. less than 5 microns thick. With such a nickel intermediate layer, an improvement in the adhesion can be achieved.
- the wear layer and the signal zone have been described in connection with the electrical contact 2 of the electrical switching device 1 (see FIG. 1).
- the mating contact 3 could have these layers or zones. Both contacts, ie both the electrical contact 2 and the mating contact 3, could also have such layers or zones. In many cases, however, it is sufficient for reliable wear detection if only one of the contacts 2 or 3 has these layers or zones. In general, it is desirable that this is in all likelihood wear-sensitive or safety-relevant contact, or that this is the contact on which the layers or zones can be produced in a simpler manner, for example because it consists of fewer pieces to be manufactured separately than the one other (counter) contact exists.
- the invention is generally suitable for electrical contacts electrical switching devices of any kind. It is also suitable for a consumable contact such as a circuit breaker. Such burnup contact usually consists of a switching pin and a erasing tulip.
- one of these burnup contacts can be equipped with a signal zone and optionally with a wear layer analogous to the electrical contact in one of FIGS. 2-8.
- the signal zone may be applied to the entire surface of the consumable contact or only to a wear-sensitive portion of the consumable contact, as described above.
- Both burn-off contacts can also be equipped with the signal zone according to the invention. As shown in Fig. 5, different areas of the consumable contact may be provided with different signal zones. As a result, it is possible to differentiate between different burn-off mechanisms, such as short-circuit circuits or nominal current shutdowns.
- Such a generator circuit breaker is often used in a quenching and insulating gas atmosphere, such as SF6.
- a quenching and insulating gas atmosphere such as SF6.
- the detection of the signal substance with the human nose is usually not possible.
- optical detection or detection by a sensor 4 is possible.
- a start-up switch is described as a circuit breaker.
- a start-up switch has a movable contact and a fixed mating contact (also called fixed or fixed contact).
- the movable contact is as a contact blade or contact tube executed, which can be pivoted for switching about an axis.
- the mating contact comprises a plurality of stacked flat contact elements which form a space for insertion of the electrical contact.
- this contact structure can be referred to as a plug contact, since during the switching operation of the electrical contact and the mating contact rub against each other.
- the electrical contact and / or the mating contact of the starting switch can be equipped with a wear layer and a signal zone analogously to the contacts described above.
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Abstract
Description
Die Erfindung liegt auf dem Gebiet elektrischer Schalter und betrifft einen elektrischen Kontakt für ein elektrisches Schaltgerät. Der elektrische Kontakt weist insbesondere eine Signal-Zone zum Signalisieren von Verschleiss auf. Die Erfindung betrifft ferner ein elektrisches Schaltgerät mit einem solchen elektrischen Kontakt, und ein Verfahren zur Herstellung eines elektrischen Kontakts.The invention is in the field of electrical switches and relates to an electrical contact for an electrical switching device. The electrical contact in particular has a signal zone for signaling wear. The invention further relates to an electrical switching device with such an electrical contact, and a method for producing an electrical contact.
Kontakte elektrischer Schalter sind in der Regel Verschleiss ausgesetzt. Verschleiss kann beispielsweise durch mechanische Abnutzung infolge von Reibung beim Schalten entstehen. Solcher Verschleiss tritt insbesondere auch bei Steckkontakten auf, d.h. bei Kontakten, die während des Schaltvorgangs gegeneinander gleiten. Verschleiss der elektrischen Kontakte tritt unter anderem im Nieder- und im Mittelspannungsbereich (ab 1 kV) auf, und zwar besonders dann, wenn ein hoher mechanischer Druck zwischen den Kontakten ausgeübt wird, etwa um den Kontaktwiderstand zwischen den Kontakten zu minimieren und die Kurzschlussfestigkeit zu optimieren. Ferner können beim Schalten von Abbrandkontakten, aber auch von anderen Kontakten, Lichtbögen und die dadurch erzeugten hohen Temperaturen und heißen Gase (Plasma) sowie sonstige Beschädigungen weiteren Verschleiss der Kontakte zur Folge haben.Contacts electrical switches are usually exposed to wear. Wear can occur, for example, as a result of mechanical wear as a result of friction during shifting. Such wear also occurs in particular in the case of plug contacts, ie contacts which slide against one another during the switching operation. Wear of the electrical contacts occurs, inter alia, in the low and medium voltage range (from 1 kV), especially when a high mechanical pressure between is applied to the contacts, for example, to minimize the contact resistance between the contacts and to optimize the short circuit strength. Further, when switching Abbrandkontakten, but also from other contacts, arcs and the resulting high temperatures and hot gases (plasma) and other damage further wear of the contacts result.
Solcher Verschleiss kann zuerst unkritisch sein, aber auch, vor allen bei sicherheitsrelevanten Anwendungen, kritische Konsequenzen mit sich führen. Daher können besondere Massnahmen zur Instandhaltung erforderlich sein. Beispielsweise kann es erforderlich sein, regelmässig und zuverlässig festzustellen, ob übermässiger Verschleiss vorliegt. Falls dies der Fall ist, können Massnahmen zur Instandsetzung der Schalter bzw. der Kontakte, also etwa Reparatur oder Austausch, notwendig sein. Wird ein solcher Verschleiss nicht rechtzeitig festgestellt und behoben, so können die Kontakte eines Schaltgerätes z.B. durch Überhitzung ausfallen. Bei einem solchen Ausfall ist es nicht auszuschliessen, dass weitere Anlagen geschädigt oder zerstört werden, etwa wenn der Schalter nicht mehr in der Lage ist, einen Kurzschluss zu unterbrechen. Dies kann dazu führen, dass erheblicher wirtschaftlicher Schaden entsteht oder dass Personen zu Schaden kommen. Aus diesen Gründen ist bei sicherheitsrelevanten und / oder verschleissanfälligen Schaltgeräten eine regelmässige Kontrolle der Kontakte unverzichtbar, um den Grad der Abnutzung oder die Restlebensdauer festzustellen.Such wear can be uncritical at first, but can also have critical consequences, especially in safety-critical applications. Therefore, special maintenance measures may be required. For example, it may be necessary to determine regularly and reliably whether excessive wear exists. If this is the case, measures to repair the switches or contacts, such as repair or replacement, may be necessary. If such wear is not detected and repaired in good time, the contacts of a switching device, e.g. due to overheating. In the event of such a failure, it can not be ruled out that further systems will be damaged or destroyed, for example if the switch is no longer able to interrupt a short circuit. This can result in significant economic damage or personal injury. For these reasons, in the case of safety-relevant and / or wear-prone switching devices, regular checking of the contacts is indispensable in order to determine the degree of wear or the remaining service life.
Üblicherweise ist es jedoch aufwändig und unwirtschaftlich, den Verschleiss zuverlässig festzustellen. Das gilt insbesondere dann, wenn der Schalter unter Spannung steht und / oder Strom führt und nicht ohne weiteres von der Spannungs- bzw. Stromquelle getrennt werden kann. Dies gilt beispielsweise häufig für Hochspannungs-Kontakte, die in mit SF6-Schutzgas betriebenen Leistungsschaltern eingesetzt werden. Hier erfordert der nötige Kontrollprozess, dass der Schalter ausser Betrieb genommen wird. Hierzu ist ein Abpumpen des SF6-Gases aus dem Schaltraum nötig, anschliessend muss der Schalter demontiert werden.Usually, however, it is complicated and uneconomical to reliably determine the wear. This is especially true when the switch is under voltage and / or current and can not be easily separated from the voltage or current source. For example, this often applies to high-voltage contacts that are in SF6 shielding gas operated circuit breakers are used. Here, the necessary control process requires that the switch is taken out of service. This requires pumping out the SF6 gas from the switch room, then the switch must be dismantled.
Eine Methode der Verschleiss-Erkennung besteht in der Messung des Durchgangswider-standes des Schalters. Diese Messung beruht auf der Annahme, dass sich bei Verschleiss der Durchgangswiderstand erhöht. Jedoch ist eine solche Messung nicht immer zuverlässig möglich. Auch ist aus der
Die oben genannten Kontroll-Verfahren weisen jedoch verschiedene Beschränkungen auf, beispielsweise hinsichtlich der Zuverlässigkeit der Verschleiss-Erkennung, der technischen oder wirtschaftlichen Herstellbarkeit, der Einfachheit und der Wirtschaftlichkeit der Verschleiss-Untersuchungen, und / oder der Flexibilität etwa hinsichtlich der in den Verschleissteilen verwendbaren Materialien.However, the above-mentioned control methods have various limitations, for example, reliability of wear detection, technical or economical manufacturability, simplicity and economy of wear tests, and / or flexibility with respect to, for example, the materials usable in the wearing parts ,
Die vorliegende Erfindung versucht zumindest einige der oben genannten Probleme zu mindern. Die Aufgabe wird gelöst durch den elektrischen Kontakt gemäß dem unabhängigen Anspruch 1, durch das elektrische Schaltgerät gemäß dem abhängigen Anspruch 13 und durch die Methode zur Herstellung eines elektrischen Kontakts gemäß dem unabhängigen Anspruch 14. Weitere Vorteile, Merkmale, Aspekte und Details der Erfindung sowie bevorzugte Ausführungen und besondere Aspekte der Erfindung ergeben sich aus den Unteransprüchen, der Beschreibung und den Figuren.The present invention seeks to alleviate at least some of the above problems. The object is achieved by the electrical contact according to the
Gemäss einem Aspekt der Erfindung wird ein elektrischer Kontakt, beispielsweise ein Steckkontakt, für ein elektrisches Schaltgerät vorgeschlagen. Der elektrische Kontakt umfasst eine Kontaktoberfläche zum lösbaren elektrischen Kontaktieren etwa des Kontakts mit einem Gegenkontakt des elektrischen Schaltgeräts, und eine Signal-Zone mit einer elektrisch leitfähigen Matrix und einer Mehrzahl von in der Matrix angeordneten Kapseln. Die Matrix kann auch als Trägerstoff oder Füllstoff bezeichnet werden. Der Begriff Signal-Zone umfasst räumliche Bereiche jeder Form und Ausdehnung, insbesondere auch Schichten. Die Signal-Zone kann von einer Verschleiss-Schicht teilweise oder vollständig bedeckt sein. Die Matrix der Signalzone kann ein Material enthalten, das auch in der Verschleiss-Schicht oder in dem Basismaterial enthalten ist. Die in der Matrix der Signalzone angeordneten Kapseln enthalten jeweils einen Signalstoff und können zusätzlich eine den Signalstoff umhüllende Hülle aufweisen. Die Signal-Zone ist so angeordnet, dass wenn die Signal-Zone verschlissen wird, d.h. bei einem Verschleiss-Vorgang der Signal-Zone, der Signalstoff zumindest eines Teils der Kapseln freigesetzt werden kann, um einen Verschleiss-Zustand des elektrischen Kontakts zu signalisieren. Ein solcher Verschleiss-Zustand kann etwa vorliegen, wenn die Abnutzung des elektrischen Kontakts eine kritische Grenze überschritten hat, z.B. wenn die die Signal-Zone bedeckende Verschleiss-Schicht, soweit vorhanden, in einem verschlissenen Zustand ist.According to one aspect of the invention, an electrical contact, for example a plug contact, is proposed for an electrical switching device. The electrical contact comprises a contact surface for detachable electrical contact, for example, the contact with a mating contact of the electrical switching device, and a signal zone with an electrically conductive matrix and a plurality of capsules arranged in the matrix. The matrix may also be referred to as a carrier or filler. The term signal zone encompasses spatial areas of any shape and extent, in particular also layers. The signal zone may be partially or completely covered by a wear layer. The matrix of the signal zone may contain a material that is also contained in the wear layer or in the base material. The capsules arranged in the matrix of the signal zone each contain a signal substance and may additionally have a shell surrounding the signal substance. The signal zone is arranged so that when the signal zone is worn, i. during a wear process of the signal zone, the signal substance of at least part of the capsules can be released in order to signal a wear state of the electrical contact. Such a wear condition may be present when the wear of the electrical contact has exceeded a critical limit, e.g. if the wear zone covering the signal zone, if any, is in a worn condition.
Durch den erfindungsgemässen elektrischen Kontakt ist es möglich, Verschleiss des elektrischen Kontakts ohne direkten Zugriff auf den elektrischen Kontakt zu erkennen. Es ist insbesondere möglich, einen Detektor für den Signalstoff auf einem anderen Potential als das Potential des elektrischen Kontakts zu halten. Dadurch kann der Verschleiss-Zustand erkannt werden, während der Schalter in Betrieb ist und beispielsweise eine (Hoch-)Spannung an dem Schalter angelegt ist.By the electrical contact according to the invention it is possible to detect wear of the electrical contact without direct access to the electrical contact. It is possible in particular, a Detector for the signal substance at a different potential than to hold the potential of the electrical contact. Thereby, the wear condition can be detected while the switch is in operation and, for example, a (high) voltage is applied to the switch.
Gemäss einem weiteren Aspekt der Erfindung wird ein elektrisches Schaltgerät mit dem oben beschriebenen elektrischen Kontakt vorgeschlagen, das einen Detektor zum Detektieren des Signalstoffs umfasst. Der Detektor ist typischerweise gegenüber dem elektrischen Kontakt elektrisch isoliert ist und besonders typisch geerdet.According to a further aspect of the invention, an electrical switching device with the above-described electrical contact is proposed, which comprises a detector for detecting the signal substance. The detector is typically electrically isolated from the electrical contact and is most typically grounded.
Gemäss einem weiteren Aspekt der Erfindung wird ein Verfahren zur Herstellung eines elektrischen Kontakts vorgeschlagen. Das Verfahren umfasst die folgenden Schritte: Ein elektrisch leitfähiges Basismaterial wird bereitgestellt; eine Signal-Zone wird auf einen Bereich des Basismaterials aufgetragen, wobei Kapseln der Signal-Zone, die jeweils einen Signalstoff und typischerweise eine den Signalstoff umhüllende Hülle haben, in einer elektrisch leitfähigen Matrix der Signal-Zone angeordnet werden, also beispielsweise eingebettet, integriert oder umschlossen werden; optional wird eine elektrisch leitfähige Verschleiss-Schicht so ausgebildet, dass sie die Signal-Zone ganz oder teilweise bedeckt. Es wird ferner eine Kontaktoberfläche auf den elektrischen Kontakts zum lösbaren elektrischen Kontaktieren des Kontakts mit einem Gegenkontakt ausgebildet. Die Kontaktoberfläche kann durch die Signal-Zone oder gegebenenfalls durch die Verschleiss-Schicht gebildet werden. Somit kann das Auftragen der Signal-Zone bzw. das Ausbilden der Verschleiss-Schicht in einem Schritt mit dem Bilden der Kontaktoberfläche erfolgen. Typischerweise wird die Signal-Zone so angeordnet, dass bei einem Verschleiss-Vorgang der Signal-Zone der Signalstoff zumindest eines Teils der Kapseln freigesetzt werden kann, um einen Verschleiss-Zustand des elektrischen Kontakts zu signalisieren.According to a further aspect of the invention, a method for producing an electrical contact is proposed. The method comprises the following steps: an electrically conductive base material is provided; a signal zone is applied to a region of the base material, wherein capsules of the signal zone, each having a signal substance and typically a shell enveloping the signal substance, are arranged in an electrically conductive matrix of the signal zone, ie embedded, integrated or be enclosed; Optionally, an electrically conductive wear layer is formed so as to completely or partially cover the signal zone. There is further formed a contact surface on the electrical contact for releasably electrically contacting the contact with a mating contact. The contact surface may be formed by the signal zone or optionally by the wear layer. Thus, the application of the signal zone or the formation of the wear layer can take place in one step with the formation of the contact surface. Typically, the signal zone is arranged so that upon signal zone wear, the signal substance of at least a portion of the capsules may be released to signal a wear condition of the electrical contact.
Optional wird weiter auf ähnliche Weise wie oben beschrieben eine zweite Signal-Zone etwa auf einen zweiten Bereich des Basismaterials oder auf die obige (erste) Signal-Zone aufgetragen, wobei zweite Kapseln, die jeweils einen zweiten Signalstoff haben, in einer zweiten Matrix der zweiten Signal-Zone angeordnet werden. Optional wird weiter eine elektrisch leitfähige zweite Verschleiss-Schicht ausgebildet. Auf diese Weise kann etwa bei einem Verschleiss-Vorgang der zweiten Signal-Zone der zweite Signalstoff zumindest eines Teils der zweiten Kapseln freigesetzt werden, um einen zweiten Verschleiss-Zustand des elektrischen Kontakts zu signalisieren.Optionally, in a similar manner as described above, a second signal zone is applied approximately to a second region of the base material or to the above (first) signal zone, wherein second capsules, each having a second signal substance, in a second matrix of the second Signal zone can be arranged. Optionally, an electrically conductive second wear layer is further formed. In this way, the second signal substance of at least part of the second capsules can be released, for example during a wear process of the second signal zone, in order to signalize a second wear state of the electrical contact.
Gemäss einem weiteren Aspekt der Erfindung wird ein Verfahren zur Herstellung eines elektrisches Schaltgeräts vorgeschlagen, bei dem wie oben beschrieben ein elektrischer Kontakt hergestellt wird, und ein vorzugsweise von dem Kontakt elektrisch isolierter Detektor zum Detektieren des Signalstoffs zur Verfügung gestellt wird.According to a further aspect of the invention, a method for producing an electrical switching device is proposed in which an electrical contact is made as described above, and a detector, which is preferably electrically isolated from the contact, is provided for detecting the signal substance.
Die Erfindung bezieht sich auf alle Arten von Kontakten von elektrischen Schaltgeräten. Die Erfindung bezieht sich auch auf eine Vorrichtung zum Ausführen des offenbarten Herstellungsverfahrens und umfasst auch Vorrichtungsteile zum Ausführen jeweils einzelner Verfahrensschritte. Die Erfindung ist des Weiteren auch auf Verfahren gerichtet, gemäß denen die beschriebenen Schaltgeräte und Kontakte arbeiten.The invention relates to all types of contacts of electrical switching devices. The invention also relates to an apparatus for carrying out the disclosed manufacturing process and also comprises apparatus parts for carrying out individual process steps. The invention is further directed to methods according to which the described switching devices and contacts work.
Im Weiteren soll die Erfindung anhand von einzelnen in den Figuren dargestellten Ausführungsbeispielen erläutert werden. Dazu zeigen:
Figur 1 schematisch ein elektrisches Schaltgerät;Figur 2 schematisch einen erfindungsgemässen elektrischen Kontakt mit einer Verschleiss-Schicht und einer Signal-Zone;- Figur 3 den elektrischen Kontakt von
Figur 2 mit verschlissener bzw. abgenutzter Verschleiss-Schicht; Figur 4 schematisch einen weiteren erfindungsgemässen elektrischen Kontakt mit selektiv angeordneter Signal-Zone;- Figur 5 und Figur 6 schematisch weitere erfindungsgemässe elektrische Kontakte mit jeweils einer ersten Signal-Zone und einer zweiten Signal-Zone;
- Figur 7 schematisch einen weiteren erfindungsgemässen elektrischen Kontakt ohne von der Signal-Schicht separate Verschleiss-Schicht;
- Figur 8 schematisch einen weiteren erfindungsgemässen elektrischen Kontakt, in dem die Verschleiss-Schicht und die Signal-Zone axialsymmetrisch angeordnet sind;
- Figur 9a schematisch eine Kapsel mit Hülle; und Fig. 9b eine Kapsel ohne Hülle.
- Figure 1 shows schematically an electrical switching device;
- FIG. 2 schematically shows an electrical contact according to the invention with a wear layer and a signal zone;
- FIG. 3 shows the electrical contact of FIG. 2 with worn or worn-out wear layer;
- FIG. 4 schematically shows another electrical contact according to the invention with a selectively arranged signal zone;
- Figure 5 and Figure 6 schematically further inventive electrical contacts each having a first signal zone and a second signal zone;
- FIG. 7 schematically shows another electrical contact according to the invention without a wear layer separate from the signal layer;
- FIG. 8 schematically shows another electrical contact according to the invention, in which the wear layer and the signal zone are arranged axially symmetrically;
- FIG. 9 a shows schematically a capsule with a casing; and FIG. 9b shows a capsule without a shell.
Figur 1 zeigt im Querschnitt ein elektrisches Schaltgerät 1. Es kann sich beispielsweise um ein Niederspannungsschaltgerät oder um ein Schaltgerät für Spannungen über 1kV, also etwa um einen Leistungsschalter, einen Lastschalter, einen Trennschalter oder einen Erdungsschalter handeln. Beispielsweise kann es sich um einen Trennschalter eines Generatorleistungsschalters mit einem elektrischen Gleit- oder Steckkontakt und einem durch ein Trennerrohr gebildeten Gegenkontakt handeln.Figure 1 shows in cross section an
Das Schaltgerät 1 weist zwei Kontakte 2, 3 auf, die im Folgenden als elektrischer Kontakt 2 und als Gegenkontakt 3 bezeichnet werden. Diese Nomenklatur ist austauschbar; es könnte ebenso gut der Kontakt 2 als Gegenkontakt und der Kontakt 3 als elektrischer Kontakt bezeichnet werden. Weiter ist ein Detektor 4 dargestellt. Die Kontakte 2, 3 können auch als Kontaktstücke oder als Schaltstücke bezeichnet werden.The
In Figur 1 berühren die Kontakte 2 und 3 einander an Kontaktoberflächen der jeweiligen Kontakte und stehen somit in elektrischem Kontakt bzw. in elektrischer Verbindung. Das elektrische Schaltgerät 1 ist somit geschlossen. Das elektrische Schaltgerät 1 kann geöffnet werden, indem die Kontakte 2 und 3 in horizontaler Richtung auseinander bewegt werden, so dass die elektrische Verbindung zwischen ihnen getrennt wird. Hierzu kann der elektrische Kontakt 2 in der Bildebene nach links bewegt werden. Alternativ könnten die Kontakte 2 und 3 auch auf andere Weise auseinander bewegt werden, z.B. durch eine Vertikalbewegung oder durch eine Rotationsbewegung. Die Kontakte 2 und 3 können in der Regel kraftschlüssig verbunden werden. Die Kontakte sind Steckkontakte, d.h. beim Öffnen und beim Schliessen reiben oder gleiten die Kontakte 2 und 3 aneinander. Es können allgemein Abhebekontakte, Schiebekontakte oder Wälzkontakte verwendet werden. Es können auch Abrollkontakte verwendet werden. Unter anderem durch die Reibung unterliegen die Kontakte 2 und 3 einem mechanischen Verschleiss.In Figure 1, the
In Figur 1 nicht dargestellt sind weitere typische Bestandteile des Schaltgeräts wie Anschlüsse an einen externen Stromkreis; Strombahnen, die von den Kontakten zu den Anschlüssen führen, ein Antrieb zum Erzeugen einer Schaltbewegung des Kontakts 2 und / oder 3; ein Körper, ein Gehäuse und weitere optionale Bestandteile wie etwa eine Lichtbogenlöschvorrichtung.Not shown in Figure 1 are further typical components of the switching device such as connections to an external circuit; Current paths leading from the contacts to the terminals, a drive for generating a switching movement of the
Figur 2 zeigt schematisch den Aufbau eines erfindungsgemässen elektrischen Kontaktes, wie er beispielsweise dem elektrischen Kontakt 2 von Figur 1 entspricht. Der elektrische Kontakt 2 weist folgende Bereiche auf: ein Basismaterial 10; eine auf dem Basismaterial 10 angeordnete Signal-Zone 20; und eine die Signal-Zone 20 bedeckende Verschleiss-Schicht 40. Ein.Teil der äusseren Oberfläche des Kontakts bildet eine Kontaktoberfläche zum lösbaren elektrischen Kontaktieren des Kontakts 2 mit einem Gegenkontakt 3 (siehe Fig. 1). Die im Folgenden beschriebenen Merkmale dieser Bereiche können unabhängig von der in Fig. 1 dargestellten Ausführungsform einzeln kombiniert werden.Figure 2 shows schematically the structure of an inventive electrical contact, as it corresponds for example to the
Das Basismaterial 10 besteht aus einem elektrisch leitfähigen Metall wie beispielsweise Kupfer oder Aluminium und bildet den massiven Körper des Kontakts 2. Das Basismaterial 10 ist mit einer Stromzuleitung (bzw. - ableitung) kontaktiert, die nicht dargestellt ist.The
Die Signal-Zone 20 ist eine Schicht, z.B. eine Dispersionsschicht. Sie ist typischerweise zwischen 2 µm und 20 µm dick, besonders typisch zwischen 5 µm und 10 µm. Sie umfasst eine Matrix. Unter einer Matrix wird hier ein beliebiges Material verstanden, das es erlaubt, einen anderen Stoff darin anzuordnen. Typischerweise ist die Signal-Zone ein mindestens zweiphasiges Material mit einer Matrix als erster Phase und einer in der Matrix dispergierten zweiten Phase. Der einzubauende Stoff wird von der Matrix vollständig umschlossen. Die Matrix kann auch als Trägermaterial oder als Basis bezeichnet werden. In der Matrix sind Kapseln angeordnet, genauer gesagt darin eingebettet, d.h. die Kapseln sind von der Matrix umschlossen. Unter einer Kapsel wird in dieser Anmeldung eine Stoffmenge mit einer im Wesentlichen kompakten Form verstanden. Die Kapseln könnten auch als Fremdphase bzw. als zweite Phase, als Körner oder als Partikel bezeichnet werden.The
Die Matrix ist elektrisch leitfähig und umschliesst die Kapseln so, dass über die Matrix eine elektrisch leitfähige Verbindung zwischen dem Basismaterial 10 und der Verschleiss-Schicht 40 möglich ist. Die Matrix der Signal-Zone 20 ist mit dem Basismaterial 10 und der Verschleiss-Schicht 40 verträglich und umfasst beispielsweise Kupfer, Aluminium oder Silber. Unter dem Begriff "verträglich" wird hier verstanden, dass keine unerwünschten chemischen Reaktionen oder sonstigen störenden Wechselwirkungen zwischen den beteiligten Materialien stattfinden, oder dass diese zumindest nur in vernachlässigbarem Umfang stattfinden, so dass die Funktion des Kontakts dauerhaft nicht oder fast nicht beeinträchtigt wird.The matrix is electrically conductive and encloses the capsules in such a way that an electrically conductive connection between the
Eine der Kapseln der Signal-Zone ist beispielhaft in Fig. 9a gezeigt. Die Kapsel 30 weist eine äussere Hülle 32 auf. Innerhalb der Hülle befindet sich ein Signalstoff 34. Eine weitere Kapsel ist in Fig. 9b gezeigt. Diese Kapsel weist keine Hülle auf, d.h. sie ist hüllenlos.One of the capsules of the signal zone is shown by way of example in FIG. 9a. The
Die gezeigten Kapseln sind kugelförmig, jedoch sind auch andere Kapselformen möglich, etwa kartoffelförmige Kapseln. Unabhängig von der gezeigten Ausführungsform hat es Vorteile, wenn die Kapseln keine Löcher aufweisen (im Gegensatz etwa zu einem Donut oder Ring). Auf diese Weise ist eine besonders kompakte Form der Kapseln möglich, und das Verhältnis von Volumen zu Oberfläche der Kapseln ist günstig, d.h. relativ hoch. Es ist jedoch auch eine "Donut"-ähnliche Form der Kapseln vorstellbar, da durch eine solche offene Struktur die Adhäsion der Kapseln in der Schicht verbessert werden könnte. Der Durchmesser der Kapseln liegt zwischen einer unteren Grenze von 0,1 µm und einer oberen Grenze von etwa 100 µm, sie sind typischerweise bis zu 10 µm gross. Besonders typisch weisen die Kapseln einen Durchmesser zwischen 0,2 µm und 3 µm auf.The capsules shown are spherical, but other capsule forms are possible, such as capsule-shaped capsules. Regardless of the embodiment shown, it has advantages if the capsules have no holes (as opposed to a donut or ring). In this way, a particularly compact form of the capsules is possible, and the ratio of volume to surface of the capsules is low, ie relatively high. However, a "donut" -like shape of the capsules is also conceivable, since such an open structure could improve the adhesion of the capsules in the layer. The diameter of the capsules is between a lower limit of 0.1 microns and an upper limit of about 100 microns, they are typically up to 10 microns in size. Most typically, the capsules have a diameter between 0.2 microns and 3 microns.
Als Signalstoff 34 der Kapsel 30 ist beispielsweise ein beliebiger Geruchsstoff geeignet. Auch ein Gas wie z.B CO kann vorteilhaft verwendet werden. CO kann auch bei einem Brand auftreten. Somit können mit einem CO-Detektor zwei Gefahren (Verschleiss und Brand) detektiert werden. Auch andere Stoffe, die chemisch oder optisch oder auf andere Weise detektierbar sind, eignen sich als Signalstoff, beispielsweise Farbstoffe, fluoreszierende oder radioaktive Stoffe, Fremdmetalle, oder oxidierende oder reduzierende Stoffe. Der Signalstoff 34 ist üblicherweise von dem Material der Verschleiss-Schicht 40 und in der Regel auch von dem Material des Basismaterials 10 verschieden. Typischerweise ist er sogar von jedem anderen in dem Kontakt enthaltenen Material verschieden. Weiterhin ist der Signalstoff 34 von den während des regulären Betriebs freigesetzten Materialien verschieden. Dadurch wird sichergestellt, dass der Signalstoff 34 nicht oder nur in vernachlässigbarer Konzentration freigesetzt wird, solange die Verschleiss-Schicht 40 noch nicht verschlissen ist. Ozon ist beispielsweise daher wenig geeignet, da es auch bei Lichtbögen in Luft entstehen kann und somit kein klares Signal für Verschleiss bzw. für eine Gefahr darstellt. Der Signalstoff hat vorzugsweise keine hohe Affinität mit der Matrix oder mit der Verschleiss-Schicht. Daher sind z.B. schweflige Verbindungen wenig geeignet, falls die Matrix und / oder die Verschleiss-Schicht Silber enthält, da schweflige Verbindungen eine hohe Affinität zu Silber haben.As
Der Signalstoff 34 kann die Kapsel oder das Innere der Hülle 32 vollständig ausfüllen oder etwa matrixartig in einen Füllstoff eingebettet sein, der sich ebenfalls in der Kapsel bzw. innerhalb der Hülle 32 befindet. Der Signalstoff 34 kann gasförmig, flüssig oder fest sein.The
Die Hülle 32 dient unter anderem dazu, den Signalstoff in der Kapselform zu verpacken. Wird beispielsweise die Signal-Zone durch ein Galvanisierungsverfahren als Schicht aufgetragen, so stellt die Hülle sicher, dass bei der Herstellung die Kapseln ihre Form in etwa behalten, und dass der Signalstoff sich nicht verflüchtigt oder beispielsweise in der Elektrolytlösung aufgelöst wird. Darüber hinaus separiert die Hülle 32 den Signalstoff 34 von der Matrix und von anderen Teilen des Kontakts. Somit stellt die Hülle sicher, dass keine störenden Reaktionen zwischen Signalstoff 34 und einem anderen Teil des Kontakts stattfinden, etwa mit der Verschleiss-Schicht oder dem Basismaterial. Die Hülle erlaubt es somit, dass der Signalstoff 34 und die Trägersubstanz frei gewählt werden können, ohne Rücksicht darauf nehmen zu müssen, ob beide Stoffe miteinander verträglich sind. Auch kann der Signalstoff unabhängig davon gewählt werden, ob er mit der Verschleiss-Schicht 40, dem Basismaterial 10 oder mit anderen Teilen des Schaltgerätes 1 verträglich ist. Die Hülle 32 selbst ist verträglich mit der Matrix. Sie kann, je nach Anforderung, aus verschiedenen Materialien bestehen und beispielsweise Polymere umfassen.The
Auf die Hülle kann jedoch verzichtet werden, falls der Signalstoff bei der Herstellung nichtflüchtig und ausreichend verträglich ist. Dies ist z.B. üblicherweise der Fall, wenn etwa ein fester Signalstoff, z.B. in Form von Metallteilchen, benutzt wird. Ein hüllenloser Signalstoff kann z.B. in einer offenporigen Struktur, wie in einer schwammartigen oder Zeolith-artigen Matrix, angeordnet sein. Der Signalstoff kann durch Kapillarkräfte in diese Struktur eingebracht werden und darin gehalten werden. Alternativ kann der Signalstoff als Dispersion in einer hüllenlosen Kapsel-Matrix verteilt und auf diese Weise darin stabil angeordnet sein. Beispielsweise ist dies möglich, falls der Signalstoff als Fasern (GFK, CFK) vorliegt und die Matrix z.B. durch ein Wachs realisiert wird.However, the sheath can be dispensed with if the signal substance is non-volatile and sufficiently compatible during manufacture. This is e.g. usually the case when, for example, a solid signal substance, e.g. in the form of metal particles. An envelopeless signaling material can e.g. be arranged in an open-pore structure, such as in a spongy or zeolite-like matrix. The signal substance can be introduced into this structure by capillary forces and held therein. Alternatively, the signal substance may be dispersed as a dispersion in a shellless capsule matrix and thus stably disposed therein. For example, this is possible if the signal substance is present as fibers (GFK, CFK) and the matrix is e.g. is realized by a wax.
Die Herstellung einer Kapsel mit oder ohne Hülle kann mit bekannten Verfahren erfolgen. Solche Verfahren sind beispielsweise in der Publikation "Mikroverkapselung" von Bettina Hobein und Bernd Lutz (Aulis Verlag Deubner, Köln 1989) beschrieben.The preparation of a capsule with or without shell can be done by known methods. Such methods are for example in the publication "Microencapsulation" by Bettina Hobein and Bernd Lutz (Aulis Verlag Deubner, Cologne 1989).
Die in Fig. 2 gezeigte Verschleiss-Schicht 40 bedeckt die Signal-Zone 20 vollständig. Die Verschleiss-Schicht 40 bildet eine Kontaktoberfläche des elektrischen Kontakts 2 zum Kontaktieren mit dem Gegenkontakt 3. Die Verschleiss-Schicht kann je nach Anwendung zwischen 5 µm und 50 µm dick sein und ist typischerweise zwischen 10 µm und 30 µm dick. Sie enthält ein elektrisch leitfähiges Material wie z.B. Silber oder Nickel. Silber hat den Vorteil, dass es aufgrund seiner relativ geringen Härte und seiner elektrischen Eigenschaften eine gute Kontaktierung zwischen dem elektrischen Kontakt 2 und dem Gegenkontakt 3 ermöglicht.The
Wie bereits weiter oben dargestellt ist, unterliegt der elektrische Kontakt 2 im Betrieb üblicherweise Verschleiss. In Fig. 3 ist der elektrische Kontakt von Fig. 2 mit typischen Verschleisserscheinungen dargestellt. Durch den Verschleiss ist die Verschleiss-Schicht 40 teilweise, nämlich in einem verschlissenen Bereich 44, abgetragen, und die Signal-Zone liegt in diesem Bereich 44 frei. Liegt der in Fig. 3 dargestellte Verschleiss-Zustand vor, so wird durch weitere Abnutzung der Signal-Zone der Signalstoff einiger Kapseln der Signal-Zone in die Umgebung freigesetzt, z.B. in das Umgebungsgas verdampft. Dieser Vorgang kann auch als Verschleiss-Vorgang der Signal-Zone 20 bezeichnet werden. Bei diesem Vorgang werden, soweit vorhanden, die Hüllen der Kapseln zerstört oder zumindest geöffnet.As already shown above, the
Somit wird der Signalstoff freigesetzt, wenn die Verschleiss-Schicht 40 in einem verschlissenen Zustand ist, d.h. wenn ihre Abnutzung eine kritische Grenze überschritten hat. Durch den freigesetzten Signalstoff kann dieser Verschleiss-Zustand des Kontakts 2 signalisiert werden: es wird nämlich signalisiert, dass zumindest ein Bereich der Verschleiss-Schicht 40 so verschlissen ist, dass die Signal-Zone 20 freiliegt.Thus, the signal fabric is released when the
Der Verschleiss kann durch Detektion des freigesetzten Signalstoffes erkannt werden. Falls ein Geruchs-Stoff als Signalstoff benutzt wird, kann zur Detektion die menschliche Nase verwendet werden. Im Allgemeinen ist jedoch vorgesehen, dass ein Detektorgerät (siehe Bezugszeichen 4 in Figur 1), beispielsweise ein elektronischer Geruchs- oder Gasdetektor wie etwa eine "elektronische Nase" zur Detektion des freigesetzten Signalstoffes benutzt wird. Solche "elektronischen Nasen" zur Geruchs- oder Gasdetektion sind beispielsweise im Physik-Journal 7/2006 (hrsg. Deutsche Physikalische Gesellschaft), Seite 25ff, und in den darin zitierten Referenzen beschrieben.The wear can be detected by detecting the released signal substance. If an odorant substance is used as signaling material, the human nose can be used for detection. In general, however, it is contemplated that a detector device (see
Der Detektor 4 ist so angeordnet, dass für die Detektion ausreichender Signalstoff zu dem Detektor gelangen kann, d.h. er ist üblicherweise in dem Schaltgerät und / oder in der Nähe des Kontakts 2 angeordnet. Der Detektor 4 ist von dem elektrischen Kontakt 2 isoliert und kann daher auf einem anderen elektrischen Potential als der elektrische Kontakt 2 liegen. Üblicherweise liegt der Detektor 4, wie in Fig. 1 gezeigt, auf Erdpotential. Dadurch ist es möglich, dass Verschleiss überprüft und gegebenenfalls erkannt werden kann, obwohl eine Spannung oder sogar eine Hochspannung an dem Schaltgerät bzw. an dem elektrischen Kontakt 2 anliegt.The
Wenn das elektrische Schaltgerät 1 geschlossen ist, verläuft ein Stromfluss typischerweise wie folgt durch den elektrischen Kontakt 2 (siehe Figur 1): Der Strom wird über eine Zuleitung in das Basismaterial 10 des elektrischen Kontakts 2 eingespeist und durchquert das Basismaterial; in der Nähe der Berührstelle von elektrischem Kontakt 2 und Gegenkontakt 3 durchquert der Strom die Signal-Zone 20 und die Verschleiss-Schicht 40 des elektrischen Kontakts 2, und tritt an der Berührstelle auf den Gegenkontakt 3 über. Analog lässt sich ein umgekehrter Stromfluss zur Zuleitung hin beschreiben.When the
Unabhängig von der gezeigten Ausführungsform hat die Matrix der Signalzone 20 einen geringeren elektrischen Widerstand als die Signal-Kapseln, in der Regel sind die Signal-Kapseln sogar elektrisch isolierend. Daher tritt der Strom beim Durchqueren der Signal-Zone im Wesentlichen durch die Matrix. Daher ist es bevorzugt, dass die Matrix eine leitende Verbindung mit geringem Widerstand durch die Signal-Zone 20 darstellt.Regardless of the embodiment shown, the matrix of the
Es ist erstrebenswert, dass die Signal-Zone 20 während des Betriebs des Schalters den Stromfluss durch den elektrischen Kontakt möglichst wenig beeinflusst und insbesondere keinen oder nur einen geringen zusätzlichen elektrischen Widerstand erzeugt. Der Widerstand des Kontakts ist definiert als der Widerstand zwischen einer Zuleitung des Kontakts und der Kontaktoberfläche des Kontakts. Der vorgeschlagene Kontakt weist vorzugsweise einen Widerstand auf, der nicht oder nur geringfügig, d.h. bis zu ca. 20%, höher ist als der Widerstand eines entsprechenden heutigen normalen Kontakts ohne Signal-Zone. Unabhängig von den übrigen Eigenschaften des Schaltgeräts ist es wünschenswert, dass der GesamtWiderstand des Kontakts weniger als 500 µOhm, vorzugsweise weniger als 200 µOhm beträgt.It is desirable that the
Dies kann unter anderem durch eine günstige Anordnung und Beschaffenheit der Signal-Zone 20 erreicht werden. So ist es bevorzugt, dass die Matrix elektrisch leitfähig ist und eine leitfähige Verbindung durch die Signal-Zone 20 zur Verfügung stellt. Auch kann eine geeignete Wahl der Materialien der Verschleiss-Schicht 40, der Matrix der Signal-Zone 20, und des Basismaterials 10 zu diesem Ziel beitragen. Daher ist die Matrix der Signal-Zone 20 typischerweise ein Material, das einen geringen Kontaktwiderstand sowohl mit dem Basismaterial 10 als auch mit der Verschleiss-Schicht 40 aufweist. Besonders typisch und unabhängig von der gezeigten Ausführungsform enthält die Matrix ein Material, das auch in dem Basismaterial 10 und / oder in der Verschleiss-Schicht 40 enthalten ist. Dadurch wird ein geringer Kontaktwiderstand der Signal-Zone erreicht. Der Widerstand des Kontakts kann auch durch Reduktion der Dicke der Signal-Zone minimiert werden. Die Dicke der Signal-Zone kann bis zu einer minimalen Dicke verringert werden, die gleich dem Durchmesser der Kapseln ist, d.h. typischerweise bis zu weniger als 10 µm oder sogar bis zu ca. 3 µm.This can be achieved inter alia by a favorable arrangement and nature of the
Durch eine geeignete Wahl der Dicke der Signal-Zone kann es erreicht werden, dass der gesamte Widerstand des Kontakts 2 unterhalb von 500 µOhm oder sogar unterhalb von 200 µOhm liegt. Es hat sich gezeigt, dass je nach verwendeten Materialien eine Schichtdicke von weniger als 50 µm es erlauben kann, diese Bedingung zu erfüllen.By a suitable choice of the thickness of the signal zone, it can be achieved that the total resistance of the
Der elektrische Widerstand der Verschleiss-Schicht 20 kann, wie beschrieben, auch durch die Kapseln 30 beeinflusst werden. Um eine Beeinträchtigung des Stromflusses durch die Kapseln zu vermeiden, ist unabhängig von der gezeigten Ausführungsform bevorzugt, dass die maximale Querschnittsfläche der Kapseln 30 kleiner ist als eine für die Berührung mit dem Gegenkontakt 3 vorgesehene Berührfläche auf der Verschleiss-Schicht 40. Es ist auch bevorzugt, dass die Kapseln einen Durchmesser von weniger als 20 µm oder 10 µm haben. Es ist ferner bevorzugt, dass der Volumenanteil der Kapseln an dem Gesamtvolumen der Signal-Zone weniger als 40%, insbesondere weniger als 30% beträgt. Es ist andererseits bevorzugt, dass der Volumenanteil der Kapseln an dem Gesamtvolumen der Signal-Zone mehr als 5%, besonders bevorzugt mehr als 10% beträgt.The electrical resistance of the
Die Herstellung der Schichten 20 und 40 auf dem Basismaterial 10 kann durch galvanische Abscheidung erfolgen: Zunächst wird die Signal-Zone oder Signal-Schicht 20 unter Verwendung einer geeigneten Elektrolytlösung als galvanische Dispersionsschicht (auch Codeposition oder Hybridabscheidung) auf das Basismaterial 10 aufgetragen. Für die Abscheidung der Signal-Zone 20 werden die Mikrokapseln in geeigneter Konzentration mit der Elektrolytlösung für die Schichtabscheidung vermischt. Falls die Verschleiss-Schicht als eigene Schicht aufgetragen wird, wird sodann die Verschleiss-Schicht 40 als konventionelle galvanische Schicht unter Verwendung einer weiteren Elektrolytlösung auf die Signal-Zone 20 aufgetragen. Die galvanischen Schichten müssen nicht die gesamte Oberfläche des Kontakts abdecken, sondern können mit üblichen Methoden selektiv abgeschieden werden, um nur einen Teil der Oberfläche zu beschichten. Die galvanische Abscheidung von Schichten mit darin enthaltenen Partikeln ist beispielsweise in
Die Signal-Zone 20 kann auch auf andere Weise, etwa durch Aufdampfen, Aufwalzen, oder durch ein chemisches Verfahren aufgetragen werden. Es ist ferner nicht erforderlich, dass die Signal-Zone eine Schicht ist. Ebenso ist denkbar, dass die Signal-Zone sich in einen beliebigen anderen räumlichen Bereich des Kontakts 2 erstreckt. Beispielsweise können die Signal-Kapseln in dem gesamten Basismaterial 10 oder in einem Teil des Basismaterials des Kontakts 2 verteilt sein. Der Begriff der Signal-Zone umfasst somit beliebige räumliche Bereiche und insbesondere Signal-Schichten.The
Typischerweise ist es für eine Verbesserung der Einsatzdauer des Schalters und für eine Verringerung des Kontaktwiderstands des Kontakts ohnehin vorteilhaft, die Oberfläche des Kontakts mit einer Verschleiss-Schicht etwa aus Silber zu beschichten. Somit verursacht es nur einen geringen Mehraufwand in der Herstellung, zusätzlich zu dieser Beschichtung oder gemeinsam mit dieser Beschichtung eine Signal-Zone mit Kapseln zur Verfügung zu stellen.In any case, to improve the duration of use of the switch and to reduce the contact resistance of the contact, it is in any case advantageous to coat the surface of the contact with a wear layer of, for example, silver. Thus, it causes only a small overhead in the production, in addition to this coating or together with this coating to provide a signal zone with capsules.
Im Folgen sollen weitere erfindungsgemässe Variationen des oben beschriebenen elektrischen Kontakts beschrieben werden. Diese Variationen sind dem elektrischen Kontakt von Figur 2 ähnlich, und gleiche Bezugszeichen kennzeichnen funktionell ähnliche Teile.In the following, further inventive variations of the above-described electrical contact will be described. These variations are similar to the electrical contact of Figure 2, and like reference numerals denote functionally similar parts.
Figur 4 zeigt einen Kontakt, in dem die Signal-Zone 20 und die Verschleiss-Schicht 40 nur einen Teil der Oberfläche des elektrischen Kontakts 2 abdecken. Die Verschleiss-Schicht 40 bedeckt einen grösseren Teil der Oberfläche, während die Signal-Zone 20 nur einen kleineren und etwa besonders verschleisskritischen Bereich der Oberfläche abdeckt.FIG. 4 shows a contact in which the
Figur 5 zeigt schematisch einen weiteren erfindungsgemässen elektrischen Kontakt. Der elektrische Kontakt 2 von Fig. 5 weist eine erste Signal-Zone 20 und eine zweite Signal-Zone 28 auf. Beide Signal-Zonen werden von einer Verschleiss-Schicht bedeckt. Ein Bereich der Verschleiss-Schicht, der die erste Signal-Zone 20 bedeckt, lässt sich als erste Verschleiss-Schicht 40 auffassen; und ein Bereich der Verschleiss-Schicht, der die zweite Signal-Zone 28 bedeckt, lässt sich als zweite Verschleiss-Schicht 48 auffassen. Die erste und die zweite Signal-Zone 20 und 28 umfassen jeweils Signal-Kapseln analog zu der in Fig. 2 beschriebenen Signal-Zone. Der Signalstoff in den Signal-Kapseln der zweiten Signal-Zone 28 ist jedoch typischerweise unterschiedlich von dem Signalstoff in den Signal-Kapseln der ersten Signal-Zone 20. Auf diese Weise kann der Verschleiss der ersten Verschleiss-Schicht 40 von dem Verschleiss der zweiten Verschleiss-Schicht 48 unterschieden werden.FIG. 5 shows schematically another electrical contact according to the invention. The
Figur 6 zeigt schematisch einen weiteren erfindungsgemässen elektrischen Kontakt 2. Dieser Kontakt 2 weist ähnlich wie in Fig. 5 eine erste Signal-Zone 20 und eine zweite Signal-Zone 28 auf. Die zweite Signal-Zone 28 wird von der ersten Signal-Zone 20 bedeckt. Die erste Signal-Zone 20 wird wiederum von der Verschleiss-Schicht 40 bedeckt. Somit kann der Signal-Stoff der ersten Signal-Zone 20 freigesetzt werden, wenn die Verschleiss-Schicht 40 zumindest teilweise verschlissen ist. Ferner kann der Signalstoff der zweiten Signal-Zone 28 freigesetzt werden, wenn die erste Signal-Zone 20 zumindest teilweise verschlissen ist. Die Signalstoffe der ersten und der zweiten Signal-Zone 20 und 28 können also hier ähnlich wie in Fig. 5 zwei unterschiedliche Verschleiss-Zustände signalisieren, etwa einen weniger kritischen Verschleiss-Zustand "Verschleiss-Schicht 40 ist verschlissen", und einen kritischeren Verschleiss-Zustand "Verschleiss-Schicht 40 und erste Signal-Zone 20 sind verschlissen".FIG. 6 schematically shows another
Alternativ können die beiden Signal-Zonen auch beispielsweise teilweise übereinander, teilweise nebeneinander oder anderweitig räumlich angeordnet werden. Die erste und die zweite Signal-Zone können optional Signal-Kapseln mit jeweils unterschiedlichem, d.h. der jeweiligen Signal-Zone zugeordnetem Signalstoff enthalten, damit etwa zwei verschiedene Verschleiss-Zustände unterschieden werden können. Unabhängig von der gezeigten Ausführungsform kann die zweite Signal-Zone 28 ferner jedes der für die erste Signal-Zone 20 beschriebenen Merkmale aufweisen.Alternatively, the two signal zones can also be partially arranged, for example, partially above one another, partly next to each other or otherwise spatially. The first and second signal zones may optionally include signal capsules each having different, i. contain signal substance associated with the respective signal zone, so that it is possible to differentiate between about two different states of wear. Regardless of the embodiment shown, the
In den in Fig. 5 und Fig. 6 gezeigten elektrischen Kontakten grenzen beide Signal-Zonen unmittelbar aneinander an. Alternativ hierzu können die Signal-Zonen auch räumlich getrennt sein, um etwa den Verschleiss zweier räumlich getrennter Verschleiss-Schichten oder Verschleiss-Zonen zu signalisieren. Es ist auch nicht zwingend erforderlich, dass der Signalstoff in beiden Schichten verschieden ist, da es in manchen Anwendungen genügt festzustellen, dass ein Verschleiss vorliegt. Im Fall zweier räumlich getrennter Verschleiss-Schichten kann darüber hinaus die Verschleiss-Art auch unter Umständen auch aus der räumlichen Herkunft des Signalstoffs ermittelt werden. Es sind analog zu dem beschriebenen Kontakt mit zwei Schichten auch Kontakte mit mehr als zwei Schichten möglich.In the electrical contacts shown in FIGS. 5 and 6, both signal zones directly adjoin one another. Alternatively, the signal zones may also be spatially separated, for example to signal the wear of two spatially separated wear layers or wear zones. It is also not absolutely necessary that the signal substance in both layers is different, since it suffices in some applications determine that there is wear. In the case of two spatially separated wear layers, the wear type can also be determined, under certain circumstances, from the spatial origin of the signal substance. Analogous to the described contact with two layers, contacts with more than two layers are also possible.
Figur 7 zeigt schematisch einen weiteren erfindungsgemässen elektrischen Kontakt 2. Im Gegensatz zu den vorangegangenen Figuren ist die Signal-Zone 20 hier nicht von einer separaten Verschleiss-Schicht 40 bedeckt. Vielmehr wird eine Verschleiss-Schicht durch Signal-Zone 20 selbst gebildet. Die Signal-Zone 20 bildet auch die Kontaktoberfläche des Kontakts.FIG. 7 schematically shows another
Die Verschleiss-Erkennung mit Hilfe der Signal-Zone 20 unterscheidet sich hier von der Verschleiss-Erkennung in den Kontakten, die in den Figuren 2 bis 6 gezeigt sind und die eine von der Verschleiss-Schicht 40 bedeckte Signal-Zone 20 aufweisen. Die Signal-Zone 20 von Fig. 7 liegt von Anfang an, d.h. auch im unverschlissenen Zustand, frei. Daher kann von Anfang an, d.h. im ursprünglichen Verschleiss-Zustand, eine Verschleiss-Einwirkung auf die Signal-Zone 20 erfolgen und somit Signalstoff freigesetzt werden. Somit kann auch dann Signalstoff freigesetzt werden, wenn der Verschleiss-Zustand noch nicht kritisch ist.The wear detection by means of the
Ein Detektor 4 zum Detektieren der Menge oder Konzentration des Signalstoffs ist in der Umgebung des Kontakts 2 angeordnet. Der Detektor ist mit einer Auswerteeinheit verbunden. Die Auswerteeinheit umfasst eine Integrationseinheit, die die insgesamt detektierte Menge des Signalstoffes ermitteln kann, indem sie ein zeitliches Integral oder eine Summe über die detektierte Menge oder Konzentration des Signalstoffs bildet. Das zeitliche Integral oder die Summe ist ein Indikator für den gesamten bisherigen Verschleiss. Die Auswerteeinheit kann also ein Warnsignal generieren, wenn gemäss dem Indikator der gesamte bisherige Verschleiss eine kritische Grenze überschritten hat. Somit kann auch in dieser Anordnung der Signal-Stoff der Signal-Kapseln den Verschleiss-Zustand des Kontakts 2 signalisieren.A
Wie in Fig. 7 gezeigt ist, ist es nicht erforderlich, dass die Verschleiss-Schicht im unverschlissenen Zustand die Signal-Zone vollständig bedeckt. Es kann stattdessen auch vorteilhaft sein, dass die Verschleiss-Schicht die Signal-Zone nicht bedeckt. Es ist auch möglich, dass die Verschleiss-Schicht die Signal-Zone nur teilweise bedeckt.As shown in Fig. 7, it is not necessary for the wear layer in the unworn state to completely cover the signal zone. Instead, it may also be advantageous that the wear layer does not cover the signal zone. It is also possible that the wear layer only partially covers the signal zone.
Figur 8 zeigt einen elektrischen Kontakt, in dem die Signal-Zone 20 und die Verschleiss-Schicht 40 auf der gesamten Oberfläche des Kontakts angeordnet sind. Dies unterscheidet den Kontakt von dem in Figur 2 dargestellten elektrischen Kontakt, denn in Fig. 2 sind nur die Oberflächen auf zwei der Seiten des elektrischen Kontakts 2 mit einer Signal- und einer Verschleiss-Schicht versehen. Dies illustriert, dass die Signal-Zone und die Verschleiss-Schicht jeweils an der gesamten Oberfläche des elektrischen Kontakts 2 oder nur auf einem Teil der Oberfläche aufgetragen sein können.Figure 8 shows an electrical contact in which the
Die in den Figuren 2 bis 8 dargestellten elektrischen Kontakte können weiter variiert werden, ohne den in den Ansprüchen definierten Schutzumfang zu verlassen. Beispielsweise kann in der Signal-Zone 20 ein gradueller Anstieg der Konzentration von Signal-Kapseln in Richtung zum Inneren der Signal-Zone (d.h. zum Basismaterial 10 hin) erreicht werden. Bei einer solchen Signal-Zone kann aus der Konzentration des detektierten Signalstoffes auf das Ausmass des Verschleisses rückgeschlossen werden. Eine Signal-Zone mit einem Konzentrationsgradienten der Signal-Kapseln kann hergestellt werden, indem die Signal-Kapselkonzentration während des Galvanisierens geändert wird, beispielsweise indem der elektrische Kontakt während des Galvanisierens in zwei oder mehr als zwei verschiedene Elektrolytbäder mit abnehmender Konzentration von Signal-Kapseln getaucht wird.The electrical contacts shown in Figures 2 to 8 can be further varied without departing from the scope defined in the claims. For example, in the
Der elektrische Kontakt 2 kann die Verschleiss-Schicht 40 und / oder die Signal-Zone 20 nur an einem begrenzten Bereich, etwa in einem für die Berührung mit dem Gegenkontakt 3 vorgesehenen Bereich, aufweisen. Mit anderen Worten können die Signal-Zone und / oder die Verschleiss-Schicht selektiv aufgetragen werden.The
Der Kontakt kann auch zusätzliche Schichten aufweisen, beispielsweise eine Zwischenschicht, die zwischen dem Basismaterial 10 und der Signal-Zone 20 oder zwischen der Signal-Zone 20 und der Verschleiss-Schicht 40, soweit vorhanden, angeordnet ist. Die Zwischenschicht kann beispielsweise eine Nickel-Schicht von z.B. weniger als 5 µm Dicke sein. Mit einer solchen Nickel-Zwischenschicht kann eine Verbesserung der Haftung erreicht werden.The contact may also include additional layers, for example an intermediate layer disposed between the
Die Verschleiss-Schicht und die Signal-Zone wurden in Zusammenhang mit dem elektrischen Kontakt 2 des elektrischen Schaltgeräts 1 (siehe Fig. 1) beschrieben. Ebenso gut könnte der Gegenkontakt 3 diese Schichten bzw. Zonen aufweisen. Auch könnten beide Kontakte, d.h. sowohl der elektrische Kontakt 2 als auch der Gegenkontakt 3, solche Schichten bzw. Zonen aufweisen. In vielen Fällen genügt es zur zuverlässigen Verschleisserkennung jedoch, wenn nur einer der Kontakte 2 oder 3 diese Schichten bzw. Zonen aufweist. In der Regel ist es erwünscht, dass dies der aller Voraussicht nach verschleissempfindlichere oder sicherheitsrelevantere Kontakt ist, oder dass dies derjenige Kontakt ist, auf dem die Schichten bzw. Zonen auf einfachere Weise herstellbar sind, etwa weil er aus weniger separat zu fertigenden Einzelstücken als der andere (Gegen-)Kontakt besteht.The wear layer and the signal zone have been described in connection with the
Die Erfindung eignet sich allgemein für elektrische Kontakte elektrischer Schaltgeräte jeder Art. Sie eignet sich auch für einen Abbrandkontakt etwa eines Leistungsschalters. Ein solcher Abbrandkontakt besteht in der Regel aus einem Schaltstift und einer Löschtulpe.The invention is generally suitable for electrical contacts electrical switching devices of any kind. It is also suitable for a consumable contact such as a circuit breaker. Such burnup contact usually consists of a switching pin and a erasing tulip.
Einer dieser Abbrandkontakte (Schaltstift oder Löschtulpe) kann erfindungsgemäss mit einer Signal-Zone und optional mit einer Verschleiss-Schicht analog zu dem elektrischen Kontakt in einer der Figuren 2-8 ausgestattet werden. Die Signal-Zone kann an der gesamten Oberfläche des Abbrandkontakts oder nur auf einem verschleissempfindlichen Teilbereich des Abbrandkontakts aufgetragen sein, wie weiter oben beschrieben ist. Auch können beide Abbrandkontakte mit der erfindungsgemässen Signal-Zone ausgestattet sein. Wie in Fig. 5 gezeigt ist, können verschiedene Bereiche des Abbrandkontakts mit verschiedenen Signal-Zonen ausgestattet werden. Dadurch können verschiedene Abbrandmechanismen wie Kurzschluss-Schaltungen oder Nennstromabschaltungen unterschieden werden.According to the invention, one of these burnup contacts (switching pin or extinguishing tulip) can be equipped with a signal zone and optionally with a wear layer analogous to the electrical contact in one of FIGS. 2-8. The signal zone may be applied to the entire surface of the consumable contact or only to a wear-sensitive portion of the consumable contact, as described above. Both burn-off contacts can also be equipped with the signal zone according to the invention. As shown in Fig. 5, different areas of the consumable contact may be provided with different signal zones. As a result, it is possible to differentiate between different burn-off mechanisms, such as short-circuit circuits or nominal current shutdowns.
Ein solcher Generatorleistungsschalter wird häufig in einer Lösch- und Isoliergas-Atmosphäre, etwa unter SF6, eingesetzt. In einer solchen Atmosphäre ist die Detektion des Signalstoffs mit der menschlichen Nase üblicherweise nicht möglich. Jedoch ist, wie oben beschrieben ist, eine optische Detektion oder eine Detektion durch einen Sensor 4 möglich.Such a generator circuit breaker is often used in a quenching and insulating gas atmosphere, such as SF6. In such an atmosphere, the detection of the signal substance with the human nose is usually not possible. However, as described above, optical detection or detection by a
Die Erfindung eignet sich auch für weitere Schaltgeräte. Als letztes Beispiel für die Anwendung der Erfindung sei ein Anfahrschalter etwa für einen Leistungsschalter beschrieben. Ein Anfahrschalter hat einen bewegbaren Kontakt und einen fixierten Gegenkontakt (auch fester bzw. Fix-Kontakt genannt). Der bewegbare Kontakt ist als Kontaktmesser oder Kontaktrohr ausgeführt, das zum Schalten um eine Achse geschwenkt werden kann. Der Gegenkontakt umfasst eine Mehrzahl aufeinander gestapelter flacher Kontaktelemente, die einen Zwischenraum zum Einschieben des elektrischen Kontakts bilden. Auch dieser Kontakt-Aufbau kann als Steckkontakt bezeichnet werden, da beim Schaltvorgang der elektrische Kontakt und der Gegenkontakt aneinander reiben.The invention is also suitable for other switching devices. As a final example of the application of the invention, a start-up switch is described as a circuit breaker. A start-up switch has a movable contact and a fixed mating contact (also called fixed or fixed contact). The movable contact is as a contact blade or contact tube executed, which can be pivoted for switching about an axis. The mating contact comprises a plurality of stacked flat contact elements which form a space for insertion of the electrical contact. Also, this contact structure can be referred to as a plug contact, since during the switching operation of the electrical contact and the mating contact rub against each other.
Erfindungsgemäss kann der elektrische Kontakt und / oder der Gegenkontakt des Anfahrschalters analog zu den oben beschriebenen Kontakten mit einer Verschleiss-Schicht und einer Signal-Zone ausgestattet werden. Diese Beispiele illustrieren die Vielseitigkeit der Erfindung, die für Schaltgeräte jeder Art angewendet werden kann.According to the invention, the electrical contact and / or the mating contact of the starting switch can be equipped with a wear layer and a signal zone analogously to the contacts described above. These examples illustrate the versatility of the invention that can be applied to switching devices of all types.
- 11
- Schaltgerät (Ausschnitt, nämlich der Steck- oder Gleitkontakt)Switching device (section, namely the plug-in or sliding contact)
- 22
- Elektrisches KontaktstückElectrical contact piece
- 33
- GegenkontaktstückCounter-contact
- 44
- Detektor für SignalstoffSignal detector
- 1010
- Basismaterialbase material
- 2020
- Signal-Zone, evtl. inklusive Verschleiss-Schicht (Fig 7)Signal zone, possibly including wear layer (Fig 7)
- 2222
- Matrix der Signal-ZoneMatrix of the signal zone
- 2828
- Zweite Signal-ZoneSecond signal zone
- 3030
- Signal-Kapseln in der Signal-ZoneSignal capsules in the signal zone
- 3232
- Hülle der Signal-KapselnSheath of signal capsules
- 3434
- Signalstoff der Signal-KapselnSignal substance of the signal capsules
- 4040
- Verschleiss-SchichtScuff layer
- 4848
- Zweite Verschleiss-SchichtSecond wear layer
Claims (14)
die Signal-Zone (20) so angeordnet ist, dass bei einem Verschleiss-Vorgang der Signal-Zone (20) der Signalstoff (34) zumindest eines Teils der Kapseln freigesetzt werden kann, um einen Verschleiss-Zustand des elektrischen Kontakts (2) zu signalisieren.Electrical contact (2) for an electrical switching device (1), comprising
the signal zone (20) is arranged so that during a wear process of the signal zone (20) the signal substance (34) of at least part of the capsules can be released to a wear state of the electrical contact (2) signal.
die Matrix ein Material enthält, das auch in der Verschleiss-Schicht (40) oder in dem Basismaterial (10) enthalten ist.An electrical contact according to one of the preceding claims, further comprising a base material (10) on which the signal zone (20) is arranged, wherein
the matrix contains a material that is also contained in the wear layer (40) or in the base material (10).
eine zweite Signal-Zone (28) mit einer zweiten Matrix und einer Mehrzahl von in der zweiten Matrix angeordneten zweiten Kapseln, die jeweils einen zweiten Signalstoff enthalten, wobei
die zweite Signal-Zone (28) so angeordnet ist, dass bei einem Verschleiss-Vorgang der zweiten Signal-Zone (28) der zweite Signalstoff zumindest eines Teils der zweiten Kapseln freigesetzt werden kann, um einen zweiten Verschleiss-Zustand des elektrischen Kontakts (2) zu signalisieren.An electrical contact according to any one of the preceding claims, wherein the signal zone (20) is a first signal zone, the capsules (30) are first capsules, and the wear condition is a first wear condition, further comprising
a second signal zone (28) having a second matrix and a plurality of second capsules arranged in the second matrix, each containing a second signal substance, wherein
the second signal zone (28) is arranged so that during a wear process of the second signal zone (28) the second signal substance at least one Part of the second capsules can be released to signal a second state of wear of the electrical contact (2).
der zweite Verschleiss-Zustand des elektrischen Kontakts (2) ein Verschleiss-Zustand der zweiten Verschleiss-Schicht (48) ist.The electrical contact of claim 9, wherein the wear layer (40) is a first wear layer, further comprising an electrically conductive second wear layer (48) partially or completely covering the second signal region (28)
the second wear state of the electrical contact (2) is a wear state of the second wear layer (48).
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
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EP06405377A EP1895554A1 (en) | 2006-09-04 | 2006-09-04 | Electrical contact with signal zone for signaling contact-wear |
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EP1895554A1 true EP1895554A1 (en) | 2008-03-05 |
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EP06405377A Withdrawn EP1895554A1 (en) | 2006-09-04 | 2006-09-04 | Electrical contact with signal zone for signaling contact-wear |
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EP (1) | EP1895554A1 (en) |
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- 2006-09-04 EP EP06405377A patent/EP1895554A1/en not_active Withdrawn
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