WO2008116432A1

WO2008116432A1 - Electric switching device

Info

Publication number: WO2008116432A1
Application number: PCT/DE2007/000497
Authority: WO
Inventors: Martin Heimler; Andreas Krätzschmar
Original assignee: Siemens Aktiengesellschaft
Priority date: 2007-03-28
Filing date: 2007-03-28
Publication date: 2008-10-02
Also published as: CN101641756A; DE112007003525A5; EP2126941A1; KR20100016018A

Abstract

The invention relates to an electric switching device having a housing (2) made of electrically insulating material, wherein current paths (4a, 4b, 4c) associated with three different phases of a three-phase system are provided. Said current paths each comprise a contact region (14) with a contact bridge (6), wherein the current paths are thermally connected to each other via at least one thermal bridge (9, 9a, 9b, 9c) made at least partially of a material that has greater thermal conductivity than the material of the housing or than air.

Description

Beschreibungdescription

Elektrisches SchaltgerätElectrical switching device

Die Erfindung betrifft ein elektrisches Schaltgerät mit einem Gehäuse aus elektrisch isolierendem Material und darin angeordnet drei jeweils den unterschiedlichen Phasen eines Dreiphasensystems zugeordneten Strombahnen. Die Strombahnen sind üblicherweise jeweils aus zwei Leitern bzw. Kontaktträgern gebildet, die im Kontaktbereich voneinander getrennt sind. Im Kontaktbereich ist eine Kontaktbrücke angeordnet, mit der die beiden Leiter miteinander elektrisch verbindbar sind. Das Gehäuse derartiger Schaltgeräte besteht aus einem elektrisch isolierenden Material, meist aus Kunststoff. In einem Schalt- gerät entsteht im Betrieb oder im Störfall, wie z.B. Überlast oder Kurzschluss, aufgrund der Stromführung und der Schaltvorgänge Wärme, welcher der Kunststoff des Gehäuses standhalten muss. Ein weiterer Grund für eine unterschiedliche Erwärmung der Leiter bzw. der Strombahnen liegt darin, dass die äußeren, der nebeneinander angeordneter Leiter eine thermisch isolierende Wirkung auf den mittleren Leiter ausüben, also eine Wärmeabfuhr vom mittleren. Schließlich sind als Ursachen für eine unterschiedliche Leitererwärmung noch eine unterschiedliche Belastungen bzw. Verlustleistungen der drei Lei- ter, etwa durch inhomogene Stromverteilung im Dreiphasensystem, durch unterschiedliche Strombahnwiderstände, insbesondere der Kontaktwiderstände, durch einseitiges Schalten oder durch starke Belastung einer Phase bzw. eines ihr zugeordneten Leiters im Kurzschlussfall zu nennen. Schaltgeräte der vorliegenden Art erfordern daher relativ teure Kunststoffe, nämlich solche mit einer erhöhten thermischen Belastbarkeit. Die oben erwähnten Einflüsse können auch dazu führen, dass sich das Auslöseverhalten, d.h. das Erkennen und Abschalten von Überlastströmen bzw. von Phasenausfall oder Schieflast in sicherheitsrelevanter Weise ungünstig verändert.The invention relates to an electrical switching device having a housing made of electrically insulating material and arranged therein three respective current paths associated with the different phases of a three-phase system. The current paths are usually each formed from two conductors or contact carriers, which are separated from each other in the contact area. In the contact area a contact bridge is arranged, with which the two conductors are electrically connected to each other. The housing of such switching devices consists of an electrically insulating material, usually made of plastic. In a switching device arises during operation or in the event of a fault, such. Overload or short circuit, due to the current flow and the switching heat, which the plastic of the housing must withstand. Another reason for a different heating of the conductors or the current paths is that the outer, juxtaposed conductors exert a thermal insulating effect on the middle conductor, so a heat dissipation from the middle. Finally, as causes for a different conductor heating nor a different loads or power losses of the three conductors, such as by inhomogeneous power distribution in the three-phase system, by different current path resistances, in particular the contact resistance, by one-sided switching or by heavy load on a phase or its associated To name a conductor in the event of a short circuit. Switching devices of the present type therefore require relatively expensive plastics, namely those with increased thermal stability. The above-mentioned influences may also cause the triggering behavior, i. Detecting and switching off overload currents or phase failure or unbalanced load in a safety-relevant manner changed unfavorably.

Davon ausgehend ist es die Aufgabe der Erfindung, ein Schaltgerät der eingangs genannten Art vorzuschlagen, das hinsieht- lieh einer unterschiedlichen thermischen Belastung der Strombahnen verbessert ist.On this basis, it is the object of the invention to propose a switching device of the type mentioned, which looks lent a different thermal load on the current paths is improved.

Diese Aufgabe wird nach Anspruch 1 durch ein Schaltgerät ge- löst, bei dem die Strombahnen über zumindest eine Wärmebrücke thermisch miteinander verbunden sind, die zumindest teilweise aus einem Material besteht, das eine größere Wärmeleitfähigkeit aufweist als das Material des Gehäuses oder der Luft, die durch Konvektion an Strombahnen und Gehäuse ebenfalls Wärme austauscht und zur Vergleichmäßigung der Temperatur der Strombahnen beiträgt. Die Erfindung geht dabei von der Überlegung aus, einen zwischen Leitern existierenden Temperaturgradienten zur Kühlung eines Leiters auszunutzen. Von einem beispielsweise aufgrund von Kontaktwiderstandsschwankungen stärker erhitzten Leiters wird Wärme an einen geringer erhitzten Leiter abgeführt und dadurch die Wärme auf alle drei Leiter verteilt. Die Gefahr einer lokalen Überhitzung der Strombahn und deshalb der lokalen Überhitzung des Gehäusematerials wird auf diese Weise wirkungsvoll verringert, so dass auf thermisch weniger beanspruchbare, kostengünstigere Kunst- stoffmaterialien zurückgegriffen werden kann. Durch das thermische Angleichen der einzelnen Leiter wird eine unterschiedliche Belastung vermieden, was sich nicht zuletzt auf die Lebensdauer eines Schaltgerätes auswirkt. Vorteilhaft ist wei- terhin, dass alle Phasen bzw. die ihnen zugeordneten Leiter - ohne Rücksichtnahme auf unterschiedliche Erwärmungen - identisch ausgelegt werden können. Der die thermische Verbindung bewirkende Körper kann bei entsprechender Auslegung auch zur Versteifung des Schaltgeräte-Gehäuses beitragen.This object is achieved according to claim 1 by a switching device in which the current paths are thermally connected to each other via at least one thermal bridge, which consists at least partially of a material having a greater thermal conductivity than the material of the housing or the air passing through Convection of current paths and housing also exchanges heat and contributes to equalize the temperature of the current paths. The invention is based on the idea of exploiting an existing between conductors temperature gradient for cooling a conductor. Heat dissipated from a conductor that is more heated, for example, due to contact resistance variations, dissipates heat to a less heated conductor, thereby distributing heat to all three conductors. The risk of a local overheating of the current path and therefore the local overheating of the housing material is effectively reduced in this way, so that it can be used on thermally less demanding, less expensive plastic materials. Due to the thermal equalization of the individual conductors, a different load is avoided, which not least affects the life of a switching device. It is also advantageous that all phases or the conductors assigned to them can be designed identically, regardless of different heats. The thermal connection causing body can also contribute to the stiffening of the switching device housing with appropriate design.

Die thermische Anbindung der Leiter an die Wärmebrücke erfolgt bei einer ersten Ausführungsvariante dadurch, dass die Wärmebrücke mit den Strombahnen, vorzugsweise mit den Kontaktträgern, dem Anschlussbereich oder den Kontaktbrücken, in direktem bzw. in körperlichem Kontakt steht. Zum einen sind die genannten Bereiche von keiner Isolierummantelung umhüllt, so dass ein unmittelbarer Kontakt zur Wärmebrücke herstellbar ist. Zum anderen sind gerade die Kontaktträger in thermischer Hinsicht besonders kritisch, vor allem was eine durch einen Kontaktwiderstand hervorgerufene Erwärmung betrifft. In den ersten beiden Fällen kann die ortsfest im Gehäuse des Schaltgeräts angeordnete Wärmebrücke zur Wärmeabfuhr bzw. Kühlung an eine Wärmesenke unmittelbar angekoppelt werden. Im Falle einer den Kontaktbrücken zugeordneten Wärmebrücke, wo dies wegen deren notwendigen Beweglichkeit der Kontaktbrücken nicht möglich ist, erfolgt die Kühlung der Wärmebrücke in erster Linie durch Konvektion und Wärmestrahlung.The thermal connection of the conductors to the thermal bridge takes place in a first embodiment variant in that the thermal bridge is in direct or in physical contact with the current paths, preferably with the contact carriers, the connection region or the contact bridges. On the one hand, the said areas are not enveloped by any insulating sheathing, so that direct contact with the thermal bridge can be produced. On the other hand, especially the contact carriers are in thermal Particularly critical, especially as regards a contact resistance caused by a heating. In the first two cases, the stationary in the housing of the switching device arranged thermal bridge for heat dissipation or cooling can be coupled directly to a heat sink. In the case of the thermal bridge associated with the contact bridges, where this is not possible because of their necessary mobility of the contact bridges, the cooling of the thermal bridge is primarily by convection and thermal radiation.

Die Wärmebrücke kann aus einem elektrisch isolierenden Material, etwa einem Keramikmaterial oder auch aus einem Metall bestehen. Als Keramikmaterialien mit guter Wärmeleitfähigkeit kommen vor allem AI₂O₃, AlN, und/oder SiC in Frage. Im Falle einer aus Metall, insbesondere aus den sehr gut wärmeleitenden Metallen Cu oder Al bestehenden Wärmebrücke, ist diese über eine Zwischenschicht aus elektrisch isolierendem Material mit den Strombahnen verbunden. Die Zwischenschicht kann, insbesondere wenn sie aus einem anorganischen Material be- steht, relativ dünn gehalten werden, wodurch der Wärmeübergang zwischen Strombahn und Wärmebrücke nur wenig behindert wird. Dies gilt umso mehr, wenn für die Zwischenschicht ein Material mit guter Wärmeleitfähigkeit verwendet wird, etwa Glimmer, Keramik- und Oxidmaterialien sowie Wärmeleitkleber. Bei einer anderen bevorzugten Ausgestaltung wird eine elektrische Trennung zwischen der metallischen Wärmebrücke und den Strombahnen dadurch bewerkstelligt, dass die Wärmebrücke mit Hilfe zweier Trennschichten in drei Teilstücke untergliedert ist, wobei jedes Teilstück mit einer metallischen Oberfläche mit der Strombahn in Kontakt steht bzw. elektrisch leitend verbunden ist.The thermal bridge may consist of an electrically insulating material, such as a ceramic material or of a metal. Suitable ceramic materials with good thermal conductivity are, in particular, Al ₂ O ₃ , AlN, and / or SiC. In the case of a metal, in particular of the very good heat conducting metals Cu or Al existing thermal bridge, this is connected via an intermediate layer of electrically insulating material with the current paths. The intermediate layer, especially if it consists of an inorganic material, be kept relatively thin, whereby the heat transfer between the current path and thermal bridge is only slightly hindered. This is even more true if a material with good thermal conductivity is used for the intermediate layer, such as mica, ceramic and oxide materials and thermal adhesive. In another preferred embodiment, an electrical separation between the metallic thermal bridge and the current paths is accomplished in that the thermal bridge is divided into three sections by means of two separating layers, each section with a metallic surface in contact with the current path or electrically connected is.

Die thermische Anbindung der Strombahnen an die Wärmebrücke erfolgt bei einer zweiten Ausführungsvariante nicht direkt, also nicht über einen Körperkontakt, sondern dadurch, dass zwischen den Strombahnen eine Wärmebrücke angeordnet ist, wobei zwischen dieser und den sie flankierenden Strombahnen ein Luftspalt vorhanden ist. Auf diese Weise wird der Wärmetrans- port zwischen den Strombahnen - und vor allem zwischen deren Kontaktbereichen - gegenüber herkömmlichen Schaltgeräten, bei denen sich zwischen den Strombahnen nur Luft und gegebenenfalls eine Gehäusewand aus Kunststoff befindet, verbessert. Der Wärmetransport von der Strombahn zur Wärmebrücke erfolgt dabei durch Strahlung und Luftkonvektion. Der Wärmeabtransport von einer äußeren Strombahn wird verbessert, wenn diese von einer Wärmebrücke flankiert sind, wobei zwischen dieser und einer äußeren Strombahn ebenfalls ein Luftspalt vorhanden ist. Die Wärmebrücke kann beispielsweise die Gehäusewand durchsetzen oder diese bilden, wobei sie Wärme an die Umgebung oder einer mit ihr verbundenen sonstigen Wärmesenke abgeben kann. Eine Verbesserung des Wärmetransports zwischen den einzelnen Wärmebrücken wird durch einen diese thermisch und mechanisch aneinander ankoppelnden Querverbinder erreicht, wobei dieser vorzugsweise aus dem gleichen Material besteht wie die Wärmebrücken selbst, also etwa einstückig mit diesen sein kann.The thermal connection of the current paths to the thermal bridge is in a second embodiment not directly, so not through a body contact, but in that between the current paths a thermal bridge is arranged, between which and the flanking current paths an air gap is present. In this way, the heat transfer port between the current paths - and especially between the contact areas - compared to conventional switching devices in which there is only air between the air and possibly a housing wall made of plastic, improved. The heat transfer from the flow path to the thermal bridge is carried out by radiation and air convection. The removal of heat from an outer flow path is improved when flanked by a thermal bridge, with an air gap also present between it and an outer flow path. The thermal bridge, for example, enforce the housing wall or form this, where it can give off heat to the environment or an associated with her other heat sink. An improvement in the heat transfer between the individual thermal bridges is achieved by a thermally and mechanically coupled to each other cross connector, which preferably consists of the same material as the thermal bridges themselves, so may be approximately integral with these.

Als Materialien für die Wärmebrücken kommen die bereits oben erwähnten Werkstoffe in Frage. Um im Falle metallischer Wärmebrücken die Gefahr eines Kurzschlusses zu vermeiden, sind diese mit einer Beschichtung aus einem elektrisch isolierenden Material versehen, das vorzugsweise auch wärmeleitfähig ist. Eine solche Beschichtung ist auch für den oben erwähnten Querverbinder zweckmäßig, wobei diese zumindest dessen dem Geräteinneren zugewandten Seiten angebracht ist. Zur Erhöhung des Wärmeübergangs zwischen den Strombahnen und der Wärmebrücke wird für die Beschichtung eine schwarz eingefärbtes oder ein schwarzes Material verwendet, etwa ein Kunststoff.As materials for the thermal bridges, the materials already mentioned above come into question. In order to avoid the risk of a short circuit in the case of metallic thermal bridges, they are provided with a coating of an electrically insulating material, which is preferably also thermally conductive. Such a coating is also useful for the above-mentioned cross-connector, which is at least attached to the device interior facing sides. To increase the heat transfer between the current paths and the thermal bridge, a black-colored or a black material is used for the coating, for example a plastic.

Die Erfindung wird nun unter Bezugnahme auf die beigefügten schematischen Abbildungen näher erläutert.The invention will now be explained in more detail with reference to the accompanying schematic drawings.

Es zeigen: FIG 1 eine Schnittdarstellung eines ersten Ausführungsbeispiels eines Schaltgeräts,Show it: 1 shows a sectional view of a first embodiment of a switching device,

FIG 2 einen Schnitt entsprechend Linie II-II in FIG 1, FIG 3 eine Schnittdarstellung eines zweiten Ausführungs- beispiels eines Schaltgeräts,2 shows a section along line II-II in FIG. 1, FIG. 3 shows a sectional illustration of a second exemplary embodiment of a switching device,

FIG 4 einen Ausschnitt eines Schaltgeräts in Schnittdarstellung, bei dem eine Wärmebrücke und ein Kontaktträger mit Hilfe eines Fixiermittels mit einer Gehäusewand verbunden sind, FIG 5 eine Schnittdarstellung eines dritten Ausführungsbeispiels eines Schaltgeräts,4 shows a detail of a switching device in a sectional view, in which a thermal bridge and a contact carrier are connected by means of a fixing means with a housing wall, FIG 5 is a sectional view of a third embodiment of a switching device,

FIG 6 eine Schnittdarstellung eines vierten Ausführungsbeispiels eines Schaltgeräts,6 is a sectional view of a fourth embodiment of a switching device,

FIG 7 eine Schnittdarstellung eines fünften Ausführungs- beispiels eines Schaltgeräts,7 is a sectional view of a fifth embodiment of a switching device,

FIG 8 eine Schnittdarstellung eines sechsten Ausführungsbeispiels eines Schaltgeräts,8 is a sectional view of a sixth embodiment of a switching device,

FIG 9 eine Schnittdarstellung eines siebten Ausführungsbeispiels eines Schaltgeräts.9 shows a sectional view of a seventh embodiment of a switching device.

Die in den Abbildungen nur sehr schematisch dargestellten Schaltgeräte 1 umfassen ein Gehäuse 2 aus einem elektrisch isolierenden Material, insbesondere aus einem Kunststoffmaterial. An dem Gehäuse 2 sind Anschlüsse 3, beispielsweise Schraubanschlüsse vorhanden, an die eine zu- bzw. abführende Leitung anschließbar ist. Zwischen den Anschlüssen 3 verläuft eine Strombahn 4a, 4b, 4c. Die Strombahnen umfassen jeweils zwei Kontaktträger 5, eine diese verbindende Kontaktbrücke 6 und die Anschlüsse 3 bzw. Anschlussbereiche 3a. Die elektri- sehe Kontaktierung zwischen den Kontaktbrücken 6 und den Kontaktträgern 5 erfolgt über Kontaktelemente 7, 8, die an der Kontaktbrücke 6 bzw. an den Kontaktträgern 5 angeordnet sind.The switching devices 1 shown only very schematically in the figures comprise a housing 2 made of an electrically insulating material, in particular of a plastic material. On the housing 2 are terminals 3, for example, screw connections available, to which a supply or discharge line can be connected. Between the terminals 3 runs a current path 4a, 4b, 4c. The current paths each comprise two contact carriers 5, a contact bridge 6 connecting them and the connections 3 or connection regions 3a. The electrical contact between the contact bridges 6 and the contact carriers 5 takes place via contact elements 7, 8, which are arranged on the contact bridge 6 or on the contact carriers 5.

Bei den Schaltgeräten 1 handelt es sich um Drehstrom-Schalt- gerate. Dementsprechend sind jeweils drei nebeneinander angeordnete Strombahnen 4a, 4b und 4c vorhanden. Die Kontaktträger 5 oder der Anschlussbereich 3a der Strombahnen sind über eine beispielsweise stegartig ausgestaltete Wärmebrücke 9 miteinander verbunden. Die Wärmebrücke 9 des Ausführungsbeispiels gem. FIG 1 und 2 besteht aus einem elektrisch nicht leitenden Material mit einer guten Wärmeleitfähigkeit, etwa einer Keramik wie Al₂O₃ mit 10 - 25 W/mK (Faktor 100 größer als übliche Gehäusekunststoffe) . Weitere geeignete Keramikmaterialien sind z.B. AlN (20 - 30 W/mK) oder SiC (20-120 W/mK) . Zwischen den Kontaktträgern 5 bzw. den Anschlussbereichen 3a oder allgemein den Strombahnen 4a, 4b, 4c wird durch eine zusätzliche Wärmebrücke 9 ein größerer Wärmeaustausch ermöglicht, als dies der Fall ist, wenn alleine die Strombahnen am Gehäuse fixiert sind. Die Wärmebrücke 9 ist vorzugsweise so ausgelegt, dass sie eine relativ hohe Steifigkeit aufweist und dadurch zur Versteifung des Gehäuses 2 beitragen kann.The switching devices 1 are three-phase switching devices. Accordingly, three juxtaposed current paths 4a, 4b and 4c are present in each case. The contact carriers 5 or the connection region 3 a of the current paths are via a thermal bridge 9, for example, configured like a web connected with each other. The thermal bridge 9 of the embodiment gem. 1 and 2 consists of an electrically non-conductive material with a good thermal conductivity, such as a ceramic such as Al ₂ O ₃ with 10 - 25 W / mK (factor 100 larger than conventional housing plastics). Further suitable ceramic materials are, for example, AlN (20-30 W / mK) or SiC (20-120 W / mK). Between the contact carriers 5 and the connection areas 3a or generally the current paths 4a, 4b, 4c, a larger heat exchange is made possible by an additional thermal bridge 9, as is the case when alone the current paths are fixed to the housing. The thermal bridge 9 is preferably designed so that it has a relatively high rigidity and thereby contribute to the stiffening of the housing 2.

Wie oben schon näher erläutert worden ist, kann es während des Betriebs zu einer unterschiedlichen Erwärmung der Strombahnen kommen. Dies kann beispielsweise dadurch verursacht sein, dass zwischen den Kontakten 7,8 beispielsweise der Strombahn 4b ein höherer Kontaktwiderstand herrscht als zwischen den entsprechenden Kontakten der Strombahnen 4a, 4c. Der höhere Kontaktwiderstand führt zu einer höheren Wärmeentwicklung und damit zu einer stärkeren Erwärmung der der Strombahn 4b. Durch die thermische Verbindung über die Wärme- brücke 9 erfolgt jedoch eine Kühlung derart, dass Wärme von der Strombahn 4b an die Strombahnen 4a und 4c abgeführt wird, so dass sich die Wärme auf sämtliche Strombahnen 5 und natürlich auch an daran angeschlossene Elemente, wie die erwähnten Anschlüsse 3 und somit die Anschlusskabel, verteilt.As has already been explained in more detail above, during operation different heating of the current paths may occur. This can be caused, for example, by a higher contact resistance between the contacts 7, 8, for example, of the current path 4 b than between the corresponding contacts of the current paths 4 a, 4 c. The higher contact resistance leads to a higher heat development and thus to a greater heating of the current path 4b. However, due to the thermal connection via the heat bridge 9, cooling takes place in such a way that heat is dissipated from the current path 4b to the current paths 4a and 4c so that the heat is applied to all current paths 5 and of course also to elements connected thereto, such as mentioned connections 3 and thus the connection cables distributed.

Bei den in FIG 3 bis 5 gezeigten Schaltgeräten besteht die Wärmebrücke 9a aus einem Metall, beispielsweise aus Al oder Cu, das im Allgemeinen eine wesentlich höhere Wärmeleitfähigkeit aufweist, als nichtmetallische Werkstoffe. Das Schaltge- rät von FIG 3 weist eine einstückige Wärmebrücke 9a auf. Da aus verständlichen Gründen eine direkte Ankopplung der Wärmebrücke 9a an die Kontaktträger 5 oder an die Anschlussbereiche 3a der Strombahnen 4a,b,c nicht möglich ist, erfolgt dies unter Zwischenlage einer wärmeleitenden Isolationsschicht 10. Diese verbindet die Strombahnen bzw. die Kontaktträger 5, auf die im Folgenden exemplarisch Bezug genommen wird, thermisch und mechanisch mit der Wärmebrücke 9a. Die Isolations- schicht 10 kann dabei aus Glimmer, einem dünnen Keramikblätt- chen, einer Oxidationsschicht wie Al₂O₃, einem Wärmeleitkleber mit elektrisch isolierenden Eigenschaften, herkömmlichen Kunststoffen, z.B. dem Gehäusematerial oder vergleichbaren Materialien bestehen. Die aus Metall bestehende Wärmebrücke ist mechanisch stabil und bruchfest, so dass neben der gewünschten Vergleichmäßigung der Wärmebelastung der Strombahnen auch eine gute Versteifung des Gehäuses erreicht wird.In the case of the switching devices shown in FIGS. 3 to 5, the thermal bridge 9a consists of a metal, for example Al or Cu, which generally has a considerably higher thermal conductivity than non-metallic materials. The switching device of FIG. 3 has an integral thermal bridge 9a. Since, for obvious reasons, direct coupling of the thermal bridge 9a to the contact carriers 5 or to the connection regions 3a of the current paths 4a, b, c is not possible, this is done with the interposition of a heat-conducting insulating layer 10. This connects the current paths or the contact carrier 5, to which reference is made below by way of example, thermally and mechanically to the thermal bridge 9a. The insulating layer 10 can consist of mica, a thin ceramic sheet, an oxidation layer such as Al ₂ O ₃ , a heat-conductive adhesive with electrically insulating properties, conventional plastics, for example the housing material or comparable materials. The existing metal thermal bridge is mechanically stable and unbreakable, so that in addition to the desired equalization of the heat load of the current paths and a good stiffening of the housing is achieved.

Die thermische und mechanische Anbindung der Metall- Wärmebrücke 9, 9a, 9b an einen Kontaktträger 5, gegebenenfalls unter Zwischenlage einer wärmeleitenden Isolationsschicht 10, kann mit Hilfe eines mechanischen Verbindungselements 18, wie z.B. mit einer Schraube oder einem Niet (z.B. Al-Hohlniet) , wie exemplarisch in FIG 4 angedeutet, erfolgen. Auf diese Weise werden Kontaktträger und Wärmebrücke miteinander verspannt und dadurch eine besonders effektive thermische Kopplung zwischen den genannten Teilen erreicht. Querbewegungen zwischen Wärmebrücke 9, 9a, 9b, Isolationsschicht 10 und Strombahn 4a,b,c werden durch diese Art der Fixierung vermieden. Außerdem wird die Quersteifigkeit der Strombahnen 4a, 4b, 4c erhöht. Wenn die genannten Teile gleichzeitig mit einer Gehäusewand IIa verspannt werden, wird die Quersteifig- keit weiter verbessert und außerdem eine effektive thermische Ankopplung der Wärmebrücke 9, 9a, 9b, an das als Kühlkörper wirkende Gehäuse 2 gewährleistet. Eine Verbindung der genannten Teile kann alternativ auch durch Kleben mit Kleber oder - zur Verbesserung der Wärmeleitfähigkeit - mit einer Wärmeleitpaste erfolgen.The thermal and mechanical connection of the metal thermal bridge 9, 9a, 9b to a contact carrier 5, optionally with the interposition of a thermally conductive insulating layer 10, can be achieved by means of a mechanical connecting element 18, such as e.g. with a screw or a rivet (for example Al-rivet), as shown by way of example in FIG. In this way, contact carrier and thermal bridge are clamped together, thereby achieving a particularly effective thermal coupling between said parts. Transverse movements between thermal bridge 9, 9a, 9b, insulation layer 10 and current path 4a, b, c are avoided by this type of fixation. In addition, the transverse rigidity of the current paths 4a, 4b, 4c is increased. If the said parts are clamped simultaneously with a housing wall IIa, the transverse rigidity is further improved and, in addition, effective thermal coupling of the thermal bridge 9, 9a, 9b to the housing 2 acting as a heat sink is ensured. Alternatively, a connection of said parts can be made by gluing with adhesive or - to improve the thermal conductivity - with a thermal compound.

Bei dem in FIG 5 gezeigten Ausführungsbeispiel ist die metallische Wärmebrücke 9b direkt, d.h. ohne Zwischenlage einer Isolationsschicht, mit den Kontaktträgern 5 verbunden. Die elektrische Trennung der Strombahnen wird dadurch erreicht, dass die Wärmebrücke 9b mit Hilfe zweier Isolationsschichten 10a in drei Teilstücke 12 unterteilt ist, wobei jedes Teilstück 12 mit einer Strombahn 4a, 4b, 4c verbunden ist.In the exemplary embodiment shown in FIG. 5, the metallic thermal bridge 9b is connected directly to the contact carriers 5, ie, without the interposition of an insulating layer. The electrical separation of the current paths is achieved by the thermal bridge 9b is subdivided into three sections 12 by means of two insulation layers 10a, each section 12 being connected to a flow path 4a, 4b, 4c.

Für die Isolationsschichten 10a können dieselben Werkstoffe wie bei dem Ausführungsbeispiel von FIG 3 und 4 verwendet werden, wobei insgesamt eine Isolationsschicht weniger erforderlich ist, was vor allem die Herstellungskosten reduziert und außerdem den Wärmetransfer von den Strombahnen 4a, 4b, 4c zur Wärmebrücke und von dieser zu einer Wärmesenke verbessert. Denkbar ist auch, dass die Isolationsschichten 10a von Gehäusewänden 11 gebildet werden, wobei die Teilstücke 12 der Wärmebrücke 9b auf die in FIG 4 gezeigte Art mit einer Gehäusewand 11 verbunden werden können.For the insulating layers 10a, the same materials as in the embodiment of Figures 3 and 4 can be used, wherein a total of one insulating layer is less required, which mainly reduces the manufacturing cost and also the heat transfer from the current paths 4a, 4b, 4c to the thermal bridge and of this improved to a heat sink. It is also conceivable for the insulation layers 10a to be formed by housing walls 11, wherein the sections 12 of the thermal bridge 9b can be connected to a housing wall 11 in the manner shown in FIG.

Die in FIG 6 und 7 gezeigten Ausführungsbeispiele entsprechen im Wesentlichen jenen gemäß FIG 3 und 5, wobei jedoch die Kontaktträger 5 mit einem in einer quer zu den Strombahnen 4a, 4b, 4c verlaufenden Richtung wirksamen Formschluss mit der Wärmebrücke 9a, 9b verbunden sind. Dies wird dadurch erreicht, dass die Kontaktträger 5 in einer komplementär zu ihrer Querschnittsform ausgebildeten Nut 13 in der Wärmebrücke 9a, 9b zumindest teilweise einliegen. Im Falle der einstückigen Wärmebrücke 9a (FIG 6) erfolgt dies jeweils unter Zwi- schenlage einer Isolationsschicht 10b. Durch diese Art der Fixierung werden relative Querbewegungen zwischen Wärmebrücke 9a, 9b und Kontaktträgern 5 vermieden.The embodiments shown in FIGS. 6 and 7 essentially correspond to those in accordance with FIGS. 3 and 5, but with the contact carriers 5 being connected to the thermal bridge 9a, 9b with a positive locking effect in a direction transverse to the current paths 4a, 4b, 4c. This is achieved in that the contact carrier 5 einliegen in a complementary to its cross-sectional shape groove 13 in the thermal bridge 9a, 9b at least partially. In the case of the one-piece thermal bridge 9a (FIG. 6), this takes place in each case with the interposition of an insulation layer 10b. By this type of fixation relative transverse movements between the thermal bridge 9a, 9b and contact carriers 5 are avoided.

Ein Wärmeübergang zwischen den Kontaktbrücken 6 ist grund- sätzliche ebenfalls mit Hilfe einer Wärmebrücke der oben beschriebenen Art möglich. Eine mechanische Anbindung einer Wärmebrücke an eine Wärmesenke ist jedoch nicht möglich, da sie das Öffnen der Kontaktbrücken 6 behindern würde. Um die Wärmeabfuhr von den Kontaktbrücken 6 - mit oder ohne eine diese mechanisch miteinander verbindende Wärmebrücke - zu verbessern, ist bei den in FIG 8 und 9 gezeigten Ausführungsbeispielen jeweils zwischen zwei benachbarten Strombahnen 4a- 4b und 4b-4c eine Wärmebrücke 9c angeordnet, wobei diese so bemessen ist, dass sie sich in den Kontaktbereich 14 hineinerstreckt bzw. diesen seitlich abschirmt. Zwischen den die Wärmebrücke 9c flankierenden Strombahnen 4a, 4b, 4c und den Wärmebrücken 9c ist jeweils ein Luftspalt 15 vorhanden. Die Kontaktbrücken 6, welche über die Kontaktelemente 7 mit dem Kontaktträger 5 verbunden sind, geben über Konvektion und Strahlung ihre Eigenwärme an die benachbarten Wärmebrücken 9c ab, wodurch ein Wärmetausch zwischen den Strombahnen Aa, 4b, 4c gewährleistet ist. Zusätzlich zu den Wärmebrücken 9c sind an den Außenseiten der äußeren Strombahnen 4a, 4c jeweils eine weitere Wärmebrücke 9d vorhanden, welche sich ebenfalls seitlich an dem Kontaktbereich 14 vorbei erstrecken. Die Wärmebrücken 9d stehen zweckmäßigerweise mit der Gehäuseaußenwand oder der Umgebung in Kontakt, wodurch ein entsprechender Wärmeaustausch gewährleistet ist. Die Wärmebrücken 9c, 9d können aus den oben erwähnten Werkstoffen bestehen, also etwa aus Keramik oder aus Metall. Bei metallischen Wärmebrücken ist eine elektrisch isolierende Beschich- tung 16 zweckmäßig. Um den Strahlungsanteil bei der Wärme- Übertragung - auch im Falle von nichtmetallischen Wärmebrücken - zu erhöhen, wird für die Beschichtung 16 ein schwarzes bzw. ein schwarz eingefärbtes Material verwendet, beispielsweise ein Kunststoffmaterial, mit dem die Wärmebrücken 9c, 9d zweckmäßigerweise umspritzt sind. Bei einem derartigen, etwa einen Emissionsfaktor E = 0,95 bis 0,99 aufweisenden Material ist das Emissions- und Absorptionsvermögen bzw. die Wärmeabgabe und -aufnähme mittels Strahlung besonders groß. Es wird außerdem ein Material gewählt, das thermisch widerstandsfähig gegenüber den Einflüssen des Schaltlichtbogens. Die Beschich- tung 16 dient auch dazu, die Wärmebrücken 9c, 9d im Schaltgerät auf einfache Weise zu fixieren.A heat transfer between the contact bridges 6 is in principle also possible with the aid of a thermal bridge of the type described above. However, a mechanical connection of a thermal bridge to a heat sink is not possible because it would hinder the opening of the contact bridges 6. In order to improve the heat dissipation from the contact bridges 6 with or without a thermal bridge connecting them mechanically, a thermal bridge 9c is arranged between two adjacent current paths 4a-4b and 4b-4c in the embodiments shown in FIGS so is dimensioned that it hineinerstreckt in the contact region 14 and this shields laterally. An air gap 15 is present in each case between the current paths 4a, 4b, 4c flanking the thermal bridge 9c and the thermal bridges 9c. The contact bridges 6, which are connected via the contact elements 7 with the contact carrier 5, give off convection and radiation their own heat to the adjacent thermal bridges 9c, whereby a heat exchange between the current paths Aa, 4b, 4c is ensured. In addition to the thermal bridges 9c, a further thermal bridge 9d is present on the outer sides of the outer current paths 4a, 4c, which also extend laterally past the contact region 14. The thermal bridges 9d are expediently in contact with the housing outer wall or the surrounding area, whereby a corresponding heat exchange is ensured. The thermal bridges 9c, 9d may consist of the above-mentioned materials, that is, for example, made of ceramic or metal. For metallic thermal bridges, an electrically insulating coating 16 is expedient. In order to increase the proportion of radiation in the heat transfer - even in the case of non-metallic thermal bridges - is used for the coating 16, a black or a black colored material, such as a plastic material with which the thermal bridges 9c, 9d are suitably encapsulated. In the case of such a material, which has an emission factor E = 0.95 to 0.99, for example, the emission and absorption capacity or the heat emission and absorption by means of radiation is particularly high. It is also chosen a material that is thermally resistant to the effects of the switching arc. The coating 16 also serves to fix the thermal bridges 9c, 9d in the switching device in a simple manner.

Bei dem in FIG 9 gezeigten Ausführungsbeispiel sind die Wärmebrücken 9c, 9d über einen Querverbinder 17 vorzugsweise einstückig miteinander verbunden, wodurch der Wärmeaustausch zwischen den Strombahnen weiter optimiert wird. Das aus Wärmebrücken 9c, 9d und Querverbinder 17 gebildete Bauteil kann ein Gehäuseunterteil bilden oder in ein solches eingebettet sein.In the exemplary embodiment shown in FIG. 9, the thermal bridges 9c, 9d are preferably connected in one piece to one another via a transverse connector 17, as a result of which the heat exchange between the current paths is further optimized. The component formed from thermal bridges 9c, 9d and cross connector 17 can form a housing base or embedded in such.

Beide Äusführungsbeispiele gem. FIG 8 und 9 verbessern somit ebenfalls den Wärmeaustausch zwischen den Strombahnen 4a, 4b, 4c und sorgen für eine effektive Kühlung der Kontaktbrücken 6 bei unterschiedlichen Kontaktübergangswiderständen und einer dadurch bedingten ungleichmäßigen Erwärmung. Both Ausführungbeispiele gem. FIGS. 8 and 9 thus likewise improve the heat exchange between the current paths 4a, 4b, 4c and ensure effective cooling of the contact bridges 6 with different contact contact resistances and a consequent uneven heating.

Claims

Patentansprüche claims

1. Elektrisches Schaltgerät mit einem Gehäuse (2) aus elektrisch isolierendem Material und darin angeordnet drei jeweils unterschiedliche Phasen eines Dreiphasensystems zugeordneten Strombahnen (4a, 4b, 4c), die jeweils einen eine Kontaktbrücke (6) umfassenden Kontaktbereich (14) aufweisen, wobei die Strombahnen (4a, 4b, 4c) über zumindest eine Wärmebrücke (9, 9a, 9b, 9c) thermisch miteinander verbunden sind, die zumindest teilweise aus einem Material besteht, das eine größere Wärmeleitfähigkeit aufweist als Luft oder als das Material des Gehäuses (2) .1. Electrical switching device having a housing (2) made of electrically insulating material and arranged therein three different phases of a three-phase system associated current paths (4a, 4b, 4c), each having a contact bridge (6) comprising contact area (14), wherein the Current paths (4a, 4b, 4c) are thermally connected to one another via at least one thermal bridge (9, 9a, 9b, 9c) which at least partially consists of a material which has a greater thermal conductivity than air or as the material of the housing (2). ,

2. Schaltgerät nach Anspruch 1, bei dem die Wärmebrü- cke (9, 9a, 9b) in direktem Kontakt mit den Strombahnen (4a, 4b, 4c) steht.2. Switching device according to claim 1, wherein the Wärmebrü- bridge (9, 9a, 9b) in direct contact with the current paths (4a, 4b, 4c) is.

3. Schaltgerät nach Anspruch 2, bei dem die Strombah- nen (4a, 4b, 4c) Kontaktträger (5) umfassen, wobei die Wärme- brücke (9, 9a, 9b) diese thermisch miteinander verbindet.3. Switching device according to claim 2, in which the current paths (4a, 4b, 4c) comprise contact carriers (5), wherein the thermal bridge (9, 9a, 9b) thermally connects them to one another.

4. Schaltgerät nach Anspruch 2 oder 3, bei dem die Strombah- nen (4a, 4b, 4c) Anschlussbereiche (3a) umfassen, wobei die Wärmebrücke (9, 9a, 9b) diese thermisch miteinander verbin- det.4. Switching device according to claim 2 or 3, wherein the current paths (4a, 4b, 4c) comprise connection regions (3a), wherein the thermal bridge (9, 9a, 9b) thermally interconnects them.

5. Schaltgerät nach Anspruch 2, 3 oder 4, bei dem die Wärmebrücke (9, 9a, 9b) die Kontaktbrücken (6) thermisch miteinander verbindet.5. Switching device according to claim 2, 3 or 4, wherein the thermal bridge (9, 9a, 9b) connects the contact bridges (6) thermally to each other.

6. Schaltgerät nach einem der Ansprüche 2 bis 5, bei dem die Wärmebrücke (9, 9a, 9b) aus einem elektrisch isolierenden Material bestehen.6. Switching device according to one of claims 2 to 5, wherein the thermal bridge (9, 9a, 9b) consist of an electrically insulating material.

7. Schaltgerät nach Anspruch 6, bei dem die Wärmebrücke (9, 9a, 9b) aus einem Keramikmaterial besteht. 7. Switching device according to claim 6, wherein the thermal bridge (9, 9a, 9b) consists of a ceramic material.

8. Schaltgerät nach Anspruch 7, bei dem das Keramikmaterial ausgewählt ist aus der Gruppe AI₂O₃, AlN, und SiC.8. Switching device according to claim 7, wherein the ceramic material is selected from the group AI ₂ O ₃ , AlN, and SiC.

9. Schaltgerät nach einem der Ansprüche 2 bis 8, mit einer ^'5 aus Metall bestehenden, über eine Isolationsschicht (10) aus elektrisch isolierendem Material mit den Strombahnen (4a, 4b, 4c) verbundenen Wärmebrücke (9a) .9. Switching device according to one of claims 2 to 8, with a ^' 5 made of metal, via an insulating layer (10) made of electrically insulating material with the current paths (4a, 4b, 4c) connected thermal bridge (9a).

10. Schaltgerät nach einem der Ansprüche 2 bis 8, mit einer 0 aus Metall bestehenden, durch zwei aus elektrisch isolierendem Material bestehende Isolationsschichten (10a) in drei Teilstücke (12) untergliederte Wärmebrücke (9b), wobei jedes Teilstück (12) mit einer Strombahn (4a,b,c) verbunden ist. 510. Switching device according to one of claims 2 to 8, with a 0 consisting of metal, consisting of two electrically insulating material insulating layers (10 a) in three sections (12) subdivided thermal bridge (9 b), each section (12) with a current path (4a, b, c) is connected. 5

11. Schaltgerät nach einem der Ansprüche 2 bis 10, bei dem die Wärmebrücke (9a, 9b) und die Strombahnen (4a, 4b, 4c) ü- ber einen quer zu den Strombahnen (4a, 4b, 4c) wirksamen Formschluss miteinander verbunden sind. 011. Switching device according to one of claims 2 to 10, wherein the thermal bridge (9 a, 9 b) and the current paths (4 a, 4 b, 4 c) via a transverse to the current paths (4 a, 4 b, 4 c) are positively connected with each other , 0

12. Schaltgerät nach Anspruch 1, bei dem zwischen zwei benachbarten Strombahnen (4a, 4b bzw. 4b, 4c) jeweils eine Wärmebrücke (9c) angeordnet ist, wobei zwischen dieser und den sie flankierenden Strombahnen (4a, 4b bzw. 4b, 4c) ein Luftspalt (15) vorhanden ist. 512. Switching device according to claim 1, in which between two adjacent current paths (4a, 4b and 4b, 4c) in each case a thermal bridge (9c) is arranged, between which and the flanking current paths (4a, 4b and 4b, 4c) an air gap (15) is present. 5

13. Schaltgerät nach Anspruch 12, bei dem die äußeren Strombahnen (4a, 4c) jeweils von einer Wärmebrücke (9d) flankiert sind, wobei zwischen dieser und der jeweiligen Strombahn (4a, 4c) ein Luftspalt (15a) vorhanden ist. 013. Switching device according to claim 12, wherein the outer current paths (4a, 4c) are each flanked by a thermal bridge (9d), between which and the respective flow path (4a, 4c), an air gap (15a) is present. 0

14. Schaltgerät nach Anspruch 12 oder 13, bei dem die Wärmebrücken (9c) über einen sich quer zu den Strombahnen (4a,14. Switching device according to claim 12 or 13, wherein the thermal bridges (9c) via a transverse to the current paths (4a,

4b, 4c) erstreckenden Querverbinder (17) thermisch und mechanisch miteinander verbunden sind. 54b, 4c) extending transverse connector (17) are thermally and mechanically interconnected. 5

15. Schaltgerät nach einem der Ansprüche 12 bis 14, bei dem die Wärmebrücken (9c, 9d) aus einem Keramikmaterial bestehen. 15. Switching device according to one of claims 12 to 14, wherein the thermal bridges (9c, 9d) consist of a ceramic material.

16. Schaltgerät nach Anspruch 15, bei dem das Keramikmaterial ausgewählt ist aus der Gruppe AI₂O₃, AlN, und SiC.16. Switching device according to claim 15, wherein the ceramic material is selected from the group Al ₂ O ₃ , AlN, and SiC.

17. Schaltgerät einem der Ansprüche 12 bis 16, bei dem die Wärmebrücken aus Metall bestehen.17. Switching device one of claims 12 to 16, wherein the thermal bridges are made of metal.

18. Schaltgerät nach einem der Ansprüche 12 bis 17, bei dem der Querverbinder (17) aus dem gleichen Material besteht wie die Wärmebrücken (9c, 9d) .18. Switching device according to one of claims 12 to 17, wherein the transverse connector (17) consists of the same material as the thermal bridges (9c, 9d).

19. Schaltgerät nach einem der Ansprüche 12 bis 18, bei dem die Wärmebrücken (9c, 9d) mit einer Beschichtung (16) aus e- lektrisch isolierendem wärmeleitfähigem Material versehen sind.19. Switching device according to one of claims 12 to 18, wherein the thermal bridges (9c, 9d) are provided with a coating (16) of e- lektrisch insulating thermally conductive material.

20. Schaltgerät nach einem der Ansprüche 14 bis 19, bei dem die in das Innere des Schaltgeräts weisenden Seiten des Querverbinders (17) mit einer Beschichtung (16) aus elektrisch isolierendem wärmeleitfähigem Material versehen sind.20. Switching device according to one of claims 14 to 19, wherein the pointing into the interior of the switching device sides of the cross connector (17) are provided with a coating (16) made of electrically insulating thermally conductive material.

21. Schaltgerät nach Anspruch 19 oder 20, bei dem die Beschichtung (16) schwarz eingefärbt ist oder aus einem schwarzen Material besteht.21. Switching device according to claim 19 or 20, wherein the coating (16) is dyed black or consists of a black material.

22. Schaltgerät nach einem der vorhergehenden Ansprüche, bei dem eine Wärmebrücke (9, 9a, 9b) mittels eines mechanischen Verbindungselements (18) mit einer Strombahn (4a, 4b, 4c) mittel- oder unmittelbar verbunden sind.22. Switching device according to one of the preceding claims, wherein a thermal bridge (9, 9a, 9b) by means of a mechanical connecting element (18) with a current path (4a, 4b, 4c) are connected directly or indirectly.

23. Schaltgerät nach Anspruch 22, bei dem eine Wärmebrücke (9, 9a, 9b) und eine Strombahn (4a, 4b, 4c) mit Hilfe des Verbindungselements (18) an einer Gehäusewand (IIa) fixiert sind. 23. Switching device according to claim 22, wherein a thermal bridge (9, 9a, 9b) and a current path (4a, 4b, 4c) by means of the connecting element (18) on a housing wall (IIa) are fixed.