Beschreibung

Trennschalteinrichtung sowie Verfahren zur Herstellung einer Trennschalteinrichtung

Die Erfindung bezieht sich auf eine Trennschalteinrichtung mit einem ersten Elektrodenstück und einem zweiten Elektrodenstück, welche zur Auftrennung eines Strompfades relativ zueinander bewegbar sind und zumindest teilweise von einem elektrisch isolierenden Gehäuse umgeben sind sowie auf ein Verfahren zur Herstellung einer Trennschalteinrichtung.

Eine Trennschalteinrichtung ist beispielsweise aus der Offen- legungsschrift DE 100 25 685 Al bekannt. Bei der bekannten Trennschalteinrichtung sind zwei Elektrodenstücke von einem elektrisch isolierenden Gehäuse umgeben. Da derartige Trennschalteinrichtungen auch für einen Freilufteinsatz vorgesehen sind, muss das elektrisch isolierende Gehäuse aus witterungs ^¬ beständigem Material gefertigt werden. Oftmals sind jedoch Materialien, welche günstige elektrische Eigenschaften auf ^¬ weisen, für einen Freilufteinsatz nicht geeignet.

Damit ergibt sich als Aufgabe für die Erfindung eine Trenn ^¬ schalteinrichtung der eingangs genannten Art anzugeben, wel- che über eine gute Witterungsbeständigkeit verfügt.

Bei einer Trennschalteinrichtung der eingangs genannten Art wird die Aufgabe erfindungsgemäß dadurch gelöst, dass das Ge ^¬ häuse eine erste und eine zweite Schale aufweist, wobei die erste Schale die zweite Schale ummantelt und vor äußeren Ein ^¬ wirkungen schützt.

Bei Verwendung eines zweischaligen Gehäuses kann die erste Schale aus einem Material gefertigt werden, welches eine hohe

Witterungsbeständigkeit aufweist. Vorzugsweise sollte die erste Schale aus einem Isolierstoff geformt sein. Die erste Schale sollte vor allem eine hohe Beständigkeit gegenüber ultravioletter Strahlung und Bewitterung aufweisen. Ein Mate- rial für die zweite Schale kann vorzugsweise nach seinen e- lektrischen Eigenschaften gewählt werden. So ist es beispielsweise möglich, kostengünstige Isoliermaterialien zu verwenden. Vorteilhaft sollte das Volumen der ersten Schale geringer sein als das Volumen der zweiten Schale. Das Gehäuse umgibt die beiden Elektrodenstücke zumindest in dem Ab ^¬ schnitt, in welchem die Elektrodenstücke einander zugewandt sind. Trennschalteinrichtungen werden auch als Abtrennvorrichtungen bezeichnet.

Eine weitere vorteilhafte Ausgestaltung kann vorsehen, dass die erste Schale eine verlorene Schalung für die zweite Scha ^¬ le ist.

Nutzt man die erste Schale als verlorene Schalung, so kann die Trenneinrichtung einfach montiert werden. Durch eine entsprechende Formgebung kann eine Festlegung der Lagen der einzelnen Baugruppen zueinander in einfacher Weise erfolgen. Da die Schalung als erste Schale fungiert, sind Hilfseinrichtun ^¬ gen oder Spezialwerkzeuge während einer Montage nur in gerin- gern Umfang nötig. Die erste Schale verleiht als Schalung bis zum Erreichen der endgültigen Eigenschaften der Trennschalteinrichtung Stabilität.

Vorteilhaft kann weiter vorgesehen sein, dass das erste Elektrodenstück eine Ausnehmung in der ersten Schale verschließt .

Die erste Schale kann beispielsweise als Hohlkörper mit zu ^¬ mindest einer Ausnehmung ausgeformt sein. Vorteilhaft ist ei-

ne rotationssymmetrische Gestalt in Form eines Bechers, wobei die Ausnehmung vorteilhaft in einem Boden des Bechers ange ^¬ ordnet ist.

Durch ein Verschließen der Ausnehmung mit dem ersten Elektro- denstück ist es möglich, durch das elektrisch isolierende Gehäuse hindurch einen Zugang zu dem ersten Elektrodenstück zu erhalten. So kann die Trennschalteinrichtung mit dem ersten Elektrodenstück beispielsweise in einen von einem überspan- nungsableiter gesteuerten Ableitstrompfad eingebunden werden. Durch ein formkomplementäres Einfügen des ersten Elektrodenstückes in die Ausnehmung kann die relative Lage von der ers ^¬ ten Schale zu dem ersten Elektrodenstück festgelegt werden.

Eine vorteilhafte Ausgestaltung kann weiter vorsehen, dass die Ausnehmung von einer vorspringenden Anformung der ersten Schale umgeben ist.

Die vorspringende Anformung kann den Bereich des ersten E- lektrodenstückes, welcher durch die Ausnehmung zugänglich ist, vor äußeren Einwirkungen schützen. Dafür kann die Anformung in sich ringförmig geschlossen sein. Weiter kann eine Kontaktierungsstelle im Bereich der Ausnehmung durch die Anformung geschützt werden. So ist es beispielsweise möglich, die Abtrennvorrichtung im Bereich der Ausnehmung der ersten Schale mittels des ersten Elektrodenstückes auf einen Gewin ^¬ debolzen bzw. in eine Gewindebohrung zu schrauben. Die vorspringende Anformung kann als Anschlag wirken und eine Ein ^¬ schraubtiefe begrenzen. Eine ausreichende Elastizität voraus ^¬ gesetzt kann auch eine Dichtwirkung mittels der Anformung er- zielt werden.

Weiter kann vorteilhaft vorgesehen sein, dass das erste E- lektrodenstück und das zweite Elektrodenstück zu einer Längsachse der Trennschalteinrichtung koaxial ausgerichtet sind,

wobei bezogen auf die Längsachse an einem ersten Ende das erste Elektrodenstück an die erste Schale und das zweite Elektrodenstück an einem zweiten Ende an die zweite Schale grenzt .

Dadurch, dass das zweite Elektrodenstück über die zweite Schale beabstandet zur ersten Schale angeordnet ist, kann ei ^¬ ne Isolierstrecke selbst bei der Verwendung eines elektri ^¬ schen Leitermaterials für die erste Schale zwischen den E- lektrodenstücken gewährleistet werden. Die zweite Schale ist nach Art eines überwurfes ausgeformt, welcher sich bündig an das erste Elektrodenstück anschmiegt und durch die zweite Schale elektrisch isoliert von dem zweiten Elektrodenstück beabstandet ist. Die Elektrodenstücke können vorzugsweise als rotationssymmetrische Körper ausgebildet sein.

Vorteilhaft kann weiter vorgesehen sein, dass der Strompfad eine Lichtbogenstrecke aufweist.

Zwischen den Elektrodenstücken kann eine Lichtbogenstrecke angeordnet sein. Die Lichtbogenstrecke kann beispielsweise durch ein Impedanzelement überbrückt sein. Durch das Impe ^¬ danzelement, vorzugsweise ohmscher Natur, kann ein Ansprechverhalten der Lichtbogenstrecke gesteuert werden. Bei einem Stromfluss über den Strompfad kann sich ein Lichtbogen in der Lichtbogenstrecke ausbilden. Die thermische Energie des Lichtbogens kann genutzt werden, um die Trennschalteinrichtung auszulösen und den Strompfad zu unterbrechen. Nach einem Unterbrechen ist der Abstand der Elektrodenstücke voneinander derartig groß, dass der Lichtbogen erlischt und nicht wieder zündet .

Eine weitere vorteilhafte Ausgestaltung kann vorsehen, dass die zweite Schale aus einem Polyurethan gebildet ist.

Polyurethane weisen eine ausreichende Isolationsfestigkeit auf und sind kostengünstig zu beziehen. Polyurethane können beispielsweise in flüssiger bzw. hochviskoser Form in die erste Schale eingebracht werden und dort aushärten. So wird ein zweischaliges elektrisch isolierendes Gehäuse gebildet, welches eine Ausbildung von unerwünschten Parallelstrompfaden zwischen den Elektrodenstücken unterbindet. Dabei tritt die erste Schale höchstens mit einem der beiden Elektrodenstücke in Berührung. Die zweite Schale kann mit beiden Elektrodenstücken in Berührung stehen. Die zweite Schale umgibt und überbrückt die Lichtbogenstrecke elektrisch isolierend.

Bei einer becherförmigen Gestalt der ersten Schale sind In- nenwandungen, bis auf Bereiche in welchen eine Ausnehmung angeordnet ist, von der zweiten Schale überdeckt. Die zweite Schale kann sich so sowohl an die Elektrodenstücke als auch an die erste Schale anschmiegen und so einen feuchtigkeits ^¬ dichten Verbund ausbilden. Vorzugsweise kann die zweite Scha- Ie eine Klebeverbindung zwischen der ersten Schale und den Elektrodenstücken ausbilden.

Vorteilhaft kann weiter vorgesehen sein, dass die erste Scha ^¬ le aus einem UV-stabilen Isolierstoff gebildet ist.

Der Einsatz von Isolierstoff zur Formung der ersten Schale unterstützt die elektrisch isolierende Wirkung der zweiten Schale. Weiter kann bei einer Verbindung der beiden Schalen mittels eines StoffSchlusses eine besonders widerstandsfähige Verbindung gefertigt werden. Ebenso können die Elektrodenstü ^¬ cke und weitere Baugruppen stoffschlüssig mit der zweiten Schale verbunden sein. Die Verwendung von Isolierstoffen sowohl für die erste als auch für die zweite Schale gewährt auch einen Berührungsschutz der Elektrodenstücke. Thermoplas-

tische Isolierstoffe weisen oftmals eine ausreichende UV- Beständigkeit auf.

Eine weitere Aufgabe der Erfindung ist, ein Verfahren an- zugeben, welches ein kostengünstiges Fertigen einer Trennschalteinrichtung ermöglicht.

Erfindungsgemäß wird die Aufgabe bei einem Verfahren zur Her ^¬ stellung einer Trennschalteinrichtung dadurch gelöst, dass - in eine als verlorene Schalung dienende formstabile erste Schale eines elektrisch isolierenden Gehäuses einer Trennschalteinrichtung ein erstes und ein zweites Elektrodenstück der Trennschalteinrichtung zumindest teilweise eingeführt werden, - eine zweite Schale des elektrisch isolierenden Gehäuses in die erste Schale formflexibel eingebracht wird, wobei die zweite Schale innerhalb der zweiten Schale sich zu einem formstabilen Körper wandelt.

Die erste Schale ist derart formstabil auszuführen, dass die ^¬ se relativ zu den Elektrodenstücken positionierbar ist und den von der formflexiblen Schale ausgehenden Kräften widerstehen kann. So kann die erste Schale durchaus elastisch verformbar sein. Sie sollte jedoch frei von äußeren Halte- und Stützvorrichtungen ihre Form beibehalten.

Die formflexible zweite Schale sollte während des Einbringens in die erste Schale eine fluide vorzugsweise flüssige bzw. fließfähige Konsistenz aufweisen. Im Sinne der Erfindung sind auch hochviskose Stoffe als Flüssigkeit zu verstehen. Die zweite Schale kann während des Einbringens auch in mehreren Komponenten vorliegen, welche innerhalb der ersten Schale miteinander reagieren.

Eine weitere vorteilhafte Ausgestaltung kann vorsehen, dass ein Impedanzelement, welches mit dem ersten Elektrodenstück und dem zweiten Elektrodenstück elektrisch kontaktiert ist, in der zweiten Schale eingebettet wird.

Die Elektrodenstücke der Trennschalteinrichtung sind im eingebauten Zustand Teil eines Strompfades. Der Strompfad kann eine Lichtbogenstrecke beinhalten. Beispielsweise können die Elektrodenstücke beabstandet zueinander angeordnet sein, wo- bei in der so gebildeten Lichtbogenstrecke ein Gas angeordnet ist. Um das Durchschlagverhalten des Gases genauer zu steuern, kann ein Impedanzelement die Lichtbogenstrecke überbrü ^¬ cken. Um eine äußere Beeinflussung des Impedanzelementes zu vermeiden, sollte dieses zur ersten Schale beabstandet ange- ordnet sein. Um eine Berührung mit der ersten Schale zu vermeiden, sollten sich zwischen Impedanzelement und erster Schale Teile der zweiten Schale erstrecken. Somit ist unab ^¬ hängig von einer Materialwahl für die erste Schale eine dielektrisch sichere Halterung des Impedanzelementes gegeben. Vorzugsweise sollte das Impedanzelement vollständig von der zweiten Schale umhüllt sein, so dass Anschlussstücke die zweite Schale durchsetzen, um eine elektrische Kontaktierung des Impedanzelementes zu ermöglichen.

Vorteilhaft kann weiter vorgesehen sein, dass das erste Elektrodenstück abdichtend in eine Ausnehmung der ersten Schale eingesetzt wird.

Ein formschlüssiges Einsetzen des ersten Elektrodenstückes in die Ausnehmung dichtet die erste Schale ab, so dass die zwei ^¬ te Schale in beispielsweise flüssigem Zustand in die erste Schale eingebracht werden kann. Dabei können je nach erwarte ^¬ ter Viskosität der zweiten Schale verschiedene Passungsformen wie Spielpassungen, Presspassungen o. ä. genutzt werden. Ge-

gebenenfalls kann so auf zusätzliche Dichtungselemente ver ^¬ zichtet werden.

Es kann beispielsweise vorgesehen sein, dass an dem ersten Elektrodenstück und/oder an der Ausnehmung eine Schulter ausgeformt ist, so dass eine Tiefe eines Eintauchens des Elek ^¬ trodenstückes in die Ausnehmung begrenzt ist. So ist es mög ^¬ lich, an einer Oberfläche der ersten Schale einen bündigen übergang zu dem ersten Elektrodenstück zu erzeugen.

Vorteilhaft kann weiter vorgesehen sein, dass durch das Einsetzen des ersten Elektrodenstückes eine Längsachse des ers ^¬ ten Elektrodenstückes und eine Längsachse der ersten Schale näherungsweise in übereinstimmung gebracht werden.

Die Nutzung einer Passung zwischen dem ersten Elektrodenstück und der ersten Schale zur Lagefixierung ermöglicht ein schnelles Zusammensetzen der Trennschalteinrichtung. Ein sich zwischen dem ersten Elektrodenstück und der ersten Schale im Wesentlichen ringförmig erstreckender Raum kann mit der zweiten Schale befüllt werden. Durch die Lagefixierung zwischen dem ersten Elektrodenstück und der ersten Schale ist sichergestellt, dass allseitig ein ausreichendes Volumen zur Auf ^¬ nahme der zweiten Schale zur Verfügung steht. Vorzugsweise sollten die Längsachsen der Elektrodenstücke Rotationsachsen der Elektrodenstücke sein. Das Gleiche sollte auch annähernd für die Schalen gelten.

Im Folgenden wird ein Ausführungsbeispiel der Erfindung sche- matisch in einer Figur gezeigt und nachfolgend näher be ^¬ schrieben .

Dabei zeigt

die Figur einen Schnitt durch eine Trennschalteinrichtung.

Der in der Figur gezeigte Schnitt verläuft durch eine Längs ^¬ achse 1, zu welcher eine Trennschalteinrichtung 2 im Wesent- liehen rotationssymmetrisch ausgebildet ist.

Die Trennschalteinrichtung 2 wird beispielsweise an überspan- nungsableitern eingesetzt. überspannungsabieiter dienen dem spannungsabhängigen Zu- bzw. Abschalten eines Strompfades, welcher von einem betriebsmäßig spannungsführenden Leiterzug zu einem Erdpotential verläuft. Eine Schaltung wird bei ^¬ spielsweise durch Varistoren der überspannungsabieiter durchgeführt. Varistoren sind Halbleiterelemente, welche bei ^¬ spielsweise durch elektrische überlastung ausfallen können. Im Falle eines Ausfalles eines überspannungsabieiters kann es zur Ausbildung eines unerwünschten Erdschlusses kommen. Um einen solchen Fall zu beherrschen, wird in dem Strompfad zusätzlich eine Trennschalteinrichtung eingefügt.

Die in der Figur gezeigte Trennschalteinrichtung 2 weist ein erstes Elektrodenstück 3 und ein zweites Elektrodenstück 4 auf. Die beiden Elektrodenstücke 3, 4 sind rotationssymmet ^¬ risch ausgeformt und koaxial zu der Längsachse 1 einander ge ^¬ genüberliegend angeordnet. An den einander gegenüberliegenden Seiten der Elektrodenstücke 3, 4 ist ein ringförmiger elekt ^¬ risch isolierender Abstandhalter 5 angeordnet, an welchem die Elektrodenstücke 3, 4 anliegen. Der Abstandhalter 5 umgibt eine Lichtbogenstrecke, welche zwischen den beiden Elektro ^¬ denstücken 3, 4 ausgebildet ist. Zur Lenkung eines Lichtbo- gens weist das erste Elektrodenstück 3 ein vorspringendes

Plateau 6 auf. Das zweite Elektrodenstück 4 ist mit einer E- lektrodenplatte 7 elektrisch leitend verbunden. Die Elektro ^¬ denplatte 7 überspannt eine Ausnehmung in dem zweiten Elekt ^¬ rodenstück 4. In der Ausnehmung des zweiten Elektrodenstückes

4 ist ein thermisch auslösbarer Gasgenerator 8 angeordnet. Der Gasgenerator 8 wird durch ein Federelement 9 gegen die Elektrodenplatte 7 gepresst.

Die Lichtbogenstrecke überbrückend ist ein Impedanzelement 10 mit dem ersten und dem zweiten Elektrodenstück 3, 4 elektrisch leitend kontaktiert. Das Impedanzelement 10 ist bei ^¬ spielsweise ein ohmscher Widerstand. Mittels des Impedanzele ^¬ mentes ist ein Ansprechverhalten der Lichtbogenstrecke steu- erbar.

Um die Trennschalteinrichtung 2 unter Freiluftbedingungen einsetzen zu können, weist diese ein elektrisch isolierendes Gehäuse 10 auf. Das elektrisch isolierende Gehäuse 10 ist zweischalig aufgebaut. Die äußere Oberfläche des elektrisch isolierenden Gehäuses 10 ist durch eine erste Schale 12 ge ^¬ bildet.

Die erste Schale 12 weist eine im Wesentlichen becherförmige Gestalt auf. Die erste Schale 12 ist mit einer Ausnehmung versehen, in welche das erste Elektrodenstück 3 bündig einge ^¬ setzt ist. Um ein Eintauchen des ersten Elektrodenstückes 3 in die Ausnehmung zu begrenzen und eine Dichtwirkung zu erzielen, ist das erste Elektrodenstück 3 mit einer umlaufenden Schulter versehen, welche sich am Boden der ersten Schale 12 abstützt .

Die Ausnehmung der ersten Schale ist von einer vorspringenden Anformung 13 umgeben. Bei einer Wahl eines formstabilen Iso- lierstoffes ist die Anformung 13 geeignet, einen Kontaktie- rungsbereich des ersten Elektrodenstückes 3 zu schützen. Im vorliegenden Ausführungsbeispiel ist zur Kontaktierung eine Gewindebohrung vorgesehen. Bei einem Aufschrauben der Gewindebohrung auf einen Gewindebolzen kann die Anformung 13 bei-

spielsweise gegen eine ebene Fläche gepresst werden, so dass ein unmittelbarer Zugriff auf den Kontaktierungsbereich des ersten Elektrodenstückes 3 verhindert ist. Bei einer entspre ^¬ chend elastischen Ausführung der ersten Schale 12 kann gege- benenfalls eine Dichtwirkung an der ebenen Fläche durch die Anformung 13 erzielt werden.

Durch eine entsprechende Abstimmung der Abmessung der Ausnehmung in der ersten Schale 12 und des ersten Elektrodenstückes 3 kann mit dem Einführen des ersten Elektrodenstückes 3 in die Ausnehmung eine Ausrichtung der Längsachsen zueinander erreicht werden. Mit der Ausrichtung von erstem Elektrodenstück 3 und erster Schale 12 zueinander sind auch die weiteren mittelbar oder unmittelbar mit dem ersten Elektrodenstück 3 verbundenen Bauteile, wie z. B. Abstandhalter 5, Impedanzelement 10, zweites Elektrodenstück 4 usw., ausgerichtet.

So ergibt sich im Inneren der ersten Schale 12 ein annähernd ringförmiger Raum, in welchen eine zweite Schale 14 einbring- bar ist. Im Gegensatz zur ersten Schale 12 steht die zweite Schale 14 sowohl mit dem ersten Elektrodenstück 3 als auch mit dem zweiten Elektrodenstück 4 in Berührung.

Die zweite Schale 14 wird in flüssigem bzw. hochviskosem Zu- stand in den ringförmigen Raum eingebracht. Als Material ist ein elektrischer Isolierstoff zu verwenden. Ein geeigneter Isolierstoff ist beispielsweise ein Polyurethan. Innerhalb der zweiten Schale ist das Impedanzelement 10 eingebettet. Die Baugruppen der Trennschalteinrichtung sind Stoffschlüssig miteinander verbunden.

Im Kontaktbereich des zweiten Elektrodenstückes 4 (hier ein Gewindebolzen) ist ein Spiegel der zweiten Schale 14 zugänglich. über den Spiegel ist die erste Schale 12 von dem zwei-

ten Elektrodenstück 4 beabstandet. Die zweite Schale 14 schließt bündig mit der ersten Schale 12 ab.

Im montierten Zustand der Trennschalteinrichtung 2 erstreckt sich die erste Schale 12 glockenartig über der zweiten Schale 14.

Im Falle eines betriebsmäßigen Ableitvorganges, d. h. der überspannungsabieiter, zu welchem die Trennschalteinrichtung 2 zugeordnet ist, weist keine Störung auf, kommt es zu einem Ableitstromfluss über die Elektrodenstücke 3, 4 und zu einem Zünden eines Lichtbogens relativ geringer Intensität in der Lichtbogenstrecke. Mit einem Beenden des Ableitvorganges durch Varistoren des überspannungsabieiters erlischt der Lichtbogen.

In einem Fehlerfall des überspannungsabieiters fließt eben ^¬ falls ein Strom über den Strompfad, der die Elektrodenstücke 3, 4 und eine Lichtbogenstrecke umfasst. In der Lichtbogen ^¬ strecke brennt ein Lichtbogen jedoch länger bzw. stärker als bei einem Ableitvorgang eines fehlerfreien überspannungsab- leiters. So wird auch eine große thermische Energie freige ^¬ setzt. Diese Energie löst den Gasgenerator 8 aus. Dieser ge ^¬ neriert schlagartig eine große Gasmenge. Aufgrund des um die Lichtbogenstrecke geschlossenen Gehäuses 11 kann der Druck nicht unmittelbar entweichen, wodurch die Elektrodenstücke 3, 4 auseinandergetrieben werden. Die Trennschalteinrichtung 2 hat ausgelöst. Der Lichtbogen erlischt dabei.