VERWENDUNG

Die Erfindung betrifft ein Herstellverfahren von Plattenanordnungen und eine Verwendung der Plattenanordnungen zum Kühlen von Ausblasgasen in elektrischen Installationsgeräten.

Schaltgas-Kühlvorrichtungen in Niederspannungsleistungsschaltern sind bekannt, bei denen ein engmaschiges metallisches Netz oder Gitter eingesetzt wird (EP 0817223 Bl).

Beispielsweise wird auch die Kühlung der Ausblasung an anderer Stelle beschrieben: US 7488915 B2 oder DE 102010034264 B3.

Hier werden die Wege der Strömung mehrfach umgelenkt. Nachteile dieser Anordnungen sind, dass ein Druckaufbau durch die Strömungsumlenkung entlang der Kühlvorrichtung entsteht, welcher nachteilig auf das Schalt verhalten zurückwirkt. Will man diese

Rückwirkung vermeiden, muss eine Querschnittsvergrößerung vorgenommen werden.

Bei komplexer Strömungsführung (u.a. bei vielen Umlenkungen) und filigranem Aufbau mit engmaschigem Kühlgeflecht (EP 0817223 AI) kann es zu Verstopfungen der

Strömungskanäle durch Partikel in der Ausblasung und zu Schädigungen des Geflechts kommen.

Die DE 1640265 AI zeigt eine Kaskade von Kühlvorrichtungen, bei denen Platten am Abgang eines Vorkühlers abgewinkelt sind, wodurch ein Rückweg von Lichtbögen erschwert werden soll. Ferner zeigt die DE 35 41 514 A1 eine Lichtbogenlöschkammer mit einem Aufsatz zur weiteren Abkühlung der austretenden Gase.

Es ist die Aufgabe der Erfindung, ein Herstellverfahren für Plattenstapel anzugeben, das sich serientauglich umsetzen lässt. Weiterhin soll die Verwendung solcher Plattenstapel in Kühlvorrichtungen zum Kühlen von Ausblasgasen in elektrischen Installationsgeräten vorgeschlagen werden. Die Lösung der Aufgabe findet sich in den Merkmalen der Nebenansprüche. Bevorzugte Ausführungsformen sind in zugehörigen Unteransprüchen formuliert. Es werden Verfahren zur Herstellung eines in Quaderform mit Stapellänge, Stapelbreite und Stapelhöhe gebildeten Plattenstapels aus verschiedenen Blechformen vorgeschlagen, wobei der Plattenstapel gebildet wird aus durch Formgebung erzeugten rechteckigen Blechformen aus einem Blechstreifen einheitlicher Dicke. Zur formgebenden Bearbeitung werden Stanzen, Drahterosion, Laserschneiden, Wasserstrahlschneiden oder Nippeln eingesetzt. Vorrangig wird jedoch das Verfahren der Stanzpaketierung vorgeschlagen.

Die Blechformen (Platten) im Plattenstapel sollen eine einheitliche Länge in Richtung der Stapellänge haben, und können unterschiedliche Breiten aufweisen, die geringer ist als die Stapelbreite des Quaders.

Hierbei werden erste Blechformen mit einer der Stapellänge entsprechenden, einheitlichen Länge und zweiten Blechformen mit einer höchstens der Stapelbreite entsprechenden Breite erzeugt, wobei mindestens eine als Platte mit großer Breite und mindestens eine zweite Blechform als Platte schmaler Breite im Plattenstapel dient.

Erfindungsgemäß soll ein Plattenstapel durch das Übereinanderstapeln von Platten unterschiedlicher Blechformen und Dicken hergestellt werden. Dabei sind die Blechformen (Umrissform) so zu wählen, dass mit den Blechformen abwechselnd Kühlplatten erzeugt werden und dazwischen andere Blechformen als Abstandsbleche die Kühlschlitze bilden. Im einfachsten Fall sollen nur erste Blechformen einheitlicher Länge und zweite Blechformen unterschiedlicher Breite eingesetzt werden. Die verschiedenen Blechformen werden durch Stapelung zu einem Plattenstapel geformt. In der Regel bilden die ersten Blechform die Kühlplatten (oder Kühlbleche) und die zweiten Blechformen die Abstandsbleche. Mit den Abstandsblechen wird die Höhe der zu durchströmenden Schlitze gebildet.

Die Begriffe Platte und Blechform sollen im weiteren synonym benutzt werden.

Die Blechformen werden nach ihrer Formgebung derart aufeinander gestapelt, dass sich parallel zur einheitlichen Länge mehrere durchgehende im weiteren als Schlitze bezeichnete Hohlräume in Längsrichtung des Stapels ausbilden und weiter werden im Plattenstapel die Blechformen zu einem kompakten Gebilde untereinander unverlierbar verbunden. Der Plattenstapel erhält eine selbsttragende Struktur. Weiterhin wird die Verwendung der Plattenstapel vorgeschlagen, die in Kühlvorrichtungen zum Kühlen von Ausblasgasen von elektrischen Schaltgeräten, insbesondere der

Niederspannung Verwendung finden.

Es wird vorgeschlagen, parallele, im wesentlichen ebenflächig Platten im Plattenstapel einzubringen, die in einem engen Abstand im Bereich von 0,1 bis 0,5 mm angeordnet sind. Die Einhaltung dieses Abstands ist für die effektive Funktion in einer Kühlvorrichtung entscheidend. Daher wird bei der Anordnung und Fixierung der Platten konstruktiv auf die Möglichkeit enger Toleranzen, gepaart mit der serientauglichen Herstellbarkeit geachtet. Des Weiteren werden die Platten im Plattenstapel so angeordnet, dass eine ausreichende

Abdichtung gegen Leck-Strömungen hergestellt wird, so dass Schaltgase nicht ungekühlt das Schaltgerät verlassen können.

Bei den vorliegenden Plattenanordnungen sind die Platten relativ dünn und ihre Abstände klein und toleranzempfindlich. Weiterhin können in der Regel die metallischen Platten elektrisch leitfähig verbunden sein, womit eine Eignung für Lichtbogen-Löschvorrichtungen ausscheidet.

Vorzugsweise soll das Verfahren der Stanzpaketierung eingesetzt werden. Hierbei werden in einem Arbeitsgang die unterschiedlichen Platten gestanzt und zu jeweils einer

Plattenanordnung gestapelt und dann miteinander verbunden.

Zum Verbinden der Platten können in die Platten Noppen (Paketiernoppen) geprägt sein. Noppen sind nicht vollständig durchgestanzte Stanzeindrücke. So kann der hervorstehende Teil des Noppens von der oberen Platte in die Vertiefung der darunterliegenden Platte greifen und so die Platten miteinander verbinden. Wenn die gewünschte Stapelhöhe (Paketdicke, gebildet aus einer Anzahl von Platten) erreicht ist, wird ein Deckblech gestanzt, bei dem anstelle von Noppen vollständige Löcher (Bohrungen) erzeugt werden. Es besteht keine Verbindung zur darunterliegenden Platte. Mit Verwendung von Deckblechen mit ist Bohrungen man in der Lage, einzelne Plattenstapel im Stanzpaketierprozeß direkt hintereinander herzustellen, so dass die Plattenstapel voneinander getrennt vorliegen. Beim Verfahren per Stanzpaketieren verlässt die Plattenanordnung fertig assembliert und verbunden das Stanz- Werkzeug. Damit sowohl die Platten mit Verbindungsnoppen als auch Deckbleche mit Löchern in einem Werkzeug gestanzt werden können, müssen in den Stanzpaketierwerkzeugen einzelne

Stanzstationen zwischen den Stanzhüben aktiviert und wieder deaktiviert werden. Bei mehreren solchen Stationen ist es auch möglich, Plattenstapel herzustellen, bei denen geometrisch unterschiedliche Platten in einem einzigen Werkzeug zu einem Stapel verbunden werden.

Im Prinzip wird ein Plattenstapel durch Stapeln verschiedenartiger Blechformen erzeugt, wobei auch mehrere gleichartige Blechformen direkt übereinander liegen können, um z.B. aus einer gewählten Blechdicke davon abweichende Plattendicken und Schlitzweiten zu erzeugen.

Die Platten und Bleche können auch nach deren Herstellung manuell (kleine Stückzahlen) oder halbautomatisch (große Stückzahlen, also Großserien) zu Plattenanordnungen

assembliert werden. Die Assemblierung kann auch in einer Großserienfertigung

vollautomatisch direkt bei der Herstellung der Blechformen erfolgen.

Folgende Merkmale werden einzeln oder in Kombination miteinander (soweit sinnvoll ausführbar) zur Ausführung vorgeschlagen.

In einer anderen Ausbildung werden zwei erste Blechformen aufeinander und gefolgt von einer zweiten Blechform gestapelt.

Durch geänderte Bearbeitung des Blechstreifens können Platten der ersten Blechform mit Sicke hergestellt werden. Durch wieder eine andere Art der Bearbeitung des Blechstreifens können Platten der ersten Blechform in Format eines L hergestellt werden.

Die Anzahl der Schlitze verlaufend in Längsrichtung parallel zur Stapellänge können veränderlich gestaltet werden. Durch die Stapelung einer prinzipiell beliebigen Anzahl von einzelnen Blechformen übereinander, können aus einem Blechstreifen einheitlicher Dicke unterschiedliche

Plattendicken und Schlitzweiten eingestellt werden. Vorzugsweise sollen aber zwei Platten als Kühlplatten, gefolgt von einem Abstandsblech gestapelt werden (sogenannte 2: 1 -Folge). Vorzugsweise wird dabei die Dicke des Blechstreifens im Bereich von 0,1 bis 0,5 mm gewählt.

Zur Vollendung der kompakten Struktur können die Blechformen des Plattenstapels randseitig verschweißt oder verlötet werden. Für die Verbindung der Blechformen von Platten und Blechen untereinander zu einem kompakten und stabilen Plattenstapel steht eine Auswahl von Verfahren zur Verfügung, die in unterschiedlichen Automatisierungsgraden Anwendung finden können. Als derartige Verfahren zur Herstellung kraft- bzw. formschlüssiger

Verbindungen werden hier beispielhaft aber nicht abschließend aufgezählt: Klipsen oder Klemmen; Verlöten oder Verschweißen (z.B. Laserverschweißen aller Platten); z.B. auch bereits direkt im Stanzpaketierwerkzeug.

Zuvor wurde schon Vernieten der Platten im Plattenstapel erwähnt. Weitere Optionen sind:

Einsatz von Abstandsblechen in Mittelagen

Um bei breiteren Kühlschlitzen die Gefahr zu verringern, dass die Schlitzweite durch sich biegende Platten nicht eingehalten wird, sollen zusätzlich zu den seitlichen Abstandsblechen auch Abstandsbleche in der Mitte Verwendung finden (Anzahl größer/gleich 1).

Einsatz von versetzt angeordneten Platten

Alternativ kann aber auch eine Stabilisierung breiter Strömungsschlitze durch eine

Verschachtelung der Bleche und Platten erfolgen. Durch Anordnung versetzter Platten können auch versetzte Kühlschlitze gebildet werden, wodurch ebenfalls eine Stabilisierung des Plattenstapels eintritt.

Einsatz von seitlichen Abstandsblechen Zur seitlichen Abdichtung der Strömungsschlitze werden Blechformen für Kühlplatten vorgeschlagen, die mit Sicken ausgebildet sind. Die Abstandsbleche bzw. die als

Abstandshalter dienenden seitlichen Blechformen (siehe beispielhaft Fig. 8) können gleichzeitig den Strömungsschlitz seitlich abdichten.

Variation der Schlitzweite durch flächig geprägte Platten

Durch zusätzliches flächiges Prägen (ebenfalls mit Ausbildung von Sicken) einzelner Platten lässt sich bei Bedarf die Schlitzweite über die Strömungslänge variieren. Variation der Anzahl der Schlitze

Zusätzlich wird noch vorgeschlagen, in einem Plattenstapel die Anzahl der Schlitze in Strömungsrichtung zu verändern und so die Kühlwirkung auf die sich ändernden

Temperaturen der Gase beim Durchströmen hin zu optimieren. Kombiniert man die vorgenannten Varianten, so kann man auch einen weiten Schlitz in mehrere enge Schlitze münden lassen.

Die hergestellten Plattenstapel sind dann geeignet, in Niederspannungsinstallationsgeräten eingebracht und verwendet zu werden. Sie finden dann als Teil einer Schaltgas- Kühlvorrichtung Verwendung. Dies erfordert für ihre Funktion möglicherweise eine

Haltevorrichtung (Rahmen/Gehäuse), die den Plattenstapel aufnimmt, als auch eine ausreichende Abdichtung mit Dichtungsmitteln gegen seitliche, am Plattenstapel

vorbeigehende Strömungen. Prinzipiell kann eine Kühlvorrichtung mit den verschiedenen vorgeschlagenen Aufbauvarianten eines Plattenstapels bei allen elektromechanischen Schaltgeräten, die eine nennenswerte Ausblasung erzeugen, eingesetzt werden; besonders vorteilhaft bei Leistungsschaltern, Leitungsschutzschaltern und Motorschutzschaltern im Niederspannungsbereich.

Das Material der Platten soll möglichst hohe Wärmeleitfähigkeit aufweisen, daher können die Platten aus Stahl, aus Kupfer oder aus hochleitfähiger Keramik bestehen.

Vorteile der Erfindung

• Serientaugliches Herstellverfahren;

• Einhaltung eines engen definierten Plattenabstands; Vereinfachte Handhabung bei der Verwendung durch Vormontierung P lattenanordnung .

Die Erfindung wird in mehreren Ausführungsformen in Figuren dargestellt, welche im Einzelnen zeigen:

Fig. 1 : Grundaufbau eines Plattenstapels;

Fig. 2: prinzipieller Aufbau einer stanzpaketierten Plattenanordnung;

Fig. 3 : Prinzipskizze eines Stanzpaketierprozesses;

Fig. 4: Plattenanordnung mit mittiger Abstützung:

Fig. 5: Abstützung durch versetzte Platten;

Fig. 6: Plattenanordnung mit über in Strömungsrichtung variablem Schlitz (im Schnitt);

Fig. 7: Plattenanordnung mit variabler Schlitzanzahl;

Fig. 8: Plattenanordnung mit variabler Schlitzanzahl und variabler Schlitzweite (im Schnitt) und

Fig. 9: Kühlvorrichtung mit integriertem Plattenstapel.

Die Fig. 1 gibt einen Grundaufbau eines Plattenstapels wieder. Die Geometrie des

Plattenstapels 2 ist ein Quader mit einer Stapellänge 4, mit einer Stapelbreite 5 und einer Stapelhöhe. Der Aufbau des Plattenstapels hat folgende Teile: beispielhaft aus zwei Einzelplatten aufeinandergelegte ebenflächige Platten (2 x 10), seitliche Abstandsbleche 15, Verbindungsnoppen 12, Strömungsschlitze 17, Strömungsschlitzweite 18, Plattendicke 16.

Dabei werden im einfachsten Fall zwei verschiedene Blechformen gestanzt, die eigentlichen Kühlplatten (oder Kühlbleche) und die Abstandsbleche, die den zu durchströmenden Schlitz formen (Fig. 1 - mit rechteckiger Kühlplatte; Fig. 3 - mit Abstandblechen). Durch die Stapelung einer prinzipiell beliebigen Anzahl von einzelnen Blechformen übereinander, können aus einem Blechstreifen einheitlicher Dicke unterschiedliche Plattendicken und Schlitzweiten eingestellt werden. Vorzugsweise sollen aber zwei Platten als Kühlplatte, gefolgt von einem Abstandsblech gestapelt werden. Vorzugsweise wird dabei die Dicke des Blechstreifens im Bereich von 0,1 mm bis 0,5 mm gewählt.

In der Fig. 2 wird ein prinzipieller Aufbau eines stanzpaketierten Plattenstapels gezeigt: , reguläre' ebenflächige Platten 10 mit Verbindungsnoppen 12, Deck- bzw. Abschlussblech 11, Durchgangsloch 14 in Abschlussblech 11. In Fig. 2 sind Abstandsbleche nicht dargestellt, die für die Ausbildung von Strömungsschlitzen notwendig sind.

Mit der Fig. 3 wird eine Prinzipskizze vorgelegt, in der der Stanzpaketierprozess zur

Herstellung eines Plattenstapels 2 gezeigt ist; mit zwei doppelt liegenden Kühlplatten und mit einfach liegenden Abstandelementen (in sogenannter 2: 1 -Folge). Die Bezeichnungen in der Figur sind wie folgt: Vorschubrichtung 31, Blechstreifen 32, Mitnehmerlöcher 33 für Vorschub und Positionierung, Verbindungsnoppen 12, Stanzen einer Aussparung 35, abschließendes Stanzen 36 der Außengeometrie (Kühlplatte oder Schlitz), fertiger

Plattenstapel 2. Vorn in der Zeichnung befindet sich die Stanzstation, in der unmittelbar die gestanzten Blechformen zu einem Stapel zusammengelegt werden. Vor der Stanzstation können sich andere Stationen befinden, in denen Umrissformen vorgestanzt werden. So zeigt das Bezugszeichen 35 eine zuvor gestanzte Aussparung, bei der in der vornliegenden

Stanzstation nur noch die seitlichen Abstandselemente gestanzt werden. Mit den beiden Bezugszeichen 34' und 34" sind Umrisse angedeutet, die in der Stanzstation zu Kühlplatten herausgestanzt werden sollen. In der Fig. 3 werden beispielhaft runde Verbindungsnoppen 12 dargestellt, was aber die tatsächliche Auswahl der Form der Noppen nicht einschränken soll.

In der Fig. 4 wird eine Plattenanordnung mit Mittenabstützung dargestellt. Hier werden Abstandsbleche auch in der Mittelage verwendet. Um bei breiteren Kühlschlitzen das

Problem zu beseitigen, dass sich die Kühlplatten 10 durchbiegen und dadurch die Schlitzweite nicht eingehalten wird, werden zusätzlich zu den seitlichen Abstandsblechen auch

Abstandsbleche 15' in der Mitte verwendet (Anzahl größer/gleich 1). Mit den zusätzlichen Abstandsblechen in der Mittelage entsteht ein mehrteiliger Strömungsschlitz 17' im

Plattenstapel.

Die Fig. 5 zeigt die Abstützung etwa in der Mitte durch Einsatz von versetzt angeordneten Kühlplatten, wodurch versetzte Kühlschlitze 17" entstehen. Aus der Fig. 6 ist eine beispielhafte geometrische Ausführung einer Plattenanordnung in Schnittdarstellung entnehmbar, bei der eine variable Schlitzweite in Strömungsrichtung 88 und in Strömungslänge vorhanden ist. Durch zusätzliches flächiges Prägen einzelner Platten (Herstellen einer Sicke 13) lässt sich bei Bedarf die Schlitzweite über die Strömungslänge variieren. Durch das flächige Prägen wird ein zweiter Teil der Platte um etwa die halbe Dicke gegen einen ersten Teil der Platte parallel versetzt. Die Bezeichnungen in der Figur sind wie folgt: Abstandsblech 15", Strömung 88 tritt durch einen Schlitz ein und teilt sich im Stapel auf zwei Schlitze auf, reguläre Kühlplatte 10, Kühlplatte 10" mit Sicke 13, weiter Schlitz 64 im Eingangsbereich, enger Schlitz 65 im Auslassbereich, Strömungsrichtung 88, Schnittebene 67.

Die Fig. 7 zeigt eine Plattenanordnung im Schnitt (Schnittebene 77) mit variabler

Schlitzanzahl. Hierbei ist in einem Plattenstapel die Anzahl der Schlitze in Strömungsrichtung 88 verändert. Durch die vorgenommene Variante bei Einsatz von winklig geschnittenen Kühlplatten 10"' (Platte hat abweichend von einem Rechteck etwa L-Form) kann die

Kühlvorrichtung auf sich ändernde Gastemperaturen beim Durchströmen optimiert werden.

In Fig. 8 ist in Schnittdarstellung (mit Schnittebene 86) eine Kombination der Ansätze aus den Fig. 6 und Fig. 7 dargestellt. Hier soll die Strömung 88 durch einen weiten Schlitz 84 in mehrere enge Schlitze 85 münden. Es wird eine Plattenanordnung dargestellt, in der mit variabler Anzahl von Schlitzen und variabler Schlitzweite in Strömungsrichtung die Effizienz der Kühlwirkung erhöht werden. Die Figur 8 zeigt Kühlplatten 10" mit Sicke 13, winklig geschnittene ebene Kühlplatte 10"', weiter Schlitz 84 im Eingangsbereich, zwei enge Schlitze 85 im Auslassbereich, Strömung 88', die in zwei Schlitze aufgeteilt ist.

Abschließend wird in Fig. 9 eine in einem Rahmen oder in einem Gehäuse gehaltene

Kühlvorrichtung 80 im Schnittbild gezeigt. Rahmen oder Gehäuse dienen als

Haltevorrichtung des Plattenstapels. Vorgesehen sein sollte auch eine ausreichende

Abdichtung gegen seitliche, am Plattenstapel vorbeigehende Strömungen. Die

Kühlvorrichtung 80 ist senkrecht in der Mitte (Schnittebene 82) geschnitten. Vorn in der Zeichnung befindet sich die Austrittsöffnung (Austrittsfenster 83) für die Schaltgase; der hintere Bereich der Kühlvorrichtung ist zur Schaltkammer eines Installationsgeräts gerichtet.

Die Platten 15 liegen quer zur Strömungsrichtung 88 und bilden den Plattenstapel. In der zeichnerisch dargestellten Ausführung nach Fig. 9 befinden sich dreiundzwanzig Platten, die zusammen mit dem Rahmen 84 nach Masse, Volumen und Material die Wärmekapazität der Kühlvorrichtung bilden. Zwischen den Platten sind zweiundzwanzig Schlitze 17 ausgebildet. Diese haben eine Schlitzweite 18, die beispielsweise durch die Dicke von (nicht gezeichneten) Abstandselementen bestimmt ist. Die Schlitzbreite 19 entspricht der Breite des Fensters in der Kühlvorrichtung. Die Schlitzweite 18 kann jeweils nach zu erwartenden Gasmassestrom abgestuft betragen: 100 bis 500 μιη, oder 250 bis 400 μιη, oder noch enger 200 bis 300 μιη. Der Gesamtquerschnitt der Durchtrittsöffnungen ist im Wesentlichen bestimmt durch und abhängig von Schaltleistung bzw. Nennstrom des Installationsgeräts. Der Gesamtquerschnitt der Durchtrittsöffnungen der zeichnerisch in Fig. 9 dargestellten Ausführung hat eine

Größenordnung von 300 mm ² , wenn als Schlitzweite (18) 0,2 mm, als Breite (19) 20 mm und die Anzahl der Platten mit 22 zugrunde gelegt wird.

Bezugszeichen

2 Plattenstapel

4 Stapellänge (auch Schlitzlänge)

5 Stapelbreite

6 Blechformlänge

8 Blechformbreite

8' Schmalseite Abstandsblech

10 Platte erster Blechform (reguläre Form) mit Noppen 10' Platte ohne Noppen

10" Platte mit Sicke

10"' Platte, winklig geschnitten

11 Abschlussblech mit Durchgangsloch

12 Verbindungsnoppen (bei Anwendung Stanzpaketierung)

13 Sicke

14 Durchgangsloch

15 erstes Abstandsblech

15 ' weiteres Abstandsblech (mittig)

16 Plattendicke

17 Hohlraum (Schlitz)

17' mehrteiliger Schlitz

17" versetzter Schlitz

18 Schlitzweite (Höhe)

30 Blechstreifen

31 Vorschubrichtung

33 Mitnehmerlöcher (Vorschub und Positionierung) 34' 34" zwei Blechform-Umrisse

35 Aussparung (evtl. Abfall)

36 Stanzen der Außengeometrie

64 weiter Schlitz im Eingangsbereich

65 enger Schlitz im Auslassbereich

67 Schnittebene

80 Kühlvorrichtung in Rahmen

82 Schnittebene

83 Fenster Rahmen

Strömung, Schaltgasstrom

Strömung mit Aufteilung in 2 Strömungsschlitze