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Die
Erfindung betrifft eine Armatur eines Leistungsschalters zum Verbinden
eines Festkontaktes eines Kontaktsystems des Leistungsschalters
mit einer Stromschiene einer Schaltanlage, welche Armatur ein Anschlussmittel
aus einem ersten Material mit hoher elektrischer Leitfähigkeit
einzig zur Verbindung des Festkontaktes mit der Stromschiene unter Ausbildung
eines Strompfades und einen wärmeleitend
an dem Anschlussmittel angeordneten Kühlkörper aus einem zweiten Material
mit hoher Wärmeleitfähigkeit
aufweist.
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Eine
derartige Armatur ist beispielsweise aus der
DE 10 2004 050 786 B4 bekannt.
Die Kupplungsvorrichtung als Armatur ist zum Verbinden eines Festkontaktes
eines Kontaktsystems eines Leistungsschalters mit einer Stromschiene
vorgesehen und umfasst ein Anschlussmittel aus einem Material mit
hoher elektrischer Leitfähigkeit
zum Verbinden des Festkontaktes mit der Stromschiene unter Ausbildung
eines Strompfades sowie einen Kühlkörper aus
einem Material mit hoher Wärmeleitfähigkeit.
Der Kühlkörper ist
dabei an dem Anschlussmittel wärmeleitend
angeordnet.
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Eine
andere Armatur ist beispielsweise aus der
EP 1 326 262 A1 bekannt.
Die dort offenbarte Polarmatur umfasst einen Polkopf als Armatur,
welcher zum Verbinden eines Festkontaktes einer Unterbrechereinheit
als Kontaktsystem mit einer Stromschiene einer Schaltanlage ausgebildet
ist. Der Polkopf als Armatur ist einstückig aus Aluminium als Aluminiumgussteil
ausgebildet und weist die Funktionen Stromleitung zum Kontaktsystem
und Kühlung
des Strompfades auf.
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Aufgabe
der vorliegenden Erfindung ist es, eine Armatur der eingangs erwähnten Art
weiterzubilden, welche bei einer kostengünstigen Konstruktion über verbesserte
Eigenschaften hinsichtlich der Stromtragfähigkeit und der Wärmeleitfähigkeit
verfügt.
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Erfindungsgemäß gelöst wird
diese Aufgabe bei einer Armatur der eingangs erwähnten Art dadurch, dass die
Armatur ein Anschlussmittel aus einem ersten Material mit hoher
elektrischer Leitungsfähigkeit
einzig zur Verbindung des Festkontaktes mit der Stromschiene unter
Ausbildung eines Strompfades und einen wärmeleitend an dem Anschlussmittel angeordneten
Kühlkörper aus
einem zweiten Material mit hoher Wärmeleitfähigkeit aufweist, wobei der Kühlkörper das
Anschlussmittel formschlüssig
umgibt.
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Mit
anderen Worten ist die Armatur des Leistungsschalters erfindungsgemäß aus einem
Anschlussmittel und einem formschlüssig das Anschlussmittel umgebenden
Kühlkörper aufgebaut, wodurch
in vorteilhafterweise sowohl für
das Anschlussmittel wie auch für
den Kühlkörper verschiedene
Materialien gewählt
werden können,
so dass in einfacher Weise die Stromtragfähigkeit der Armatur und damit
des Leistungsschalters verbessert werden kann, weil für das Anschlussmittel
ein Material mit hoher elektrischer Leitfähigkeit und damit geringst
möglichem
Widerstand gewählt
werden kann, wohingegen für
den Kühlkörper ein
Material mit einer guten Wärmeleitfähigkeit,
welches gleichzeitig kostengünstig
ist, verwendbar ist. Dadurch ist in vorteilhafter Weise die Armatur
in ihren Eigenschaften bezüglich der
Stromtragfähigkeit
und der Wärmeleitung
in einfacher Weise verbessert und weist gleichzeitig einen kostengünstigen
Aufbau auf.
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In
einer bevorzugten Ausführungsform
weist der Kühlkörper Befestigungsmittel
zur Befestigung der Armatur am Leistungsschalter auf. Dadurch ist
in einfacher Weise eine Befestigung der Armatur am Leistungsschalter
ermöglicht.
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In
weiterer Ausgestaltung der Erfindung weist das Anschlussmittel einen
ersten und einen zweiten Schenkel mit einer ersten und einer zweiten Anschlussfläche zum
Anschließen
der Stromschiene und zum Anschließen des Festkontaktes auf.
Mit anderen Worten ist das Anschlussmittel mit einem ersten und
einem zweiten Schenkel etwa L-förmig
ausgestaltet, wodurch in vorteilhafter Weise ein kompaktes und kostengünstiges
Anschlussmittel ausgebildet ist, weil durch die L-förmige Ausgestaltung
der Materialaufwand für
das Anschlussmittel geringstmöglich gehalten
werden kann.
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In
einer weiteren bevorzugten Ausgestaltung verfügt das Anschlussmittel über Ausnehmungen
in derartiger Anordnung, dass der durch Gießen hergestellte Kühlkörper im
ausgehärteten
Zustand das Anschlussmittel formschlüssig umgreift. Mittels derartiger
Ausnehmungen, beispielsweise in Form von Nuten und/oder Stufen,
ist in einfacher Weise eine formschlüssige Verbindung des Kühlkörpers mit
dem Anschlussmittel möglich,
weil der nach dem Gießen ausgehärtete Kühlkörper in
die Ausnehmungen und Stufen des Anschlussmittels eingreift und damit
das Anschlussmittel umgreift, so dass eine innige Verbindung zwischen
dem Kühlkörper und
dem Anschlussmittel ausgebildet ist.
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In
einer weiteren vorteilhaften Ausführungsform weist der Kühlkörper innen-
und außenliegende Kühlrippen
auf. Durch innen- und außenliegende Kühlrippen
ist eine große
Fläche
zur Abstrahlung und Konvektion der vom Kühlkörper aus dem Strompfad aufgenommenen
Wärme ermöglicht.
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Die
Erfindung betrifft des Weiteren ein Verfahren zur Herstellung einer
Armatur eines Leistungsschalters zum Verbinden eines Festkontaktes eines
Kontaktsystems des Leistungsschalters mit einer Stromschiene einer
Schaltanlage.
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Ein
derartiges Verfahren ist ebenfalls aus der
EP 1 326 262 A1 bekannt.
Das dort offenbarte Verfahren umfasst einen einzigen Verfahrensschritt
des Gießens
des Polkopfes und des Polträgers
als Polarmatur.
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Aufgabe
der vorliegenden Erfindung ist es weiterhin, ein Verfahren der oben
erwähnten
Art anzugeben, mit welchem eine Armatur bei einer kostengünstigen
Konstruktion mit verbesserten Eigenschaften hinsichtlich der Stromtragfähigkeit
und der Wärmeleitfähigkeit
in einfacher Weise herstellbar ist.
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Erfindungsgemäß gelöst wird
diese Aufgabe bei einem Verfahren der oben erwähnten Art durch die Schritte
- – Ausbilden
eines Anschlussmittels (14) mit aus einem ersten Material
mit einer hohen elektrischen Leitfähigkeit und
- – Umgießen des
Anschlussmittels (14) mit einem zweiten Material mit hoher
Wärmeleitfähigkeit
unter Ausgestaltung eines Kühlrippen
(27, 29, 30) aufweisenden Kühlkörpers (17).
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Ein
derartiges Verfahren ist besonders vorteilhaft zur Ausbildung bzw.
Herstellung einer Armatur, weil durch das separate Ausbilden eines
Anschlussmittels dieses hinsichtlich seiner Stromtragfähigkeit
optimal ausgestaltet werden kann, wobei der Materialbedarf möglichst
gering gehalten werden kann. Durch das Umgießen dieses Anschlussmittels mit
dem zweiten Material unter Ausgestaltung eines Kühlkörpers mit Kühlrippen kann für den Kühlkörper ein
Material ausgewählt
werden, welches kostengünstig
ist und eine ausreichende Wärmeleitfähigkeit aufweist.
Das Umgießen
des Anschlussmittels mit dem zweiten Material führt ferner zu einer formschlüssigen Umgebung
des Anschlussmittels mit dem aus dem zweiten Material ausgestalteten
Kühlkörper, weil
durch unterschiedliche Materialausdehnungskoeffizienten des ersten
und des zweiten Materials, besonders bevorzugt Aluminium als zweitem Material
des Kühlkörpers und
Kupfer als erstem Material des Anschlussmittels, die formschlüssige Umgebung
unterstützt
wird, weil das in die Ausnehmungen während des Gießprozesses
fließende
Aluminium mit einem geringeren Materialausdehnungskoeffizient sich
bei Abkühlen
und Erstarren stärker
zusammenzieht als das Kupfer, wodurch ein gu ter Formschluss zwischen
dem Kühlkörper und
dem Anschlussmittel erzeugt wird. Eine derartige formschlüssige Umgebung
des Anschlussmittels führt
somit in besonders vorteilhafter Weise zu einer guten Wärmeleitfähigkeit
zwischen dem Anschlussmittel und dem Kühlkörper.
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Besonders
bevorzugt umfasst das erfindungsgemäße Verfahren vor dem Umgießen das
Erwärmen
des Anschlussmittels auf eine Temperatur, welche kleiner ist als
die Schmelztemperatur des ersten und des zweiten Materials. Durch
das Erwärmen wird
in einfacher Weise die Oberfläche
von Ablagerungen und Oxiden befreit, so dass eine saubere, zunderfreie
Oberfläche
entsteht, die zu einem guten Wärmekontakt
und damit zu einer guten Wärmeleitung
zwischen dem Anschlussmittel und dem Kühlkörper beiträgt.
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Die
Erfindung wird im Folgenden anhand der Zeichnung und eines Ausführungsbeispiels
mit Bezug auf die beiliegenden Figuren näher erläutert.
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Es
zeigen:
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1 eine
perspektivische Darstellung eines Leistungsschalters mit erfindungsgemäßen Armaturen;
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2 einen
Schalterpol des Leistungsschalters der 1 in einer
perspektivischen Ansicht;
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3 eine
Schnittansicht durch eine erfindungsgemäße Armatur;
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4 eine
perspektivische Ansicht eines Kühlkörpers der
erfindungsgemäßen Armatur;
und
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5 eine
perspektivische Ansicht eines Anschlussmittels der erfindungsgemäßen Armatur.
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1 zeigt
einen Leistungsschalter 1 zur Verwendung in einer figürlich nicht
dargestellten Schaltanlage zum Schalten eines über Stromschienen der Schaltanlage,
den Leistungsschalter 1 und weitere Stromschienen der Schaltanlage
geführten Stromes,
wobei der Leistungsschalter 1 Schalterpole 2, 3, 4 aufweist.
Die Schalterpole 2, 3, 4 sind mit ihren Isolierstoffgehäusen 5, 6, 7 an
einer Tragevorrichtung 8 des Leistungsschalters 1 gehalten.
Die Schalterpole 2, 3, 4 sind mit Armaturen 9, 10, 11 versehen, welche
mit Bezug auf die 2 näher erläutert werden. Die Schalterpole 2, 3, 4 umfassen
Kontaktsysteme mit einem Festkontakt und einem Bewegkontakt, welche
mittels einer in einem Antriebsraum 1a des Leistungsschalters 1 angeordneten
Antriebskinematik zum Schalten des über den Leistungsschalter geführten Stromes
ausgebildet sind.
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2 zeigt
eine perspektivische Darstellung des Schalterpols 2, wobei
die Schalterpole 3 und 4 der 1 identisch
aufgebaut sind. Der Schalterpol 2 mit seinem Isolierstoffgehäuse 5 umfasst
einen Polkopf als Armatur 9 und einen Polträger 12,
zwischen denen eine Vakuumschaltröhre 13 angeordnet
ist. Die Vakuumschaltröhre
als Kontaktsystem 13 des Schalterpols 2 umfasst
einen Bewegkontakt, welcher leitend mit dem Polträger 12 verbunden
ist, sowie einen Festkontakt, welcher leitend mit der Armatur 9 verbunden
ist. Der Polträger 12 umfasst
ein Anschlussteil zum Verbinden mit einer Stromschiene der Schaltanlage.
Die Armatur 9 umfasst ein Anschlussmittel 14 mit
einer ersten Anschlussfläche 15, an
welchem Verbindungsmittel 16 in Form von Verschraubungsmitteln
ebenfalls zur Befestigung an einer weiteren Stromschiene der Schaltanlage
vorgesehen sind, so dass das Anschlussmittel 14 einzig zur
Verbindung des Festkontaktes des Kontaktsystems mit der Strom schiene
der Schaltanlage unter Ausbildung eines Strompfades vorgesehen ist.
Die Armatur 9 weist des Weiteren einen Kühlkörper 17 auf,
welcher das Anschlussmittel 14 formschlüssig umgibt und mit dem Anschlussmittel 14 wärmeleitend verbunden
ist; der Kühlkörper 17 trägt daher
nicht bzw. nicht nennenswert zur Stromleitung bei.
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3 zeigt
eine Schnittansicht durch die erfindungsgemäße Armatur 9 der 2.
Das Anschlussmittel 14 umfasst einen ersten Schenkel 18 mit
einer ersten Anschlussfläche 19 sowie
einen zweiten Schenkel 20 mit einer zweiten Anschlussfläche 21,
wobei die erste Anschlussfläche 19 und
die zweite Anschlussfläche 21 senkrecht
zueinander ausgerichtet sind. Diese im Wesentlichen L-förmige Ausgestaltung
des Anschlussmittels 14 ergibt einen materialsparenden
Aufbau des Anschlussmittels 14. An einem Ende 22 des
ersten Schenkels 18 ist eine erste Ausnehmung 23 vorgesehen
und an einem Ende 24 des zweiten Schenkels 20 sind
eine Stufe 25 und eine zweite Ausnehmung 26 ausgebildet.
Der Kühlkörper 17 greift
in die erste Ausnehmung 23 und die Stufe 25 sowie
die zweite Ausnehmung 26 ein und umgibt das Anschlussmittel 14 formschlüssig.
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4 zeigt
den Kühlkörper 17 in
einer perspektivischen Ansicht, wobei der Kühlkörper 17 über Befestigungsmittel 28 verfügt, mit
welchen die Armatur 9 am Schalterpol 2 des Leistungsschalters 1 befestigbar
ist. Der Kühlkörper 17 umfasst
weiterhin eine Vielzahl von Kühlrippen,
wobei eine Außenkontur
des Kühlkörpers 17 durch
außenliegende
Kühlrippen 29 gebildet
ist, und der Kühlkörper auch
innen liegende Kühlrippen 30 aufweist.
Durch die außen
liegenden Kühlrippen 29 und
die innen liegenden Kühlrippen 30 ist
somit insgesamt eine große
Fläche
zum Wärmeaustausch
und zum Abführen
der im Strompfad des Anschlussmittels 14 entstehenden Wärme ausgebildet.
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5 zeigt
eine perspektivische Ansicht des Anschlussmittels 14 der
erfindungsgemäßen Armatur 9.
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Das
Anschlussmittel 14 wird als Kupferteil in der Ausgestaltung
gemäß der 5 in
einem ersten Herstellungsschritt, beispielsweise durch Fräsen, ausgebildet.
Das Anschlussmittel wird dann erwärmt, so dass die Oberfläche zunderfrei
und sauber ist, um in einem nächsten
Schritt in einer Form mit Aluminium umgossen zu werden, wobei die
Form der Ausgestaltung des Kühlkörpers 17 der 4 entspricht. Durch
das Umgießen
wird somit eine formschlüssige Umgebung
des Anschlussmittels 14 von dem Kühlkörper 17 erzeugt, wobei
durch die unterschiedlichen Materialausdehnungskoeffizienten von
Aluminium als Material des Kühlkörpers 17 und
Kupfer als Material des Anschlussmittels 14 die formschlüssige Umgebung
unterstützt
wird, weil das in die erste Ausnehmung, die zweite Ausnehmung und
die Stufe während
des Gießprozesses
fließende
Aluminium mit einem geringeren Materialausdehnungskoeffizient sich bei
Abkühlen
und Erstarren stärker
zusammenzieht als das Kupfer, wodurch ein guter Formschluss zwischen
dem Kühlkörper 17 und
dem Anschlussmittel 14 erzeugt wird.
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- 1
- Leistungsschalter
- 1a
- Antriebsraum
- 2,
3, 4
- Schalterpol
- 5,
6, 7
- Isolierstoffgehäuse
- 8
- Tragevorrichtung
- 9,
10, 11
- Armaturen
- 12
- Polträger
- 13
- Vakuumschaltröhre
- 14
- Anschlussmittel
- 15
- Anschlussfläche
- 16
- Befestigungsmittel
- 17
- Kühlkörper
- 18
- Erster
Schenkel
- 19
- Erste
Anschlussfläche
- 20
- Zweiter
Schenkel
- 21
- Zweite
Anschlussfläche
- 22
- Ende
des ersten Schenkels
- 23
- Erste
Ausnehmung
- 24
- Ende
des zweiten Schenkels
- 25
- Stufe
- 26
- Zweite
Ausnehmung
- 27
- Kühlrippen
- 28
- Befestigungsmittel
- 29
- Außenliegende
Kühlrippen
- 30
- Innenliegende
Kühlrippen