CN114342028A - 功率开关的加热体积的划分 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种分隔壁(5)，其用于将功率开关(1)的加热体积(3)划分为第一部分体积(3.1)和第二部分体积(3.2)，所述分隔壁(5)包括至少一个壁开口(6)，所述壁开口在部分体积(3.1、3.2)之间实现气流(H)。壁开口(6)具有取决于第一部分体积(3.1)中的压力和第二部分体积(3.2)中的压力之间的压力差的空气动力学的有效的开口面。

Description

功率开关的加热体积的划分

本发明涉及一种用于划分功率开关(特别是自压缩功率开关)的加热体积的分隔壁，以及一种制造这种分隔壁的方法。

功率开关用于打开和关闭电流路径，特别是防止过载电流和短路电流。通常，功率开关具有两个电弧接触元件，当电流路径打开和关闭时，它们相对彼此移动，当电流路径打开时在电弧室中在电弧接触元件之间电弧被点燃。

自压缩功率开关，也称为自吹开关，被充满了灭弧气体，例如六氟化硫，并使用电弧中释放的部分能量进行灭弧压力积聚以熄灭电弧，这意味着与例如双喷嘴功率开关相比，它需要更少的驱动能量。当电流路径打开时，电弧触点之间会点燃电弧，当超过特定于几何形状的最小电流强度时，电弧会完全关闭绝缘喷嘴窄处。电弧室通过加热通道与分离的加热体积相连，通过来自电弧室的热气体流入加热体积以及热气体与冷气体在加热体积中的混合而产生灭弧压力。

为了更有效积聚灭弧压力，加热体积通常以合适的方式分成两个部分体积。在小电流(工作电流，部分负载)的情况下，较小的部分体积优先用于灭弧压力积聚，在大电流的情况下，整个加热体积用于灭弧压力积聚。

到目前为止，加热体积的分离在现有技术中已经通过所谓的分离柱进行，该柱通过永久开口(例如简单的孔)连接两个部分体积。

本发明要解决的技术问题是能够将功率开关的加热体积改进地划分为两个部分体积。

本发明的技术问题是通过具有权利要求1的特征的分隔壁、一种具有权利要求10特征的用于制造这种分隔壁的方法和具有权利要求12特征的功率开关。

本发明的有利的实施例是从属权利要求的技术方案。

根据本发明的分隔壁用于将功率开关的加热体积划分为第一部分体积和第二部分体积，分隔壁包括至少一个壁开口，所述壁开口能够在部分体积之间实现气流动并且具有空气动力学的有效的开口面(或者说开口面积)，所述开口面取决于第一部分体积中的压力和第二部分体积中的压力之间的压力差。

壁开口的空气动力学的有效的开口面在此被理解为壁开口的有效横截面积，例如，它被定义为壁开口的几何(实际)开口面积和特定于开口的流量系数的乘积。壁开口的流量系数考虑了流动阻力，例如壁开口的形状、在壁开口中的嵌入件或经过壁开口的流动的方向改变的形式和/或频率。

根据本发明的分隔壁允许将从电弧室流入加热体积的热气体通过分隔壁中的特殊壁开口取决于热气体的压力分成加热体积的两个部分体积，壁开口的空气动力学有效的开口面取决于部分体积之间的压力差。这样就可以在考虑到热气体的压力和电弧强度的情况下，将热气体划分成两个部分体积。例如，可以实现在相对较小的压差下，热气体基本上只进入两个部分体积中的第一部分体积，因此在第一部分体积中没有或只有小的热气体损失发生，从而改善在第一部分体积中累积灭弧压力，从而提高了灭弧能力。随着压差的增加，越来越多的热气体从第一部分体积进入第二部分体积，从第一部分体积到第二部分体积的流动取决于压力差和至少一个壁开口的空气动力学有效的开口面。与具有与压力无关的空气动力学有效开口面的壁开口相比，因此可以引起从第一部分体积到第二部分体积的灭弧气体流，这即直接也间接取决于在壁开口的空气动力学有效的开口面上的压力差。这实现了在加热体积中灭弧气体压力的很好地适应了电弧强度的累积。

在一个实施方式中，分隔壁包括至少一个开口封闭件，借助所述开口封闭件能够至少部分地封闭壁开口并且开口封闭件的开启状态取决于压差。

在进一步的实施方式中，至少一个开口封闭件通过弹簧元件连接到分隔壁的邻接能至少部分被开口封闭件封闭的壁开口的分隔壁区域上，通过该弹簧元件、取决于压差的回复力能作用在开口封闭件上。

在进一步的实施方式中，弹簧元件包括由金属制成的弹簧或阀瓣或至少一个相应的弹性的塑料部件。

在进一步的实施方式中，至少一个开口封闭件通过弹性连接区域与分隔壁的分隔壁区域相连，所述分隔壁区域邻接能够至少部分被开口封闭件封闭的壁开口。

在进一步的实施方式中，至少一个壁开口被构造为部分体积之间的之字形或者蜿蜒的流道。

在进一步的实施方式中，至少一个蜿蜒的流道具有流阻元件，其能够由在流道中流动的气流弹性偏转。

在进一步的实施例中，分隔壁还具有至少一个壁加强件，其由加固材料制成，所述加固材料具有比其周围的或者说环境材料更高的强度，所述壁加强件嵌入所述环境材料中。

这种壁加强件或嵌件可以稳定结构，从而节省材料，优化空间，为灭弧气体提供更多空间并有效增加加热体积。

在进一步的实施方式中，分隔壁基本上具有空心柱形状，即形成为分离柱体。

在进一步的实施方式中，至少分隔壁的外表面由聚四氟乙烯制成。

根据本发明的一个方面，分隔壁是通过3D打印制造的。

通过这种方式，可以实现使用传统技术无法生产的形状。

在一个实施形式中，分隔壁被打印在载体构件上。通过这种方式，减少了单个零件的数量并使装配更容易。

本发明还涉及一种具有如上所述的分隔壁的功率开关，其中分隔壁将加热体积分成两个部分体积。

本发明的上述属性、特征和优点以及实现它们的方式在结合以下实施例的描述中更清楚和明确地理解，实施例结合附图进一步阐述。在附图中：

图1示出功率开关的示意剖视图，

图2示出功率开关的按照本发明的分隔壁的第一实施形式在壁开口的区域中的示意剖视图，

图3示出功率开关的按照本发明的分隔壁的第二实施形式在壁开口的区域中的示意剖视图，和

图4示出功率开关的按照本发明的分隔壁的第三实施形式在壁开口的区域中的示意剖视图。

相互对应的部件在附图中标以相同的附图标记。

图1是功率开关1在电弧室2区域内的示意剖面图。在电弧室2中，两个(未示出的)电弧接触元件之间点燃电弧，当打开和关闭电流路径时它们相对彼此移动。例如，第一电弧接触元件是销状的销元件，第二电弧接触元件是具有开口的管元件，当电流路径闭合时，销元件被移入其中，当电流路径打开时，销元件从中移出。

功率开关1可以设计为自压缩功率开关，其转换电弧中释放的能量以产生灭弧压力积聚，从而与双喷嘴功率开关相比，它需要更少的驱动能量。在断开过程中，即当电流路径打开时，电弧接触元件之间点燃电弧，当超过几何形状特定的最小电流强度时，该电弧完全关闭绝缘喷嘴窄处。电弧室2通过加热通道4与分离的加热体积3连接，其中通过从电弧室2流入的热气体及其与加热体积3中的冷气体的混合而产生灭弧压力。箭头表示气体的气体流动H的方向。电弧室2和加热体积3基本上相对旋转轴A旋转对称，电弧接触元件沿旋转轴A相对彼此移动。旋转轴A穿过电弧室2，加热体积3是沿径向r与旋转轴A相间隔的围绕旋转轴A布置的体积。

为了更有效地建立灭弧压力，加热体积3以适当的方式分成两个部分体积3.1，3.2。对于小电流(工作电流、部分负载)，优先使用第一部分体积3.1用于灭弧压力积聚，对于大电流，整个加热体积3被用于灭弧压力积聚。

加热体积3的分离在现有技术中通过分隔壁5进行，特别是所谓的分离筒，其具有永久壁开口6(例如简单的孔)，其连接两个部分体积3.1、3.2。

在壁开口6的区域中分隔壁5的根据本发明的实施例如图2至图4所示。这些壁开口6各自具有取决于第一部分体积3.1中的压力与第二部分体积3.2中的压力之间的压差的、空气动力学有效的开口面。压差定义为第一部分体积3.1中的压力减去第二部分体积3.2中的压力的结果。在电弧室2中通过电弧加热的灭弧气体最初流经加热通道4，主要进入加热体积3的第一部分体积3.1。从那里，一部分灭弧气体流入第二部分体积3.2，其中从第一部分体积3.1到第二部分体积3.2的流量随着压差的增加而增加，并且随着该随着压力差增加的空气动力学有效的壁开口6的开口面而增加。

根据本发明的分隔壁5还可以具有至少一种壁加固件12，其由加固材料制成，其具有比嵌入壁加固件的环境材料更高的强度。例如，环境材料是聚四氟乙烯，并特别形成分隔壁的外表面。环境材料和加固材料是不导电的材料。

分隔壁5具有本质上空柱形，其柱轴与旋转轴A重合。

图2是功率开关1的按照本发明的分隔壁5的第一实施形式在壁开口的区域中的示意剖视图。分隔壁5具有开口封闭件7，借助其至少部分地封闭壁开口6并且其打开状态取决于压差。

开口封闭件7通过弹簧元件8连接到分隔壁5的分隔壁区域(其邻接至少部分被开口封闭件7封闭的壁开口6)上，通过该弹簧元件8、取决于压差的回复力作用在开口封闭件7上。

弹簧元件8可以包括由金属制成的弹簧或阀瓣或至少一个相应有弹性的塑料部件。在所示的实施例中，开口封闭件7包括楔形元件，其在气流H中具有倾斜面，使得楔形元件被气流H横向于气流H地、抵抗弹簧元件8的力地挤压。压差越大，开口封闭件7的打开得越大，并且壁开口6的空气动力学有效开口表面变得越大。

图3是本发明的用于功率开关1的分隔壁5第二实施例在壁开口6区域中的剖面示意图。壁开口6在第一部分体积3.1和第二部分体积3.2之间形成蜿蜒的流道10。流道10可以具有流阻元件9，其可由在流道10中流动的气流H弹性偏转。压差越大，通过流道10的气体流量越高，由流道10形成的壁开口6的空气动力学有效开口面积就越大。

图4是按照本发明的用于功率开关1的分隔壁5的第三实施形式在壁开口6的区域中的示意剖视图。壁开口6可以通过开口封闭件7至少部分封闭，其打开状态取决于压差。开口封闭件7通过弹性连接区域11连接到分隔壁的分隔壁区域，其邻接至少部分被开口封闭件7封闭的壁开口6。压差越大，开口封闭件7的打开得越大，并且壁开口6的空气动力学有效开口表面变得越大。

分隔壁5是用3D打印制成的。例如，分隔壁5被印在载体构件13上。通过这种方式，减少了单个部件的数量并使组装更容易。

图2至图4所示的实施例的特征可以彼此自由组合，特别是在图2至图4所示的实施例之间。此外，分隔壁5可以具有区别于空心柱体的基本形状。

尽管本发明已通过优选实施例作了进一步的阐释和详细描述，但本发明不受所公开实施例的限制，其它变化形式可以由本领域技术人员由此推导出来，而不会脱离本发明的保护范围。

Claims (12)

1.一种分隔壁(5)，其用于将功率开关(1)的加热体积(3)划分为第一部分体积(3.1)和第二部分体积(3.2)，所述分隔壁(5)包括

-至少一个壁开口(6)，所述壁开口在部分体积(3.1、3.2)之间实现气流(H)，

-其中壁开口(6)具有取决于第一部分体积(3.1)中的压力和第二部分体积(3.2)中的压力之间的压力差的空气动力学的有效的开口面。

2.按照权利要求1所述的分隔壁(5)，其具有至少一个开口封闭件(7)，借助所述开口封闭件能够至少部分地封闭开口(6)并且开口封闭件的打开状态取决于压力差。

3.按照权利要求2所述的分隔壁(5)，其中，至少一个开口封闭件(7)通过弹簧元件(8)连接到分隔壁(5)的邻接能至少部分被开口封闭件(7)封闭的壁开口(6)的分隔壁区域上，通过该弹簧元件、取决于压力差的回复力作用在开口封闭件(7)上。

4.按照权利要求2或3所述的分隔壁(5)，其中，至少一个开口封闭件(7)通过弹性连接区域(11)与分隔壁(5)的分隔壁区域相连，所述分隔壁区域邻接能够至少部分被开口封闭件(7)封闭的壁开口(6)。

5.按照前述权利要求任一项所述的分隔壁(5)，其中，至少一个壁开口(6)被构造为部分体积(3.1、3.2)之间的蜿蜒的流道(10)。

6.按照权利要求5所述的分隔壁(5)，其中，至少一个蜿蜒的流道(10)具有流阻元件(9)，流阻元件(9)能够由在流道(10)中流动的气流(H)弹性偏转。

7.按照前述权利要求任一项所述的分隔壁(5)，分隔壁还具有至少一个壁加强件(12)，所述壁加强件由加固材料制成，所述加固材料具有比环境材料更高的强度，所述壁加强件(12)嵌入所述环境材料中。

8.按照前述权利要求任一项所述的分隔壁(5)，分隔壁具有基本上空心柱形状。

9.按照前述权利要求任一项所述的分隔壁(5)，其中，至少分隔壁的外表面由聚四氟乙烯制成。

10.一种制造按照前述权利要求任一项所述的分隔壁(5)的方法，所述制造借助3D打印进行。

11.按照权利要求10所述的方法，其中，分隔壁(5)被打印在载体构件(13)上。

12.一种功率开关(1)，其具有按照权利要求1至9中任一项所述的分隔壁(5)，其中，分隔壁(5)将加热体积(3)划分为两个部分体积(3.1、3.2)。

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