-
-
Starkstrommeßumformer mit Strom- und/oder Spannungs-
-
wandlern Die Erfindung betrifft einen Starkstrommeßumformer dar im
Oberbegriff des Anspruch 1 genannten Art.
-
Bei Starkstrommeßumformern besteht das Problem, daß eingangsseitig
relativ hohe Netzspannungen anliegen und ausgangssseitig relativ niedrige Schwachströme,
zur Verarbeitung in elektronischen Baugruppen z.B. eines Prozeßrechners, abgegeben
werden. Zur Potentaialltrennung werden zwar Strom- und Spannungswandler eingesetzt,
doch gilt es de einmal erzielte Trennung durch den Innenaufbau das Meßumformers
nicht zu gefährden, was durch kritische Kriechstrecken leicht geschehen kann. Die
netzspannungsführenen Eingangskreise müssen deshalb sorgfältig von den Ausgangskreisen
getrennt werden.
-
Meßumformer werden in sehr unterschiedliche Gehäuse eingebaut. Eine
bekannte Gehäuseform ist das Aufbaugehäuse, bei dem die Klemmleisten zum Anschließen
der Verbindungsleitungen beidseitig der Gehäusekappe am Aufbausockel befestigt sind.
Dieser Aufbau benötigt relativ viel Platz, der z.B. bei Meßumformern, die in Baugruppenträger
einzusetzen sind, nicht zur Verfügung steht.
-
Aus der DE-OS 31 37 403 ist ein Meßumformer in Einschubtechnik für
Baugruppentrger bekannt, bei dem, zur galvanischen Trennung zwischen den Starkstromkreisen
und der Elektronik, Wandler vorgesehen sind, und sämtliche Wandler in einer mit
dem Baugruppenträger fest verhundenen Anschlußbaugruppe angeordnet sind. Die primärseitig
an den Wandlern liegenden Spannungen gelangen somit nicht zur Steckbaugruppe, sondern
diese steht lediglich über Schwachstromsteckerleisten mit der Sekundärseite der
Wandler in Verbindung. Bei diesem Meßumformer ist es aus Platzgründen nicht mölich,
die Anschlußleisten neben dem Gehäuse anzubringen, so daß als einzigen Platz die
vom Baugruppenträger abgewandte Seite des Gehauses zur Aufnahme der Anschlußleisten
verbleibt.
-
Bei den bekannten Meßumformer ist jedoch nachteilig, daß sein Innenaufbau
weder montage- noch servic>'efeundlich ist. Die Bauteile sind auf mehrere Leiterplatten
Zur teilt, die übereinandergeschichtet in Nuten des Gehäuses eingeschoben werden.
Hierduch wird zwar zur Vermeidung kritischer Kriechstrecken die erforderliche räumliche
Trennung zwischen der Leiterplatte, auf der die Wandler montiert sind und der Leiternlatte,
auf der die Stecker leiste zur Kontaktierung der Steckbaugruppe befestigt ist, erreicht,
noch sind die Bateile auf der Leiterplatte nur schwer zugänglich.
-
Aufgabe der Erfindung ist es einen Starkstrommeßumformer der im Oberbegriff
aenannten Art zu schaffen, der trotz eines gedrängten Aufbaus unter Berückstichtigung
der zulässigen Kriechstrecken eine sichere elektrische Trennung zwischen der Starkstrom-
und der Schwachstrom-
seite schafft, eine einfache tiontage der
elektrischen Teile erlaubt und einen sicheren Schutz vor Berührung gewährleistet.
-
Diese Aufgabe wird durch die im Anspruch 1 gekennzeichneten Merkmale
gelöst. Weitere vorteilhafte ausgestaltungen und Weiterbildungen sind in den Unteransprüchen
genannt.
-
Dadurch, daß der gesamte Innenaufbau von der Leiterplatte getragen
wird, übernimmt diese praktisch die Funktion eines Chassis, das In ein Gehäuse eingesetzt
bzw. zu Servicezwecken aus diesem leicht herausgenommen werden kann. Trotz der gedrängten
Bauweise sind a1le Teile auf der Leiterplatte gut zugänglich. Für die räumliche
Trennung zwischen Starkstrom- und Schachstromseite dient ein Starkstromanschlußblock,
der auf der Leiterplatte so befestigt ist, daß er mit seinem tischartigen Unterbau
Wandler, die direkt oder durch Subprints auf rer Leiterplatte befestigt sind, überbrückt.
Der überbau des StarkstromanschauRblocks ragt dabei teilweise durch eine Öffnung
der gehausearten Abdeckung hindurch, so daß im oberen Teil des tberbaus liegende
Steckkontakte ein Aufstecken von außen kommender Anschlußkabel ermöglichen. Jeder
Steckkontakt besitzt ein im unteren Tei7 das Überbaus, innerhalb der Abdeckung liegendes
Anschlußelement, von dem ein Kabel zurPrimärwicklung eines Wandlers oder einem vorgeschal
teten Bauelement führt.
-
Eine vorteilhafte Weiterbildung des Starkstromanschlußblocks sieht
vcr, die Anschußelemente außerhalb und innerhalb der Abdeckung als Steckanschlüsse
auszufiren.
-
Hierbei wird den räumlichen Gegebenheiten, daß nämlich
in
Anreihtechnik die Anschlußgruppen dicht beieinander liegen, Rechnung getragen und
die außerhalb der Abdeckung liegende Steckerreihe parallel zu der innerhalb der
Abdeckung liegenden Steckerreihe angeordnet. Die Aufsteck- und abzugsbewegung der
Stecker liegt dabei für beide Steckerreihen parallel zur Leiterplatte und zwar im
Bereich zwischen zwei Seitenwänden der abdeckung.
-
Da der Starkstromanschlußblock einerseits nur über Steckanschlüsse
verbunden ist und andererseits mit Hilfe von Rastelementen auf der Leiterplatte
ruht, ist ein leichtes Montieren und Demontieren sichergestellt.
-
Während die am Starkstromanschußblock liegenden Starkstromgrößen,
die der Anschlußbaugruppe zugeführten Eingangasignale bilden, müssen die von der
Steckhaugruppe kommenden Ausgangssignale sowie die Versorgungsspannungen, bei denen
es sich um Schwachstromgrößen handelt, ebenfalls mit den Peripheriegeräten verbunden
werden. In vorteilhafter Weiterbildung der Erfindung ist die Anordnung so getroffen,
daß der Starkstromanschlußblock nahe der einen Seitenwand der Abdeckung und eir
Schwachstromanschlußblock nahe der gegenüberliegenden Seitenwand liegt. Außerdem
ist der Starkstromanschlußblock in größeren Abstand gegenüber der Leiternlatte angeordnet
als der Schwacbstromanschlublock.
-
Eine wesentliche Montageerleicherung wird dadurch erzielt, daß der
Schwachstromanschlußblock durch Steckkontakte gebildet ist, die unmittelbar n Leiterbahnen
der Leiterplatte angelötet sind. Das Isolierteil des Schwachstromanschußblocks wird
hierbei durch eine in der Abdeckung ausgeformte Wanne gebildet, die im Bereich der
Steckkontakte angeordnet ist und durch leiterartig
ausgebildete
Schlitze am Boden ei Hindurchstecken der Steckkontakte ermöglicht.
-
Im Bereich des Starkstromanschlußblocks ist in der Abdeckung eine
sesselartige Auswölbung vorgesehen, wobei das "Rückenteil" der sesselartigen Auswölbung
offen ist und den aus der Gehäusekappe herausragenden Teil des Starkstromanschlußblocks
rückseitig umschließt. Das "Sitzteil" bietet Platz für die innerhalb der Abdeckung
liegenden Stecker. Hierbei ergibt sich als weiterer Vorteil, daß ein auf der Innenseite
der Auswölbung liegender, hinter den Steckern eingreifender Steg die Stecker in
ihrer Lage arretiert und am Herausnutschen hindert. Ist ein Stecker nicht richtig
aufgesteckt und damit die sichere Kontaktierung gefährdet, so trifft der Steg beim
Aufsetzen der Abdeckung auf den Stecker, so daß die abdeckung nicht richtig schließen
kann. Dadurch ist gewährleistet, daß bei richtig auf der Leiterplatte aufsitzender
Abdeckung ach die Stecker ordnungsgemäß aufgesteckt sind.
-
Bei einem Starkstrommeßumformer, der vorzugsweise zur rückseitigen
Montage auf eine Baugruppenträger vorgesehen ist, dient zur elektrischen Verbindung
mit den im Baugruppenträger eingeschobenen Steckbaugruppen auf der dem Baugruppenträger
zugewandten Seite eine unmittelbar auf der Leiterplatte montierte Steckerleiste.
-
Die Abdeckung ist in vorteilhafter Weise als Gehnusekappe gestaltet,
deren Öffnung durch die Leiternlatte geschlossen wird. Die Abdeckung ist sich so
auf leichte Weise von der Leiterplatte abnehmen, das durch die Befestigung mit Rasthaken
noch unterstützt wird. Eio weitere vorteilhafte Ausbildung der Erfindung besteht
darin,
daß die Leiterplatte die Breite der Gehäusekappe überschreitet und an mindestens
einer Seitenwand der Gehäusekappe eine aussparung vorgesehen ist, durch welche die
Leiterplatte hindurchgeführt werden kann.
-
Hierdurch gelingt es, selbst dort, wo breitere Leiterplatten benötigt
werden, um mehr Bauteile unterzubringen, die gleiche Abdeckung wie bei normalen
Leiterplatten zu verwenden. Damit dennoch der überstehende Teil der Leiterplatte
eine Abdeckung erhält, ist ein mittels Rastelementen an der Gehäusekappe zu befestigendes
Abdeckteil vorgesehen. Dieses besitzt zwei offene Seiten, wobei eine hiervon durch
die Leiterplatte und die andere durch eine Seitenwand der Gehäusekappe abgedeckt
wird. Vorterlhpfterweise erfolgt die Verrastung mittels V- oder T-förmiger Zapfen,
die an den Kanten des Abdeckteils ausgebildet sind und in passende aussparungen
in einer Seitenwand der Abdeckung ein greifen.
-
Für seine Montage auf der Rückseite eines Baugrupentragers ist es
von Vorteil, die Leiterplatte des T!eßumformers breiter als den Abstand zwischen
zwei Befestigungsschienen des Baugruppenträgers auszuführen. Um dennoch die erforderliche
Isolierung gegenüber den Befestigungsschienen zu Gewährleisten, wird in vorteilhafter
Weiterbildung der Erfindung an den die offene Seite begrenzenden SeStenwänden der
Abdeckung ein rahmenartiger Abstandssockel gebildet. Hierzu sind an den Seitenwanden
der Abdeckung Stützen und Rasthaken ausgebildet, zwischen denen die Leterplatte
formschlüssig eingepaßt ist.
-
In vorteilhafter Weise erfolgt die Befestigung der Abdeckung von der
Rückseite des Baugruppenträgers aus,
wozu im Bereich der Seitenwände
Schraubkanäle ausgebildet sind, die gegenüber dem Gehäuseinnenraum isoliert sind.
-
Weitere Einzelheiten und Vorteile des Erfindungsgegenstandes werden
anhand eines in den Zeichnungen darestellten Ausführungsbeispiels nachfolgend ner
beschrieben.
-
Es zeigen Figur 1: Den Starkstrommeßumformer auf der Rückseite eines
Baugruppenträgers montiert in Seitenansicht mit teilweiser Öffnung der Seitenabdeckungen
beim Baugruppenträger und d Starkstrommeßumformer, Figur 2: einen Starkstrommeßumformer
perspektivisch dargestellt, Figur 3: einen Starkstrommeßumformer ohne Abdeckung
von der Seite gesehen, Figur 4: einen Starkstrommeßumformer ohne Abdeckung von oben
gesehen, Figur 5: einen Starkstromanschlußblock von der Seite im Schnitt gesehen,
Figur 6: einen Starkstromanschlußblock von der Seite um 90 Grad gedreht, Figur 7:
eine Abdeckung von unten mit dem Blick in den Innenraum, Figur 8: eine Abdeckung
von der Seite im Schnitt entlang der in Figur 7 angegebenen Schnittlinie AB, Figur
9: eine Abdeckung von oben gesehen, Figur 10: eine Abdeckung um 90 Grad gedreht
von der Seite gesehen,
Figur 11: einen Starkstrommeßumformer mit
verlängerter Leiterpiatte ohne Abdeckung von der Seite gesehen, Figur 12: ein Abdeckteil
von oben gesehen, Figur 13: ein Abdeckteil von der Setzte im Schnitt entlang der
Schnittlinie CD in Figur 14 gesehen, Figur 14: das Abdeckteil von unten gesehen.
-
Während Figur 2 den Starkstrommeßumformer 2 mit einer Abdeckung 10
zeigt, ist in den Figuren 3 und 4 sein Innenaufbau dargestellt. Spannungswandler
19 und Stromwandler 20, sowie Widerstände 29 sind auf Subprints 21 befestigt, die
ihrerseits von der Leiterplatte 6 getragen werden. Die Leiterplatte 6 übernimmt
somit die Funktion eines Chassis, von dem allo Teile des Starke strommeßumformers
getragen werden. Während die Sekundärwicklungen der Wandler 19, 20 über Lötstifte
unmittelbar mit den Leiterhahnen der Subprints 21 verlötet sind, erfolgt die Verbindung
der starkstromführenden Primärwicklungen der Wandler 19,20 mit einem Starkstromanschlußplock
22 bis 25 über Kabel 16. An den freien Enden der Kabel 16 sind Stecker 30 befestigt,
die auf Kontakte 22 des Starkstromanschlußblocks 22 bis 25 gesteckt werden.
-
Wie aus den Figuren 5 und 6 hervorgeht, besitzt der Starkstromanschlußblock
einen tischartigen Unterteil mit einer Platte 26 und Beinen 24, die mit 5hrer Standfläche
31 auf der Leiterplatte 6 ruhen und mit über die Standfläche 31 hinausragenden Beinhaken
25, die durch Löcher in der Leiterplatte 6 hindurchgreifen und auf deren Rückseite
verrasten. Der tischartige Unterbau des Stark stromanschlußblocks 22 bis 26 überbriickt
die Stromwand-
ler 20 und besitzt einen Tiberbau mit einet Steckergehäuse
23, in dem Steckkontakte 22 für den Starkatromanschluß untergebracht sind. Die Steckkontakte
22 bilden ein U-förmiges Verbindungsstück, dessen oberer Teil für den äußeren und
dessen unterer Teil für den inneren Anschluß von Steckern 30 vorgesehen ist. Zwischen
den äußeren und den inneren Anschlüssen liegt die Abdeckung 10, wie insbesondere
in Figur 2 erkennbar ist.
-
Dem Starkstromanschlußblock 22 bis 26 gegenüber an der anderen Seite
des Starkstroinmeßumformers 2 liegen, räumlich entsprechend weit entfernt, Steckkontakte
18 für die Schwachstromanschlüsse. Da der Starkstrommeßumformer 2, insbesondere
in Verbindung mit Baugruppenträgern, in Anreihtechnik eingesetzt wird, bei; der
sich ein Gerät direkt an das nächste anschließt, verbleibt nur die von dem Baugruppenträger
abgewandte Seite der Abdeckung 10 zum Herausführen der Steckkontakte 18, 22.
-
Die auf der Leiterplatte 6 befestigten Schwachstromsteckkontakte 18
müssen dementsprechend lang sein, damit sie durch die Abdeckung 10 hindurchreichen.
Entgegen kommt ihnen hierbei die ausbildung der Abdeckung 10, bei der im Bereich
der Schwachstromsteckkontakte 18 eine Wanne 32 eingelassen ist, an deren Boden 47
sich leiterartig angeordnete Schlitze 33 befinden, durch welche die Steckkontakte
18 bei Aufsetzen der Abdeckung hindurch ragen. Die Schlitze sind zur Gehäuseinnenseite
hin trichterartig angeschrägt, wodurch beim Einführen der Steckkontakte 18 ein Verkanten
vermieden wird. Die geschilderten Details sind besonders gut in den Figuren 7 und
8 zu sehen.
-
Eine besonders eigenwillige Gestaltung hat die Abdeckung 10 im Bereich
des Starkstromanschlußblocks 22 bis 26
erfahren. Eine sesselartige
Auswölbung 34 bestitzt ein "Rückenteil" mit einer Öffnung 27, durch welche der obere
Teil des Steckergehauses 23 herausschaut. Ein "Sitzteil" der Auswölbung ist so ausgebildet,
daR es die in der Abdeckung 10 liegenden Stecker von den außerhalb der Abdeckung
10 liegenden Stecker trennt. Dabei liegt die "Sitzfläche" der Auswölbung 34 zwischen
der äußeren und der inneren Steckerreihe 30, wie insbesondere Figur 2 verdeutlicht.
Die Anschlußseite des Steckergehuses 23 wird also durch die "Sitzfläche" quasi halbiert,
wodurch die innerhalb der Gehäusekappe 10 liegenden Stecker 30 im "Sitzteil" Platz
finden. Im Hinblick auf eine besondere Montagefreundlichkeit des Starkstrommeßumformers
ist der Starkstromanschlußblock 22 bis 26 eInerseits durch leicht lösbare Rastelemente
an der Leiterp3atte h befestigt und andererseits sind seine elektrischen Anschlußelemente
als Steckkontakte 22 ausgeführt, so daß Lötverbindungen entfallen. tJm aber sicherzustellen,
daß bei aufgesetzter abdeckung 10 alle Stecker 30 richtig auf die Steckkontakte
22 aufgesetzt sind, 'st auf der Innenseite der Abdeckung 10 an der "Sitzfläche"
der auswölbung ein Steg 35 ausgebildet, der die Stecker hintergreift und somit in
ihrer Lage arretiert. Bei einem nicht richtig aufgesteckten Stecker 30 trifft der
Steg 35 auf diesen Stecker, so daß die Abdeckung 10 nicht ausreichend tief herabgedrückt
werden kann, um ein sachgerechtes Schließen der Abdeckung 10 zu erreichen.
-
In Figur 1 ist ein Starkstrommeßumformer 2 in Verbindung mit einer
Steckbaugruppe 1 dargestellt, die beide von einem Baugruppenträger 3 getragen erden
und elektrisch über Steckerleisten 4,5 kontaktieren. Hierbei ist die Steckerleiste
4 normalerweise mit Steckerstiften und die Steckerleiste 5 mit Steckerbuchsen versehen.
Die Ab-
messungen des Baugruppenträgers 3 und so auch die auf seiner
Rückseite angebrachten Befestigungsschienen 7,8 sind genormt. Ihr abstand ist so
gewählt, daß normale Steckerleisten unmittelbar hieran befestigt werden können.
Da die Steckerleiste 5 unmittelbar auf der Leiterplatte 6 befestigt ist, muß diese
zwischen die Befestigungsschienen 7,8 passen, um den vorgebenen Abstand zur Steckbaugruppe
1 einhalten zu können.
-
Zur Befestigung der Leiterplatte 6 an den Befestigungsschienen 7,8
dient ein Abstandssockel 11 bis 14, um eine Kontaktierung der Leiterbahnen oder
elektrischen Bauteile der Leiterplatte 6 mit en auf Nullpotential liegenden Befestigungsschienen
7,8 zu vermeiden. Der Absandssockel 11 bis 14 ist unmittelbar in der Abdeckung 10
ausgebildet. an dieser sind in oder an den Seitenwänden 14 Stützen 11 und Rasthaken
12 ausgebildet, zwischen denen die Leiterplatte 6 gehalten wird. Beim Aufsetzen
der Abdeckung 10 auf die Leiterplatte 5 werden die Rasthaken 12 aus ihrer Lage verdrängt
und kehren hinter der Leiterplatte 6 in eine Raststellung zurück, sobald die Leiterplatte
6 auf den Stützen 11 aufliegt.
-
Die Abdeckung 10 ist mit Schraubkanälen 15 versehen, die in den beiden
anderen um 90 Grad gegenüber den Seiten wänden 14 versetzten Seitenwänden 13a und
13b ausgebildet sind. Diese die abdeckung 10 durchdringenden, zu ihren Innenraum
hin isolierten Schräubkanäle 15 sind an ihrem dem Baugruppentrager 3 zuewandten
Ende mit ihrem Durchs er verengt und mit unverlierbaren Schrauben 9 versehen. Die
Schrauben 9 sorgen für die Verbindung des Starkstrommeßumformers 2 mRk den Befestigungaschienen
7,8 des Baugruppenträgers 3.
-
Damit die Abdeckung 10 mit der einrastenden Leiterplatte 6 so auf
die Befestlgungsschien.en 7,8 dos Baugruppenträgers 3 aufgesetzt werden kann, daß
d5e in den Schraubkanälen 15 liegenden Schrauben anf Löcher in den Befestigungsschienen
treffen, ist die Abdeckung 10 mit Führungsnocken 52 versehen. Je zwei Führungsnocken
52 befinden sich an zwei gegenüberliegender. SEitenwänden 13 auf der dem Baugruppenträger
3 zugewandten Kante und ihr Abstand entspricht dem abstand der beiden Befestigunsschienen
7,8. Eine Abschragung der Führungsnocken 52 erleichtert das Einfügen zwischen den
Befestigungsschienen 7,8.
-
In Verbindung mit einem Baugruppenträger 3 sind einem Starkstrommeßumformer
2 normalerweise drei Steckbaugruppen 1 zugeordnet. Es kommt aber relativ häufig
vor, daß eine Zuordnung von weiteren Steckbaugruppen 1 erforderlich wird. Die Breite
der Leiterplatte 6 reicht dann nicht mehr aus. Es r nun relativ aufwendig eine zweite
ausführung des Starkstrommeßumformers 2 für diese anwendung zu bauen.
-
Eine sehr vorteilhafte Lösung sieht deshalb vor, die Leiterplatte
6 über den Rand der Abdeckung 10 hinaus zu verlängern. Hierzu ist an einer Seitenwand
13b eine aussparung 53 in Höhe der Leiterplatte C, die dieser ein Herausragen aus
der Gehäusekappe ermöglicht. Da die Leiterplatte 6 nur eine weitere Steckleiste
aufnehmen muß, genügt es, wenn die Breite der aussparung nicht größer ist, als der
Abstand der Führungsnocken 52. Eine Leiterplatte 6 mit einer Verlängerung 6a einer
weiteren Steckerleiste 5a und Zusatzkontakten 48 ist in Figur 11 dargestellt.
-
Zur Abdeckung des aus der Gehäusekappe 10 überstehenden Teils der
Leiterplatte 6 dient ein in den Figuren 12,13,14 dargestelltes Abdeckteil 40. Durch
Zapfen 42, die an den Kanten 41 des Abdeckteils 40 ausbildet sind, wird dieses mit
der Abdeckung 10 verbunden. Hier7u sind in der Seitenwand 13a der abdeckung 10 entsprechende
Langlöcher 44 mit einer Einstecköffnung 45 sowie Formnuten 43 ausgebildet.
-
Da in der Abdeckung 10 eine Steckerwanne 46 für die Zusatzkontakte
48 vorgesehen ist, muß das Anstecken des Abdeckteils 40 so erfolgen, daß Zusatzkontakte
48 und Steckerwanne 46 nicht nebeneinander, sondern übereinander zu liegen kommen.
Die Einstecköffnungen 45 liegen deshalb etwa in mittlerer Höhe Her Seitenwände 13.
sind die Langlöcher 44 ermöglichen eine Verschiebung der Zapfen 42a bis die Kante
41 mit den entsprechenden Kanten der abdeckung 10 in einer Ebene liegt. Bevor d
Abdeckteil 10 iedoch diese Stellung erreicht, rasten die Zapfen 42b in entsprechende
Formnuten 43 auf der Oberseite der Abdeckung 10 ein.
-
Das Abdeckteil 40 besitzt auch zwei Schraubkanäle 15, über die eine
Schraubbefestigung an den Befestigungsschienen 7,8 des Baugruppenträgers 3 möglich
ist. Ein Rasthaken 12 ist ebenfalls im Abdeckteil 40 ausgebildeten so daß die Leiterplatte
5 auch hier gehalten wird. Bei normal breiter LeiterDlatte 6 wird dieser Rasthaken
1? durch einen in der Gehäusewand 13a ausgebildeten Hifshaken 49 ersetzt, der bei
verlängerter Leiterplatte 6 herausgebrochen wird.