电气开关的接触件、具有该接触件的电气开关和该接触件的制造方法与流程

由于现代的低压功率开关紧凑的结构，在接触位置上出现高电弧载荷。该载荷由于银的挥发、机械的喷溅或者喷洒以及由于热机械应力在接触涂层或者接触件上造成熔损。因此接触件的材料必须确保功率开关在受到这些载荷之后仍按照规定地履行开关功能和保护功能。

通过使用抗熔损的接触材料、例如银钨接触材料能够使触头的熔损最小化。

在开关设备中适宜的设计方面的措施、例如短的反应时间或者触发时间和灭弧板用于将电弧在接触件上的停留时间保持得较低。自感应的磁场迫使电弧从接触件上移动下来并且因此使在所述接触件上的停留时间最小化并且由此将所述电弧的载荷和可能的损害最小化。

电弧在接触件上的停留时间能够进一步被减小，方式是将所谓电弧导板(英语“arcrunner”)沿着电弧的期望的运行方向安设在接触涂层附近。该电弧导板通常由铁磁性的组分、例如铁或者钢构成，并且有助于使电弧从接触件上移动下来，方式是所述电弧导板防止电弧的电弧根部停滞在接触件的棱边上。

在专利文献de68906445t2中公开了一种制造例如用于电触头的复合体的方法。通过承载结构和小型板制造复合接触件的方法包括下列工作步骤：

-准备由所述材料的预先压缩的、聚集的或者烧结的粉末构成的坯件，

-预成型承载结构，以便在设计用于容纳接触板的位置上产生凹部，

-将所述坯件置入所述凹部中，

-将承载结构置入电阻焊接自动装置中，并且

-输入适宜的电流并且压实粉末坯件。

本发明所要解决的技术问题在于，提供一种用于电气开关的触头，所述触头由尽可能少的部件组成并且能够借助一种方法直接制造。

所述技术问题按照本发明通过按照权利要求1的用于电气开关的接触件解决。在从属权利要求2至5中给出了按照本发明的接触件的有利的设计方案。所述技术问题同样按照本发明通过按照权利要求6的电气开关解决。从属权利要求7和8中给出了按照本发明的开关的有利的设计方案。所述技术方案同样通过按照权利要求9的用于制造触头的方法解决。从属权利要求10和11中给出了按照本发明的方法的有利的设计方案。

用于电气开关的按照权利要求1的接触件设计为复合材料层。

在此有利的是，通过直接烧结工艺实现对触头连同附加的电弧导板的制造。同样可行的是通过一个取消电弧导板的事后焊接的步骤中实现制造。除了省去工艺步骤外还避免了热机械应力，所述热机械学应力可能导致加快接触层或者接触件的损坏进程。接触件无缝地过渡进电弧导板的材料中，由此避免了电场在接触件的棱边上的集中并且因此实现了加快的电弧导引。

在一种设计方案中，接触件设计为复合材料层，所述复合材料层具有至少一个由第一材料制成的第一区域和由与所述第一材料不同的第二材料制成的第二区域。

在另一种设计方案中，在第一区域和第二区域中布置有第三区域，并且在该第三区域中，材料在空间上从第一材料中逐渐过渡至第二材料。

在一种设计方案中，第一材料是接触材料、例如银石墨合金。

在另一种设计方案中，第二材料具有牺牲材料(opfermaterial)、例如钨铜混合物。

按照本发明的根据权利要求6的电气开关包括固定的触头和具有至少一个按照本发明的接触件的接触臂，其中，所述接触臂能够转动地支承在两个位置之间，其中，在接触臂的第一位置中，至少一个固定的触头与接触臂的至少一个接触件形成机械接触以闭合电流回路，并且其中，在第二位置中，至少一个固定的触头与接触臂的至少一个接触件机械地分离。

在电气开关的一种设计方案中，所述电气开关包括第一固定触头和第二固定触头，其中，接触臂包括第一接触件和第二接触件，在所述电气开关中，第一固定触头与接触臂的第一接触件形成机械接触以闭合电流回路，并且在所述电器开关中，第二固定触头与电流臂的第二触头形成机械接触以闭合电流回路。

在另一中设计方案中，第一固定触头布置在第一承载结构上并且第二固定触头布置在第二承载结构上。

按照本发明的用于制造具有按照本发明的接触件的触头的方法包括以下步骤：

-以第一材料和第二材料填充型腔，其中，所述第一材料和第二材料分别粉末状地构造；

-挤压型腔中的第一材料和第二材料以构造基体；

-将基体施加在承载结构上；

-将基体与模具电极接触并且将承载结构与电极接触；并且

-经由基体和承载结构输入电流，以便将所述基体与承载结构连接。

在按照本发明的方法的一种设计方案中，在填充型腔时借助阻隔物将第一材料与第二材料分离，从而通过第一材料形成第一区域并且通过第二材料形成第二区域，其中，在挤压前移除所述阻隔物。

在按照本发明的方法的一种设计方案中，在填充型腔时以具有变化的成分的多个中间层的形式置入第一材料。

本发明的上述特性、特征和优点以及实现所述特性、特征和优点的方式方法结合以下对实施例的描述将更加清楚和易于理解，所述实施例结合附图详细地阐述。

在附图中：

图1示出了电气开关的接触臂，所述接触臂具有处于使电流回路闭合的位置中的接触件以及固定触头；

图2示出了电气开关的接触臂，所述接触臂具有处于使电流回路断开的位置中的接触件以及固定触头；

图3示出了具有两个接触件和两个固定触头的接触臂，所述接触件和固定触头处于使电流回路闭合的位置中；

图4示出了具有两个接触件和两个固定触头的承载结构，所述接触件和固定触头处于使电流回路断开的位置中；

图5a和5b示出了构造为复合材料层的接触件和具有电弧导板的传统的接触件；

图6a和6b示出了构造为复合材料层的具有第一区域和第二区域的接触件和设计为复合材料层的具有位于所述第一区域和第二区域之间的第三区域的接触件；

图7示出了构造为复合材料层的具有第一区域和第二区域的接触件；

图8示出了用于制造接触件的方法；并且

图9示出了具有接触臂的电气开关，所述接触臂具有接触件和固定触头。

图1中示出了用于断开或者闭合电流回路的电气开关500的接触臂150。接触臂150包括接触件100。接触臂150能够围绕转动点d在使电流回路断开的位置和使电流回路闭合的位置之间摆动。具有接触件100的接触臂150能够与固定触头200共同作用。固定触头200可以布置在承载结构250上。在使电流回路闭合的位置中，承载结构250上的固定触头200与接触臂150的接触件100形成机械接触。图1示出了该由接触臂150和固定触头200闭合电流回路的位置。

接触件100或者固定触头200构造为复合材料层。

图2示出了电气开关500的具有接触件100的接触臂150以及承载结构250上的固定触头200，所述接触件100以及固定触头200处于使电流回路断开的位置中。为此触头承载结构或者说接触臂150与至少一个接触件100共同围绕转动点d摆动至使电流回路断开的位置中。在使电流回路断开的位置中，接触臂150的接触件100与承载结构250上的固定触头200在机械上分离。在将接触臂150向使电流回路断开的位置摆动时，接触件100描绘了圆形轨道的部分。

在断开电流回路、即在有电流的情况下将接触臂150根据图2所示逆时针摆动时，产生电弧700。该电弧例如由于银的挥发、机械喷溅或者喷洒以及由于热机械应力造成的熔损而导致接触件100和固定触头200的载荷。

图3示出了具有第一接触件100和第二接触件120的接触臂150。附加地，第一固定触头210布置在第一承载结构250上并且第二固定触头220固定在第二承载结构251上。按照图3的接触臂150也称为双断路装置，因为每个接触臂150上存在两个接触件110、120，这两个接触件与两个固定触头210、220共同作用以断开或者闭合电流回路。触头承载结构或者说接触臂150能够围绕转动点d在使电流回路断开的位置和使电流回路闭合的位置之间摆动。

根据图3的视图，接触臂150处于使电流回路闭合的位置中。第一固定触头210为此与接触臂150的第一接触件110形成机械接触，并且第二固定触头220与接触臂150的第二接触件120形成机械接触。

图4示出了处于使电流回路断开的位置中的接触臂150和两个固定触头210、220，接触臂150为此能够围绕转动点d摆动至使电流回路断开的位置中。通过将接触臂150的接触件110、120与固定触头210、220的机械分离来断开电流回路。接触件110、120在摆动时描绘出圆形轨道的部分。如果在有电流的情况下发生摆动，则在固定触头210、220和接触件110、120之间产生电弧700、701。

在图5a中示出了位于承载结构250上的按照本发明的接触件200。设计为复合材料层的按照本发明的接触件200包括由第一材料制成的第一区域201和由与所述第一材料不同的第二材料制成的第二区域202。例如第一材料可以包括银石墨合金并且用于与接触臂150的接触件100共同作用形成电接触以断开或者闭合电流路径。具有第二材料的第二区域202例如可以是钨铜混合物。该区域可以用作电弧导板。

图5b示出了承载结构950上的具有电弧导板901的传统的接触件900。在此必须在承载结构950上安设两个构件，即传统的接触件900和电弧导板901。

在图6a和6b中分别在接触臂150或者承载结构上布置有按照本发明的接触件100。根据图6a，构造为复合材料层的接触件100包括具有第一材料的第一区域101和具有与所述第一材料不同的第二材料的第二区域102。第一材料在此例如也可以包括银石墨合金并且第二材料也可以包括钨铜混合物。

图6b示出了按照本发明的接触件100的另一种实施例。在由第一材料制成的第一区域101和由第二材料制成的第二区域102之间布置有第三区域103，所述第三区域103的材料在空间上从第一材料逐渐地过渡至第二材料。这根据图6b的视图意味着，在第三区域103的左边缘上存在与第一区域101的材料一致的第一材料，并且在第三区域103的右边缘上存在第二区域102的第二材料。由第一材料到第二材料的梯度在空间上逐渐地在这两个边缘之间延伸。

在图7中再次示出了构造为复合材料层的按照本发明的接触件100，所述接触件100具有第一区域101和第二区域102。接触件100施加在承载结构150上。

图8示出了用于制造具有按照本发明的触头的方法800，所述触头具有接触件100、110、120；200、210、220和承载结构150；250、251，所述方法具有以下步骤：

-以第一材料和第二材料填充801型腔，其中，所述第一材料和第二材料分别粉末状地构造；

-挤压802型腔中的第一材料和第二材料以构造基体；

-将基体施加803在承载结构150；250、251上；

-将基体与模具电极接触804并且将承载结构150；250、251与电极接触804；并且

-经由基体和承载结构150；250、251输入805电流，以便将基体与承载结构150；250、251连接。

通过经由基体和承载结构150；250、251输入805电流实现基体和承载结构150；250、251的升温并且由此导致两个工件的连接。不必通过其它附加的步骤添加电弧导板901。

在填充801型腔时可以借助阻隔物将第一材料与第二材料相互分离，从而由第一材料形成第一区域101并且由第二材料形成第二区域。在挤压802之前必须移除阻隔物。

将接触件100、110、120；200、210、220构造为复合材料层的优点是多方面的。例如可以直接在用于制造具有具备添加的电弧导板的接触件的触头的方法800来制造所述接触件。第二区域102；202在此用作直接集成在接触件中的电弧导板。取消了如在根据图5b所示的传统的触头中所必要的那样对电弧导板901的事后焊接。

除了省去工艺步骤之外还避免了热机械应力，所述热机械应力可能造成接触件100、110、120、200、210、220的损坏过程加快。接触件的第一区域101；201无缝地或者借助第三区域103逐渐地过渡至第二区域102；202，由此避免了电场在接触材料的棱边上集中并且因此实现了加快的电弧传导。