本申请涉及低压断路器，且具体地，涉及具有双层活动接触件的低压断路器。
背景技术：
低压断路器在家庭应用、商业应用以及工业应用中很常见。低压断路器可为自动操作的电气开关，其特别设计和配置成保护电路免受由(典型地，起因于过载或短路而导致的)过电流引起的损伤。低压断路器的基本功能是，在检测到故障之后，阻断电流流动。与操作一次然后就必须更换的熔断器不同，断路器可(手动地或自动地)复位，以恢复正常运行。
低压断路器通常包括接触系统，接触系统具有两个接触件，这两个接触件可以相对于彼此而电连接和断开。低压断路器中的接触件(具体地，活动接触件)通常由agwc材料制成，以质量%为单位，该agwc材料包括60%的ag含量和40%的wc含量。高ag含量提供低接触电阻和良好的抗氧化性。然而，ag是昂贵的材料，具有低抗电弧侵蚀性，并且，相对较弱，特别是当与wc相比时。因此，用于低压断路器的常规的接触件为制造成本密集型，并且，仅具有较短的寿命。
技术实现要素：
在本文中处理上面提到的缺陷、缺点以及问题，这将通过阅读且理解下文的说明书而理解。具体地，本公开概述低压断路器的成本高效且可靠的接触件。
根据一个方面，提供一种低压断路器。低压断路器包括接触系统，接触系统具有第一接触件和第二接触件，第一接触件和第二接触件可以相对于彼此而电连接和断开。第一接触件包括主体，主体具有第一层和第二层，其中，第一层布置于第二层上，并且，配置成与第二接触件接触，以便提供与第二接触件的电连接。第一层具有第一材料组成，第一材料组成具有比第二层的第二材料组成的ag含量更高的ag含量。而且，第一材料组成具有比第二材料组成的wc含量更低的wc含量。
根据实施例，第一层可具有等于或小于80/20，具体地，等于或小于50/50，特别地，等于或小于40/60的wc/ag比。备选地或另外，第二层可具有等于或大于20/80，具体地，等于或大于50/50，特别地，等于或大于60/40的wc/ag比。
根据实施例，以质量%为单位，第一材料组成可包括ag：30至80、w：25至65、ni：0至40、co：0至40、cu：0至40、c：1.5至5、cr：0至20、mo：0至20，剩余部分是fe和不可避免的杂质，其中，ag、w、ni、co、cu、c、cr以及mo被包括在至少80%的总量中。根据实施例，以质量%为单位，第一材料组成可包括cu：0至20。具体地，以质量%为单位，第一材料组成可包括ag：40至65、w：30至50、ni：0至10、co：0至10、cu：0至5、c：2至3.5，剩余部分是fe和不可避免的杂质，其中，ag、w、ni、co、cu以及c被包括在至少96%的总量中。
根据实施例，以质量%为单位，第二材料组成可包括ag：20至70、w：35至75、ni：0至40、co：0至40、cu：0至40、c：2至5.5、cr：0至20、mo：0至20，剩余部分是fe和不可避免的杂质，其中，ag、w、ni、co、cu、c、cr以及mo被包括在至少80%的总量中。根据实施例，以质量%为单位，第二材料组成可包括cu：0至20。具体地，以质量%为单位，第二材料组成可包括ag：35至75、w：40至60、ni：0至10、co：0至10、cu：0至5、c：2.5至4.5，剩余部分是fe和不可避免的杂质，其中，ag、w、ni、co、cu以及c被包括在至少96%的总量中。
根据实施例，第一层可具有比第二层的第二导电率更高的第一导电率。具体地，第一导电率可等于或大于10ms/m，具体地，等于或大于15ms/m且/或等于或小于35ms/m，具体地，等于或小于20ms/m。备选地或另外，第二导电率可等于或大于5ms/m，具体地，等于或大于8ms/m且/或等于或小于30ms/m，具体地，等于或小于20ms/m。
根据实施例，第一层可具有比第二硬度更小的第一硬度。第一硬度和第二硬度可通过根据标准iso6507-1的维氏hv1硬度试验方法而确定且/或测量。具体地，第一硬度可等于或大于130hv1且/或等于或小于200hv1。备选地或另外，第二硬度可等于或大于150hv1，具体地，等于或大于180hv1且/或等于或小于600hv1，具体地，等于或小于500hv1。
根据实施例，第一层可具有第一厚度，第一厚度等于或大于主体的主体厚度的3%，具体地，等于或大于主体厚度的10%，且/或等于或小于主体厚度的75%。
根据实施例，第一层和第二层可构成主体的质量的至少80%。
根据实施例，主体还可包括第一层与第二层之间的过渡区。过渡区的ag含量可从第一层的ag含量逐渐改变成第二层的ag含量。备选地或另外，过渡区的wc含量可从第一层的wc含量逐渐改变成第二层的wc含量。
根据实施例，低压断路器在额定的标称电流下的开关操作的额定次数可等于或小于20000。具体地，低压断路器在额定的标称电流下的开关操作的额定次数可多达20000。
根据实施例，可针对等于或大于100v，且/或等于或小于1200v，具体地，等于或小于690v的额定电压，设计低压断路器。
根据实施例，可针对等于或大于10a，具体地，等于或大于16a且/或等于或小于12000a，具体地，等于或小于6300a的电流，设计低压断路器。
根据实施例，可针对等于或大于0.4ka，具体地，等于或大于1ka且/或等于或小于400ka，具体地，等于或小于200ka的短路电流，设计低压断路器。
根据实施例，第二接触件可具有第三导电率，第三导电率比第一接触件的主体的普遍导电率更高。备选地或另外，第二接触件可具有第三硬度，第三硬度比第一接触件的主体的普遍硬度更低。
根据实施例，第一接触件可附接至支架。而且，支架可配置成围绕轴旋转，例如，以便选择性地提供和断开与第二接触件的电连接。因此，第一接触件可配置成围绕轴旋转，例如，以便选择性地提供和断开与第二接触件的电连接。
根据实施例，其中，第一层和第二层可通过粉末冶金工艺，诸如，烧结而形成。
实施例还涉及用于实行所公开的方法的设备，并且，包括用于执行各个所描述的方法方面的设备零件。这些方法方面可以经由硬件构件、通过适当的软件而编程的计算机、以两者的任何组合或以任何其它的方式执行。此外，根据本公开的实施例还涉及用于操作所描述的设备的方法。用于操作所描述的设备的方法包括用于实行设备的功能的方法方面。
附图说明
为了可具体地理解本公开的上述的特征，可以通过参照实施例而得到在上文中简略地总结的本公开的更具体的描述。附图涉及本公开的实施例，并且，在下文中描述：
图1示出断开状态下的低压断路器的示意图；
图2示出连接状态下的低压断路器的示意图；
图3示出低压断路器的第一接触件的示意图；
图4示出低压断路器的第一接触件的示意图；
图5示出图示导电率对wc含量的依存性的图表；并且，
图6示出图示硬度对wc含量的依存性的图表。
具体实施方式
现在，将具体地参照本公开的多种实施例，在各图中，图示这些实施例的一个或多个示例。在附图的以下描述内，相同的参照编号指相同的构件。典型地，仅描述关于个别的实施例的差异。各示例以解释本公开的方式来提供，并且，不旨在作为本公开的限制。而且，作为一个实施例的一部分而图示或描述的特征可用于其它实施例上，或联合其它实施例而使用，从而得到又一实施例。旨在本描述包括这样的修改和变型。除非在本文中另有阐明，否则化学组成中的特定的元素的百分数应当指化学组成中的该元素的质量百分数。
图1和图2示出低压断路器100。低压断路器100可为自动操作的电气开关，其特别设计和配置成保护电路免受由(典型地，起因于过载或短路而导致的)过电流引起的损伤。低压断路器的基本功能是，在检测到故障之后，阻断电流流动。与操作一次，然后就必须更换的熔断器不同，断路器可(手动地或自动地)复位，以恢复正常运行。根据本文中的实施例，可针对等于或小于20000的额定的标称电流下的开关操作的额定次数而配置低压断路器100。具体地，低压断路器在额定的标称电流下的开关操作的额定次数可多达20000次。即，可针对大约20000次开关操作，设计低压断路器100。
在本公开的上下文中，“低压”可被理解为等于或小于大约1200v。根据本文中所描述的实施例，可针对等于或大于100v，且/或等于或小于1200v，具体地，等于或小于690v的额定电压，设计低压断路器100。另外或备选地，可针对等于或大于10a，具体地，等于或大于16a且/或等于或小于12000a，具体地，等于或小于6300a的额定电流，设计低压断路器100。另外或备选地，可针对等于或大于0.4ka，具体地，等于或大于1ka且/或等于或小于400ka，具体地，等于或小于200ka的额定的短路电流，设计低压断路器100。
低压断路器100可包括接触系统110。接触系统110可具有第一接触件112和/或第二接触件114。第一接触件112和第二接触件114可相对于彼此而可电连接和断开。因此，第一接触件112和第二接触件114可从如图1中所示出的断开状态运动至如图2中所示出的连接状态。在断开状态下，第一接触件112和第二接触件114彼此断开，并且，在第一接触件112与第二接触件114之间，未形成电接触。在连接状态下，第一接触件112和第二接触件114连接，并且，在第一接触件112与第二接触件114之间，形成有电接触。具体地，至少第一接触件112可为可活动的，以便选择性地提供和断开与第二接触件114的电连接。
第一接触件112可包括主体b。主体b可具有第一层l1和/或第二层l2。第一层l1可布置于第二层l2上。而且，第一层l1可配置成与第二接触件114接触，以便提供与第二接触件114的电连接。
第一层l1可具有第一材料组成。第二层l2可具有第二材料组成。第一材料组成可具有比第二材料组成的ag含量更高的ag含量。而且，第一材料组成可具有比第二材料组成的wc含量更低的wc(碳化钨)含量。
如本文中所讨论的，低压断路器中的常规的接触件通常由agwc材料制成，以质量%为单位，该agwc材料包括60%的ag含量和40%的wc含量。高ag含量提供低接触电阻和良好的抗氧化性。然而，ag是昂贵的材料，表现出低抗电弧侵蚀性，并且，相对较弱，特别是当与wc相比时。
因而，本公开为配置成与第二接触件114接触的第一层l1提供对于第二层l2而言的更高的ag含量和更低的wc含量。当实践实施例时，在可节省材料成本的同时，具体地，在与第二接触件的接口处，可达到低接触电阻和良好的抗氧化性。
而且，与常规的接触件相比，第二层l2可提供改进的抗侵蚀性。当实践实施例时，可改进低压断路器的短路行为。
根据本文中所描述的实施例，第一层l1可具有等于或小于80/20，具体地，等于或小于50/50，特别地，等于或小于40/60的wc/ag比。备选地或另外，第二层l2可具有等于或大于20/80，具体地，等于或大于50/50，特别地，等于或大于60/40的wc/ag比。
根据本文中所描述的实施例，以质量%为单位，第一材料组成可包括ag：30至80、w：25至65、ni：0至40、co：0至40、cu：0至40、c：1.5至5、cr：0至20、mo：0至20，剩余部分是fe和不可避免的杂质，其中，ag、w、ni、co、cu、c、cr以及mo被包括在至少80%的总量中。根据本文中所描述的实施例，以质量%为单位，第一材料组成可包括cu：0至20。具体地，以质量%为单位，第一材料组成可包括ag：40至65、w：30至50、ni：0至10、co：0至10、cu：0至5、c：2至3.5，剩余部分是fe和不可避免的杂质，其中，ag、w、ni、co、cu以及c被包括在至少96%的总量中。
根据本文中所描述的实施例，以质量%为单位，第二材料组成可包括ag：20至70、w：35至75、ni：0至40、co：0至40、cu：0至40、c：2至5.5、cr：0至20、mo：0至20，剩余部分是fe和不可避免的杂质，其中，ag、w、ni、co、cu、c、cr以及mo被包括在至少80%的总量中。根据本文中所描述的实施例，以质量%为单位，第二材料组成可包括cu：0至20。具体地，以质量%为单位，第二材料组成可包括ag：35至75、w：40至60、ni：0至10、co：0至10、cu：0至5、c：2.5至4.5，剩余部分是fe和不可避免的杂质，其中，ag、w、ni、co、cu以及c被包括在至少96%的总量中。
根据具体的实施例，第一材料组成和第二材料组成的大体上全部的c含量和w含量可形成为wc(碳化钨)。因此，在单个原子的水平上，第一材料组成和第二材料组成中的c和w的量可以1:1的关系彼此对应。由于w具有比c更高的分子量，因而关于相应的材料组成中的质量%，w比c更高(为大约15.3倍)。
考虑到上文的考虑因素，以质量%为单位，第一材料组成可包括ag：30至80、wc：26.5至70、ni：0至40、co：0至40、cu：0至40、cr：0至20、mo：0至20，剩余部分是fe和不可避免的杂质，其中，ag、w、ni、co、cu、c、cr以及mo被包括在至少80%的总量中。根据本文中所描述的实施例，以质量%为单位，第一材料组成可包括cu：0至20。具体地，以质量%为单位，第一材料组成可包括ag：40至65、w：32至53.5、ni：0至10、co：0至10、cu：0至5，剩余部分是fe和不可避免的杂质，其中，ag、w、ni、co、cu以及c被包括在至少96%的总量中。
而且，以质量%为单位，第二材料组成可包括ag：20至70、w：37至80.5、ni：0至40、co：0至40、cu：0至40、cr：0至20、mo：0至20，剩余部分是fe和不可避免的杂质，其中，ag、w、ni、co、cu、c、cr以及mo被包括在至少80%的总量中。根据本文中所描述的实施例，以质量%为单位，第二材料组成可包括cu：0至20。具体地，以质量%为单位，第二材料组成可包括ag：35至75、w：42.5至64.5、ni：0至10、co：0至10、cu：0至5，剩余部分是fe和不可避免的杂质，其中，ag、w、ni、co、cu以及c被包括在至少96%的总量中。
如图1和图2中所示出的，低压断路器100可包括壳体50。壳体50可配置成用于封装低压断路器100的元件(诸如，第一接触件112和第二接触件114)。而且，低压断路器100可包括当第一接触件112处于连接状态时偏压第一接触件112的机构。通过当第一接触件112处于连接状态时偏压第一接触件112，从而一释放第一接触件112，就可按受控制的方式可靠地且以高速将第一接触件112从第二接触件114移开。
根据本文中所描述的实施例，其中，第一接触件112可附接至支架122。支架122可配置成围绕轴旋转。例如，第一接触件112可在支架122的第一端处附接至支架122。支架122可在与第一端相对的第二端处连接至铰链124。铰链124可连接至轴，以便使支架122环绕轴旋转。
图3更详细地示出第一接触件112。主体b可具有主体厚度tb。第一层l1可具有第一厚度t1。第二层l2可具有第二厚度t2。根据本文中所描述的实施例，第一厚度t1可等于或大于主体厚度tb的3%，具体地，等于或大于主体厚度tb的10%且/或等于或小于主体厚度tb的75%。
根据实施例，第一层l1和第二层构成主体b的质量的至少80%。在具体的实施例中，第一层l1和第二层l2大体上构成整个主体b。在后一种情况下，主体厚度tb与第一厚度t1之间的差可为第二厚度t2。在第一层l1和第二层l2未构成整个主体b的情况下，第一厚度t1和第二厚度t2的和可小于主体厚度tb。
如图4中所示出的，主体b还可包括第一层l1与第二层l2之间的过渡区tz。过渡区tz的ag含量可从第一层l1的ag含量逐渐改变成第二层l2的ag含量。备选地或另外，过渡区tz的wc含量可从第一层l1的wc含量逐渐改变成第二层l2的wc含量。过渡区tz可构成第一厚度t1和第二厚度t2的和的至少5%，具体地，至少10%，特别地，至少25%。
根据本文中所描述的实施例，过渡区tz可大体上构成整个第一层l1和第二层l2。因此，在这种情况下，第一层l1和第二层l2可被认为是经历ag含量和wc含量的从第一层l1的开端至第二层l2的终端的逐渐改变的过渡区tz的子层。
此外，同样地未在图中清楚地示出，顶层可形成于第一层l1上。顶层可具有比第一层l1甚至更高的ag含量。当实践实施例时，第一接触件112的表面处的接触电阻可进一步减小。
根据所描述的实施例，主体b可基本上由第一层l1、第二层l2以及任选地过渡区tz组成。术语“基本上由……组成”可在此上下文中被理解为，意味着，未将另外的层特意地添加至主体b。然而，该术语还可包含由于制造过程的约束条件而添加至主体的层。
根据其中所描述的实施例，第一层l1和/或第二层l2和/或任选地过渡区tz可通过粉末冶金工艺(诸如，烧结)而形成。
图5示出图示导电率对wc含量的依存性的图表。
根据本文中所描述的实施例，第一层l1可具有第一导电率σ1。第二层l2可具有第二导电率σ2。第一导电率σ1可比第二导电率σ2更高。具体地，第一导电率σ1可等于或大于10ms/m，具体地，等于或大于15ms/m且/或等于或小于35ms/m，具体地，等于或小于20ms/m。备选地或另外，第二导电率σ2可等于或大于5ms/m，具体地，等于或大于8ms/m且/或等于或小于30ms/m，具体地，等于或小于20ms/m。
第一导电率σ1可取决于第一材料组成的wc含量，且/或第二导电率σ2可取决于第二材料组成的wc含量。具体地，第一导电率σ1可以倒数的方式取决于第一材料组成的wc含量，且/或第二导电率σ2可以倒数的方式取决于第二材料组成的wc含量。即，第一材料组成和/或第二材料组成中的wc含量越高，就可分别得到越低的第一导电率σ1和第二导电率σ2。
如图5中所图示的，可通过下文的公式(1)和(2)而描述第一导电率σ1和/或第二导电率σ2分别对第一材料组成和第二材料组成的wc含量的依存性：
σ1,σ2≥(-0.54xwc含量)ms/m∙质量%+37ms/m(1)；和
σ1,σ2≤(-0.54xwc含量)ms/m∙质量%+60ms/m(2)。
根据本文中所描述的实施例，第二接触件114可具有第三导电率σ3，第三导电率σ3比第一接触件112的主体b的普遍导电率σb更高。主体b的普遍导电率σb可为主体b的总体导电率。在主体仅包括第一层l1和第二层l2的情况下，主体b的普遍导电率σb可为第一导电率σ1和第二导电率σ2的平均值。
图6示出图示硬度对wc含量的依存性的图表。本文中所提到的硬度可通过根据标准iso6507-1的维氏hv1硬度试验方法而确定且/或测量。因此，本文中所描述的硬度的所有的值可为通过根据标准iso6507-1的维氏hv1硬度试验方法而确定且/或测量的值。
根据本文中所描述的实施例，第一层l1可具有第一硬度h1。第二层l2可具有第二硬度h2。第一硬度h1可小于第二硬度h2。具体地，第一硬度h1可等于或大于130hv1且/或等于或小于200hv1。备选地或另外，第二硬度h2可等于或大于150hv1，具体地，等于或大于180hv1且/或等于或小于600hv1，具体地，等于或小于500hv1。
第一硬度h1可取决于第一材料组成的wc含量，且/或第二硬度h2可取决于第二材料组成的wc含量。具体地，第一硬度h1可以成比例的方式取决于第一材料组成的wc含量，且/或第二硬度h2可以成比例的方式取决于第二材料组成的wc含量。即，第一材料组成和/或第二材料组成中的wc含量越高，就可分别得到越高的第一硬度h1和第二硬度h2。
如图6中所图示的，第一硬度h1和/或第二硬度h2分别对第一材料组成和第二材料组成的wc含量的依存性可通过下文的公式(3)和(4)而描述：
h1,h2≥(8.5xwc含量)hv1/质量%-350hv1(3)；和
h1,h2≤(8.5xwc含量)hv1/质量%+50hv1(4)。
根据本文中所描述的实施例，第二接触件114可具有第三硬度h3，第三硬度h3比第一接触件112的主体b的普遍硬度hb更低。主体b的普遍硬度hb可为主体b的总体硬度。在主体仅包括第一层l1和第二层l2的情况下，主体b的普遍硬度hb可为第一硬度h1和第二硬度h2的平均值。而且，同样地，第三硬度h3可以如针对第一硬度h1和/或第二硬度h2而描述的方式取决于第二接触件114的第三材料组成的wc含量。
对比例可以具有由具有60质量%的ag含量的agwc材料制成的第一接触件。对比例的第一接触件元件可以具有大约0.7g的重量。因此，对比例的第一接触件元件可具有带有0.42g的质量的ag含量。对比例的第一接触件可具有大约0.0558cm3的体积。
根据本公开的示例可以具有第一接触件112，第一接触件112包括层l1和第二层l2，层l1具有60质量%的ag含量和40质量%的wc含量，第二层l2具有40质量%的ag含量和of60质量%的wc含量。第一层l1和第二层l2可具有相同的厚度，即t1=t2。而且，根据示例的第一接触件112可具有与对比例的第一接触件相同的体积。因此，在该示例中，第一层l1具有带有0.21g的质量的ag含量，并且，第二层l2具有带有0.151g的质量的ag含量。即，与对比例相比，该示例的第一接触件总计具有带有0.361g的总质量的ag含量，0.361g的总质量与ag的质量的14%的节省量对应。