DE1640247A1

DE1640247A1 - Elektrischer Sammelschienenkanal

Info

Publication number: DE1640247A1
Application number: DE19671640247
Authority: DE
Inventors: Stevens Clarence Milton
Original assignee: General Electric Co
Current assignee: General Electric Co
Priority date: 1966-08-05
Filing date: 1967-08-04
Publication date: 1970-12-03
Also published as: US3384702A; GB1196147A

Description

4486-67/Kö/sch / W

Docket No. 41D-J19 ^; "

Filing dates 5. 8. 66

General Electric Company, Schenectady, N. Y., USA

Elektrischer Sammelschienenkanal

Die Erfindung betrifft Sammelschiaienkanäle, insbesondere solche, die mit Starkströmen bei erheblichen Spannungen, beispielsweise 100 bis 2000 Ampere bei 600 Volt, belastbar sind.

Derartige Sammeischienenkanäle bestehen im allgemeinen aus vorgefertigten Metallgehäuse- oder Kanalabschnitten, in denen mehrere Strom- oder Leiterschienen isoliert voneinander angeordnet sind. Die Anlage enthält ferner geeignete Halterungs- und Anschlußeinrichtungen, so daß sie elektrische Energie von einer Stelle, gewöhnlich der Einleitungsstelle eines Gebäudes, nach verschiedenen Verbraucherstellen im Gebäude transportieren kann. An solche Sammelschienenkanäle sind u. a. folgende Anforderungen zu stellen: a) eine hohe Strombelastbarkeit für einen gegebenen Kupferquerschnitt (Leiterquerschnitt); b) möglichst geringe Größe und möglichst geringes Gewicht; c) die Möglichkeit leichter Handhabung und Montage der vorgefertigten Abschnitte durch den Hersteller sowie bei der Installation und beim Anschluß durch den

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Benutzer; und d) die Fähigkeit, verhältnismäßig starken Kurzschlußströmen und den dabei auftretenden Kräften standzuhalten. Dazu kommt im allgemeinen selbstverständlich noch das Erfordernis niedriger Kosten und konstruktiver liinfachheit.

Bekanntlich werden durch starke Kurzschlußströme starke ^ magnetische Kräfte erzeugt, durch welche die benachbarten Leiter eines Sammelschienenkanals auseinandergedrückt v/erden. Gemä3 dem Stand der Technik sieht man gewöhnlich Einrichtungen vor, durch welche die Leiterschienen als Gruppe oder Paket zusammengehalten werden. Diese Hai te einrichtungen sind gev/öhnlich getrennt vom Gehäuse vorgesehen, so dafl dieses nur sekundär eine gewisse mechanische Festigkeit für das Zusammenhalten der Leiter beisteuert. Die Notwendigkeit, die Leiterschienen vor dem Einbau in das Kanalgehäuse zu verschnüren, zu verbandagieren, zu verbinden, zu verschrauben, zu verleimen oder sonstwie zusammenzufügen, bedeutet einen zusätzlichen Zeit- und Kostenaufwand bei der Herstellung bzw. Montage. Außerdem is^Üie dadurch erreichte Festigkeit bzw. Widerstandskraft nicht so groß, wie es für manche Zwecke erwünscht wäre.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, einen Sammelschienenkanal so zu konstruieren, daß das äußere Gehäuse nicht nur die in den Leitern erzeugte Wärme abführt, sondern zugleich als Haupthaiterung zum Zusammenhalten dor Leiter gegen Kur^schlußkräfte dient.

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Dabei soll die Anordnung bei gegebenem Leiterquerschnitt stärkere Ströme führen können, ohne daß vorbestimmte Temperaturanstiegs grenzen überschritten werden.

Die Anordnung soll so konstruiert sein, daß sie sich seitens des Herstellers leichter zusammenbauen läßt als vergleichbare bekannte Anordnungen.

Gemäß einer Ausführungsform der Erfindung ist ein elektrischer Gammelschienenkanal vorgesehen, der aus einem metallischen Kanalteil allgemein rechteckigen Querschnitts mit gegenüberliegenden Seitenwänden aus Blech besteht. Die Seitenwände des Kanalteils oder Gehäuses sind anfänglich so gebogen, daß sie in der Mitte einen geringeren gegenseitigen Abstand haben als an den Außenrändern. B_oin Zusammenbau werden die nach außen weggebogenen Seitenvandteile gegen die entsprechenden Seitenteile einer Anordnung oder eines Paketes von isolierten Leiterschienen angedrückt oder angezogen. Zwischen den Gehäuseseitenwänden, und zwar unmittelbar über bzw. unter dem Leiterschienenpaket werden zwei "Spannplatten" angebracht. Die Seitenwände und die Spannplatten werden sodann auf geeignete Weise, beispielsweise durch Verschweißen so zusammengefügt, daß die Spannplatten unter Zug die Seitenwände zusammen und in innigem thermischen Kontakt mit den beiden Seitenflächen des Leiterschienenpaketes halten. Und zwar

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werden durch die nach einwärts gerichtete Kraft der beiden Seitenwand teile, die bestrebt sind, in ihren gebogenen Zudtand zurückzukehren, diese Seitenwandteile in innigen thermischen Kontakt mit den Seitenwänden der Leiterschienen gepreßt. Ein zusätzlicher Vorteil dieser nach innen gerichteten Normalkraft, die von den Seitenwandungen ausgeübt wird, besteht darin, daß dadurch die Leiterschienen zusammengepreßt werden. Bei Auftreten eines Kurzschlusses muß diese Kraft erst durch die vom Kurzschlußstrom erzeugten magnetischen Kräfte überwunden v/erden, ehe die Seitenwandungen auseinandergedrückt werden können. Die Anordnung befindet sich also in einem "vorgespannten" Zustand, wodurch sich ihre Widerstandsfähigkeit gegen Kurzschlußstromkräfte stark erhöht.

In Weiterbildung der Erfindung bestehen die die beiden Seitenwandungen zusammenziehenden Spannplatten aus zwei Metalloder Blechplatten, die im wesentlichen die gleiche Längserstrekkung haben wie der Leiterschienenpaketabschnitt und die im zusammengebauten Zustand im wesentlichen an den oberen und unteren Rändern des Leiterschienenpaketes" anliegen. Dadurch dienen diese Spannplatten zugleich zum Ableiten und Abstrahlen der In den Leiterschienen erzeugten Wärme.

Die Kraft, die von den Seitenwandungen bei deren Bestreben, sich nach innen gegeneinander auszubiegen, ausgeübt wird, ist senkrecht zu den Trennebenen der dazwischen befindlichen Leiterschienen gerichtet. Das heißt, die Ebenen der breiten Hauptflächen

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der Leiterschienen sind im wesentlichen parallel zu den Ebenen der Seitenwandungen. In Weiterbildung der Erfindung hat jede Seitenwandung einen zurückgebogenen oder U-förmigen Teil, der den entsprechenden Rand einer der Spannplatten aufnimmt, so daß sich diese Teile leichter aneinander befestigen lassen.

Gewünschtenfalls kann das Zusammenfügen dieser Teile durch Verschweißen über ihre gesamte Länge erfolgen, so daß die isolierten Leiterschienen sich in einer vollständig abgeschlossenen Kammer befinden, in die Feuchtigkeit nicht ohne weiteres eindringen kann.

Gemäß einem Merkmal der Erfindung sind die Seitenwandungen über die Verbindungsstelle mit den Epannplatten hinaus verbreitert und sind an ihren oberen und unteren Rändern eine Dachplatte bzw. eine Bodenplatte befestigt, so daß oberhalb und unterhalb des Leiterschienenpaketes je eine langgestreckte Kammer gebildet wird und insgesamt ein Gehäuse mit drd, durch Metallwände voneinander getrennten Zellen oder Kammern entsteht, deren mittlere die isolierten Leiterschienen aufnimmt. Die obere und die untere Kammer bilden zusätzliche Wärmeabstrahlungsflächen und bestehen gewissermaßen aus stabilen Hohlträgern, die der gesamten Anordnung einen hohen Grad an mechanischer Festigkeit geben.

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Die Jrfindun^ wird anhand der Zeichnung im einzelnen erläutert. Es zeigen:

Fig. 1 in perspektivischer Darstellung einen Teil eines Sammelschienenkanals gemäß einer Ausführungsform der Erfindung;

Pig. 2 einen Schnitt entlang der Linie 2-2 in Fig. 1;

Fig. 3 einen der Fig. 2 entsprechenden Schnitt, wobei die Teile in derjenigen Lage, die sie unmittelbar vor dem Zusammenbau einnehmen, gezeigt und die Dachplatte und die Bodenplatte im auseinandergezogenen Zustand dargestellt sind; und

Fig. 4 eine allgemein der Fig. ;> entsprechende Schnittdarstellung, wobei die nächste Stufe des Zusammenbaus der Anordnung veranschaulicht ist und die Dachplatte und die Bodenplatte weggelassen sind.

ψ Die Zeichnung zeigt als Ausführungsform der Erfindung einen elektrischen Sammeis chi enenkanal mit einem Mehrkammer-Metallgehäuse 10, in dem vier isolierte Leiterschienen HA, HB, HC und HN angeordnet sind.

Wie man besonders aus Fig. 2 sieht, besteht das Metallgehäuse 10 aus zwei geformten Seitenblechen 12 und Ij5 aus einem geeigneten Metall wie Stahl oder Aluminium, Die Seitenbleche 12 und I^ haben jeweils U-förmig zurückgebogene Teile 12A und 12B bzw. l^A und 1^B. Ferner haben die Seitenbleche 12 und 13 obere und untere Fortsätae 12C, 12D, 1^C, 1J5D, die in nach außen

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stehenden Flanschen 12C', 12D¹, 13C^f, IJD¹ enden. Ferner sind eine Dachplatte 14 und eine Bodenplatte 15, jeweils mit allgemein U-förmigem Profil, vorgesehen, die an den Flanschen 12C¹, l^C¹, 12D¹, IJSD¹ der Seitenbleche 12 und Ij5 auf geeignete Weise, beispielsweise durch Verschweißen befestigt sind.

Die Sefcenbleche oder Wandungen 12 und 13 sind außerdem an ihren Ausbiecungen 12A, 12B und lj5A, 1J5B mittels langgestreckter Spannplatteii 10 und 17 aus Blech untereinander verbunden.

Die Leiterschtenen HA, HB, HC und HN sind Jeweils mit einem Isolierbelag versehen, durch den sie voneinander und vom Gehäuse isoliert sind. Diese Isolierbeläge sind in der Zeichnung jedoch nicht besonders gezeigt.

Die Spannplatten Io und 17 können an den Ausbiegungen 12A, 13A und 12B, 1.JB der Seitenwandungen 12 und 1.5 durch irgendwelche geeijnetaiMittel, beispielsweise durch Verschrauben, Vernieten, Verschweißen usw. befestigt sein. Vorzugsweise bedient man sich hierfür des Verschweißens, da bei dieser Befestigungsart die Seitenwandteile 12 und Ij? an den Befestigungsstellen nicht mit Löchern versehen zu werden brauchen und somit das Eindringen von Fremdstoffen wie z. B. Kasser, Säuren usw. in die durch die Seitenwandungen 12, 13 und die Spannplatten 16 und 17 gebildeten Rechteckkamniem weit besser verhindert wird.

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Die in Fig. 1 und 2 gezeigte Sammelschienenkonstruktion ist mechanisch äußerst fest und stabil, verhältnismäßig leichtgewichtig sowie hochgradig wasserdicht. Da die Spannplatten 16 und 17 die Seitenwandteile 12 und IJ über die gesamte Länge der Leiterschienen untereinander verbinden, und zwar an Stellen unmittelbar bei den Leiterschienen selbst, ergibt sich ein Gehäuse, das den bei verhältnismäßig starken Kurzschlußströmen auftretenden magnetischen Kräften, die die LeiterschienenHA, HB, HC und HN auseinanderzudrücken bestrebt sind, standzuhalten vermag. Zum Beispiel sind solche Kräfte bekanntlich gleichmäßig über die L^jage der parallelen Leiterschienen verteilt. Das vorliegende Gehäuse vermag solchen Kräften besonders gut zu widerstehen, da die Verbindungen, durch welche die beiden Seitenwandungen zusammengehalten werden, in ähnlicher Weise gleichmäßig über die Länge der Leiterschienen verteilt sind.

Gemäß einer anderen Ausführungsform der Erfindung, die nicht eigens dargestellt ist, können die Spannplatten 16 und 17 mit den entsprechenden Auebiegungen 12A, IJA und 1J5B, 12B mittels einer durchlaufenden Schweißnaht verbunden sein. Dies hat den Vorteil, daß die beiden Seitenwandungen 12 und 13 in der gleichen Weise über die Länge der Leiterschienen untereinander verbunden sind, wie die die Leiter auseinanderdrückende Kraft über deren Länge verteilt ist.

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Die vorliegende Sammelsdlenenkanalausbildung sorgt außerdem für eine sehr gute Ableitung der in den Leiterschienen beim Stromdurchgang erzeugten Wärme. Wie man sieht, befinden sich die das Gehäuse bildenden Teile der Seitenwandungen 12 und 1J> sowie der Spannplatten 16 und 17 mit großen Flächenbereichen in innigem thermischen Kontakt mit den Leiterschienen unter Zwischenschaltung von nur einer dünnen Isolierschicht. Die Spannplatten 16 und 17 sind außerdem in thermischem Kontakt mit den isolierten Rändern der Leiterschienen. Jedes dieser Teile ist ferner mit erheblichen Plächenbereichen der Luft ausgesetzt, so daß die von den Leiterschienen auf das Metallgehäuse übertragene Wärme abgestrahlt und von der umgebenden Luft weggeführt werden kann. Zusätzliche Abstrahlungs- und Ableitungsflächen für die Wärme werden durch die Dachplatte 14 und die Bodenplatte 15 gebildet, die zugleich der bequemen Handhabung und Installierung der Sammelschienenabschnitte dienen.

In Fig. 3 und 4 ist ein weiteres, bevorzugtes Merkmal der Erfindung veranschaulicht. Gemäß diesem Merkmal sind die Seitenwandteile 12 und 15 ursprünglich so ausgebogen, daß in der für den Zusammenbau bereiten Lage die Seitenwandtdle in der Längsmitte einen dichteren Abstand voneinander haben als an ihren Rändern.

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Wie in Fig. 3 veranschaulicht, werden die Leiterschienen HA, HB, HC und HN Seite an Seite und die Spannplatten 16 und 17 bei den Rändern der Leiterschienen angeordnet. Die Seitenwandteile 12 und IJ> werden dann so gegen die Leiterschienen angestellt, daß sie in ihrer Längsmitte die beiden äußeren Leiterschienen des Paketes berühren. Wie in Fig. 4 veranschaulicht, werden dann durch Anwenden von Kraft die Seitenwandungen 12 und 13 gegen ihre Eigenspannung flachgebogen und gemeinsam mit dem Leiterschienenpaket fest zusammengepreßt. In diesem Zustand der Anordnung werden dann die Spannplatten 16 und 17 z. B. durch Verschweißen mit den Ausbiegungen 12A, 13A und 12B, 13B verbunden. Sodann können die Dachplatte 14 und die Bodenplatte 15 an den Flanschen 12C¹, 13C' und 12D¹, 13D* befestigt werden, was vorzugsweise geschieht, während die Seitenwandungen in der in Fig.4 gezeigten V/eise unter Preßdruck stehen.

Nachdem die Teile in dieser V/eise zusammengefügt sind, stehen die Seitenwandungen 12 und 13* obwohl sie, wie in Fig. 2 gezeigt, gerade oder eben erscheinen, unter einer inneren Spannung. Durch diese inneren Spannkräfte werden die Mittelteile der Seitenwandungen 12 und 13 gegeneinander und gegen das Leiterschienenpaket gedruckt und dadurch in innigen thermischen Kontakt mit den äußeren isolierten Leiterschienen gepreßt, während zugleich das Leiterschienenpaket selbst zusammengepreßt wird. Wie

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bereits erwähnt, wird dadurch nicht nur die Wärmeübertragung von den Leiterschienen auf das Gehäuse verbessert, sondern es wird zugleich eine "vorgespannte" Anordnung erhalten, derart, daß etwaige kurzschlußbedingte Magnetkräfte, die die Leiter auseinanderzudrücken bestrebt sind, zuerst die die Seitenwandungen zusammendrückende Kraft überwinden müssen, ehe sich die Seitenwandungen nach außen biegen können.

Vorliegend ist nur ein mittlerer Abschnitt eins erfindunGsgcmäßen Sammelschienenkanalsystems gezeigt und beschrieben, das vorzugsweise in vorgefertigten Längen von beispielsweise J5 Metern (10 Fuß) ausgeführt wird, wobei an den beiden Enden dieser Längen oder Abschnitte die Leiter jeweils so modifiziert sind, daß ein Anschluß an andere gleichartige Abschnitte ohne weiteres möglich 1st« zu welchem Zweck beispielsweise die Leiter aus dem Gehäuseteil herausgeführt und mit ihren abisolierten Enden so auseinandergespreizt sein können, daß sie die entsprechenden Leiterenden des Nachbarabschnitts übergreifen und auf geeignete Weise, z. B. durch Anklemmen, an diese angeschlossen werden können.

Während vorliegend nur ein durchlaufender, abgeschlossener Gehäuseabschnitt gezeigt ist, kann das Gehäuse, beispielsweise durch Aufweiten und Auseinanderspreizen der Leiterschienen, auch so abgewandelt werden, daß sich Stromabnahmekontakte in Form von Steckkontakten oder dgl. einbauen lassen.

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Claims

Patentansprüche .

1. /Elektrischer Sammelschienenkanal mit mindestens

^ drei verhältnismäßig breiten und dünnen, langgestreckten Flachleiterschienen, die Seite an Seite angeordnet und voneinander isoliert sind, gekennzeichnet durch ein Metallgehäuse, bestehend aus zwei langgestreckten Seitenwandteilen aus Metallblech (12, 12), deren Breite erheblich größer ist als die größte Querabmessung der Leiterschienenanordnung und die mit einem mittleren Längsteil in innigem thermischen Kontakt mit der Leiterschienenanordnung (HA, HB; HC, HN), elektrisch isoliert von dieser, angeordnet sind und mit ihren äußeren Rändern eine erhebliche Strecke beiderseits der Leiterschienenanordnung vorstehen; eine

ψ erste Verbindungseinrichtung (14, 15)* durch welche die beiden Seitenwandteile beiderseits der Leiterschienenanordnung unmittelbar bei dieser an mehreren in Längsrichtung angeordneten Stellen untereinander verbunden werden.

2. Sammelschienenkanal nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die beiden Verbindungseinrichtungen jeweils aus zwei langgestreckten Metallblechteilen von jeweils im wesentlichen der gleichen Längserstreckung wie die Leiterschienen bestehen.

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p. Sammelschienenkanal nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Metallblechteile (16, 17) der zweiten Verbindungseinrichtung jeweils mit einem mittleren Längsteil in innigem thermischen Kontakt mit den Randteilen der Leiterschienen, elektrisch isoliert von diesen, angeordnet sind.

4. Sammeis chi enenkanal nach Anspruch 2 oder "3, dadurch gekennzeichnet, daß die Metallblechteile der beiden Verbindungseinrichtungen mit den Seitenwandteilen im wesentlichen durchlaufend über den Hauptteil der Länge des Kanals verbunden sind.

5. SammeIschienenkanal nach einem der Ansprüche 1-4, dadurch gekennzeichnet, daß der mittlere Teil und die äußeren Teile integrale Bestandteile eines einzigen Blechstücks bilden und die langgestreckten Blechteile mit den Seitenwandteilen an Zwischenstellen derselben verbunden sind.

6. Sammelschienenkanal nach Anspruch 5* dadurch gekennzeichnet, daß die Seitenwandteile jeweils mit nach außen vorstehenden Längsrippen von allgemein TJ-förmigem Querschnitt (12A, 1^A, 12B, lj5B) versehen sind und die Blechteile der zweiten Verbindungseinrichtung (16, 17) mit ihren Rändern jeweils in diese rippenförmigen Ausbiegungen eingeschoben und dort starr befestigt sind.

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7· Sammelschienenkanal nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet ,-- daß die Blechteile (16, 17) in den rippenförmigen Ausbiegungen ohne Durchlochungen befestigt sind.

8. Sammelschienenkanal nach Anspruch 7* d a du r c h

P gekennzeichnet, daß die durchlochungsfreie Verbindung im wesentlichen durchlaufend über den Hauptteil der Kanallänge besteht.

9. S ammeIschienenkanal nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet _s- daß die Leiters chi en en Seite an Seite nebeneinander angeordnet sind und durch die beiden Verbindungseinrichtungen die Seitenwandteile in im wesentlichen ebener, ausgeflachter Lage in innigem thermischen Kontakt mit der Leiterschienenanordnung gehalten v/erden.

10. Verfahren zum Herstellen eines abgeschlossenen elektrischen Sammelschienenkanalabschnitts mit einem allgemein rechteckigen Metallgehäuse, bestehend aus zwei Seitenwandblechen sowie einem Dachwandblech und einem Bodenwandblech, wodurch eine Anzahl von einzeln isolierten elektrischen Leiterschienen umschlossen werden, dadurch gekennzeichnet, daß Seitenwandteile verwendet werden, die über ihre Länge zwischen ihren beiden Längsrändern ausgebogen sind; daß die Leiterschienen

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dicht nebeneinander Seite an Seite mit im wesentlichen in gleicher Ebene liegenden Längsrändern angeordnet werden; daß die Seitenwandteile dicht bei der Leiterschienenanordnung so angeordnet werden, daß sie mit ihren Längsrändern von der Leiterschienenanordnung weggebogen sind; daß das Dachwandblech und das Bodenwandblech an die Längsränder der Leiterschienenanordnung angesetzt werden und auf die Außenflächen der gebogenen Seitenwandteile eine Kraft ausgeübt wird, durch welche die Seitenwandteile gegen die Leiterschienenanordnung gepreßt und dabei ausgeflacht werden; daß die Dachwand und die Bodenwand mit den beiden Seitenwandteilen an einer Vielzahl von Stellen über ihre Länge verbunden werden, während die Seitenwandteile unter der Preßkraft stehen; und daß anschließend die Preßkraft entfernt wird, derart, daß die Seitenwandteile eine innere Vorspannung erhalten, durch welche ihre mittleren Teile in innigen thermischen Kontakt mit den Seitenflächen der Leiterschienenanordnung gedrückt werden.

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