本发明属于例如低压或中压电路开关设备(诸如，马达断路器或马达起动器/接触器)的领域。
背景技术：
在大部分低压断路器中，在断路器的闭合状态下，固定式电接触件和可移动式电接触件的接触件对彼此触碰。如果要中断通过断路器的电路径，则可移动式电接触件相对于固定式接触件而沿着移动路径移动，使得在固定式电接触件与可移动式电接触件之间，形成电弧。在中断过程的初始阶段，电弧的足点为点状，且为相当固定的。为了熄灭电弧，能够采用若干方法。大部分方法的共同点在于，沿着与固定式电接触件和可移动式电接触件电连接的一组导电轨朝向一组分流板而驱动电弧，在该组分流板处，电弧最终被中断。
第一方法在于，经由增压空气流而将电弧朝向分流板驱动。
第二方法在于，使电弧暴露于磁场(例如，来自永磁体)。采用所述磁体，以便将电弧推离固定式电接触件和可移动式电接触件而推向该组分流板。
第三方法在于，设计标称导体路径以及固定式电接触件和可移动式电接触件，使得流过导体路径的电流的自然磁场将其功率施加于电弧上，使得将电弧远推离固定式电接触件和可移动式电接触件而推向该组分流板。在图1中，显示第三方法的代表的中断部分的特写。图1中所图示的该电接触系统包括第一电接触件1和第二电接触件3，其中，在电接触系统的断开状态下，第一电接触件1显示为上部接触件，第二电接触件3显示为下部接触件。第一电接触件1具有第一接触件载体2，其中，第一接触件载体2与第一接触片3导电连接，第一接触片3具有第一接触面4。同样地，第二电接触件5具有第二接触件载体6，其中，第二接触件载体6与第二接触片7导电连接，第二接触片7具有第二接触面8。第一电接触件1和第二电接触件5可沿着在开关平面X-Z上延伸的开关路径相对于彼此而移动。开关路径能够为线状或弓状的。
在电接触系统的闭合状态下，第一接触面4和第二接触面8彼此触碰。在电接触系统的断开状态下，第一接触面4相对于第二接触面8移位绝缘距离9，使得在第一接触件与第二接触件之间实现期望的中断和安全的电绝缘。第一接触面4和第二接触面8在虚拟平面X-Z的方向上相对于所述开关平面X-Z横向地(即，垂直地)延伸。一旦该电接触系统断开，就在第一接触面4与第二接触面8之间，逐步形成电弧11。由于当在平面X-Z上观察时，标称电流路径和中断电流路径以环路穿过第一电接触件1和第二电接触件5，因而中断电流12的自然磁场将电弧11从左向右推动。换句话说，中断电流12的自然磁场对电弧11施加压力或力13。
第三方法可能遭受如下的问题：流过导体路径的电流的自然磁场对电路径仅施加很少的功率，使得在朝向该组分流板移动之前，电弧可能在固定式电接触件与可移动式电接触件之间停留太久，如果电弧会朝向该组分流板移动的话。
技术实现要素：
将通过本发明而解决的目标在于，在第三方法中，将电弧更快地且更可靠地移离电接触件的接触尖端，以实现灭弧。
由于引导电弧的电接触件的接触尖端的特定的几何结构使得电弧被迫相对于电接触件的接触尖端的接触面而以锐角流动，而解决该目标。结果，一将电接触件断开，就实现作用于弧上的更高得多的磁驱动力。
电弧从实际的电接触件更快地移开这一方案是有利的，因为，能够缩短弧与接触件的相互作用的时间。弧与接触件的相互作用的时间越短，接触件侵蚀就越小。
在下文中，术语‘低压’被理解为小于1000伏，然而，术语‘中压’被理解为多于1000 V，但小于大约72 kV。
在最基本实施例中，电接触系统包括具有第一接触面的第一电接触件和具有第二接触面的第二电接触件。第一电接触件和第二电接触件可沿着在开关平面上延伸的开关路径相对于彼此而移动，使得在电接触系统的闭合状态下，第一接触面和第二接触面彼此触碰。该术语将被理解为不仅包括仅第一电接触件可相对于固定式第二电接触件而移动的电接触系统的实施例，而且还包括仅第二电接触件可相对于第一固定式电接触件而移动的实施例，而且还包括第一电接触件和第二电接触件两者都可相对于彼此而移动的实施例。
在电接触系统的断开状态下，第一接触面相对于第二接触面移位绝缘距离。第一接触面和第二接触面横向于所述开关平面延伸。第一电接触件和第二电接触件中的至少一个包括介孔结构(mesostructured)电接触部分，介孔结构电接触部分具有多个槽和在多个槽的相邻的槽之间形成的脊。多个槽和脊沿横向于所述开关平面延伸的方向延伸，x形成穿过介孔结构电接触部分的多个电流路径。
取决于实施例，术语槽不应当限于在接触面处开口的槽，而是还应当包括如下的实施例：当在开关平面(X-Z)上观察时，槽终止于接触面下方的某处，使得槽由导电材料界定。换句话说，当在开关平面(X-Z)上观察时，槽不需要排入其专用的接触面中，而是能够具有封闭的横截面。
此外，术语脊不应当限于具有延伸至接触面的销或指状物的形状的脊，而是还包括当在开关平面(X-Z)上观察时，终止于接触面下方的某处的脊。
术语‘介孔结构电接触部分’被理解为多孔复合材料，该多孔复合材料包括具有50微米与2毫米之间的尺寸的多个如脊那样的导电部分，采用这些导电部分来形成电流路径和多个槽，这些槽形成针对电流流动的屏障，因为，这些槽防止标称电流和中断电流自由地流过电接触系统的特定区域。子术语‘介孔’指出，电接触部分的结构处于仅能够通过使用显微镜而检测的典型的微型结构与可用肉眼看到成分的典型的大型结构之间。在这种情况下，介孔结构电接触部分是包括两个子结构的超结构。第一子结构由多个槽形成。由于槽具有大约50微米至大约0.5毫米的范围内的平均槽宽，因而如果槽宽处于该范围的低端，则槽本身能够形成微型结构。第二子结构由微型结构形成，该微型结构包括电流传导部分，例如，具有大小为大约50微米的金属氧化物颗粒的银。因此，介孔结构电接触部分是基本上理想的电流路径和基本上电绝缘的部分的专门设计的混合部分，其布置成集群，使得在介孔结构电接触部分及其接近的区内，将中断电流沿预选且优选(即，预先设计)的方向导引且引导。如稍后将解释的，槽不一定依然空着。
使多个电流路径相应地(即，如果第二接触件具有介孔结构电接触部分，则同样如此)相对于第一接触面和第二接触面而以测得小于60度的第一角倾斜，使得在使第一接触面升离第二接触面之后，相应地(即，如果第二接触件具有介孔结构电接触部分，则同样如此)流过介孔结构电接触部分和在第一接触面与第二接触面之间延伸的电弧的中断电流将所述电弧沿所述第一角的顶点的方向从第一位置推动至第二位置。
如果对电弧的磁压将甚至更大，则推荐将第一角选择为小于45度。
在特别地有助于生产的实施例中，在第一电接触件和第二电接触件中的至少一个电接触件中，多个电流路径彼此平行地延伸。换句话说，以某一图案生成多个槽，例如在适用的情况下，经由激光切割，在第一接触面和第二电接触件中切出槽。该图案不需要为均匀的，因为，例如，可以被证明为有利的是，在边缘部分中，偏离该图案。
由于有助于生产，因而如下的设计被证明为有利的：多个槽各自具有在开关平面上延伸的条形横截面，其中，该条形横截面的长轴各自沿电流路径的方向延伸。请注意到，术语‘条形’不应当被理解为仅限于矩形形状。相反，大体上细长的开口的变型应当同样地在该横截面上包括长方形或椭圆形的形状。此外，例如，在经由激光切割而制造槽的实施例中，可实现如弓状槽那样的非线状的横截面。
为了在介孔结构电接触部分中，实现特别地有利的效果，沿着横截面的短轴在开关平面上延伸且与长轴垂直地延伸的平均槽宽在50微米至0.5毫米的范围内。
在要求基本上经由脊而引导中断电流通过电流路径的实施例中，沿长轴的方向延伸的槽长与沿短轴的方向延伸的槽宽的长宽比为至少4:1。
取决于实施例，当在开关平面上观察时，多个槽可能沿着第一接触面和第二接触面中的至少一个接触面均匀地分布，或并非均匀地分布。
由于电接触系统的总体紧凑性而实现的载流量，如果开关平面上的相应地(即，如果第二接触件具有介孔结构电接触部分，则同样如此)沿着第一接触面和第二接触面中的至少一个接触面的总体的槽与脊的比在30%:70%至高达50%:50%的范围内，则可实现良好的结果。如稍后在本公开中提出的，如果未以填料填充槽，则后面的值特别地适用。
必须注意到，在单个脊或单个电流路径的端面处，未形成电弧的足点，以防止由于过度的局部熔融而导致的对介孔结构部分的不期望的破坏。因此，可取的是，开关平面上的第一接触面的方向上的两个相邻的槽的最小间距是所计算出的弧冲击区直径的至少三分之一。弧冲击区直径在第一接触面上延伸，并且，界定第一接触件的一区域界定，在该区域中，在电接触系统的运行状态下，电弧使第一接触面熔融。
在不期望开放且因而粗糙的接触面的实施例中，尽管如此，如果多个槽在开关平面上延伸，使得相应地(即，如果第二接触件具有介孔结构电接触部分，则同样如此)指向第一接触面和第二接触面中的至少一个接触面的多个槽的近端相应地位于第一接触面和第二接触面下方的预定义的距离处，使得形成起弧接触层，则仍然有可能得益于作用于电弧上的增强的磁力。预定义的距离随弧冲击区处的电流密度和针对第一和/或第二接触面而选择的接触件材料而变化。
如果起弧接触层具有大约50微米至2毫米的厚度，则可实现良好的开关结果。起弧接触层由合适的起弧接触件材料制成，并且，取决于断路器的要求和常规设置，起弧接触层能够由单独的元件形成，或集成至接触件载体或中间导体主体中。在针对低压应用而设计的示范性的实施例中，起弧接触层具有大约0.5mm的厚度。
由于利用介孔结构电接触部分转换所有的现有的电接触件的方案可能是不合适的，因而尽管如此，但如果第一电接触件和第二电接触件中的至少一个包括接触片，接触片在机械方面且在电方面连接至接触件载体，则仍然可实现理想的效果。所述接触片设计成充当起弧接触层。介孔结构电接触部分设置于如下的部件之一中：
a)有关的接触片，
b)有关的接触件载体，
c)有关的接触片和接触件载体，其中，接触片和接触件载体相对于彼此而布置成使得接触片的电流路径在载体的电流路径中延续。当然，如果电流路径的总体方向依然未受影响，则即使接触片中的第一角和接触件载体中的第一角彼此稍有不同，也将依然起到积极作用。
为了实现最佳的对电弧的磁压，可取的是，不仅第一电接触件各自具有介孔结构电接触部分，而且第二电接触件也各自具有介孔结构电接触部分。第二电接触件中的介孔结构电接触部分的槽定向成使得第一角的角边与位于第一接触面与第二接触面之间的开关平面的区中的第二电接触件中的介孔结构电接触部分的第一角的角边相交。在第一角首先各自测得45°的示范性的实施例中，将存在90°的相交角。
推动中断电流通过介孔结构电接触部分的电流路径的在机械上简单且仍然有效的方式在于，布置缺口，该缺口布置成接近于有关的电接触件的介孔结构电接触部分。该缺口设计和布置成使得中断电流朝向电流路径被引导，并且，可以具有同样地满足所提出的控制要求的形状或横截面。
电流路径的形成不一定要求槽为空心的。相反，多个槽中的至少一些槽能够以具有低的导电或电绝缘性质的填充材料填充。具有这样的填料的优点在于，有助于介孔结构电接触部分的总体机械稳定性，且因而有助于整个电接触系统的总体机械稳定性，因为，这防止所形成的脊由于电弧的能量而熔融或彼此融合，使得在开关设备的长期运行中，理想的效果降低，或甚至不再可用。如果脊彼此相对较宽地隔开，则确保符合要求的介孔结构电接触部分(且因而确保符合要求的电接触系统)这一条件尤为重要。填充材料包括以下的元素中的至少一个元素：
a)聚合物材料，
b)钨材料，
c)当暴露于电弧时，释放含碳气体的材料，
d)金属氧化物。
a)的优点在于，其相当容易实现，因为，可以经由浸渍而填充槽。合适的聚合物的示例是聚甲醛(POM)、聚酰胺(PA)、聚丙烯(PP)、聚碳酸酯(PC)。b)的优点在于，其有助于更好地保护电接触系统免于过度磨损。在c)的情况下，材料能够积极地有助于理想的快速灭弧。d)的优点在于，与电流路径相比，其允许花费不多地形成电绝缘部分。合适的聚合物的示例是聚甲醛(POM)、聚酰胺(PA)、聚丙烯(PP)、聚碳酸酯(PC)。在示范性的实施例中，将氧化铝用作填料。在其它示范性的示例中，填料包括氧化硅、二氧化钛、氧化锌、锡。读者将认识到，有可能使元素(a)至d)中的至少两个组合，从而得益于两个有利的效果。
如果改进的低压或中压开关设备包括这样的电接触系统，则上文提到的积极作用将有助于该开关设备。
附图说明
描述参考附图，其中：
图1示意性地显示常规的电接触系统的侧视图；
图2示意性地显示根据本发明的电接触系统的第一实施例的侧视图；
图3示意性地显示根据本发明的电接触系统的第二实施例的侧视图；
图4示意性地显示沿着图3的平面II-II对下部电接触件的俯视图；
图5示意性地显示沿着图3的平面II-II对第三实施例的下部电接触件的俯视图；
图6示意性地显示对与图5组合而显示的第三实施例的上部电接触件的仰视图；
图7示意性地显示图3的第二实施例的侧视图；
图8示意性地显示根据本发明的电接触系统的第四实施例的侧视图；
图9示意性地显示根据本发明的电接触系统的第五实施例的侧视图；
图10示意性地显示根据本发明的电接触系统的第六实施例的侧视图；并且，
图11示意性地显示根据本发明的电接触系统的第七实施例的侧视图。
在附图中，对完全相同或至少在功能上完全相同的元件和电流赋予完全相同的参考字符。
具体实施方式
在图2中，显示根据本发明的电接触系统10的第一实施例的侧视图。实际上，侧视图是电接触系统的横截面，然而，为了实现更好的可见性和增强的清晰性，已省略任何交叉影线。该电接触系统10包括第一电接触件1和第二电接触件3，在电接触系统的断开状态下，第一电接触件1显示为上部接触件，第二电接触件3显示为下部接触件。第一电接触件和第二电接触件由铜合金制成。与图1的电接触系统形成对照，不存在接触片，使得第一接触面4直接地设置于第一电接触件1的端部区域处。第二接触面8直接地设置于第二电接触件5的端部区域处。第一电接触件1和第二电接触件5可沿着在开关平面X-Z上延伸的开关路径相对于彼此而移动。开关路径能够为线状或弓状的。
在电接触系统的闭合状态下，第一接触面4和第二接触面8彼此触碰。在电接触系统的断开状态下，第一接触面4相对于第二接触面8移位绝缘距离9，使得在第一接触件与第二接触件之间实现期望的中断和安全的电绝缘。第一接触面4和第二接触面8在虚拟平面X-Z的方向上相对于所述开关平面X-Z横向地(即，垂直地)延伸。一旦该电接触系统断开，就在第一接触面4与第二接触面8之间，逐步形成电弧11。由于当在平面X-Z上观察时，标称电流路径和中断电流路径12以环路穿过第一电接触件1和第二电接触件5，因而中断电流12的自然磁场将电弧11从左向右推动。
第一电接触件1包括介孔结构电接触部分14，介孔结构电接触部分14具有多个槽15和在多个槽15的相邻的槽之间形成的脊16。多个槽15和脊16沿相对于开关平面X-Z而横向地/垂直地延伸的方向延伸，并且，形成多个电流路径12，电流路径12穿过介孔结构电接触部分14的脊16。使电流路径16相对于第一接触面而以测得小于60度的第一角17倾斜，使得在使第一接触面4升离第二接触面8之后，流过介孔结构电接触部分14，且流过在第一接触面4与第二接触面8之间延伸的电弧11的中断电流将所述电弧11沿所述第一角17的顶点的方向从第一位置18(在此，位于左侧)推动至第二位置(在此，位于第一电接触件1的尖端处)。
倾斜的电流路径16(在图2中，为了清楚起见，仅显示多个电流路径中的单个电流路径)引导且指引中断电流12，使得与图1中所显示的常规设置相比，防止或至少基本上妨碍电流沿相对于第一接触面4而垂直的方向离开第一接触面4。结果，作用于电弧11上的力13在根据图2的实施例中比在根据图1的实施例中更大。已作出对力差的一定程度的量化，因为，力13的箭头比图1中更大地图示。
已经由激光切割而以大约45°的第一角在第一电接触件1中切出槽15，使得多个电流路径彼此平行地延伸。槽各自具有在开关平面X-Z上延伸的条形横截面，其中，该条形横截面的长轴21各自沿电流路径16(即，脊16)的方向延伸。沿着横截面的短轴22在开关平面上延伸且与长轴21垂直地延伸的平均槽宽34为大约0.3毫米， 以便在低压开关设备中使用。
沿长轴21的方向延伸的槽长35与沿短轴22的方向延伸的槽宽34的长宽比为大约5:1。沿着第一接触面4中的至少一个(即，仅在有槽的区中沿着图2中的线III-III)的总体的槽与脊的比为大约40%:60%。
接下来，参考图3和图4以及图7，描述根据本发明的电接触系统20的第二实施例的侧视图。在下文中，应当仅提出与第一实施例10相比的效果和元件的差异。
在该实施例20中，第二电接触件5以与第一电接触件1完全相同的方式成形。因此，第二电接触件5中的介孔结构电接触部分14的槽15定向成使得第一角17的角边与位于第一接触面4与第二接触面8之间的开关平面X-Z的区中的第二电接触件5的介孔结构电接触部分14的第一角17的角边以大约90°的相交角23相交。
在图3中，电弧11比图1中更逼真地显示为在第一接触面3与第二接触面8之间延伸的弧柱(以点状图案指示)。在左边的柱表示着火之后的电弧11的第一位置18，然而，在右边的柱表示熄灭之前不久的电弧11的第二位置19。注意到，虽然在图3中，电弧11显示为位于第一位置18和第二位置19两者上，但在开关设备的真实情景下，电弧11将不会在同一时刻位于两个位置处。由箭头24指示弧行进方向。此外，与图2的实施例10相比，仅以用于显示中断电流12的新的形状的有代表性的方位指示中断电流12。
图4揭示，开关平面X-Z上的第一接触面4和第二接触面8的方向上的两个相邻的槽15的最小间距是所计算出的弧冲击区直径25的至少三分之一，使得弧11能够始终以至少两个脊16为起点。
如图中所显示的，期望的对电弧的力13比第一实施例10中更大。
关于图5和图6而显示且解释图3中所显示的第三实施例30至实施例20。唯一的修改在于，在沿着如图3中所显示的平面II-II观察下部电接触件的情况下，槽15不仅以大约第一角17倾斜，而且还以大约第二角26倾斜。同样地，在沿着如图3中所显示的平面I-I观察上部电接触件的情况下，槽15不仅以大约第一角17倾斜，而且还以大约第三角26倾斜。第二角26和第三角27的设置是有利的，因为，与第二实施例20相比，第二角26和第三角27有助于弧行进方向24上的电弧11的更顺利的连续(即，较少地交错)的行进。
关于图8而显示且解释电接触系统的第四实施例40。与第三实施例相比的唯一的修改在于，第一电接触件1包括第一接触片3，第一接触片3在机械方面且在电方面连接至第一电接触件1的接触件载体28。接触件载体28具有与第一接触件载体2和第二接触件载体6基本上相同的功能。所述接触片3包括第一接触面4，且因而设计成充当针对电弧11的起弧接触层。由所述接触片3形成的起弧接触层具有大约0.5 mm的厚度，以便在低压开关设备中使用。
关于图9而显示且解释的电接触系统的第五实施例50与第四实施例40的区别在于，第二接触片7以与第一电接触件1中的方式相同的方式在机械方面且在电方面连接至第二电接触件5的接触件载体28。
关于图10而显示且解释的电接触系统的第六实施例60与第五实施例50的区别在于，以包括氧化铝的填充材料29填充所有的槽15，以便增强介孔结构电接触部分14的总体机械稳定性和耐久性。
关于图11而显示且解释的第七实施例具有与第二电接触件5不同地形成的第一电接触件1。与第五实施例50相比，第一电接触件1包括缺口31，缺口31布置成接近于介孔结构电接触部分14。所述缺口31设计和布置成使得将中断电流12朝向在脊16之间延伸的电流路径引导。此外，第一接触片3形成为使得第一接触片3同样地具有介孔结构电接触部分14。两个第一角都是大约45°，但第一接触片3中的槽15和脊16比接触件载体28中更薄。另外，第一接触片3中的槽15未延伸至第一接触面4。相反，多个这些槽15仅在开关平面X-Z上延伸，使得这些槽15的指向第一接触面4的近端位于第一接触面4下方的距离32处，且使得形成起弧接触层33(在图11中以点线显示)。在图11中，起弧层具有Z方向上的相对较小的厚度，即，大约0.4mm。
与图1中所显示的第一实施例10和图9中所显示的第五实施例50相比，显示为第七实施例70的下部接触件的第二接触片7具有在机械方面且在电方面连接至其接触件载体28的第二接触片7。第二接触片7具有与第一接触片3完全相同的几何结构，但与第一接触片3相比，第二接触片7以镜像的方式安装，使得第一电接触件1和第二电接触件5 的第一角与以如先前所描述的相交角相交。
第七实施例70只不过示意性地显示得益于本发明的可能的变型。在需要时，电接触系统的另外的实施例能够包括以与上文的第一电接触件相同的方式形成的第二电接触件。同样地，有可能以与上文的第二电接触件相同的方式形成第一接触件。
掌握技能的读者将认识到，可实现本描述和附图中所公开的任何第一电接触件和第二电接触件的多个组合，使得将达成对电弧的磁压的期望的效果。
参考标号列表