CN110299625A - 电气设备和用于这种设备的接地方法 - Google Patents

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Abstract

该电气设备(2)包括：用于安装在导轨(4)上的壳体(22)；和包括印刷电路板(40)的监测和/或控制模块(34)。在电气设备(2)安装在导轨(4)上的配置中，印刷电路板(40)的至少一个接地端子(48)通过弹性机械地支承在连接元件(50)上并与之直接电接触而永久地电连接到导轨(4)，连接元件本身弹性机械地支承在导轨上并与导轨直接电接触或者与弹性阻挡构件(44)直接电接触，弹性阻挡构件用于弹性地阻挡导轨上的壳体。

Description

电气设备和用于这种设备的接地方法
技术领域
本发明涉及一种电气设备，比如接触器，其包括监测和/或控制模块，该监测和/或控制模块包括支撑电子部件的印刷电路板。
背景技术
必须保护这些部件免受由于环境引起的电磁干扰，特别是在相对高强度的电流通过位于监测和/或控制模块附近的电导体的情况下。
在大多数已知产品中，通过设置在电气设备上的特定端子和将该端子连接到该设备外部的接地连接的缆线来执行接地。该缆线未包含在相关产品中，并且在使用电气设备时存在损坏的风险。
此外，WO-A-2011/041413公开了一种安装在DIN导轨上的电气设备的受控接地，其通过旋转凸轮控制矩形截面的钢带，以使其选择性地抵靠着一部分模块接地。接地是由必须操作凸轮的操作员的积极行动产生的。如果操作员忘记这样做，设备不会接地。其操作可能受到影响，甚至是危险的。
EP-A-1073323本身公开了用于将电气设备固定到支撑导轨上的金属固定板的原理。提供了一种弹性阻挡构件，用于在导轨上弹性地阻挡该板。它由树脂制成，不参与该设备的一部分的接地。布置在部件背面的全金属板的使用引起显著的金属消耗，这在寻求散热功能的情况下是有用的，如在该现有技术中那样，但在没有这种功能时不是那样。
EP-A-2685564提供了一种导电接头，用于焊接到印刷电路板上，以便接地该板的一部分。考虑到电气设备在其寿命期间受到的振动，存在焊接被破坏的风险，因此失去接地接触。由于连续打开和闭合产生的振动，这种风险对于电接触器来说更加明显。
发明内容
本发明旨在通过提出一种新颖的电气设备结构来解决这些问题，通过这种新型的电气设备获得有效的接地，而没有被用户遗忘的风险，这种装置可靠且经济，并且没有焊接连接被破坏的风险，能够保护保护安装在监测和/或控制模块的印刷电路板上的电子部件免受由于电气设备的环境引起的电磁干扰。
为此，本发明涉及一种电气设备，其包括用于安装在导轨上的壳体和包括印刷电路板的监测和/或控制模块。根据本发明，在电气设备安装在导轨上的配置中，印刷电路板的至少一个接地端子通过弹性机械地支承在连接元件上并与之直接电接触而永久地电连接到导轨，连接元件本身弹性机械地支承在导轨上并与导轨直接电接触，或者与弹性阻挡构件直接电接触，弹性阻挡构件用于弹性地阻挡导轨上的壳体。
借助于本发明，壳体在导轨上的放置使得可以将印刷电路板的接地端子与该导轨电连接，根据当前标准，该导轨本身接地。因此，简单地将电气设备安装在导轨上使得可以将印刷电路板的相应端子接地，而无需操作者的特定干预，并且不会显著增加根据本发明的电气设备的成本价格。
在本发明的含义内，两个部件在它们直接接触时彼此抵靠，而没有插入中间部件。此外，在使用电气设备的电压和电流范围内，一部分在其传导电流时是导电的。通常，导电部分的电阻率小于或等于0.20Ωmm2/m。
在本发明的含义内，电接触在其发生时是直接的，而在接触的两个部件之间没有插入材料。
根据本发明的有利但非强制性的方面，这种电气设备可以包含一个或多个以下特征，采用任何技术上可接受的组合：
-印刷电路板的接地端子与导轨之间的连接元件是半刚性导电夹子，所述夹子由适于将该端子与该导轨电连接的金属线构成。
-半刚性导电夹子包括弹性地支承在印刷电路板的接地端子上的第一部分，该第一部分包括从接合弯曲部延伸的两个分支。
-第一弹性支承部分在壳体和印刷电路板之间限定的容纳部中平行于其长度被接收和引导。
-弹性阻挡构件是螺旋弹簧，其设置成抵靠着导轨，而电连接元件是导电夹子，其一方面支承在接地端子上，另一方面支承在螺旋弹簧上。
-导电夹子是单件式的，并且适于电连接印刷电路板的接地端子和螺旋弹簧。
-导电夹子包括弹性地支承在螺旋弹簧上的第二部分，并且该第二部分包括从接合弯曲部延伸的两个分支。
-电连接元件是由单件半刚性金属线构成的半刚性导电夹子，其包括：至少一个第一部分，其抵靠在印刷电路板的接地端子上；与导轨接合的第二部分；以及第三部分，其提供第一和第二部分之间的连接。
-导电夹子由青铜线制成，其横截面的面积在0.5和4mm2范围内。
根据另一方面，本发明的目的是一种用于使电气设备的监测和/或控制模块的印刷电路板接地的方法，所述电气设备可以如上所述并且包括用于安装在导轨上的壳体。根据本发明，通过将壳体安装在导轨上简单地实现接地。
附图说明
根据纯粹作为示例给出并参考附图的以下描述、电气设备的两个实施例以及符合其原理的接地方法，将更好地理解本发明并且其他优点将变得更加显而易见，其中：
-图1是包括根据本发明的若干电气设备的电气装置的一部分的透视图；
-图2是该装置的接触器沿图1的平面II的透视剖视图；
-图3是从图2中的横截面表示的模块的另一角度和从后面观看以及相关导轨的局部透视图，为了清楚起见，其壳体已被省略；
-图4是从另一角度观看的对应于图3中的细节D的某些部分的较大比例视图，图3的物体沿该图中的平面IV切割；
-图5是用于图2至4的电气设备中的电接触构件的透视图；
-图6是图1的装置的另一接触器沿图1中的平面VI的透视剖视图；
-图7是从图6的接触器的某些部分的后面观看及相关导轨的透视图；
-图8是用于图6和7的接触器中的电连接构件的透视图。
具体实施方式
图1中部分表示的装置1包括多个电动机通路2，有时称为“启动器”，它们形成安装在DIN导轨4上的这些电气设备。这些设备2可以是多种类型，根据它们允许通过的电流的额定强度。
装置1还包括总线耦合器6。设备2和6通过未示出为导线的带彼此连接，导线形成用于设备2和6的控制总线，该总线由该图1中的箭头表示。导电控制线的带在图2、3和7中部分可见，参考标记为10。
设备2可以是不同类型的，这取决于它们允许通过或断开的电流的最大值。例如，在图1中，从左侧开始的前两个设备2是第一型号的接触器，使得可以断开或允许额定强度在0和45安培(A)之间的电流通过。从左侧开始的第五设备2是第二型号的接触器，使得可以断开或允许在45和80A之间的电流通过。从左侧开始的第三和第四设备2是测量模块，使得可以间接控制电负载。这些第三和第四设备不包括任何断开构件或接触器或者等效类型。第三设备2允许0到45A的电流通过。第四设备2可以允许45至80A的电流通过。
如图2所示，从图1中的左侧开始的第一电动机通路2包括由用于该设备的正常操作电压和电流的电绝缘材料制成的壳体22，例如由热塑性合成材料特别是PA6制成。
设备2包括接触器3，接触器3本身是已知的产品，并且一方面包括电磁体28，另一方面包括绝缘框架29，三条导线在其中循环，仅一个在图2中可见，参考标记为32。该导线32还包括电枢33，电枢33在电磁体28的作用下可在框架29中移动。电磁体28同时控制三个电枢33的位移。两个端子30设置在框架29上，用于连接未示出的用于电磁体28的供缆线线。
设备2包括位于上部的三个缆线输入端子24，如图1和2所示，以及三个输出端子，仅一个在图2中可见，参考标号为26。每个电流线32在端子24和端子26之间延伸。
电磁体28和导线32安装在壳体22中。它们可以选择性地中断在端子24和26之间形成的电连接，该电连接包括框架29的导线32和在壳体22中运行的连接突片，仅一个在图2中可见，参考标号为35。
壳体22还包围模块34，用于监测在设备2的每个电流线32的两个端子24和26之间循环的电流。模块34控制电磁体28，以便通过移动电枢33选择性地打开和关闭设备2的电流线32。该模块34包括与各种电子部件相关的Rogowski环(torus)36，其中一些电子部件可在图2和图3中看到，参考标号为38，并且其中包括微处理器等。
部件38安装在印刷电路板40上，有时称为PCB。
板40通过未示出的一个或多个电导体电连接到接触器3的端子30，以便监测电磁体28的状态并控制它。
在实践中，壳体22是二分的，具有由框架29形成的第一部分22a和包围监测模块34的第二部分22b。这些部分22a和22b通过搭扣配合和螺纹连接彼此固定。
作为未示出的变型，壳体22的部分22a给框架29带上夹套。
根据未示出的另一变型，壳体22是单件。
壳体22通过形成在由框架29形成的壳体22的部分的后部上的钩42安装在导轨4上，也就是说在与图1中可见的接触器22的前面相对的一侧上。钩42与导轨4的第一边缘4a即其底部边缘接合。
此外，两个螺旋弹簧44安装在壳体22中并与导轨4的第二边缘4b即其顶部边缘接合。两个螺旋弹簧44容纳在为此目的而在壳体22的背面上形成的容纳部46中。
当接触器22安装在导轨4上时，弹簧44卡在它们所抵靠(bear against)的边缘4b的后面，这使得可以将接触器2保持在导轨4上的适当位置。
当接触器2放置在导轨4上或当它被移除时，弹簧44可以弹性变形。换句话说，弹簧44允许接触器2可逆地弹性卡扣配合到导轨4上。
由于导轨4根据现行标准接地，每个弹簧44在抵靠着该导轨时也接地，同时考虑到该弹簧44由金属(例如钢)制成，因此是导电的。
为了避免干扰电子部件38或Rogowski环36的操作的任何外部电磁干扰，印刷电路板40的至少一个接地端子48通过电连接到导轨4而接地。
实际上，印刷电路板40的两个接地端子电连接到导轨4。然而，这不是强制性的，并且单个端子48可以以这种方式接地，取决于印刷电路板的尺寸以及它支撑的部件38的数量和类型。
为此，由青铜线制成的夹子50结合在壳体22中，一方面抵靠着接地端子48，另一方面抵靠着弹簧44。提供了与要连接到导轨4的接地端子48一样多的夹子50。这些夹子是相同的。
夹子50仅在图5中以透视图可见。它由符合其功能的几何形状的青铜线制成，其具有圆形截面，其直径D50介于0.5mm和2mm之间。实际上，用于构成夹子50的青铜线可以具有圆形以外的截面。在所有情况下，该导线的截面面积介于0.5mm2和4mm2之间。
作为变型，用于构成夹子50的金属线可以用除青铜之外的材料制成，例如镀铜钢、铜、黄铜或任何其他铜合金材料。
无论使用何种材料，构成夹子50的金属线都是半刚性的，尽管它可以符合图5中所示的几何形状，同时可弹性变形以适应其环境，特别是它抵靠着的部件的位置和几何形状。
夹子50包括弹性机械地抵靠在接地端子48上的第一部分52。第一部分52由直线形第一分支54和与分支54相对的弯曲第二分支56形成。分支54和56通过可以弹性变形的接合弯曲部58连接，这使得分支56有可能朝向/远离分支54移动，如图5中的双箭头F1所示。
分支54和56从弯曲部58彼此分开地延伸，弯曲部58限定在150°和175°之间的角度。当夹子50安装在壳体22中时，接地端子弹性机械地支承(bear on)在夹子50的第一部分52上并与之直接电接触。
此外，夹子50包括用于弹性地抵靠弹簧44的第二部分62。该第二部分62包括由弯曲部68连接的两个分支64和66，弯曲部68部分地接合在弹簧44中，如图3和4所示，在接触器2的组装结构中。
在该配置中，夹子50的第二部分62处于弹性机械接触并且与弹簧44直接电接触。
夹子50还包括第三部分72，其将第一和第二部分52和62彼此连接。该第三部分72具有整体细长和波浪形状，具有通过不平行于分支73和74的分支75连接的两个平行分支73和74。
全局直角弯曲部78连接第一和第三部分72。因此，第二和第三部分62和72全局地与第一部分52成直角。
分支73延长分支64，而分支74连接到弯曲部78。
如图4所示，壳体22限定了两个空心导轨74，其内部容积V74配置成接收和引导夹子50的第一部分52，平行于在弯曲部58和78之间测量的该部分的长度L52。因此，夹子50的第一部分52可以通过沿图4中箭头F2的方向滑动而接合在导轨74的容积V74中。
容积V74的几何形状可以设计成使得当弯曲部78抵靠着导轨74的边缘时，分支56的最外部分与面向它的接地端子48电接触。导轨74的容积V74的底部与印刷电路板40的面对表面S40之间的距离表示为d74。在没有应力的情况下，也就是说当夹子50位于壳体22外部时，分支54和56的相对侧之间的最大距离，其表示为d52。距离d52被选择为严格地大于距离d74，这确保当夹子50的第一部分52在容积V74中就位时分支56和接地端子48之间的良好电接触。
此外，选择在弯曲部68和78之间测量的夹子50的长度L74，使得当第一部分52在容积V74中就位时，弯曲部78与相邻的弹簧44接合并接触。距离d52和长度L74彼此平行地测量。
夹子50的几何形状允许它也承受制造公差和尺寸变化，这可能影响部件44和48的相对定位以及在部分52和62处的电接触。因此，由夹子50建立的部件44和48之间的电接触在一系列接触器2中具有持久的质量并且在时间上稳定。
夹子50使得可以永久地电连接部件44和48，也就是说，从设备2安装在导轨4上的时刻起，无论弹簧44相对于导轨4的位置如何。
在图6至8所示的本发明的第二实施例中，与第一实施例类似的元件具有相同的参考标号。在下文中，主要是将该实施例与将要描述的前一实施例区分开来。
在该实施例中，接触器2的壳体22借助于弹性夹子50固定在导轨4上，弹性夹子50包括杆51，杆51用于直接机械弹性地抵靠导轨4的第二顶部边缘4b，通过与此边缘平行。该杆51形成弹性地支承在导轨4上并与夹子50电接触的构件。
一个或多个弹性构件，其与第一实施例的弹簧44相当，或者以横向于导轨4的纵向轴线移动的抽屉的形式制造，设置成将主体22搭扣配合到导轨4上。这些弹性构件在图6中不可见，因为它们位于该图的下限之下。在图7中，箭头44表示这些弹性构件之一的位置。因此，夹子50本身不构成弹性阻挡构件用于弹性地阻挡导轨4上的壳体22，即使它确实有助于这种阻挡。
杆51沿着导轨4布置在两个钩43之间，用于将主体22保持在导轨4上，这些钩由主体22在其背面上形成。这些钩也抵靠着或至少面向第二顶部边缘4b。
这些类似的钩43与第一实施例的钩42相当。
在该实施例中，夹子50包括两个第一部分52，其几何形状与第一实施例的夹子50的第一部分52相当，每个第一部分52具有第一分支54、第二分支56和弯曲部58。
每个第一部分的第二分支56抵靠着印刷电路板40的接地端子48，该印刷电路板40属于与第一实施例相当的监测和/或控制模块34并且还支撑Rogowski环36。
设置用于接收第一部分52的导轨74，其具有与第一实施例中相同的几何形状。
该第二实施例的夹子50还包括第二部分62，该第二部分62除了杆51之外还包括两个与该杆成直角并且从其端部在其同一侧延伸的分支63。该第二部分抵靠着导轨4，因此与其电接触。
此外，在该实施例中，夹子50的第三部分72将两个部分52和第二部分62彼此连接。该第三部分72包括与杆51和分支63成直角的两个分支71、通过直角弯曲部75连接到分支71的两个分支73和通过直角弯曲部79连接到分支73的两个分支77。分支77平行于分支71并且相对于分支71横向偏移。
直角弯曲部78将分支77连接到该夹子50的两个第一部分52。
该第二实施例与前一实施例之间的一个重要区别在于，在这种情况下，由于钩43和图7中箭头44所示的那些，夹子50不能确保弹性地阻挡导轨4上的主体22的功能，或者至少不能在其自身上。由于它弹性地抵靠着导轨4b，借助于杆51，夹子50与该导轨形成强电接触。在设备2安装在导轨4上的配置中，借助于部件52至79，它确保了板40的接地端子和导轨4之间的永久电连接功能。
此外，在该实施例中，单个夹子50使得可以将两个接地端子(类似于第一实施例的接地端子48)与导轨4连接。
无论实施例如何，将接触器2安装在导轨4上的简单动作导致印刷电路板40的端子48永久接地，无论这种接地是通过弹性阻挡构件比如螺旋弹簧(如第一实施例的弹簧44)进行的，或者直接通过夹子50自身与导轨4的接触，如第二实施例中那样。
无论实施例如何，夹子50通过使半刚性金属线符合而产生的事实允许该连接元件在受限空间中(也就是说在受约束的环境中)运行，而不损害电气设备2的紧凑性。
以上提出了本发明用于接触器的应用。然而，它适用于旨在安装在导轨上的其他电气设备，其包括监测和/或控制模块，特别是测量模块，比如从图1中的左侧开始表示为第三和第四设备2的那些，到断路器或其他控制和保护设备。
导轨4可以符合除DIN之外的一个或多个标准。
上面设想的实施例和变型可以彼此组合以创建本发明的新实施例。

Claims (10)

1.一种电气设备(2)，包括：
-用于安装在导轨(4)上的壳体(22)；
-包括印刷电路板(40)的监测和/或控制模块(34)，
其特征在于，在电气设备(2)安装在导轨(4)上的配置中，印刷电路板(40)的至少一个接地端子(48)通过弹性机械地支承在连接元件(50)上并与之直接电接触而永久地电连接到导轨，连接元件本身弹性机械地支承在导轨上并与导轨直接电接触或者与弹性阻挡构件(44)直接电接触，弹性阻挡构件用于弹性地阻挡导轨(4)上的壳体。
2.根据权利要求1所述的电气设备，其特征在于，所述印刷电路板(40)的接地端子(48)与导轨(4)之间的连接元件(50)是半刚性导电夹子(50)，所述半刚性导电夹子(50)由适于将该端子与该导轨电连接的金属线构成。
3.根据权利要求2所述的电气设备，其特征在于，所述半刚性导电夹子(50)包括弹性地支承在印刷电路板(40)的接地端子(48)上的第一部分(52)，该第一部分包括从接合弯曲部(58)延伸的两个分支(54、56)。
4.根据权利要求3所述的电气设备，其特征在于，第一弹性支承部分(52)在所述壳体(22)和印刷电路板(40)之间所限定的容纳部(V74)中平行于其长度(L52)被接收和引导(F2)。
5.根据前述权利要求中任一项所述的电气设备，其特征在于，所述弹性阻挡构件是螺旋弹簧(44)，其设置成抵靠着导轨(4)，并且电连接元件(50)是导电夹子(50)，其一方面支承在接地端子(48)上，另一方面支承在螺旋弹簧上。
6.根据权利要求5所述的电气设备，其特征在于，所述导电夹子是单件式的，并且适于电连接印刷电路板(40)的接地端子(48)和螺旋弹簧(44)。
7.根据权利要求3和5或3和6所述的电气设备，其特征在于，所述导电夹子包括弹性地支承在螺旋弹簧(44)上的第二部分(62)，并且该第二部分包括从接合弯曲部(68)延伸的两个分支(64、66)。
8.根据权利要求1至4中任一项所述的电气设备，其特征在于，电连接元件是由单件半刚性金属线构成的半刚性导电夹子(50)，其包括：
-至少一个第一部分(52)，其抵靠在印刷电路板(40)的接地端子(48)上；
-第二部分(62)，其直接支承在导轨(4)上；
-第三部分(72)，其提供第一和第二部分之间的连接。
9.根据权利要求2至8中任一项所述的电气设备，其特征在于，所述导电夹子由青铜线制成，其横截面的面积在0.5和4mm2范围内。
10.一种用于使电气设备(2)的监测和/或控制模块(34)的印刷电路板(40)接地的方法，所述电气设备(2)包括用于安装在导轨(4)上的壳体(22)，其特征在于，通过将壳体(22)安装在导轨(4)上简单地实现接地。
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