Beschreibung Kontaktträger, Kontaktträgeranordnung und Niederspannungs- Schutzschaltgerät Die Erfindung betrifft einen Kontaktträger zur Befestigung eines Kontaktelements eines Niederspannungs-Schutzschaltgerä- tes mittels eines Lötvorgangs, so dass zwischen dem Kontakt- träger und dem Kontaktelement eine Lotschicht ausgebildet ist. Weiterhin betrifft die Erfindung eine Kontaktträgerano- rdnung mit einem Kontaktträger und einem durch Löten daran befestigten Kontaktelement sowie ein Niederspannungs-Schutz- schaltgerät mit einem derartigen Kontaktträger und/oder einer derartigen Kontaktträgeranordnung. Elektromechanische Niederspannungs-Schutzschaltgeräte, bei- spielsweise Leistungsschalter, Leitungsschutzschalter ver- schiedener Stromklassen wie MCB (miniature circuit breaker), MCCB (moulded case circuit breaker) oder ACB (air circuit breaker), aber auch industrielle Niederspannungs-Schutz- schaltgeräte wie Motorschutzschalter, Schütze oder Sanft- starter weisen zumindest einen Schaltkontakt auf, mit dessen Hilfe der vom jeweiligen Niederspannungs-Schutzschaltgerät überwachte Stromkreis bei Auftreten eines vordefinierten Zu- standes, beispielsweise eines Kurzschlusses oder einer ther- mischen Überlast, unterbrochen werden kann. Hierzu werden zwei Kontaktelemente des Schaltkontakts voneinander getrennt, zumeist indem ein bewegbares Kontaktelement von einem im Ge- häuse des Schutzschaltgerätes fest angeordneten Kontaktele- ment wegbewegt wird. Unter dem Begriff „Schaltkontakt“ sind dabei sowohl einfache Schaltkontakte mit nur einer Kontakt- stelle zu verstehen als auch doppelt unterbrechende Schalt- kontakte, beispielsweise Brückenkontakte, bei denen der Stromfluss an zwei elektrisch hintereinander geschalteten Kontakten mittels einer Kontaktbrücke, an der zwei bewegliche Kontaktelemente angeordnet sind, unterbrochen wird. Das eigentliche Kontaktelement ist zumeist aus einer Silber- legierung hergestellt, da diese eine gute elektrischen Leit- fähigkeit aufweisen. Da Silber jedoch einerseits teuer und andererseits relativ weich ist, werden die Kontaktträger, d.h. die Bauteile, auf denen die Kontaktelemente befestigt sind und die eine gewisse Festigkeit aufweisen müssen, nicht aus Silber, sondern aus Kupfer oder Stahl gefertigt. Unter dem Begriff „Kontaktträger" ist dabei sowohl ein ortsfest in einem Gehäuse des Schutzschaltgerätes angeordneter Kontakt- träger, sogenannter Festkontaktträger, als auch ein im Gehäu- se bewegbarer Kontaktträger, sogenannter Bewegkontaktträger, zu verstehen.

Als Fügeverfahren zum Befestigen der zumeist quaderförmigen Kontaktelemente auf dem jeweiligen Kontaktträger wird in der Regel ein Lötverfahren, beispielsweise Widerstandslöten, ver- wendet, um trotz der geringeren Fügetemperatur eine gute Fes- tigkeit der Fügeverbindung zu erhalten. Dabei kann es passie- ren, dass die Lotmasse, welche sich als Zwischenschicht zwi- schen dem Kontaktträger und dem Kontaktelement mit beiden Fü- gepartnern verbinden und auf diese Weise eine stabile Füge- verbindung bilden soll, seitlich unter dem Kontaktelement hervortritt und an den Seitenflächen des Kontaktelements hochsteigt. Da hierdurch die Prozesssicherheit des Fügepro- zesses sowie die Zuverlässigkeit der Fügeverbindung - und da- mit die Zuverlässigkeit des Niederspannungs-Schutzschalt- gerätes negativ beeinflusst werden können, ist dieser soge- nannte Lothochstieg zu vermeiden oder möglichst gering zu halten.

Es ist deshalb die Aufgabe der vorliegenden Erfindung einen Kontaktträger, eine Kontaktträgeranordnung sowie ein Nieder- spannungs-Schutzschaltgerät bereitzustellen, welches die vor- stehend genannten Probleme vermeidet oder zumindest redu- ziert. Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß durch den Kontaktträger, die Kontaktträgeranordnung sowie das Niederspannungs-Schutz- schaltgerät gemäß den unabhängigen Ansprüchen gelöst. Vor- teilhafte Ausgestaltungen sind Gegenstand der abhängigen An- sprüche .

Der erfindungsgemäße Kontaktträger dient zur Befestigung ei- nes Kontaktelements eines Niederspannungs-Schutzschaltgerätes mittels eines Lötvorgangs, so dass zwischen dem Kontaktträger und dem Kontaktelement eine Lotschicht ausgebildet ist, und weist eine Kontaktierungsfläche für die Lotschicht auf, wel- che ihrerseits eine raue Oberflächenstruktur aufweist und durch eine erste rillenartige Vertiefung begrenzt ist.

Je nachdem um welche Art von Schaltkontakt es sich handelt (einfache oder doppelt unterbrechender Schaltkontakt) können an einem Kontaktträger auch zwei Kontaktelemente angeordnet sein. Unabhängig von der Anzahl der Kontaktelemente wird beim Fügen des Kontaktelements auf den Kontaktträger mittels Wi- derstandslöten in der Regel zunächst die Unterseite des Kon- taktelements mit dem Lot beschichtet. Anschließend wird das Kontaktelement mit seiner Unterseite auf die am Kontaktträger ausgebildete Kontaktierungsfläche gesetzt mittels elektri- schen Stroms erwärmt. Durch die raue Oberflächenstruktur, welches beispielsweise durch Rauplanieren oder Prägen erzeugt werden kann, erhält die Kontaktierungsfläche eine Vielzahl kleiner Vertiefungen, welche als Lotdepot dienen, in die das durch die Erwärmung sich verflüssigende Lot laufen kann. Dies bewirkt, dass eine geringere Menge des flüssigen Lotmaterials seitlich unter dem Kontaktelement hervortritt und an den Sei- tenflächen des Kontaktelements hochsteigt. Denn bei einem Lothochstieg an einer oder mehreren Seitenflächen des Kontak- telements besteht die Gefahr, das Lot aufgrun der Kapillar- wirkung auf die Oberseite des Kontaktelements läuft, was zum Ausfall des Niederspannungs-Schutzschaltgerätes führen kann. Darüber hinaus wird durch das Rauplanieren der Übergangswi- derstand zwischen dem Kontaktelement und dem Kontaktträger erhöht.

Auch die erste rillenartige Vertiefung, welche die Kontaktie- rungsfläche begrenzt und ebenfalls durch Prägen herstellbar ist, dient als weiteres Lotdepot, d.h. als Aufnahmevolumen, in die überschüssiges Lotmaterial einfließen kann, um ein Hochsteigen des Lotmaterials an einer oder mehreren der Sei- tenflächen des Kontaktelements zu vermeiden. Weiterhin wird der Bindeanteil der Lotverbindung, d.h. der Anteil der durch die Lotverbindung verbundenen Fläche deutlich erhöht. Auf diese Weise kann das Flussverhalten des Lotmaterials während des Lötvorgangs gezielt zu beeinflusst werden, so dass der Lothochstieg deutlich reduziert werden kann. Die Qualität der Fügeverbindung - und damit die Prozesssicherheit des Fügepro- zesses - werden dadurch deutlich verbessert, wodurch die Aus- fallwahrscheinlichkeit des Niederspannungs-Schutzschalt- gerätes deutlich reduziert werden kann.

In einer vorteilhaften Weiterbildung des Kontaktträgers ist die Kontaktierungsfläche im Wesentlichen rechteckig geformt und weist eine zweite rillenartige Vertiefung auf, welche si- chelförmig von einer ersten Ecke zu einer benachbarten zwei- ten Ecke der rechteckigen Kontaktierungsfläche verläuft.

Die zweite rillenartige Vertiefung ist beispielsweise durch Prägen herstellbar. Mit ihrer Hilfe ist es möglich, den Lot- fluss, d.h. das verflüssigte Lotmaterial, aus der Mitte der rechteckigen Kontaktierungsfläche in Richtung der Ecken - und damit in die erste rillenartige Vertiefung, welche die Kon- taktierungsfläche umgibt, zu lenken. Auf diese Weise kann der lothochstieg, d.h. das Hochsteigen des Lotmaterials an den Seitenflächen des Kontaktelements deutlich reduziert werden. Die Geometrie der zweiten rillenartige Vertiefung ist dabei durch Variation der Sichelbreite und -tiefe an die Gegeben- heiten der jeweiligen Kontaktträgeranordnung, d.h. an das Zu- sammenwirken eines jeweiligen Kontaktträgers mit einem jewei- ligen Kontaktelement, anpassbar.

In einer weiteren vorteilhaften Weiterbildung des Kontaktträ- gers weist die Kontaktierungsfläche eine dritte rillenartige Vertiefung auf, welche sichelförmig von einer dritten Ecke zu einer benachbarten vierten Ecke der rechteckigen Kontaktie- rungsfläche verläuft. Der Effekt der zweiten rillenartigen Vertiefung, den Lothochstieg zu begrenzen, wird durch die dritte rillenartige Vertiefung weiter verstärkt. Die zweite und die dritte rillenartige Vertiefung können dabei symmet- risch auf der Kontaktierungsfläche angeordnet sein.

In einer weiteren vorteilhaften Weiterbildung des Kontaktträ- gers ist die Kontaktierungsfläche durch die erste rillenarti- ge Vertiefung vollständig umschlossen. Die Kontaktierungsflä- che ist durch die erste rillenartige Vertiefung umlaufend be- grenzt und somit unterbrechungsfrei umschlossen, so dass ein Austreten von Lotmaterial auf die die die erste rillenartige Vertiefung umgebende Fläche des Kontaktträgers weitestgehend vermieden werden kann. Die Prozesssicherheit des Fügeprozes- ses wir dadurch weiter verbessert.

In einer weiteren vorteilhaften Weiterbildung ist der Kon- taktträger aus Blech, insbesondere aus Kupferblech gebildet. Die Verwendung von Kupferblech ermöglicht eine gute elektri- sche Leitfähigkeit bei gleichzeitig ausreichender mechani- scher Stabilität. Die Verwendung des Begriffs „Kupfer" um- fasst dabei sowohl reines Kupfermaterial als auch Kupfer- legierungen. Ferner wird unter dem Begriff „Blech" ein Bau- teil verstanden, dessen laterale und horizontale Ausdehnung deutlich größer sind als seine vertikale Ausdehnung, d.h. das Bauteil weist eine im Vergleich zu Längen- und Breitenausdeh- nung relativ geringe Dicke bzw. Höhe auf.

In einer weiteren vorteilhaften Weiterbildung weist der Kon- taktträger im Bereich der Kontaktierungsfläche eine rücksei- tige Einprägung auf. Im Bereich der Kontaktierungsfläche, welche an einer Oberseite des Kontaktträgers ausgebildet ist, weist der Kontaktträger an einer der Oberseite gegenüberlie- genden Unterseite des Kontaktträgers eine Einprägung auf. Auf diese Weise kann der Stromfluss - und damit die Erwärmungszo- ne beim Widerstandslöten - gezielt beeinflusst werden. Die Prägung an der Unterseite des Kontaktträgers ist dabei je nach Variante hinsichtlich ihrer Größe und Kontur an die je- weiligen Gegebenheiten anpassbar.

Die erfindungsgemäße Kontaktträgeranordnung für einen Schalt- kontakt eines Niederspannungs-Schutzschaltgerätes weist einen Kontaktträger der vorstehend beschriebenen Art sowie ein da- ran mittels Löten befestigtes Kontaktelement, so dass zwi- schen dem Kontaktträger und dem Kontaktelement eine Lot- schicht ausgebildet ist, auf.

Hinsichtlich der generellen Vorteile der erfindungsgemäße Kontaktträgeranordnung wird auf die vorstehenden Ausführungen zu den Vorteilen den erfindungsgemäßen Kontaktträger betref- fend verwiesen. Unter der Formulierung „mittels Löten" ist zu verstehen, dass das Kontaktelement unter Verwendung eines Lötverfahrens, beispielsweise des Widerstandslötverfahrens, an dem Kontaktträger Stoffschlüssig befestigt ist.

In einer vorteilhaften Weiterbildung der Kontaktträgeranord- nung weist das Kontaktelement eine bauchige Oberseite auf. Eine Unterseite des Kontaktelements ist der Kontaktierungs- fläche des Kontaktträgers zugewandt und durch Löten mit die- sem verbunden. Die der Unterseite gegenüberliegende Oberseite des Kontaktelements dient der Kontaktierung mit einem weite- ren Kontaktelement des Schaltkontakts und ist hierzu konvex, d.h. nach oben bzw. außen gewölbt, ausgebildet.

In einer weiteren vorteilhaften Weiterbildung der Kontaktträ- geranordnung ist das Kontaktelement aus einer Silberlegierung gebildet. Die Verwendung einer Silberlegierung für das Kon- taktelement hat den Vorteil, dass Silber eine gute elektri- sche Leitfähigkeit aufweist und die Anforderungen an die Fes- tigkeit des Kontaktelements vernachlässigbar sind.

Das erfindungsgemäße Niederspannungs-Schutzschaltgerät, bei- spielsweise Leitungsschutzschalter, Motorschutzschalter oder dergleichen, weist einen Kontaktträger und/oder eine Kontakt- trägeranordnung der vorstehend beschriebenen Art auf.

Durch die Verwendung des erfindungsgemäßen Kontaktträgers und/oder der erfindungsgemäßen Kontaktträgeranordnung wird die Qualität der Fügeverbindung - und damit die Prozesssi- cherheit des Fügeprozesses - deutlich verbessert, wodurch die Ausfallwahrscheinlichkeit des Niederspannungs-Schutzschalt- gerätes deutlich reduziert werden kann.

Im Folgenden sind Ausführungsbeispiele des Kontaktträgers so- wie der Kontaktträgeranordnung unter Bezug auf die beigefüg- ten Figuren näher erläutert. In den Figuren sind:

Figuren

1 und 2 schematische Darstellungen eines ersten Ausführungs- beispiels einer Kontaktträgeranordnung;

Figuren

3 und 4 schematische Darstellungen eines zweiten Ausfüh- rungsbeispiels der Kontaktträgeranordnung;

Figuren

5 und 6 schematische Darstellungen eines ersten Ausführungs- beispiels des erfindungsgemäßen Kontaktträgers;

Figur 7 eine schematische Darstellung eines zweiten Ausfüh- rungsbeispiels des erfindungsgemäßen Kontaktträgers; Figur 8 eine schematische Darstellung eines dritten Ausfüh- rungsbeispiels des erfindungsgemäßen Kontaktträgers;

Figuren

9 und 10 schematische Darstellungen eines weiteren Ausfüh- rungsbeispiels des erfindungsgemäßen Kontaktträgers.

In den verschiedenen Figuren der Zeichnung sind gleiche Teile stets mit dem gleichen Bezugszeichen versehen. Die Beschrei- bung gilt für alle Zeichnungsfiguren, in denen das entspre- chende Teil ebenfalls zu erkennen ist.

In den Figuren 1 und 2 ist ein erste Ausführungsbeispiel ei- ner Kontaktträgeranordnung 1 in Grund- und Aufriss schema- tisch dargestellt. Die Kontaktträgeranordnung 1 weist einen Kontaktträger 10 auf, auf dem ein im Wesentlichen quaderför- miges Kontaktelement 20 befestigt ist. Das Kontaktelement 20 ist auf eine hierfür vorgesehene Kontaktierungsfläche 13 (siehe Figuren 5ff) des Kontaktträgers 10 aufgesetzt und durch Löten Stoffschlüssig verbunden, so dass sich zwischen der Kontaktierungsfläche 13 des Kontaktträgers 10 und dem Kontaktelement 20 eine flächige Lotschicht 21 ausbildet.

Der Kontaktträger 10 weist elektrisch leitendes Material - beispielsweise Stahl, Kupfer oder eine Kombination aus beiden Materialien, beispielsweise kupferplattiertes Stahlblech oder auf Stahlblech galvanisch aufgetragenes Kupfer - auf und kann beispielsweise durch Stanzen hergestellt werden. Das Kontak- telement 20 ist vorzugsweise aus einer Silberlegierung gebil- det. Da sowohl der Kontaktträger 10 als auch das Kontaktele- ment 20 elektrisch leitend sind, wird als Lötverfahren zum Verbinden der beiden Fügepartner - des Kontaktelements 20 und des Kontaktträgers 10 - vorzugsweise Widerstandslöten einge- setzt. Um überschüssiges Lotmaterial aufzunehmen weist der Kontaktträger 10 ferner eine erste rillenartige Vertiefung 14 auf, welche die Kontaktierungsfläche 13 nach außen hin be- grenzt.

In den Figuren 3 und 4 ist ein zweites Ausführungsbeispiel der Kontaktträgeranordnung 1 in Grund- und Aufriss schema- tisch dargestellt. Hierbei handelt es sich um einen sogenann- ten Brückenkontakt mit zwei elektrisch in Reihe geschalteten Schaltstellen, bei dem auf dem beweglich gelagerten Kontakt- träger 10 dementsprechend zwei Kontaktelemente 20 mittels Lö- ten befestigt sind.

Das im Wesentlichen quaderförmig dargestellte Kontaktelement 20 weist eine Unterseite auf, über die es mit einer Oberseite 11 des Kontaktträgers 10 verbunden ist. Eine der Unterseite gegenüberliegende Oberseite des Kontaktelements 20 ist in den Darstellungen der Figuren 1 bis 4 als ebene, zur Oberseite 21 parallel orientierte Fläche ausgeführt. Dies ist jedoch nicht zwingend erforderlich; es ist ebenso möglich, die Oberseite des Kontaktelements 20 ballig, d.h. nach oben gewölbt, also konvex, auszubilden.

In den Figuren 5 bis 10 sind verschiedene Ausführungsformen des erfindungsgemäßen Kontaktträgers 10 in verschiedenen An- sichten schematisch dargestellt. Die Figuren 5 und 6 zeigen dabei schematische Darstellungen eines ersten Ausführungsbei- spiels des Kontaktträgers 10, wobei Figur 5 eine Draufsicht auf den Kontaktträger 10 zeigt, während in Figur 6 eine Schnittdarstellung entlang der in Figur 5 eingezeichneten Schnittlinie A-A schematisch dargestellt ist.

Der Kontaktträger 10 weist eine blechförmige Gestalt auf, d.h. seine Längen- und Breitenausdehnung in einer ersten Richtung x bzw. einer zweiten Richtung y ist deutlich größer als seine Dieken-Ausdehnung in einer dritten Richtung z. Der Kontaktträger 10 besteht aus einem elektrisch leitenden Mate- rial und ist beispielsweise durch Stanzen herstellbar. An der Oberseite 11 des Kontaktträgers 10 ist die im Wesentlichen rechteckförmige Kontaktierungsfläche 13 zur Kontaktierung des Kontaktelements 20 ausgebildet. Die Kontaktierungsfläche 13 weist eine raue Oberflächenstruktur auf, welcher beispiels- weise durch Prägen oder Rauplanieren herstellbar ist, und ist durch die erste rillenartige Vertiefung 14 begrenzt, welche die Kontaktierungsfläche 13 vollständig umgibt.

In Figur 7 ist ein zweites Ausführungsbeispiel des erfin- dungsgemäßen Kontaktträgers 10 schematisch dargestellt. Dabei stellt Figur 7 ebenfalls eine Schnittdarstellung entlang der in Figur 5 eingezeichneten Schnittlinie A-A dar - jedoch weist der hier dargestellte Kontaktträger 10 an seiner der Oberseite 11 gegenüberliegenden Unterseite 12 eine Einprägung 17, welche im Bereich der Kontaktierungsfläche 13 rückseitig ausgebildet ist. Mit Hilfe der Einprägung 17, die hinsicht- lich Größe und Form an die zu bildenden Variante eines Nie- derspannungs-Schutzschaltgerätes angepasst werden kann, kann der über den Kontaktträger - und damit über die Kontaktanord- nung - beim Widerstandlöten fließende elektrische Strom ge- zielt beeinflusst werden. Auf diese Weise kann der Lothoch- stieg an den Seiten des Kontaktelements 20 reduziert werden.

In Figur 8 ist ein drittes Ausführungsbeispiel des erfin- dungsgemäßen Kontaktträgers 10 schematisch dargestellt. Die Darstellung des Kontaktträgers 10 entspricht dabei im Wesent- lichen der vorstehend beschriebenen Darstellung zu Figur 5, wobei der Kontaktträger 10 im Bereich der rechteckigen Kon- taktierungsfläche 13 nun zusätzlich eine zweite rillenartige Vertiefung 15 sowie eine dritte rillenartige Vertiefung 16 auf. Die beiden rillenartigen Vertiefung 15 und 16 sind zuei- nander symmetrisch angeordnet und verlaufen jeweils sichel- förmig von einer Ecke zu einer benachbarten Ecke der recht- eckigen Kontaktierungsfläche 13, dabei jeweils eine der Längsseiten der rechteckigen Kontaktierungsfläche 13 über- spannend . Die zweite und dritte rillenförmige Vertiefung sind ebenfalls durch Prägen oder Rauplanieren herstellbar und dienen dazu, den Lotfluss weg von den Seiten, hin zu den Ecken der Kontak- tierungsfläche 13 zu lenken, um einen Lothochstieg an den Seiten des Kontaktelements 20 zu verhindern oder zumindest zu reduzieren. Die Breite sowie die Krümmung der beiden sichel- förmigen rillenartigen Vertiefungen 15 bzw. 16 können dabei hinsichtlich ihrer Größe und Kontur an den jeweiligen Schalt- geräte-Typ angepasst werden. Die in Figur 8 dargestellte Aus- führungsform ist dabei mit oder ohne rückseitige Einprägung gemäß den Darstellungen der Figuren 6 und 7 realisierbar.

In der Darstellung der Figur 8 weist die Kontaktierungsfläche 13 eine erste und eine zweite rillenartige Vertiefung auf; es ist jedoch ebenso möglich, die Kontaktierungsfläche 13 mit nur eine der beiden sichelförmigen, rillenartigen Vertiefun- gen 15 bzw. 16 zu versehen.

Die Figuren 9 und 10 zeigen schematisch weitere Ausführungs- beispiele des erfindungsgemäßen Kontaktträgers 10 gemäß der aus den Figuren 3 und 4 bereits bekannten Ausführung als Brü- ckenkontakt im Grundriss, d.h. mit Blick auf die Oberseite 11 des Kontaktträger 10. Figur 9 zeigt dabei den als Brückenkon- takt ausgebildeten Kontaktträger 10 mit zwei Kontaktierungs- flächen 13, welche jeweils von einer erste rillenartige Ver- tiefung 14 umgeben ist. Die Unterseite 12 (siehe Figuren 6 und 7) kann dabei mit oder ohne Einprägung 17 ausgeführt sein. In Figur 10 ist der als Brückenkontakt ausgebildeten Kontaktträger 10, wobei die beiden Kontaktierungsflächen 13 jeweils neben der erste rillenartige Vertiefung 14 auch die beiden sichelförmigen rillenartige Vertiefung 15 und 16 auf- weisen. Auch hier kann die Unterseite 12 mit oder ohne Ein- prägung 17 ausgeführt sein.

Durch die vorstehend beschriebenen konstruktiven Maßnahmen, d.h. die Kontaktierungsfläche 13 eine raue Oberflächenstruk- tur, die erste rillenartige Vertiefung 14 sowie die beiden sichelförmigen, rillenartigen Vertiefungen 15 und 16 kann der Lothochstieg deutlich reduziert werden. Die geometrische Aus- führung dieser konstruktiven Maßnahmen ist dabei in Abhängig- keit von Kontaktgröße, Kontaktmaterial, Abmessungen des Kon- taktträgers, usw. an die jeweiligen Gegebenheiten des jewei- ligen Schaltgerätetyps anpassbar.

Bezugszeichenliste

I Kontaktträgeranordnung

10 Kontaktträger

II Oberseite

12 Unterseite

13 Kontaktierungsfläche

14 erste rillenartige Vertiefung

15 zweite rillenartige Vertiefung

16 dritte rillenartige Vertiefung

17 Einprägung

20 Kontaktelement

21 Lotschicht

X erste Richtung

Y zweite Richtung

Z dritte Richtung