DE102019117804A1

DE102019117804A1 - Electrical contact system for a switching device

Info

Publication number: DE102019117804A1
Application number: DE102019117804.5A
Authority: DE
Inventors: Marcus Herrmann; Erik Herzog; Niels Goller
Original assignee: Johnson Electric Germany GmbH and Co KG
Current assignee: Johnson Electric Germany GmbH and Co KG
Priority date: 2019-07-02
Filing date: 2019-07-02
Publication date: 2021-01-07
Anticipated expiration: 2039-07-03
Also published as: EP3981019A1; WO2021001465A1; CN114041197B; DE102019117804B4; CN114041197A; EP3981019B1

Abstract

Die Erfindung betrifft ein elektrisches Kontaktsystem für eine Schalteinrichtung, umfassend- mindestens ein Kontaktpaar, das aus einem Festkontaktstück, welches an einer ersten zum Gehäuse der Schalteinrichtung ortsfesten Stromschiene befestigt ist, und einem zu dem Festkontaktstück für eine Schaltfunktion relativ bewegbaren Kontaktstück besteht, wobei die Kontaktstücke des mindestens einen Kontaktpaares derart zueinander positioniert sind, dass das bewegbare Kontaktstück mittels einer Kontaktkraft auf das Festkontaktstück pressbar ist,- einen flächigen Kontaktstückträger für das mindestens eine bewegbare Kontaktstück, der in seinem Längsschnitt entlang seiner Längsachse von einem ersten Ende bis zu einem zweiten Ende im Wesentlichen gerade ausgebildet und am ersten Ende an einer zweiten zum Gehäuse der Schalteinrichtung ortsfesten Stromschiene befestigt ist und zusammen mit dieser im Längsschnitt eine V-Form bildet, wobei im Bereich des zweiten Endes des Kontaktstückträgers das mindestens eine bewegbare Kontaktstück angeordnet und befestigt ist,- ein Federelement ohne oder mit niedriger elektrischer Leitfähigkeit und/oder mit einer elektrisch isolierenden Beschichtung, wobei das Federelement an der zweiten Stromschiene befestigt ist und mindestens einen Federarm mit einem ersten Federarmabschnitt und einem zweiten Federarmabschnitt aufweist, und wobei der erste Federarmabschnitt von einem Befestigungsabschnitt bis zu einer Position mit mindestens einer Druckstelle verläuft und der zweite Federarmabschnitt sich von dieser Position bis zu einem freien Ende des Federarms erstreckt, und wobei die mindestens eine Druckstelle derart positioniert ist, dass durch eine Vorspannung des Federelementes eine direkte oder mittelbare kraftschlüssige Verbindung zwischen der Druckstelle und dem bewegbaren Kontaktstück generierbar ist und sich somit eine Kontaktkraft erzeugen lässt.The invention relates to an electrical contact system for a switching device, comprising at least one contact pair, which consists of a fixed contact piece, which is attached to a first busbar fixed to the housing of the switching device, and a contact piece that is relatively movable to the fixed contact piece for a switching function, the contact pieces of the at least one pair of contacts are positioned relative to one another in such a way that the movable contact piece can be pressed onto the fixed contact piece by means of a contact force, It is essentially straight and is attached at the first end to a second busbar that is fixed to the housing of the switching device and forms a V-shape together with this in longitudinal section, the at least one in the area of the second end of the contact piece carrier at least one movable contact piece is arranged and fastened, a spring element with no or low electrical conductivity and / or with an electrically insulating coating, the spring element being fastened to the second busbar and having at least one spring arm with a first spring arm section and a second spring arm section, and wherein the first spring arm section extends from a fastening section to a position with at least one pressure point and the second spring arm section extends from this position to a free end of the spring arm, and wherein the at least one pressure point is positioned in such a way that a bias of the spring element a direct or indirect non-positive connection between the pressure point and the movable contact piece can be generated and a contact force can thus be generated.

Description

Die Erfindung betrifft ein elektrisches Kontaktsystem für eine Schalteinrichtung, wobei zu den Schalteinrichtungen, für die die Erfindung anwendbar ist, Relais, Schalter, Schütze und Leistungsschalter zählen.The invention relates to an electrical contact system for a switching device, the switching devices for which the invention is applicable include relays, switches, contactors and circuit breakers.

Schalteinrichtungen wie Relais, Schalter, Schütze und Leistungsschalter sollten folgende Eigenschaften aufweisen:

➢ einen geringen elektrischen Widerstand zwischen den Anschlussklemmen, wodurch eine hohe Wirtschaftlichkeit aufgrund einer geringen Verlustleistung sowie Sicherheit des Gerätes im Betrieb, insbesondere hinsichtlich Erwärmung und Brandschutz, erreicht wird
➢ eine möglichst große Lebensdauer, das heißt, eine möglichst große Anzahl an Schaltungen unter Last,
➢ Sicherheit gegen ein Kontaktkleben in Folge großen Kurzschlussstromes, beispielsweise im elektrischen Fehlerfall.

Switching devices such as relays, switches, contactors and circuit breakers should have the following properties:

➢ a low electrical resistance between the connection terminals, which results in a high level of economy due to a low power loss and safety of the device in operation, in particular with regard to heating and fire protection
➢ the longest possible service life, that is, the largest possible number of switching operations under load,
➢ Security against contact sticking as a result of large short-circuit currents, for example in the event of an electrical fault.

In herkömmlichen Schalteinrichtungen sorgen Federelemente während des Lösens des Kontaktes für ein schnelles Abheben des bewegbaren Kontaktstücks vom Festkontaktstück, was den Verschleiß der Kontaktstücke verringert.In conventional switching devices, spring elements ensure that the movable contact piece is quickly lifted off the fixed contact piece during the release of the contact, which reduces the wear on the contact pieces.

Insbesondere in Relais sind solche Federelemente typischerweise Elemente aus Stahl, die am bewegbaren Kontaktstück angenietet sind. Die Nachteile dieser am bewegbaren Kontakt angenieteten Stahlelemente bestehen in einer hohen Belastung und einer geringen Beweglichkeit, was wiederum nur einen geringen Toleranzausgleich ermöglicht.In relays in particular, such spring elements are typically elements made of steel that are riveted to the movable contact piece. The disadvantages of these steel elements riveted to the movable contact consist in a high load and a low mobility, which in turn only allows a low tolerance compensation.

Ebenfalls bekannt sind aus Stahl bestehende Federelemente, die an einem magnetischen Aktor der Schalteinrichtung beziehungsweise einem mechanischen Koppelelement, im Folgenden Schieber genannt, befestigt sind. Der magnetische Aktor erzeugt und der Schieber überträgt dabei die Kraft zum Öffnen oder Schließen der Kontakte. Dabei kann eine Feder für das gleichzeitige Lösen von zwei und mehreren Kontakten verwendet werden. Allerdings hat die Befestigung der Federelemente am Aktor oder am Schieber den Nachteil, dass sich eine derart aufgebaute Einrichtung kaum für ein zeitversetztes Öffnen oder Schließen von mindestens zwei Kontaktpaaren eignet. Ein solches zeitversetztes Öffnen oder Schließen der Kontakte wird auch als Lead-Lag-Schaltverhalten bezeichnet.Also known are spring elements made of steel which are attached to a magnetic actuator of the switching device or a mechanical coupling element, referred to below as a slide. The magnetic actuator generates and the slide transmits the force to open or close the contacts. A spring can be used to release two or more contacts at the same time. However, the fastening of the spring elements on the actuator or on the slide has the disadvantage that a device constructed in this way is hardly suitable for a time-delayed opening or closing of at least two contact pairs. Such a time-delayed opening or closing of the contacts is also referred to as lead-lag switching behavior.

Eine weitere aus dem Stand der Technik bekannte Variante besteht darin, das Federelement in eine Strombahn des Kontaktstückträgers für das bewegbare Kontaktstück zu integrieren. Dies würde allerdings zu einer noch höheren mechanischen Belastung führen als die oben erwähnte direkte Befestigung des Federelementes am bewegbaren Kontaktstück. Zudem besteht der Nachteil, dass sich die Feder erhitzt, was zu einer Verformung des Schiebers und somit zu einer Verkürzung der Lebensdauer des Kontaktsystems führen kann. Darüber hinaus werden Abrollbewegungen der Kontakte durch den während des Kurzschlusses verformten Kontaktstückträger aufgrund der im Folgenden genannten Bedingungen eingeschränkt. Im Fall, dass das Federelement an das bewegbare Kontaktstück befestigt, zum Beispiel angenietet ist, führt eine hohe Steifigkeit zu einer geringeren Biegsamkeit des Federelementes und somit zu einer Einschränkung der Abrollbewegungen der Kontakte. Sofern die Feder in den Kontaktstückträger des bewegbaren Kontaktstücks integriert ist, entsteht die Einschränkung der Abrollbewegungen aus einer verringerten Biegsamkeit der Strombahn des Kontaktstückträgers des bewegbaren Kontaktstücks.Another variant known from the prior art consists in integrating the spring element into a current path of the contact piece carrier for the movable contact piece. However, this would lead to an even higher mechanical load than the above-mentioned direct attachment of the spring element to the movable contact piece. There is also the disadvantage that the spring heats up, which can lead to a deformation of the slide and thus to a shortening of the service life of the contact system. In addition, rolling movements of the contacts by the contact piece carrier deformed during the short circuit are restricted due to the conditions mentioned below. In the event that the spring element is fastened to the movable contact piece, for example riveted, a high degree of rigidity leads to a lower flexibility of the spring element and thus to a restriction of the rolling movements of the contacts. If the spring is integrated into the contact piece carrier of the movable contact piece, the restriction of the rolling movements arises from a reduced flexibility of the current path of the contact piece carrier of the movable contact piece.

Die der Erfindung zugrundeliegende Aufgabe der Erfindung besteht in der Bereitstellung eines platzsparenden, kostengünstig herstellbaren elektrischen Kontaktsystems, welches leistungsfähig ist, eine hohe Lebensdauer aufweist und eine sichere Aufnahme und Übertragung der Kurzschlusskräfte gestattet.The object of the invention on which the invention is based is to provide a space-saving, inexpensive to manufacture electrical contact system which is powerful, has a long service life and allows safe absorption and transmission of the short-circuit forces.

Die Aufgabe der Erfindung wird durch ein elektrisches Kontaktsystem mit den Merkmalen von Anspruch 1 gelöst. Weiterbildungen sind in den abhängigen Ansprüchen angegeben.The object of the invention is achieved by an electrical contact system having the features of claim 1. Further developments are given in the dependent claims.

Ein erfindungsgemäß ausgebildetes elektrisches Kontaktsystem, das für eine Schalteinrichtung, wie zum Beispiel ein Relais, geeignet ist, umfasst:

- mindestens ein Kontaktpaar, das aus einem Festkontaktstück, welches an einer ersten zum Gehäuse der Schalteinrichtung ortsfesten Stromschiene befestigt ist, und einem zu dem Festkontaktstück für eine Schaltfunktion relativ bewegbaren Kontaktstück besteht, wobei die Kontaktstücke des mindestens einen Kontaktpaares derart zueinander positioniert sind, dass das bewegbare Kontaktstück mittels einer Kontaktkraft auf das Festkontaktstück pressbar ist,
- einen flächigen Kontaktstückträger für das mindestens eine bewegbare Kontaktstück, der in seinem Längsschnitt entlang seiner Längsachse von einem ersten Ende bis zu einem zweiten Ende im Wesentlichen gerade ausgebildet und am ersten Ende an einer zweiten zum Gehäuse der Schalteinrichtung ortsfesten Stromschiene befestigt ist und zusammen mit dieser im Längsschnitt eine V-Form bildet, wobei im Bereich des zweiten, freien Endes des Kontaktstückträgers das mindestens eine bewegbare Kontaktstück angeordnet und befestigt ist,
- ein Federelement ohne oder mit niedriger elektrischer Leitfähigkeit und/oder mit einer elektrisch isolierenden Beschichtung, zum Beispiel einem Isolationslack, wobei das Federelement an der zweiten Stromschiene befestigt ist und mindestens einen Federarm mit einem ersten Federarmabschnitt und einem zweiten Federarmabschnitt aufweist, und wobei der erste Federarmabschnitt von einem Befestigungsabschnitt bis zu einer Position mit mindestens einer Druckstelle verläuft und der zweite Federarmabschnitt sich von dieser Position bis zu einem freien Ende des Federarms erstreckt.

An electrical contact system designed according to the invention, which is suitable for a switching device, such as a relay, comprises:

- At least one contact pair, which consists of a fixed contact piece, which is attached to a first busbar fixed to the housing of the switching device, and a contact piece that can be moved relative to the fixed contact piece for a switching function, the contact pieces of the at least one contact pair being positioned relative to one another in such a way that the movable contact piece can be pressed onto the fixed contact piece by means of a contact force,
A flat contact piece carrier for the at least one movable contact piece, which is essentially straight in its longitudinal section along its longitudinal axis from a first end to a second end and is attached at the first end to a second busbar fixed to the housing of the switching device and together with this forms a V-shape in longitudinal section, wherein in the region of the second, free end of the contact piece carrier the at least one movable contact piece is arranged and fastened,
- A spring element with no or low electrical conductivity and / or with an electrically insulating coating, for example an insulating varnish, wherein the spring element is attached to the second busbar and has at least one spring arm with a first spring arm section and a second spring arm section, and the first Spring arm section extends from a fastening section to a position with at least one pressure point, and the second spring arm section extends from this position to a free end of the spring arm.

Erfindungsgemäß ist die mindestens eine Druckstelle derart positioniert, dass durch eine Vorspannung des Federelementes eine direkte oder mittelbare kraftschlüssige Verbindung zwischen der Druckstelle und dem bewegbaren Kontaktstück generierbar ist und sich somit eine Kraft auf das Kontaktpaar erzeugen lässt.According to the invention, the at least one pressure point is positioned such that a direct or indirect non-positive connection between the pressure point and the movable contact piece can be generated by preloading the spring element and thus a force can be generated on the contact pair.

Die erfindungsgemäße Konzeption besteht in der Anwendung eines Federelementes mit niedriger Leitfähigkeit und mit alleiniger Befestigung an derselben Stromschiene, an der auch der Kontaktstückträger für das bewegbare Kontaktstück angebracht ist. Ein solches Federelement verbindet verschiedene vorteilhafte Wirkungsmechanismen miteinander.The concept according to the invention consists in the use of a spring element with low conductivity and with sole attachment to the same busbar on which the contact piece carrier for the movable contact piece is attached. Such a spring element connects various advantageous mechanisms of action with one another.

Das Federelement kann aus einem paramagnetischen oder wahlweise aus einem diamagnetischen Material bestehen. Vorzugsweise besteht das Federelement aus einem Material mit paramagnetischen Eigenschaften. Besonders bevorzugte Materialien sind dabei Edelstahl oder Edelstahllegierungen. In jedem Fall muss das Material des Federelementes im Verhältnis zum Material der ortsfesten Stromschiene und des Kontaktstückträgers weniger leitfähig sein, so dass durch das Federelement möglichst wenig Strom fließt. Der Unterschied in der Leitfähigkeit zwischen Stahl und Kupfer liegt bei einem Faktor im Bereich zwischen 6 - 7. Bestehen die ortsfeste Stromschiene und der Kontaktträger beispielsweise aus Aluminium statt aus Kupfer, die Feder weiterhin aus Stahl, beträgt der Faktor zwischen den Leitfähigkeiten zirka 4, was ebenfalls noch ausreichend ist. Eine ausreichend niedrige Leitfähigkeit für das Federelement ist bei allen Materialien gegeben, die nicht leitfähiger als Stahl sind.The spring element can consist of a paramagnetic or alternatively of a diamagnetic material. The spring element preferably consists of a material with paramagnetic properties. Particularly preferred materials are stainless steel or stainless steel alloys. In any case, the material of the spring element must be less conductive in relation to the material of the stationary busbar and the contact piece carrier, so that as little current as possible flows through the spring element. The difference in conductivity between steel and copper is a factor in the range between 6 - 7.If the stationary busbar and the contact carrier are made of aluminum instead of copper, for example, and the spring is still made of steel, the factor between the conductivities is around 4, which is is also still sufficient. A sufficiently low conductivity for the spring element is given for all materials that are not more conductive than steel.

Eine vorteilhafte Wirkung beruht auf der Generierung einer Kraft auf die Kontaktpaare, welche durch eine Vorspannung des Federelementes bewirkt wird und die die Kontaktstücke zusammenpasst. Dadurch entstehen die Kontaktpunkte, sogenannte A-Spots, an der Grenzfläche zwischen den Kontaktstücken, wobei diese Kontaktpunkte den Stromfluss ermöglichen. Je höher dabei die Kontaktkraft, desto größer wird auch die Fläche der Kontaktstelle, die für den Stromfluss zur Verfügung steht, und umso geringer ist auch der elektrische Widerstand in der Kontaktstelle.An advantageous effect is based on the generation of a force on the contact pairs which is brought about by a pretensioning of the spring element and which fits the contact pieces together. This creates the contact points, so-called A spots, at the interface between the contact pieces, with these contact points enabling the flow of current. The higher the contact force, the larger the area of the contact point that is available for the flow of current, and the lower the electrical resistance in the contact point.

Eine weitere Verbesserung gegenüber dem Stand der Technik wird gemäß einer bevorzugten Ausgestaltung der Erfindung, bei der das Kontaktsystem mehrere Kontaktpaare umfasst, durch eine Generierung der Kontaktkraft separat für jedes der trennbaren Kontaktpaare erreicht. Dabei können mehrere Kontaktpaare parallel geschaltet werden, um den elektrischen Widerstand auch bei Abbrand eines Kontaktpaares über die Lebensdauer konstant niedrig zu halten. Dabei können mehrere bewegbare Kontaktstücke auf dem Kontaktstückträger quer zu dessen Längsachse oder hintereinander in Richtung der Längsachse oder quer zur Längsachse, aber in Richtung der Längsachse versetzt angeordnet sein. Wie weiter oben bereits erwähnt, ändert ein Kontaktpaar, welches den Abbrand erfährt, dabei seine geometrische Form, zum Beispiel durch den Abbrand selbst oder, speziell bei Bi-Metall-Kontaktnieten, durch Delamination. Die Formänderung bewirkt eine Änderung der so wichtigen Federvorspannung und damit auch der Kontaktkraft. Damit Kontaktpaare ohne Abbrand keine Änderung durch solche Kontaktpaare mit Abbrand erfahren, wird die Kraft separat für jedes Kontaktpaar erzeugt. Dies wird umgesetzt durch die vorteilhafte Formgestaltung des Federelements als Blattfeder mit separaten Federarmen für jedes Kontaktpaar. Daraus folgt ein geringer elektrischer Widerstand auch bei Einsatz mehrerer Kontaktpaare, von denen eines abbrennt.According to a preferred embodiment of the invention, in which the contact system comprises several contact pairs, a further improvement over the prior art is achieved by generating the contact force separately for each of the separable contact pairs. Several pairs of contacts can be connected in parallel in order to keep the electrical resistance consistently low over the service life even if one pair of contacts is consumed. A plurality of movable contact pieces can be arranged on the contact piece carrier transversely to its longitudinal axis or one behind the other in the direction of the longitudinal axis or transversely to the longitudinal axis, but offset in the direction of the longitudinal axis. As already mentioned above, a contact pair that experiences the burn changes its geometric shape, for example through the burn itself or, especially in the case of bi-metal contact rivets, through delamination. The change in shape causes a change in the important spring preload and thus also in the contact force. So that contact pairs without erosion do not experience any change due to such contact pairs with erosion, the force is generated separately for each contact pair. This is implemented by the advantageous design of the spring element as a leaf spring with separate spring arms for each contact pair. This results in a low electrical resistance even when using several pairs of contacts, one of which burns off.

Ein weiterer Aspekt der Erfindung betrifft eine Schalteinrichtung, wie zum Beispiel ein Relais, welche das erfindungsgemäße elektrische Kontaktsystem umfasst. Eine entsprechende Schalteinrichtung umfasst ferner eine Erregerspule, einen als Anker bezeichneten Hubmagneten sowie ein mit dem Anker in einer Wirkverbindung stehendes mechanisches Koppelelement, wie zum Beispiel ein Schieber. Dabei ist durch die Erregerspule aufgrund des von ihr erzeugten Magnetfeldes eine Kraft erzeugbar, welche mittels des Ankers und des mechanischen Koppelelementes auf das Kontaktsystem übertragbar ist, so dass das Kontaktsystem durch die Erregerspule schaltbar ist.Another aspect of the invention relates to a switching device, such as a relay, which comprises the electrical contact system according to the invention. A corresponding switching device further comprises an excitation coil, a lifting magnet referred to as an armature, and a mechanical coupling element, such as a slide, that is operatively connected to the armature. A force can be generated by the excitation coil due to the magnetic field generated by it, which force can be transmitted to the contact system by means of the armature and the mechanical coupling element, so that the contact system can be switched by the excitation coil.

Ein weiterer vorteilhafter Wirkmechanismus des Federelements beruht auf der Generierung einer Kraft auf den Anker/Hubmagnet, welche diesen beim Öffnungsvorgang unterstützt, so dass der oder die Kontakte mit möglichst großer Geschwindigkeit geöffnet werden können. Je größer die Vorspannkraft durch das Federelement, desto höher die Öffnungsgeschwindigkeit der Kontakte und desto geringer der Kontaktabbrand in Folge des Öffnungslichtbogens beim Trennen der elektrischen Last. Je geringer der Kontaktabbrand, desto mehr Schaltvorgänge können absolviert werden, wodurch die Lebensdauer der entsprechenden Schalteinrichtung steigt.Another advantageous mechanism of action of the spring element is based on the generation of a force on the armature / lifting magnet, which supports it during the opening process, so that the contact or contacts can be opened at the highest possible speed. The greater the preload force exerted by the spring element, the higher the opening speed of the contacts and the lower the contact wear as a result of the Opening arc when the electrical load is disconnected. The lower the contact erosion, the more switching operations can be performed, which increases the service life of the corresponding switching device.

Vorteilhaft ist dabei insbesondere die niedrige Federkonstante des Federelementes. Die Federkonstante gibt allgemein das Verhältnis der auf die Feder wirkenden Kraft zur dadurch bewirkten Auslenkung der Feder an. Nach dem Öffnen der Kontakte entfällt systembedingt ein großer Teil der Federkraft auf den Hubmagneten. Es wirkt nur noch ein Bruchteil der Kontaktkraft, welcher aus der Vorspannung des Federelementes (Blattfeder) zwischen dem bewegbaren Kontaktstück und der mit dem bewegbaren Kontaktstückträger verbundenen Stromschiene resultiert. Dieser Kraftanteil wirkt der Öffnungsbewegung entgegen und steigt mit zunehmender Kontaktöffnung an, da der Federabschnitt mit der Öffnungsbewegung zunehmend vorgespannt wird. Die niedrige Federkonstante führt dazu, dass der steigende Vorspannweg nur zu einer minimalen Krafterhöhung führt, so dass der Hubmagnet in der Öffnungsbewegung nur wenig gebremst wird. Daraus resultiert eine schnellere Öffnungsbewegung der Kontakte und somit eine größere Lebensdauer des Gerätes.The low spring constant of the spring element is particularly advantageous. The spring constant generally indicates the ratio of the force acting on the spring to the deflection of the spring caused thereby. After the contacts have opened, a large part of the spring force on the lifting magnet is lost due to the system. Only a fraction of the contact force acts, which results from the bias of the spring element (leaf spring) between the movable contact piece and the busbar connected to the movable contact piece carrier. This force component counteracts the opening movement and increases with increasing contact opening, since the spring section is increasingly pretensioned with the opening movement. The low spring constant means that the increasing preload path only leads to a minimal increase in force, so that the lifting magnet is only slightly braked in the opening movement. This results in a faster opening movement of the contacts and thus a longer service life of the device.

Ein weiterer Vorteil beruht auf der hohen Warmfestigkeit des Federwerkstoffes. Während des Schaltvorganges erwärmt sich das Kontaktsystem. Der Federwerkstoff weist eine entsprechende Warmfestigkeit auf, welche die mechanischen Eigenschaften bei erhöhten Temperaturen absichert.Another advantage is based on the high heat resistance of the spring material. The contact system heats up during the switching process. The spring material has a corresponding heat resistance, which ensures the mechanical properties at elevated temperatures.

Eine weitere vorteilhafte Wirkung beruht darauf, dass der Federwerkstoff keine oder nur eine geringe elektrische Leitfähigkeit sowie beispielsweise im Falle der Verwendung von Edelstahl ein paramagnetisches Verhalten aufweist. Der Zusammenhang zwischen geringer Leitfähigkeit beziehungsweise paramagnetischen Eigenschaften des Federelements und der vorteilhaften Wirkung, nämlich der Verhinderung des Kontaktschweißens, wird im Folgenden genauer erläutert.A further advantageous effect is based on the fact that the spring material has little or no electrical conductivity and, for example, when using stainless steel, a paramagnetic behavior. The relationship between low conductivity or paramagnetic properties of the spring element and the advantageous effect, namely the prevention of contact welding, is explained in more detail below.

Um das Kontaktschweißen im Kurzschlussfall zu verhindern, sind zwei Effekte maßgeblich. Einer dieser Effekte besteht in einer Relativbewegung zwischen den schaltenden Kontaktstücken, während der Strom durch die Kontaktstücke fließt. Ein weiterer Effekt besteht im Aufbringen einer erhöhten Kontaktkraft zur Vergrößerung der Kontaktfläche, wodurch zum einen die Stromdichte im Berührungspunkt zwischen den Kontaktstücken sinkt, zum anderen die durch den Stromfluss zwischen den Kontakten entstehende Holmsche Engekraft kompensiert wird. Die Holmsche Engekraft wirkt immer in Kontaktöffnungsrichtung und würde ohne entsprechende Gegenkraft im Kurzschlussfehlerfall zum Öffnen der Kontakte führen. Die zum Umsetzen dieser Effekte benötigten Kräfte werden durch magnetische Felder erzeugt. Die Magnetfelder wiederum resultieren aus dem Kurzschlussstrom selbst. Diese Effekte sollen durch das Federelement nicht beeinflusst werden. Zum einen verhindert die geringe elektrische Leitfähigkeit, dass durch das Federelement ein großer Kurzschlussstrom fließt, so dass sich kein relevantes Magnetfeld um das Federelement ausbildet. Zum anderen kann durch paramagnetische Eigenschaften des Federelementes die Ausbildung von Reluktanzkräften auf die Feder oder umliegender Bauteile in Folge der Magnetfelder um die Strombahn verhindert werden. Somit wird ein Beitrag zur Sicherheit gegen das Kontaktkleben geleistet, indem das eigentliche Wirkprinzip, nämlich die Relativbewegung zwischen den schaltenden Kontaktstücken, durch das Federelement nicht beeinflusst wird.In order to prevent contact welding in the event of a short circuit, two effects are decisive. One of these effects is a relative movement between the switching contact pieces while the current flows through the contact pieces. Another effect is the application of an increased contact force to enlarge the contact area, which on the one hand decreases the current density at the point of contact between the contact pieces and on the other hand compensates for the narrow Holm force caused by the current flow between the contacts. Holm's narrow force always acts in the contact opening direction and, without a corresponding counterforce, would lead to the contacts opening in the event of a short circuit fault. The forces required to implement these effects are generated by magnetic fields. The magnetic fields in turn result from the short-circuit current itself. These effects should not be influenced by the spring element. On the one hand, the low electrical conductivity prevents a large short-circuit current from flowing through the spring element, so that no relevant magnetic field is formed around the spring element. On the other hand, the paramagnetic properties of the spring element can prevent the formation of reluctance forces on the spring or surrounding components as a result of the magnetic fields around the current path. Thus, a contribution is made to the security against contact sticking in that the actual operating principle, namely the relative movement between the switching contact pieces, is not influenced by the spring element.

Ein weiterer vorteilhafter Wirkmechanismus wird durch die Generierung einer orthogonalen Kraftwirkung auf die Kontaktstelle mittels des Federelementes erreicht. Zwischen dem schaltenden elektrischen Kontakt und dem Federelement besteht eine kraftschlüssige Verbindung in Folge der Federvorspannung. Die Kraftwirkung enthält dabei keinen Drehmomentanteil. Das Federelement liegt mit seiner Druckstelle beziehungsweise seinen Druckstellen auf der Rückseite des bewegbaren Kontaktstücks beziehungsweise auf den an das bewegbare Kontaktstück angrenzenden Bereichen des Kontaktstückträgers nur auf und ist nicht daran befestigt. Somit kann nur orthogonal eine Druckkraft, im Folgenden auch als Normalkraft bezeichnet, von dem Federelement auf den Kontakt übertragen werden. Die Übertragung eines Drehmomentes oder signifikanter Querkraft ist nicht möglich beziehungsweise wird dadurch verhindert. Dies hat zur Folge, dass im Kurzschlussfall die beschriebene Relativbewegung quer zur Kontaktfläche nicht behindert wird. Daraus folgt eine erhöhte Sicherheit gegen Kontaktkleben, da die angewendeten Wirkprinzipien nicht beeinflusst werden.Another advantageous mechanism of action is achieved by generating an orthogonal force effect on the contact point by means of the spring element. There is a non-positive connection between the switching electrical contact and the spring element as a result of the spring preload. The force effect does not contain any torque component. The spring element rests with its pressure point or its pressure points on the rear side of the movable contact piece or on the areas of the contact piece carrier adjoining the movable contact piece and is not attached to it. Thus, a compressive force, also referred to below as normal force, can only be transmitted orthogonally from the spring element to the contact. The transmission of a torque or significant transverse force is not possible or is prevented as a result. As a result, in the event of a short circuit, the described relative movement transverse to the contact surface is not hindered. This results in increased security against contact gluing, since the applied operating principles are not influenced.

In einer besonders bevorzugten Ausführungsform der Erfindung erstreckt sich das mindestens eine bewegbare Kontaktstück mit einem an seiner Rückseite ausgebildeten, auch als Niethals bezeichneten Vorsprung durch ein korrespondierendes Aufnahmeloch im Kontaktstückträger hindurch. Dadurch ist es möglich, dass der Federarm des Federelementes direkt auf dem Vorsprung des Kontaktstücks, dem Niethals, mit einer Druckstelle aufliegt und drückt. Vorzugsweise weist der mindestens eine Federarm im Bereich der Druckstellen jedoch einen quer zur Längsachse des Kontaktstückträgers verbreiterten ringförmigen Abschnitt mit einer mittleren Ausnehmung auf, der derart platziert ist, dass er im vorgespannten Zustand auf dem Kontaktstückträger aufliegt und den auf der Rückseite des bewegbaren Kontaktstücks ausgebildeten Vorsprung dabei ringförmig umschließt. Vorzugsweise weist in dieser Ausführungsform der mindestens eine Federarm zwei Druckstellen an gegenüberliegenden Positionen des verbreiterten ringförmigen Abschnitts auf.In a particularly preferred embodiment of the invention, the at least one movable contact piece extends with a projection formed on its rear side, also referred to as a rivet neck, through a corresponding receiving hole in the contact piece carrier. This makes it possible for the spring arm of the spring element to lie directly on the projection of the contact piece, the rivet neck, with a pressure point and press. Preferably, however, the at least one spring arm in the area of the pressure points has an annular section widened transversely to the longitudinal axis of the contact piece carrier with a central recess, which is placed in such a way that it rests on the contact piece carrier in the pretensioned state and the projection formed on the rear of the movable contact piece with it encloses ring-shaped. In this embodiment, the at least one spring arm preferably has two pressure points at opposite positions of the widened annular section.

Es besteht auch die Möglichkeit, Kontaktstücke ohne Niethals einzusetzen. Diese können auf den Kontaktstückträger aufgelötet oder geschweißt sein, so dass kein Aufnahmeloch nötig ist. In diesem Fall könnte der Federarm des Federlementes mit nur einer Druckstelle direkt auf dem Kontaktstückträger an der Rückseite der Befestigungsstelle des bewegbaren Kontaktstücks aufliegen beziehungsweise drücken.It is also possible to use contact pieces without a rivet neck. These can be soldered or welded to the contact piece carrier so that no receiving hole is necessary. In this case, the spring arm of the spring element could rest or press with only one pressure point directly on the contact piece carrier on the rear side of the fastening point of the movable contact piece.

Weitere Einzelheiten, Merkmale und Vorteile von Ausgestaltungen der Erfindung ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung von Ausführungsbeispielen mit Bezugnahme auf die zugehörigen Zeichnungen.Further details, features and advantages of embodiments of the invention emerge from the following description of exemplary embodiments with reference to the associated drawings.

Es zeigen:

1: eine Schnittdarstellung eines elektrischen Kontaktsystems mit einem Federelement in einem Relais als Schalteinrichtung,
2: eine Seitenansicht eines Teils des elektrischen Kontaktsystems,
3: ein Federelement mit zwei Federarmen,
4: eine perspektivische Ansicht eines elektrischen Kontaktsystems mit zwei Kontakten und
5: eine Vorderansicht eines Teils eines elektrischen Kontaktsystems mit zwei Kontakten unterschiedlicher Größe.

Show it:

1 : a sectional view of an electrical contact system with a spring element in a relay as a switching device,
2 : a side view of part of the electrical contact system,
3 : a spring element with two spring arms,
4th : a perspective view of an electrical contact system with two contacts and
5 : a front view of part of an electrical contact system with two contacts of different sizes.

Die 1 zeigt eine schematische Schnittansicht eines Relais 1 als Beispiel für eine Schalteinrichtung 1, in der ein elektrisches Kontaktsystem 2 mit den Merkmalen der vorliegenden Erfindung zur Anwendung kommt. Das elektrische Kontaktsystem 2 umfasst mindestens einen Kontakt 3, der durch ein Paar von Kontaktstücken 4, 5 gebildet wird. Dabei besteht der mindestens eine Kontakt aus einem Festkontaktstück 4, das an einer ersten zum Gehäuse der Schalteinrichtung ortsfesten Stromschiene 6 befestigt ist, und einem zu dem Festkontaktstück 4 für die Schaltfunktion relativ bewegbaren Kontaktstück 5, wobei die Kontaktstücke des mindestens einen Kontaktes derart zueinander positioniert sind, dass das bewegbare Kontaktstück 5 mittels einer Kontaktkraft auf das Festkontaktstück 4 pressbar ist.The 1 shows a schematic sectional view of a relay 1 as an example of a switching device 1 , in which an electrical contact system 2 having the features of the present invention is used. The electrical contact system 2 includes at least one contact 3 by a pair of contact pieces 4th , 5 is formed. The at least one contact consists of a fixed contact piece 4th on a first busbar fixed to the housing of the switching device 6th is attached, and one to the fixed contact piece 4th for the switching function relatively movable contact piece 5 , wherein the contact pieces of the at least one contact are positioned relative to one another in such a way that the movable contact piece 5 by means of a contact force on the fixed contact piece 4th is compressible.

Darüber hinaus umfasst das elektrische Kontaktsystem 2 einen flächigen Kontaktstückträger 7 für mindestens ein bewegbares Kontaktstück 5. Dieser Kontaktstückträger 7 kann Federeigenschaften aufweisen und wird daher auch häufig als Kontaktfeder bezeichnet.It also includes the electrical contact system 2 a flat contact piece carrier 7th for at least one movable contact piece 5 . This contact piece carrier 7th can have spring properties and is therefore often referred to as a contact spring.

Der flächige Kontaktstückträger 7 ist gemäß der Darstellung in 1 aus zwei übereinanderliegenden Strombahnen 8, 9 aufgebaut und in seinem Längsschnitt entlang seiner Längsachse von einem ersten Ende 11 bis zu einem zweiten Ende 12 im Wesentlichen gerade ausgebildet. Mit dem ersten Ende 11 ist der Kontaktstückträger 7 an einer zweiten zum Gehäuse der Schalteinrichtung ortsfesten Stromschiene 13 befestigt, vorzugsweise angenietet, und bildet zusammen mit dieser im Längsschnitt eine V-Form. Im Bereich des zweiten, freien Endes des Kontaktstückträgers 7 ist das mindestens eine bewegbare Kontaktstück 5 befestigt. In der gezeigten Ausführungsform besteht der Kontaktstückträger 7 aus einer ersten, geraden Strombahn 8 und einer zweiten Strombahn 9, wobei die zweite Strombahn 9 mit Ausnahme eines aus seiner Ebene nach außen vorstehenden Bogenabschnitts 10, der sich quer zu Längsachse über die gesamte Breite des Kontaktstückträgers erstreckt, ebenfalls gerade ausgebildet ist. Der Bogenabschnitt 10 wird auch als Sicke 10 bezeichnet. Die Sicke 10 befindet sich in der Nähe des ersten Endes 11 des Kontaktstückträgers 7, mit dem der Kontaktstückträger 7 an der zweiten Stromschiene 13 befestigt ist.The flat contact piece carrier 7th is as shown in 1 from two superimposed current paths 8th , 9 constructed and in its longitudinal section along its longitudinal axis from a first end 11 until a second end 12th essentially straight. With the first ending 11 is the contact piece carrier 7th on a second busbar fixed to the housing of the switching device 13th attached, preferably riveted, and together with this forms a V-shape in longitudinal section. In the area of the second, free end of the contact piece carrier 7th is the at least one movable contact piece 5 attached. In the embodiment shown, there is the contact piece carrier 7th from a first, straight current path 8th and a second current path 9 , the second current path 9 with the exception of an arch section protruding outward from its plane 10 , which extends transversely to the longitudinal axis over the entire width of the contact piece carrier, is also straight. The arch section 10 is also called a bead 10 designated. The bead 10 is near the first end 11 of the contact piece carrier 7th with which the contact piece carrier 7th on the second busbar 13th is attached.

Das Relais 1 besitzt darüber hinaus einen Magnetantrieb zum Auslenken des Kontaktstückträgers 7 in die jeweilige Relaisposition. Der Magnetantrieb weist dabei eine Magnetspule, einen Permanentmagneten und einen Anker 14 auf, der an der Magnetspule zwischen zwei Schaltstellungen verschwenkbar gehalten ist. Der Anker 14 ist mit einem mechanischen Koppelelement 15 in Form eines Schiebers 15 derart verbunden, dass durch die Schwenkbewegung des Ankers 14 der Schieber 15 gehoben und gesenkt werden kann. Daher kann der Anker 14 auch als Hubmagnet bezeichnet werden. Der Anker 14 ist in Bewegungsrichtung der Hub- und Senkbewegung des Schiebers 15 durch den Schieber 15 an dessen unterem Endbereich 16 sowohl untergriffen als auch übergriffen. Das obere Ende 17 des Schiebers 15 liegt im Bereich des freien Endes 12 des Kontaktstückträgers 7 an dessen Unterseite an. Somit kann mittels des Schiebers 15, der mit einem Anker 14 verbunden ist, eine aufgrund des von einer Erregerspule in einem Relais 1 erzeugten Magnetfeldes hervorgerufene Kraft auf den Kontaktstückträger 7 mit dem mindestens einen daran befestigten bewegbaren Kontaktstück 5 übertragen werden, so dass der Kontakt zwischen dem Festkontaktstück 4 und dem bewegbaren Kontaktstück 5 durch die Erregerspule öffenbar beziehungsweise schaltbar ist.The relay 1 also has a magnetic drive to deflect the contact piece carrier 7th in the respective relay position. The magnetic drive has a magnetic coil, a permanent magnet and an armature 14th on, which is held pivotably on the solenoid between two switching positions. The anchor 14th is with a mechanical coupling element 15th in the form of a slide 15th connected in such a way that by the pivoting movement of the armature 14th the slide 15th can be raised and lowered. Hence the anchor 14th can also be referred to as a lifting magnet. The anchor 14th is in the direction of movement of the slider's lifting and lowering movement 15th through the slider 15th at its lower end 16 both undercut and overreached. The top end 17th of the slide 15th lies in the area of the free end 12th of the contact piece carrier 7th at the bottom. Thus, by means of the slide 15th that with an anchor 14th connected, one due to the action of an excitation coil in a relay 1 generated magnetic field caused force on the contact piece carrier 7th with the at least one movable contact piece attached thereto 5 be transmitted so that the contact between the fixed contact piece 4th and the movable contact piece 5 can be opened or switched by the excitation coil.

Das Kontaktsystem 2 umfasst als erfindungswesentliches Merkmal ein Federelement 18 mit niedriger Leitfähigkeit, welches vorzugsweise aus Edelstahl oder einer Edelstahllegierung besteht. Dieses Federelement 18 ist an der zweiten Stromschiene 13 befestigt, an der auch der Kontaktstückträger 7 für das bewegbare Kontaktstück 4 angebracht ist. Das Federelement 18 umfasst einen Befestigungsabschnitt 19, mit dem das Federelement 18 an der zweiten Stromschiene 13 befestigt, vorzugsweise angenietet ist. Das Federelement 18 weist, ausgehend von dem Befestigungsabschnitt 19 mindestens einen Federarm 20 auf, der vom Befestigungsabschnitt 19 bis zu einem freien Ende 21 des Federelementes 18 verläuft. Der mindestens eine Federarm 20 lässt sich in zwei unterschiedliche Federarmabschnitte 22, 23 unterteilen. Ein erster Federarmabschnitt 22 verläuft vom Befestigungsabschnitt 19 bis zu einer Druckstelle 24 mit der das Federelement 18 auf der Rückseite des bewegbaren Kontaktstückes 5 oder auf dem der Rückseite des bewegbaren Kontaktstücks 5 benachbarten Bereich des Kontaktstückträgers 7 lediglich aufliegt, jedoch nicht am Kontaktstück 5 oder am Kontaktstückträger 7 befestigt ist. Ausgehend von der Druckstelle 24 erstreckt sich der zweite Federarmabschnitt 23 bis zum freien Ende 21 des Federarms 20. Dabei vergrößert sich, ausgehend von der Druckstelle 24, an der das Federelement noch auf dem bewegbaren Kontaktstück 5 beziehungsweise dem Kontaktstückträger 7 aufliegt, im Verlauf bis zum Ende 21 des Federarms 20, der Abstand zwischen dem Kontaktstückträger 7 und dem zweiten Federarmabschnitt 23. Das heißt, dass die zwei unterschiedlichen Federarmabschnitte 22, 23 zusammen eine V-Form bilden.The contact system 2 comprises a spring element as an essential feature of the invention 18th with low conductivity, which preferably consists of stainless steel or a stainless steel alloy. This spring element 18th is on the second busbar 13th attached to which the contact piece carrier 7th for the movable contact piece 4th is appropriate. The spring element 18th includes an attachment portion 19th with which the spring element 18th on the second busbar 13th attached, preferably riveted. The spring element 18th has, starting from the fastening portion 19th at least one spring arm 20th on that of the mounting portion 19th to a free end 21st of the spring element 18th runs. The at least one spring arm 20th can be divided into two different spring arm sections 22nd , 23 subdivide. A first spring arm section 22nd runs from the fastening section 19th up to a pressure point 24 with which the spring element 18th on the back of the movable contact piece 5 or on the back of the movable contact piece 5 adjacent area of the contact piece carrier 7th only rests, but not on the contact piece 5 or on the contact piece carrier 7th is attached. Starting from the pressure point 24 the second spring arm section extends 23 to the free end 21st of the spring arm 20th . This increases, starting from the pressure point 24 , on which the spring element is still on the movable contact piece 5 or the contact piece carrier 7th rests, in the course to the end 21st of the spring arm 20th , the distance between the contact piece carrier 7th and the second spring arm section 23 . That is, the two different spring arm sections 22nd , 23 together form a V shape.

Ein derart ausgebildetes Federelement 18 verbindet verschiedene vorteilhafte Wirkungsmechanismen miteinander. Somit wird durch eine Vorspannung des Federelementes 18, schematisch dargestellt durch die Darstellung des zweiten Federarmabschnitts 23 als durchgehende Linie, eine kraftschlüssige Verbindung 25 zwischen der Druckstelle 24 und dem bewegbaren Kontaktstück 5 und in Folge dessen eine Kraft auf den Kontakt 3 generiert, die die Kontaktstücke 4, 5 zusammenpresst und durch den Pfeil 26 dargestellt ist. Durch die Kraft 26 auf den Kontakt 3 entstehen die Kontaktpunkte, sogenannte A-Spots, an der Grenzfläche zwischen den Kontaktstücken 4, 5, wobei diese Kontaktpunkte den Stromfluss ermöglichen. Je höher dabei die Kontaktkraft desto größer wird auch die Fläche der Kontaktstelle, die für den Stromfluss, angezeigt durch die Pfeile 27, zur Verfügung steht und umso geringer ist auch der elektrische Widerstand in der Kontaktstelle.A spring element designed in this way 18th combines various beneficial mechanisms of action. Thus, a bias of the spring element 18th , shown schematically by the representation of the second spring arm section 23 as a continuous line, a non-positive connection 25th between the pressure point 24 and the movable contact piece 5 and consequently a force on the contact 3 that generates the contact pieces 4th , 5 squeezes and through the arrow 26th is shown. By the force 26th on the contact 3 the contact points, so-called A-spots, arise at the interface between the contact pieces 4th , 5 , these contact points allowing the flow of current. The higher the contact force, the larger the area of the contact point for the current flow, indicated by the arrows 27 , is available and the lower the electrical resistance in the contact point.

Ein weiterer vorteilhafter Wirkmechanismus des Federelementes 18 beruht auf der Generierung einer Kraft auf den Anker 14 beziehungsweise Hubmagneten 14, wobei diese Kraft, die in 1 durch den Pfeil 28 dargestellt wird, den Anker 14 beim Öffnungsvorgang unterstützt. Diese Kraft sorgt darüber hinaus dafür, dass der oder die Kontakte 3 mit möglichst großer Geschwindigkeit geöffnet werden können. Je größer die Vorspannkraft durch das Federelement 18, desto höher die Öffnungsgeschwindigkeit der Kontakte 3.Another advantageous mechanism of action of the spring element 18th is based on the generation of a force on the anchor 14th or lifting magnets 14th , where this force that in 1 by the arrow 28 is represented, the anchor 14th supported during the opening process. This force also ensures that the contact or contacts 3 can be opened as fast as possible. The greater the preload force from the spring element 18th the higher the opening speed of the contacts 3 .

Nach dem Öffnen der Kontakte 3 entfällt systembedingt ein großer Teil der Federkraft auf den Anker 14 beziehungsweise Hubmagneten 14. Zwar ist der Federarmabschnitt 23 jederzeit vorgespannt, jedoch wird beim Öffnen der elektrischen Kontakte ein mechanischer Kontakt zwischen dem zweiten Ende 12 des Kontaktstückträgers und dem Schieber 15 hergestellt. Dadurch verschiebt sich der Kraftfluss. Die Vorspannkraft des Federelementes 18 wird komplett im Schieber 15 abgefangen und nicht mehr über den Anker 14 abgeleitet. Die resultierende Kraft von der Federvorspannung 28 auf den Anker 14 wird dadurch beim Öffnen der Kontakte gleich Null. Dieser Zustand ist in 1 schematisch in Form des als gestrichelte Linie gezeichneten zweiten Federarmabschnitts 23` dargestellt. Es wirkt nur noch ein Bruchteil der zuvor anliegenden Kontaktkraft, welcher aus der Vorspannung des wie eine Blattfeder wirkenden ersten Federarmabschnittes 22 zwischen dem bewegbaren Kontaktstück 5 und der mit dem bewegbaren Kontaktstückträger 7 verbundenen Stromschiene 13 resultiert. Dieser Kraftanteil wirkt der Öffnungsbewegung des bewegbaren Kontaktstücks 5 entgegen und steigt mit zunehmender Kontaktöffnung an, da der Federarmabschnitt 22 mit der Öffnungsbewegung zunehmend vorgespannt wird. Die niedrige Federkonstante führt dazu, dass der steigende Vorspannweg nur zu einer minimalen Krafterhöhung führt, so dass der Hubmagnet 14 in der Öffnungsbewegung nur wenig gebremst wird. Daraus resultiert eine schnellere Öffnungsbewegung der Kontakte 3 und somit eine größere Lebensdauer des Gerätes.After opening the contacts 3 Due to the system, a large part of the spring force on the armature is eliminated 14th or lifting magnets 14th . Although the spring arm section is 23 biased at all times, but when the electrical contacts open, there is mechanical contact between the second end 12th the contact piece carrier and the slide 15th manufactured. This shifts the flow of force. The preload force of the spring element 18th is completely in the slide 15th intercepted and no longer over the anchor 14th derived. The resulting force from the spring preload 28 on the anchor 14th becomes zero when the contacts open. This state is in 1 shown schematically in the form of the second spring arm section 23 'drawn as a dashed line. Only a fraction of the previously applied contact force acts, which is the result of the pretensioning of the first spring arm section, which acts like a leaf spring 22nd between the movable contact piece 5 and with the movable contact piece carrier 7th connected busbar 13th results. This force component acts on the opening movement of the movable contact piece 5 counteracts and increases with increasing contact opening, since the spring arm section 22nd is increasingly biased with the opening movement. The low spring constant means that the increasing preload path only leads to a minimal increase in force, so that the lifting magnet 14th is only slightly braked in the opening movement. This results in a faster opening movement of the contacts 3 and thus a longer service life of the device.

Darüber hinaus wird eine vorteilhafte Wirkung durch die Generierung einer orthogonalen Kraftwirkung auf die Kontaktstelle mittels des Federelementes 18 erreicht. Zwischen dem schaltenden elektrischen Kontakt 3 und dem Federelement 18 besteht eine kraftschlüssige Verbindung in Folge der Federvorspannung. Die Kraftwirkung enthält dabei keinen Drehmomentanteil. Das Federelement 18 liegt mit seiner Druckstelle 24 auf der Rückseite des bewegbaren Kontaktstücks 5 beziehungsweise auf dem der Rückseite des bewegbaren Kontaktstücks 5 benachbarten Bereich des Kontaktstückträgers 7 nur auf und ist nicht daran befestigt. Somit kann nur orthogonal eine Druckkraft von dem Federelement 18 auf den Kontakt 3 übertragen werden. Die Übertragung eines Drehmomentes oder signifikanter Querkraft ist nicht möglich beziehungsweise wird dadurch verhindert. Dies hat zur Folge, dass im Kurzschlussfall eine Relativbewegung quer zur Kontaktfläche oder Abrollbewegung nicht behindert wird. Daraus folgt eine erhöhte Sicherheit gegen Kontaktkleben.In addition, there is an advantageous effect through the generation of an orthogonal force effect on the contact point by means of the spring element 18th reached. Between the switching electrical contact 3 and the spring element 18th there is a non-positive connection due to the spring preload. The force effect does not contain any torque component. The spring element 18th lies with its pressure point 24 on the back of the movable contact piece 5 or on the back of the movable contact piece 5 adjacent area of the contact piece carrier 7th only on and is not attached to it. Thus, a compressive force from the spring element can only be orthogonal 18th on the contact 3 be transmitted. The transmission of a torque or significant transverse force is not possible or is prevented as a result. As a result, in the event of a short circuit, a relative movement transverse to the contact surface or the rolling movement is not hindered. This results in increased security against contact gluing.

Die 2 zeigt eine Seitenansicht eines Teils des elektrischen Kontaktsystems 2. Dieser Teil des elektrischen Kontaktsystems 2 umfasst den flächigen Kontaktstückträger 7 für mindestens ein bewegbares Kontaktstück 5. Er ist gemäß der Darstellung in 2 aus zwei übereinanderliegenden Strombahnen 8, 9 aufgebaut und in seinem Längsschnitt entlang seiner Längsachse von einem ersten Ende 11 bis zu einem zweiten Ende 12 im Wesentlichen gerade ausgebildet. Mit dem ersten Ende 11 ist der Kontaktstückträger 7 an der zweiten Stromschiene 13 mittels einer Nietverbindung befestigt und bildet zusammen mit der Stromschiene 13 im Längsschnitt eine V-Form. Im Bereich des zweiten, freien Endes 12 des Kontaktstückträgers 7 ist das mindestens eine bewegbare Kontaktstück 5 befestigt. Der Kontaktstückträger 7 besteht aus einer ersten, geraden Strombahn 8 und einer zweiten Strombahn 9, wobei die zweite Strombahn 9 mit Ausnahme eines aus seiner Ebene nach außen vorstehenden Bogenabschnitts 10, der sich im zu ersten Ende 11 benachbarten Bereich quer zu Längsachse über die gesamte Breite des Kontaktstückträgers erstreckt, ebenfalls gerade ausgebildet ist. An der zweiten Stromschiene 13 ist außer dem Kontaktstückträger 7 das Federelement 18 befestigt. Das Federelement 18 umfasst einen Befestigungsabschnitt 19, mit dem das Federelement 18 an der zweiten Stromschiene 13 vorzugsweise mittels einer Nietverbindung befestigt ist. Das Federelement 18 weist, ausgehend von dem Befestigungsabschnitt 19 den Federarm 20 auf, der vom Befestigungsabschnitt 19 bis zum freien Ende 21 des Federelementes 18 verläuft. Der Federarm 20 lässt sich in zwei unterschiedliche Federarmabschnitte 22, 23 unterteilen. Ein erster Federarmabschnitt 22 verläuft vom Befestigungsabschnitt 19 bis zur Druckstelle 24, mit der das Federelement 18 auf der Rückseite des bewegbaren Kontaktstückes 5 beziehungsweise auf dem der Rückseite des bewegbaren Kontaktstücks 5 benachbarten Bereich des Kontaktstückträgers 7 lediglich aufliegt, jedoch nicht am Kontaktstück 5 oder am Kontaktstückträger 7 befestigt ist. Ausgehend von der Druckstelle 24 erstreckt sich der zweite Federarmabschnitt 23 bis zum freien Ende 21 des Federarms 20. Die beiden Federarmabschnitte 22, 23 bilden zusammen eine V-Form.The 2 shows a side view of part of the electrical contact system 2 . This part of the electrical contact system 2 includes the flat contact piece carrier 7th for at least one movable contact piece 5 . It is as shown in 2 from two superimposed current paths 8th , 9 constructed and in its longitudinal section along its longitudinal axis from a first end 11 until a second end 12th essentially straight. With the first ending 11 is the contact piece carrier 7th on the second busbar 13th attached by means of a rivet connection and forms together with the busbar 13th V-shape in longitudinal section. In the area of the second, free end 12th of the contact piece carrier 7th is the at least one movable contact piece 5 attached. The contact piece carrier 7th consists of a first, straight current path 8th and a second current path 9 , the second current path 9 with the exception of an arch section protruding outward from its plane 10 who is in to the first end 11 adjacent area extends transversely to the longitudinal axis over the entire width of the contact piece carrier, is also straight. On the second busbar 13th is except for the contact piece carrier 7th the spring element 18th attached. The spring element 18th includes an attachment portion 19th with which the spring element 18th on the second busbar 13th is preferably attached by means of a rivet connection. The spring element 18th has, starting from the fastening portion 19th the spring arm 20th on that of the mounting portion 19th to the free end 21st of the spring element 18th runs. The spring arm 20th can be divided into two different spring arm sections 22nd , 23 subdivide. A first spring arm section 22nd runs from the fastening section 19th up to the pressure point 24 with which the spring element 18th on the back of the movable contact piece 5 or on the back of the movable contact piece 5 adjacent area of the contact piece carrier 7th only rests, but not on the contact piece 5 or on the contact piece carrier 7th is attached. Starting from the pressure point 24 the second spring arm section extends 23 to the free end 21st of the spring arm 20th . The two spring arm sections 22nd , 23 together form a V-shape.

Die 3 zeigt ein Federelement 18, welches gemäß einer vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung ausgebildet ist. Diese Ausgestaltung betrifft Mehrkontaktsysteme, bei denen im Bereich des zweiten, freien Endes des Kontaktstückträgers mindestens zwei bewegbare Kontaktstücke quer zur Längsachse des Kontaktstückträgers angeordnet und befestigt sind. Somit können mehrere Kontaktpaare parallel geschaltet werden. Für diesen Fall kann das Federelement 18 als Blattfeder mit einem Befestigungsbereich 19 und mit von diesem Befestigungsbereich 19 ausgehenden separaten Federarmen 20a, 20b ausgebildet sein. Im Bereich der Druckstellen 24a; 24b weisen die Federarme 20a; 20b jeweils einen verbreiterten Abschnitt 29a; 29b auf, der im Folgenden auch als Federzunge 29a; 29b bezeichnet wird. Jede Federzunge 29a; 29b ist aufgrund einer mittleren Ausnehmung 30a; 30b im Wesentlichen ringförmig ausgebildet. Jeder Federarm 20a; 20b weist zwei Druckstellen 24a; 24b an gegenüberliegenden Positionen der ringförmigen Federzunge 29a; 29b auf.The 3 shows a spring element 18th , which is designed according to an advantageous embodiment of the invention. This embodiment relates to multiple contact systems in which at least two movable contact pieces are arranged and fastened transversely to the longitudinal axis of the contact piece carrier in the region of the second, free end of the contact piece carrier. This means that several pairs of contacts can be connected in parallel. In this case, the spring element 18th as a leaf spring with a fastening area 19th and with from this fastening area 19th outgoing separate spring arms 20a , 20b be trained. In the area of the pressure points 24a ; 24b show the spring arms 20a ; 20b each a widened section 29a ; 29b on, which is also referred to below as a spring tongue 29a ; 29b referred to as. Every spring tongue 29a ; 29b is due to a central recess 30a ; 30b essentially ring-shaped. Every spring arm 20a ; 20b has two pressure points 24a ; 24b at opposite positions of the annular spring tongue 29a ; 29b on.

Die 4 zeigt eine perspektivische Ansicht eines elektrischen Kontaktsystems 2 mit zwei Kontaktpaaren 3a, 3b, in dem das in 3 dargestellte Federelement 18 eingesetzt ist. Dabei ist ein Zweikontaktsystem ausgebildet, bei denen im Bereich des zweiten, freien Endes 12 des Kontaktstückträgers 7 zwei bewegbare Kontaktstücke 5a, 5b quer zur Längsachse des Kontaktstückträgers angeordnet und befestigt sind, die jeweils mit einem korrespondierenen Festkontaktstück 4a; 4b ein Kontaktpaar 3a; 3b bilden. In der gezeigten Ausführungform ist der Kontaktstückträger 7 zumindest im die Kontaktstücke tragenden Endbereich in zwei parallele Schenkel 31a, 31b aufgeteilt. Die Ausnehmungen 30a, 30b sorgen dafür, dass die Druckstellen 24a, 24b der Federzungen 29a, 29b nicht direkt auf den Rückseiten des bewegbaren Kontaktstücks 5a; 5b, sondern auf dem benachbarten Bereich des Kontaktstückträgers 7 aufliegen, da sich die durch die Rückseiten der bewegbaren Kontaktstücke 5a, 5b gebildeten Vorsprünge 32a; 32b, die sich durch korrespondierende Löcher im Kontaktstückträger 7 durch den Kontaktstückträger 7 hindurch erstrecken und aus dem Kontaktstückträger 7 herausragen, innerhalb der Ausnehmungen 30a, 30b befinden.The 4th shows a perspective view of an electrical contact system 2 with two contact pairs 3a , 3b in which the in 3 illustrated spring element 18th is used. A two-contact system is formed in which in the area of the second, free end 12th of the contact piece carrier 7th two movable contact pieces 5a , 5b are arranged and fastened transversely to the longitudinal axis of the contact piece carrier, each with a corresponding fixed contact piece 4a ; 4b a pair of contacts 3a ; 3b form. In the embodiment shown, the contact piece carrier is 7th at least in the end area carrying the contact pieces into two parallel legs 31a , 31b divided. The recesses 30a , 30b ensure that the pressure points 24a , 24b the spring tongues 29a , 29b not directly on the back of the movable contact piece 5a ; 5b , but on the adjacent area of the contact piece carrier 7th rest because the through the backs of the movable contact pieces 5a , 5b formed protrusions 32a ; 32b through corresponding holes in the contact piece carrier 7th through the contact piece carrier 7th extend therethrough and out of the contact piece carrier 7th protrude within the recesses 30a , 30b are located.

Die 5 zeigt eine Vorderansicht eines Teils eines elektrischen Kontaktsystems 2 mit zwei Kontakten unterschiedlicher Größe. Dabei erfordern die unterschiedliche Größe der bewegbaren Kontaktstücke 5a, 5b und von deren auf der Rückseite ausgebildeten Vorsprüngen 32a, 32b auch unterschiedlich große Federzungen 29a, 29b und unterschiedlich große Ausnehmungen 30a, 30b in den Federarmen 20a, 20b.The 5 Figure 11 shows a front view of part of an electrical contact system 2 with two contacts of different sizes. The different sizes of the movable contact pieces require 5a , 5b and their projections formed on the rear side 32a , 32b also different sized spring tongues 29a , 29b and recesses of different sizes 30a , 30b in the spring arms 20a , 20b .

BezugszeichenlisteList of reference symbols

11: Relais, SchalteinrichtungRelay, switchgear
22: elektrisches Kontaktsystemelectrical contact system
33: Kontakt, KontaktpaarContact, contact pair
3a3a: Kontakt, KontaktpaarContact, contact pair
3b3b: Kontakt, KontaktpaarContact, contact pair
44th: Kontaktstück, FestkontaktstückContact piece, fixed contact piece
4a4a: Kontaktstück, FestkontaktstückContact piece, fixed contact piece
4b4b: Kontaktstück, FestkontaktstückContact piece, fixed contact piece
55: Kontaktstück, bewegbares KontaktstückContact piece, movable contact piece
5a5a: Kontaktstück, bewegbares KontaktstückContact piece, movable contact piece
5b5b: Kontaktstück, bewegbares KontaktstückContact piece, movable contact piece
66: erste Stromschienefirst busbar
77th: Kontaktstückträger des bewegbaren KontaktstücksContact piece carrier of the movable contact piece
88th: Strom bahn des Kontaktstückträgers des bewegbaren KontaktstücksCurrent path of the contact piece carrier of the movable contact piece
99: Strom bahn des Kontaktstückträgers des bewegbaren KontaktstücksCurrent path of the contact piece carrier of the movable contact piece
1010: Bogenabschnitt, SickeArch section, bead
1111: erstes Ende des Kontaktstückträgers des bewegbaren Kontaktstücksfirst end of the contact piece carrier of the movable contact piece
1212: zweites Ende des Kontaktstückträgerssecond end of the contact piece carrier
1313: zweite Stromschienesecond busbar
1414th: Anker, HubmagnetArmature, lifting magnet
1515th: mechanisches Koppelelement, Schiebermechanical coupling element, slide
1616: unterer Endbereich des Schieberslower end of the slide
1717th: oberes Ende des Schiebersupper end of the slide
1818th: FederelementSpring element
1919th: Befestigungsabschnitt des FederelementesFastening section of the spring element
2020th: FederarmSpring arm
20a20a: erster Federarm (bei Zweikontaktsystem)first spring arm (with two-contact system)
20b20b: erster Federarm (bei Zweikontaktsystem)first spring arm (with two-contact system)
2121st: freies Ende des Federelementesfree end of the spring element
2222nd: erster Federarmabschnittfirst spring arm section
2323: zweiter Federarmabschnitt bei vorgespanntem Federelementsecond spring arm section when the spring element is pretensioned
23'23 ': zweiter Federarmabschnitt bei nicht vorgespanntem Federelementsecond spring arm section when the spring element is not pretensioned
2424: DruckstellePressure point
24a24a: DruckstellePressure point
24b24b: DruckstellePressure point
2525th: kraftschlüssige Verbindungfrictional connection
2626th: Kraft des Federelements auf Kontakt, KontaktkraftForce of the spring element on contact, contact force
2727: StromflussCurrent flow
2828: Kraft des Federelementes auf den AnkerForce of the spring element on the anchor
29a29a: erste Federzunge, verbreiterter Abschnitt (bei Zweikontaktsystem)first spring tongue, widened section (with two-contact system)
29b29b: zweite Federzunge, verbreiterter Abschnitt (Bei Zweikontaktsystem)second spring tongue, widened section (with two-contact system)
30a30a: Ausnehmung in der ersten FederzungeRecess in the first spring tongue
30b30b: Ausnehmung in der zweiten FederzungeRecess in the second spring tongue
31a31a: erster Schenkel des Kontaktstückträgers (bei Zweikontaktsystem)first leg of the contact piece carrier (with two-contact system)
31 b31 b: zweiter Schenkel des Kontaktstückträgers (bei Zweikontaktsystem)second leg of the contact piece carrier (with two-contact system)
32a32a: Vorsprung auf der Rückseite eines ersten bewegbaren KontaktesProtrusion on the back of a first movable contact
32b32b: Vorsprung auf der Rückseite eines zweiten bewegbaren KontaktesProtrusion on the back of a second movable contact

Claims

Electrical contact system (2) for a switching device (1), comprising - At least one contact pair (3), which consists of a fixed contact piece (4) which is attached to a first busbar (6) fixed to the housing of the switching device, and a contact piece (5) that can be moved relative to the fixed contact piece (4) for a switching function , the contact pieces (4, 5) of the at least one contact pair (3) being positioned relative to one another in such a way that the movable contact piece (5) can be pressed onto the fixed contact piece (4) by means of a contact force (26) - A flat contact piece carrier (7) for the at least one movable contact piece (5), which is essentially straight in its longitudinal section along its longitudinal axis from a first end (11) to a second end (12) and is essentially straight at the first end (11) is attached to a second busbar (13) fixed to the housing of the switching device and together with this forms a V-shape in longitudinal section, the at least one movable contact piece (5) being arranged and in the region of the second end (12) of the contact piece carrier (7) is attached, - A spring element (18) without or with lower electrical conductivity and / or with an electrically insulating coating, the spring element (18) being attached to the second busbar (13) and at least one spring arm (20) with a first spring arm section (22) and a second spring arm section (23), and wherein the first spring arm section (22) extends from a fastening section (19) to a position with at least one pressure point (24) and the second spring arm section (23) extends from this position to a free one End (21) of the spring arm (20) extends, and wherein the at least one pressure point (24) is positioned in such a way that a direct or indirect non-positive connection (25) between the pressure point (24) and the by a bias of the spring element (18) movable contact piece (5) can be generated and thus a contact force (26) can be generated.

Electrical contact system (2) according to Claim 1 , characterized in that the spring element (18) consists of a paramagnetic or optionally a diamagnetic material.

Electrical contact system (2) according to Claim 2 , characterized in that the spring element (18) consists of stainless steel or a stainless steel alloy.

Electrical contact system according to one of the Claims 1 to 3 , characterized in that the contact system (2) comprises several pairs of contacts (3a, 3b), several movable contact pieces (5a, 5b) on the contact piece carrier (7) transversely to its longitudinal axis or one behind the other in the direction of the longitudinal axis or transversely to the longitudinal axis, but are arranged offset in the direction of the longitudinal axis.

Electrical contact system according to Claim 4 , characterized in that the spring element is designed as a leaf spring with separate spring arms (20a, 20b) for each contact pair (3a, 3b).

Electrical contact system according to one of the Claims 1 to 5 , characterized in that the at least one movable contact piece (5a; 5b) extends with a projection formed on its rear side through a corresponding receiving hole in the contact piece carrier (7), and that the at least one spring arm (20a; 20b) in the area of the pressure points ( 24a; 24b) has an annular section (29a; 29b) widened transversely to the longitudinal axis of the contact piece carrier (7) with a central recess (30a; 30b) which is placed in such a way that it rests on the contact piece carrier (7) in the prestressed state and the projection (32a; 32b) formed on the rear side of the movable contact piece (7) is located within the recess (30a; 30b).

Electrical contact system according to Claim 6 , characterized in that the at least one spring arm (20a; 20b) has two pressure points (24a; 24b) at opposite positions of the widened annular section (29a; 29b).

Switching device (1), comprising an electrical contact system according to one of the Claims 1 to 7th .

Switching device according to Claim 8 , further comprising an excitation coil, an armature (14) and a mechanical coupling element (15) in operative connection with the armature, with the excitation coil being able to generate a force due to the magnetic field generated by it, which by means of the armature (14) and the mechanical coupling element can be transferred to the contact system (2) so that the contact system can be switched by the excitation coil.