Beschreibung
Gasdichtes Kapselungsgehäuse eines elektrischen Schaltgerätes Die Erfindung bezieht sich auf ein gasdichtes Kapselungsgehäuse eines elektrischen Schaltgerätes mit einer im Inneren des Kapselungsgehäuses angeordneten schaltbaren Strombahn.
' Ein derartiges Kapselungsgehäuse ist beispielsweise aus der deutschen Offenlegungsschrift DE 35 26 676 AI bekannt. Bei der bekannten Anordnung ist innerhalb eines elektrisch isolierenden Gehäuses die Schaltstrecke eines elektrischen Schaltgerätes angeordnet. Das isolierende Gehäuse ist im Wesentlichen hohlzylindrisch ausgestaltet. Zur Verlängerung des Kriechweges sind an dem Isoliergehäuse mantelseitig Schirme angeordnet. Stirnseitig ist das Isoliergehäuse mit Abschlussarmaturen gasdicht verschlo'ssen, so dass ein gasdichtes Kapselungsgehäuse um die schaltbare Strombahn des elektrischen Schaltgerätes herum gebildet ist. Das Innere des Kapselungs- gehäuses ist mit einem Gas befüllt.
Mit Zunahme der Beträge zu schaltender Ströme tritt im Inneren des gasdichten Kapselungsgehäuses eine steigende Wärmebelastung durch auftretende Lichtbögen und Stromwärmeeffekte auf. Das im Inneren des Kapselungsgehäuses befindliche Gas sowie das Isoliergehäuse sind aufgrund physikalischer Eigenschaften nur in einem geringen Maße dazu geeignet, Wärme aus dem Innern des gasdichten Kapselungsgehäuses herauszuleiten. Bei den bekannten Konstruktionen ist die Belastbarkeit der zu schaltenden Strombahn im Wesentlichen durch ihre thermische Festigkeit begrenzt.
Der vorliegenden Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, ein Kapselungsgehäuse der eingangs genannten Art derart auszugestalten, dass die elektrische Belastbarkeit des elektrischen Schaltgerätes vergrößert wird.
Die Aufgabe wird bei einem gasdichten Kapselungsgehäuse der eingangs genannten Art erfindungsgemäß dadurch gelöst, dass an dem Kapselungsgehäuse Kühlrippen angeordnet sind.
Durch die Anordnung von Kühlrippen an dem Kapselungsgehäuse wird die Oberfläche des Gehäuses vergrößert. Damit ist eine verbesserte Abgabe von im Innern des Kapselungsgehäuses entstehender Wärme ermöglicht. Die Kühlrippen sollten dabei aus einem thermisch gut leitenden Material, beispielsweise einem Metall, bestehen, so dass die Wärme rasch aufgenommen und abgeleitet werden kann. Besonders vorteilhaft ist es dabei, wenn die Kühlrippen in einem direkten Kontakt mit der Wärmequelle stehen. So kann es beispielsweise vorgesehen sein, dass zwischen der Strombahn und den Kühlrippen eine Wärmebrü- cke gebildet ist. Diese Wärmebrücke kann beispielsweise durch ein unmittelbares Kontaktieren der Kühlrippen mit dem elektrischen Leiter gebildet werden. In diesem Falle weisen die Kühlrippen dasselbe elektrische Potential wie die zu schaltende Strombahn auf. Es kann jedoch auch vorgesehen sein, dass die Kühlrippen an einem metallischen Kapselungsgehäuse angeordnet sind, welches die schaltbare Strombahn des elektrischen Schaltgerätes umgibt. In diesem Falle ist es vorteilhaft, das gasdichte metallische Kapselungsgehäuse mit einem Erdpotential zu beaufschlagen und die schaltbare Strombahn isoliert gegenüber dem metallischen Kapselungsgehäuse anzuordnen .
Eine weitere vorteilhafte Ausgestaltung kann vorsehen, dass die Kühlrippen an einem Verschlussdeckel des Kapselungsgehäuses angeordnet sind.
Verschlussdeckel schließen Öffnungen an einem Kapselungsgehäuse ab. Als solches dienen sie der Komplettierung und sind Teil des gasdichten Kapselungsgehäuses. Je nach Bedarf können verschieden geformte Verschlussdeckel ein und dieselbe Öffnung eines Kapselungsgehäuses verschließen. Somit ist es in einfacher Weise möglich, die benötigte Kühlleistung der Kühlrippen je nach den Anforderungen des elektrischen Schaltgerätes variabel anzupassen. Bei einem hohen Kühlbedarf ist beispielsweise ein Verschlussdeckel mit Kühlrippen einsetzbar, welche eine große Oberfläche aufweisen. Bei einem geringeren Kühlbedarf ist ein Verschlussdeckel mit Kühlrippen einsetzbar, welche eine entsprechend kleine Oberfläche aufweisen. Dadurch ist ein modularer Aufbau von Kapselungsgehäusen ermöglicht und es wird nur eine geringe Anzahl von Gehäusegrundformen benötigt.
Eine weitere vorteilhafte Ausgestaltung kann vorsehen, dass das Kapselungsgehäuse im Wesentlichen zylinderförmig ausgebildet ist und die Kühlrippen zumindest an einer Stirnseite des Gehäuses angeordnet sind.
Bei einer zylinderförmigen äußeren Kontur des Kapselungsgehäuses würde sich die Anordnung von Kühlrippen gegebenenfalls negativ auf die dielektrischen Eigenschaften des Kapselungsgehäuses auswirken. Bei einer stirnseitigen Anordnung der Kühlrippen wird die zylinderförmige Außenkontur selbst nicht verändert. Darüber hinaus ermöglicht eine stirnseitige Anordnung an dem Kapselungsgehäuse die Verwendung von einfachen Fertigungsverfahren. So ist es beispielsweise möglich, einen
im Wesentlichen hohlzylindrischen Grundkörper zu fertigen, welcher an seinen Stirnseiten mit Verschlussdeckeln verschlossen wird. Wie oben stehend beschrieben, eignen sich derartige Verschlussdeckel in besonderer Weise zur Anordnung von Kühlrippen.
Eine weitere vorteilhafte Ausgestaltung der Erfindung kann vorsehen, dass der Zylindermantel des Gehäuses elektrisch isolierend ist.
Bei einer elektrisch isolierenden Ausgestaltung des Zylindermantels ist es in einfacher Weise möglich, die Kühlrippen auf demselben elektrischen Potential wie die schaltbare Strombahn des Schaltgerätes anzuordnen. Dadurch ist es ermöglicht, un- mittelbaren Kontakt zwischen den Kühlrippen und der Strombahn herzustellen. Dieser unmittelbare Kontakt kann beispielsweise auch über thermisch gut leitende Zwischenelemente wie Armaturkörper und ähnliches erzeugt werden, so dass eine Wärmebrücke entsteht. Der elektrisch isolierende Zylindermantel trennt dann in einfacher Weise verschiedene elektrische Potentiale.
Eine weitere vorteilhafte Ausgestaltung kann vorsehen, dass die Kühlrippen zumindest eine radial zur Zylinderachse ange- ordnete Komponente aufweisen.
Bei einer derartigen Anordnung ist eine Verteilung einer Vielzahl von Kühlrippen auf einer kleinen Fläche ermöglicht. Gleichzeitig ist zwischen den einzelnen Kühlrippen ein aus- reichender Abstand geschaffen, so dass die Oberflächen in ausreichender Weise Wärme abstrahlen können. Eine besonders bevorzugte Variante kann dabei vorsehen, dass die Kühlrippen strahlenförmig von der Zylinderachse weg laufen, so dass zwi-
sehen den einzelnen Kühlrippen annähernd kreissegmentförmige Ausnehmungen entstehen. Eine derartige Anordnung bedarf nur einer geringen Bauhöhe, so dass beispielsweise bei einer stirnseitigen Anordnung der Kühlrippen an einem zylinderför- mig ausgebildeten Gehäuse das Gehäuse nur unwesentlich in seiner Länge vergrößert wird.
Es kann vorteilhaft vorgesehen sein, dass im montierten Zustand des Kapselungsgehäuses die Kühlrippen und Kühlrippen- Zwischenräume derart gestaltet sind, dass Feuchtigkeit schwerkraftgetrieben abfließt.
Gasdichte Kapselungsgehäuse sind im Allgemeinen aus mehreren Einzelteilen zusammengesetzt. Zur Erzeugung von ausreichend dichten Nahtstellen sind entsprechende Abdichtungen einzusetzen. Eindringende Feuchtigkeit kann die Dichtwirkung der Abdichtungen herabsetzen. Ein schwerkraftgetriebenes Abfließen von Feuchtigkeit im Bereich der Kühlrippen und der Kühlrippenzwischenräume verhindert von vornherein ein Auftreten von sich stauender Feuchtigkeit. Ein schwergetriebenes Abfließen von Feuchtigkeit kann beispielsweise durch abfallende Flächen oder Tropfnasen gefördert werden.
Es kann weiterhin vorteilhaft vorgesehen sein, dass der Ver- schlussdeckel ein Teil einer Anschlussarmatur des elektrischen Schaltgerätes ist.
Insbesondere bei einer Anordnung der Kühlrippen auf dem elektrischen Potential einer schaltbaren Strombahn kann der Ver- schlussdeckel Teil einer Anschlussarmatur des elektrischen Schaltgerätes sein. So kann es beispielsweise vorgesehen sein, dass ein Verschlussdeckel als Anschlussarmatur für die Kontakte der schaltbaren Strombahn dient. Dadurch ergibt sich
eine kompakte Bauform des gasdichten Kapselungsgehäuses und zusätzliche Elemente zum Anschließen von Leiterseilen, Kabeln oder ähnlichem sind nicht erforderlich.
Vorteilhaft kann weiterhin vorgesehen sein, dass der Verschlussdeckel eine horizontale Öffnung verschließt.
Eine im Betriebszustand horizontal liegende Öffnung ist oft an einer exponierte Stellen eines Kapselungsgehäuses angeord- net. Diese exponierte Stelle eignet sich in besonderer Weise zur Ableitung von im Innern des Kapselungsgehäuses entstehender Wärme .
Weiterhin kann vorteilhaft vorgesehen sein, dass der Ver- schlussdeckel eine Druckentlastungsvorrichtung aufweist.
Aufgrund von Temperaturdifferenzen im Innern des gasdichten Kapselungsgehäuses und seiner Umgebung oder aufgrund von Fehlfunktionen kann es im Innern des Kapselungsgehäuses zu einem Auftreten von einem erhöhten Druck kommen. Um eine Beschädigung des Kapselungsgehäuses zu verhindern, ist an dem Verschlussdeckel eine Druckentlastungsvorrichtung angeordnet. Derartige Druckentlastungsvorrichtungen können beispielsweise Überdruckventile, Berstplatten oder ähnliche Vorrichtungen sein. Je nach erforderlicher Ansprechempfindlichkeit können die Druckentlastungsvorrichtungen mit dem Verschlussdeckel flexibel ausgetauscht werden. Eingriffe in den Grundkörper des Kapselungsgehäuses selbst sind somit nicht mehr erforderlich .
Vorteilhafterweise kann weiter vorgesehen sein, dass die Kühlrippen mit einem Ende einer Vakuumschaltröhre verbunden sind.
Aufgrund des im Innern einer Vakuumschaltröhre herrschenden Vakuums ist eine Wärmeabgabe zu großen Teilen nur über die Endseiten der Vakuumschaltröhre möglich, an welchen die Kontaktstücke der Vakuumschaltröhre durch das Röhrengehäuse hindurchgeführt sind. Eine Verbindung zwischen einem derartigen Ende der Vakuumschaltröhre und den Kühlrippen gestattet es, aus dem Innern der Vakuumschaltröhre Wärme herauszuführen. Die Verbindung zwischen den Kühlrippen und der Vakuumschaltröhre kann dabei über einen Armaturkörper erfolgen.
Im Folgenden wird die Erfindung anhand eines Ausführungsbeispiel in einer Zeichnung schematisch gezeigt und nachfolgend näher beschrieben.
Dabei zeigt die
Figur einen Ausschnitt eines gasdichten Kapselungsgehäuses, welches eine Vakuumschaltröhre umgibt.
Die Figur zeigt einen endseitigen Abschnitt eines gasdichten Kapselungsgehäuses 1. Das gasdichte Kapselungsgehäuse 1 weist einen im Wesentlichen zylinderförmigen Grundkörper 2 auf. Der zylinderförmige Grundkörper 2 ist im Wesentlichen aus einem isolierenden Werkstoff, beispielsweise Keramik oder einem Kunststoff gefertigt. An dem zylinderförmigen Grundkörper 2 sind zur Gewährleistung des Isoliervermögens Schirme angebracht. Das in der Figur dargestellte Ende des gasdichten Kapselungsgehäuses 1 ist mit einem Verschlussdeckel 3 verschlossen. Im montierten Zustand ist die Zylinderachse des
zylinderförmigen Grundkörpers 2, welche auch die Hauptachse des gasdichten Kapselungsgehäuses 1 ist, in einer Vertikalen angeordnet. An dem stirnseitigen Ende des zylinderförmigen Grundkörpers 2 ist ein ringförmig umlaufender Flansch 4 ange- ordnet. Der Flansch 4 ist beispielsweise durch eine Verklebung mit dem zylinderförmigen Grundkörper 2 verbunden. In den Flansch 4 ist ein Haltekörper 5 eingelegt. Der Haltekörper 5 ist aus einem elektrisch leitenden Material gefertigt und Teil der Anschlussarmatur, welche die zu schaltende Strombahn kontaktiert. An den Haltekörper 5 ist mittels eines Bolzens 6 eine Vakuumschaltröhre 7 angepresst. In der Figur ist die Vakuumschaltröhre 7 nur ausschnittsweise mit ihrem feststehenden Kontaktstück 8 erkennbar. Zwischen dem feststehenden Kontaktstück 8 und dem Haltekörper 5 ist aufgrund der Verspan- nung des Bolzens 6 eine sowohl elektrisch als auch thermisch leitende Verbindung geschaffen. Das im Innern der Vakuumschaltröhre 7 herrschende Vakuum gestattet nur eine sehr geringe Übertragung von thermischer Energie durch den Vakuumbereich hindurch. Die im Innern der Vakuumschaltröhre 7, insbe- sondere an der Schaltstelle, auftretende thermische Energie wird zum größten Teil über die Kontaktstücke der Vakuumschaltröhre 7 nach außen geleitet. Wie in der Figur zu erkennen, wird ein Großteil der entstehenden Wärme über das feststehende Kontaktstück 8 der Vakuumschaltröhre 7 über die Wär- mebrücke an den Haltekörper 5 weitergeleitet. Stirnseitig an dem zylinderförmigen Grundkörper 2 ist der Haltekörper 5 von dem Verschlussdeckel 3 gegen den Flansch 4 gepresst. Dadurch wird der Haltekörper 5 fixiert und somit auch die Vakuumschaltröhre 7 über den Bolzen 6 in ihrer Position gehalten. Der Verschlussdeckel 3 weist an seiner Außenseite eine Vielzahl von Kühlrippen 9 auf. Die Kühlrippen 9 liegen radial zu der Zylinderachse des zylinderförmigen Grundkörpers 2. So entstehen zwischen den Kühlrippen 9 jeweils kreissegmentför-
mige Abschnitte. Sowohl die Kühlrippen 9 als auch die zwischen den Kühlrippen 9 befindlichen Abschnitte sind zum äußeren Rand des Verschlussdeckels 3 hin abfallend ausgestaltet, so dass Feuchtigkeit nach außen ablaufen kann. Der Verschlussdeckel 3 ist mittels Bolzen 10a, b an dem
Flansch 4 befestigt. An die Bolzen 10a, b sind beispielsweise auch elektrische Leiter anschließbar, so dass zum Kontaktieren des Kontaktstückes 8 eine Strombahn von dem Verschlussdeckel 3 über den Haltekörper 5 bis zum Kontaktstück 8 gebildet ist. Diese Strombahn dient auch der Fortleitung von Wärme von dem Kontaktstück 8 zu den Kühlrippen 9. Der Verschlussdeckel 3 ist Teil der Anschlussarmatur des elektrischen Schaltgerätes.
Zentrisch weist der annähernd kreisförmige Verschlussdeckel 3 eine Ausnehmung auf. Diese Ausnehmung ist mittels einer Berstplatte 11 verschlossen. Die Berstplatte 11 ist gegenüber dem Verschlussdeckel 3 abgedichtet. Die Berstplatte 11 stellt innerhalb des gasdichten Kapselungsgehäuses 1 eine Sollbruch- stelle dar, die bei einem im Innern des Kapselungsgehäuses 1 auftretenden Überdruck zerstört wird und somit einen Druckausgleich herbeiführt. Um einen raschen Druckausgleich zu ermöglichen, weist der Haltekörper 5 zumindest eine Ausnehmung 12 auf, durch welche ein im Innern des Kapselungsgehäuses 1 befindliches Gas hindurchströmen kann.
Das in der Figur dargestellte Kapselungsgehäuse 1 ist ein sogenanntes „Live Tank"-Gehäuse. Kühlrippen sind jedoch auch an anderen Gehäusebauformen, wie beispielsweise „Dead Tank"-Ge- hausen, vorsehbar.