WO2008151936A2 - Leistungsschalter mit schaltgaskühlung - Google Patents

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WO2008151936A2
WO2008151936A2 PCT/EP2008/056552 EP2008056552W WO2008151936A2 WO 2008151936 A2 WO2008151936 A2 WO 2008151936A2 EP 2008056552 W EP2008056552 W EP 2008056552W WO 2008151936 A2 WO2008151936 A2 WO 2008151936A2
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metal foam
housing
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Michael Bach
Detlev Schmidt
Günter Seidler
Sezai TÜRKMEN
Artur Wajnberg
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Siemens Aktiengesellschaft
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    • H01H9/34—Stationary parts for restricting or subdividing the arc, e.g. barrier plate
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Definitions

  • the invention relates to a circuit breaker having a housing having at least one opening and at least ei ⁇ NEM arranged in the housing pair of contacts, wherein the contacts of the contact pair for opening and closing a circuit are movable relative to each other.
  • Electro-mechanical switching devices arranged for power distribution in voltage networks limit or open the current flow in the network.
  • the metal contacts arranged to form a contact pair are separated from one another, wherein an arc is generated between the two contacts, which has a burning voltage in the order of magnitude of the driving voltage in the network.
  • the sheets be ⁇ are thereby usually made of steel or copper or from the corresponding alloys.
  • the use of the metal sheets or braids used ensures that the gas applied to the surfaces of the sheets gives off its heat to the sheets.
  • the sheets must have a good thermal conductivity and a high melting point. Copper has a good thermal conductivity but a low melting point. Steel has a low thermal conductivity ⁇ only skill, but a high melting point. That is, none of the two commonly used materials can optimally interact with the cooled switching gas. Further, for effective heat transfer from the switching gas to the sheets, it is necessary that the sheets having a large surface be in contact with the hot switching gas.
  • the flow resistance at or between the Ble ⁇ chen should be low for the purpose of rapid gas discharge.
  • FIG. 1 shows an exploded view of how a conventional circuit breaker suitable for cooling switching gases is constructed.
  • This circuit breaker points Extinguishing plates 30, which are arranged parallel to each other and perpendicular to a perforated plate 40.
  • the extinguishing ⁇ plates 30 do not lie directly on the perforated plate 40, son ⁇ countries are positioned at this spaced or electrically isolated, so that no current flow between the quenching plates 30 and the perforated plate 40 can be realized.
  • Spaced to the perforated plate 40 is a sieve 50 to which an opening 11 having the cover 16 abuts.
  • Such a sieve can also be formed as a metallic grid.
  • Front and rear walls 13 and side walls 14 and cover plates 15 form the housing 10 of the circuit breaker.
  • switching gases generated in the circuit breaker space 12 in the circuit breaker 1 can propagate between the extinguishing plates 30 and reach the area between the perforated plate 40 and the sieve 50 through openings provided in the perforated plate 40. From there, the switching gases flow through the metal sieve 50 and the ⁇ ffnun ⁇ gen 11 in the lid 16 in the vicinity of the circuit breaker. By contacting the switching gas with the surfaces of the perforated plate, the screen and the cover heat energy is removed from the switching ⁇ gas and therefore deionized the gas.
  • a cable connector in which a metallic foam part is integrated.
  • the metallic foam part is in the one, receiving half of the connector in contact with a current-carrying Part of the connector half arranged.
  • the connector When the connector is closed, it is also in contact with a live part of the male half of the connector. That is, with the metallic foam part, a flow of current from the male half of the connector is realized in the female half of the connector.
  • the metallic foam part serves to realize when He ⁇ pull out the current-carrying part of the to be inserted connector half from the female connector half as long as possible a current flow between the two connector halves so that arcing between the two connector halves is prevented.
  • the invention has for its object to provide an open Leis ⁇ tion switch with a simple and inexpensive structural design with which can reliably avoid a risk of damage to the circuit breaker and surrounding components and the risk to persons.
  • a power switch having a least one Publ ⁇ voltage comprising a housing and at least one provided in the housing at ⁇ ordered pair of contacts, wherein the contacts of the contact pair for opening and closing a circuit are relatively movable, wherein between at least one of the contact pairs, and at least one housing opening, an open-cell metal foam which is electrically insulated from the current-carrying parts of the circuit-breaker. is ordered.
  • the contacts of the contact pair are in front ⁇ geous enough arranged such that one of the contacts is a fixed contact and the other contact is a movable contact.
  • the housing may have more openings.
  • the further openings may be Kgs ⁇ NEN arranged, for example for cables or otherwise ventilation or for mounting purposes in the housing of the circuit breaker.
  • the metal foam has an open-pored design, that is to say that individual pores or capillaries that extend into the interior of the foam are open on the surface of the foam and are connected to one another such that a volume flow through the foam can be realized.
  • the metal foam forms a very large surface, it is possible to have a large surface area with the hot switching gas in To bring contact. This causes an effective heat ⁇ transmission of the switching gas in the metal foam even with thin-walled ⁇ education of the open-cell metal foam. After the outlet of the switching gas from the metal foam on the outside of the switch housing, this has such a reduced Tem ⁇ temperature on that the switching gas-forming particles are no longer present as ions, but as atoms. Thus, a risk of damage or endangerment of the circuit breaker surrounding plants or people by the temperature reduction is largely excluded. By dikes onmaschine the switching gas a short ⁇ education is also prevented by the switching gas to surrounding live switchgear parts.
  • Anord ⁇ voltage of the metal foam in the circuit breaker is that an adaptation to existing circuit breaker parameters or at arc parameters can be made by variations of the geometry, density and the cell structure of the metal foam used in a simple manner. Furthermore, the assembly effort compared to the realized with a variety of components conventional embodiments by the use of only one metal foam block or a metal foam wall significantly ge ⁇ reduces. Such metal foam blocks or metal ⁇ foam walls can be processed in a simple manner to their final dimensions by sawing or other metalworking typical methods.
  • the circuit breaker is configured such that in the housing of the power switch quenching plates are arranged, on which the metal foam ⁇ is supported on one side. These quenching plates are used in the usual way to delete the resulting between the open contacts arc.
  • the metal foam may at Arrangement of quenching plates but not directly applied to these, so as not to electrically connect the quenching plates with each other.
  • the metal foam is supported on one or more insulating layers, which in turn are supported on the end faces of the quenching plates. In this case, it is advantageous to apply a punctiform support of the metal foam in order to prevent a continuous pinch of pores or capillaries in the metal foam by the impressions of the metal foam thus increasing the flow resistance in the metal foam.
  • At least one perforated plate and / or at least one sieve for reducing the heat of the switching gas is arranged between the contact pair and the housing opening between which the open-pore metal foam is arranged.
  • the hole ⁇ sheet and the screen are also used by heat from the switching gas to cool the switching gas.
  • the perforated plate can also serve as a support for the metal foam on its side facing away from the quenching plates.
  • the metal foam is not supported directly on the edges of the quenching plates or on an insulating layer applied to these edges, but that between the metal foam and the quenching plates there is a perforated plate, through which the gases flowing between the quenching plates be introduced into the metal foam.
  • Circuit breaker is provided that the metal foam is at least partially connected to the housing and / or the perforated plate by means of an adhesive connection.
  • the metal foam can also stick to the front sides of the quenching plates, but this must be a possible flow of current through the metal foam excluded.
  • an adhesive bond of the further can also be a welding and / or solder joint between the
  • Metal foam and the housing or the perforated plate are used. This means that the metal foam on one side of its surface can, for example, be connected to a perforated plate by means of an adhesive connection and furthermore can be welded to the housing, for example.
  • the metal foam is at least partially connected to the housing and / or the perforated plate by means of a frictional clamping.
  • a clamping of the metal foam between the housing and the quenching plates can also be made if an insulating layer is arranged between these components.
  • a circuit breaker having a housing having at least one opening and at least one contact pair arranged in the housing, wherein the contacts of the contact pair for opening and closing a circuit are movable relative to each other, wherein between at least one of the contact pairs and at least one housing opening one of the current-carrying parts of the circuit breaker electrically insulated open-pore metal foam is disposed, and wherein the metal foam is at least partially connected to the housing and / or the perforated plate by means of a frictional clamping.
  • the foam when the foam is installed in the switch, the foam is placed somewhat compressed in its final position in the inner casing of the switch and due to its Elasticity expands there in such a way that it adheres to the housing ⁇ page and / or the splitter plate due to the frictional forces caused by the spring force frictionally self ⁇ holds. Also in this embodiment, it is advantageous if the support of the metal foam to the surrounding switch ⁇ parts done only selectively, to reduce or prevent a closure or reduction in cross-section of the pores or capillaries in the metal foam.
  • the metal foam in the region of the housing opening is arranged such that it itself forms a part of the housing surface.
  • a circuit breaker having a housing having at least one opening and at least one arranged in the housing pair of contacts, in which the contacts of the contact pair for opening and closing a circuit are movable relative to each other, see between at least one of the contact pairs and at least a housing opening is arranged an electrically insulated from the current-carrying parts of the circuit breaker open-pore metal foam and this metal foam in the region of the housing opening is arranged such that it forms itself a part of the housing surface.
  • the housing may have such a large opening for switching gas discharge that a part of the housing surface is formed by the metal foam itself.
  • the housing in Gasabströmungsplatz behind the metal foam on no gas discharge channel, but it is designed to be open in this area.
  • the switch housing in Gasabströmungsplatz behind the metal foam on a gas discharge duct for gas discharge into the ambient air of the switch.
  • the metal foam does not form a surface of the switch housing.
  • the metal foam used consists of an aluminum-based alloy.
  • metal foam of aluminum-based alloys as have been developed and used, for example, for the mechanical stiffening of energy-absorbing components in the automotive and mechanical engineering industries, can be used for the inventive use as a heat-absorbing switch part.
  • These metal foams can be produced inexpensively in large quantities and defined properties such as porosity, density and external dimensions by simple methods.
  • metal foam made from a zinc-based alloy can also be used.
  • the invention thus consists essentially of the use of an open-cell metal foam based on zinc or aluminum based alloy as a cooling structure for heat dissipation from switching gases produced in electrical switching processes.
  • the heat dissipation is thereby realized in that he heated ⁇ switching gas is passed through the metal foam, wherein heat energy is released from the switching gas to the metal structure, so that the switching gas after leaving the Me ⁇ tallschaums has a significantly reduced temperature.
  • Figure 2 shows the conventional designed for cooling of switching gases circuit breaker in a sectional view from the front.
  • Fig. 3 shows a circuit breaker according to the invention in section seen from the front
  • Fig. 4 is an enlarged schematic representation of the metal foam used in he ⁇ inventive circuit breaker.
  • the circuit breaker 1 according to the invention in the embodiment shown in Figure 3 is defined in its outer dimensions substantially by the housing 10 and the cover 16 attached thereto, wherein the cover 16 is to be regarded as a part of the housing forming the surface of the circuit breaker.
  • the entire housing 10 is fastened via the cover 16 by means of a fastening bolt 60, for example in a switchgear.
  • the switch room 12 is formed, in which the relatively movable contacts (not shown) of the circuit breaker 1 are arranged.
  • the control room 12 is parallel to ⁇ each other arranged a plurality of quenching plates 30, the to reduce a voltage generated when opening the contacts between these arcs.
  • the perforated plate 40 Above the upper edge of the quenching plates 30 is the perforated plate 40, which has passage openings. The passage openings in the perforated plate 40 are arranged as shown in Figure 1 on ⁇ .
  • Between the lid 16 and the perforated plate 40 is the metal foam 20.
  • the lid 16 has a plurality of openings 11.
  • the heated gas is forced through the metal ⁇ foam 20 so that it passes in cooled form and deionized through the openings 11 in the lid 16 in the surrounding area of the circuit breaker 1.
  • the gas has at this point a temperature which is harmless to surrounding plants or persons.
  • the width ⁇ ren it is ionized by the cooling such that a short-circuiting between the power switches surrounding the current-carrying line parts is prevented.
  • the present invention provided with metal foam 20 power switch ⁇ one need not necessarily the ones shown, in Figure 3 have shown embodiment, but it may alternatively be provided that no perforated plate 40 is disposed between the quenching plates 30 and the metal foam 20. It may also be alternatively provided that a surface of the metal tallschaums 20 forms a part of the total surface area of the Leis ⁇ tung switch. 1
  • the circuit breaker 1 in the region of the metal foam 20 no cover 16 or a lid 16 with one of the outwardly facing surface of the metal foam 20 corresponding to large opening 11.
  • no quenching plates 30 are arranged in the switching chamber 12 or adjacent thereto. In such an embodiment, the switching gases generated by the arc flow directly through the perforated plate 40, or in its absence, directly into the metal foam 20 and from there into the ambient air of the circuit breaker first
  • the individual pores or inner cavities of the metal foam 20, which are advantageously designed capillary, in each case with at least one of the adjacent internal cavities in Ver ⁇ binding are.
  • the good thermal conductivity of the metal material of the foam causes so ⁇ with an effective heat transfer from the switching gas to the Me ⁇ tall.
  • the switching gas thus exits from the metal foam with egg ⁇ ner greatly reduced temperature.
  • the cooled gas is therefore in an energy-reduced and deionized state.

Landscapes

  • Arc-Extinguishing Devices That Are Switches (AREA)
  • Circuit Breakers (AREA)

Abstract

Die Erfindung betrifft einen Leistungsschalter mit einem mindestens eine Öffnung aufweisenden Gehäuse und mindestens einem im Gehäuse angeordneten Kontaktpaar, wobei die Kontakte des Kontaktpaares zum Öffnen und Schließen eines Stromkreises relativ zueinander beweglich sind. Es ist vorgesehen, dass zwischen wenigstens einem der Kontaktpaare und wenigstens einer Gehäuseöffnung (11) ein von den Stromführungsteilen des Leistungsschalters (1) elektrisch isolierter offenporiger Metallschaum (20) angeordnet ist. Die Erfindung betrifft weiterhin die Verwendung eines offenporigen Metallschaums (20) auf Zinkbasislegierung oder Aluminiumbasislegierung als Kühlstruktur zur Wärmeableitung aus in einem elektrischen Schaltprozess entstandenen Schaltgasen.

Description

Beschreibung
Leistungsschalter mit Schaltgaskühlung
Die Erfindung betrifft einen Leistungsschalter mit einem mindestens eine Öffnung aufweisenden Gehäuse und mindestens ei¬ nem im Gehäuse angeordneten Kontaktpaar, wobei die Kontakte des Kontaktpaares zum Öffnen und Schließen eines Stromkreises relativ zueinander beweglich sind.
Zur Energieverteilung in Spannungsnetzen angeordnete elektro- mechanische Schaltgeräte begrenzen oder öffnen den Stromfluss im Netz. Zur Begrenzung des Stromflusses werden die zu einem Kontaktpaar angeordneten metallischen Kontakte voneinander getrennt, wobei ein Lichtbogen zwischen den beiden Kontakten erzeugt wird, der eine Brennspannung in der Größenordnung der treibenden Spannung im Netz aufweist. Durch das Abbrennen von Oberflächenpartikeln von den Kontaktoberflächen entsteht ein heißes ionisiertes Gas, welches aufgrund der Temperaturerhö- hung expandiert und somit benachbarte Gasschichten und Ober¬ flächen mit aufheizt. Durch die Expansion des heißen Schaltgases besteht die Gefahr der Beschädigung des Schaltergehäu¬ ses durch Überhöhung des Innendruckes und bei Abströmung des heißen Schaltgases aus dem Gehäuse die Gefahr der übermäßigen Aufheizung von in der unmittelbaren Umgebung des Leistungsschalters befindlichen Anlagen oder der Gesundheitsgefährdung von sich in der Umgebung des Leistungsschalters aufhaltenden Personen. Ebenfalls ergibt sich durch den Ionengehalt des Ga¬ ses die Gefahr einer Kurzschlussbildung zwischen umgebenden stromführenden Teilen in einer Schaltanlage.
Zur Abkühlung der Schaltgase und damit zur Deionisierung der Schaltgase werden üblicherweise ein- oder mehrlagige metalli- sehe Gitter aus Drahtgeflechten oder Lochblechen sowie Stapel aus auf Abstand gehaltenen Blechen eingesetzt. Die Bleche be¬ stehen dabei meist aus Stahl oder Kupfer beziehungsweise aus dementsprechenden Legierungen. Durch den Einsatz der verwen- deten Metallbleche oder -geflechte wird erreicht, dass das an den Oberflächen der Bleche anliegende Gas seine Wärme an die Bleche abgibt. Zu diesem Zweck müssen die Bleche eine gute Wärmeleitfähigkeit und einen hohen Schmelzpunkt aufweisen. Kupfer weist eine gute Wärmeleitfähigkeit, aber einen gerin- gen Schmelzpunkt auf. Stahl weist eine nur geringe Wärmeleit¬ fähigkeit, aber dafür einen hohen Schmelzpunkt auf. Das heißt, keiner der beiden üblicherweise verwendeten Werkstoffe kann optimal mit dem abzukühlenden Schaltgas zusammenwirken. Des Weiteren ist es für eine effektive Wärmeübertragung vom Schaltgas auf die Bleche notwendig, dass die Bleche mit einer großen Oberfläche im Kontakt mit dem heißen Schaltgas sind. Der Strömungswiderstand an beziehungsweise zwischen den Ble¬ chen soll dabei zum Zweck einer zügigen Gasableitung gering sein .
Dadurch, dass dem heißen Schaltgas Wärmeenergie durch die Lochbleche oder metallischen Gitter entzogen wird, sinkt die Temperatur der Schaltgase ab, wodurch sich die Energie der Teilchen der Schaltgase verringert und das Schaltgas deioni- siert wird.
Eine derartige beschriebene Anordnung von Bauteilen zum Wärmeentzug aus Schaltgasen ist in den Figuren 1 bis 2 dargestellt.
In Figur 1 ist in Explosionsdarstellung gezeigt, wie ein herkömmlicher zur Abkühlung von Schaltgasen geeigneter Leistungsschalter aufgebaut ist. Dieser Leistungsschalter weist Löschbleche 30 auf, die zueinander parallel und zu einem Lochblech 40 senkrecht verlaufend angeordnet sind. Die Lösch¬ bleche 30 liegen dabei nicht direkt am Lochblech 40 an, son¬ dern sind zu diesem beabstandet positioniert oder elektrisch isoliert, so dass kein Stromfluss zwischen den Löschblechen 30 und dem Lochblech 40 realisiert werden kann. Beabstandet zum Lochblech 40 befindet sich ein Sieb 50, an welchen ein Öffnungen 11 aufweisender Deckel 16 anliegt. Ein solches Sieb kann auch als metallisches Gitter ausgeformt sein. Vorder- und Rückwände 13 sowie Seitenwände 14 und Abdeckplatten 15 bilden das Gehäuse 10 des Leistungsschalters.
Wie insbesondere aus Figur 2 ersichtlich ist, können sich im Leistungsschalter 1 in dessen Schaltraum 12 erzeugten Schalt- gase zwischen den Löschblechen 30 ausbreiten und durch im Lochblech 40 vorgesehene Öffnungen in den Bereich zwischen dem Lochblech 40 und dem Sieb 50 gelangen. Von dort strömen die Schaltgase durch das metallische Sieb 50 und die Öffnun¬ gen 11 im Deckel 16 in die Umgebung des Leistungsschalters. Durch die Kontaktierung des Schaltgases mit den Oberflächen des Lochbleches, des Siebes und des Deckels wird dem Schalt¬ gas Wärmeenergie entzogen und das Gas demzufolge deionisiert. Bei den bisher beschriebenen Ausführungsformen zur Gasabkühlung ist nachteilig, dass eine Vielzahl von unterschiedlichen Bauelementen hergestellt und in einen Leistungsschalter montiert werden muss. Der Aufwand für die Herstellung und Montage dieser Bauelemente wirkt sich ungünstig auf den Herstel¬ lungspreis des Leistungsschalters aus.
Aus der EP 1 229 609 Al ist eine Kabel-Steckverbindung bekannt, in die ein metallisches Schaumteil integriert ist. Das metallische Schaumteil ist dabei in der einen, aufnehmenden Hälfte der Steckverbindung in Anlage an ein stromführendes Teil der Steckverbindungshälfte angeordnet. Bei geschlossener Steckverbindung ist es ebenfalls in Kontakt mit einem stromführenden Teil der einzusteckenden Hälfte der Steckverbindung. Das heißt, mit dem metallischen Schaumteil wird ein Stromfluss von der einzusteckenden Hälfte der Steckverbindung in die aufnehmende Hälfte der Steckverbindung realisiert. Insbesondere dient das metallische Schaumteil dazu, beim He¬ rausziehen des stromführenden Teils der einzusteckenden Steckverbindungshälfte aus der aufnehmenden Steckverbindungs- hälfte so lange wie möglich einen Stromfluss zwischen den beiden Steckverbindungshälften zu realisieren, so dass eine Lichtbogenbildung zwischen den beiden Steckverbindungshälften vermieden wird.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, einen offenen Leis¬ tungsschalter mit einem einfachen und kostengünstigen konstruktiven Aufbau zur Verfügung zu stellen, mit dem sich zuverlässig eine Gefahr der Beschädigung des Leistungsschalters und ihn umgebender Bauteile und die Gefährdung von Personen vermeiden lässt.
Die Aufgabe wird durch den im Anspruch 1 beanspruchten Leistungsschalter gelöst. Vorteilhafte Ausgestaltungen sind in den Unteransprüchen angegeben.
Es wird ein Leistungsschalter mit einem mindestens eine Öff¬ nung aufweisenden Gehäuse und mindestens einem im Gehäuse an¬ geordneten Kontaktpaar zur Verfügung gestellt, bei dem die Kontakte des Kontaktpaares zum Öffnen und Schließen eines Stromkreises relativ zueinander beweglich sind, wobei zwischen wenigstens einem der Kontaktpaare und wenigstens einer Gehäuseöffnung ein von den Stromführungsteilen des Leistungsschalters elektrisch isolierter offenporiger Metallschaum an- geordnet ist. Die Kontakte des Kontaktpaares sind dabei vor¬ teilhafterweise derart angeordnet, dass einer der Kontakte ein Festkontakt ist und der andere Kontakt ein beweglicher Kontakt ist. Neben der Öffnung im Gehäuse, die weitgehend durch den offenporigen Metallschaum abgedichtet ist, kann das Gehäuse noch weitere Öffnungen aufweisen. Das Gehäuse bezie¬ hungsweise der gesamte Innenraum des Leistungsschalters soll¬ te aber derart ausgestaltet sein, dass der größte Anteil der entstehenden Schaltgase aus dem Schaltraum, in dem der Licht- bogen entsteht, durch den Metallschaum aus dem Innenraum des Leistungsschalters in dessen Umgebung herausgeleitet wird. Die weiteren Öffnungen im Gehäuse des Leistungsschalters kön¬ nen zum Beispiel zur Kabeldurchführung oder zur anderweitigen Belüftung oder zu Montagezwecken angeordnet sein.
Bei der Öffnung der Kontakte entsteht zwischen diesen ein Lichtbogen, der das Abschmelzen von Oberflächenpartikeln von den Kontakten bewirkt. Die abgeschmolzenen Oberflächenparti¬ kel bilden zusammen mit erhitzter Luft aus der Umgebung des Lichtbogens eine Schaltgaswolke, deren Volumen sich durch die Erwärmung ausbreitet. Der Metallschaum ist offenporig ausgebildet, das heißt, dass einzelne Poren oder Kapillaren, die sich in den Innenbereich des Schaums erstrecken, an der Oberfläche des Schaums offen sind und derart untereinander ver- bunden sind, dass ein Volumenstrom durch den Schaum realisiert werden kann. Bei Volumenausbreitung des erhitzten Schaltgases und damit Druckanstieg im Innenraum des Schalter¬ gehäuses wird das Schaltgas durch den offenporigen Metall¬ schaum zur Außenseite des Schaltergehäuses geleitet. Das hei- ße Schaltgas strömt durch die untereinander verbundenen Poren beziehungsweise Kapillaren des Metallschaums. Dadurch, dass der Metallschaum eine sehr große Oberfläche ausbildet, ist es möglich, eine große Oberfläche mit dem heißen Schaltgas in Kontakt zu bringen. Dies bewirkt selbst bei dünnwandiger Aus¬ bildung des offenporigen Metallschaums eine effektive Wärme¬ übertragung vom Schaltgas in den Metallschaum. Nach dem Austritt des Schaltgases aus dem Metallschaum auf der Außenseite des Schaltergehäuses weist dieses eine derart geminderte Tem¬ peratur auf, dass die das Schaltgas bildenden Teilchen nicht mehr als Ionen, sondern als Atome vorliegen. Damit ist eine Gefahr der Beschädigung beziehungsweise Gefährdung von den Leistungsschalter umgebenden Anlagen oder Personen durch die Temperaturminderung weitgehend ausgeschlossen. Durch die Dei- onisierung des Schaltgases wird ebenfalls eine Kurzschluss¬ bildung durch das Schaltgas an umgebenden stromführenden Schaltanlagenteilen verhindert. Weitere Vorteile der Anord¬ nung des Metallschaums im Leistungsschalter bestehen darin, dass eine Anpassung an bestehende Leistungsschalterparameter beziehungsweise an Lichtbogenparameter in einfacher Weise durch Variationen der Geometrie, der Dichte und der Zellstruktur des verwendeten Metallschaums vorgenommen werden kann. Des Weiteren wird der Montageaufwand gegenüber den mit einer Vielzahl von Bauelementen realisierten herkömmlichen Ausführungsformen durch den Einsatz nur eines Metallschaumblocks beziehungsweise einer Metallschaumwand erheblich ge¬ mindert. Derartige Metallschaumblöcke beziehungsweise Metall¬ schaumwände lassen sich in einfacher Weise auf ihr Endmaß durch Sägen oder andere metallbearbeitungstypische Verfahren bearbeiten .
In einer vorteilhaften Ausführungsform ist der Leistungsschalter derart ausgestaltet, dass im Gehäuse des Leistungs- Schalters Löschbleche angeordnet sind, auf denen sich der Me¬ tallschaum einseitig abstützt. Diese Löschbleche dienen in üblicher Weise zur Löschung des zwischen den geöffneten Kontakten entstehenden Lichtbogens. Der Metallschaum darf bei Anordnung von Löschblechen aber nicht direkt an diesen anliegen, um nicht die Löschbleche untereinander elektrisch zu verbinden. Es kann aber vorgesehen sein, dass sich der Metallschaum auf einer oder mehreren Isolierschichten abstützt, die sich wiederum auf den Stirnseiten der Löschbleche abstützen. Dabei ist vorteilhafterweise eine punktuelle Auflage des Metallschaums anzuwenden, um eine durchgängige Quetschung von Poren beziehungsweise Kapillaren im Metallschaum durch das Eindrücken des Metallschaums damit eine Vergrößerung des Strömungswiderstandes im Metallschaum zu verhindern.
In einer weiteren konstruktiven Ausgestaltungsvariante des erfindungsgemäßen Leistungsschalters ist vorgesehen, dass zwischen dem Kontaktpaar und der Gehäuseöffnung, zwischen de- nen der offenporige Metallschaum angeordnet ist, weiterhin mindestens ein Lochblech und/oder mindestens ein Sieb zur Wärmereduzierung des Schaltgases angeordnet ist. Das Loch¬ blech und das Sieb dienen dabei ebenfalls durch Wärmeaufnahme aus dem Schaltgas zur Abkühlung des Schaltgases. Das Loch- blech kann dabei ebenfalls als Auflage für den Metallschaum auf dessen den Löschblechen abgewandten Seite dienen. Das heißt, dass sich bei dieser Ausgestaltung der Metallschaum nicht direkt auf den Kanten der Löschbleche beziehungsweise auf einer auf diesen Kanten aufgebrachten Isolierschicht ab- stützt, sondern dass sich zwischen dem Metallschaum und den Löschblechen ein Lochblech befindet, durch welches die zwischen den Löschblechen hindurchströmenden Gase in den Metallschaum eingeleitet werden.
In einer vorteilhaften Ausgestaltung des erfindungsgemäßen
Leistungsschalters ist vorgesehen, dass der Metallschaum mit dem Gehäuse und/oder dem Lochblech zumindest partiell mittels einer Klebeverbindung verbunden ist. Bei ausreichender Iso- lierfähigkeit der Klebeverbindung lässt sich der Metallschaum auch auf den Stirnseiten der Löschbleche festkleben, dabei muss aber ein möglicher Stromfluss über den Metallschaum ausgeschlossen sein. Statt einer Klebeverbindung kann des Weite- ren auch eine Schweiß- und/oder Lötverbindung zwischen dem
Metallschaum und dem Gehäuse oder dem Lochblech zur Anwendung kommen. Das heißt, dass der Metallschaum an einer Seite seiner Oberfläche zum Beispiel mit einem Lochblech mittels einer Klebeverbindung verbunden sein kann und des Weiteren zum Bei- spiel mit dem Gehäuse verschweißt sein kann.
In einer alternativen Ausgestaltung ist vorgesehen, dass der Metallschaum mit dem Gehäuse und/oder dem Lochblech zumindest partiell mittels einer kraftschlüssigen Klemmung verbunden ist. Eine Klemmung des Metallschaums zwischen dem Gehäuse und den Löschblechen kann auch vorgenommen werden, wenn eine Isolierschicht zwischen diesen Bauteilen angeordnet ist.
Es wird somit ein Leistungsschalter mit einem mindestens eine Öffnung aufweisenden Gehäuse und mindestens einem im Gehäuse angeordneten Kontaktpaar zur Verfügung gestellt, bei dem die Kontakte des Kontaktpaares zum Öffnen und Schließen eines Stromkreises relativ zueinander beweglich sind, wobei zwischen wenigstens einem der Kontaktpaare und wenigstens einer Gehäuseöffnung ein von den Stromführungsteilen des Leistungsschalters elektrisch isolierter offenporiger Metallschaum angeordnet ist, und wobei der Metallschaum mit dem Gehäuse und/oder dem Lochblech zumindest partiell mittels einer kraftschlüssigen Klemmung verbunden ist.
Das heißt, dass bei Einbau des Schaums in den Schalter der Schaum etwas zusammengedrückt in seine Endposition im Innengehäuse des Schalters platziert wird und sich aufgrund seiner Elastizität dort derart ausdehnt, dass er sich an der Gehäu¬ seinnenseite und/oder am Löschblech aufgrund der durch die Federkraft bewirkten Reibkräfte kraftschlüssig selbst fest¬ hält. Auch in dieser Ausgestaltung ist es vorteilhaft, wenn die Auflage des Metallschaums an den ihn umgebenden Schalter¬ teilen nur punktuell erfolgt, um eine Schließung oder Querschnittsminderung der Poren beziehungsweise Kapillaren im Metallschaum zu verringern oder zu verhindern.
In einer besonderen konstruktiven Ausgestaltung des erfindungsgemäßen Leistungsschalters ist der Metallschaum im Bereich der Gehäuseöffnung derart angeordnet, dass er selbst einen Teil der Gehäuseoberfläche ausbildet.
Es wird somit ein Leistungsschalter mit einem mindestens eine Öffnung aufweisenden Gehäuse und mindestens einem im Gehäuse angeordneten Kontaktpaar zur Verfügung gestellt, bei dem die Kontakte des Kontaktpaares zum Öffnen und Schließen eines Stromkreises relativ zueinander beweglich sind, wobei zwi- sehen wenigstens einem der Kontaktpaare und wenigstens einer Gehäuseöffnung ein von den Stromführungsteilen des Leistungsschalters elektrisch isolierter offenporiger Metallschaum angeordnet ist und dieser Metallschaum im Bereich der Gehäuseöffnung derart angeordnet ist, dass er selbst einen Teil der Gehäuseoberfläche ausbildet.
Das heißt, dass das Gehäuse eine derart große Öffnung zur Schaltgasableitung aufweisen kann, dass ein Teil der Gehäuseoberfläche durch den Metallschaum selbst gebildet wird. In diesem Fall weist das Gehäuse in Gasabströmungsrichtung hinter dem Metallschaum keinen Gasableitungskanal auf, sondern es ist in diesem Bereich offen ausgestaltet. In einer alternativen Ausgestaltung dazu weist das Schaltergehäuse in Gasabströmungsrichtung hinter dem Metallschaum einen Gasableitungskanal zur Gasableitung in die Umgebungsluft des Schalters auf. In dieser Ausgestaltung bildet nicht der Metallschaum eine Oberfläche des Schaltergehäuses aus.
Vorteilhafterweise besteht der verwendete Metallschaum aus einer Aluminiumbasislegierung. Insbesondere Metallschaum aus Aluminiumbasislegierungen, wie sie zum Beispiel für die me- chanische Versteifung von Energie aufnehmenden Bauteilen im Automobil- und Maschinenbau entwickelt wurden und verwendet werden, lassen sich für den erfindungsgemäßen Einsatz als wärmeaufnehmendes Schalterteil verwenden. Diese Metallschäume lassen sich kostengünstig in großen Mengen und definierten Eigenschaften wie zum Beispiel Porosität, Dichte und äußeren Abmaßen durch einfache Verfahren herstellen.
Alternativ dazu kann auch Metallschaum aus einer Zinkbasislegierung verwendet werden.
Die Erfindung besteht also im Wesentlichen aus der Verwendung eines offenporigen Metallschaums auf Zinkbasislegierung oder Aluminiumbasislegierung als Kühlstruktur zur Wärmeableitung aus in elektrischen Schaltprozessen entstandenen Schaltgasen. Die Wärmeableitung wird dabei dadurch realisiert, dass er¬ hitztes Schaltgas durch den Metallschaum hindurchgeleitet wird, wobei Wärmeenergie vom Schaltgas an die Metallstruktur abgegeben wird, so dass das Schaltgas nach Verlassen des Me¬ tallschaums eine wesentlich verringerte Temperatur aufweist.
Die vorliegende Erfindung wird anhand der beiliegenden Zeichnungen erläutert. Es zeigen dabei: Fig. 1 einen herkömmlichen zur Abkühlung von Schaltgasen ausgestalteten Leistungsschalter in Explosionsdarstellung;
Fig. 2 den herkömmlichen zur Abkühlung von Schaltgasen ausgestalteten Leistungsschalter in einer Schnittansicht von vorn;
Fig. 3 einen erfindungsgemäßen Leistungsschalter in Schnitt- ansieht von vorn, und
Fig. 4 eine vergrößerte schematische Darstellung des im er¬ findungsgemäßen Leistungsschalter verwendeten Metallschaums .
Auf den in den Figuren 1 und 2 dargestellten herkömmlichen Leistungsschalter ist bereits in der Beschreibung des Standes der Technik Bezug genommen worden.
Der erfindungsgemäße Leistungsschalter 1 in der in Figur 3 dargestellten Ausführungsform wird in seinen Außenabmessungen im Wesentlichen durch das Gehäuse 10 und den daran befestigten Deckel 16 definiert, wobei der Deckel 16 als ein Teil des die Oberfläche des Leistungsschalters ausbildenden Gehäuses anzusehen ist. Das gesamte Gehäuse 10 wird über den Deckel 16 mittels eines Befestigungsbolzens 60 zum Beispiel in einer Schaltanlage befestigt.
Im Gehäuse 10 des Leistungsschalters 1 ist der Schaltraum 12 ausgebildet, in dem die relativ zueinander beweglichen Kontakte (nicht dargestellt) des Leistungsschalters 1 angeordnet sind. Oberhalb des Schaltraumes 12 befindet sich parallel zu¬ einander angeordnet eine Vielzahl von Löschblechen 30, die zur Abminderung eines beim Öffnen der Kontakte zwischen diesen entstehenden Lichtbogens dienen. Oberhalb der Oberkante der Löschbleche 30 befindet sich das Lochblech 40, welches Durchtrittsöffnungen aufweist. Die Durchtrittsöffnungen im Lochblech 40 sind dabei wie in Figur 1 dargestellt an¬ geordnet. Zwischen dem Deckel 16 und dem Lochblech 40 befindet sich der Metallschaum 20. Der Deckel 16 weist eine Mehrzahl von Öffnungen 11 auf.
Wie bereits zum Stand der Technik beschrieben, entsteht bei Öffnung der Kontakte des Kontaktpaares im Schaltraum 12 zwischen den Kontakten ein Lichtbogen. Dieser Lichtbogen führt zu starker Erhitzung und Ionisierung des ihn umgebenden Gases. Die starke Erhitzung des Gases wiederum bewirkt dessen Volumenvergrößerung und damit Ausdehnung des erhitzten Gases. Das sich ausdehnende beziehungsweise strömende Gas strömt zwischen den Löschblechen 30 entlang bis zum Lochblech 40. Durch das Lochblech 40 tritt es durch dessen Durchgangsöff¬ nungen hindurch und gelangt so in die offenen Poren bezie- hungsweise Kapillaren des erfindungsgemäß vorgesehenen Me¬ tallschaums 20. Aufgrund des hohen Druckes im Innenraum des Schaltergehäuses 10 wird das erhitzte Gas durch den Metall¬ schaum 20 hindurchgedrückt, so dass es in abgekühlter Form und deionisiert durch die Öffnungen 11 im Deckel 16 in den Umgebungsbereich des Leistungsschalters 1 gelangt. Das Gas hat an dieser Stelle eine Temperatur, welche für umgebende Anlagen beziehungsweise Personen ungefährlich ist. Des Weite¬ ren ist es durch die Abkühlung derart ionisiert, dass eine Kurzschlussbildung zwischen den Leistungsschaltern umgebenden stromführenden Leitungsteilen verhindert wird.
Der erfindungsgemäß mit Metallschaum 20 versehene Leistungs¬ schalter 1 muss dabei nicht unbedingt die in Figur 3 darge- stellte Ausführungsform aufweisen, sondern es kann alternativ vorgesehen sein, dass zwischen den Löschblechen 30 und dem Metallschaum 20 kein Lochblech 40 angeordnet ist. Ebenfalls kann alternativ vorgesehen sein, dass eine Oberfläche des Me- tallschaums 20 einen Teil der Gesamt-Oberflache des Leis¬ tungsschalters 1 ausbildet. In dieser Ausgestaltungsform weist der Leistungsschalter 1 im Bereich des Metallschaums 20 keinen Deckel 16 oder einen Deckel 16 mit einer der nach außen weisenden Oberfläche des Metallschaums 20 entsprechend großen Öffnung 11 auf. Ebenfalls ist eine Ausführungsform denkbar, bei der im Schaltraum 12 beziehungsweise an diesen angrenzend keine Löschbleche 30 angeordnet sind. In einer derartigen Ausführungsform strömen die vom Lichtbogen erzeugten Schaltgase direkt durch das Lochblech 40, oder bei dessen Abwesenheit, direkt in den Metallschaum 20 und von dort in die Umgebungsluft des Leistungsschalters 1.
Figur 4 zeigt in vergrößerter und schematischer Darstellung einen Schnittbereich aus dem erfindungsgemäß verwendeten Me- tallschaum 20. Es ist dabei erkennbar, dass die einzelnen Poren beziehungsweise Innenhohlräume des Metallschaums 20, die vorteilhafterweise kapillarförmig ausgestaltet sind, jeweils mit mindestens einem der benachbarten Innenhohlräume in Ver¬ bindung sind. Dadurch ist es möglich, dass einseitig in den Metallschaum 20 eingeleitetes Gas auf der anderen Seite des Metallschaums 20 austreten kann. Dadurch, dass das erhitzte Gas eine Vielzahl von kleinen Kammern beziehungsweise Innenhohlräumen im Metallschaum 20 durchströmt, kommt das Gas mit einer sehr großen Metalloberfläche in Kontakt. Die gute Wär- meleitfähigkeit des Metallwerkstoffs des Schaums bewirkt so¬ mit eine effektive Wärmeübertragung vom Schaltgas an das Me¬ tall. Das Schaltgas tritt somit aus dem Metallschaum mit ei¬ ner stark verminderten Temperatur aus. Das abgekühlte Gas liegt damit in einem energieverminderten und deionisierten Zustand vor.
Be zugs zeichenl i ste
1 LeistungsSchalter
10 Gehäuse
11 Öffnung
12 Schaltraum
13 Vorder- und Rückwand
14 Seitenwände
15 Abdeckplatten
16 Deckel
20 Metallschaum
30 Löschbleche
40 Lochblech
50 Sieb
60 Befestigungsbolzen

Claims

Patentansprüche
1. Leistungsschalter mit einem mindestens eine Öffnung aufweisenden Gehäuse und mindestens einem im Gehäuse angeordne- ten Kontaktpaar, wobei die Kontakte des Kontaktpaares zum Öffnen und Schließen eines Stromkreises relativ zueinander beweglich sind, dadurch gekennzeichnet, dass zwischen wenigstens einem der Kontaktpaare und wenigstens ei- ner Gehäuseöffnung (11) ein von den Stromführungsteilen des
Leistungsschalters (1) elektrisch isolierter offenporiger Metallschaum (20) angeordnet ist.
2. Leistungsschalter nach Anspruch 1, dadurch gekennz ei chnet , dass im Gehäuse (10) des Leistungsschalters (1) Löschbleche (30) angeordnet sind, auf denen sich der Metallschaum (20) einsei¬ tig abstützt.
3. Leistungsschalter nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennz ei chnet , dass zwischen dem Kontaktpaar und der Gehäuseöffnung (11), zwischen denen der offenporige Metallschaum (20) angeordnet ist, weiterhin mindestens ein Lochblech (40) und/oder mindestens ein Sieb (50) zur Wärmereduzierung des Schaltgases angeordnet ist .
4. Leistungsschalter nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass der Metallschaum (20) mit dem Gehäuse (10) und/oder dem Lochblech (40) zumindest partiell mittels einer Klebeverbindung verbunden ist.
5. Leistungsschalter nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Metallschaum (20) mit dem Gehäuse (10) und/oder dem Lochblech (40) zumindest partiell mittels einer Schweiß- oder Lötverbindung verbunden ist.
6. Leistungsschalter nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Metallschaum (20) mit dem Gehäuse (10) und/oder dem Loch- blech (40) zumindest partiell mittels kraftschlüssiger Klem¬ mung verbunden ist.
7. Leistungsschalter nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Metallschaum (20) im Bereich der Gehäuseöffnung (11) einen Teil der Gehäuseoberfläche ausbildet.
8. Leistungsschalter nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der verwendete Metallschaum (20) aus einer Aluminiumbasisle¬ gierung besteht.
9. Leistungsschalter nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der verwendete Metallschaum (20) aus einer Zinkbasislegierung besteht .
10. Verwendung eines offenporigen Metallschaums (20) auf Zinkbasislegierung oder Aluminiumbasislegierung als Kühl- struktur zur Wärmeableitung aus in einem elektrischen Schalt- prozess entstandenen Schaltgasen.
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