CH647899A5 - Strombegrenzungseinrichtung. - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft eine Strombegrenzungseinrichtung mit einem Strombegrenzer, der mit einer Strombegrenzungssubstanz gefüllt ist, welche bei einer durch Überstrom hervorgerufenen Wärmeentwicklung ihren Aggregatzustand ändert und einen höheren elektrischen Widerstand annimmt und schlussendlich den Strom unterbricht und mit Stromanschlüssen an beiden Enden des Strombegrenzers und mit Kühlkörpern an diesen beiden Enden.

Bei der erfindungsgemässen Einrichtung geht der Strombegrenzer bei einem Überstrom, z.B. einem Kurzschlussstrom, in einen Zustand hohen Widerstandes über, indem der Strom begrenzt oder unterbrochen wird. Sobald der Überstrom wieder abfällt und der normale Stromzustand sich wieder einstellt, kehrt der Strombegrenzer durch einen Selbsterholungseffekt in den Zustand normalen Widerstands zurück. Besondere Vorteile bestehen hinsichtlich einer effektiven Wärmeabstrahlung. Bisher wurden die Einrichtungen gemäss den Figuren 1 und 2 verwendet. Diese umfassen einen Strombegrenzer 1, Stromanschlüsse 11 und 12, welche gesondert an beiden Enden des Strombegrenzers 1 ausgebildet sind und jeweils ein Schraubgewinde aufweisen, sowie Kühlkörper 2 mit Kühlrippen aus Aluminium mit jeweils einer Bohrung im Innengewinde. Diese sind auf die Stromanschlüsse 11 und 12 aufgeschraubt. Die Bohrung mit Innengewinde erstreckt sich in Richtung der Nuten der Kühlrippen und Stromzuführungsanschlüsse 21 erstrecken sich von den Kühlkörpern 2 nach aussen. Diese Strombegrenzungseinrichtung wird derart zusammengesetzt, dass man jeweils den Gewindebolzenbereich des Strombegrenzers 1 in die Innengewindebohrung der Kühlkörper 2 einschraubt und mit einer Klemm-Mutter 3 sichert.

Fig. 3 zeigt den Strombegrenzer 1 im Schnitt. Dieser umfasst einen Isolierkörper 13 aus einem magnetischen Abschirmmaterial wie BeO, welcher einen zentralen Durchgang aufweist; sowie die Stromanschlüsse 11 und 12, welche voneinander durch den Isolierkörper 13 getrennt an beiden Enden des Strombegrenzers angeordnet sind und im Inneren jeweils einen Innenhohlraum aufweisen. Die Stromanschlüsse 11,12 und der Isolator 13 bilden ein geschlossenes Gehäuse. In den Innenraum des Gehäuses ist eine Strombegrenzungssubstanz 14 eingefüllt, welche die Stromanschlüsse 11,12 elektrisch verbindet. Als Strombegrenzungssubstanz dient z.B. Natriummetall. Ferner ist ein Kolben 15 vorgesehen, welcher verschiebbar im Gehäuse angeordnet ist und eine Innendruck-Pufferfunktion hat. Der Raum 16 über dem Kolben 15 ist mit einem Gas gefüllt, welches durch die Aufwärtsverschiebung des Kolbens 15 komprimiert wird und eine Federwirkung ausübt. Der Strombegrenzer 1 ist von einem zylindrischen Rohr 17 aus nicht-magnetischem Metall umschlossen.

Im folgenden soll die Strombegrenzungsfunktion dieser herkömmlichen Strombegrenzungseinrichtung erläutert werden. Wenn ein Überstrom, z.B. ein Kurzschlussstrom, durch den Strombegrenzer 1 fliesst, so wird die Strombegrenzungssubstanz 14 (Natriummetall) plötzlich in ein Plasma umgewandelt, und zwar durch die Joulesche Erwärmung. Dies ist mit einer erheblichen Temperaturerhöhung und einem grossen Druckanstieg verbunden. Das Natriumplasma hat einen hohen Widerstand. Hierdurch steigt der Widerstand zwischen den Stromanschlüssen 11,12 plötzlich stark an und der Strom wird begrenzt oder unterbrochen. In der folgenden Tabelle ist der Anstieg des Widerstandes des Natriummetalls in Abhängigkeit von der Temperaturerhöhung angegeben.

Tabelle

Steigerung des Widerstandes des Natriummetalls (spezifischer Widerstand bei 20 °C 4,6 u cm)

Temperatur Zustand Erhöhung des

Widerstandes

40 °C (normal) fest 1,0

98 °C flüssig 2,2

883 °C Gas 100

5000 °K Plasma 4800

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Wenn der Überstrom fliesst, so ist das Gehäuse des Strombegrenzers 1 durch ein Gas hoher Temperatur und hohen Drucks angefüllt. Der Druckanstieg wird durch die Wirkung des Kolbens 15 abgepuffert (Pufferelement). Sobald der Überstrom unterbrochen ist, kühlt sich das Natriummetall wieder ab und wird wieder rasch in den Normalzustand komprimiert, und zwar durch die Wirkung des Kolbens 15, welcher durch das Gas 16 beaufschlagt wird. Nun wird wieder der Strom geleitet.

Wenn man die Einrichtung unter Nennstrombedingungen betreibt, so wird die im Strombegrenzer 1 erzeugte Joulesche Wärme durch die Bolzenbereiche der Stromanschlüsse 11,12 auf die Kühlkörper 2 übertragen und über dessen Rippen abgestrahlt.

Zur Erhöhung des Nennstroms der Strombegrenzungseinrichtung kann man (a) den Innenwiderstand des Strombegrenzers senken, um die Entwicklung von Joulescher Wärme zu verringern oder (b) für eine wirksamere Abstrahlung der im Strombegrenzer entwickelten Jouleschen Wärme sorgen.

In ersterem Fall (a) wird der Innenwiderstand gesenkt durch Erhöhung der Menge der Strombegrenzungssubstanz im Strombegrenzer. Hierdurch steigen jedoch die Abmessungen des Strombegrenzers, so dass auch nachteiligerweise die Kosten steigen. In letzerem Fall (b) muss die Grösse der Kühlrippen erhöht werden, damit die Wärme wirksamer abgestrahlt wird. Auch hierdurch erhöht sich die Grösse der Strombegrenzungseinrichtung. Daher sind beide Massnahmen nicht zur Lösung des Problems geeignet.

Es ist daher Aufgabe der Erfindung, eine Strombegrenzungseinrichtung der im Oberbegriff des Anspruchs 1 genannten Art so auszugestalten, dass der Nennstrom ohne Vergrösserung der Abmessungen der Apparatur erhöht werden kann.

Diese Aufgabe wird erfmdungsgemäss gelöst durch einen zusätzlichen Kühlkörper mit Kühlrippen auf der Aussenfläche des Strombegrenzers rund um das mit der Strombegrenzungssubstanz gefüllte Gehäuse.

Im folgenden wird die Erfindung anhand von Zeichnungen näher erläutert. Es zeigen:

Fig. 1 eine schematische Ansicht einer herkömmlichen Strombegrenzungseinrichtung ;

Fig. 2 eine Frontansicht der herkömmlichen Einrichtung;

Fig. 3 einen Schnitt der herkömmlichen Einrichtung;

Fig. 4 eine Seitenansicht einer Ausführungsform des erfin-dungsgemässen Strombegrenzers ;

Fig. 5 eine Draufsicht einer Ausführungsform eines zusätzlichen Kühlkörpers des erfindungsgemässen Strombegrenzers;

Fig. 6 eine Seitenansicht einer Ausführungsform einer Strombegrenzungseinrichtung mit zusätzlichen Kühlrippen ;

Fig. 7 und 8 Draufsichten weiterer Ausführungsformen der Kühlrippen des Strombegrenzers und

Fig. 9 und 10 Ansichten weiterer Ausführungsformen des erfindungsgemässen Strombegrenzers.

Im folgenden soll unter Bezugnahme auf die Figuren 4 bis 6 eine Ausführungsform der Erfindung erläutert werden. Fig. 4 zeigt einen Strombegrenzer mit einem einstückig am unteren Ende des zylindrischen Rohrs 17 des Strombegrenzers 1 ausgebildeten Anschlagring 18. Im übrigen weist der Strombegrenzer 1 den gleichen Aufbau auf wie der herkömmliche Strombegrenzer. Fig. 5 zeigt eine Draufsicht eines zusätzlichen Kühlkörpers aus Aluminium oder dgl. mit Kühlrippen, welcher auf das zylindrische Rohr 17 des Strombegrenzers 1 aufgesetzt ist. Die Aussenabmessungen der zusätzlichen Kühlrippen des Kühlkörpers 4 sind im wesentlichen die gleichen wie bei den Kühlrippen des Kühlkörpers 2 auf den Stromanschlüssen 11, 12 des Strombegrenzers 1. Eine

Innenbohrung 41 weist einen Innendurchmesser auf, welcher nur geringfügig grösser ist als der Durchmesser des zylindrischen Rohrs 17 oder im wesentlichen gleich diesem Durchmesser. Diese Bohrung ist in der Mitte des zusätzlichen Kühlkörpers in Richtung der Kühlrippen ausgebildet. Eine Öffnung 42 ist in axialer Richtung der Bohrung 41 ausgebildet.

Fig. 6 zeigt den Aufbau der erfindungsgemässen Einrichtung, umfassend den Strombegrenzer 1 mit dem zusätzlichen Kühlkörper 4. Die Bohrung 41 des zusätzlichen Kühlkörpers 4 ist mit einem Fett beschichtet, welches metallisches Pulver mit polygonaler Gestalt enthält. Der zusätzliche Kühlkörper 4 mit den Kühlrippen ist auf das zylindrische Rohr 17 des Strombegrenzers 1 aufgeschoben und liegt am Ring 18 an. Der zusätzliche Kühlkörper 4 ist auf dem zylindrischen Rohr

17 des Strombegrenzers 1 unter Federwirkung des zusätzlichen Kühlkörpers 4 befestigt und das zylindrische Rohr 17 ist thermisch durch das metallische Pulver in der Fettschicht mit dem zusätzlichen Kühlkörper 4 verbunden. Hierdurch wird die Wärmeleitfähigkeit erhöht.

Als Isolierkörper 13 (s. Fig. 10) des Strombegrenzers 1 dient ein elektrisch isolierendes Material, wie Berylliumoxid. Dieses hat eine hohe thermische Leitfähigkeit wie Aluminium. Das zylindrische Rohr 17 besteht aus einer metallischen Substanz, vorzugsweise aus Aluminium. Daher wird die im Strombegrenzer 1 erzeugte Joulesche Wärme wirksam auf den zusätzlichen Kühlkörper 4 übertragen und der Nennstrom des Strombegrenzungsapparates kann um etwa 30% erhöht werden, obgleich ein Strombegrenzer 1 verwendet wird, der die gleiche Kapazität hat wie ein herkömmlicher Strombegrenzer. Die Nuten der Rippen des zusätzlichen Kühlkörpers 4 sind in axialer Richtung angeordnet, um die Wärmeabstrahlung durch das natürliche Konvektionssystem und die Luftströmung in den Nuten zu verbessern.

Die Figuren 7 und 8 zeigen weitere Ausführungsformen des zusätzlichen Kühlkörpers 4 und die Fig. 9 und 10 zeigen weitere Ausführungsformen des Anschlagrings 18 des Strombegrenzers 1. Bei der Ausführungsform des Kühlkörpers 4 gemäss Fig. 7 ist eine Innengewindebohrung 44 in einer Rippe 43 ausgebildet, während eine Bohrung 45 in einer benachbarten Rippe 43 ausgebildet ist. Diese beiden Rippen begrenzen den Spalt 42. Nach dem Aufsetzen des zusätzlichen Kühlkörpers 4 auf den Strombegrenzer 1 kann man eine Schraube durch die Öffnung 45 einführen und in die Innengewindebohrung 44 einschrauben. Hierdurch wird der Kühlkörper 4 fest auf den Strombegrenzer aufgespannt. Bei der Ausführungsform gemäss Fig. 8 weisen die zwei dem Schlitz 42 benachbarten Kühlrippen 43 eine etwas grössere Länge auf, so dass die Schrauben leicht eingeführt werden können. Bei dem Aufbau des zusätzlichen Kühlkörpers 4 gemäss den Fig. 7 und 8 mit einer Schrauböffnung 44 kann der Kühlkörper durch Einschrauben eines Bolzens festgelegt werden, nachdem man den Kühlkörper auf den Strombegrenzer 1 aufgesetzt hat. Daher kann die Bohrung 41 des zusätzlichen Kühlkörpers 4 einen etwas grösseren Durchmesser haben als das zylindrische Rohr 17 des Strombegrenzers 1, und der Strombegrenzer 1 kann leicht in die Öffnung 41 des zusätzlichen Kühlkörpers 4 eingesetzt werden, und dennoch kann der Strombegrenzer 1 in einen engen Kontakt mit dem zusätzlichen Kühlkörper 4 kommen, selbst wenn man die Innenflächen der Durchgangsbohrung 41 nicht mit einem metallischen Pulver enthaltenden Fett beschichtet.

Fig. 9 zeigt eine weitere Ausführungsform des Strombegrenzers 1, wobei ein gesonderter Anschlagring 18 am zylindrischen Rohr 17 befestigt ist. Fig. 10 zeigt eine weitere Ausführungsform des Strombegrenzers 1, wobei ein Anschlagring

18 einstückig mit dem Isolierkörper 13 verbunden ist. Zu diesem Zweck weist das untere Ende des Isolierkörpers 13 einen grösseren Durchmesser auf als das zylindrische Rohr 17. In

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beiden Fällen kann der Strombegrenzer leicht hergestellt werden. Das Anschlagelement 18 ist nicht auf ein ringförmiges Anschlagelement beschränkt. Es können am zylindrischen Körper 17 auch ein oder mehrere Vorsprünge vorgesehen sein.

Das Anschlagelement 18 definiert die Position des zusätzlichen Kühlkörpers 4, welcher auf den Strombegrenzer 1 aufgesetzt ist und verhindert eine Verschiebung des zusätzlichen Kühlkörpers 4 aus der vorbestimmten Position relativ zum Strombegrenzer 1, auch wenn sich die Klemmschraube während des Gebrauchs der Strombegrenzungseinrichtung löst. Auf diese Weise wird ein Kurzschluss zwischen dem Strom-anschluss 11 und dem Stromanschluss 12 durch eine Verschiebung des zusätzlichen Kühlkörpers 4 mit Sicherheit vermieden.

Bei den beschriebenen Ausführungsformen ist ein zusätzlicher Kühlkörper 4 mit Kühlrippen auf der Aussenfläche eines Strombegrenzers 1 angeordnet. Ein ähnlicher Effekt kann erzielt werden, wenn man einen Kühlkörper 4 mit Kühlrippen auf einem anderen Wärme entwickelnden Element, z.B. einer Leistungssicherung, anbringt.

Erfindungsgemäss werden Kühlkörper mit Kühlrippen auf den Stromanschlüssen des Strombegrenzers vorgesehen wie bei einer herkömmlichen Strombegrenzungseinrichtung. Ein zusätzlicher Kühlkörper mit Kühlrippen ist direkt auf dem Strombegrenzer in der Nähe der Wärmequelle für die Entwicklung Joulescher Wärme vorgesehen und die vom Strombegrenzer entwickelte Joulesche Wärme wird hierdurch . rasch und wirksam vom System abgestrahlt, so dass der 5 Nennstrom gesteigert werden kann. Darüber hinaus können die Aussenabmessungen des zusätzlichen Kühlkörpers mit den Kühlrippen im wesentlichen gleich den Aussenabmessungen der Kühlkörper der Stromanschlüsse sein. Daher wird die Grösse der Strombegrenzungseinrichtung nicht erhöht, ,u obgleich man einen höheren Nennstrom erzielt. Insbesondere können die Kühlrippen bzw. die Nuten zwischen den Kühlrippen des zusätzlichen Kühlkörpers mit den entsprechenden Kühlrippen bzw. Nuten der Kühlkörper der Stromanschlüsse fluchten.

15 Zur Herstellung der erfindungsgemässen Strombegrenzungseinrichtung ist es lediglich erforderlich, den zusätzlichen Kühlkörper auf den herkömmlichen Strombegrenzer aufzusetzen. Dies kann in Massenfertigung geschehen. Die erfindungsgemässe Strombegrenzungseinrichtung mit erhöh-20 tem Nennstrom kann auf einfache Weise hergestellt werden, indem man die standardisierten Bauteile der herkömmlichen Strombegrenzungseinrichtung verwendet sowie einige zusätzliche Bauteile. Hierdurch können die Kosten für die Strombegrenzungseinrichtung relativ gering gehalten werden.

G

2 Blatt Zeichnungen

Claims (9)

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1. Strombegrenzungseinrichtung mit einem Strombegrenzer, der mit einer Strombegrenzungssubstanz gefüllt ist, welche bei einer durch Überstrom hervorgerufenen Wärmeentwicklung ihren Aggregatzustand ändert und einen höheren elektrischen Widerstand annimmt und schlussendlich den Strom unterbricht und mit Stromanschlüssen an beiden Enden des Strombegrenzers und mit Kühlkörpern an diesen beiden Enden, gekennzeichnet durch einen zusätzlichen Kühlkörper (4) mit Kühlrippen auf der Aussenfläche des Strombegrenzers (1) rund um das mit der Strombegrenzungssubstanz (14) gefüllte Gehäuse.

2. Einrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der zusätzliche Kühlkörper (4) eine Durchgangsbohrung

(41) aufweist, dèren Durchmesser das Aufsetzen auf die Aus-senwand des Strombegrenzers (1) erlaubt, sowie einen Schlitz

(42) in Richtung der Durchgangsbohrung (41).

2

PATENTANSPRÜCHE

3. Einrichtung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass der Durchmesser der Durchgangsbohrung (41) des zusätzlichen Kühlkörpers (4) kleiner ist als der Durchmesser der Aussenwandung des Strombegrenzers (1) und dass der zusätzliche Kühlkörper (4) unter seiner eigenen Federkraft am Strombegrenzer (1) anliegt.

4. Einrichtung nach einem der Ansprüche 2 oder 3, dadurch gekennzeichnet, dass an dem dem Schlitz (42) benachbarten Rippenpaar (43) eine Klemmvorrichtung (44, 45) vorgesehen ist.

5. Einrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass die Aussenabmessungen des zusätzlichen Kühlkörpers (4) im wesentlichen gleich den Aussenabmessungen der Kühlkörper (2) der Stromanschlüsse (11, 12) sind.

6. Einrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass ein unterer peripherer Bereich (18) des Strombegrenzers (1) ingesamt oder in Teilbereichen grösser ist als der obere periphere Bereich des Strombegrenzers (1) und als Anlage für den zusätzlichen Kühlkörper (4) dient.

7. Einrichtung nach einem der Ansprüche 2 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass die Aussenfläche des Strombegrenzers (l) und/oder die Innenfläche einer Durchgangsbohrung (42) des zusätzlichen Kühlkörpers (4) mit einem metallisches Pulver enthaltenden Fett beschichtet ist.

8. Einrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, dass der Strombegrenzer (1) einen Innenraum (14) umfasst, sowie zwei leitfähige Behälter (11, 12), welche als Stromanschlüsse dienen und dem Innenraum zugewandt sind, wobei ein Isolierkörper (13) zwischen den Behältern (11,12) angeordnet ist, und wobei der Isolierkörper (13) eine Öffnung aufweist, über welche die Innenräume der leitfähigen Behälter (11, 12) miteinander verbunden sind, und wobei die Strombegrenzungssubstanz in das durch die leitfähigen Behälter (11, 12) und den Isolierkörper (13) gebildete Gehäuse eingefüllt ist.

9. Einrichtung nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, dass ein Teil des Isolierkörpers (13) im unteren Bereich nach aussen vorspringt und als Anschlagelement für den zusätzlichen Kühlkörper (4) dient.