WO2013075765A1

WO2013075765A1 - Kontaktpaarung mit einer doppelkontaktstelle für ein elektrisches schaltgerät

Info

Publication number: WO2013075765A1
Application number: PCT/EP2012/003864
Authority: WO
Inventors: Sascha Schulte
Original assignee: Daimler Ag
Priority date: 2011-11-24
Filing date: 2012-09-15
Publication date: 2013-05-30
Also published as: DE102011119306A1

Abstract

Die Erfindung betrifft eine Kontaktpaarung (2) mit einer Doppelkontaktstelle für ein elektrisches Schaltgerät (1), bei der zwei Festkontaktstücke (3) mittels einer beweglichen Kontaktbrücke (4) elektrisch leitend verbindbar und wieder trennbar sind. Erfindungsgemäss ist die Kontaktbrücke (4) zum Schliessen der elektrisch leitenden Verbindung mittels einer Schliesskraft (FS) an die Festkontaktstücke (3) anpressbar, wobei Kontaktoberflächen (3.2, 4.2) in einander zugewandten Kontaktbereichen (3.1, 4.1) der Kontaktbrücke (4) und der Festkontaktstücke (3) in einem Winkel von betragsmässig ungleich 90° zu einer Richtung der Schliesskraft (FS) ausgebildet sind. Des Weiteren betrifft die Erfindung ein elektrisches Schaltgerät (1).

Description

Kontaktpaarung mit einer Doppelkontaktstelle für ein elektrisches Schaltgerät

Die Erfindung betrifft eine Kontaktpaarung mit einer Doppelkontaktstelle für ein elektrisches Schaltgerät nach den Merkmalen des Oberbegriffs des Anspruchs 1 und ein elektrisches Schaltgerät nach den Merkmalen des Oberbegriffs des Anspruchs 8.

Aus dem Stand der Technik ist, wie in der DE 197 55 930 A 1 beschrieben, eine

Kontaktpaarung mit einer Doppelkontaktstelle für ein elektrisches Schaltgerät bekannt. Die Kontaktpaarung besitzt zwei Festkontaktstücke, die mittels einer Kontaktbrücke elektrisch leitend verbunden und getrennt werden. An der Kontaktbrücke sind zwei Kontaktstücke angebracht, die sich je gegen ein Festkontaktstück anlegen. Die eine Kontaktstelle besitzt einen Auflagepunkt und die andere Kontaktstelle zwei

Auflagepunkte, wobei die beiden Auflagepunkte der anderen Kontaktstelle durch ein Tal getrennt sind, dessen Erstreckung in Richtung der Längserstreckung der Kontaktbrücke verläuft, so dass sich dadurch eine Dreipunktauflage ergibt.

In der EP 1 722 382 A2 wird eine Kontaktanordnung für ein Relais beschrieben. Die Kontaktanordnung umfasst einen Kontaktkopf mit einer eine Kontaktfläche

umschließenden, gegenüber der Kontaktfläche vorspringenden Krone. Die Krone ist an einer Vielzahl von Stellen unterbrochen, wodurch Zacken und Zwischenräume zwischen den Zacken gebildet sind. Dieser Kronen-Kontaktkopf liegt in geschlossener Stellung der Kontaktanordnung geneigt an einem kronenlosen Kontaktkopf an. Die den beweglichen Kontaktkopf tragende Kontaktfeder ist verwindbar ausgebildet.

Aus der DE 2239 259 A1 ist eine elektrische Kontaktanordnung bekannt. Die elektrische Kontaktanordnung für Relais, Schalter oder dergleichen umfasst eine einseitig eingespannten Schraubenfeder aus elektrisch gut leitendem Material als bewegliche Kontaktfeder, deren Windungen eng aneinander liegen und die mit einem festen Gegenkontaktstück einen Doppelkontakt bildet. Das feste Gegenkontaktstück wird durch Schraubenfederwindungen gebildet, die der beweglichen Kontaktfeder kreuzweise gegenüberstehen und einen solchen Windungsabstand aufweisen, dass jeweils zwischen benachbarten Windungen eine V-förmige Kontaktstelle entsteht, in die sich das freie Ende der beweglichen Kontaktfeder legt. Die bewegliche Kontaktfeder ist aus einem Draht mit quadratischem oder rechteckigem Querschnitt hergestellt, der nur auf einer seiner Seiten mit einem Edelmetall oder einer Edelmetall-Legierung belegt ist. Die schraubenförmige Kontaktfeder ist so gewickelt, dass die mit Edelmetall belegte Seite des Drahtes an der Außenseite der Feder liegt und eine glatte Kontaktfläche bildet.

In der DE 10 2011 005 580 A1 werden ein Relais und eine Energiezuführvorrichtung für ein Fahrzeug beschrieben. Das Relais umfasst Kontakte, eine Antriebsspule, ein bewegliches Teil und einen Widerstand. Die Antriebsspule erzeugt eine magnetische Kraft gemäß einem Steuersignal. Das bewegliche Teil ist eingerichtet, um durch die magnetische Kraft angetrieben zu werden, um die Kontakte zu öffnen und zu schließen. Der Widerstand weist einen vorbestimmten elektrischen Widerstandswert auf. Wenn das Steuersignal bei einem ersten Pegel liegt, wird das Relais auf einen ersten Ein-Zustand gesetzt, in dem die Kontakte über den Widerstand geschlossen werden. Wenn das Steuersignal bei einem zweiten Pegel liegt, der höher als der erste Pegel ist, wird das Relais auf einen zweiten Ein-Zustand gesetzt, in dem die Kontakte über das bewegliche Teil ohne den Widerstand geschlossen werden.

Aus der EP 0 863 531 B1 ist ein Schütz zur Abtrennung einer Batterie von einer

Bordelektroinstallation eines Fahrzeugs bekannt. Der Schütz umfasst eine statische Basis, die zumindest einen feststehenden Kontakt trägt, eine Welle, die bezüglich der Basis in Richtung ihrer eigenen Längsachse beweglich ist und zumindest einen beweglichen Kontakt trägt, um beim Aufeinanderlegen mit dem feststehenden Kontakt zusammenzuwirken, Federmittel, die darauf gerichtet sind, die Welle in eine erste

Arbeitsstellung zu drücken, und eine elektromagnetische Steuervorrichtung, die in der Lage ist, eine Kraft zu generieren, die die Welle gegen die Wirkung der Federmittel in eine zweite Arbeitsstellung drückt. Des Weiteren umfasst der Schütz eine

Verankerungsvorrichtung, die betriebsfähig mit der Welle und der Basis verbunden ist und zwei feste Verankerungsstellungen entsprechend der ersten und zweiten

Arbeitsstellung der Welle aufweist, wobei die Verankerungsvorrichtung geeignet ist, jedes Mal von einer der festen Verankerungsstellungen zur anderen überzugehen, wenn die elektromagnetische Steuervorrichtung betätigt wird. Die Verankerungsvorrichtung schließt ein Element ein, das axial an der Welle befestigt und frei um diese drehbar ist. In der DE 27 54 431 A1 wird eine Schaltkontaktstrecke für Leistungsschalter und

Schaltschütze beschrieben. Die Schaltkontaktstrecke weist Kontaktstücke auf, die aus der Verbindung eines Dauermagneten mit einem der Kontaktgabe dienenden Oberteil aus Kontaktwerkstoff bestehen.

Aus der DE 42 04 641 A1 ist ein elektrischer Kontakt für Schaltgeräte bekannt. Bei dem elektrischen Kontakt für Schaltgeräte, insbesondere für elektromagnetische Relais, dessen einem Gegenkontakt zugewandte Kontaktfläche in zumindest einer

Flächenrichtung eine konvexe Wölbung aufweist, ist der Scheitel der Wölbung aus der Flächenmitte um einen vorgegebenen Betrag versetzt.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zu Grunde, eine verbesserte Kontaktpaarung mit einer Doppelkontaktstelle für ein elektrisches Schaltgerät und ein verbessertes elektrisches Schaltgerät anzugeben.

Die Aufgabe wird erfindungsgemäß gelöst durch eine Kontaktpaarung mit einer

Doppelkontaktstelle für ein elektrisches Schaltgerät mit den Merkmalen des Anspruchs 1 und ein elektrisches Schaltgerät mit den Merkmalen des Anspruchs 8.

Vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung sind Gegenstand der Unteransprüche.

Bei einer Kontaktpaarung mit einer Doppelkontaktstelle für ein elektrisches Schaltgerät sind zwei Festkontaktstücke mittels einer beweglichen Kontaktbrücke elektrisch leitend verbindbar und wieder trennbar.

Erfindungsgemäß ist die Kontaktbrücke zum Schließen der elektrisch leitenden

Verbindung mittels einer Schließkraft an die Festkontaktstücke anpressbar. Die

Schließkraft ist beispielsweise elektromagnetisch zu realisieren. Kontaktoberflächen in einander zugewandten Kontaktbereichen der Kontaktbrücke und der Festkontaktstücke sind erfindungsgemäß in einem Winkel von betragsmäßig ungleich 90° zu einer Richtung der Schließkraft ausgebildet, d. h. in einem Winkel von ungleich 90° und ungleich -90°. D. h. der Betrag des Winkels zwischen der jeweiligen Kontaktoberfläche und der Richtung der Schließkraft ist entweder größer oder kleiner als 90°. Derartige elektrischen Schaltgeräte, beispielsweise Schütze oder Relais, neigen unter extremer Überlast, beispielsweise bei einem Kurzschluss zu einem selbstständigen Öffnen der elektrisch leitenden Verbindung. Dies tritt beispielsweise bei Hochlastrelais bzw. Schützen in Systemen mit sehr niederohmigen Energiequellen auf, wie

beispielsweise Lithium-Ionen-Batterien. Diese Hochlastrelais bzw. Schütze können in einem Fehlerfall mit einem Kurzschlussstrom belastet werden, der ein Vielfaches ihres Nennstroms beträgt. Derartige Ströme können dazu führen, dass Kontakte im Inneren des elektrischen Schaltgeräts durch elektromagnetische Kräfte geöffnet werden, so dass es zu einer schädlichen Lichtbogenbildung kommt. Dieser Lichtbogen erwärmt die Kontaktbereiche bis zur kritischen Schmelztemperatur, so dass diese zerstört werden. Gleichzeitig sorgt eine durch den Lichtbogen verursachte Stromabsenkung für ein

Nachlassen der elektromagnetischen Kräfte und somit für ein erneutes Schließen der Kontakte. Im ungünstigsten Fall kann sich dieses ungewollte Öffnen und Schließen mehrfach in schnellem Wechsel wiederholen. Dieser Effekt wird in der Literatur als elektromagnetische Repulsion, Levitation oder als Flattern bezeichnet. Das erneute Verpressen der angeschmolzenen Kontaktbereiche lässt diese miteinander

verschweißen, so dass das elektrischen Schaltgerät auch nach Abschalten einer

Ansteuerspannung dauerhaft geschlossen bleibt, das abzuschaltende System also weiterhin mit einer vollen Versorgungsspannung belastet wird.

Dies ist durch die erfindungsgemäße Ausbildung der Kontaktoberflächen vermieden, da auf diese Weise eine Richtung der die Levitation auslösenden elektromagnetischen Kräfte, im Folgenden als Levitationskraft oder Stromkraft bezeichnet, umgeleitet ist, d. h. die Levitationskraft oder Stromkraft ist teilweise oder vollständig kompensierbar, da sie nicht mehr antiparallel zur Schließkraft gerichtet ist und daher der Schließkraft nicht mehr oder zumindest nicht mehr mit einem vollen Betrag entgegenwirkt.

D. h. über eine gezielte Anpassung von Kontaktgeometrien der Kontaktbereiche bzw. der Kontaktoberflächen lässt sich eine Umlenkung der schädlichen, für die Levitation verantwortlichen Stromkräfte erreichen. Die Stromkräfte werden dazu zur

Selbstkompensation in die Kontaktbrücke und/oder die Festkontaktstücke umgeleitet, statt sie gegen die Schließkraft arbeiten zu lassen.

Durch die erfindungsgemäße Lösung ist zudem die Kurzschlussfestigkeit eines

elektrischen Schaltgerätes vergrößert, ohne dass eine höhere Schließkraft erforderlich ist. Dadurch sind keine größeren Magnetspulen erforderlich, über welche eine höhere Schließkraft zu erzielen ist, welche jedoch einen höheren Bauraum erfordern.

Zudem ist auf diese Weise auch kein Einsatz beständigerer, dadurch aber auch wesentlich teurerer Kontaktmaterialien für die Festkontaktstücke und die Kontaktbrücke erforderlich, so dass eine wesentliche Kostenreduzierung erreicht ist.

Vorzugsweise sind die einander zugewandten Kontaktbereiche der Kontaktbrücke und der Festkontaktstücke zumindest bereichsweise korrespondierend zueinander ausgebildet. Auf diese Weise liegen die Kontaktbereiche der Kontaktbrücke und der Festkontaktstücke auf einer möglichst großen Fläche aneinander an, so dass große und dadurch gut elektrisch miteinander kontaktierte Kontaktoberflächen erreicht sind.

In einer vorteilhaften Ausführungsform sind die Kontaktoberflächen jeweils als eine ebene Fläche ausgebildet, welche sich über den jeweiligen Kontaktbereich erstreckt. Durch die Abwinkelung dieser flächig ausgebildeten Kontaktoberflächen gegenüber der Richtung der Schließkraft von betragsmäßig ungleich 90° ist eine möglichst hohe Kompensation der Stromkraft erreicht. Vorzugsweise sind die Kontaktoberflächen der Kontaktbereiche der beiden Festkontaktstücke gegensätzlich abgewinkelt, d. h. die eine Kontaktoberfläche um einen Winkel von ungleich 90° und die andere Kontaktoberfläche um einen Winkel von ungleich -90°. Die Kontaktoberflächen der beiden Kontaktbereiche der Kontaktbrücke sind dann zweckmäßigerweise korrespondierend dazu ebenfalls derart gegensätzlich abgewinkelt, dass die Kontaktoberflächen der Festkontaktstücke und der Kontaktbrücke vollflächig aufeinander aufliegen können. Da die einzelnen Stromkräfte an den

Kontaktoberflächen weiterhin einen Winkel von 90° zur jeweiligen Kontaktoberfläche haben, sind auf diese Weise die einzelnen Stromkräfte der verschiedenen

Kontaktoberflächen in eine zumindest teilweise einander kompensierende Richtung orientiert. Dies führt zu einer zumindest teilweisen Schwächung der gesamten auf die Kontaktbrücke einwirkenden und der Schließkraft entgegen wirkenden Stromkraft.

In einer weiteren vorteilhaften Ausführungsform mit ähnlich günstigen Auswirkungen ist die Kontaktbrücke in Form eines Kreisbogens ausgebildet, welcher in Richtung der Festkontaktstücke geöffnet ist. Die beiden Festkontaktstücke weisen jeweils einen abgerundeten Kontaktbereich auf, wobei ein Abstand zwischen voneinander

abgewandten Außenseiten der Festkontaktstücke im Bereich ihres Kontaktbereiches geringer ist als ein Innenabstand von Kreisbogenendbereichen der Kontaktbrücke, d. h. geringer als eine längstmögliche Kreisbogensehne.

In einer weiteren vorteilhaften Ausführungsform, welche eine Abwandlung der vorher beschriebenen Ausführungsform darstellt und ebenfalls die vorgenannten Vorteile erreicht, ist die Kontaktbrücke in Form eines Kreisbogens ausgebildet, welcher in einer von den Festkontaktstücken abgewandten Richtung geöffnet ist. Die beiden

Festkontaktstücke weisen jeweils einen abgerundeten Kontaktbereich auf, wobei ein Abstand zwischen einander zugewandten Innenseiten der Festkontaktstücke im Bereich ihres Kontaktbereiches geringer ist als ein Außenabstand von Kreisbogenendbereichen der Kontaktbrücke.

In einer weiteren vorteilhaften Ausführungsform weisen die einander zugewandten Kontaktbereiche der Kontaktbrücke und der Festkontaktstücke jeweils eine gewellte oder genoppte Oberfläche auf. Diese Oberflächen sind derart ausgebildet, dass bei einer Schließbewegung der Kontaktbrücke Wellen- bzw. Noppenberge der Kontaktbereiche der Kontaktbrücke in Wellen- bzw. Noppentäler der jeweiligen Kontaktbereiche der

Festkontaktstücke eintauchen und Wellen- bzw. Noppenberge der Kontaktbereiche der Festkontaktstücke in Wellen- bzw. Noppentäler des jeweiligen Kontaktbereichs der Kontaktbrücke eintauchen. Dabei sind die Wellen- bzw. Noppenberge jeweils von einem tiefsten Bereich des jeweiligen Wellen- bzw. Noppentals beabstandet. Die Wellen- bzw. Noppenberge der Kontaktbereiche der Kontaktbrücke berühren angrenzende Wellenbzw. Noppenberge der jeweiligen Kontaktbereiche der Festkontaktstücke seitlich, d. h. die Wellen- bzw. Noppenberge berühren sich gegenseitig an einer Umfangsfläche oder Mantelfläche. Bei dieser Ausführungsform sind die Kontaktoberflächen, an welchen sich die Wellen- bzw. Noppenberge gegenseitig berühren, ebenfalls nicht senkrecht, d. h nicht in einem Winkel von 90° oder -90° zur Richtung der Schließkraft ausgerichtet, so dass sich die Stromkräfte an den einzelnen Kontaktoberflächen zumindest teilweise

kompensieren. Idealerweise sind die Kontaktoberflächen parallel zur Richtung der Schließkraft ausgerichtet, so dass sich die Stromkräfte an den einzelnen

Kontaktoberflächen vollständig kompensieren und eine gesamte Stromkraft, welche der Schließkraft entgegenwirkt, gleich Null ist.

Zweckmäßigerweise sind die Festkontaktstücke und die Kontaktbrücke derart

ausgebildet, dass Kräfte, welche zu deren plastischer und/oder elastischer Verformung erforderlich sind, höher sind als während eines Betriebs auf die Festkontaktstücke und die Kontaktbrücke einwirkende Maximalkräfte. D. h. die Festkontaktstücke und die Kontaktbrücke sind hinreichend belastbar ausgebildet, um ein plastisches und/oder elastisches Verformen, d. h. ein Verbiegen oder ein Zerbrechen zu vermeiden.

Ein elektrisches Schaltgerät umfasst erfindungsgemäß zumindest eine derartige oben beschriebene Kontaktpaarung. Daraus resultieren für das elektrische Schaltgerät die bereits zu der Kontaktpaarung geschilderten Vorteile.

Zweckmäßigerweise ist das elektrische Schaltgerät ein Schütz oder ein Relais, beispielsweise ein Hochlastrelais, ein Leistungsschalter, ein Lasttrennschalter, ein Überlastrelais, ein Leistungsschutzschalter oder ein Niederspannungsleistungsschalter. Bei derartigen elektrischen Schaltgeräten treten die geschilderten Levitationseffekte auf, welche durch die geschilderte Ausbildung der Kontaktoberflächen verhinderbar sind.

Das elektrische Schaltgerät ist vorzugsweise ein elektrisches Schaltgerät für ein

Fahrzeug, insbesondere für ein Hybridfahrzeug, ein Brennstoffzellenfahrzeug oder ein Elektrofahrzeug, beispielsweise zur Abtrennung einer Batterie, insbesondere einer Hochvoltbatterie, von einem elektrischen Bordnetz des Fahrzeugs. Für derartige

Verwendungszwecke ist das elektrische Schaltgerät aufgrund der geschilderten

Ausbildung der Kontaktoberflächen und der dadurch erreichten Vermeidung der

Levitationseffekte besonders geeignet.

Ausführungsbeispiele der Erfindung werden im Folgenden anhand von Zeichnungen näher erläutert.

Dabei zeigen:

Fig. 1 schematisch ein elektrisches Schaltgerät nach dem Stand der Technik,

Fig. 2 schematisch eine Detailansicht von Figur 1 ,

Fig. 3 schematisch eine erste Ausführungsform eines elektrischen Schaltgerätes, Fig. 4 schematisch eine zweite Ausführungsform eines elektrischen

Schaltgerätes und

Fig. 5 schematisch eine Detailansicht einer dritten Ausführungsform eines

elektrischen Schaltgerätes.

Einander entsprechende Teile sind in allen Figuren mit den gleichen Bezugszeichen versehen.

Die Figuren 1 bis 5 zeigen schematisch ein elektrisches Schaltgerät 1 , wobei in den Figuren 1 und 2 eine bereits aus dem Stand der Technik bekannte Variante dieses elektrischen Schaltgerätes 1 dargestellt ist und in den Figuren 3 bis 5 verschiedene Ausführungsformen eines erfindungsgemäß ausgebildeten elektrischen Schaltgerätes 1 dargestellt sind. Das elektrische Schaltgerät 1 ist beispielsweise als ein Schütz oder ein Hochlastrelais ausgebildet und weist eine Kontaktpaarung 2 mit einer Doppelkontaktstelle auf. Bei dieser Kontaktpaarung 2 sind zwei Festkontaktstücke 3 mittels einer beweglichen Kontaktbrücke 4 elektrisch leitend verbindbar und wieder trennbar. Durch die

erfindungsgemäße Ausbildung dieses elektrischen Schaltgerätes 1 , wie beispielsweise in den Figuren 3 bis 5 gezeigt, ist eine teilweise oder vollständige Kompensierung von Stromkräften Fl erreichbar.

Anhand der Figuren 1 und 2 und des hier dargestellten elektrischen Schaltgerätes 1 nach dem Stand der Technik wird zunächst der technische Hintergrund näher erläutert.

Derartige elektrische Schaltgeräte 1 , welche beispielsweise als Hochlastrelais bzw.

Schütze in Systemen mit sehr niederohmigen Energiequellen, wie beispielsweise

Lithium-Ionen-Batterien, eingesetzt sind, können in einem Fehlerfall mit einem

Kurzschlussstrom belastet werden, der ein Vielfaches ihres Nennstroms beträgt.

Derartige Ströme I können dazu führen, dass Kontakte im Inneren des elektrischen Schaltgerätes 1 durch elektromagnetische Kräfte geöffnet werden. D. h. die

Kontaktbrücke 4 wird durch die entgegen einer Schließkraft FS wirkenden

elektromagnetischen Kräfte von den Festkontaktstücken 3 abgehoben, wodurch in Kontaktbereichen 3.1 , 4.1 ausgebildete Kontaktoberflächen 3.2, 4.2 an den

Festkontaktstücken 3 und der Kontaktbrücke 4 voneinander getrennt werden. In Figur 2 sind Magnetfeldlinien L eines diese elektromagnetischen Kräfte erzeugenden und durch den Stromfluss induzierten Magnetfeldes dargestellt. Durch das Öffnen der Kontakte kann es zu einer schädlichen Lichtbogenbildung kommen. Dieser Lichtbogen erwärmt die Kontaktoberflächen 3.2, 4.2 bis zur kritischen

Schmelztemperatur. Gleichzeitig sorgt eine durch den Lichtbogen verursachte

Stromabsenkung für ein Nachlassen der elektromagnetischen Kräfte und somit für ein erneutes Schließen der Kontakte, d. h. ein erneutes Aufsetzen der Kontaktbrücke 4 auf die Festkontaktstücke 3, wodurch die Kontaktoberflächen 3.2, 4.2 wieder aufeinander aufliegen, so dass die Festkontaktstücke 3 wieder über die Kontaktbrücke 4 elektrisch leitend miteinander verbunden sind. Im ungünstigsten Fall wiederholt sich dieses ungewollte Öffnen und Schließen mehrfach in schnellem Wechsel. Dieser Effekt wird in der Literatur als elektromagnetische Repulsion, Levitation oder als Flattern bezeichnet.

Das erneute Verpressen der angeschmolzenen Kontaktoberflächen 3.2, 4.2 durch das Aufpressen der Kontaktbrücke 4 mittels der Schließkraft FS auf die Festkontaktstücke 3 lässt diese miteinander verschweißen, so dass das elektrische Schaltgerät 1 auch nach Abschalten einer Ansteuerspannung dauerhaft geschlossen bleibt, das abzuschaltende System also weiterhin mit einer vollen Versorgungsspannung belastet wird.

Figur 1 und insbesondere Figur 2 zeigen den physikalischen Hintergrund der

Levitation. Insbesondere wird gezeigt, dass der Levitationseffekt primär durch die

Einschnürung des Stromes I auf eine lokal stark begrenzte Fläche hervorgerufen wird. Dies kann bewusst herbeigeführt werden, z.B. durch Abrundung der Kontakte oder unbewusst aufgrund stets vorhandener mikroskopischer Unebenheiten eines Materials der Festkontaktstücke 3 und der Kontaktbrücke 4.

Durch die dabei erkennbare Inhomogenität im induzierten Magnetfeld entsteht eine Kraftwirkung senkrecht zur Tangente der jeweiligen Kontaktoberfläche 3.2, 4.2. In erster Näherung kann angenommen werden, dass eine mikroskopische Kontaktoberfläche 3.2, 4.2. identisch oder zumindest parallel zur makroskopischen

Kontaktoberfläche 3.2, 4.2. ist, daher gilt in erster Näherung, dass eine für die Levitation verantwortliche Stromkraft Fl in einem Winkel von 90° zur jeweiligen Kontaktoberfläche 3.2, 4.2 steht.

Übliche Schütze, wie in den Figuren 1 und 2 dargestellt, sind derart aufgebaut, dass die Schließkraft FS zum Anpressen der Kontaktbrücke 4 an die Festkontaktstücke 3 ebenfalls einen Winkel von 90° zu den Kontaktoberflächen 3.2, 4.2 hat, da auf diese Weise eine wirksame Anpresskraft maximiert ist. Die unerwünschten Stromkräfte Fl haben somit einen Winkel von 90°+ 90°=180° zur Schließkraft FS, sind also antiparallel orientiert und führen daher zum Öffnen/Levitieren der Kontakte, d. h. zum Abheben der Kontaktbrücke 4 von den Festkontaktstücken 3, sobald Beträge der Stromkräfte Fl einen Betrag der Schließkraft FS übertreffen, d. h. sobald eine aus den Stromkräften Fl resultierende Gesamtstromkraft GFI, welche der Schließkraft FS entgegenwirkt, größer ist als die Schließkraft FS.

Das erfindungsgemäß verbesserte elektrische Schaltgerät 1 , welches in beispielhaften Ausführungsformen in den Figuren 3 bis 5 dargestellt ist, weist eine umgeformte

Kontaktgeometrie auf, um diesem Levitationseffekt entgegenzuwirken, d. h. ihn aufzuheben oder zumindest deutlich zu reduzieren. Um dies zu erreichen, sind die aneinander anliegenden Kontaktoberflächen 3.2, 4.2 in einem Winkel von betragsmäßig ungleich 90° zur Schließkraft FS ausgebildet, mittels welcher die Kontaktbrücke 4 zum Schließen der elektrisch leitenden Verbindung an die Festkontaktstücke 3 anpressbar ist. D. h. die Kontaktoberflächen 3.2, 4.2 in einander zugewandten Kontaktbereichen 3.1 , 4.1 der Kontaktbrücke 4 und der Festkontaktstücke 3 sind in einem Winkel von betragsmäßig ungleich 90° zu einer Richtung der Schließkraft FS ausgebildet, d. h. in einem Winkel von ungleich 90° und ungleich -90°. D. h. der Betrag des Winkels zwischen der jeweiligen Kontaktoberfläche 3.2, 4.2 und der Richtung der Schließkraft FS ist entweder größer oder kleiner als 90°.

Da die Stromkräfte Fl weiterhin einen Winkel von 90° zur jeweiligen Kontaktoberfläche 3.2, 4.2 haben, sind die einzelnen Stromkräfte Fl der verschiedenen

Kontaktoberflächen 3.2, 4.2 auf diese Weise in eine zumindest teilweise einander kompensierende Richtung orientiert. Dies bewirkt eine zumindest teilweise Schwächung der unerwünschten Gesamtstromkraft GFI. Auf diese Weise ist erreicht, dass die der Schließkraft FS entgegenwirkende Gesamtstromkraft GFI bzw. ein entgegen der

Richtung der Schließkraft FS wirkender Anteil der Gesamtsromkraft GFI geringer ist als die beispielsweise elektromagnetisch realisierte Schließkraft FS, so dass ein Abheben der Kontaktbrücke 4 von den Festkontaktstücken 3 entgegen der Wirkung der

Schließkraft FS verhindert ist.

Eine praktische Umsetzung dieser Orientierungsänderung der Kontaktoberflächen 3.2, 4.2 im Vergleich zum Stand der Technik kann nach beliebigen, an den Einsatzzweck angepassten Geometrieänderungen der Kontaktoberflächen 3.2, 4.2 bzw. der Kontaktbereiche 3.1 , 4.1 der Kontaktbrücke 4 und der Festkontaktstücke 3 erfolgen. In den Figuren 3 bis 5 sind drei einfache Umsetzungsmöglicheiten beispielhaft gezeigt. Dabei sind jeweils die einander zugewandten Kontaktbereiche 3.1 , 4.1 der Kontaktbrücke 4 und der Festkontaktstücke 3 zumindest bereichsweise korrespondierend zueinander ausgebildet. Auf diese Weise liegen die Kontaktbereiche 3.1 , 4.1 der

Kontaktbrücke 4 und der Festkontaktstücke 3 auf einer möglichst großen Fläche aneinander an, so dass große und dadurch gut elektrisch miteinander kontaktierte Kontaktoberflächen 3.2, 4.2 erreicht sind.

In Figur 3 ist ein beispielsweise als Schütz ausgebildetes elektrisches Schaltgerät 1 mit angeschrägten Kontaktoberflächen 3.2, 4.2 zur teilweisen Ableitung der Stromkräfte Fl dargestellt. Dabei sind die Kontaktoberflächen 3.2, 4.2 jeweils als eine ebene Fläche ausgebildet, welche sich über den jeweiligen Kontaktbereich 3.1 , 4.1 erstreckt. Durch die Abwinkelung dieser flächig ausgebildeten Kontaktoberflächen 3.2, 4.2 gegenüber der Richtung der Schließkraft FS von betragsmäßig ungleich 90° ist eine möglichst hohe Kompensation der Gesamtstromkraft GFI erreicht. In der in Figur 3 dargestellten

Ausführungsform sind die Kontaktoberflächen 3.2 der Kontaktbereiche 3.1 der beiden Festkontaktstücke 3 gegensätzlich abgewinkelt, d. h. die eine Kontaktoberfläche 3.1 um einen Winkel von ungleich 90° und die andere Kontaktoberfläche 3.1 um einen Winkel von ungleich -90°. Die Kontaktoberflächen 4.2 der Kontaktbereiche 4.1 der

Kontaktbrücke 4 sind korrespondierend dazu ebenfalls derart gegensätzlich abgewinkelt, dass die Kontaktoberflächen 3.2, 4.2 der Festkontaktstücke 3 und der Kontaktbrücke 4 vollflächig aufeinander aufliegen. Da die einzelnen Stromkräfte Fl an den

Kontaktoberflächen 3.2, 4.2 weiterhin einen Winkel von 90° zur jeweiligen

Kontaktoberfläche 3.2, 4.2 haben, sind auf diese Weise die einzelnen Stromkräfte Fl der verschiedenen Kontaktoberflächen 3.2, 4.2 in eine zumindest teilweise einander kompensierende Richtung orientiert. Dies führt zu einer zumindest teilweisen

Schwächung der gesamten auf die Kontaktbrücke 4 einwirkenden und der

Schließkraft FS entgegen wirkenden Gesamtstromkraft GFI.

In Figur 4 ist ein beispielsweise als Schütz ausgebildetes elektrisches Schaltgerät 1 mit gebogenen und abgerundeten Kontaktbereichen 3.1 , 4.1 zur teilweisen Ableitung der Stromkräfte Fl dargestellt. Dazu ist die Kontaktbrücke 4 in der in Figur 4 dargestellten Ausführungsform in Form eines Kreisbogens ausgebildet, welcher in Richtung der Festkontaktstücke 3 geöffnet ist. In diesem Beispiel ist die Kontaktbrücke 4 in Form eines Halbkreises ausgebildet, es ist jedoch auch ein längerer oder insbesondere ein kürzerer Kreisbogen möglich. Die beiden Festkontaktstücke 3 weisen jeweils einen abgerundeten Kontaktbereich 3.1 auf, wobei ein Abstand zwischen voneinander abgewandten

Außenseiten der Festkontaktstücke 3 im Bereich ihres Kontaktbereiches 3.1 geringer ist als ein Innenabstand von Kreisbogenendbereichen der Kontaktbrücke 4, d. h. geringer als eine längstmögliche Kreisbogensehne. Auf diese Weise liegen bei geschlossener elektrisch leitender Verbindung die Festkontaktstücke 3 an einer Kreisbogeninnenseite der Kontaktbrücke 4 an, an welcher die Kontaktbereiche 4.1 der Kontaktbrücke 4 ausgebildet sind. In einer hier nicht dargestellten, zur Figur 4 abgewandelten

Ausführungsform ist die Kontaktbrücke 4 in Form eines Kreisbogens ausgebildet, welcher in einer von den Festkontaktstücken 3 abgewandten Richtung geöffnet ist. Die beiden Festkontaktstücke 3 weisen jeweils wieder den abgerundeten Kontaktbereich 3.1 auf, wobei ein Abstand zwischen einander zugewandten Innenseiten der Festkontaktstücke 3 im Bereich ihres Kontaktbereiches 3.1 geringer ist als ein Außenabstand von

Kreisbogenendbereichen der Kontaktbrücke 4. Auf diese Weise liegen bei geschlossener elektrisch leitender Verbindung die Festkontaktstücke 3 an einer Kreisbogenaußenseite der Kontaktbrücke 4 an, an welcher die Kontaktbereiche 4.1 der Kontaktbrücke 4 ausgebildet sind. Dadurch sind zur Figur 4 analoge Vorteile zu erzielen. In beiden

Ausführungsformen sind die Stromkräfte Fl in eine von der Schließkraft FS abweichende Richtung ausgerichtet, d. h. weder parallel noch antiparallel zu dieser. Auf diese Weise die Gesamtstromkraft GFI bzw. der entgegen der Schließkraft FS wirkende Anteil geringer als die Schließkraft FS, so dass der Levitationseffekt verhindert ist.

In Figur 5 ist eine weitere Strukturierung der Kontaktbereiche 3.1 , 4.1 zur Umlenkung der Stromkräfte Fl dargestellt. Dabei stellt Figur 5 als Abwandlung zu den in Figur 3 und 4 dargestellten Ausführungsformen eine Prägung der Kontaktbereiche 3.1 , 4.1 derart dar, dass die Kontaktbereiche 3.1 , 4.1 wellenförmige, noppenförmige oder andere Geometrien aufweisen, bei denen die tatsächlichen Kontaktoberflächen 3.2, 4.2 nicht senkrecht, sondern idealerweise parallel zur Schließkraft FS ausgebildet sind. Dies kann, wie in Figur 5 gezeigt, über ein Wellenmuster erfolgen oder über eine beliebige andere

Variante, die die oben genannte Forderung erfüllt.

In Figur 5 weisen die einander zugewandten Kontaktbereiche 3.1 , 4.1 der

Kontaktbrücke 4 und der Festkontaktstücke 3 jeweils eine gewellte oder genoppte Oberfläche auf. Diese Oberflächen sind derart ausgebildet, dass bei einer

Schließbewegung der Kontaktbrücke 4 Wellen- bzw. Noppenberge der

Kontaktbereiche 4.1 der Kontaktbrücke 4 in Wellen- bzw. Noppentäler der jeweiligen Kontaktbereiche 3.1 der Festkontaktstücke 3 eintauchen und Wellen- bzw. Noppenberge der Kontaktbereiche 3.1 der Festkontaktstücke 3 in Wellen- bzw. Noppentäler des jeweiligen Kontaktbereichs 4.1 der Kontaktbrücke 4 eintauchen. Dabei sind die Wellenbzw. Noppenberge jeweils von einem tiefsten Bereich des jeweiligen Wellen- bzw.

Noppentals beabstandet. Die Wellen- bzw. Noppenberge der Kontaktbereiche 4.1 der Kontaktbrücke 4 berühren angrenzende Wellen- bzw. Noppenberge der jeweiligen Kontaktbereiche 3.1 der Festkontaktstücke 3 seitlich, d. h. die Wellen- bzw. Noppenberge berühren sich gegenseitig an einer Umfangsfläche oder Mantelfläche. Bei dieser

Ausführungsform sind die Kontaktoberflächen 3.2, 4.2, an welchen sich die Wellen- bzw. Noppenberge gegenseitig berühren, ebenfalls nicht senkrecht, d. h nicht in einem Winkel von 90° oder -90° zur Richtung der Schließkraft FS ausgerichtet, so dass sich die Stromkräfte Fl an den einzelnen Kontaktoberflächen 3.2, 4.2 zumindest teilweise kompensieren. Idealerweise sind die Kontaktoberflächen 3.2, 4.2, wie in diesem Beispiel, parallel zur Richtung der Schließkraft FS ausgerichtet, so dass sich die Stromkräfte Fl an den einzelnen Kontaktoberflächen 3.2, 4.2 vollständig kompensieren und die

Gesamtstromkraft GFI, welche der Schließkraft FS entgegenwirkt, gleich Null ist.

Über derartige Geometrieänderungen, d. h. gezielte Anpassungen der

Kontaktgeometrien, wie beispielsweise in den Figuren 3 bis 5 dargestellt, lässt sich eine Umlenkung der schädlichen, für die Levitation verantwortlichen Stromkräfte Fl erreichen. Diese sind derart umgeleitet, dass sie nicht mehr gegen die Schließkraft FS wirken, welche üblicherweise mittels eines Elektromagnets als magnetische Anpresskraft realisiert wird, sondern die Stromkräfte Fl wirken auf die metallischen Stromschienen, d. h. auf die Festkontaktstücke 3 und die Kontaktbrücke 4. D. h. die Stromkräfte Fl werden zur Selbstkompensation in die Kontaktschienen, d. h. in die Festkontaktstücke 3 und die Kontaktbrücke 4 umgeleitet, so dass sie nicht mehr oder zumindest nicht vollständig gegen die Schließkraft FS wirken. Es ist daher darauf zu achten, dass diese mechanisch hinreichend belastbar ausgeführt sind, da ansonsten ein Zerbrechen oder Verbiegen nicht ausgeschlossen werden kann. Daher sind die Festkontaktstücke 3 und die Kontaktbrücke 4 zweckmäßigerweise derart ausgebildet, dass Kräfte, welche zu deren plastischer und/oder elastischer Verformung erforderlich sind, höher sind als während eines Betriebs des elektrischen Schaltgerätes 1 auf die Festkontaktstücke 3 und die Kontaktbrücke 4 einwirkende Maximalkräfte. D. h. die Festkontaktstücke 3 und die Kontaktbrücke 4 sind hinreichend belastbar ausgebildet, um ein plastisches und/oder elastisches Verformen, d. h. ein Verbiegen oder ein Zerbrechen zu vermeiden.

Besonders vorteilhaft ist, dass durch diese beispielsweise in den Figuren 3 bis 5 dargestellte Ausbildung der Kontaktpaarung 2 des elektrischen Schaltgerätes 1 eine Kurzschlussfestigkeit des zum Beispiel als Schütz ausgebildeten elektrischen

Schaltgeräts 1 vergrößert ist, ohne eine höhere Schließkraft FS einzusetzen. Auf diese Weise ist kein erhöhter Bauraum für Komponenten erforderlich, um eine höhere

Schließkraft FS zu erzeugen. Bezugszeichenliste

1 elektrisches Schaltgerät

2 Kontaktpaarung

3 Festkontaktstück

3.1 Kontaktbereich des Festkontaktstücks

3.2 Kontaktoberfläche des Festkontaktstücks

4 Kontaktbrücke

4.1 Kontaktbereich der Kontaktbrücke

4.2 Kontaktoberfläche der Kontaktbrücke

Fl Stromkraft

FS Schließkraft

GFI Gesamtstromkraft

I Strom

L Magnetfeldlinie

Claims

Patentansprüche

1. Kontaktpaarung (2) mit einer Doppelkontaktstelle für ein elektrisches

Schaltgerät (1 ), bei der zwei Festkontaktstücke (3) mittels einer beweglichen Kontaktbrücke (4) elektrisch leitend verbindbar und wieder trennbar sind, dadurch gekennzeichnet, dass

die Kontaktbrücke (4) zum Schließen der elektrisch leitenden Verbindung mittels einer Schließkraft (FS) an die Festkontaktstücke (3) anpressbar ist, wobei

Kontaktoberflächen (3.2, 4.2) in einander zugewandten Kontaktbereichen (3.1 , 4.1 ) der Kontaktbrücke (4) und der Festkontaktstücke (3) in einem Winkel von betragsmäßig ungleich 90° zu einer Richtung der Schließkraft (FS) ausgebildet sind.

2. Kontaktpaarung (2) nach Anspruch 1 ,

dadurch gekennzeichnet, dass

die einander zugewandten Kontaktbereiche (3.1 , 4.1 ) der Kontaktbrücke (4) und der Festkontaktstücke (3) zumindest bereichsweise korrespondierend zueinander ausgebildet sind.

3. Kontaktpaarung (2) nach Anspruch 1 oder 2,

dadurch gekennzeichnet, dass

die Kontaktoberflächen (3.2, 4.2) jeweils als eine ebene Fläche ausgebildet sind, welche sich über den jeweiligen Kontaktbereich (3.1 , 4.1 ) erstreckt.

4. Kontaktpaarung (2) nach Anspruch 1 oder 2,

dadurch gekennzeichnet, dass die Kontaktbrücke (4) in Form eines Kreisbogens ausgebildet ist, welcher in

Richtung der Festkontaktstücke (3) geöffnet ist, und dass die beiden

Festkontaktstücke (3) jeweils einen abgerundeten Kontaktbereich (3.1 ) aufweisen, wobei ein Abstand zwischen voneinander abgewandten Außenseiten der

Festkontaktstücke (3) im Bereich ihres Kontaktbereiches (3.1 ) geringer ist als ein Innenabstand von Kreisbogenendbereichen der Kontaktbrücke (4).

5. Kontaktpaarung (2) nach Anspruch 1 oder 2,

dadurch gekennzeichnet, dass

die Kontaktbrücke (4) in Form eines Kreisbogens ausgebildet ist, welcher in einer von den Festkontaktstücken (3) abgewandten Richtung geöffnet ist, und dass die beiden Festkontaktstücke (3) jeweils einen abgerundeten Kontaktbereich (3.1 ) aufweisen, wobei ein Abstand zwischen einander zugewandten Innenseiten der Festkontaktstücke (3) im Bereich ihres Kontaktbereiches (3.1 ) geringer ist als ein Außenabstand von Kreisbogenendbereichen der Kontaktbrücke (4).

6. Kontaktpaarung (2) nach Anspruch 1 oder 2,

dadurch gekennzeichnet, dass

die einander zugewandten Kontaktbereiche (3.1 , 4.1 ) der Kontaktbrücke (4) und der Festkontaktstücke (3) jeweils eine gewellte oder genoppte Oberfläche aufweisen, welche derart ausgebildet ist, dass bei einer Schließbewegung der

Kontaktbrücke (4) Wellen- bzw. Noppenberge der Kontaktbereiche (4.1 ) der Kontaktbrücke (4) in Wellen- bzw. Noppentäler der jeweiligen Kontaktbereiche (3.1 ) der Festkontaktstücke (3) eintauchen und umgekehrt, wobei die Wellen- oder Noppenberge jeweils von einem tiefsten Bereich des jeweiligen Wellen- oder Noppentals beabstandet sind und wobei die Wellen- oder Noppenberge der Kontaktbereiche (4.1 ) der Kontaktbrücke (4) angrenzende Wellen- bzw.

Noppenberge der jeweiligen Kontaktbereiche (3.1 ) der Festkontaktstücke (3) seitlich berühren.

7. Kontaktpaarung (2) nach einem der vorhergehenden Ansprüche,

dadurch gekennzeichnet, dass

die Festkontaktstücke (3) und die Kontaktbrücke (4) derart ausgebildet sind, dass Kräfte, welche zu deren plastischer und/oder elastischer Verformung erforderlich sind, höher sind als während eines Betriebs auf diese einwirkende Maximalkräfte.

8. Elektrisches Schaltgerät (1 ), umfassend zumindest eine Kontaktpaarung (2) nach einem der Ansprüche 1 bis 7.

9. Elektrisches Schaltgerät (1 ) nach Anspruch 8,

dadurch gekennzeichnet, dass

das elektrische Schaltgerät (1 ) ein Schütz oder ein Relais ist.

10. Elektrisches Schaltgerät (1 ) nach Anspruch 8 oder 9,

dadurch gekennzeichnet, dass

das elektrische Schaltgerät (1 ) als ein elektrisches Schaltgerät (1 ) für ein Fahrzeug ausgebildet ist, insbesondere für ein Hybridfahrzeug, ein Brennstoffzellenfahrzeug oder ein Elektrofahrzeug.