具有借助纳米材料形成的长期稳定的材料接合式电流路径连接的低压设备、中压设备和/或高压设备以及用于制造该电流路径连接的方法与流程

在低压设备、中压设备和高压设备中，借助导线在所谓的电流路径中导引电流。这同样适用于在以下也被理解为低压设备、中压设备和高压设备的低压开关设备、中压开关设备和高压开关设备。

当在导体中导引额定电流时由于开关设备的电流路径的欧姆电阻产生热量。为了保证开关设备持久的功能性，必须确保安装在设备中的构成电流路径的部件、尤其是导体能够持久地承受这些热量。由于“持久”与开关设备相关地通常涉及开关设备的整个使用寿命，因此应当特别地对开关设备的电流路径提出要求。

与之相关地，尤其是电流路径中的摩擦接合式(或称为力传递式)连接位置被看作是关键的。这些摩擦接合式连接位置、即通常螺纹连接位置或者夹紧位置存在的风险是，所述连接位置的阻值随着使用时间例如由于腐蚀而显著地增大。在电流路径中阻值的增大必然在相关区域中导致更高的温度。这带来的风险是达到和/或超过临界温度，从而使开关设备无法继续适用于在可能的或者预设的环境条件下导引规定的额定电流。

这尤其是关键的，因为摩擦接合式连接相对于其它的连接方式大多具有更高的电阻并且由此加重了升温问题或者由于更高的电阻才产生所述升温问题。

在现有技术中通过利用材料接合式连接、熔焊连接或者钎焊连接来绕过摩擦接合式连接随着开关设备的使用时间电阻升高的问题。

然而熔焊连接或者钎焊连接的制造通常与待连接的构件的温度升高相关。对于敏感的构件、例如真空开关管或者其它对温度敏感的构件以及尤其是包含在所述构件中的塑料部件而言，成本低廉的、简便的熔焊或者钎焊是特别关键的，因为存在如下风险，即在接合时所述塑料部件被过程热量损坏或者损毁并且由此无法继续确保所述塑料部件的功能。

在现有技术中针对这些构件通常使用非常昂贵的焊接工艺、例如电子束焊接或者激光焊接，所述焊接工艺仅造成待连接的构件局部限制的升温，尤其在连接位置的紧邻周围环境中的升温。

本发明所要解决的技术问题在于，提供一种长期稳定的并且可传导的用于在开关设备中传导电流的连接，该连接克服了现有技术中的缺点，或者提供一种成本低廉的并且耗费更低的制造电流路径连接的方法。

所述技术问题通过独立权利要求1和12以及所述独立权利要求的从属权利要求解决。

一种实施例涉及用于制造低压设备、中压设备和/或高压设备中的材料接合式电流路径连接的方法，其中，电流路径具有至少一个第一部分和第二部分。电流路径的第一部分和/或第二部分分别至少在区域中具有纳米材料。电流路径的第一部分和第二部分至少在相应的区域中摩擦接合地和/或材料接合地相互连接。通过输入反应能量，在纳米材料的参与下在电流路径的第一部分和第二部分之间形成导电的材料接合式连接。在下文中，所述纳米材料能够作为这种纳米材料或者作为所述纳米材料的前驱体存在，也就是实际的纳米材料由前驱体通过反应、优选通过输入反应能量形成，所述反应能量也导致了形成材料接合式连接。

纳米材料是指如下材料，即所述材料的单独的单元或者在所述材料中一个或者更多个尺寸处于1纳米至1000纳米(10^-9米，十亿分之一米)之间、优选1纳米至100纳米之间。

术语“区域”按照本发明应当理解为连接区域，即这样的区域，在所述区域中电流路径的第一部分和第二部分借助纳米材料相互连接。

术语“可传导的”按照本发明应当理解为，电流路径的可传导的、相互连接的部分经由连接部可传导，使得在开关设备的额定电流的载荷或者低于开关设备的额定电流的载荷的情况下不会对功能造成不利影响，也不会造成连接位置升温超过允许的温度。

通过使用纳米材料和通过输入反应能量将纯粹的摩擦接合式连接转化为材料接合式和/或摩擦接合式连接，确保了长期稳定的连接，所述连接按照标准被评定为材料接合式连接并且因此也不需要像例如摩擦接合式或者形状配合式连接那样的附加的在检查方面的耗费。

尤其地，这种摩擦接合式连接和/或形状配合式连接，即其中在电流路径的第一部分和电流路径的第二部分之间的连接位置上施加压力时的摩擦接合式连接和/或形状配合式连接，对在电流路径的第一部分和电流路径的第二部分之间构成材料接合式连接具有积极的作用。

优选地，纳米材料位于电流路径的第一部分和第二部分的相应的摩擦接合地和/或形状配合地相互连接的区域之间或者所述纳米材料在第一和/或第二电流路径的相应的区域上延伸。

通过纳米材料完全地或者近似完全地存在于在电流路径的连接区域中实现了连接区域的更低的电阻和/或抗老化性。连接区域在此进一步指电流路径的第一部分和第二部分借助纳米材料和摩擦接合和/或形状配合相连接的区域。

此外优选地，电流路径的第一部分和第二部分由相同的传导性材料和/或相同的材料组合构成。电流路径的第一部分和第二部分备选地可以由不同的传导性材料和/或不同的材料组合构成，针对不同的配对尤其具有重要意义的是铜和银或者铜合金和银合金。

也优选的是，纳米材料和/或所述纳米材料的前驱体以凝胶体、膜和/或粉末的形式施加在电流路径的第一部分和第二部分的相应的区域上和/或存在于电流路径的第一部分和第二部分的相应的区域上。即，待连接的电流路径的两个部分可都具有纳米材料或者仅一个部分可具有纳米材料。

特别优选的是，由纳米材料形成膜，尤其通过印刷、特别是通过丝网印刷、或者刮涂或者刷制在转移材料上，从所述转移材料上可将通过例如干燥、硬化或者挤压而制造的膜剥离。转移材料备选地也可以在构造材料接合式连接时转化、嵌入所述连接中或者分解。

也优选的是，电流路径的第一部分和第二部分摩擦接合地通过一个或者更多个连接器件相连。尤其优选的是，电流路径的第一部分和第二部分的相应的区域摩擦接合地通过一个或者更多个连接器件相连。摩擦接合式连接使得压力作用在连接位置上，这对于构造电流路径的第一部分和电流路径的第二部分的连接起到积极作用。

特别优选的是，连接器件由一个或者更多个选自螺钉、铆钉和/或夹具的器件构成。

也优选的是，电流路径的第一部分和第二部分形状配合地相互连接。

也优选的是，电流路径的第一部分是导电且柔性的电流带或者是极端头或者电流带夹(strombandklemme)，和/或电流路径的第二部分是端子，所述端子处于：

移动触头或者固定触头上；或者

变压器上；或者

汇流条上。

也优选的是，反应能量的输入造成局部地限于电流路径的与纳米材料交界的第一部分和与纳米材料交界的第二部分上的反应，该反应导致在电流路径的第一部分和第二部分之间的材料接合式连接。

此外优选的是，反应能量以热能和/或电能的形式输入纳米材料中，和/或反应能量以其它形式输入并且在纳米材料中和/或在纳米材料上转化为热能和/或电能。然而也可行的是，反应能量以电磁震荡、波和/或感应震荡和/或冲击波的形式输入材料中。

也优选的是，通过输入反应能量形成的纳米材料和电流路径的第一部分、第二部分的材料接合式连接基于纳米材料的烧结过程或者包括纳米材料的烧结过程和/或基于通过纳米材料或者部分所述纳米材料的放热反应造成的电流路径的第一部分和第二部分的熔焊和/或钎焊。在烧结过程中，纳米材料相互连接并且至少部分地或者完全地与电流路径的第一和第二部分连接。在放热反应中，电流路径的第一部分和第二部分能够直接相互焊接和/或在纳入纳米材料或者所述纳米材料的组成部分的情况下焊接和/或电流路径的第一部分和第二部分在纳米材料或者其它材料的参与下钎焊。所述其它材料在此尤其也可以是纳米材料的组成部分或者在放热反应期间形成。

也优选的是，纳米材料具有银和/或银前驱体。

也优选的是，纳米材料具有呈聚集体形式的银纳米颗粒，所述聚集体沿着至少一个空间方向具有大于90nm、尤其大于100nm或者200nm并且小于300nm的尺寸，尤其也优选的是，银纳米颗粒在相应的反应温度中和/或在相应的反应条件下形成并且沿着至少一个空间方向具有1nm至20nm的尺寸。

此外优选的是，银纳米颗粒可以至少部分地通过在金属有机前驱体中的反应形成。

另一种实施例是低压设备、中压设备和/或高压设备，其中，所述低压设备、中压设备具有电流路径，具有电流路径的第一部分和电流路径的第二部分的至少一个连接部，其中，所述连接部是摩擦接合和材料接合式的。

另一种实施例是低压设备、中压设备和/或高压设备，其中，所述低压设备、中压设备和/或高压设备具有电流路径，其中，所述电流路径按照前述实施形式之一构造。

以下根据三幅附图详细阐述本发明的技术方案：

图1示出了电流路径的第一和第二部分的按照本发明的材料接合式连接和摩擦接合式连接；

图2示意性地示出了借助纳米材料将真空开关管与可传导的并且柔性的电流带连接；

图3示出了按照本发明的用于制造材料接合式和摩擦接合式电流路径连接的方法的流程图。

图1在未详细示出的开关设备1中示出了按照本发明的连接，其中，电流路径的第一部分10与电流路径的第二部分20借助连接器件40摩擦接合地连接并且通过纳米材料30材料接合地连接。

摩擦接合式连接40例如可以通过螺钉、铆钉和/或夹具实现。除了借助连接器件40的摩擦接合式连接也可以备选地使用在此未示出的形状配合式连接。形状配合式连接例如可以通过电流路径的第一和第二部分的通过变形、例如挤压或者压接而啮合入彼此中的连接区域实现。

图2示出了真空开关管2在未详细示出的开关设备1中的连接，其中，移动触头端子25和柔性的电流带15一方面通过连接器件40摩擦接合地相互连接并且另一方面通过纳米材料30材料接合地相互连接。在此未示出的是，移动触头螺栓25’和柔性的电流带15备选地也可以一方面通过连接器件40摩擦接合地相互连接并且另一方面通过纳米材料30材料接合地相互连接。柔性的电流带15在该示例中材料接合地与电流路径50的其它部分连接，其中，该材料接合式连接是传统的熔焊连接或者钎焊连接。

图3示出了按照本发明的方法的示意性的流程，所述方法用于制造开关设备1、尤其用于中压和/或高压的开关设备中的电流路径的第一和第二部分的材料接合式和摩擦接合式和/或形状配合式连接。在第一步骤100中，电流路径的第一部分至少在区域中配设有纳米材料，或者提供配设有纳米材料的电流路径部分。这也包括提供形式为膜或者网格的纳米材料并且将所述膜或者网格安置在电流路径的第一部分和/或电流路径的第二部分上或者两者之间。

在第二步骤200中，在电流路径的第一部分和电流路径的第二部分之间形成摩擦接合式和/或形状配合式连接。

在第三步骤300中，通过输入反应能量，在纳米材料的参与下在电流路径的第一部分和电流路径的第二部分之间形成可传导的材料接合式连接。纳米材料在此能够要么通过包括烧结过程的过程形成可传导的连接，要么通过输入反应能量产生放热反应，所述放热反应使得电流路径的第一部分与电流路径的第二部分焊接。

附图标记清单

1开关设备

2真空开关管

10电流路径的第一部分

15作为电流路径的第一部分的可传导的、柔性的电流带

20电流路径的第二部分

25真空开关管的作为电流路径的第二部分的移动触头端子

25’真空开关管的作为电流路径的第二部分的移动触头螺栓

30纳米材料

40连接器件，例如螺钉、铆钉或者夹具

50电流路径的其它部分

100步骤1

200步骤2

300步骤3