DE102015213608A1

DE102015213608A1 - Electrical switching contact and switchgear

Info

Publication number: DE102015213608A1
Application number: DE102015213608.6A
Authority: DE
Inventors: Vladimir Danov; Stephan Ippisch
Original assignee: Siemens AG
Current assignee: Siemens AG
Priority date: 2015-07-20
Filing date: 2015-07-20
Publication date: 2017-01-26

Abstract

Es wird ein elektrischer Schaltkontakt (1), umfassend einen Kontaktbolzen (2) mit einem ersten und zweiten Kontaktbereich (21, 22) vorgeschlagen, wobei der Kontaktbolzen (2) wenigstens ein Wärmerohr (4) aufweist, das sich vom ersten zum zweiten Kontaktbereich (21, 22) erstreckt und innerhalb eines Innenraumes (6) des Kontaktbolzens (2) angeordnet ist. Erfindungsgemäß ist der Innenraum (6) zusätzlich zum Wärmerohr (4) annähernd vollständig mit einem pulverartigen Wärmeleitmaterial (42) gefüllt. Die Erfindung betrifft weiterhin eine verkapselte Schaltanlage, die wenigstens einen erfindungsgemäßen elektrischen Schaltkontakt (1) umfasst.An electrical switching contact (1) comprising a contact pin (2) with a first and a second contact region (21, 22) is proposed, wherein the contact pin (2) has at least one heat pipe (4) extending from the first to the second contact region ( 21, 22) and disposed within an inner space (6) of the contact pin (2). According to the invention, the interior space (6), in addition to the heat pipe (4), is approximately completely filled with a powdery heat-conducting material (42). The invention further relates to an encapsulated switchgear comprising at least one electrical switching contact (1) according to the invention.

Description

Die Erfindung betrifft einen elektrischen Schaltkontakt zum Schalten oder Trennen eines elektrischen Stromes. Weiterhin betrifft die Erfindung eine verkapselte Schaltanlage, die wenigstens einen erfindungsgemäßen elektrischen Schaltkontakt umfasst. The invention relates to an electrical switching contact for switching or disconnecting an electric current. Furthermore, the invention relates to an encapsulated switchgear comprising at least one electrical switching contact according to the invention.

Elektrische Schaltkontakte oder Schaltanlagen, die elektrische Schaltkontakte zum Schalten oder Trennen eines elektrischen Stromes umfassen, sind konstruktiv derart auszulegen, dass diese eine hohe Nennstromtragfähigkeit aufweisen. Weiterhin sind sie dahingehend auszulegen, dass keine Überhitzung des elektrischen Schaltkontaktes während einer Belastung mit einem Nennstrom erfolgt. Es ist daher erforderlich, die bei einem Führen, Schalten oder Trennen des elektrischen Nennstromes beziehungsweise Stromes entstehende Wärme aus dem elektrischen Schaltkontakt abzuführen. Electrical switch contacts or switchgear, which comprise electrical switch contacts for switching or disconnecting an electric current, are designed constructively such that they have a high rated current carrying capacity. Furthermore, they are to be interpreted as meaning that no overheating of the electrical switching contact occurs during a load with a rated current. It is therefore necessary to dissipate the heat generated during a guiding, switching or disconnecting of the rated electrical current or current from the electrical switching contact.

Der vorliegenden Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, die thermischen Eigenschaften eines elektrischen Schaltkontaktes oder einer Schaltanlage zu verbessern. The present invention has for its object to improve the thermal properties of an electrical switching contact or a switchgear.

Die Aufgabe wird durch einen elektrischen Schaltkontakt mit den Merkmalen des unabhängigen Patentanspruches 1 sowie durch eine verkapselte Schaltanlage mit den Merkmalen des unabhängigen Patentanspruches 14 gelöst. In den abhängigen Patentansprüchen sind vorteilhafte Ausgestaltungen und Weiterbildungen der Erfindung angegeben. The object is achieved by an electrical switch contact with the features of independent claim 1 and by an encapsulated switchgear with the features of independent claim 14. In the dependent claims advantageous refinements and developments of the invention are given.

Der erfindungsgemäße elektrische Schaltkontakt umfasst einen Kontaktbolzen mit einem ersten und zweiten Kontaktbereich, wobei der Kontaktbolzen wenigstens ein Wärmerohr aufweist, das sich vom ersten zum zweiten Kontaktbereich erstreckt und innerhalb eines Innenraumes des Kontaktbolzens angeordnet ist. Erfindungsgemäß ist der Innenraum zusätzlich zum Wärmerohr annähernd vollständig mit einem pulverartigen Wärmeleitmaterial gefüllt. The electrical switching contact according to the invention comprises a contact pin with a first and second contact region, wherein the contact pin has at least one heat pipe, which extends from the first to the second contact region and is disposed within an inner space of the contact pin. According to the invention, the interior space is filled almost completely with a powder-like heat conducting material in addition to the heat pipe.

Das Wärmerohr kann als Thermosiphon ausgebildet sein. Bei einem Thermosiphon erfolgt der Rücktransport eines Arbeitsfluides, mit welchem das Wärmerohr bzw. das Thermosiphon befüllt ist, durch die Schwerkraft. Weiterhin kann das Wärmerohr zum Rücktransport des Arbeitsfluides kapillarförmige Strukturen aufweisen. Generell weist das Wärmerohr einen Bereich auf indem das Arbeitsfluid durch eine Aufnahme einer Wärme oder Abwärme wenigstens teilweise verdampf und einen Bereich indem das Arbeitsfluid unter der wenigstens teilweisen Abgabe der vorher aufgenommen Wärme oder Abwärme wenigstens teilweise kondensiert. Bevorzugt sind die genannten Bereiche des Wärmerohrs in direktem Kontakt mit dem ersten und zweiten Kontaktbereich des Kontaktbolzens. The heat pipe can be designed as a thermosyphon. In a thermosiphon, the return transport of a working fluid, with which the heat pipe or the thermosyphon is filled, by gravity takes place. Furthermore, the heat pipe can have capillary-shaped structures for the return transport of the working fluid. Generally, the heat pipe has an area in which the working fluid at least partially evaporates by absorbing heat or waste heat and at least partially condenses an area in which the working fluid is at least partially discharged from the previously collected heat or waste heat. Preferably, said regions of the heat pipe are in direct contact with the first and second contact regions of the contact pin.

Das pulverartige Wärmeleitmaterial ist insbesondere ein Pulver. Insbesondere weist das Wärmeleitmaterial im festen Aggregatzustand einen lockeren oder losen Zusammenhalt auf. The powdery heat conducting material is in particular a powder. In particular, the heat conducting material in the solid state has a loose or loose cohesion.

Erfindungsgemäß wird eine beim Betrieb des elektrischen Schaltkontaktes entstehende Wärme mittels des Wärmerohres vom ersten zum zweiten Kontaktbereich oder vom zweiten zum ersten Kontaktbereich geführt. Dadurch wird es vorteilhafterweise möglich, die Wärme aus dem Kontaktbolzen und folglich vom elektrischen Schaltkontakt abzuführen. Zur Verbesserung der Abfuhr der Wärme ist erfindungsgemäß im Innenraum des Kontaktbolzens das pulverartige Wärmeleitmaterial vorgesehen, das den Innenraum annähernd vollständig ausfüllt. Dadurch ist auch das im Innenraum angeordnete Wärmerohr annähernd vollständig vom pulverartigen Wärmeleitmaterial umgeben. Hierdurch wird vorteilhafterweise die Wärmeleitung vom ersten zum zweiten Kontaktbereich oder vom zweiten zum ersten Kontaktbereich verbessert. Insgesamt verbessert die synergetische Kombination aus dem Wärmerohr und dem pulverartigen Wärmeleitmaterial die Wärmeleitfähigkeit des Kontaktbolzens, der beispielsweise größtenteils aus Kupfer gebildet ist. Weiterhin unterstützt das pulverartige Wärmeleitmaterial die thermische Wirkung des Wärmerohrs, sodass das pulverartige Wärmeleitmaterial und das Wärmerohr synergetisch in Bezug auf die Abfuhr der innerhalb des elektrischen Schaltkontaktes entstehenden Wärme zusammenwirken. According to the invention, a heat arising during operation of the electrical switching contact is guided from the first to the second contact region or from the second to the first contact region by means of the heat pipe. This advantageously makes it possible to remove the heat from the contact pin and consequently from the electrical switching contact. To improve the dissipation of heat, the powder-like heat-conducting material is provided according to the invention in the interior of the contact pin, which almost completely fills the interior. As a result, the heat pipe arranged in the interior is almost completely surrounded by the powdery heat-conducting material. As a result, the heat conduction from the first to the second contact region or from the second to the first contact region is advantageously improved. Overall, the synergistic combination of the heat pipe and the powder-like heat conducting material improves the thermal conductivity of the contact pin, which is formed for the most part, for example, of copper. Furthermore, the powder-like heat conducting material supports the thermal effect of the heat pipe, so that the powdery heat conducting material and the heat pipe synergetically cooperate with respect to the removal of heat generated within the electrical switching contact.

Der erfindungsgemäße Schaltkontakt kann vorteilhafterweise horizontal sowie vertikal angeordnet werden kann. Das ist deshalb der Fall, da durch die synergetische Kombination, die durch das pulverartige Wärmeleitmaterial und das Wärmerohr gebildet ist, ein verbesserter Betrieb des elektrischen Schaltkontaktes in einer horizontalen Ausrichtung möglich wird. The switching contact according to the invention can advantageously be arranged horizontally and vertically. This is because the synergetic combination formed by the powdery heat conducting material and the heat pipe enables an improved operation of the electrical switching contact in a horizontal orientation.

Ein weiterer Vorteil des pulverartigen Wärmeleitmaterials ist, dass das Wärmerohr zum Teil mechanisch stabilisiert wird. Ist das Wärmerohr mit Wasser befüllt, so weist dieses aufgrund der hohen Temperaturen, beispielsweise oberhalb von 300 Grad Celsius (°C), wenigstens einen Druck von 8 Megapascal (MPa) auf. Gemäß der Erfindung wird der genannte hohe Druck annähernd vollständig durch das Wärmerohr und das pulverartige Wärmeleitmaterial kompensiert oder getragen. Dadurch wird der das Wärmerohr und das pulverartige Wärmeleitmaterial umgebende Kontaktbolzen bezüglich seiner Druckbelastung entlastet, sodass es vorteilhafterweise möglich wird den Kontaktbolzen größtenteils aus Kupfer herzustellen. Another advantage of the powdery Wärmeleitmaterials is that the heat pipe is partially mechanically stabilized. If the heat pipe is filled with water, this has at least a pressure of 8 megapascals (MPa) due to the high temperatures, for example above 300 degrees Celsius (° C). According to the invention, said high pressure is almost completely compensated or borne by the heat pipe and the powdery heat conducting material. As a result, the contact bolt surrounding the heat pipe and the powdery heat-conducting material is relieved of its pressure loading, so that it is advantageously possible to produce the contact bolt largely from copper.

Mit anderen Worten ist der Kontaktbolzen bevorzugt größtenteils aus Kupfer gebildet. Das heißt, dass der Massenprozentanteil des Kupfers innerhalb des Kontaktbolzens am größten ist und wenigsten 50 Massenprozent (Ma-%) beträgt. Vorteilhafterweise weist Kupfer eine gute elektrische Leitfähigkeit sowie eine gute thermische Wärmeleitfähigkeit auf. Kupfer ist daher für die Ausführung und Ausgestaltung des Kontaktbolzens besonders gut geeignet. In other words, the contact pin is preferably formed largely of copper. That is, the mass percentage of the copper within of the contact pin is the largest and at least 50 percent by mass (% by mass) is. Advantageously, copper has good electrical conductivity and good thermal thermal conductivity. Copper is therefore particularly well suited for the design and configuration of the contact pin.

Besonders bevorzugt weist das Wärmeleitmaterial eine Wärmeleitfähigkeit von wenigstens 100 W/(m·K) auf. Particularly preferably, the heat-conducting material has a thermal conductivity of at least 100 W / (m · K).

Dadurch wird vorteilhafter Weise eine besonders effiziente Abfuhr der Wärme ermöglicht. Insbesondere ist die Wärmeleitfähigkeit des Wärmeleitmaterials dadurch vergleichbar mit der Wärmeleitfähigkeit von Graphit. As a result, a particularly efficient removal of heat is advantageously made possible. In particular, the thermal conductivity of the heat conducting material is thereby comparable with the thermal conductivity of graphite.

Insbesondere weist das pulverartige Wärmeleitmaterial bevorzugt einen mittleren Korndurchmesser von etwa 50 Mikrometer (µm) auf. In particular, the powdery heat-conducting material preferably has an average particle diameter of about 50 micrometers (μm).

Dadurch wird vorteilhafterweise die Wärmeübertragung auf das pulverartige Wärmeleitmaterial verbessert. This advantageously improves the heat transfer to the powdery heat conducting material.

Bevorzugt umfasst das Wärmeleitmaterial Aluminium, Aluminiumoxid, Kupfer und/oder Kohlenstoff. The heat-conducting material preferably comprises aluminum, aluminum oxide, copper and / or carbon.

Besonderes bevorzugt besteht das Wärmeleitmaterial aus Aluminium, Aluminiumoxid, Kupfer und/oder Kohlenstoff. Particularly preferably, the heat-conducting material consists of aluminum, aluminum oxide, copper and / or carbon.

Hierbei ist jeweils eine mittlere Korngröße der genannten Materialien von höchstens 50 Mikrometern (µm) vorgesehen. Weiterhin können keramische Werkstoffe und Materialien für das pulverartige Wärmeleitmaterial vorgesehen sein. Die genannten Materialen sind deshalb von Vorteil, da diese eine ausreichend gute Wärmeleitfähigkeit aufweisen. In each case, an average particle size of said materials of at most 50 micrometers (μm) is provided. Furthermore, ceramic materials and materials for the powdery heat conducting material can be provided. The materials mentioned are advantageous because they have a sufficiently good thermal conductivity.

Gemäß einer besonders bevorzugten Ausgestaltung der Erfindung weist der Innenraum eine Vielzahl von Wärmerohren auf. According to a particularly preferred embodiment of the invention, the interior has a plurality of heat pipes.

Hierbei sind die Wärmerohre innerhalb des Innenraumes angeordnet, wobei das pulverartige Wärmeleitmaterial insbesondere Zwischenräume, die zwischen den Wärmerohren liegen, annähernd vollständig ausfüllt. Dadurch wird vorteilhafterweise die Abfuhr der Wärme weiter verbessert. Das ist deshalb der Fall, da durch die Verwendung einer Mehrzahl von Wärmerohren – deren Durchmesser nun kleiner gewählt werden kann – eine Kontaktoberfläche, die mit dem pulverartigen Wärmeleitmaterial in thermischem Kontakt steht, vergrößert wird. Durch die vergrößerte Kontaktoberfläche wird die Wärmeleitung von den Wärmerohren zum pulverartigen Wärmeleitmaterial oder vom pulverartigen Wärmeleitmaterial zu den Wärmerohren verbessert. In this case, the heat pipes are arranged within the interior space, wherein the powdery heat-conducting material in particular approximately completely fills interspaces which lie between the heat pipes. As a result, the removal of heat is advantageously further improved. This is because the use of a plurality of heat pipes - the diameter of which can now be made smaller - increases a contact surface which is in thermal contact with the powdery heat conducting material. Due to the enlarged contact surface, the heat conduction from the heat pipes to the powdery heat conducting material or from the powdery heat conducting material to the heat pipes is improved.

Gemäß einer vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung erstreckt sich wenigstens das eine Wärmerohr entlang einer Längsachse des Kontaktbolzens. According to an advantageous embodiment of the invention, at least one heat pipe extends along a longitudinal axis of the contact pin.

Die Längsachse des Kontaktbolzens kennzeichnet die Richtung der größten Ausdehnung des Kontaktbolzens. Die Längsachse kann annähernd einer Symmetrieachse des Kontaktbolzens entsprechen. Allerdings kann der Längsachse auch keine Symmetrieachse des Kontaktbolzens zugeordnet sein. Insbesondere weist der Kontaktbolzen eine Zylindersymmetrie auf. Die Längsachse wird hierbei durch die axiale Symmetrieachse des zylinderförmigen Kontaktbolzens gebildet. Weist der Kontaktbolzen eine Zylinderform auf, so ist die Längsseite durch die Mantelfläche des zylinderförmigen Kontaktbolzens ausgebildet. Mit anderen Worten ist die Außenwand durch einen Teil der genannten Mantelfläche gebildet. Der erste und zweite Kontaktbereich können durch die Grundflächen des zylinderförmigen Kontaktbolzens gebildet sein. The longitudinal axis of the contact pin identifies the direction of greatest extension of the contact pin. The longitudinal axis can correspond approximately to an axis of symmetry of the contact pin. However, the longitudinal axis can also be assigned no axis of symmetry of the contact pin. In particular, the contact pin has a cylinder symmetry. The longitudinal axis is in this case formed by the axial axis of symmetry of the cylindrical contact pin. If the contact pin has a cylindrical shape, then the longitudinal side is formed by the lateral surface of the cylindrical contact pin. In other words, the outer wall is formed by a part of said lateral surface. The first and second contact regions may be formed by the base surfaces of the cylindrical contact pin.

Vorteilhafterweise stellt das sich entlang der Längsachse des Kontaktbolzens erstreckende Wärmerohr beziehungsweise die sich entlang der Längsachse des Kontaktbolzens erstreckenden Wärmerohre die Wärmeleitung entlang der Längsachse des Kontaktbolzens sicher. Das ist deshalb von Vorteil, da insbesondere entlang der längsten Ausdehnung des Kontaktbolzens, die durch die Längsachse gekennzeichnet ist, eine ausreichende Abfuhr der innerhalb des Kontaktbolzens entstehenden Wärme sichergestellt werden muss. Dies wird vorteilhafterweise durch das sich entlang der Längsachse des Kontaktbolzens erstreckende Wärmerohr ermöglicht. Advantageously, the heat pipe extending along the longitudinal axis of the contact pin or the heat pipes extending along the longitudinal axis of the contact pin ensure heat conduction along the longitudinal axis of the contact pin. This is advantageous because, in particular along the longest extent of the contact pin, which is characterized by the longitudinal axis, a sufficient dissipation of the heat generated within the contact pin must be ensured. This is advantageously made possible by the heat pipe extending along the longitudinal axis of the contact pin.

In einer vorteilhaften Weiterbildung der Erfindung weist der Innenraum in wenigstens einem seiner Endbereiche eine Abdichtung auf, die dazu ausgelegt ist, den Innenraum fluiddicht abzudichten. In an advantageous embodiment of the invention, the interior in at least one of its end regions on a seal which is designed to seal the interior fluid-tight.

Bevorzugt ist die Abdichtung derart auszubilden, dass eine möglichst gute Wärmeleitfähigkeit erreicht wird. Weiterhin ist die Abdichtung zur Versiegelung des Innenraumes und somit zum Einschluss des pulverartigen Wärmeleitmaterials vorgesehen. Preferably, the seal is designed such that the best possible thermal conductivity is achieved. Furthermore, the seal is provided for sealing the interior space and thus for enclosing the powdery heat-conducting material.

Es ist daher von Vorteil die Abdichtung als Druckstempel auszubilden. It is therefore advantageous to form the seal as a plunger.

Mit anderen Worten ist die Abdichtung derart ausgestaltet, dass ein Druck auf das im Innenraum angeordnete pulverartige Wärmeleitmaterial mittels der Abdichtung ausgeübt werden kann. Durch die Ausübung eines Druckes wird das pulverartige Wärmeleitmaterial zusammengepresst, sodass die Wärmeleitfähigkeit innerhalb des pulverartigen Wärmeleitmaterials erhöht wird. Dadurch erhöht sich insgesamt die Wärmeleitfähigkeit der Kombination, die aus dem pulverartigen und gepressten Wärmeleitmaterial und dem Wärmerohr beziehungsweise den Wärmerohren, gebildet ist. Hierdurch wird vorteilhafterweise die Wärmeleitung vom ersten Kontaktbereich zum zweiten Kontaktbereich oder vom zweiten Kontaktbereich zum ersten Kontaktbereich des elektrischen Schaltkontaktes verbessert. In other words, the seal is designed such that a pressure on the arranged in the interior powdery heat conducting material can be exerted by means of the seal. By applying a pressure, the powdery heat conducting material is compressed so that the thermal conductivity within the powdery heat conducting material is increased. This increases the overall thermal conductivity of the combination, which consists of the powdery and pressed Wärmeleitmaterial and the heat pipe or the heat pipes, is formed. As a result, the heat conduction from the first contact region to the second contact region or from the second contact region to the first contact region of the electrical switching contact is advantageously improved.

In einer bevorzugten Weiterbildung der Erfindung sind die Kontaktbereiche in den Endbereichen des Kontaktbolzens angeordnet, wobei der erste Kontaktbereich dem zweiten Kontaktbereich gegenüber liegt. In a preferred development of the invention, the contact regions are arranged in the end regions of the contact pin, wherein the first contact region lies opposite the second contact region.

Dadurch wird worteilhafterweise annähernd eine gesamte Länge des Kontaktbolzens, insbesondere seine Längsausdehung, zur Anordnung des Wärmerohres innerhalb des Kontaktbolzens vorgesehen. Weiterhin wird dadurch eine besonders bevorzugte Ausgestaltung des Wärmerohres ermöglicht, die eine besonders vorteilhafte Abfuhr der Wärme von den Kontaktbereichen ermöglicht. As a result, approximately an entire length of the contact pin, in particular its longitudinal extension, is provided for the arrangement of the heat pipe within the contact pin. Furthermore, a particularly preferred embodiment of the heat pipe is thereby made possible, which allows a particularly advantageous dissipation of heat from the contact areas.

Bevorzugt ist hierbei der erste Kontaktbereich als Schaltkontaktbereich des Schaltkontaktes vorgesehen und der zweite Kontaktbereich an einer Stromschiene elektrisch kontaktiert. In this case, the first contact region is preferably provided as a switching contact region of the switching contact, and the second contact region is electrically contacted on a current rail.

Dadurch wird vorteilhafterweise die Wärme, die hauptsächlich im ersten Kontaktbereich, das heißt im Schaltkontaktbereich des Schaltkontaktes erzeugt wird, mittels des Wärmerohres oder mittels der Mehrzahl von Wärmerohren und mittels des pulverartigen Wärmeleitmaterials vom Schaltkontaktbereich auf die Stromschiene des elektrischen Schaltkontaktes übertragen, und folglich an die Umgebung des elektrischen Schaltkontaktes abgeführt. Das ist deshalb möglich, da sich das Wärmerohr oder die Mehrzahl von Wärmerohren vom ersten Kontaktbereich, das heißt vom Schaltkontaktbereich des Schaltkontaktes, bis annähernd zur Stromschiene des elektrischen Schaltkontaktes erstreckt. Mit anderen Worten erstreckt sich der Innenraum des elektrischen Schaltkontaktes annähernd vollständig vom Schaltkontaktbereich bis zur Stromschiene. Dadurch erstreckt sich auch das pulverartige Wärmeleitmaterial vom Schaltkontaktbereich bis annähernd zur Stromschiene. As a result, the heat which is generated mainly in the first contact region, that is in the switching contact region of the switching contact, transmitted by means of the heat pipe or by means of the plurality of heat pipes and by means of the powdery heat conducting material from the switching contact area on the busbar of the electrical switching contact, and consequently to the environment the electrical switching contact removed. This is possible because the heat pipe or the plurality of heat pipes extends from the first contact region, that is from the switching contact region of the switching contact, to approximately the current rail of the electrical switching contact. In other words, the interior of the electrical switching contact extends almost completely from the switch contact region to the busbar. As a result, the powder-like heat conducting material also extends from the switching contact region to approximately to the busbar.

Weiterhin ermöglicht die Stromschiene eine Kontaktierung des Kontaktbolzens und somit eine Beaufschlagung des Kontaktbolzens mit einem elektrischen Strom, der zu schalten, trennen oder führen ist. Furthermore, the busbar allows a contacting of the contact pin and thus a loading of the contact pin with an electric current that is to switch, disconnect or lead.

Gemäß einer vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung ist der Kontaktbolzen mittels eines Befestigungsmittels, dass die Stromschiene durchdringt, an der Stromschiene befestigt, wobei eine dem Kontaktbolzen abgewandte Seite des Befestigungsmittels von einem Kühlkörper wenigstens teilweise eingefasst ist. According to an advantageous embodiment of the invention, the contact pin is fastened by means of a fastening means, which penetrates the busbar, to the busbar, wherein a side facing away from the contact pin of the fastening means is surrounded by a heat sink at least partially.

Vorteilhafterweise wird hierdurch die Abfuhr der innerhalb des Kontaktbolzens entstehenden Wärme über das Befestigungsmittel ermöglicht. Das Befestigungsmittel, insbesondere eine Schraube, nimmt hierbei die Wärme wenigstens teilweise vom Wärmerohr oder von der Mehrzahl der Wärmerohre sowie vom pulverartigen Wärmeleitmaterial auf und leitet diese durch die Stromschiene hindurch zum Kühlkörper, der dafür vorgesehen ist, diese abgeleitete Wärme, beispielsweise mittels Kühlrippen, an die Umgebung des Schaltkontaktes abzugeben. Dadurch wird insgesamt die Wärme, die beispielsweise im Schaltkontaktbereich des Kontaktbolzens entsteht, wenigstens teilweise mittels des wenigstens einen Wärmerohres sowie mittels des pulverartigen Wärmeleitmaterials vom Schaltkontaktbereich zum Befestigungsmittel und über das Befestigungsmittel zum Kühlkörper zur Ableitung an die Umgebung geführt. Advantageously, this allows the removal of the heat generated within the contact pin via the fastening means. The fastening means, in particular a screw, in this case absorbs the heat at least partially from the heat pipe or from the majority of the heat pipes and from the pulverulent heat-conducting material and conducts them through the conductor rail to the heat sink, which is intended to supply this dissipated heat, for example by means of cooling fins to give the environment of the switching contact. As a result, the heat generated, for example, in the switching contact region of the contact pin, at least partially guided by means of the at least one heat pipe and by means of the powder-like heat conducting material from the switching contact region to the fastening means and the fastening means to the heat sink for dissipation to the environment.

In einer vorteilhaften Weiterbildung der Erfindung dringt das Befestigungsmittel wenigstens teilweise in den Innenraum des Kontaktbolzens ein, wobei der eindringende Teil des Befestigungsmittels koaxial zum Innenraum ausgerichtet ist und einen fluiddichten Druckstempel des Innenraumes ausbildet. In an advantageous embodiment of the invention, the fastening means penetrates at least partially into the interior of the contact pin, wherein the penetrating part of the fastening means is aligned coaxially with the interior and forms a fluid-tight plunger of the interior.

Vorteilhafterweise wird dadurch eine besonders effiziente Abfuhr der Wärme ermöglicht. Weiterhin bildet das Befestigungsmittel selbst den Druckstempel aus, sodass weitere Druckstempel oder Abdichtungen des Innenraumes entfallen können. Dadurch wird vorteilhafterweise die technische Komplexität des elektrischen Schaltkontaktes reduziert, wodurch die Fehleranfälligkeit des elektrischen Schaltkontaktes reduziert wird, sodass sich die Betriebssicherheit des elektrischen Schaltkontaktes erhöht. Zudem wird es über das Befestigungsmittel möglich den Druck innerhalb des Innenraumes, den der Druckstempel auf das pulverartige Wärmeleitmaterial ausübt, von außerhalb des Kontaktbolzens einzustellen. Beispielsweise kann eine solche Einstellung mittels einer Drehung einer Schraube erfolgen. Advantageously, this allows a particularly efficient dissipation of the heat. Furthermore, the fastener itself forms the plunger, so that more pressure stamp or seals of the interior can be omitted. As a result, the technical complexity of the electrical switching contact is advantageously reduced, whereby the error rate of the electrical switching contact is reduced, so that increases the reliability of the electrical switching contact. In addition, it is possible via the fastening means, the pressure within the interior, which exerts the plunger on the powdery heat conducting material, set from outside the contact pin. For example, such adjustment can be made by means of a rotation of a screw.

Gemäß einer vorteilhaften Weiterbildung der Erfindung weist das wenigstens eine Wärmerohr in seinem Inneren einen Druck im Bereich 0,01 Megapascal (MPa) bis 10 Megapascal (MPa) auf. According to an advantageous embodiment of the invention, the at least one heat pipe in its interior a pressure in the range of 0.01 megapascals (MPa) to 10 megapascals (MPa).

Insbesondere weist das Wärmerohr in seinem Inneren einen Druck im Bereich von 7 Megapascal bis 10 Megapascal auf. In particular, the heat pipe has a pressure in its interior in the range of 7 megapascals to 10 megapascals.

Es kann hierbei vorgesehen sein, dass das wenigstens eine Wärmerohr mit Wasser wenigstens teilweise gefüllt ist. Vorteilhafterweise ermöglicht der genannte Druckbereich einen ausreichenden hohen Temperaturbereich, beispielsweise oberhalb von 300 Grad Celsius (°C), in dem das Wärmerohr betrieben werden kann. Dadurch wird eine ausreichende Abfuhr der Wärme aus dem Kontaktbolzen sichergestellt. It may be provided here that the at least one heat pipe is at least partially filled with water. Advantageously, said pressure range allows a sufficiently high temperature range, for example above 300 degrees Celsius (° C), in which the heat pipe can be operated. This will be sufficient Removal of heat from the contact bolt ensured.

Die erfindungsgemäße verkapselte Schaltanlage weist einen Isolierraum auf, der wenigstens einen elektrischen Schaltkontakt gemäß einem der vorhergehenden Ansprüche umfasst. The encapsulated switchgear according to the invention has an insulating space which comprises at least one electrical switching contact according to one of the preceding claims.

Es ergeben sich zum bereits genannten elektrischen Schaltkontakt gleichartige und gleichwertige Vorteile der verkapselten Schaltanlage. This results in the already mentioned electrical switching contact similar and equivalent advantages of the encapsulated switchgear.

Hierbei kann der Isolierraum mit einem Isoliergas, beispielsweise mit einem Isoliergas, das wenigstens ein Fluorketon umfasst, wenigstens teilweise befüllt sein. In this case, the insulating space can be filled at least partially with an insulating gas, for example with an insulating gas which comprises at least one fluoroketone.

In einer vorteilhaften Weiterbildung der verkapselten Schaltanlage weist der Isolierraum einen Druck auf, der kleiner gleich 0,1 Pascal (Pa) ist. In an advantageous development of the encapsulated switchgear, the insulating space has a pressure which is less than or equal to 0.1 Pascal (Pa).

Mit anderen Worten wird vorteilhafterweise eine Vakuumschaltanlage bereitgestellt, die wenigstens einen erfindungsgemäßen elektrischen Schaltkontakt umfasst. Besonders bevorzugt umfasst die verkapselte Schaltanlage wenigstens zwei erfindungsgemäße elektrische Schaltkontakte, die die beiden Kontakte eines Schalters ausbilden, sodass ein Schalten, Trennen oder Führen eines elektrischen Stromes ermöglicht wird. In other words, a vacuum switchgear is advantageously provided which comprises at least one electrical switching contact according to the invention. Particularly preferably, the encapsulated switchgear comprises at least two electrical switching contacts according to the invention, which form the two contacts of a switch, so that a switching, separating or guiding an electric current is made possible.

Weitere Vorteile, Merkmale und Einzelheiten der Erfindung ergeben sich aus dem im Folgenden beschriebenen Ausführungsbeispiel sowie anhand der Zeichnung. Dabei zeigt die einzige Figur einen exemplarischen erfindungsgemäßen elektrischen Schaltkontakt. Hierbei ist der Schaltkontakt in einer schematisierten Schnittdarstellung dargestellt. Further advantages, features and details of the invention will become apparent from the embodiment described below and from the drawing. The single figure shows an exemplary electrical switching contact according to the invention. Here, the switching contact is shown in a schematic sectional view.

Gleichartige oder gleichwirkende Elemente können in der Figur mit denselben Bezugszeichen versehen sein. Similar or equivalent elements may be provided with the same reference numerals in the figure.

Der erfindungsgemäße elektrische Schaltkontakt 1 umfasst einen Kontaktbolzen 2. Der Kontaktbolzen 2 weist einen Innenraum 6 auf, der sich entlang der Längsachse des Kontaktbolzens 2 erstreckt. Insbesondere ist der Innenraum 6 mittig innerhalb des Kontaktbolzens 2 angeordnet. Der Kontaktbolzen 2 kann eine zylinderförmige Form aufweisen. Bei einer zylinderförmigen Form des Kontaktbolzens 2, beispielsweise wie in der Figur dargestellt, wird die Längsachse des Kontaktbolzens 2 durch die Zylinderachse des zylinderförmigen Kontaktbolzens 2 gebildet. The electrical switching contact according to the invention 1 includes a contact pin 2 , The contact pin 2 has an interior 6 on, extending along the longitudinal axis of the contact pin 2 extends. In particular, the interior is 6 centered within the contact bolt 2 arranged. The contact pin 2 may have a cylindrical shape. In a cylindrical shape of the contact pin 2 For example, as shown in the figure, the longitudinal axis of the contact pin 2 through the cylinder axis of the cylindrical contact pin 2 educated.

Weiterhin umfasst der Kontaktbolzen 2 einen ersten Kontaktbereich 21, der als Schaltkontaktbereich vorgesehen ist. Zudem umfasst der Kontaktbolzen 2 einen zweiten Kontaktbereich 22, der zur Befestigung an einer Stromschiene 14 vorgesehen ist. Im ersten Kontaktbereich 21 des Kontaktbolzens 2 ist eine Beschichtung 20 vorgesehen, die beispielsweise eine Kupfer-Nickel-Legierung, Graphit- und/oder Kohlenstoff umfasst. Furthermore, the contact pin comprises 2 a first contact area 21 which is provided as a switch contact area. In addition, the contact pin includes 2 a second contact area 22 that attach to a power rail 14 is provided. In the first contact area 21 of the contact bolt 2 is a coating 20 provided, for example, comprises a copper-nickel alloy, graphite and / or carbon.

Der Innenraum 6 des Kontaktbolzens 2 umfasst eine Mehrzahl von Wärmerohren 4. Die Wärmerohre 4 erstrecken sich annähernd parallel zur Längsachse des Kontaktbolzens 2. Zudem weist der Innenraum 6 des Kontaktbolzens 2 ein pulverartiges Wärmeleitmaterial 42 auf, das Zwischenräume zwischen den Wärmerohren 4 sowie den Innenraum 6 des Kontaktbolzens 2 annähernd vollständig ausfüllt. Das pulverartige Wärmeleitmaterial 42 kann eine mittlere Korngröße von etwa 50 Mikrometern (µm) aufweisen. Weiterhin kann das pulverartige Wärmeleitmaterial 42 Aluminium, Kupfer, Kohlenstoff oder Aluminiumoxid umfassen. Mittels des pulverartigen Wärmeleitmaterials 42, das die Wärmerohre 4 innerhalb des Innenraumes 6 des Kontaktbolzens 2 umgibt, wird eine besonders bevorzugte Wärmeleitung vom ersten Kontaktbereich 21 zum zweiten Kontaktbereich 22 des Kontaktbolzens 2 ermöglicht. The interior 6 of the contact bolt 2 includes a plurality of heat pipes 4 , The heat pipes 4 extend approximately parallel to the longitudinal axis of the contact pin 2 , In addition, the interior has 6 of the contact bolt 2 a powdery heat conducting material 42 on, the spaces between the heat pipes 4 as well as the interior 6 of the contact bolt 2 almost completely filled out. The powdery heat conducting material 42 may have a mean grain size of about 50 micrometers (μm). Furthermore, the powdery heat conducting material 42 Aluminum, copper, carbon or alumina. By means of the powdery Wärmeleitmaterials 42 that the heat pipes 4 inside the interior 6 of the contact bolt 2 surrounds, a particularly preferred heat conduction from the first contact area 21 to the second contact area 22 of the contact bolt 2 allows.

Zur Befestigung und elektrischen Kontaktierung des Kontaktbolzens 2 an der Stromschiene 14 ist ein Befestigungsmittel 16, insbesondere eine Schraube 16, vorgesehen. Das Befestigungsmittel 16 durchdringt hierbei die Stromschiene 14 und den Kontaktbolzen 2, sodass das Befestigungsmittel 16 in den Innenraum 6 des Kontaktbolzens 2 wenigstens teilweise eindringt. An dem eindringenden Teil des Befestigungsmittels 16 weist dieses einen Druckstempel 12 auf, der mit dem Befestigungsmittel 16 kraftschlüssig, drehmomentschlüssig und/oder stoffschlüssig verbunden ist. Mittels des Druckstempels 12 kann ein Druck auf das im Innenraum 6 angeordnete pulverartige Wärmeleitmaterial 42 ausgeübt werden. Dadurch wird das pulverartige Wärmeleitmaterial 42 vorteilhafterweise verpresst, sodass seine Wärmeleitfähigkeit verbessert wird. Eine Anpassung oder Änderung des Druckes kann mittels des Befestigungsmittels 16, insbesondere mittels der Schraube 16, von außerhalb des Kontaktbolzens 2 erfolgen. For fastening and electrical contacting of the contact pin 2 at the power rail 14 is a fastener 16 , in particular a screw 16 , intended. The fastener 16 penetrates the busbar 14 and the contact pin 2 so that the fastener 16 in the interior 6 of the contact bolt 2 at least partially penetrates. At the penetrating part of the fastener 16 this has a printing stamp 12 on top of that with the fastener 16 non-positively, torque-locked and / or materially connected. By means of the pressure stamp 12 can put pressure on the interior 6 arranged powdery Wärmeleitmaterial 42 be exercised. As a result, the powdery heat conduction material 42 advantageously compressed, so that its thermal conductivity is improved. An adjustment or change of the pressure can by means of the fastener 16 , in particular by means of the screw 16 , from outside the contact bolt 2 respectively.

Ein Endbereich des Befestigungsmittels 16, der aus der Stromschiene 14 hervorragt, ist mittels eines Kühlkörpers 18 wenigstens teilweise eingefasst. Hierbei ermöglicht es der Kühlkörper 18, die mittels des pulverartigen Wärmeleitmaterials 42 und mittels der Wärmerohre 4 abgeführte Wärme an die Umgebung des elektrischen Schaltkontaktes 1 wenigstens teilweise abzugeben. Hierzu kann der Kühlkörper 18 eine Mehrzahl von Kühlrippen umfassen. Weiterhin ist eine Fluidkühlung des Kühlkörpers 18 denkbar. An end portion of the fastener 16 coming out of the power rail 14 protrudes, is by means of a heat sink 18 at least partially edged. This allows the heat sink 18 , by means of the powder-like Wärmeleitmaterials 42 and by means of the heat pipes 4 Dissipated heat to the environment of the electrical switching contact 1 at least partially deliver. For this purpose, the heat sink 18 comprise a plurality of cooling fins. Furthermore, a fluid cooling of the heat sink 18 conceivable.

Aufgrund des Schaltens, Trennens oder Führens eines elektrischen Stromes wird der erste Kontaktbereich 21 des Kontaktbolzens 1 erwärmt, beispielsweise auf eine Temperatur von über 300 Grad Celsius (°C). Die hierbei in den Kontaktbolzen 2 eingebrachte Wärme wird mittels des pulverartigen Wärmeleitmaterials 42 sowie mittels der Wärmerohre 4 über die Verdampfung eines Arbeitsfluids innerhalb der Wärmerohre 4, beispielsweise Wasser, entlang der Längsachse des Kontaktbolzens 2 zum Befestigungsmittel 16 und hierdurch zum Kühlkörper 18 abgeführt. Im Bereich des Befestigungsmittels 16 kondensiert das Arbeitsfluid innerhalb der Wärmerohre 4, wodurch die Wärme wenigstens teilweise an das Befestigungsmittel 16 abgegeben wird. Anschließend wird die Wärme wenigstens teilweise über das Befestigungsmittel 16 durch die Stromschiene 14 zum Kühlkörper 18 geführt, wo sie an die Umgebung des elektrischen Schaltkontaktes 1 abgegeben wird. Due to switching, disconnecting or passing an electric current, the first contact area becomes 21 of the contact bolt 1 heated, for example, to a temperature of over 300 degrees Celsius (° C). The case in the contact pin 2 introduced heat is by means of the powder-like Wärmeleitmaterials 42 and by means of the heat pipes 4 about the evaporation of a working fluid within the heat pipes 4 , For example, water, along the longitudinal axis of the contact pin 2 to the fastener 16 and thereby to the heat sink 18 dissipated. In the area of the fastener 16 condenses the working fluid within the heat pipes 4 , whereby the heat at least partially to the fastener 16 is delivered. Subsequently, the heat is at least partially via the attachment means 16 through the busbar 14 to the heat sink 18 led, where they to the environment of the electrical switching contact 1 is delivered.

Obwohl die Erfindung im Detail durch die bevorzugten Ausführungsbeispiele näher illustriert und beschrieben wurde, so ist die Erfindung nicht durch die offenbarten Beispiele eingeschränkt oder andere Variationen können vom Fachmann hieraus abgeleitet werden, ohne den Schutzumfang der Erfindung zu verlassen. Although the invention has been further illustrated and described in detail by the preferred embodiments, the invention is not limited by the disclosed examples, or other variations can be derived therefrom by those skilled in the art without departing from the scope of the invention.

Claims

Electrical switching contact ( 1 ), comprising a contact bolt ( 2 ) with a first and second contact area ( 21 . 22 ), wherein the contact pin ( 2 ) at least one heat pipe ( 4 ) extending from the first to the second contact region ( 21 . 22 ) and within an interior space ( 6 ) of the contact pin ( 2 ), characterized in that the interior ( 6 ) in addition to the heat pipe ( 4 ) almost completely with a powdery heat conducting material ( 42 ) is filled.

Electrical switching contact ( 1 ) according to claim 1, characterized in that the heat-conducting material ( 42 ) has a thermal conductivity of at least 100 W / (m · K).

Electrical switching contact ( 1 ) according to claim 1 or 2, characterized in that the heat-conducting material ( 42 ) Aluminum, alumina, copper and / or carbon.

Electrical switching contact ( 1 ) according to one of the preceding claims, characterized in that the interior ( 6 ) a plurality of heat pipes ( 4 ) having.

Electrical switching contact ( 1 ) according to one of the preceding claims, characterized in that the contact pin ( 2 ) is formed largely of copper.

Electrical switching contact ( 1 ) according to one of the preceding claims, characterized in that the at least one heat pipe ( 4 ) along a longitudinal axis of the contact pin ( 2 ).

Electrical switching contact ( 1 ) according to one of the preceding claims, characterized in that the interior ( 6 ) in at least one of its end regions a seal ( 12 ), which is adapted to the interior ( 6 ) fluid-tight seal.

Electrical switching contact ( 1 ) according to claim 7, characterized in that the seal ( 12 ) as a plunger ( 12 ) is trained.

Electrical switching contact ( 1 ) according to one of the preceding claims, characterized in that the contact areas ( 21 . 22 ) in the end regions of the contact pin ( 2 ), wherein the first contact area ( 21 ) the second contact area ( 22 ) is opposite.

Electrical switching contact ( 1 ) according to claim 9, characterized in that the first contact area ( 21 ) as a switching contact region of the switching contact ( 1 ) and the second contact area ( 22 ) on a busbar ( 14 ) is electrically contacted.

Electrical switching contact ( 1 ) according to claim 10, characterized in that the contact bolt ( 2 ) by means of a fastening means ( 16 ), which the busbar ( 14 ) penetrates the busbar ( 14 ), one of the contact pins ( 2 ) facing away from the fastening means ( 16 ) from a heat sink ( 18 ) is at least partially contained.

Electrical switching contact ( 1 ) according to claim 11, characterized in that the fastening means ( 16 ) at least partially into the interior ( 6 ) of the contact pin ( 2 ) penetrates, wherein the penetrating part of the fastener ( 16 ) coaxial with the interior ( 6 ) and a fluid-tight plunger ( 12 ) of the interior ( 6 ) trains.

Electrical switching contact ( 1 ) according to one of the preceding claims, characterized in that the at least one heat pipe ( 4 ) has a pressure in its interior in the range of 0.01 megapascals to 10 megapascals.

Encapsulated switchgear with an insulating space, the at least one electrical switching contact ( 1 ) according to one of the preceding claims.

Encapsulated switchgear according to claim 14, characterized in that the insulating space has a pressure which is less than or equal to 0.1 Pascal.