DE102022205874A1 - Component for an electrical device and electrical switch with such a component - Google Patents
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Abstract
Die Erfindung betrifft ein Bauteil für ein elektrisches Gerät, wobei das Bauteil aus Thermoplast gefertigt ist, und wobei das Thermoplast des Bauteils umfasst, welches die Kriechstromfestigkeit des Bauteils erhöht.The invention relates to a component for an electrical device, wherein the component is made of thermoplastic, and wherein the thermoplastic of the component comprises which increases the tracking resistance of the component.
Description
Die Erfindung betrifft ein Bauteil für ein elektrisches Gerät sowie einen elektrischen Schalter mit solch einem Bauteil.The invention relates to a component for an electrical device and an electrical switch with such a component.
Elektrische Geräte und Bauteile sind Belastungen beispielsweise durch Kurzschluss, Überstrom, Temperatur, Alterung oder Vergleichbarem ausgesetzt. All diese Belastungen können dazu führen, dass sich die Kriechstromfestigkeit im Laufe der Lebensdauer vermindert.Electrical devices and components are exposed to stress, for example due to short circuits, overcurrent, temperature, aging or similar. All of these stresses can lead to a reduction in tracking resistance over the course of the service life.
Ursache dieser Abnahme ist die Veränderung der Oberflächenbeschaffenheit des elektrischen Geräts oder Bauteils und damit der elektrischen Eigenschaft der Oberflächen durch Verbrennung oder Kontaminierung mit Rückständen aus der Kurzschlussabschaltung. Beispielsweise bei Kurzschlüssen und dem daraus resultierenden Plasmalichtbögen werden Partikel erzeugt, die sich an der Oberfläche ablagern und dadurch die Kriechstromfestigkeit vermindern. Insgesamt führt dies dazu, dass die Oberflächenleitfähigkeit steigt und somit die Isolationseigenschaften des gesamten elektrischen Geräts vermindert wird.The cause of this decrease is the change in the surface quality of the electrical device or component and thus the electrical properties of the surfaces due to combustion or contamination with residues from the short-circuit shutdown. For example, short circuits and the resulting plasma arcs produce particles that are deposited on the surface and thereby reduce the tracking resistance. Overall, this leads to the surface conductivity increasing and thus reducing the insulation properties of the entire electrical device.
Die
Es ist daher Aufgabe der Erfindung, ein Bauteil für ein elektrisches Gerät zur Verfügung zu stellen, welches eine erhöhte Kriechstromfestigkeit über der Lebensdauer aufweist.It is therefore the object of the invention to provide a component for an electrical device which has increased tracking resistance over its service life.
Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß durch das Bauteil für ein elektrisches Gerät gemäß Patentansprüche 1 gelöst. Vorteilhafte Ausgestaltungen des erfindungsgemäßen Bauteils sind in den Unteransprüchen 2 bis 9 angegeben. Die Aufgabe wird erfindungsgemäß ebenfalls durch den elektrischen Schalter gemäß Patentanspruch 10 gelöst.This object is achieved according to the invention by the component for an electrical device according to patent claims 1. Advantageous embodiments of the component according to the invention are specified in subclaims 2 to 9. The object is also achieved according to the invention by the electrical switch according to claim 10.
Das Bauteil für ein elektrisches Gerät gemäß Patentanspruch 1 ist aus Thermoplast gefertigt, wobei das Thermoplast des Bauteils ein Additiv aufweist, welches die Kriechstromfestigkeit des Bauteils erhöht.The component for an electrical device according to claim 1 is made of thermoplastic, the thermoplastic of the component having an additive which increases the tracking resistance of the component.
Vorteilhaft hierbei ist, dass durch das Einbringen des Additivs in die Granulat-Matrix der für die Beschichtung des Bauteils notwendige Arbeitsschritt in Form eines Anstrichs mit beispielsweise einer isolierenden Schicht entfällt. Das wirksame Additiv ist nach dem gewöhnlichen Spritzgießprozess bereits im elektrischen Bauteil enthalten. Das Wegfallen eines Arbeitsschritts bedeutet eine Kostenersparnis. Die Erfindung ermöglicht die Wahl von Materialien für Bauteile, die auf Grund niedriger Kriechstromwiderstände bisher nicht in Frage kamen. Thermoplast gilt beispielsweise auf dem chinesischen Markt im Gegensatz zu Duroplast als recyclebar. Daher trägt die Erfindung einen wichtigen Beitrag dazu bei, die weitere Präsenz von Bauteilen auf dem chinesischen Markt zu ermöglichen. Zusätzlich können durch die Erfindung im Zug der Erhöhung des Kriechstromwiderstands ohne Leistungseinbußen Kriechwege kürzer konstruiert werden oder das elektrische Bauteil verkleinert werden, was wiederum zu einer Kosten- und Materialeinsparung führt. Dies bedeutet mehr Nachhaltigkeit. The advantage here is that by introducing the additive into the granulate matrix, the work step required for coating the component in the form of a coat of paint with, for example, an insulating layer is eliminated. The effective additive is already contained in the electrical component after the usual injection molding process. Eliminating a work step means cost savings. The invention makes it possible to choose materials for components that were previously out of the question due to low tracking resistance. Thermoplastic, for example, is considered recyclable on the Chinese market, in contrast to thermoset. The invention therefore makes an important contribution to enabling the continued presence of components on the Chinese market. In addition, by increasing the tracking current resistance, the invention allows creepage paths to be designed to be shorter or the electrical component to be made smaller, which in turn leads to cost and material savings. This means more sustainability.
In einer Ausgestaltung des erfindungsgemäßen Bauteils ist der Kriechstrom eines vergleichbaren Bauteils aus herkömmlichem Thermoplast ohne Additiv doppelt so hoch im Vergleich zum Kriechstrom des erfindungsgemäßen Bauteils.In one embodiment of the component according to the invention, the leakage current of a comparable component made of conventional thermoplastic without additive is twice as high compared to the leakage current of the component according to the invention.
In einer weiteren Ausgestaltung des elektrischen Bauteils ist das Additiv aus der Gruppe Poly(ethylen glycol) bis (2-ethylhexanoat), Siloxan oder Siloxan-Derivate gewählt.In a further embodiment of the electrical component, the additive is selected from the group of poly(ethylene glycol) to (2-ethylhexanoate), siloxane or siloxane derivatives.
In einer Ausgestaltung des erfindungsgemäßen Bauteils weist bei Wahl des Additivs zu Poly(Ethylen-Glykol) bis 2-Ethylhexanoat dieses eine mittlere Molmasse von 650 g/mol auf.In one embodiment of the component according to the invention, if the additive is chosen to be poly(ethylene glycol) to 2-ethylhexanoate, it has an average molecular weight of 650 g/mol.
In einer weiteren Ausgestaltung des erfindungsgemäßen Bauteils weist das Poly(ethylen glycol) bis (2-ethylhexanoat) folgende Struktur auf
In einer weiteren Ausgestaltung des Bauteils weist das Additiv Poly(ethylen glycol) bis (2-ethylhexanoat) die CAS-Nr. 9004-93-7 auf.In a further embodiment of the component, the additive poly(ethylene glycol) bis (2-ethylhexanoate) has the CAS number. 9004-93-7.
In einer weiteren Ausgestaltung des erfindungsgemäßen Bauteils weist bei Wahl des Additivs zu Siloxan dieses folgende Struktur auf: H3Si[OSiH2]nOSiH3.In a further embodiment of the component according to the invention, when selecting the additive for siloxane, it has the following structure: H 3 Si[OSiH 2 ] n OSiH 3 .
In einer Ausgestaltung des erfindungsgemäßen Bauteils ist das Bauteil eine Polkassette eines elektrischen Schalters, ein Gehäuse eines elektrischen Schalters oder ein Zubehörteil eines elektrischen Schalters.In one embodiment of the component according to the invention, the component is a pole cassette of an electrical switch, a housing of an electrical switch or an accessory of an electrical switch.
In einer weiteren Ausgestaltung des Bauteils ist bei einer Polkassette eines elektrischen Schalters der Kriechstrom im Bereich von 1 bis 2 mA bei 1,1 Ue und einem Zyklus nach IEC60947-2; 8.3.3.5.In a further embodiment of the component, the leakage current in a pole cassette of an electrical switch is in the range of 1 to 2 mA at 1.1 U e and a cycle according to IEC60947-2; 8.3.3.5.
Die erfindungsgemäße Aufgabe wird ebenso durch den elektrischen Schalter gemäß Patentanspruch 10 gelöst, wobei das erfindungsgemäße Bauteil als Gehäuse des elektrischen Schalters dient.The object according to the invention is also achieved by the electrical switch according to claim 10, wherein the component according to the invention serves as a housing of the electrical switch.
Die oben beschriebenen Eigenschaften, Merkmale und Vorteile dieser Erfindung, sowie die Art und Weise wie sie erreicht werden, werden klarer und deutlicher verständlich im Zusammenhang mit der folgenden Beschreibung der Ausführungsformeln, die im Zusammenhang mit den Figuren näher erläutert werden.The characteristics, features and advantages of this invention described above, as well as the manner in which they are achieved, will be more clearly and clearly understood in connection with the following description of the embodiments, which are explained in more detail in connection with the figures.
Dabei zeigen:
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1 Strukturformel von Poly(ethylen glycol) bis (2-ethylhexanoat); -
2 Polkassette; und -
3 elektrischer Schalter mit erfindungsgemäßem Bauteil.
-
1 Structural formula of poly(ethylene glycol) to (2-ethylhexanoate); -
2 pole cassette; and -
3 Electrical switch with component according to the invention.
In
Typischerweise wird eine oder mehrere Polkassetten entsprechend der
Das Gehäuse 110 der Polkassette ist aus Thermoplast gefertigt. Gleiches gilt für das Gehäuse des elektrischen Schalters 1000. Das Thermoplast des Bauteils 100 umfasst ein Additiv, welches die Kriechstromfestigkeit des Bauteils 100 erhöht. Die Kriechstromfestigkeit eines Materials kann allgemein mit dem CTI-Wert bestimmt werden.The
Die Kriechstromfestigkeit des Bauteils 100 kann beispielsweise mit einem Zyklus nach IEC60947-2; 8.3.3.5 bestimmt werden. Für eine erfindungsgemäße Polkassette eines elektrischen Schalters 1000 liegt der Kriechstrom im Bereich von 1 bis 2 mA bei 1,1 Ue bei einer anliegenden Spannung bei Ue = 690 V von 759 V. Ohne das Additiv im Thermoplast der Polkassette beträgt der Kriechstrom 2 bis 4 mA, ist somit doppelt so hoch im Vergleich zum Kriechstrom der Polkassette mit Additiv.The tracking resistance of the
Das Additiv kann aus der Gruppe Poly(ethylene glycol) bis (2-ethylhexanoat), Siloxan oder Siloxan-Derivate gewählt sein. Im Weiteren wird das Additiv Poly(ethylene glycol) bis (2-ethylhexanoat) mit PEG-2-EH abgekürzt. Bei Wahl des Additivs zu PEG-2-EH weist dieses eine mittlere Molmasse von 650 g/mol auf.
Das PEG-2-EH ist ein den elektrischen Strom nichtleitender Stoff. Durch thermische und elektrische Energie diffundiert PEG-2-EH aus dem Inneren des Bauteils 100 an die Oberfläche und verdampft. Im Zuge der Kondensation des PEG-2-EH im Inneren, beispielsweise im Inneren der Polkassette entsprechend der
Das PEG-2-EH erhöht dort durch seine elektrisch isolierende (chemischen und physikalischen) Eigenschaften den Kriechstromwiderstand. Der Prozess aus Verdampfen und Kondensation kann mehrmals ablaufen, bis das PEG-2-EH-Reservoir im Bauteil 100 verbraucht ist. Die isolierende Wirkung des PEG-2-EH auf der Innenseite des Bauteils 100 bleibt danach bestehen.The PEG-2-EH increases the tracking current resistance due to its electrically insulating (chemical and physical) properties. The process of evaporation and condensation can occur several times until the PEG-2-EH reservoir in
Das Additiv PEG-2-EH weist die CAS-Nr. 9004-93-7 auf.The additive PEG-2-EH has the CAS number. 9004-93-7.
In einer weiteren Ausführungsform des erfindungsgemäßen Bauteils 100 wird als Additiv Siloxan gewählt mit der Struktur: H3Si[OSiH2]nOSiH3.In a further embodiment of the
Das Siloxan in der Matrix des Bauteils 100 verglast nach und nach, was einem Phasenübergang kristallin zu amorph entspricht. Sobald ausreichend elektrische und thermische Energie auf das Bauteil 100 einwirkt, verglast das Siloxan auf der Innenoberfläche des Bauteils 100, wodurch der Kriechstromwiderstand durch die isolierende Wirkung des Glases erhöht wird.The siloxane in the matrix of the
Das erfindungsgemäße Bauteil 100 für ein elektrisches Gerät 1000 kann beispielsweise eine Polkassette eines elektrischen Schalters 1000 gemäß den
Ebenso kann das erfindungsgemäße Bauteil 100 Teil eines elektrischen Schalters 1000 sein, wobei das Bauteil 100 als Gehäuse des elektrischen Schalters 1000 dient.Likewise, the
Das Additiv des erfindungsgemäßen Bauteils 100 kann beispielsweise durch eine GC-MS/FTIR-Analyse nachgewiesen werden.The additive of the
Durch das Einbringen des Additivs in die Granulat-Matrix des Thermoplasts entfällt der für die Beschichtung eines elektrischen Bauteils 100 notwendige Arbeitsschritt in Form eines Anstrichs mit beispielsweise einer isolierenden Schicht. Das wirksame Additiv ist nach dem gewöhnlichen Spritzgießprozess bereits im elektrischen Bauteil 100 enthalten. Durch die Zugabe des Additivs wird das Thermoplast ertüchtigt, ebenso kriechstromfest zu sein wie bisher beispielsweise elektrische Bauteile aus Duroplast. Durch die Möglichkeit der Ertüchtigung des Thermoplasts ergeben sich eine weite Verbreitung dieses Materials, da es recyclebar ist.By introducing the additive into the granulate matrix of the thermoplastic, the work step required for coating an
Durch die Erhöhung des Kriechstromwiderstands des elektrischen Bauteils 100 können ohne Leistungseinbußen Kriechwege kürzer konstruiert werden oder auch das elektrische Bauteil 100 verkleinert werden.By increasing the tracking current resistance of the
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