WO2022012719A1 - Kontaktpaar eines elektrischen kontaktsystems von einer schalteinrichtung - Google Patents

Kontaktpaar eines elektrischen kontaktsystems von einer schalteinrichtung Download PDF

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WO2022012719A1
WO2022012719A1 PCT/DE2021/100607 DE2021100607W WO2022012719A1 WO 2022012719 A1 WO2022012719 A1 WO 2022012719A1 DE 2021100607 W DE2021100607 W DE 2021100607W WO 2022012719 A1 WO2022012719 A1 WO 2022012719A1
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WO
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contact
areas
contact surface
contacts
pair
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PCT/DE2021/100607
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Inventor
Dr. Marcus HERRMANN
Dipl.-Ing. Matthias KULKE
Dipl.-Ing. Richard HERMANN
Original Assignee
Johnson Electric Germany GmbH & Co. KG
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Publication date
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    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01H—ELECTRIC SWITCHES; RELAYS; SELECTORS; EMERGENCY PROTECTIVE DEVICES
    • H01H1/00—Contacts
    • H01H1/06—Contacts characterised by the shape or structure of the contact-making surface, e.g. grooved
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01H—ELECTRIC SWITCHES; RELAYS; SELECTORS; EMERGENCY PROTECTIVE DEVICES
    • H01H1/00—Contacts
    • H01H1/12—Contacts characterised by the manner in which co-operating contacts engage
    • H01H1/14—Contacts characterised by the manner in which co-operating contacts engage by abutting
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01H—ELECTRIC SWITCHES; RELAYS; SELECTORS; EMERGENCY PROTECTIVE DEVICES
    • H01H3/00—Mechanisms for operating contacts
    • H01H3/001—Means for preventing or breaking contact-welding

Definitions

  • the invention relates to a contact pair of an electrical contact system of a switching device, with a specific contact geometry leading to a reduction in the tendency to weld between the contacts of the contact pair.
  • the switching devices for which the invention is applicable include relays, switches, contactors, switching devices and circuit breakers.
  • the invention relates to such switching devices with a high short-circuit current load, such as cut-off relays of electricity meters.
  • Switching devices such as relays, switches and switching devices must pass various high-current tests.
  • the device In addition to maintaining the safety of people and systems, which means that the device must not show or cause any external damage, but must no longer function after the test, there is an increasing requirement to maintain the switching function after the short circuit has passed. For this it is necessary that the switching contacts in the device are not stuck after the test and can be opened with normal operating voltage. Furthermore, the insulating properties of the electrical paths must be retained.
  • a first approach is to increase the contact pressure in such a way that the contact points of the contacts are enlarged by the pressure. This leads to a reduction in contact resistance, which also reduces local heating. The amount of molten contact material would then be too small to create a bond between the contact pair when it solidifies again.
  • a second possible approach is to generate an external force large enough to break any adhesion after current flow.
  • permanent sticking of the switching contacts can be avoided by reducing the current through the individual contacts by using contact systems arranged in parallel. This means that the heating per contact system and, as a result, the amount of melt can be reduced.
  • a fourth approach consists of generating a system-internal force that moves the contacts towards each other during the current flow and thus, on the one hand, permanently shifts the contact point to non-melted material and, on the other hand, generates mechanical forces or moments in the contact system through the shift, which break up the bonds.
  • Another approach is to select special contact alloys that become brittle at high currents and whose connection can be easily broken. For example, silver carbide (AgC) contacts can be used. However, these are Not suitable for high numbers of switching cycles, as in this case the burn-off is too high and contact sticking also occurs.
  • the contact structure for a switch has a pair of opposing contacts to open and close the switch by the contacts coming into contact with or separating from each other.
  • a contact structure for a switch which is said to be able to increase the contact area, suppress conduction errors and improve the operational reliability of the switch by configuring the contact points between the contacts as linear contacts.
  • the contact surface of one contact is shaped into a concave surface provided with projections and recesses, while the contact surface of the other contact is shaped into a rounded surface, and the projections of one contact and the rounded surface of the other contact are configured so that they come into contact with each other.
  • the object of the invention is to design switching contacts in an efficient and cost-effective manner in such a way that contact fusion can be prevented or broken up with normal operating voltage.
  • the object of the invention is achieved by a pair of contacts having the features of claim 1. Particular embodiments and refinements are specified in the dependent claims.
  • the contact pair according to the invention which is part of an electrical
  • Contact system is from a switching device, consists of a fixed contact, which is fixed to a housing of the switching device stationary component, such as a busbar, and a movable relative to the fixed contact for a switching function contact.
  • Contact pairs are positioned relative to one another in such a way that the movable contact can be pressed onto the fixed contact by means of a contact force and each contact has a contact directed towards an opposite contact
  • the contact pair has contact surface.
  • the contact pair has a contact geometry for a reduced tendency to weld, in that the contact surface of at least one of the contacts is divided into different surface areas, with several surface areas lying at least partially in one plane forming upper contact areas. Surface areas that are respectively adjacent to the upper contact areas form recess areas and are further away from the respectively opposite contact than the upper contact areas. At least one transition, for example a sharp or rounded edge, is formed between the upper contact areas and the recess areas.
  • the subdivision of the contact surface into different surface areas is formed in several areas of the contact surface, distributed regularly or irregularly over the contact surface, with the recess areas in the form of parallel or non-parallel arranged grooves, which extend linearly over the contact surface in the plan view of the contact surface , or in the form of a plurality of arcuate or annular grooves.
  • the recess areas and the respective at least one transition do not intersect with any other recess area.
  • the contacts and their contact surfaces can have different outer contours or shapes when viewed from above.
  • the contacts and/or the contact surfaces can have a circular outer contour when viewed from above, which is the case, for example, when the contact surface is at least partially in the form of a dome, a spherical segment, a circular disk or a circular ring.
  • contacts and/or contact surfaces can also have an outer contour which is polygonal in plan view, for example in the form of a rectangle or hexagon.
  • the area subdivisions on the contact surface lead to a reduction of the adhesive surface when a braid current occurs. This means that with the contact geometries according to the invention, smaller bonding areas and a reduction in the welding forces are achieved. In addition, easier removal of the melt from the contact point is made possible.
  • Contact geometries are introduced that reduce the size of the welding area, which is usually 0.25 mm 2 to 1 mm 2 , in that the geometry of the switching contacts makes only a few smaller areas available that can melt.
  • the advantage of using multiple surfaces which is known per se from the third approach mentioned above, is combined with the use of a reduced surface on just one contact.
  • the geometry with the subdivision into adjacent upper contact areas and recess areas promotes the distribution of the local melt out of the contact point, so that less material solidifies in the contact points. This leads to a further reduction in the adhesive forces.
  • the low adhesive forces can easily be overcome by an external drive system.
  • the contact geometries according to the invention ensure a low Contact resistance, since the surfaces are unchanged compared to standard contacts in the neutral position of the contacts. The changed geometries only come into play through the system-immanent movement at high current.
  • only one of the opposing contacts is divided into the different surface areas, while the other contact has a contact surface without a corresponding area division.
  • both contacts are each subdivided into the different surface areas.
  • the contact surface is subdivided into different surface areas in only one area and/or not distributed regularly over the contact surface.
  • the subdivision of the contact surface into different surface areas can also be distributed in a regular manner over the entire contact surface.
  • the recess areas are at least in part a plurality of annular grooves which run rotationally symmetrically around the center point of the contact surface.
  • the plurality of recess areas may be in the form of parallel grooves which, in plan view of the contact surface, extend linearly and, in the case of a circular outer contour of the contact surface, chordally over the contact surface and are distributed irregularly, for example over only half of the contact surface .
  • a plurality of grooves arranged in parallel can be formed in the contact surface as cut-out areas, which in the plan view of the contact surface are linear and possibly extend like a chord over the contact surface and which are arranged mirror-symmetrically with respect to a mirror axis running through the center point of the contact surface.
  • a groove positioned centrally in the group of grooves arranged in parallel can run along the mirror axis through the center point of the contact surface.
  • Each type of grooves mentioned above may have a V-shaped, a rectangular, a U-shaped or a C-shaped cross-section with a radius.
  • a further aspect of the invention relates to a switching device for high-current applications, which comprises a contact system with a contact pair, the contact pair having the features mentioned above.
  • This switching device can be a switch-off relay for electricity meters, for example.
  • This cut-off relay can also have an armature and at least one
  • excitation coil wherein a force can be produced by the excitation coil due to the magnetic field it generates, which force can be transmitted to the contact system and thus to the contact pair by means of the armature such that the contact system can be switched by the excitation coil.
  • Cut-off relay can also include a drive from a motor-gear combination, whereby the force generated by this motor-gear combination can be transmitted to the contact system and thus to the contact pair by means of a coupling element in such a way that the contact system can be switched by the drive .
  • 2A a plan view of a contact surface with a circular outer contour and parallel grooves that extend chord-like over the contact surface and are regularly distributed over the entire contact surface, and
  • Figures 1 and 2A and 2B show different embodiments for contact geometries.
  • 1 shows a busbar 1 with two fixed contacts 2 arranged next to one another as a component that is stationary with respect to the housing of the switching device.
  • Both fixed contacts 2 each form a contact pair with a contact (not shown in FIG. 1) that can be moved relative to the fixed contact 2 for a switching function.
  • the contacts of the contact pair are positioned relative to one another in such a way that the movable contact can be pressed onto the fixed contact 2 by means of a contact force.
  • Each of the two fixed contacts 2 has a contact surface 3 with a circular outer contour which is directed towards an opposite movable contact.
  • Each pair of contacts has a contact geometry for a reduced tendency to weld, in that the contact surface 3 of at least one of the contacts is divided into different surface areas 4, 5.
  • surface areas lying predominantly in one plane form upper contact areas 4, while those adjacent to the contact areas 4
  • Surface areas form cut-out areas 5 which are further away from the respectively opposite movable contact than the upper contact areas 4.
  • an edge 6 is formed as a transition 6 in each case.
  • the edge 6 is continuous, which means that neither the cut-out area 5 nor one edge intersect with another cut-out area.
  • Fig. 1 shows a busbar 1 with two fixed contacts 2 arranged next to one another as a top view of the circular contact surfaces 3 of the fixed contacts 2, each with three parallel grooves 9 extending chord-like over the circular surface of the contact surface 3 on only one half of the circular surface, the form the cut-out areas 5, while the surface areas of the circular area that lie outside the grooves 9 clearly predominate and can be assigned to the upper contact areas 4.
  • the subdivision of the contact surface 3 into different surface areas 4 , 5 provided according to the invention is therefore not distributed regularly over the contact surface 3 .
  • the grooves 9 can have a V-shaped, a rectangular, a U-shaped or a C-shaped cross-section with a radius.
  • edges 6 are formed between the grooves 9 and the adjacent upper contact areas 4 .
  • the three parallel grooves 9 shown in Fig. 1 can be more or less in number in further embodiments, whereby the grooves 9 can also be distributed over less or more than half of the contact surface. They can also be arranged non-parallel.
  • grooves 9 arranged in parallel and extending chord-like over the circular area of the contact surface can be regularly distributed over the entire circular area, like the exemplary embodiment of a contact 2 shown in FIGS. 2A and 2B; 14, which can be a fixed contact 2 or a movable contact 14, shows.
  • the subdivision of the contact surface 3 into different surface areas 4, 5 provided according to the invention is thus designed to be distributed regularly over the contact surface 3.
  • the recess areas 5 are formed in the contact surface 3 in the form of a plurality of parallel grooves 9, which in the plan view of the contact surface 3 extend linearly over the contact surface 3 and are arranged mirror-symmetrically with respect to a mirror axis 10 running through the center point of the contact surface 3 .
  • edges 6 are formed between the grooves 9 and the adjacent upper contact areas 4, as can also be seen from the sectional view of the contact 2; 14 in Figure 2B.

Landscapes

  • Contacts (AREA)

Abstract

Die Erfindung betrifft ein Kontaktpaar eines elektrischen Kontaktsystems von einer Schalteinrichtung. Das Kontaktpaar weist eine Kontaktgeometrie für eine reduzierte Verschweißneigung auf, indem die Kontaktoberfläche (3) zumindest eines der Kontakte (2; 14) in verschiedene Flächenbereiche (4, 5) unterteilt ist, wobei mehrere zumindest teilweise in einer Ebene liegende Flächenbereiche mehrere obere Kontaktbereiche (4) bilden und zu den oberen Kontaktbereichen (4) benachbarte Flächenbereiche Aussparungsbereiche (5) bilden und weiter vom jeweils gegenüberliegenden Kontakt (2; 14) entfernt sind als die obere Kontaktbereiche (4). Des Weiteren sind zwischen den oberen Kontaktbereichen (4) und den Aussparungsbereichen (5) jeweils mindestens ein Übergang (6) ausgebildet. Die Unterteilung der Kontaktoberfläche (3) in verschiedene Flächenbereiche (4, 5) ist in mehreren Bereichen der Kontaktoberfläche ausgebildet, wobei die Aussparungsbereiche (5) in Form Rillen (9), die sich in der Draufsicht der Kontaktoberfläche (3) linear über die Kontaktoberfläche (3) erstrecken, oder in Form von mehreren bogen- oder ringförmigen Rillen ausgebildet sind.

Description

Kontaktpaar eines elektrischen Kontaktsystems von einer
Schalteinrichtung
Die Erfindung betrifft ein Kontaktpaar eines elektrischen Kontaktsystems von einer Schalteinrichtung, wobei eine bestimmte Kontaktgeometrie zu einer Reduzierung der Verschweißneigung zwischen den Kontakten des Kontaktpaares führt. Zu den Schalteinrichtungen, für die die Erfindung anwendbar ist, zählen Relais, Schalter, Schütze, Schaltgeräte und Leistungsschalter. Insbesondere betrifft die Erfindung solche Schalteinrichtungen mit hoher Kurzschlussstrombelastung, wie zum Beispiel Abschaltrelais von Stromzählern.
Schalteinrichtungen wie Relais, Schalter und Schaltgeräte müssen diverse Hochstromtests bestehen. Neben der Wahrung der Sicherheit für Personen und Anlagen, was bedeutet, dass das Gerät keine externen Schäden aufweisen oder verursachen darf, aber nach dem Test nicht mehr funktionieren muss, besteht vermehrt die Forderung nach der Wahrung der Schaltfunktion nach dem Passieren des Kurzschlusses. Dazu ist es notwendig, dass die Schaltkontakte im Gerät nach dem Test nicht verklebt sind und sich mit normaler Betriebsspannung öffnen lassen. Weiterhin müssen die Isolationseigenschaften der elektrischen Pfade erhalten bleiben.
Das Kontaktkleben entsteht dadurch, dass der hohe Strom, das heißt ein Strom von meist mehreren Kiloampere, die Kontaktlegierung in einem oder mehreren Kontaktpunkten des Kontaktpaares lokal aufschmilzt und nach Abklingen des Stromes die erstarrte Schmelze beim Erstarren die Kontakte des Kontaktpaares miteinander verbindet. Es ist bekannt, dass in einigen Relais entweder Abstoßungskräfte von antiparallelen Strombahnen oder Anziehungskräfte von parallelen Strombahnen genutzt werden, um einen Kontaktdruck zu erzeugen, der eine Kontaktöffnung während des Kurzschlusses vermeiden soll. Dieses Design erzeugt aber nicht genug Kraft, um Kontaktkleben zu vermeiden, was durch sehr große Kräfte, um ein Legierungsschmelzen zu vermeiden, oder durch ein gegenseitiges Verschieben der Kontakte möglich wäre.
Um ein dauerhaftes Verkleben von Schaltkontakten beim Führen sehr hoher Ströme zu vermeiden, können verschiedene Ansätze verfolgt werden. Ein erster Ansatz besteht in der Erhöhung des Kontaktdruckes derart, dass die Berührungsstellen der Kontakte durch die Pressung vergrößert werden. Dies führt zur Senkung des Kontaktwiderstandes, womit auch die lokale Erwärmung sinkt. Die Menge des geschmolzenen Kontaktmaterials wäre dann zu gering, um beim Wieder-Erstarren eine Verklebung des Kontaktpaares zu erzeugen. Ein zweiter möglicher Ansatz besteht in der Erzeugung einer systemexternen Kraft, die groß genug ist, jede Verklebung nach dem Stromfluss aufzubrechen. Gemäß eines dritten Ansatzes lässt sich ein dauerhaftes Verkleben der Schaltkontakte vermeiden, indem durch die Anwendung parallel angeordneter Kontaktsysteme der Strom durch die einzelnen Kontakte reduziert wird. Damit kann die Erwärmung pro Kontaktsystem und in Folge dessen auch die Schmelzmenge reduziert werden. Ein vierter Ansatz besteht in der Erzeugung einer System internen Kraft, die die Kontakte zueinander während des Stromflusses bewegt und damit zum einen den Kontaktpunkt permanent auf nichtgeschmolzenes Material verschiebt und zum anderen durch die Verschiebung mechanische Kräfte beziehungsweise Momente im Kontaktsystem erzeugt, welche Verklebungen aufbrechen. Ein weiterer Ansatz besteht in der Auswahl spezieller Kontaktlegierungen, die bei hohen Strömen verspröden und deren Verbindung leicht gelöst werden kann. Beispielsweise können Silbercarbid-Kontakte (AgC) verwendet werden. Allerdings sind diese nicht für hohe Schaltspielzahlen geeignet, da in diesem Fall der Abbrand zu hoch ist und es ebenfalls zum Kontaktkleben kommt.
Die Kontaktstruktur für einen Schalter weist ein Paar einander gegenüberliegender Kontakte auf, um den Schalter zu öffnen und zu schließen, indem die Kontakte miteinander in Kontakt kommen oder sich voneinander trennen.
Aus der CN104756214 A ist eine Kontaktstruktur für einen Schalter bekannt, die in der Lage sein soll, den Kontaktbereich zu vergrößern, Leitungsfehler zu unterdrücken und die Betriebszuverlässigkeit des Schalters zu verbessern, indem die Kontaktpunkte zwischen den Kontakten als lineare Kontakte konfiguriert werden. Dabei ist die Kontaktfläche eines Kontakts zu einer konkaven Fläche geformt, die mit Vorsprüngen und Aussparungen versehen ist, während die Kontaktfläche des anderen Kontakts zu einer abgerundeten Fläche geformt ist und die Vorsprünge des einen Kontakts und die abgerundete Fläche des anderen Kontakts so konfiguriert sind, dass sie miteinander in Kontakt kommen.
Die oben genannten Lösungen haben den Nachteil, dass die Kontaktsysteme entweder nicht robust genug oder zu kostenintensiv sind beziehungsweise zu große Bauteile und ein zu großer Bauraum benötigt werden. Bei Lösungsansätzen, bei denen im Sinne des zuvor beschriebenen vierten Ansatzes zugunsten einer besseren Kontaktverschiebung vergleichsweise dünne und damit sehr elastische Kontaktträger (Layer) zur Anwendung kommen, können auch thermische Probleme auftreten.
Die Aufgabe der Erfindung besteht darin, auf effiziente und kostengünstige Weise Schaltkontakte derart auszubilden, dass Kontaktverschmelzungen verhindert beziehungsweise mit normaler Betriebsspannung aufgebrochen werden können. Die Aufgabe der Erfindung wird durch ein Kontaktpaar mit den Merkmalen von Patentanspruch 1 gelöst. Besondere Ausführungsformen und Ausgestaltungen sind in den abhängigen Ansprüchen angegeben.
Das erfindungsgemäße Kontaktpaar, das Teil eines elektrischen
Kontaktsystems von einer Schalteinrichtung ist, besteht aus einem Festkontakt, welcher an einem zum Gehäuse der Schalteinrichtung ortsfesten Bauteil, zum Beispiel einer Stromschiene, befestigt ist, und einem zu dem Festkontakt für eine Schaltfunktion relativ bewegbaren Kontakt. Die Kontakte des
Kontaktpaares sind dabei derart zueinander positioniert, dass der bewegbare Kontakt mittels einer Kontaktkraft auf den Festkontakt pressbar ist und jeder Kontakt eine zu einem gegenüberliegenden Kontakt gerichtete
Kontaktoberfläche aufweist. Das Kontaktpaar weist in Erfüllung der oben genannten Aufgabe der Erfindung eine Kontaktgeometrie für eine reduzierte Verschweißneigung auf, indem die Kontaktoberfläche zumindest eines der Kontakte in verschiedene Flächenbereiche unterteilt ist, wobei mehrere zumindest teilweise in einer Ebene liegende Flächenbereiche obere Kontaktbereiche bilden. Zu den oberen Kontaktbereichen jeweils benachbarte Flächenbereiche bilden Aussparungsbereiche und sind weiter vom jeweils gegenüberliegenden Kontakt entfernt als die oberen Kontaktbereiche. Zwischen den oberen Kontaktbereichen und den Aussparungsbereichen ist jeweils mindestens ein Übergang, zum Beispiel eine scharfe oder abgerundete Kante, ausgebildet. Die Unterteilung der Kontaktoberfläche in verschiedene Flächenbereiche ist in mehreren Bereichen der Kontaktoberfläche, regelmäßig oder nicht regelmäßig über die Kontaktoberfläche verteilt, ausgebildet, wobei die Aussparungsbereiche in Form von parallel oder nicht parallel angeordneten Rillen, die sich in der Draufsicht der Kontaktoberfläche linear über die Kontaktoberfläche erstrecken, oder in Form von mehreren bogen- oder ringförmigen Rillen ausgebildet sind. Gemäß einer besonders bevorzugten Ausführungsform der Erfindung kreuzen sich die Aussparungsbereiche und der jeweils mindestens eine Übergang mit keinem anderen Aussparungsbereich.
Die Kontakte und deren Kontaktoberflächen können in der Draufsicht verschiedene Außenkonturen beziehungsweise Formen aufweisen. Die Kontakte und/oder die Kontaktoberflächen können in der Draufsicht eine kreisförmige Außenkontur aufweisen, was zum Beispiel der Fall ist, wenn die Kontaktoberfläche zumindest teilweise in Form einer Kuppel, eines Kugelsegments, einer Kreisscheibe oder eines Kreisrings ausgebildet ist. Kontakte und/oder Kontaktoberflächen können aber auch eine in der Draufsicht vieleckige Außenkontur aufweisen, zum Beispiel in Form eines Rechtecks oder Sechsecks.
Die Bereichsunterteilungen auf der Kontaktoberfläche führen zur Reduzierung der Klebefläche bei Auftreten eines Flochstromes. Das heißt, dass mit den erfindungsgemäßen Kontaktgeometrien kleinere Verklebeflächen und eine Reduktion der Verschweißkräfte erreicht werden. Zudem wird ein leichteres Entfernen der Schmelze vom Kontaktpunkt ermöglicht. So werden Kontaktgeometrien eingeführt, die die üblicherweise 0,25 mm2 bis 1 mm2 große Verschweißfläche verkleinern, indem durch die Geometrie der Schaltkontakte nur wenige kleinere Flächen zur Verfügung gestellt werden, die aufschmelzen können. Der an sich aus dem oben genannten dritten Ansatz bekannte Vorteil der Verwendung von mehreren Flächen wird verbunden mit der Anwendung einer reduzierten Fläche auf nur einem Kontakt. Zugleich begünstigt die Geometrie mit der Unterteilung in benachbarte obere Kontaktbereiche und Aussparungsbereiche das Verteilen der lokalen Schmelze aus dem Kontaktpunkt heraus, so dass in den Kontaktpunkten auch weniger Material erstarrt. Dies führt zu einer weiteren Reduzierung der Klebekräfte. Die geringen Klebekräfte können durch ein externes Antriebssystem leicht überwunden werden. Die erfindungsgemäßen Kontaktgeometrien sichern einen geringen Kontaktwiderstand, da in der neutralen Lage der Kontakte die Oberflächen unverändert gegenüber Standardkontakten sind. Erst durch die systemimmanente Bewegung beim Hochstrom kommen die geänderten Geometrien zum Eingriff.
Gemäß einer Ausführungsform der Erfindung ist nur einer der einander gegenüberliegenden Kontakte in die verschiedenen Flächenbereiche unterteilt, während der andere Kontakt eine Kontaktoberfläche ohne eine entsprechende Bereichsunterteilung aufweist. In einer alternativen Ausführungsform sind beide Kontakte jeweils in die verschiedenen Flächenbereiche unterteilt.
Gemäß einer besonders vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung ist die Unterteilung der Kontaktoberfläche in verschiedene Flächenbereiche nur in einem Bereich und/oder nicht regelmäßig über die Kontaktoberfläche verteilt ausgebildet. Alternativ kann die Unterteilung der Kontaktoberfläche in verschiedene Flächenbereiche auch in regelmäßiger Weise über die gesamte Kontaktoberfläche verteilt ausgebildet sein.
Gemäß einer weiteren Ausführungsform, bei der die Kontaktoberfläche eine kreisförmige Außenkontur aufweist, sind sind die Aussparungsbereiche zumindest zum Teil mehrere kreisringförmige Rillen, die rotationssymmetrisch um den Mittelpunkt der Kontaktoberfläche verlaufen.
Die mehreren Aussparungsbereichen können in Form von parallel angeordneten Rillen vorliegen, die sich in der Draufsicht der Kontaktoberfläche linear und, im Falle einer kreisförmigen Außenkontur der Kontaktoberfläche, sehnenartig über die Kontaktoberfläche erstrecken und unregelmäßig, zum Beispiel über nur eine Hälfte der Kontaktoberfläche, verteilt angeordnet sind. Alternativ können in der Kontaktoberfläche als Aussparungsbereiche mehrere parallel angeordnete Rillen ausgebildet sein, die sich in der Draufsicht der Kontaktoberfläche linear und gegebenenfalls sehnenartig über die Kontaktoberfläche erstrecken und die hinsichtlich einer durch den Mittelpunkt der Kontaktoberfläche verlaufenen Spiegelachse spiegelsymmetrisch angeordnet sind. Dabei kann eine in der Gruppe von parallel angeordneten Rillen mittig positionierte Rille entlang der Spiegelachse durch den Mittelpunkt der Kontaktoberfläche verlaufen.
Jede Art der oben genannten Rillen kann einen V-förmigen, einen rechteckförmigen, einen U-förmigen oder einen C-förmigen Querschnitt mit Radius aufweisen.
Ein weiterer Aspekt der Erfindung betrifft eine Schalteinrichtung für Hochstromanwendungen, die ein Kontaktsystem mit einem Kontaktpaar umfasst, wobei das Kontaktpaar die oben genannten Merkmale aufweist. Diese Schalteinrichtung kann zum Beispiel ein Abschaltrelais für Stromzähler sein.
Dieses Abschaltrelais kann ferner einen Anker sowie wenigstens eine
Erregerspule umfassen, wobei durch die Erregerspule aufgrund des von ihr erzeugten Magnetfeldes eine Kraft hervorrufbar ist, welche mittels des Ankers derart auf das Kontaktsystem und damit auf das Kontaktpaar übertragbar ist, dass das Kontaktsystem durch die Erregerspule schaltbar ist. Das
Abschaltrelais kann auch einen Antrieb aus einer Motor-Getriebe-Kombination umfassen, wobei durch diese Motor-Getriebe-Kombination die von ihr erzeugte Kraft mittels eines Koppelgliedes derart auf das Kontaktsystem und damit auf das Kontaktpaar übertragbar ist, dass das Kontaktsystem durch den Antrieb schaltbar ist.
Weitere Einzelheiten, Merkmale und Vorteile von Ausgestaltungen der Erfindung ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung von
Ausführungsbeispielen mit Bezugnahme auf die zugehörigen Zeichnungen. Es zeigen:
Fig. 1: eine Draufsicht auf Kontaktoberflächen mit kreisförmiger Außenkontur und mit parallel angeordneten, sich sehnenartig über die Kontaktoberfläche erstreckenden Rillen auf nur einer Hälfte der Kontaktoberfläche,
Fig. 2A: eine Draufsicht auf eine Kontaktoberfläche mit kreisförmiger Außenkontur und parallel angeordneten, sich sehnenartig über die Kontaktoberfläche erstreckenden Rillen, die über die gesamte Kontaktoberfläche regelmäßig verteilt angeordnet sind, und
Fig. 2B: eine Schnittdarstellung des Kontaktes mit den parallel über die gesamte Kontaktoberfläche regelmäßig verteilt angeordneten, sich sehnenartig über die Kontaktoberfläche erstreckenden Rillen.
Die Figuren 1 und 2A beziehungsweise 2B zeigen verschiedene Ausführungsformen für Kontaktgeometrien. Die Fig. 1 zeigt als ein zum Gehäuse der Schalteinrichtung ortsfestes Bauteil eine Stromschiene 1 mit zwei nebeneinander angeordneten Festkontakten 2. Beide Festkontakte 2 bilden mit einem in Fig. 1 nicht gezeigten, zu dem Festkontakt 2 für eine Schaltfunktion relativ bewegbaren Kontakt jeweils ein Kontaktpaar. Die Kontakte des Kontaktpaares sind derart zueinander positioniert, dass der bewegbare Kontakt mittels einer Kontaktkraft auf den Festkontakt 2 pressbar ist. Jeder der beiden Festkontakte 2 weist eine zu einem gegenüberliegenden bewegbaren Kontakt gerichtete Kontaktoberfläche 3 mit einer kreisförmigen Außenkontur auf. Jedes Kontaktpaar weist eine Kontaktgeometrie für eine reduzierte Verschweißneigung auf, indem die Kontaktoberfläche 3 zumindest eines der Kontakte in verschiedene Flächenbereiche 4, 5 unterteilt ist. Dabei bilden überwiegend in einer Ebene liegende Flächenbereiche obere Kontaktbereiche 4, während zu den Kontaktbereichen 4 benachbarte Flächenbereiche Aussparungsbereiche 5 bilden, die weiter vom jeweils gegenüberliegenden beweglichen Kontakt entfernt sind als die oberen Kontaktbereiche 4. Zwischen den oberen Kontaktbereichen 4 und den dazu benachbarten Aussparungsbereichen 5 ist jeweils eine Kante 6 als Übergang 6 ausgebildet. Die Kante 6 ist durchgehend ausgebildet, das heißt, dass weder der Aussparungsbereich 5 noch die eine Kante sich mit einem anderen Aussparungsbereich kreuzen.
Die Fig. 1 zeigt eine Stromschiene 1 mit zwei nebeneinander angeordneten Festkontakten 2 als Draufsicht auf die kreisförmigen Kontaktoberflächen 3 der Festkontakte 2, mit jeweils drei parallel angeordneten, sich sehnenartig über die Kreisfläche der Kontaktoberfläche 3 erstreckenden Rillen 9 auf nur einer Hälfte der Kreisfläche, die die Aussparungsbereiche 5 bilden, während die Flächenbereiche der Kreisfläche, die außerhalb der Rillen 9 liegen, deutlich überwiegen und den oberen Kontaktbereichen 4 zuzuordnen sind. Die erfindungsgemäß vorgesehene Unterteilung der Kontaktoberfläche 3 in verschiedene Flächenbereiche 4, 5 ist damit nicht regelmäßig über die Kontaktoberfläche 3 verteilt ausgebildet. Die Rillen 9 können einen V-förmigen, einen rechteckförmigen, einen U-förmigen oder einen C-förmigen Querschnitt mit Radius aufweisen. In jedem Fall sind zwischen den Rillen 9 und den benachbarten oberen Kontaktbereichen 4 jeweils Kanten 6 ausgebildet. Die in Fig. 1 gezeigten drei parallelen Rillen 9 können in weiteren Ausführungen mehr oder weniger in der Anzahl sein, wobei die Rillen 9 auch über weniger oder mehr als die Hälfte der Kontaktoberfläche verteilt sein können. Sie können auch nicht-parallel angeordnet sein.
Anders als in der Ausführung gemäß Fig. 1 können parallel angeordnete, sich sehnenartig über die Kreisfläche der Kontaktoberfläche erstreckende Rillen 9 regelmäßig über die gesamte Kreisfläche verteilt liegen, wie das in den Figuren Fig. 2A und Fig. 2B dargestellte Ausführungsbeispiel eines Kontaktes 2; 14, der ein Festkontakt 2 oder ein bewegbarer Kontakt 14 sein kann, zeigt. Die erfindungsgemäß vorgesehene Unterteilung der Kontaktoberfläche 3 in verschiedene Flächenbereiche 4, 5 ist damit regelmäßig über die Kontaktoberfläche 3 verteilt ausgebildet. In dieser Ausgestaltung sind die Aussparungsbereiche 5 in der Kontaktoberfläche 3 in Form von mehreren parallel angeordnete Rillen 9 ausgebildet, die sich in der Draufsicht der Kontaktoberfläche 3 linear über die Kontaktoberfläche 3 erstrecken und hinsichtlich einer durch den Mittelpunkt der Kontaktoberfläche 3 verlaufenen Spiegelachse 10 spiegelsymmetrisch angeordnet sind. In jedem Fall sind zwischen den Rillen 9 und den benachbarten oberen Kontaktbereichen 4 jeweils Kanten 6 ausgebildet, wie auch aus der Schnittdarstellung des Kontaktes 2; 14 in Fig. 2B deutlich wird.
Bezugszeichenliste
1 ortsfestes Bauteil, Stromschiene
2 Festkontakt, Kontakt
3 Kontaktoberfläche
4 Flächenbereich, oberer Kontaktbereich
5 Flächenbereich, Aussparungsbereich
6 Kante, Übergang
9 Rillen
10 Spiegelachse
14 bewegbarer Kontakt, Kontakt

Claims

Patentansprüche
1. Kontaktpaar eines elektrischen Kontaktsystems von einer Schalteinrichtung, wobei das Kontaktpaar aus einem Festkontakt (2), welcher an einem zum Gehäuse der Schalteinrichtung ortsfesten Bauteil (1) befestigt ist, und einem zu dem Festkontakt (2) für eine Schaltfunktion relativ bewegbaren Kontakt (14) besteht, und wobei die Kontakte (2; 14) des Kontaktpaares derart zueinander positioniert sind, dass der bewegbare Kontakt (14) mittels einer Kontaktkraft auf den Festkontakt (2) pressbar ist, und jeder Kontakt (2; 14) eine zu einem gegenüberliegenden Kontakt (14; 2) gerichtete Kontaktoberfläche (3) aufweist, und wobei das Kontaktpaar eine Kontaktgeometrie für eine reduzierte Verschweißneigung aufweist, indem die Kontaktoberfläche (3) zumindest eines der Kontakte (2; 14) in verschiedene Flächenbereiche (4, 5) unterteilt ist, und wobei mehrere zumindest teilweise in einer Ebene liegende Flächenbereiche obere Kontaktbereiche (4) bilden und zu den oberen Kontaktbereichen (4) benachbarte Flächenbereiche Aussparungsbereiche (5) bilden und weiter vom jeweils gegenüberliegenden Kontakt (2; 14) entfernt sind als die oberen Kontaktbereiche (4), und wobei zwischen den oberen Kontaktbereichen (4) und den Aussparungsbereichen (5) jeweils mindestens ein Übergang (6) ausgebildet ist, dadurch gekennzeichnet, dass die Unterteilung der Kontaktoberfläche (3) in verschiedene Flächenbereiche (4, 5) in mehreren Bereichen der Kontaktoberfläche (3), regelmäßig oder nicht regelmäßig über die Kontaktoberfläche (3) verteilt, ausgebildet ist, wobei die Aussparungsbereiche (5) in Form von parallel oder nicht parallel angeordneten Rillen, die sich in der Draufsicht der Kontaktoberfläche (3) linear über die Kontaktoberfläche (3) erstrecken, oder in Form von mehreren bogen- oder ringförmigen Rillen ausgebildet sind.
2. Kontaktpaar nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die
Aussparungsbereiche (5) und der jeweils mindestens eine Übergang (6) sich mit keinem anderen Aussparungsbereich kreuzen.
3. Kontaktpaar nach einem der Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Kontakte (2, 14) und/oder die Kontaktoberflächen (3) jeweils in der Draufsicht eine kreisförmige Außenkontur aufweisen.
4. Kontaktpaar nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass nur einer der einander gegenüberliegenden Kontakte (2; 14) in die verschiedenen Flächenbereiche (4, 5) unterteilt ist, während der andere Kontakt (14; 2) eine Kontaktoberfläche (3) ohne eine entsprechende Bereichsunterteilung aufweist.
5. Kontaktpaar nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass beide Kontakte (2; 14) jeweils in die verschiedenen Flächenbereiche (4, 5) unterteilt sind.
6. Kontaktpaar nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass die Kontaktoberfläche (3) eine in der Draufsicht kreisförmige Außenkontur aufweist und die Aussparungsbereiche zumindest zum Teil mehrere kreisringförmige Rillen sind, die rotationssymmetrisch um den Mittelpunkt der Kontaktoberfläche (3) verlaufen.
7. Kontaktpaar nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass bei Ausbildung der Aussparungsbereiche (5) in der Kontaktoberfläche (3) in Form von parallel angeordneten Rillen (9), die sich in der Draufsicht der Kontaktoberfläche (3) linear über die Kontaktoberfläche (3) erstrecken, diese über nur eine Hälfte der Kontaktoberfläche (3) verteilt sind.
8. Kontaktpaar nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass bei Ausbildung der Aussparungsbereiche (5) in der Kontaktoberfläche (3) in Form von mehreren parallel angeordnete Rillen (9), die sich in der Draufsicht der Kontaktoberfläche (3) linear über die Kontaktoberfläche (3) erstrecken, diese hinsichtlich einer durch den Mittelpunkt der Kontaktoberfläche (3) verlaufenen Spiegelachse (10) spiegelsymmetrisch angeordnet sind.
9. Kontaktpaar nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, dass eine in der Gruppe von parallel angeordneten Rillen (9) mittig positionierte Rille entlang der Spiegelachse (10) durch den Mittelpunkt der Kontaktoberfläche (3) verläuft.
10. Kontaktpaar nach einem der Ansprüche 1 bis 9, dadurch gekennzeichnet, dass die Rillen (9) einen einen V-förmigen, einen rechteckförmigen, einen U-förmigen oder einen C-förmigen Querschnitt mit Radius aufweist/aufweisen.
11. Schalteinrichtung für Hochstromanwendungen, umfassend ein Kontaktsystem mit einem Kontaktpaar nach einem der Ansprüche 1 bis 10.
12. Schalteinrichtung nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, dass die Schalteinrichtung ein Abschaltrelais für Stromzähler ist.
13. Schalteinrichtung nach Anspruch 12, dadurch gekennzeichnet, dass das Abschaltrelais ferner einen Anker sowie wenigstens eine Erregerspule umfasst, wobei durch die Erregerspule aufgrund des von ihr erzeugten Magnetfeldes eine Kraft hervorrufbar ist, welche mittels des Ankers derart auf das Kontaktsystem und damit auf das Kontaktpaar übertragbar ist, dass das Kontaktsystem durch die Erregerspule schaltbar ist.
14. Schalteinrichtung nach Anspruch 12, dadurch gekennzeichnet, dass das Abschaltrelais ferner einen Antrieb aus einer Motor-Getriebe-Kombination umfasst, wobei durch diese Motor-Getriebe-Kombination die von ihr erzeugte Kraft mittels eines Koppelgliedes derart auf das Kontaktsystem und damit auf das Kontaktpaar übertragbar ist, dass das Kontaktsystem durch den Antrieb schaltbar ist.
PCT/DE2021/100607 2020-07-16 2021-07-12 Kontaktpaar eines elektrischen kontaktsystems von einer schalteinrichtung WO2022012719A1 (de)

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Citations (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
FR1345137A (fr) * 1962-10-26 1963-12-06 Perfectionnement aux contacts pour régulateurs de tension ou d'intensité utilisables plus particulièrement sur véhicules automobiles
DE29905527U1 (de) * 1999-03-25 1999-07-01 Siemens Ag Kontaktfläche von Kontaktstücken mit hoher Schweißfestigkeit
CN104756214A (zh) 2012-10-29 2015-07-01 株式会社鹭宫制作所 开关的接点结构以及使用了该接点结构的压力开关

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