-
Gebiet der
Technik
-
Die
Erfindung bezieht sich auf eine Anordnung planarer elektrischer
Spulenmoduln, eine elektrische Spule mit solchen Moduln, einen Betätigungsmechanismus
mit einer solchen Spule sowie einen Schutzschalter mit einem solchen
Betätigungsmechanismus.
Der vorliegende Betätigungsmechanismus
wird bevorzugt in Schutzschaltern benutzt, und zwar insbesondere
für den
Schutz von Gleichstromanlagen wie Schienentransportnetzen einschliesslich der
Schienenfahrzeuge. Typischerweise wird der Schutzschalter zur Strombegrenzung
bei einem Kurzschluss irgendwo in der Anlage verwendet. Er hat aber
auch zahlreiche weitere industrielle Anwendungen.
-
Unter
einem Hybridschalter wird ein Schutzschalter verstanden, der das
aufeinanderfolgende Funktionieren eines sehr schnellen mechanischen Systems
und eines statischen Schutzschalters nutzt.
-
Technischer
Hintergrund
-
Drei
verschiedene Kategorien von Gleichstromschutzschaltern können unterschieden
werden: der elektromechanische Schutzschalter, der statische Schutzschalter
und der Hybridschutzschalter.
-
Der
erste Schutzschaltertyp, nämlich
der elektromechanische Schutzschalter, wird heute in den meisten
der Einspeisestationen und Schienenfahrzeuge in Schienentransportsystemen
verwendet.
-
Dieser
Typ hat aber einige Nachteile wie hohe Abnutzung, einen hohen Geräuschpegel,
eine verhältnismässig lange
Ansprechzeit, hohe Wartungskosten usw.
-
Der
statische Schutzschalter ist Gegenstand zahlreicher Tests, Untersuchungen
und Realisierungen im Labormassstab gewesen, aber der hohe Energieverlust
während
des normalen Betriebs macht ihn für eine gewerbliche Nutzung
ungeeignet.
-
Der
Hybridschalter als der letzte Schutzschaltertyp erhielt seinen Namen
wegen der Kombination eines elektromechanischen Systems mit Leistungselektronik.
Unter normalen Arbeitsbedingungen wird der Strom durch einen mechanischen
Verbindungskontakt mit sehr geringen Verlusten geleitet. Bei Aktivierung
wird der mechanische Verbindungskontakt getrennt, und der Strom
wird von einem parallel geschalteten statischen Unterbrecher übernommen.
Nach völliger
Trennung des mechanischen Verbindungskontakts unterbricht der statische
Teil den Stromkreis. Auf Grund der schnellen Arbeitsweise des mechanischen
Systems und der Stromumschaltung ist der zwischen den mechanischen
Kontakten entstehende Lichtbogen begrenzt.
-
Verschiedene
andere Ausführungsformen sind
möglich.
In einer bekannten Lösung
wird durch Entladung eines Kondensators Strom in der dem Kurzschlussstrom
entgegengesetzten Richtung injiziert. Dieser Typ ist Gegenstand
zahlreicher Tests und Realisierungen gewesen, aber seine Komplexität, sein
Preis und mangelnde Zuverlässigkeit
haben seinen kommerziellen Erfolg verhindert.
-
Ein
wesentliches Merkmal eines Schutzschalters, zum Beispiel eines Hybridschutzschalters, ist
die Geschwindigkeit des elektromechanischen Systems. Ein Aspekt
der vorliegenden Erfindung betrifft eine neuartige Anordnung einer
modularen planaren elektrischen Spule, die auf allgemein flachen Substraten
gefertigt und zu einem Stapel zusammengeklammert wird.
-
Aus
dem Dokument US-A-5 726 615 ist zum Beispiel bekannt, Moduln dieses
Typs aufeinanderzulegen, um eine elektrische Spule zu bilden.
-
Kurze Beschreibung der
Erfindung
-
Ein
Ziel der vorliegenden Erfindung besteht darin, eine verbesserte
Anordnung planarer elektrischer Spulenmoduln des planaren Typs zur
Verfügung
zu stellen, die bevorzugtermassen mit der Technologie gedruckter
Schaltungen auf einem allgemein flachen Substrat gefertigt werden.
-
Ein
weiteres Ziel der Erfindung besteht darin, eine extrem dünne und
kompakte elektrische Spule zur Verfügung zu stellen, die eine solche
Anordnung von Spulenmoduln nutzt und besonders vorteilhaft als Antriebsmittel
in einem sogenannten Thomson-Mechanismus ist, der einen Teil des
Schutzschalters bildet. Dieser Spulentyp hat auch weitere Anwendungen.
-
Ein
weiteres Ziel der vorliegenden Erfindung besteht darin, einen Schutzschalter
des Hybridtyps zur Verfügung
zu stellen, der extrem schnell und wirksam ist.
-
Eine
vorteilhafte Ausführungsform
des Schutzschalters ist durch eine neue Konstruktion des elektromechanischen
Betätigungsmechanismus
und eine besonders kompakte und symmetrische Auslegung des statischen
Teils des Unterbrechers gekennzeichnet.
-
Ein
wichtiger Vorteil des erfindungsgemässen Schutzschalters besteht
darin, dass die Energieverluste extrem niedrig sind. Der bei Betätigung auftretende
Geräuschpegel
ist ebenfalls sehr niedrig. Die neue Konstruktion des Betätigungsmechanismus für den mechanischen
Kontakt hat die Geschwindigkeit des Mechanismus erhöht und ihn
sehr kompakt gestaltet. Die Zuverlässigkeit und Lebensdauer des Unterbrechers
sind ausgezeichnet.
-
Die
obigen und weitere Ziele werden durch die Mittel der vorliegenden
Erfindung realisiert, die durch die beigefügten Ansprüche gekennzeichnet ist.
-
Kurze Beschreibung
der Figuren
-
Weitere
Ziele, Verwendungen und Vorteile dieser Erfindung werden aus einer
Lektüre
dieser Beschreibung erhellen, die unter Bezugnahme auf die beigefügten Zeichnungen
erfolgt, die einen Bestandteil der Beschreibung bilden und in denen:
-
1 schematisch
einen Hybridschutzschalter gemäss
vorliegender Erfindung zeigt,
-
2 schematisch
den elektromechanischen Teil des Schutzschalters zeigt,
-
3a und 3b verschiedene
Ansichten eines Spulenmoduls vom planaren Typ zeigen, der Bestandteil
einer Spule im Antriebsmechanismus des elektromechanischen Teils
des Schutzschalters ist,
-
3c ein
zwischen zwei aufeinanderfolgende Spulenmoduln gemäss 3a und 3b einzufügendes isolierendes
Element zeigt, wobei eine solche Anordnung aber keinen Teil der
vorliegenden Erfindung bildet,
-
4a bis 4d verschiedene
Ansichten zweier Spulenmoduln des planaren Typs zeigen, die Teile
einer Ausführungsform
der Spule im Antriebsmechanismus des elektromechanischen Teils des Schutzschalters
bilden,
-
5 die
elektrische und mechanische Anordnung der Komponenten des statischen
Teils des Schutzschalters zeigt,
-
6 eine
weitere elektrische und mechanische Anordnung der Komponenten des
statischen Teils des Schutzschalters zeigt,
-
7 eine
MOV – Widerstands-Kombination zeigt,
die durch Energieverteilung die Kosten der MOV wirksam verringert,
-
8 schematisch
den Verriegelungsmechanismus des elektromechanischen Teils des Schutzschalters
zeigt,
-
9a und 9b Seitenansichten
des Kontakts und des Antriebsmechanismus einer Ausführungsform
der Erfindung zeigen.
-
Eingehende
Beschreibung der Erfindung
-
1 zeigt
schematisch und in allgemeiner Form einen Schutzschalter gemäss vorliegender
Erfindung. Ein normalerweise geschlossener mechanischer Kontakt 1 im
Hauptstromkreis 3 leitet den Strom unter normalen Bedingungen.
Der Kontakt 1 umfasst ortsfeste Kontaktelemente 4 und
ein bewegliches Kontaktelement 5. Ein allgemein mit 2 bezeichneter
statischer Schutzschalter ist zum Kontakt 1 parallel geschaltet.
Der Strom könnte
in dem Augenblick, in dem der Schutzschalter aktiviert wird, in
jeder der beiden Richtungen durch den mechanischen Kontakt fliessen.
Der statische Teil ist daher symmetrisch aufgebaut, damit er zum
Beispiel im Falle eines Kurzschlusses im Hauptstromkreis 3 den
Strom übernehmen
und unterbrechen kann.
-
Der
statische Teil 2 des Schutzschalters umfasst eine Diodenbrücke D1–D4, durch
die der Unterbrecher für
beide Stromrichtungen im Hauptstromkreis 3 funktionsfähig wird.
Der aktive Teil des Unterbrechers umfasst zumindest einen Thyristor
vom IGCT-Typ (IGCT: Integrated Gate Commutated Thyristor, integrierter
gate-umgeschalteter Thyristor). In der beschriebenen Ausführungsform
werden zwei parallel geschaltete IGCT verwendet, T1 und T2, zwischen denen
der Strom aufgeteilt wird. Diese Konstruktion und ihre Komponenten
ermöglichen
die Unterbrechung von Strömen
der Grössenordnung
von 6 kA, ohne spezielle Vorkehrungen wie Hilfskreise für die Umschaltung,
eine statische und dynamische Abgleichung der Ströme, Anpassung
der Komponenten usw. zu verlangen. Dieser Wert des Stromes ist natürlich nicht
als eine Begrenzung in irgendeiner Richtung zu verstehen. Durch
geeignete Wahl der Komponenten können
Schutzschalter natürlich
auch für höhere wie
auch für
niedrigere Stromnennwerte nach den gleichen Prinzipien konstruiert
werden. Ein parallel zu den IGCT geschalteter MOV (Metalloxid-Varistor) 6 wird
verwendet, um die Spannung über
die Vorrichtungen zu begrenzen, wenn sich die IGCT öffnen, und
um die induktive Energie des Hauptstromkreises 3 zu zerstreuen.
Wechselweise kann der zu den IGCT parallel geschaltete MOV 6 mit
einem zusätzlichen
parallelen Arm kombiniert werden, der einen zweiten MOV 6' enthält, mit
dem ein Widerstand 25 in Reihe geschaltet ist, um die im
MOV 6 zerstreute Energie zu verringern. Diese Anordnung
wird in 7 gezeigt. Der MOV 6' muss einen
Testspannungswert nahe der Speisespannung besitzen.
-
In
Wirklichkeit wird der mechanische Kontakt 1 durch einen
sehr rasch wirkenden Mechanismus zum Beispiel vom Thomson-Typ gesteuert. 2 zeigt
einen solchen Mechanismus sowie den Kontakt 1. Der Mechanismus
nutzt die elektrodynamische Abstossung zwischen zwei elektrischen
Strömen,
die in umgekehrten Richtungen in einer Spule 7 und einer
Scheibe 8 fliessen, um die benötigte physische Bewegung zu
schaffen. Unter normalen Leitungsbedingungen wird der Kontakt 1 durch
magnetische Mittel 9 gewährleistet. Der Mechanismus
schliesst auch (nicht gezeigte) Dämpfungsmittel für die mechanische
Bewegung ein, die bevorzugt unterhalb der magnetischen Mittel 9 angeordnet
sind. Der Mechanismus wird hierunter weiter beschrieben.
-
Im
normalen Betrieb ist der Kontakt 1 geschlossen, und der
Strom im Hauptstromkreis 3 fliesst durch den Kontakt, ohne
eine übermässige Wärmewirkung
zu erzeugen.
-
Ein
Kurzschluss irgendwo im Hauptstromkreis 3 könnte den
Strom über
die Nennwerte hinaus beträchtlich
erhöhen,
was natürlich
Komponenten und Anlagen im Stromkreis schädigen könnte. Um die Auswirkungen eines
solchen Kurzschlusses zu minimieren, wäre es daher von Interesse,
den Strom so rasch wie möglich
völlig
zu unterbrechen.
-
(Nicht
gezeigte) Mittel zur Erkennung eines Stromanstiegs, wie er zum Beispiel
durch einen Kurzschluss verursacht werden könnte, sind im Stromkreis angeordnet.
Damit zusammenwirkende (nicht gezeigte) Steuerorgane senden ein
Signal an die Mittel zur Betätigung
des mechanischen Unterbrechers. Ein Signal wird ferner an die Gates
der Thyristoren T1, T2 geschickt, um diese zu aktivieren. Wenn das Kontaktelement 5 im
Augenblick der Unterbrechung symmetrisch öffnet, d.h. wenn das Element
zwei Funkenstrecken gleichzeitig bildet, nämlich je eine an jedem Endabschnitt
des Elements 5, dann erscheinen zwei Funken zwischen dem
beweglichen Kontaktelement 5 und den feststehenden Kontaktelementen 4. Die
mit diesen Funken verbundenen Spannungen, die in der Grössenordnung
von 2 × 20
V liegen könnten,
ermöglichen
es, dass der Strom verhältnismässig schnell
(grössenordnungsmässig innerhalb
von 50 Mikrosekunden) zum statischen Teil 2 des Unterbrechers
umgeschaltet wird. Die Luft in den beiden Strecken wird auf Grund
der Lichtbögen
ionisiert, was bedeutet, dass sich die dielektrischen Eigenschaften der
Strecken verschlechtern. Folglich wird es notwendig zu warten, bis
sich die Luft entionisiert und abgekühlt hat, ehe die IGCT abgeschaltet
werden, da sonst die Gefahr besteht, dass die hohe Spannung von
zum Beispiel 3 kV neue Lichtbögen
zwischen den Kontaktelementen erzeugt.
-
Als
eine Alternative könnte
dem Element 5 eine Bewegung erteilt werden, die seine asymmetrische Öffnung bewirkt,
so dass zu Beginn nur eine Funkenstrecke im Moment der Unterbrechung
geschaffen wird. Daher erscheint nur ein Funken an einem Endabschnitt
des Elements 5. In diesem Fall wird der Strom langsamer
umgeschaltet (zum Beispiel in etwa 100 Mikrosekunden). Der Vorteil
dieser Alternative besteht darin, dass die Luft an dem Endabschnitt
des Kontaktelements 5, wo während der Umschaltung kein
Funken gebildet wird, nicht ionisiert wird und dadurch die dielektrischen
Eigenschaften insgesamt viel besser sind, was bedeutet, dass die
Wartezeit bis zur Abschaltung der IGCT viel kürzer sein könnte. Die im Luftvolumen zwischen
den Kontaktelementen 4, 5 zerstreute Energie ist
viel geringer, weil der Strom rasch abnimmt. Die hohe Geschwindigkeit
der Trennung der Kontaktelemente begünstigt ferner den Luftaustausch
in diesem Volumen, was zu einer guten Kühlung beiträgt. Ausserdem ist die Verdampfung
von Metall von den Kontaktelementen im Vergleich zum Fall eines
elektromechanischen Unterbrechers vernachlässigbar.
-
Die
Geschwindigkeit der Umschaltung hängt hauptsächlich von der Geometrie der
Anschlüsse
der statischen Zelle und der Spannung über die leitenden Haltleiter
ab.
-
Die
Parallelschaltung der beiden IGCT, T1 und T2, erfordert eine vollkommene
Symmetrie der Geometrie der Stromschienen, was zu symmetrischen
Streuinduktivitäten
führt.
Die Dioden D1, D2, D3, D4 und die IGCT T1 und T2 müssen so
montiert sein, dass ein mechanischer Druck P1 bzw. P2 auf die Komponenten
ausgeübt
wird. Falls sich der für die
Dioden erforderliche Druck P1 von dem für die IGCT benötigten Druck
P2 unterscheidet, kann der mechanische Aufbau, wie er in 5 dargestellt
ist, mit zwei unterschiedlichen Komponentenstapeln erfolgen. Falls
der gleiche Druck P3 erforderlich ist, kann die Anordnung der 6 mit
einem einzigen Stapel verwendet werden. In beiden Figuren, 5 und 6,
sind die Strompfade (und damit auch die Streuinduktivitäten) für die beiden
parallel geschalteten IGCT genau die gleichen.
-
Wenn
der Strom völlig
zu den Halbleitern umgeschaltet worden ist, muss der Unterbrecher warten,
bis die Kontakte genügend
weit getrennt sind, ehe die statische Unterbrechung begonnen wird.
Es ist notwendig, dass der isolierende Abstand zwischen den mechanischen
Kontaktelementen genügend
gross ist, um zu gewährleisten,
dass keine erneute Lichtbogenbildung auftritt.
-
Die
Unterbrechung des Stromes in den IGCT ist beinahe augenblicklich.
Der Strom geht daher durch den MOV 6 und nimmt rasch ab.
Die Zeit zwischen der Erkennung eines Kurzschlusses und dem Beginn
der Abnahme des Stromes beträgt
etwa 350 Mikrosekunden, was etwa 15 bis 20 mal schneller als bei
elektromechanischen Unterbrechern ist. Die Leistungshalbleiter sind
typischerweise in der Lage, einen Strom von mehreren tausend Ampere
in weniger als 2 Mikrosekunden zu unterbrechen. Wenn man diese Tatsache
berücksichtigt,
ist es klar, dass die für die Öffnung des
beweglichen Kontakts erforderliche Zeit verringert werden muss,
um diese Eigenschaft auszunutzen.
-
Ein
System mit elektrodynamischem Antrieb wird wie oben beschrieben
verwendet, um die Öffnungszeit
des Kontakts 1 zu verringern. Der mechanische Teil des
Hybridschalters besteht aus drei deutlich unterschiedenen Einheiten,
dem beweglichen Kontakt 5, dem magnetischen Verriegelungsmechanismus 9 und
dem Stellglied 7, 8, 10. Das den elektrodynamischen
Antrieb liefernde Stellglied ist in dem beschriebenen Beispiel von
bereits bekannten Thomson-Typ.
-
Ein
solches Stellglied wird schematisch in 2 und 9 veranschaulicht. Der bewegliche Kontakt 5 ist
in der veranschaulichten Ausführungsform der
Erfindung mit einer Schwenkbewegung ausgestattet, um die beim Betrieb
bewegte Masse zu verringern.
-
Eine
Anordnung des bewegten Kontakts mit Schwenkbewegung wird in 9 gezeigt. Der bewegte Kontakt 5 ist
auf einen Arm 11 montiert, der um einen Stift 12 herum
schwenkt. Der Arm wird bevorzugtermassen durch Federorgane 13 federbelastet, wodurch der
Arm mit dem Endabschnitt der Welle 14 des Verriegelungsmechanismus 9 in
Berührung
gehalten wird.
-
Um
die an den Kontaktelementen 4, 5 erzeugte Wärme abzuleiten,
ist die Masse der ortsfesten Kontaktelemente 4 bewusst
gross gewählt
worden. Der magnetische Verriegelungsmechanismus 9, der
genauer in 8 veranschaulicht ist, ermöglicht die
Schliessung und Öffnung
des Schutzschalters und das Anlegen einer konstanten Kraft zwischen den
Kontaktelementen in der geschlossenen Position, um den elektrischen
Widerstand zu verringern. Der Verriegelungsmechanismus umfasst einen
Elektromagneten 15 mit einem beweglichen Eisenkern und
einem Dauermagneten 16. Der Verriegelungsmechanismus wird
geschlossen, indem ein Strom von einer zusätzlichen Gleichstromquelle
in die Spule 28 injiziert wird. Dadurch wird ein magnetischer Fluss
im Eisenkreis erzeugt. Der Fluss erzeugt eine Antriebskraft, die
den Eisenkern 17 zum Dauermagneten 16 hin bewegt.
Der Fluss magnetisiert ferner den Dauermagneten, wodurch eine permanente Kraft
ermöglicht
wird, die den Kern in der geschlossenen Position hält.
-
Der
bewegliche Kern 17 des magnetischen Verriegelungsmechanismus
ist so leicht wie möglich ausgelegt,
um die Gesamtmasse zu verringern. Eine Welle 18 überträgt die sich
ergebende Bewegung an den beweglichen Kontakt 5.
-
Das Öffnen des
elektrischen Kontakts 4, 5 kann auf zwei unterschiedliche
Weisen erreicht werden. In einem Notfall wie zum Beispiel einem
Kurzschluss kann der Kontakt durch das Stellglied, zum Beispiel
ein Stellglied vom Thomson-Typ, geöffnet werden, wie unten beschrieben.
In diesem Fall lösen die
durch das Stellglied erzeugten Kräfte den Verriegelungsmechanismus 9 trotz
der Tatsache, dass dieser Mechanismus noch magnetisiert ist. Der
Kontakt 4, 5 kann aber auch willkürlich durch
Entmagnetisierung des Verriegelungsmechanismus geöffnet werden.
-
Die
in 2, 9a und 9b gezeigten Federn 13 halten
nach einer Öffnung
durch das Stellglied den Kontakt in der offenen Position. Wie oben erwähnt, ist
der Verriegelungsmechanismus in diesem Falle nicht entmagnetisiert
worden, und unter Umständen
könnte zum
Beispiel ein mechanischer Stoss den Kontakt erneut schliessen. In
der geschlossenen Position ist die durch den Magneten erzeugte Kraft
viel stärker
als die Kraft der Feder.
-
Eine
(nicht gezeigte) Dämpfungsvorrichtung bremst
die bewegten Massen nach Öffnung
des Kontakts ab. In diesem besonderen Fall ist ein spezieller Kunststoffschaum,
der unter den Verriegelungsmechanismus gelegt wird, verwendet worden,
der ausgezeichnete Absorptionseigenschaften liefert, aber viele
andere Arten von Anordnungen zum Auffangen der Stösse könnten natürlich allein
oder kombiniert vorgesehen werden, zum Beispiel pneumatische oder
hydraulische Arten der Dämpfung.
-
Ein
Stellglied des Thomson-Typs umfasst eine Spule 7, in der
ein sehr starker Strom in Gestalt eines Impulses fliesst (in einer
Ausführungsform
der Erfindung ist ein Strom mit einem Spitzenwert in der Grössenordnung
von 15 kA verwendet worden). Dieser Strom könnte zum Beispiel durch eine
Batterie von Elektrolytkondensatoren erzeugt werden, die von einer
Dioden-Thyristor-Anordnung gesteuert wird. Eine Scheibe 8 aus
Kupfer oder dergleichen wird gerade unter der Spule angeordnet.
Durch Induktion wird in der Scheibe ein Gegenstrom induziert, wenn die
Spule erregt wird. Der Spitzenwert dieses induzierten Stromes könnte in
der gleichen Ausführungsform
einen Wert von 80 kA erreichen. Wegen dieser beiden Ströme wird
ein heftiger Abstassungseffekt zwischen der Spule 7 und
der beweglichen Scheibe 8 erzeugt, der die Scheibe sowie
das bewegliche Element 5 des mechanischen Kontakts 1 bewegt,
der durch den an der Scheibe 8 befestigten Schaft 10 betätigt wird.
-
In
einer besonders vorteilhaften Ausführungsform der Erfindung wird
ein besonderer Spulentyp verwendet. Diese Spule umfasst eine Anzahl
von übereinandergelegten
Spulenmoduln 19 vom planaren Typ, die zum Beispiel mit
der Technologie gedruckter Schaltungen hergestellt werden könnten. Diese
Moduln werden übereinander
gelegt, um die geeigneten Spuleneigenschaften zu liefern. Ein Vorteil
dieses Typs der Auslegung der Antriebsspule des Thomson-Mechanismus
besteht darin, dass die Spule 7 in einer Richtung senkrecht
zur Oberfläche
der Scheibe 8 extrem dünn
gemacht werden kann, was bedeutet, dass die beiden entgegengesetzten
Ströme
der Spule und der Scheibe nahe zusammenge bracht werden, was den
Abstossungseffekt zwischen der Spule 7 und der Scheibe 8 erheblich
verstärkt. Dadurch
wird natürlich
die Ansprechzeit des Mechanismus verringert.
-
Ein
Basismodul für
eine solche Spule ist in 3a und 3b gezeigt.
Mit bekannten Verfahren wird eine erste Auslegung von leitendem
Material 20, zum Beispiel Kupfer, auf einer Seite eines
Substrats 21 geschaffen. Auf der entgegengesetzten Seite
des gleichen Substrats wird eine zweite Auslegung 20' geschaffen. 3a zeigt
die eine Seite des Moduls, 3b zeigt
die andere Seite. Der Leiter auf jeder Seite des Substrats steht
mit dem Leiter auf der anderen Seite vermittels einer durch das
Substrat hindurchgehenden elektrischen Verbindung in Kommunikation.
Eine derartige elektrische Verbindung könnte zum Beispiel aus den metallisierten
Wandungen eines durchgehenden Lochs 22 bestehen. Wenn also zum
Beispiel das Loch 23 als der Eingang des Moduls betrachtet
wird, dann fliesst der Strom über
das leitende Material 20' zum
Loch 22, das ihn zur anderen Seite des Substrats leitet.
Der Strom folgt dann dem Leiter auf der anderen Seite zum Ausgang 24. Eine
Anzahl solcher Moduln könnte übereinandergelegt
und zusammengeklammert werden, um eine flache, sehr kompakte Spule
zu schaffen. In dieser Ausführungsform
müssen
aufeinanderfolgende Moduln durch ein isolierendes Element getrennt
werden, wie in 3c veranschaulicht. Die Löcher 23, 24 und 22 können alle über die
metallisierte Wandung des jeweiligen Lochs den Strom zwischen den
beiden Seiten des Substrats leiten.
-
Es
ist offensichtlich, dass bei Stapelung solcher Moduln und isolierender
Elemente die Moduln elektrisch parallel geschaltet sind. Eine geeignete Anzahl
von Moduln wird zusammengebracht, um die gewünschte Spuleneigenschaft zu
ergeben.
-
Der
Skin-Effekt, der bei hoher Frequenz und im Impulsmodus in Betracht
gezogen werden muss, führt
zu viel weniger Problemen als im Falle einer gewöhnlichen Spule, was bedeutet,
dass der Leiterquerschnitt der Spule wirksamer genutzt wird. In
einer besonderen Ausführungsform
wird der Kupfergesamtquerschnitt wegen der planaren Auslegung der Spule
in etwa zehn sehr dünne
Scheiben zerlegt. In einem solchen Falle wird der Strom durch den
gesamten Kupferquerschnitt geleitet.
-
4a bis 4d zeigen
verschiedene Ansichten von zwei Spulenmoduln des planaren Typs, die
einen Teil einer Ausführungsform
einer erfindungsgemässen
Spule bilden, die zum Beispiel im Antriebsmechanismus des elektromechanischen Teils
eines Schutzschalters verwendet werden kann. 4a und 4b bzw. 4c und 4d zeigen die
entgegengesetzten Seiten von zwei Spulenmoduln. Wenn 4a als
die Oberseite des ersten Modultyps definiert wird, dann ist 4b die
Unterseite des gleichen Moduls. 4d ist
dann die Oberseite, 4c die Unterseite des zweiten
Modultyps. Die Auslegung der Unterseite des ersten Modultyps, 4b,
und der Oberseite des zweiten Modultyps, 4d, sind
zueinander spiegelbildliche Versionen, wie ersichtlich. Das gleiche
gilt für
die Auslegung der Oberseite des ersten Modultyps, 4a,
und der Unterseite des zweiten Modultyps, 4c. Der
Vorteil dieser Anordnung liegt darin, dass keine Isolierung zwischen
den Spulenmoduln vorhanden zu sein braucht, wenn beim Zusammenbau
der Spule die Spulentypen alternierend gestapelt werden. Ein Kurzschluss
der Spulenwindungen ist nicht möglich. Daher
kann bei gegebenen elektrischen Eigenschaften die Spule durch diese
zweite Ausführungsform der
Erfindung noch dünner
gemacht werden.
-
In
einem Bereich um die Eingangs- und Ausgangsanschlüsse 26 und 27 eines
Spulenmoduls sind eine Anzahl kleinerer durchgehender Löcher 26' bzw. 27' angebracht
worden. Die metallisierten Wände
dieser Löcher
tragen zum leitenden Querschnitt zwischen den beiden Seiten des
Moduls bei.