WO2004090913A1 - Verfahren zur herstellung von formteilen für schalteinrichtungen der nieder-, mittel- und hochspannungstechnik - Google Patents

Verfahren zur herstellung von formteilen für schalteinrichtungen der nieder-, mittel- und hochspannungstechnik Download PDF

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WO2004090913A1
WO2004090913A1 PCT/EP2004/003745 EP2004003745W WO2004090913A1 WO 2004090913 A1 WO2004090913 A1 WO 2004090913A1 EP 2004003745 W EP2004003745 W EP 2004003745W WO 2004090913 A1 WO2004090913 A1 WO 2004090913A1
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balls
switching device
casting compound
hollow
molded parts
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PCT/EP2004/003745
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Dietmar Gentsch
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Abb Technology Ag
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    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01B—CABLES; CONDUCTORS; INSULATORS; SELECTION OF MATERIALS FOR THEIR CONDUCTIVE, INSULATING OR DIELECTRIC PROPERTIES
    • H01B3/00—Insulators or insulating bodies characterised by the insulating materials; Selection of materials for their insulating or dielectric properties
    • H01B3/18—Insulators or insulating bodies characterised by the insulating materials; Selection of materials for their insulating or dielectric properties mainly consisting of organic substances
    • H01B3/30—Insulators or insulating bodies characterised by the insulating materials; Selection of materials for their insulating or dielectric properties mainly consisting of organic substances plastics; resins; waxes
    • H01B3/40—Insulators or insulating bodies characterised by the insulating materials; Selection of materials for their insulating or dielectric properties mainly consisting of organic substances plastics; resins; waxes epoxy resins

Definitions

  • the invention relates to a method for producing molded insulating parts for switching devices in low, medium and high voltage technology, and to a switching device itself, according to the preamble of claims 1, 2, 3 and 17.
  • Vacuum chambers and other parts that were built into the molded insulating parts were cast with their fixed and movable connections directly into the supporting housing made of epoxy resin.
  • the materials of the molded parts are coated with a filler powder.
  • the casting technique means that the vacuum interrupter or the inserts have to be padded with an elastomer material for mechanical reasons before the casting in epoxy resin.
  • the requirements for this material are:
  • This upholstery is to absorb stresses in the component caused by mechanical or thermal shrinkage during the manufacture and operation of the epoxy resin components.
  • Filler powder mixtures give the components a correspondingly high total weight.
  • the object of the invention is to improve a method of the generic type in such a way that the disadvantages mentioned are eliminated while at the same time maintaining the described advantages obtained.
  • the essence of the process according to the invention is that a mixture of balls with a statistical distribution of diameters of a size Dx is introduced into the casting compound as a filler.
  • Shrinkage during curing can be set significantly lower than the values currently available in the literature; this can also result in a reduction in the expansion coefficient in the finished component.
  • the particle or particle matrix is thus distributed more densely or more densely. This creates a mechanically resistant direct casting or direct casting of parts and components.
  • the spherical filling material also increases the notch toughness of the hardened casting compound.
  • the mechanical shrinkage stresses that are unavoidable in the component can be absorbed by the filled casting resin by virtue of the fact that the filler is spherical in the epoxy resin, which in turn means that the mechanical characteristics of the corresponding mixture are significantly higher in comparison.
  • At least one switching chamber is provided with a casting from a first casting compound and then with connections in a block from at least a second casting compound such as silicone or soft epoxy or plastic is poured.
  • Epoxy resin is used as the first casting compound and silicone or polyurethane, or polyurethane derivatives or soft epoxy is used as the second casting compound.
  • the particles are introduced into both the first and the second casting compound.
  • the balls or the hollow balls consist of glass or of ceramic, preferably of aluminum nitride ceramic.
  • a material that is suitable for use in electrical switching devices is thus selected
  • the degree of filling is set between 50 and 90%. This ensures optimal results with regard to mechanical requirements and crack-preventing measures.
  • a new combination of different filler powders in the epoxy resin mixture should enable the inserts (e.g. Vacuum interrupters or other metallic or non-metallic inserts) without the padding but also with the epoxy resin mixture.
  • outer diameter mixtures of the spheres or hollow spheres with a bandwidth of 65 micrometers to 120 micrometers are used.
  • the particles have an average density of 0.2 g / cm 3 .
  • Hollow spheres with a diameter of up to 200 micrometers.
  • the above-mentioned density of the hollow spheres means the effective density, that is to say weight per unit volume or the cavity.
  • Another aspect is the improvement of thermal continuity when heat is generated in the switchgear. This heat has to be conducted from the inside to the outside, ie to be dissipated.
  • Thermal conductivity selected is much more suitable than epoxy resin or another plastic alone. At the same time, the sensitivity to cracks is reduced and a high insulation effect is obtained by filling with particles according to the invention.
  • Figure 2 Component according to Figure 1, already in three-phase version.
  • Figure 3 Execution with a block encapsulation in, for example, silicone.
  • Figure 1 shows an example of a pole part of a switchgear. Here is one
  • Vacuum interrupter 1 is encapsulated by a first potting compound 10 made of epoxy resin.
  • an epoxy resin casting compound is preferably chosen as the casting compound, which is referred to in the wording of the claims as the first casting compound.
  • the particles or balls are preferably made of aluminum nitride.
  • Aluminum oxides are also suitable, but the thermal conductivity of AIN is greater than that of Al 2 0 3 .
  • Figure 2 shows the arrangement of a three-phase three-phase switching arrangement.
  • the last wrapping material is used as the second casting compound 20 epoxy, silicone or polyurethane, into which the pole parts cast with the first casting compound together with the connections / busbars 2 are inserted and enveloped / encapsulated by the second casting compound 20.
  • Injection molding processes can also be used here. Epoxy, silicone or polyurethane are used. This is then provided with the filler in the manner described.
  • the fillers i.e. the balls, hollow balls and other fillers introduced.
  • a statistical distribution of selected particles or sphere sizes leads to a high packing density.
  • Epoxy resin composition can be used.
  • the degree of filling determines the mechanical and thermal properties. It is primarily 50-90%.
  • the density of the epoxy resin mixture is significantly reduced.
  • thermosetting molding material eg polyurethane
  • the hollow glass ball can be kept in contact with one another in the casting compound, so that the epoxy resin, silicone or polyurethane consequently fills the gusset between the hollow glass balls and fills them without bubbles.
  • the coefficient of thermal expansion decreases down to that of glass.
  • Pole parts before a series of connections and current transitions which in turn must also be insulated from solid matter and are to be dielectrically sealed at the connection points by appropriate insulation elements.
  • all the necessary components such as the vacuum interrupter as an active switching element, a three-position switch -ggf, are placed in an optimized volume. as another vacuum chamber, the power supply rails, transducers and other components introduced. Then all the equipment is in one form preferably cast into a "block" or a unit with a silicone rubber.
  • a ceramic filler can be introduced into the silicone. The filler can be introduced into the silicone mass beforehand. Another possibility is to soak the filler, eg with silicone in the evacuated form
  • silicone as a potting compound makes it possible to encapsulate an entire technical device with an insulator without the formation of cracks.
  • connections to a possibly three-phase "block” are preferably made via cables, connected to commercially available plug connections of the respective plug sizes.
  • the sockets are firmly connected and cast in or on the "block".
  • cast resin components pole parts, etc. can extend into the silicone compound, see the two sketches. On which e.g. a corresponding drive can be installed from the outside.
  • the remaining parts are mounted between the components. After applying appropriate adhesion promoters, an electrically "tight" block with all the necessary components can be produced.
  • the heat flow that arises in the interior of the block can be conducted to the surface of the block in particular using a filler made of AIN (up to 220W / mK). If this ceramic material with a high filler content is introduced into the silicone material, the thermal conductivity of the casting compound can be increased significantly and the dielectric performance can be maintained or increased at today's level.
  • AIN up to 220W / mK
  • the heat flow can be dissipated to the outside by appropriate enlargement of the surface (ribbing connected with convection of the surrounding air) or by cooling elements at corresponding dielectric non-critical points.
  • the filler is introduced directly into a mold surrounding the components, comparatively "large" particle diameters of the ceramic component can be selected. That is, particle sizes, for example in the 1-1 .mu.m range, preferably with a spherical shape to increase the notch toughness on the finished block. Different in In the event of potting with a pre-assembled potting compound. In this case, correspondingly finer particles should be selected so that a sufficiently low viscosity is achieved for the subsequent processing process
  • Components also produce individual blocks.
  • the use of individual blocks can create a service-friendly and cost-effective solution
  • Figure 3 shows the introduction of all described in a translucent representation
  • the blocks are separated from one another by plates 3 located between them for heat dissipation.

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Abstract

Die Erfindung betrifft eine Verfahren zur Herstellung von Formteilen für Schalteinrichtungen der Nieder-, Mittel- und Hochspannungstechnik, sowie eine Schalteinrichtung selbst, gemäss Oberbegriff des Patentanspruches 1, 2, 3 und 17. Um hierbei die oben genannten Nachteile bei gleichzeitigem Erhalt der beschriebenen gewonnen Vorteile zu beseitigen, ist erfindungsgemäss vorgeschlagen, dass ein Gemisch von Kugeln mit einer vorgegebenen Verteilung von Durchmessern einer Grösse Dx in die Vergussmasse mit eingebracht werden und damit ein direkter Verguss von Bauteilen erstellt wird.

Description

Verfahren zur Herstellung von Formteilen für Schalteinrichtungen der Nieder-, Mittel- und Hochspannungstechnik
Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Herstellung von Isolierstoff- Formteilen für Schalteinrichtungen der Nieder-, Mittel- und Hochspannungstechnik, sowie eine Schalteinrichtung selbst, gemäß Oberbegriff der Patentansprüche 1 , 2, 3 und 17.
An die Bauteile in genannten Schalteinrichtungen werden höchste Ansprüche gestellt. Neben den geforderten dielektrischen Eigenschaften finden mechanische Eigenschaften wie Umbruchfestigkeit, Stoßfestigkeit und die Neigung zur Rissbildung etc gleichzeitige Beachtung.
Es haben sich in der Vergangenheit Erfahrungen hierzu in Punkto Rissbildung bei Epoxydharz-Bauteilen und Bauteilen aus anderen isolierenden Werkstoffen in solchen Schalteinrichtungen ergeben.
Diese sind unbedingt zu vermeiden. Hierzu hat es in der Vergangenheit schon Bemühungen gegeben. Vakuumkammern und andere Teile, die in die Isolierstoff- Formteile eingebaut wurden, wurden mit ihren festen und beweglichen Anschlüssen direkt in das tragende Gehäuse aus Epoxydharz eingegossen. Um hierbei der Rissbildung zu begegnen, sind die Materialien der Formteile mit einem Füllstoffpulver-
Zusatz bestehend aus Quarzmehl oder auch Quarzgutmehl gemeinsam vergossen.
Diese Vorgehensweise hat sich bewährt. Des weiteren werden Bauteile zur Erhöhung der äußeren dielektrischen Festigkeit in Silikon bzw. Polyurethan oder ein „weich" eingestelltes Gießharz ohne ein Füllstoff pulver eingegossen.
Die Eingießtechnik bedingt, dass die Vakuumschaltkammer bzw. die Einlegeteile aus mechanischen Gründen vor dem Einguss in Epoxydharz mittels eines Elastomer - Werkstoffes gepolstert werden muss. Die Anforderungen an diesen Werkstoff sind:
-hohe dielektrische Festigkeit
-gute Haftung zur Vakuum-Schaltkammer (bzw. zum Einlegeteil) -gute Haftung zum umgebenden Epoxydharz
-ausreichende Elastizität zur Aufnahme thermo- und mechanischer Spannungen
Zweck dieser Polsterung ist es, während der Herstellung und des Betriebes der Epoxydharzbauteile durch mechanischen oder thermischen Schwund entstehende Spannungen im Bauteil aufzunehmen.
Durch die hohe Dichte der heute üblichen Füllstoffpulver oder auch
Füllstoffpulvermischungen bekommen die Bauteile ein entsprechend hohes Gesamtgewicht.
Beim Einsatz von Silikon bzw. Polyurethan oder eines „weich" eingestellten Gießharzes ohne ein Füllstoffpulver ist die mechanische Festigkeit der fertig vergossenen Bauteile gering, gummielastisch.
Davon ausgehend liegt der Erfindung die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren der gattungsgemäßen Art dahingehend zu verbessern, dass die genannten Nachteile bei gleichzeitigem Erhalt der beschriebenen gewonnen Vorteile beseitigt werden.
Die gestellte Aufgabe ist bei einem Verfahren der gattungsgemäßen Art durch die kennzeichnenden Merkmale des Patentanspruches 1 gelöst. Weitere vorteilhafte Ausgestaltungen sind in den abhängigen Ansprüchen 4 bis 16 angegeben.
Im Hinblick auf eine Schalteinrichtung der gattungsgemäßen Art ist die gestellte
Aufgabe durch die kennzeichnenden Merkmale des Patentanspruches 17 gelöst.
Weitere vorteilhafte Ausgestaltungen der erfindungsgemäßen Einrichtung sind in den übrigen abhängigen Ansprüchen angegeben.
Kern der verfahrensgemäßen Erfindung ist hierbei, dass ein Gemisch von Kugeln mit einer statistischen Verteilung von Durchmessern einer Größe Dx als Füllstoff in die Vergussmasse mit eingebracht werden. Durch den Einsatz von Kugeln, Glaskugeln oder Glashohlkugeln, als Füllstoff in Epoxydharz oder in Kunststoffen oder auch durch eine Kombination von Kugeln und Füllstoffpulvern kann der chemisch bedingte
Schwund bei der Aushärtung deutlich geringer eingestellt werden als die derzeit in der Literatur vorhandenen Werte, auch kann dies eine Reduktion des Ausdehnungskoeffizienten beim fertigen Bauteil bewirken. Mit dem erfindungsgemäßen Einsatz eines hinsichtlich des Aussendurchmessers der Partikel statistischen Gemisches werden höhere Packungsdichten erreicht. Die Partikel oder Partikelmatrix ist damit dichter bzw dichter verteilt. Damit entsteht ein mechanisch widerstandsfähiger Direkteinguss oder Direktverguss von Bauteilen und Komponenten.
Auch erhöht das kugelförmige Füllmaterial die Kerbzähigkeit der ausgehärteten Vergussmasse.
Die im Bauteil unvermeidlich verbleibenden mechanischen Schrumpfspannungen können durch das gefüllte Gießharz dadurch aufgenommen werden, dass der Füllstoff sphärisch im Epoxydharz vorliegt, wodurch wiederum die mechanischen Kennwerte der entsprechenden Mischung im Vergleich deutlich höher liegen.
Eine weitere Verfahrensalternative, die für sich oder gemeinsam mit der oben genannten Methode eingesetzt werden kann ist der entsprechende Einsatz von Hohlkugeln. In Verbindung mit der erstgenannten Maßnahme ergäbe sich ein Gemisch aus Voll- und Hohlkugeln. Durch ausschließliche Verwendung oder durch Mitverwendung von Hohlkugeln kann ein Isolator mit geringer Dichte hergestellt werden, der ein geringes Gesamtgewicht im Hinblick auf das spätere Gesamt-Bauteil ermöglicht.
Eine weitere Alternative, die jedoch optional auch im Zusammenhang mit den obigen Ansprüchen gelesen werden kann besteht darin, dass mindestens eine Schaltkammer mit einem Umguss aus einer ersten Vergussmasse versehen und sodann mit Anschlüssen in einen Block aus mindestens einer zweiten Vergussmasse wie Silikon oder Weich-Epoxy oder Kunststoff vergossen wird.
Als erste Vergussmasse wird Epoxydharz und als zweite Vergussmasse Silikon oder Polyurethan, oder Polyurethan-Derivate oder weich eingestelltes Epoxyd verwendet.
Dabei kann nun in weiterer vorteilhafter Ausgestaltung vorgesehen sein, dass sowohl in die erste als auch in die zweite Vergussmasse die Partikel eingebracht werden.
In vorteilhafter Ausgestaltung bestehen die Kugeln bzw die Hohlkugeln aus Glas, oder aus Keramik, vorzugsweise aus Aluminiumnitrid-Keramik bestehen. Damit ist ein für den Einsatz in elektrischen Schalteinrichtungen geeigneter Werkstoff gewählt
Weiterhin ist vorteilhaft ausgestaltet, dass der Füllgrad zwischen 50 und 90 % eingestellt wird. Damit werden optimale Ergebnisse hinsichtlich mechanischer Anforderungen und rissverhindernder Maßnahmen erfüllt.
In weiterer vorteilhafter Ausgestaltung werden dem Kugel und/oder Hohlkugelgemisch andere Füllstoffe zugemischt.
Zur besseren Benetzung der Glaskugeln oder auch Glashohlkugeln können handelsübliche Schlichten oder auch Primer auf der Glasoberfläche appliziert werden. Durch eine neuartige Kombination verschiedener Füllstoffpulver in der Epoxydharzmischung soll es künftig ermöglicht werden, die Einlegeteile (z.B. Vakuumschaltkammem oder andere metallische oder nichtmetallische Einlegeteile) ohne eine Polsterung aber auch mit einer solchen direkt mit der Epoxydharzmischung zu umgießen.
Zu Erreichung optimaler Ergebnisse werden zum einen Aussendurchmessergemische der Kugeln oder Hohlkugeln mit einer Bandbreite von 65 mikrometer bis 120 mikrometer verwendet.
Weiterhin werden auch optimale Ergebnisse mit Aussendurchmessern von 40 mikrometer bis 85 mikrometer erreicht.
In weiterer vorteilhafter Ausgestaltung ist angegeben, dass die Partikel eine mittlere Dichte von 0,2 g/cm3 aufweisen.
In vorteilhafter Ausgestaltung ist vorgesehen, dass die Partikel eine mittlere Dichte von
0,37 g/cm3 aufweisen.
Weitere Ausgestaltungen bei denen sich im Ergebnis gute mechanische und elektrische Eigenschaften erzielen lassen sind folgende:
Hohlkugeln mit einen Durchmesser bis zu 200 Mikrometer.
- Hohlkugeln mit einer effektiven Dichte zwischen 0,1 bis 0,6 g/cm3.
- Vollkugeln mit einer Dichte von 2,0 bis 7,0 g/cm3.
Bei der oben genannten Dichte der Hohlkugeln ist die effektive Dichte, also Gewicht pro Volumeneinheit respektive des Hohlraumes gemeint.
In entsprechender Weise sind die Merkmale der erfindungsgemäßen Einrichtung entsprechend ausgebildet. Ein weiterer Aspekt ist die Verbesserung der Wärmedurchgängigkeit, bei entstehender Wärme in den Schaltanlagen. Diese Wärme uss von innen nach außen geleitet , d.h. abgeführt werden.
Aus diesem Grund sind als Füll- oder Zuschlagsstoffe solche mit hoher spezifischer
Wärmeleitfähigkeit gewählt. Insgesamt ist ein solcher Werkstoff bzw ein daraus gefertigtes Bauteil wesentlich geeigneter als Epoxydharz oder ein anderer Kunststoff allein. Gleichzeitig werden durch die erfindungsgemäße Befüllung mit Partikeln die Rissempfindlichkeit reduziert und eine hohe Isolationswirkung erhalten.
Zunächst unabhängig von den Zuschlagstoffen kann es einen umhüllenden Gesamteinguss in Silikon oder einen weich eingestellten Epoxymantel geben, der die Schaltkammern zum einen und die Anschlüsse zum anderen umschließt.
Die Erfindung ist in der Zeichnung dargestellt und nachfolgend näher beschrieben.
Es zeigt:
Figur 1 : Polteil mit Vakuumschaltkammer
Figur 2: Bauteil nach Figur 1 , bereits in dreiphasiger Ausführung.
Figur 3: Ausführung mit einem Blockverguss in beispielsweise Silikon.
Figur 1 zeigt beispielhaft ein Polteil einer Schaltanlage. Hierbei ist eine
Vakuumschaltkammer 1 von einer ersten Vergussmasse 10 aus Epoxydharz umgössen.
Als Vergussmasse ist wie bereits gesagt vorzugsweise eine Epoxydharzvergussmasse gewählt, die im Wortlaut der Patentansprüche als erste Vergussmasse bezeichnet ist.
Diese kann nun erfindungsgemäß auch mit Kugeln oder Partikel der genannten Größe versehen sein. Mit der erfindungsgemäßen Wirkung der Reduktion der Rissbildungsgefahr geht gleichzeitig ein guter Wärmedurchgang einher. Um eine optimale Wärmeleitfähigkeit zu erzielen bestehen die Partikel oder Kugeln vorzugsweise aus Aluminiumnitrid. Aluminiumoxide sind auch geeignet, aber die Wärmeleitfähigkeit von AIN ist größer als von Al203 .
Figur 2 zeigt die Anordnung einer dreiphasigen Drehstromschaltanordnung. Hierbei wird als letztes Umhüllungsmaterial d.h. als zweite Vergussmasse 20 Epoxyd, Silikon oder Polyurethan verwendet, in die die mit der ersten Vergussmasse vergossenen Polteile samt Anschlüssen / Stromschienen 2 eingelegt und von der zweiten Vergussmasse 20 umhüllt/vergossen werden. Hierbei können auch Spritz-„Guss- Verfahren angewendete werden. Epoxyd, Silikon oder Polyurethan verwendet. Dieses ist dann in der beschriebenen Weise mit dem Füllstoff versehen sein.
In das besagte Material werden die Füllstoffe, d.h. die Kugeln, Hohlkugeln und weiteren Füllstoffe eingebracht. Eine statistische Verteilung gewählter Partikel bzw Kugelgrößen führt zu einer hohen Packungsdichte.
Dies bedeutet nun, dass zur Verringerung innerer Spannungen in Epoxidharzbauteilen bei vorhandenen Einlegeteilen (z.B. Vakuumschaltkammern oder andere Teile) sowie zur Aufnahme von unvermeidbaren mechanischen Spannungen eine Kombination aus verschiedenen Kugeln, Glaskugeln oder Glashohlkugeln, als Zusatz zur
Epoxidharzmasse verwendet werden. Der Füllgrad bestimmt die mechanischen und thermischen Eigenschaften. Vornehmlich beträgt er 50 - 90%. Durch den Einsatz von Glashohlkugel wird die Dichte der Epoxidharzmischung deutlich reduziert. Durch das Hinzufügen von Kugeln, Glaskugeln oder Glashohlkugeln, zum Silikon bzw. Polyurethan oder einem „weich" eingestelltem Gießharz nimmt die mechanische
Festigkeit des Bauteils, sowie der Vergussmasse zu.
Andere weitere Füllstoffkomponenten den Kugeln in einem entsprechenden Mischungsverhältnis zuzumischen ist erfindungsgemäß weiterhin vorgesehen, z.B. Quarzmehl, Quarzgutmehl oder auch Wollastonit.
Auch kann statt des Epoxidharzes ein anderer duroplastischer Formstoff (z.B. Polyurethan) zum Einsatz kommen. Die Glashohlkugel können dabei in der Vergussmasse mit einander in Berührung gehalten werden, so dass das Epoxydharz, Silikon oder Polyurethan folglich nur die Zwickel zwischen den Glashohlkugeln füllt, blasenfrei füllt. Der thermische Ausdehnungskoeffizient nimmt ab bis hin zu demjenigen von Glas.
Wird ein System bestehend aus Silikon bzw. Polyurethan oder ein „weich" eingestelltes Gießharz gewählt, so kann durch Hinzufügen von Kugeln, Glaskugeln oder Glashohlkugeln erreicht werden, dass die mechanische Festigkeit des Bauteils, deutlich zunimmt. Das eröffnet die Möglichkeit, dass auch diese Werkstoffmischungen zukünftig als Konstruktionswerkstoffe für den Verguss mechanisch beanspruchter Isolatoren (Bauteil) mit den erforderlichen Befestigungspunkten zur Verfügung stehen. Darüber hinaus lassen sich durch den Einsatz der Glashohlkugel extrem „leichte" Bauteile mit einer hohen mechanischen und dielektrischen Festigkeit herstellen.
Bei der Herstellung einer Feststoffisolation eines Isolatorblocks - (z.B. ein Einguss aller Komponenten einer Schaltanlage)- besteht besonders das Problem, dass die entstehende Wärme durch den Isolator hindurch nach außen an die Umgebung weitergeleitet werden muss, damit die Temperatur der eingegossenen Bauteile einen max. zulässigen Wert nicht überschreitet. Das wird derzeit durch die Maßnahme einer geringen aber ausreichenden Wandstärke des Isolators bzw. durch ein Aufsetzen eines Wärmeübertragers aus Metall (reicht durch den Isolator an einer Stelle bis auf die Metallteile hindurch bzw. in die Nähe eines Metallteils ) erreicht.
In einer feststoffisolierten Schaltanlage liegen neben den Schaltelementen z.B. den
Polteilen eine Reihe von Verbindungen und Stromübergängen vor, die ihrerseits ebenfalls feststoffisoliert sein müssen und an den Verbindungsstellen durch entsprechende Isolationselemente dielektrisch abzudichten sind.
In ein optimiertes Volumen werden hingegen alle notwendigen Komponenten wie z.B. die Vakuumschaltkammer als aktives Schaltelement, ein Dreistellungsschalter -ggf. als eine weitere Vakuumkammer-, die Stromzuführungsschienen, Wandler und weitere Komponenten eingebracht. Anschließend wird in einer Form das gesamte Equipment zu einem "Block" bzw. einer Einheit bevorzugt mit einem Silikongummi vergossen. Um aus dem entstandenen Block den Wärmestrom aus dem inneren Bereich nach außen abführen zu können, kann ein keramischer Füllstoff ins Silikon eingebracht werden. Der Füllstoff kann vorher in die Silikonmasse eingebracht sein. Eine andere Möglichkeit ist das Tränken des Füllstoffes, z.B. mit Silikon in der evakuierten Form
Durch den Einsatz von Silikon als Vergussmasse besteht die Möglichkeit, eine ganze technische Einrichtung mit einem Isolator ohne das sich Risse bilden zu umgießen.
Die Anschlüsse an einen evtl. dreiphasigen "Block" erfolgt bevorzugt über Kabel, verbunden mit handelsüblichen Steckerverbindungen der jeweiligen Steckergrößen. Die Buchsen liegen fest verbunden und vergossen im oder am "Block" vor. Zur Steigerung der mechanischen Festigkeit im Bereich der Schaltelemente können auch Gießharzbauteile (Polteile, u.a.) in die Silikonmasse hineinreichen, siehe die beiden Skizzen. An denen z.B. ein entsprechender Antrieb von außen montiert werden kann.
Die übrigen Teile (Stromzuführungsschienen, Wandler, usw...) werden zwischen den Komponenten montiert. Nach einem Aufbringen von entsprechende Haftvermittlern kann ein elektrisch "dichter" Block mit allen erforderlichen Komponenten hergestellt werden.
Der Wärmestrom, der im Innern des Blocks entsteht kann besonders durch einen Füllstoff aus dem Werkstoff AIN (bis 220W/mK) an die Blockoberfläche geführt werden. Wird dieser keramische Werkstoff mit einem hohen Füllstoffanteil ins Silikonmaterial eingebracht, kann die Wärmeleitfähigkeit der Vergussmasse deutlich gesteigert und die dielektrische Performance auf dem heutigen Niveau gehalten bzw. gesteigert werden.
Durch entsprechende Oberflächenvergrößerung (Berippung verbunden mit Konvektion der umgebenden Luft) bzw. durch Kühlelemente an entsprechenden dielektrisch unkritischen Stellen kann der Wärmestrom nach außen abgeführt werden.
Wird der Füllstoff z.B. direkt in eine die Komponenten umgebende Form eingebracht, können vergleichsweise "große" Teilchendurchmesser der keramischen Komponente gewählt werden. Das heißt, Teilchengrößen z.B. im 1-1 Om Bereich, vorzugsweise mit einer sphärischen Form zur Steigerung der Kerbzähigkeit am fertigen Block. Anders im Falle eines Vergusses mit einer vorkonfektionierten Vergussmasse. In diesem Fall sind entsprechend feinere Teilchen zu wählen, damit eine ausreichend niedrige Viskosität für den Folgeverarbeilungsprozess erreicht wird
Zur Vereinfachung lassen sich an Stelle eines Gesamtblockes, in dem sich alle
Komponenten befinden, auch Einzelblöcke herstellen. Im Falle einer Reparatur läßt sich durch den Einsatz von Einzelblöcken eine sevicefreundliche und kostengünstige Lösung schaffen
Figur 3 zeigt in durchscheinender Darstellung die Einbringung aller beschrieben
Elemente in einem umhüllenden Blockverguss der zweiten Vergussmasse 20, beispielsweise mit Silikon oder weich eingestelltem Epoxy. Dabei sind sowohl die Schaltkammern 1 als auch die Anschlüsse bzw Stromschienen 2 dazu mit vergossen. Durch die räumliche Anordnung der Polteilel kommt es in der vergossenen Blockanordnung zu einer mechanischen Versteifung des Blocks, obwohl dieser aus der weichen zweiten Vergussmasse besteht.
In dreiphasiger Ausführung wie in Figur 2 sind die Blöcke durch dazwischen liegende Platten 3 zur Wärmeableitung voneinader getrennt.

Claims

Patentansprüche:
Verfahren zur Herstellung von Formteilen für Schalteinrichtungen der Nieder-,
Mittel- und Hochspannungstechnik, dadurch gekennzeichnet, dass ein Gemisch von Kugeln mit einer vorgegebenen Verteilung von
Durchmessern einer Größe Dx in die Vergussmasse mit eingebracht werden und damit ein direkter Verguss von Bauteilen erstellt wird.
2. Verfahren zur Herstellung von Formteilen für Schalteinrichtungen der Nieder-, Mittel- und Hochspannungstechnik, insbesondere nach Anspruch 1 , dadurch gekennzeichnet, dass ein Gemisch von Hohlkugeln, mit einer vorgegebenen Verteilung von Aussendurchmessern einer Größe Dx in die Vergussmasse mit eingebracht werden.
3. Verfahren zur Herstellung von Schalteinrichtungen der Nieder-, Mittel- und Hochspannungstechnik , insbesondere nach Anspruch 1 und/oder 2 dadurch gekennzeichnet, dass mindestens eine Schaltkammer mit einem Umguss aus einer ersten Vergussmasse versehen ist und sodann samt Anschlüssen in einen Block aus mindestens einer zweiten Vergussmasse wie Silikon, oder Weich-Epoxy oder Kunststoffe vergossen sind.
4. Verfahren nach Anspruch 1 , 2 oder 3 dadurch gekennzeichnet, dass als 1. Vergussmasse Epoxidharz und als zweite Vergussmasse Silikon, oder Polyurethan oder Polyurethan-Derivate verwendet wird.
5. Verfahren nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass in die erste und/oder in die zweite Vergussmasse die Partikel eingebracht werden.
6. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Kugeln bzw die Hohlkugeln aus Glas bestehen.
7. Verfahren nach Anspruch 1 , 2 oder 3, dadurch gekennzeichnet, dass die Kugeln bzw die Hohlkugeln aus Keramik, vorzugsweise aus Aluminiumnitrid bestehen.
8. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Füllgrad zwischen 50 und 90 % eingestellt wird.
9. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass dem Kugel und/oder Hohlkugelgemisch andere Füllstoffe in Form kleiner Partikel zugemischt werden.
10. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die anderen Füllstoffe Quarzmehl, oder Quarzgutmehl sind.
11. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Aussendurchmesser der Kugel oder Hohlkugeln oder Partikel eine
Bandbreite von 0,01 mm bis 10 mm aufweisen.
12. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Kugeln, Hohlkugeln oder Partikel eine mittlere Dichte von 0,2 g/cm3 aufweisen.
13. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Kugeln, Hohlkugeln oder Partikel eine mittlere Dichte von 0,37 g/cm3 aufweisen.
14. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Hohlkugeln einen Durchmesser bis zu 200 Mikrometer aufweisen.
15. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Hohlkugeln eine effektive Dichte zwischen 0,1 bis 0,6 g/cm3 aufweisen.
16. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Vollkugeln eine Dichte von 2,0 bis 7,0 g/cm3 aufweisen.
17. Schalteinrichtung der Nieder-, Mittel- und Hochspannungstechnik, mit gegossenen Formteilen, dadurch gekennzeichnet, dass ein Gemisch von Kugeln und/oder Hohlkugeln und/oder Partikel mit einer vorgegebenen Verteilung von Durchmessern einer Größe Dx in die erste Vergussmasse mit eingebracht werden und damit ein direkter Verguss von Formteilen erstellt wird, und die Formteile einer Schalteinrichtung aus elektrisch isolierenden Materialen bestehen.
18. Schalteinrichtung der Nieder-, Mittel- und Hochspannungstechnik, mit gegossenen Formteilen dadurch gekennzeichnet, dass die zweite Vergussmasse in welche die umgossenen Formteile eingelegt bzw von derselben wiederum vergossen werden, aus elektrisch isolierenden
Materialien bestehen, wie Silikon oder Epoxydharz oder Polyurethan.
19. Schalteinrichtung nach Anspruch 17 oder 18, dadurch gekennzeichnet, dass mindestens eine Schaltkammer mit einem Umguss aus einer ersten
Vergussmasse versehen ist und sodann samt Anschlüssen in einen Block aus mindestens einer zweiten Vergussmasse wie Silikon, oder Weich-Epoxy oder Kunststoffe vergossen sind.
20. Schalteinrichtung nach einem der Ansprüche 17 bis 19 dadurch gekennzeichnet, dass als 1. Vergussmasse Epoxidharz und als zweite Vergussmasse Silikon, oder Polyurethan oder Polyurethan-Derivate verwendet wird.
21. Schalteinrichtung nach Anspruch 20, dadurch gekennzeichnet, dass in die erste und/oder in die zweite Vergussmasse die besagten Partikel bzw Kugeln eingebracht werden.
22. Schalteinrichtung nach Anspruch 21 , dadurch gekennzeichnet, dass die Kugeln oder Hohlkugeln aus Glas oder Keramik bestehen.
23. Schalteinrichtung nach einem der Ansprüche 17 bis 22, dadurch gekennzeichnet, dass die Kugeln oder Hohlkugeln aus Aluminiumnitridkeramik bestehen.
24. Schalteinrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche 17 bis 22, dadurch gekennzeichnet, dass die Form- oder Bauteile einer Schalteinrichtung für jede Drehstromphase jeweils zu einem dichten Block vergossen sind.
25. Schalteinrichtung nach Anspruch 24, dadurch gekennzeichnet, dass der jeweilige Block mit wärmeableitenden Verbindungselementen (2) versehen ist.
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