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Die
Erfindung betrifft ein Verfahren zur (nachträglichen) Herstellung
einer mehrpoligen Anschluss- oder Abgangsstelle für eine
Stromschiene mit koaxial angeordneten, rohrförmigen Teilleitern und
mit dazwischen liegenden Isolierschichten. Weiterhin betrifft die
Erfindung eine mehrpolige Anschluss- oder Abgangsstelle für
eine derartige Stromschiene sowie eine Stromschiene mit zumindest
einer derartigen Anschluss- oder Abgangsstelle.
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In
der deutschen Offenlegungsschrift
DT 1 803 363 sind elektrische Mittelspannungsleiter
mit koaxial angeordneten, rohrförmigen Phasenleitern mit
dazwischen angeordneten Isolationsschichten beschrieben. Die dortigen
Mittelspannungsleiter sind für Stromstärken von
etlichen 10 kA und Spannungswerten von etlichen 10 kV ausgelegt.
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Aus
der deutschen Offenlegungsschrift
DE 197 23 441 A1 ist ein koaxialer Schienenverteiler
bekannt, bei welchem Rohre bzw. Leiter der Länge nach offen
sind und zwischen einer spiralförmigen Isolierfolie angeordnet
sind. Die Leiter werden bei der Herstellung als flache Folien nebeneinander
auf einer gemeinsamen Isolierfolie angeordnet, die später zusammen
mit den Leitern spiralförmig zu einem Rohr aufgerollt wird.
In einer dortigen Ausführungsform (siehe
1)
werden bei der Herstellung des Schienenverteilers, das heißt
im unaufgerolltem Zustand, quer zu den Leitern Abgriffe für
Abgangsstellen vorgesehen, wobei die Abgriffe eine Streifenform aufweisen
und gegen die anderen Leiter isoliert sind. Unisoliert sind die
Abgriffe nur an den Endstellen. Im Anschluss werden die Leiter zusammen
mit der Isolierfolie zu dem koaxialen Schienenleiter aufgerollt.
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Aus
der deutschen Offenlegungsschrift
DE 101 46 503 A1 ist eine in einem Gehäuse
untergebrachte elektrische Installationsverteilung beschrieben.
Letzere weist einen in das Gehäuse eingeführten
Zugangsleiter und zu einzelnen Verbrauchern führende Abgangsleiter,
elektrische Installationsgeräte und eine Tragplatte zur
Halterung der Installationsgeräte auf. Bei den Installationsgeräten
handelt es sich z. B. um Fehlerstromschutzgeräte, Leitungsschutzgeräte
und dergleichen, die mit mit dem Zugangsleiter und den Abgangsleitern
verbundenen Stromschienen mittels einer Steckverbindung verbindbar
sind. Die Stromschienen sind unterhalb der Tragplatte angeordnet,
und die Tragplatte weist Öffnungen auf, in die an den Installationsgeräten
angeordnete Steckelemente zu den Stromschienen hin einführbar
sind. Die Stromschienen unterschiedlicher Phasen und Zu- und Abgängen
sind in gleichen Ebenen gegeneinander und voneinander isoliert angeordnet
und in ein Isoliergehäuse eingebettet, vorzugsweise eingegossen.
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Die
betrachteten Stromschienen sind vorzugsweise zum Verteilen und zum
Transportieren von Strömen mit Stromwerten bis ca. 6300
A vorgesehen. Sie sind insbesondere für Wechselspannungen
im Niederspannungsbereich bis 1000 V vorgesehen. Typischerweise
weist eine derartige Stromschiene fünf konzentrisch angeordnete
Teilleiter auf, wobei drei dieser Rohre für drei Stromphasen,
ein Rohr für den Neutralleiter und zumeist das äußeres Rohr
für die Schutzerde vorgesehen sind. Die Teilleiterrohre
sind üblicherweise aus Metall, insbesondere aus Kupfer,
aus Aluminium oder aus einer geeigneten Kupfer- oder Aluminiumlegierung
hergestellt. Die dazwischen liegenden, koaxialen Isolationsschichten sind üblicherweise
aus einem elektrisch isolierenden Kunststoff hergestellt.
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Ausgehend
von dem eingangs genannten Stand der Technik ist es eine Aufgabe
der Erfindung, ein Verfahren zur insbesondere nachträglichen
Herstellung einer mehrpoligen Anschluss- oder Abgangsstelle für
eine Stromschiene mit koaxial angeordneten, rohrförmigen
Teilleitern und mit dazwischen liegenden Isolierschichten anzugeben.
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Es
ist eine weitere Aufgabe der Erfindung, eine mehrpolige Anschluss-
oder Abgangsstelle für eine derartige Stromschiene sowie
eine Stromschiene mit zumindest einer derartigen Anschluss- oder Abgangsstelle
anzugeben.
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Erfindungsgemäß umfasst
das Verfahren nachfolgende Schritte:
- – Einbringen
jeweils eines radial verlaufenden Sacklochs in die Stromschiene,
zumindest für die innenliegenden Teilleiter, wobei das
jeweilige Sackloch eine sich in Querrichtung erstreckende, vorgebbare
Mindestabmessung aufweist und wobei sich das jeweilige Sackloch
von einer radialen Außenseite der Stromschiene bis zu dem
zu kontaktierenden Teilleiter erstreckt,
- – Einsetzen eines Anschlussbolzens in das jeweilige
Sackloch und elektrische Kontaktierung mit dem jeweiligen Teilleiter
unter Einhaltung eines sich in Querrichtung erstreckenden Mindestabstands
zwischen den jeweiligen Anschlussbolzen und einer jeweiligen Innenseite
des Sacklochs,
- – Ausfüllen der zwischen den jeweilige Anschlussbolzen
und den jeweiligen Sacklöchern verbleibenden Hohlräume
mit einem aushärtenden Isolierstoff und
- – Abwarten einer Aushärtezeit.
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Das
erfindungsgemäße Verfahren ermöglicht
eine einfache Herstellung einer Anschluss- oder Abgangsstelle an
einer beliebigen Stelle der Stromschiene. Im Besonderen kann die
Anschluss- oder Abgangsstelle nachträglich hergestellt
werden. Im Vergleich zum Stand der Technik sind hierzu keine speziellen
Ausführungen der Teilleiter erforderlich. Durch das Verfüllen
der entstehenden koaxialen Hohlräume am Ende des Herstellungsverfahrens werden
die Anforderungen an die Einhaltungen von Luft- und Kriechstrecken
sowie die Anforderungen an die Wärmeübertragung
und Kurzschlussfestigkeit erfüllt.
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Bei
Bedarf können die jeweiligen rohrförmigen Teilleiter
zumindest einen in Umfangrichtung verteilt angeordneten, axial verlaufenden
Anschweißbereich oder Anschweißsteg aufweisen.
In diesen Bereichen weist dann der jeweilige rohrförmige
Teilleiter einen dickeren radialen Durchmesser auf. Die „verdickten” Bereiche
weisen vorzugsweise eine tangentiale Breite auf, die mindestens
so groß ist wie der Durchmesser des zu kontaktierenden
Anschlussbolzens.
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Um
eine Kontaktierung der innenliegenden Teilleiter zu ermöglichen,
sind die radial von außen nach innen aufeinanderfolgenden
Teilleiterrohre im Bereich der Anschluss- oder Abgangsstelle zu öffnen.
Die einzubringenden Sacklöcher sind vorzugsweise Bohrungen
mit einem kreisförmigen Querschnitt. Die Anzahl der erforderlichen
Bohrungen entspricht vorzugsweise der Anzahl der innenliegenden Teilleiter.
Die jeweilige Bohrung ist mit einer derart bemessenen radialen Tiefe
einzubringen, dass die Oberfläche des zu kontaktierenden
Teilleiters (gerade) erreicht bzw. freigelegt ist. Vorzugsweise
werden die eingebrachten Sacklöcher bzw. die Bohrungen mittels
Druckluft „ausgeblasen”, um gegebenenfalls verbliebene
metallische Späne zu entfernen.
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Anschließend
erfolgt die elektrische Kontaktierung der vorzugsweise aus Kupfer,
aus Aluminium oder aus einer geeigneten Kupfer- oder Aluminiumlegierung
hergestellten Anschlussbolzen mit dem jeweiligen Teilleiter. Danach
werden die zur Einhaltung der geforderten Luft- und Kriechstrecken
zwischen den jeweiligen Teilleitern und den einzelnen Anschlussbolzen
verbleibenden koaxialen Hohlräume mit einem flüssigen,
aushärtenden Isolationsstoff verfüllt. Ein derartiger
Isolationsstoff kann z. B. ein sogenanntes Epoxidharz sein. Zugleich
verleiht der ausgehärtete Isolationsstoff dem eingebrachten
jeweiligen Anschlussbolzen nach Aushärten eine zusätzliche
mechanische Stabilität.
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Nach
einer vorteilhaften Ausführungsform erfolgt die Kontaktierung
der Anschlussbolzen mit dem jeweiligen Teilleiter mittels eines
Rotationsreibschweißverfahrens. Dabei werden die Anschlussbolzen
unter Drehung und unter Aufbringung eines Anpressdrucks mit dem
jeweiligen zu kontaktierenden Teilleiter zusammengefügt.
Die beim Reibschweißen auftretenden Temperaturen sind dabei
vergleichsweise niedrig, so dass der in diesem Bereich vorhandene
Isolierstoff nicht beschädigt wird. Die auf dieses Weise
erreichte elektrische Verbindung ist äußerst zuverlässig,
langlebig und vergleichsweise niederohrig. Sie ermöglicht
auch das Verbinden von zwei Werkstoffen, wie z. B. von Kupfer mit
Aluminium, die üblicherweise nicht miteinander verschweißt
werden können.
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Alternativ,
jedoch in fertigungstechnischer Hinsicht ungünstiger, kann
die Kontaktierung der jeweiligen Anschlussbolzen mit dem entsprechenden Teilleiter über
eine Lötung, über eine Punktverschweißung, über
eine Presspassung oder dergleichen erfolgen.
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Nach
einer weiteren vorteilhaften Verfahrensvariante weisen die Anschlussbolzen
jeweils eine derart bemessene Bolzenlänge auf, dass alle Anschlussbolzen
nach Kontaktierung der jeweilige Teilleiter eine gleiche, von der
radialen Außenseite der Stromschiene wegweisende Anschlusslänge
aufweisen. Dadurch können einheitliche Anschlussmittel für
die jeweiligen Anschlussbolzen vorgesehen sein. Die Anschlussbolzen
sind vorzugsweise an einem jeweiligen Anschlussende, welches dem
Kontaktierungsbereich gegenüberliegt, in ihrem Querschnitt erweitert.
Die Erweiterung kann einen kreisförmigen, einen viereckigen
oder einen sechseckigen Querschnitt aufweisen. Dadurch ist eine
besonders niederohmige Kontaktierung, wie z. B. mit einem Steckkontakt
eines Abgangskastens, möglich. Darüber hinaus kann
das jeweilige außenliegende Anschlussende ein Außengewinde
aufweisen, welches mit einem Innengewinde einer Anschlussmutter
korrespondiert.
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Nach
einer weiteren Ausführungsform werden alle Sacklöcher
axial miteinander fluchtend in der Stromschiene eingebracht. Mit „axial” sind
Richtungen parallel zur Längsachse bzw. zur Rotationsachse der
koaxialen Stromschiene bezeichnet. Dadurch vereinfacht sich die
Herstellung einer Anschluss- oder Abgangsstelle nochmals. Es ist
auch vorstellbar, dass entlang des Umfangs der Stromschiene, das
heißt in tangentialer Richtung, mehrere Reihen derartiger
Anschluss- oder Abgangsstellen angeordnet werden können.
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Die
Aufgabe wird weiterhin durch eine mehrpolige Anschluss- oder Abgangsstelle
für eine Stromschiene mit koaxial angeordneten, rohrförmigen Teilleitern
und mit dazwischen liegenden Isolierschichten gelöst. Erfindungsgemäß ist
die Anschluss- oder Abgangsstelle durch ein derartiges (nachträgliches)
Verfahren hergestellt.
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Schließlich
wird die Aufgabe durch eine Stromschiene mit koaxial angeordneten,
rohrförmigen Teilleitern und mit dazwischen liegenden Isolierschichten
gelöst, wobei die Stromschiene erfindungsgemäß zumindest
eine derartige Anschluss- oder Abgangsstelle aufweist. Es können
dabei entlang der Länge der Stromschiene eine Vielzahl
von solchen Anschluss- oder Abgangsstellen angebracht sein.
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Die
Erfindung sowie vorteilhafte Ausführungen der Erfindung
werden im Weiteren anhand der nachfolgenden Figuren näher
beschrieben. Es zeigen
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1 ein
Ablaufdiagramm des erfindungsgemäßen Verfahrens,
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2 beispielhaft
eine perspektivische Ansicht eines Endes einer Stromschiene mit
koaxial angeordneten Teilleitern und mit beispielhaft fünf
Anschlussbolzen,
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3 eine
axiale Ansicht der Stromschiene gemäß 2 mit
axial miteinander fluchtend angeordneten Anschlussbolzen,
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4 einen
radialen Schnitt durch die Reihe von Anschlussbolzen und durch die
Längsachse der Stromschiene gemäß der
in FIG eingetragenen Schnittlinie IV-IV und
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5 eine
vergrößerte Darstellung des in 4 umrandeten,
mit V bezeichneten Bereichs.
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1 zeigt
ein Ablaufdiagramm des erfindungsgemäßen Verfahrens.
Mit S1 ist ein Startschritt und mit S5 ein Endschritt des erfindungsgemäßen Verfahrens
bezeichnet. Im Verfahrensschritt S2 erfolgt das Einbringen eines
radialen Anschluss-Sacklochs für jeden innenliegenden Teilleiter.
Im nachfolgenden Verfahrensschritt S3 erfolgt ein Kontaktieren des
jeweiligen Teilleiters mit einem Anschlussbolzen. Anschließend
wird im Verfahrensschritt S4 der jeweilige koaxiale Hohlraum zwischen
Anschlussbolzen und Sackloch mit einem aushärtenden Isolierstoff ausgefüllt.
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2 zeigt
eine perspektivische Darstellung eines Endes einer Stromschiene 1 mit
beispielhaft fünf Anschlussbolzen 4. Die Stromschiene 1 weist
im Beispiel der vorliegenden 2 fünf
koaxiale, rohrförmige Teilleiter 2 aus Metall
auf, die jeweils voneinander durch eine rohrförmige Isolationsschicht 3 getrennt
sind. Es können anstelle des gezeigten kreisringförmigen
Querschnitts der Teilleiter 2 und der Isolationsschichten 3 auch
andere Querschnittsformen verwendet werden, wie z. B. ein rechteckiges,
ovales oder quadratisches Hohlprofil.
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Mit
dem Bezugszeichen A ist eine Längsachse der gezeigten Stromschiene 1 bezeichnet.
Die Stromtragefähigkeit jeder Phase kann bis zu 6300 A und
mehr betragen. Die gezeigte Stromschiene 1 wird vorzugsweise
in einem Niederspannungsbe reich, das heißt für
Spannungen bis ca. 1000 V, eingesetzt. Alternativ kann die Stromschiene 1 auch
für höhere Spannung, insbesondere in einem Mittelspannungsbereich
bis 20 kV, eingesetzt werden. In diesem Fall sind höhere
Anforderungen an die Spannungsisolation einzuhalten.
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Die
Teilleiter 2 bestehen vorzugsweise aus Aluminium oder Kupfer.
Die Isolationsschichten 3 sind typischerweise aus einem
Kunststoffpolymer hergestellt. Vorzugsweise erfolgt die Beschaltung
der Teilleiterrohre 2 in der Weise, dass das äußere
Teilleiterrohr 2 an Schutzerde PE geschaltet ist. Es folgen radial
von außen nach innen die drei Netzphasen L1, L2, L3. Der
ganz innenliegende Teilleiter 2 ist vorzugsweise an den
Neutralleiter N geschaltet. Das ganz innenliegende Teilleiterrohr 2,
N weist einen Hohlraum H aus, der bei Bedarf zur Durchleitung eines
Kühlmittels genutzt werden kann.
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Mit
AS ist die radiale Außenseite der Stromschiene 1 bezeichnet.
Mit dem Bezugszeichen 7 ist eine mehrpolige Anschluss-
oder Abgangsstelle für die gezeigte Stromschiene 1 bezeichnet.
Sie umfasst die beispielhaft fünf Anschlussbolzen 4 zum
möglichen Anschluss von Abgangskästen zur Einspeisung oder
zur Entnahme eines jeweiligen Stroms. Die Anschlussbolzen 4 sind
jeweils in ein mit dem Bezugszeichen S bezeichnetes Sackloch eingesetzt
und weisen gemäß einer vorteilhaften Ausführungsform bereits
eine einheitliche Anschlusslänge AL auf. Mit dem Bezugszeichen 5 ist
ein bereits ausgehärteter Isolationsstoff bezeichnet. Er
ist vorzugsweise in radialer Richtung „hochgezogen”,
wie z. B. um wenige Millimeter, um das Entstehen von Kriechstrecken
zu vermeiden.
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Alternativ
oder zusätzlich kann zwischen dem jeweiligen Anschlussbolzen 4 und
dem Sackloch S eine isolierende Kunststoffhülse eingesetzt werden.
Dabei wirkt diese als Verdrängungskörper, der
das zuvor eingefüllte Harz von unten nach oben steigen
lässt. Lufteinschlüsse werden dadurch vermieden.
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Der
im rechten Teil der 2 gezeigte Anschlussbolzen 4 ist
direkt mit dem außenliegenden, auf Schutzerdepotential
PE liegenden Teilleiterrohr 2 kontaktiert. Eine Einbringung
eines Sacklochs bzw. einer Bohrung S ist in diesem Fall nicht erforderlich.
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3 zeigt
eine axiale Ansicht der in 2 gezeigten
koaxialen Stromschiene 1. In dieser Darstellung ist besonders
gut die miteinander fluchtende, axiale Anordnung der Anschlussbolzen 5 gezeigt.
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4 zeigt
einen radialen Schnitt durch die mehrpolige Anschluss- oder Abgangsstelle 7 sowie durch
die Längsachse A der Stromschiene 1 entlang der
in 3 eingetragenen Schnittlinie IV-IV. Wie die 4 zeigt,
sind die Sacklöcher S bzw. die Bohrungen mit unterschiedlicher
Tiefe in der Stromschiene 1 eingebracht, um den jeweilige
Teilleiter 2 zu kontaktieren. Die gezeigten Anschlussbolzen 4 sind
dabei mittels eines Rotationsreibschweißverfahrens mit dem
zugehörigen Teilleiter 2 unlösbar kontaktiert. Weiterhin
weisen die Anschlussbolzen 4 eine derart bemessene Bolzenlänge
B1–B5 auf, dass alle Anschlussbolzen 4 eine gleiche
Anschlusslänge AL aufweisen.
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5 zeigt
eine vergrößerte Darstellung des in 4 umrandeten,
mit V bezeichneten Bereichs. In dieser Darstellung ist erkennbar,
wie der dortige Anschlussbolzen 4 unter Einhaltung eines
vorgegebenen Mindestabstandes MA in das gezeigte Sackloch S eingebracht
ist. Mit ID ist der Innendurchmesser der Bohrung S bzw. des Sacklochs
und mit AD der Außendurchmesser des zylindrischen Anschlussbolzens 4 bezeichnet.
Weiterhin ist mit IS eine radiale Innenseite des Sacklochs S bezeichnet. Mit
dem Bezugszeichen 5 ist der ausgehärtete Isolationsstoff
zur Herstellung der Isolation und zur Einhaltung der Luft- und Kriechstellen
zwischen den Anschlussbolzen 4 und den jeweiligen Teilleitern 2 bezeichnet.
Mit K ist der Kontaktierungsbereich bezeichnet. Nach Anwendung des
Rotationsreibschweißverfahrens sind der Teilleiter N, 2 und
der An schlussbolzen 4 in diesem Bereich K unlösbar
miteinander verschweißt. Mit D ist die radiale Dicke des Teilleiterrohrs
N, 2 bezeichnet. Sie liegt typischerweise in einem Bereich von 2–5
mm.
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Obwohl
die Erfindung im Detail durch die Ausführungsbeispiele
näher illustriert und beschrieben wurde, so ist die Erfindung
nicht durch die offenbarten Beispiele eingeschränkt und
andere Variationen können vom Fachmann hieraus abgeleitet
werden, ohne den Schutzumfang der Erfindung zu verlassen.
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Zusammenfassend
wird ein Verfahren zur Herstellung einer mehrpoligen Anschluss-
oder Abgangsstelle 7 für eine Stromschiene 1 mit
koaxial angeordneten, rohrförmigen Teilleitern 2 und
dazwischen liegenden Isolierschichten 5 vorgeschlagen. Das
Verfahren umfasst folgende Schritte: Einbringen jeweils eines radialverlaufenden
Sacklochs S in die Stromschiene 1, wobei das Sackloch S
eine sich in Querrichtung erstreckende, vorgebbare Mindestabmessung
ID aufweist und sich von einer radialen Außenseite AS der
Stromschiene 1 bis zu dem zu kontaktierenden Teilleiter 2 erstreckt;
Einsetzen eines Anschlussbolzens 4 in das Sackloch S und
elektrische Kontaktierung mit dem Teilleiter 2 unter Einhaltung
eines Mindestabstands MA; Ausfüllen der verbleibenden Hohlräume
mit einem aushärtenden Isolierstoff 5 und Abwarten
einer Aushärtezeit.
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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- - DE 1803363
A [0002]
- - DE 19723441 A1 [0003]
- - DE 10146503 A1 [0004]