DE102004021835A1 - Geräteklemme - Google Patents

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Abstract

Es wird eine Geräteklemme (1) für den Anschluss von externen Leitungen mit einem elektrischen Gerät vorgeschlagen. In die Geräteklemme (1) ist ein Stromwandlermodul (10) mit einem Stromwandler (12) integriert, wobei Eingänge des Stromwandlers (12) mit kundenseitigen Klemmanschlüssen des elektrischen Gerätes verbunden sind und Ausgänge des Stromwandlers (12) über Kontaktelemente (18) der Geräteklemme (1) mit Baugruppen des elektrischen Gerätes verbindbar sind.

Description

  • Die Erfindung betrifft eine Geräteklemme für den elektrischen Anschluss von elektrischen Leitungen an in einem elektrischen Gerät vorhandene Kontaktierungen mit in einem Klemmengehäuse aufgenommenen Klemmelementen zum Festklemmen der elektrischen Leitungen und Kontaktelementen zum elektrischen Anschließen der Kontaktierungen des elektrischen Gerätes.
  • Geräteklemmen zum Anschluss von externen elektrischen Leitungen an elektrische Geräte, z. B. elektrische Feldgeräte, wie beispielsweise Schutzgeräte für Energieverteilungsnetze, sind allgemein bekannt. Dabei weist eine Geräteklemme üblicherweise ein Gehäuse mit Einführungsöffnungen für die externen Leitungen auf, wobei im Bereich der Einführungsöffnungen Klemmelemente zum Festklemmen der elektrischen Leitungen vorgesehen sind. Die Klemmelemente stehen üblicherweise mit Kontaktelementen in Verbindung, die z. B. mit Schaltkreisen des elektrischen Gerätes verbunden werden können. Häufig sind solche Geräteklemmen außerdem in einer Wand des elektrischen Gerätes eingebaut und dienen gleichsam als Durchführung des Strompfades von den externen Leitungen ins Innere des elektrischen Gerätes.
  • Elektrische Geräte, die im Bereich der Starkstrom-Automatisierung verwendet werden, weisen häufig in ihrem Inneren Stromwandler auf, die zur Ankopplung an ein Energieverteilungsnetz dienen, um mit dem elektrischen Gerät stromrelevante Kenngrößen auszuwerten. Bei den Stromwandlern handelt es sich meist um magnetische Mess-Transformatoren.
    •
  • Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Geräteklemme für Stromwandler umfassende elektrische Geräte zu ertüchtigen.
  • Diese Aufgabe wird durch eine Geräteklemme der oben angegebenen Art gelöst, bei der erfindungsgemäß in das Klemmengehäuse ein Stromwandler integriert ist und wobei Eingänge des Stromwandlers mit den Klemmelementen der Geräteklemme und Ausgänge des Stromwandlers mit den Kontaktelementen der Geräteklemme verbunden sind. Dadurch, dass der Stromwandler in die Geräteklemme integriert ist, werden die Nachteile der Montage eines Stromwandlers direkt auf einer Baugruppe vermieden. Ein auf einer Leiterplatte montierter Stromwandler bedeutet nämlich eine große Masse, die auf der Leiterplatte aufliegt, was insbesondere bei Vibrationen des elektrischen Gerätes zur Durchbiegung der Leiterplatte führen kann und deshalb spezielle Stützbleche erfordert. Darüber hinaus sind die EMV-Eigenschaften von Wandlern innerhalb des Gehäuses empfindlicher elektrischer Geräte, wie z.B. Schutzgeräte, nicht unkritisch. Bei der erfindungsgemäßen Geräteklemme kann außerdem die zuvor für den Stromwandler benötigte Bestückungsfläche auf den Baugruppen eingespart werden, wodurch die Gerätegehäuse gegebenenfalls verkleinert werden oder andere Bauteile auf der Bestückungsfläche aufgenommen werden können. Weiterhin können die Baugruppen für reine Maschinenbestückung konzipiert werden, wodurch die Produktivität wächst. Da der Stromwandler nicht mehr innerhalb des Gehäuses nahe der Elektronik des elektrischen Gerätes angeordnet ist, werden nachteilige EMV-Einflüsse vermieden. Kundenseitig kann ferner die Geräteklemme zusammen mit dem Stromwandler samt angeschlossener Verkabelung entnommen werden, wodurch die Wartung erleichtert wird.
  • Eine vorteilhafte Weiterbildung der erfindungsgemäßen Geräteklemme sieht vor, dass der Stromwandler in einem separaten Wandlergehäuse unter Bildung eines Stromwandlermoduls aufgenommen ist, das formschlüssig in dem Klemmengehäuse festlegbar ist. Auf diese Weise kann eine sehr einfache Montage einzelner Wandlermodule in dem Gehäuse der Geräteklemme vorgenommen werden.
  • Eine weitere vorteilhafte Ausführungsform der erfindungsgemäßen Geräteklemme sieht vor, dass das Klemmengehäuse Rast- oder Schnappelemente zur lösbaren Befestigung an dem elektrischen Gerät aufweist. Dadurch wird eine Befestigung der Geräteklemme z.B. an einer Wandfläche des elektrischen Gerätes weitgehend vereinfacht.
  • Weiterhin wird es hinsichtlich der erfindungsgemäßen Geräteklemme als vorteilhaft angesehen, dass das Klemmengehäuse eine Gehäuseschale und eine mit der Gehäuseschale verrastbare Deckenplatte aufweist. Hierdurch kann der Zusammenbau der Geräteklemme selbst noch weiter vereinfacht werden.
  • Als weitere vorteilhafte Ausführungsform der erfindungsgemäßen Geräteklemme wird es außerdem angesehen, wenn die Kontaktelemente als Kontaktfedern ausgebildet sind, mit denen die Kontaktierungen in dem elektrischen Gerät unmittelbar elektrisch anschließbar sind. Auf diese Weise kann eine elektrische Verbindung zwischen den Kontaktelementen der Geräteklemme und den Kontaktierungen in dem elektrischen Gerät besonders einfach ausgeführt werden, da die Kontaktfedern unmittelbar – d.h. ohne dazwischengeschaltete Leitungen – mit den Kontaktierungen des elektrischen Gerätes verbindbar sind.
  • In diesem Zusammenhang wird es zudem als vorteilhaft angesehen, dass die Kontaktfedern Bestandteil eines Steckverbinders zur Aufnahme einer Stirnseite einer in das elektrische Gerät eingeschobenen Leiterplatte sind. Bei dem Steckverbinder kann es sich z.B, um eine Kontaktleiste handeln, in die eine Leiterplatte mit einer Kontaktierungen aufweisenden Stirnseite unter Herstellung einer elektrischen Verbindung zwischen den Kontaktfedern und den Kontaktierungen auf der Leiterplatte einschiebbar ist.
  • Bei dem in die Geräteklemme integrierten Stromwandler kann es sich um einen sogenannten unkonventionellen Wandler, d.h. einen elektronischen Wandler, wie beispielsweise einen Hall-Sensor oder einen opto-elektronischen Wandler, oder um einen konventionellen Stromwandler in Form eines elektromagnetischen Stromwandlers mit Primär- und Sekundärwicklung handeln. Die Primärwicklung eines elektromagnetischen Stromwandlers ist im letztgenannten Fall mit den Klemmelementen der Geräteklemme und die Sekundärwicklung des elektromagnetischen Stromwandlers mit den Kontaktelementen der Geräteklemme verbunden. Elektromagnetische Stromwandler sind weit verbreitet und besitzen im Wesentlichen eine lineare Übertragungskennlinie.
  • Gemäß einer vorteilhaften Ausführungsform einer erfindungsgemäßen Geräteklemme mit einem elektromagnetischen Stromwandler ist vorgesehen, dass der Stromwandler als Ringkernwandler ausgebildet ist. Ein solcher Wandler kann besonders platzsparend in die Geräteklemme eingesetzt werden.
  • In diesem Zusammenhang wird als besonders vorteilhaft angesehen, wenn der Ringkern des Stromwandlers im Wesentlichen aus einer Eisen-Kobalt-Legierung besteht. Praktisch bevorzugt ist beispielsweise der von der Firma Vacuumschmelze GmbH & Co. KG vertriebener Werkstoff Vitrovac, der eine hohe magnetische Permeabilität aufweist. Ringkernwandler aus diesem Material können vergleichsweise klein ausgeführt werden.
  • Bei einer Geräteklemme mit einem integrierten elektromagnetischen Stromwandler wird ferner als vorteilhaft angesehen, wenn die Primärwicklung des Stromwandlers als Blechstreifen ausgebildet ist, wobei die Enden der Primärwicklung zur Zentrierung der Primärwicklung durch mindestens einen Schlitz in dem Wandlergehäuse geführt sind. Auf diese Weise kann bei einfacher Montagemöglichkeit des Stromwandlers in dem Stromwandlergehäuse die Zentrierung der Primärwicklung innerhalb der Sekundärwicklung gewährleistet werden.
  • Ferner wird bei einer erfindungsgemäßen Geräteklemme mit elektromagnetischem Stromwandler als vorteilhaft angesehen, dass in dem Wandlergehäuse mindestens ein mit den Anschlüssen der Sekundärwicklung verbundener Bürdenwiderstand aufgenommen ist. Auf diese Weise kann nämlich für den Fall, dass die Kontaktierungen des elektrischen Gerätes im Betrieb des Gerätes von den Kontaktelementen der Geräteklemme – also von den Anschlüssen der Sekundärwicklung des Stromwandlers – getrennt werden, die Bildung einer Funkenstrecke zwischen den Kontaktelementen sicher verhindert werden, da der beim Abtrennen der Kontaktierungen des elektrischen Gerätes fließende Strom über die Bürdenwiderstände abgeleitet wird.
    •
  • Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung ist in der Zeichnung dargestellt und wird in der nachfolgenden Beschreibung näher erläutert. Es zeigen:
  • 1 eine perspektivische Ansicht einer Geräteklemme, in die ein Stromwandler integriert ist,
  • 2 eine Explosionsdarstellung der erfindungsgemäßen Geräteklemme,
  • 3A eine perspektivische Ansicht des in die erfindungsgemäße Geräteklemme integrierbaren Stromwandlers in montierter Ansicht,
  • 3B eine perspektivische Ansicht des in die erfindungsgemäße Geräteklemme integrierbaren Stromwandlers in Explosionsdarstellung,
  • 4 eine perspektivische Ansicht einer an einer Geräterückwand montierten Geräteklemme und
  • 5 eine perspektivische Ansicht einer Geräteklemme von unten.
  • Die in den 1 und 2 dargestellte Geräteklemme 1 weist ein Klemmengehäuse auf, das eine Gehäuseschale 2 und eine Deckplatte 3 umfasst. Dabei sind Gehäuseschale 2 und Deckplatte 3 über Rastelemente 4, wie Vorsprünge und Ausnehmungen, miteinander verrastbar und somit über die formschlüssige Verbindung zueinander festlegbar.
  • Die Gehäuseschale 2 ist in durch Trennwände geteilte Kammern 5 aufgeteilt, in die Stromwandlermodule 10 eingesetzt und formschlüssig festgelegt werden können. In 2 erkennt man drei bereits in die Gehäuseschale 2 eingebaute Stromwandlermodule und ein außerhalb der Gehäuseschale 2 dargestelltes, teilweise in Explosionsdarstellung gezeigtes Stromwandlermodul 10, Die Stromwandlermodule 10 weisen Klemmansätze 6 auf, in die Klemmelemente, z. B. in Form von Klemmblöcken, Klemmrahmen oder sonstigen Klemmkörpern, zum elektrischen Anschluss externer Leitungen eingebettet sind. Diese Klemmelemente sind in der Weise kontaktierbar, dass anzuschließende Leitungen durch Öffnungen in der Deckplatte 3 in Einführöffnungen 7 der Klemmansätze 6 eingeführt und über eine Klemmschraube 8 an oder in dem eingebetteten Klemmelement festgelegt und dabei elektrisch leitend verbunden werden.
  • In 3A ist ein einzelnes Stromwandlermodul 10 in montierter Ansicht und in 3B in Explosionsdarstellung näher dargestellt, das entsprechend 2 in eine Kammer 5 der Gehäuseschale 2 einsetzbar ist.
  • Das Stromwandlermodul 10 weist einen in einem Wandlergehäuse 11 aufgenommenen Stromwandler 12 auf, wobei der Stromwandler 12 als Ringkernstromwandler ausgeführt ist, bei dem eine Sekundärwicklung 12a um einen Ringkern gewickelt ist, durch dessen Kernöffnung eine Primärwicklung 12b des Stromwandlers 12 geführt ist. In dem dargestellten Stromwandlermodul 10 ist das Wandlergehäuse 11 zumindest teilweise an den Ringkern angepasst, der hochkant in dem Wandlergehäuse 11 aufgenommen ist.
  • Die Primärwicklung 12b ist als Blechband oder -streifen ausgebildet, und in dem Wandlergehäuse 11 sind mittig Schlitze 14 eingearbeitet, durch die Enden 13 des Blechstreifens der Primärwicklung herausgeführt sind. Durch jeweils an dem Wandlergehäuse 11 angeformte Vorsprünge 15 sind die Enden 13 in den Schlitzen 14 festgelegt. Dadurch wird die Primärwicklung 12b in Bezug auf den Ringkern bzw. die Sekundärwicklung 12a zentriert. Die Schlitze 14 sind ferner zur Oberseite des Wandlergehäuses 11 hin offen und ermöglichen die Einbringung des Blechstreifens bei der Montage des Wandlermoduls 10.
  • Die Sekundärwicklung 12a des Stromwandlers 12 weist, wie in 3B zu erkennen ist, elektrische Anschlusskabel 17 auf, die bei der Montage des Wandlermoduls 10 durch das Wandlergehäuse 11 hindurch geführt werden und mit Kontaktelementen 18 in Form von Federkontakten verbunden werden. Nach der Montage sind die Kontaktelemente 18, wie in 3A erkennbar, an der Unterseite des Wandlergehäuses 11 eingerastet. Die Kontaktelemente 18 können z. B. zu einem Direktsteckverbinder in Form einer Kontaktleiste gehören, in die eine Leiterplatte einschiebbar ist. In diesem Fall wird über die Kontaktelemente 18 eine elektrische Verbindung zwischen der Sekundärwicklung 12a des Stromwandlers 12 und auf der Leiterplatte verlaufenden Kontaktierungen, z. B. in Form von Leiterbahnen, ausgebildet.
  • Falls Bürdenwiderstände 19 zur Verhinderung sekundärseitig auftretender Funkenüberschläge gefordert sind, werden diese quer zu den parallel angeordneten Kontaktelementen 18 mit dem jeweiligen Kontaktelement 18 verbunden und liegen im unteren Bereich des Wandlergehäuses 11.
  • Wie in 2 zu erkennen ist, wird das Wandlermodul 10 nach seinem Zusammenbau in die Gehäuseschale 2 des Klemmengehäuses eingesteckt und durch Einrasten der Deckplatte 3 in der Gehäuseschale 2 mittels der Rastelemente 4 festgelegt.
  • In 4 ist die Geräteklemme 1 zusammen mit anderen Steckverbinderelementen 21 in einer Rückwand 22 eines elektrischen Gerätes montiert. Zur besseren Übersicht sind einige Seitenwände des elektrischen Gerätes in weggebrochener Ansicht dargestellt.
  • Die Gerätklemme 1 greift hierbei teilweise durch die Rückwand 22 durch und bietet somit Anschlussmöglichkeiten für eine im Gerät angeordnete Baugruppe 23 in Form einer nur schematisch angedeuteten Leiterplatte. Gemäß 4 ist die Leiterplatte mit einer Stirnseite in eine in 5 besser zu erkennende Ausnehmung 24 an der Unterseite der Gehäuseschale 2 eingeschoben. Innerhalb der Ausnehmung 24 sind die Kontaktelemente 18 (vgl. 3A und 3B) angeordnet und bilden somit mit der Ausnehmung 24 einen Steckverbinder an der Gehäuseschale 2 zur Aufnahme der Leiterplatte 23.
  • Die Geräteklemme 1 kann mittels seitlich an der Gehäuseschale 2 angebrachter Rastnasen 20, in an der Rückwand 22 des elektrischen Gerätes befestigten Federrastelementen 25 eingerastet und so lösbar befestigt werden.

Claims (11)

  1. Geräteklemme (1) für den elektrischen Anschluss von elektrischen Leitungen an in einem elektrischen Gerät vorhandene Kontaktierungen mit in einem Klemmengehäuse (2, 3) aufgenommenen Klemmelementen zum Festklemmen der elektrischen Leitungen und mit Kontaktelementen (18) zum elektrischen Anschließen der Kontaktierungen des elektrischen Gerätes, dadurch gekennzeichnet, dass in das Klemmengehäuse (2, 3) ein Stromwandler (12) integriert ist, wobei Eingänge des Stromwandlers (12) mit den Klemmelementen und Ausgänge des Stromwandlers (12) mit den Kontaktelementen (18) verbunden sind.
  2. Geräteklemme (1) nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Stromwandler (12) in einem separaten Wandlergehäuse (11) unter Bildung eines Stromwandlermoduls (10) aufgenommen ist, das formschlüssig in dem Klemmengehäuse (2, 3) festlegbar ist.
  3. Geräteklemme (1) nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass das Klemmengehäuse (2, 3) Rast- oder Schnappelemente (20) zur lösbaren Befestigung an dem elektrischen Gerät aufweist.
  4. Geräteklemme (1) nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Klemmengehäuse (2, 3) eine Gehäuseschale (2) und eine mit der Gehäuseschale (2) verrastbare Deckplatte (3) aufweist.
  5. Geräteklemme (1) nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Kontaktelemente (18) als Kontaktfedern ausgebildet sind, mit denen die Kontaktierungen in dem elektrischen Gerät unmittelbar elektrisch anschließbar sind.
  6. Geräteklemme (1) nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass die Kontaktfedern Bestandteil eines Steckverbinders zur Aufnahme einer Stirnseite einer in das elektrische Gerät eingeschobenen Leiterplatte sind.
  7. Geräteklemme (1) nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Stromwandler (12) ein elektromagnetischer Stromwandler mit Primär- und Sekundärwicklung (12b, 12a) ist, der mit seiner Primärwicklung (12b) mit den Klemmelementen und mit seiner Sekundärwicklung (12a) mit den Kontaktelementen (18) verbunden ist.
  8. Geräteklemme (1) nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, dass der Stromwandler (12) als Ringkernwandler ausgebildet ist.
  9. Geräteklemme (1) nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, dass der Ringkern des Stromwandlers (12) im Wesentlichen aus einer Eisen-Kobalt-Legierung besteht.
  10. Geräteklemme (1) nach einem der Ansprüche 7 bis 9, dadurch gekennzeichnet, dass die Primärwicklung (12b) des Stromwandlers (12) als Blechstreifen ausgebildet ist, wobei die Enden (13) der Primärwicklung (12b) zur Zentrierung der Primärwicklung (12b) durch mindestens einen Schlitz (14) in dem Wandlergehäuse (11) geführt sind.
  11. Geräteklemme (1) nach einem der Ansprüche 7 bis 10, dadurch gekennzeichnet, dass in dem Wandlergehäuse (11) mindestens ein mit den Anschlüssen der Sekundärwicklung (12a) verbundener Bürdenwiderstand (19) aufgenommen ist.
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