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Die
vorliegende Erfindung bezieht sich auf einen elektrischen Pol für einen
Niederspannungsunterbrecherschalter, welcher verbesserte Merkmale hat.
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Genauer
bezieht sich die vorliegende Erfindung auf einen elektrischen Pol
für einen
automatischen Niederspannungsunterbrecherschalter, der verbesserte
Zuverlässigkeit
und Einfachheit der Verwendung hat.
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Das
Dokument
US 5,218,331 offenbart
eine Vorrichtung gemäß dem Oberbegriff
des Anspruchs 1.
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Es
ist bekannt, dass ein automatischer Niederspannungsunterbrecherschalter
ein Unterbrecherschalter ist, der in industriellen elektrischen
Systemen verwendet wird, welche durch Betriebsspannungen unter 1000
V und durch elektrische Ströme gekennzeichnet
ist, deren nominelle Werte von Bruchteilen eines Amperes bis einigen
tausend Ampere schwanken kann, was zu relativ hohen Leistungsniveaus
führt.
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Es
ist bekannt, dass ein automatischer Unterbrecherschalter einen oder
mehrere elektrische Pole umfasst, mit einem jeden welchen davon
ein phasenelektrischer Leiter oder ein elektrischer Neutralleiter
zugeordnet ist.
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Abhängig von
der Anzahl der elektrischen Pole, die verwendet werden, wird ein
automatischer Unterbrecherschalter einpolig, zweipolig, dreipolig, vierpolig
usw. bezeichnet.
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Gewöhnlich umfasst
ein elektrischer Pol zwei elektrische Kontakte, welche gegenseitig
gekoppelt/entkoppelt werden können.
Die elektrischen Kontakte sind elektrisch mit dem dem elektrischen Pol
zugeordneten Phasen- oder Neutralleiter verbunden.
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Im
allgemeinen umfasst jeder elektrische Pol des Unterbrecherschalters
einen Stromsensor, der dem Phasen- oder Neutralleiter zugeordnet
ist. Der Stromsensor umfasst normalerweise einen Strommesstransformator,
dessen Primärwicklung
durch den Phasen- oder Neutralleiter gebildet ist, und dessen sekundäre Wicklung
vermittels elektrischer Ausgangsanschlüsse mit der Schutzeinheit des
Unterbrecherschalters elektrisch verbunden ist, auch als Überstromrelais
bekannt. Dementsprechend erzeugt der Strommesstransformator an dem
Ausgang der sekundären
Wicklung Messsignale, die anzeigend für den Wert der Stärke des
Stromes in dem Phasen- oder Neutralleiter sind. Die Messsignale
werden im Eingang an die Schutzeinheit gesendet, welche im Ausgang
Steuersignale für
eine Betätigungsvorrichtung
bereitstellt. Auf diese Weise ist es für jede elektrische Phase möglich, die
Absorptionszustände
in der Last dauernd zu messen, jegliche Betriebsanomalien zu erkennen
und, falls notwendig im Falle von Versagen, Überstrom, Kurzschluss, den
Unterbrecherschalter automatisch zu öffnen.
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Es
ist bekannt, dass die elektrische Verbindung des Stromsensors zu
der Schutzeinheit auf verschiedene Weise stattfinden kann.
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Gemäß einem
ersten herkömmlichen
Ansatz ist der Strommesstransformator mit einer elektronischen Schnittstellenkarte
verbunden, welche wiederum elektrisch mit dem Eingangsabschnitt
der Schutzeinheit verbunden ist. In der Praxis ist der Strommesstransformator
auf der elektronischen Schnittstellenkarte befestigt und die elektrischen
Ausgangsanschlüsse
des Transformators, welche mit der sekundären Wicklung davon verbunden
sind, sind an Leiter gelötet,
die auf der elektronischen Schnittstellenkarte gebildet sind. Diese
Leiter sind, vermittels gelöteter Kontaktstellen
oder geeigneter Verbinder, mit den elektrischen Anschlüssen des
Eingangsabschnitts der Schutzeinheit elektrisch verbunden.
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Ein
alternativer herkömmlicher
Ansatz bringt es stattdessen mit sich, geeignete elektrische Kabel an
die elektrischen Ausgangsanschlüsse
des Transformators zu löten
und (durch Löten
oder vermittels geeigneter Verbinder) die elektrischen Kabel direkt mit
den elektrischen Anschlüssen
des Eingangsabschnitts der Schutzeinheit zu verbinden.
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Elektrische
Pole für
Niederspannungsunterbrecherschalter des bekannten Typs haben Nachteile.
Diese Nachteile rühren
von dem Umstand her, dass die elektrische Verbindung zwischen dem Stromsensor
und der Schutzeinheit normalerweise eine relativ hohe Anzahl an
gelöteten
Verbindungen und elektrischen Kontaktstellen darstellt. Während der
Betriebslebensdauer des Unterbrecherschalters können diese gelöteten Verbindungen
und Kontaktstellen Verschlechterung und Trennung unterworfen sein,
zum Beispiel auf Grund der beträchtlichen
Vibration, welcher der elektrische Pol normalerweise während Unterbrechungen
unterworfen ist. Die Betriebseffizienz des Unterbrecherschalters
hängt daher
von dem perfekten Zustand der Erhaltung der elektrischen Verbinder
und Kabel ab. Daher ist es recht oft notwendig, schwierige und teure
Wartungseingriffe auszuführen,
um adäquate
Zuverlässigkeit sicherzustellen.
Dies hat klar negative Rückwirkungen
auf die gesamten Herstellungs- und Betriebskosten des Niederspannungsunterbrecherschalters,
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Das
Ziel der vorliegenden Erfindung ist es, einen elektrischen Pol für einen
automatischen Niederspannungsunterbrecherschalter bereitzustellen,
welcher erlaubt, die beschriebenen Nachteile zu überwinden.
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Innerhalb
des Bereichs dieses Ziels ist es eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung,
einen elektrischen Pol bereitzustellen, in welchem die elektrische
Verbindung zwischen dem Stromsensor, der dem Pol zugeordnet ist,
und der Schutzein heit des Unterbrecherschalters auf eine einfache
und zuverlässige
Weise bereitgestellt ist, wobei komplizierte Verbindungs- und Lötoperationen
vermieden werden. Eine andere Aufgabe der vorliegenden Erfindung
ist es, einen elektrischen Pol bereitzustellen, welcher eine reduzierte
Anazahl an Teilen hat, vereinfachte Verkabelung und relativ einfach
zum Zusammenbauen und Installieren ist.
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Eine
andere Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, einen elektrischen
Pol bereitzustellen, der einfach und zu geringen Kosten herzustellen
ist.
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Dieses
Ziel und diese und andere Aufgaben, welche hiernach ersichtlicher
werden, werden durch einen elektrischen Pol für einen automatischen Niederspannungsunterbrechungsschalter
erzielt, welcher einen festen Kontakt und einen beweglichen Kontakt
umfasst, welche mit Bezug aufeinander gekoppelt/entkoppelt werden
können.
Der feste Kontakt ist elektrisch mit einem Phasenleiter verbunden,
der geeignete ist, Leistung an eine Last zu liefern. Der elektrische
Pol gemäß der vorliegenden
Erfindung umfasst ferner eine Sensoreinheit, welche einen ersten
Abschnitt umfasst, der geeignet ist, einen Stromsensor zu beherbergen,
der dem Phasenleiter zugeordnet ist. Der Stromsensor ist eingerichtet,
Sensorsignale zu erzeugen, die anzeigend für die Intensität des elektrischen
Stromes sind, welcher durch den Phasenleiter fließt. Die
Sensoreinheit ist mit der Schutzeinheit des Unterbrecherschalters
verbunden, die geeignet ist, die Sensorsignale zu empfangen und
Steuersignale für
Betätigungsmittel
zu erzeugen, die operativ mit dem beweglichen Kontakt verbunden sind.
Die Schutzeinheit umfasst wenigstens einen Eingangsabschnitt, der
mit einem oder mehreren elektrischen Eingangsanschlüssen versehen
ist. Der elektrische Pol gemäß der vorliegenden
Erfindung ist dadurch gekennzeichnet, dass die Sensoreinheit einen
zweiten Abschnitt umfasst, welcher fest mit dem ersten Abschnitt
verbunden ist, und mit einem oder mehreren elektrischen Ausgangsanschlüssen versehen
ist, die elektrisch mit dem Stromsensor verbunden sind. Der zweite
Abschnitt umfasst Verbindungsmittel, die geeignet sind, den zweiten
Abschnitt mechanisch an den Eingangsabschnitt der Schutzeinheit
zu koppeln, um eine direkte elektrische Verbindung zwischen den
elektrischen Aus gangsanschlüssen
des zweiten Abschnittes und den elektrischen Eingangsabschlüssen des
Eingangsabschnittes der Schutzeinheit bereitzustellen.
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Weitere
Eigenschaften und Vorteile werden ersichtlicher werden, aus der
Beschreibung einer bevorzugten, aber nicht ausschließlichen
Ausführungsform
des elektrischen Poles gemäß der vorliegenden Erfindung,
gezeigt allein als ein nicht beschränkendes Beispiel in den beigefügten Zeichnungen,
worin:
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1 eine
Ansicht ist, welche schematisch die Struktur eines elektrischen
Pols gemäß der vorliegenden
Erfindung darstellt;
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2 eine
schematische Ansicht einer Ausführungsform
einer Sensoreinheit ist, die in dem elektrischen Pol gemäß der vorliegenden
Erfindung verwendet wird;
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3 eine
schematische Ansicht einer bevorzugten Ausführungsform einer Sensoreinheit
ist, die in dem elektrischen Pol gemäß der vorliegenden Erfindung
verwendet wird;
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4 eine
schematische Ansicht einer weiteren Ausführungsform einer Sensoreinheit
ist, die im elektrischen Pol gemäß der vorliegenden
Erfindung verwendet wird; und
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5 eine
Teilansicht eines Beispiels der Verwendung des elektrischen Pols
gemäß der vorliegenden
Erfindung in einem dreipoligen Unterbrecherschalter ist.
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Mit
Bezug auf die Figuren umfasst der elektrische Pol gemäß der vorliegenden
Erfindung, im allgemeinen durch das Bezugszeichen 1 bezeichnet, einen
festen Kontakt 2 und einen beweglichen Kontakt 3,
welche gegenseitig gekoppelt/entkoppelt werden können. Der feste Kontakt 2 ist
elektrisch mit einem Phasenleiter 4 verbunden, welcher
geeignet ist, eine Last (nicht gezeigt) zu versorgen. Der elektrische
Pol 1 umfasst ferner eine Sensoreinheit 5. Die Sensoreinheit 5 umfasst
einen ersten Abschnitt 6, der geeignet ist, einen Stromsensor 7 zu
beherbergen, der dem Phasenleiter 4 zugeordnet ist. Der
Stromsensor 7 erzeugt Sensorsignale 8, die anzeigend
für die
Intensität
des elektrischen Stromes (Pfeil 9 von 1)
ist, der durch den Phasenleiter 4 fließt). Der Unterbrecherschalter
umfasst auch eine Schutzeinheit 10, welche elektrisch mit
der Sensoreinheit 5 verbunden ist und geeignet ist, die
Sensorsignale 8 zu empfangen und Steuersignale 11 für Betätigungsmittel 12 zu
erzeugen, welche operativ mit dem beweglichen Kontakt 3 verbunden
sind (Pfeil 13 von 1). Die
Schutzeinheit 10 umfasst wenigstens einen Eingangsabschnitt 14,
der mit einem oder mehreren ersten Eingangseinschlüssen (nicht
gezeigt) versehen ist. Die Besonderheit des elektrischen Poles 1 gemäß der vorliegenden
Erfindung besteht in dem Umstand, dass die Sensoreinheit 5 einen
zweiten Abschnitt 20 umfasst, welcher monolitisch mit dem
ersten Abschnitt 6 verbunden ist und mit einem oder mehreren zweiten
elektrischen Anschlüssen 21 versehen
ist (3). Der zweite Abschnitt umfasst Verbindungsmittel 22,
welche geeignet sind, den Eingangsabschnitt 14 der Schutzeinheit 10,
in 3 nicht gezeigt, an den zweiten Abschnitt 20 der
Sensoreinheit 5 zu koppeln. Die mechanische Kopplung erfolgt
derart, dass eine direkte elektrische Verbindung zwischen den ersten
elektrischen Anschlüssen 21 des zweiten
Abschnittes 20 und den zweiten elektrischen Anschlüssen des
Eingangsabschnittes 14 (welche nicht gezeigt sind) bereitgestellt
ist. Auf diese Weise ist die elektrische Verbindung zwischen dem
Stromsensor 7 und der Sensoreinheit 5 einfach
und direkt bereitgestellt, wobei in der Praxis der Einsatz von Kontaktstellen,
gelöteten
Verbindungen, Verbindungskabeln oder Zwischenverbindern vermieden wird.
Dies führ
klart zu hoher Zuverlässigkeit,
zu einer beträchtlichen
Reduktion in der Anzahl an verwendeten Elementen und zu einer beträchtlichen
Vereinfachung der Verkabelung des elektrischen Poles.
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Gemäß einer
bevorzugten Ausführungsform, die
in 3 gezeigt ist, umfassen die Verbindungsmittel 22 ein
erstes Verbinderelement, das eine oder mehrere Führungswände 24 und eine Rückwand 25 umfasst,
von welcher die elektrischen Ausgangsanschlüsse 21 des ersten
Abschnittes 6 hervorstehen. Die Führungswände 24 und die Rückwand 25 bilden eine
erste Aufnahme, die geeignet ist, zumindest teilweise, und insbesondere
bei den elektrischen Eingangsanschlüssen, ein zweites Verbindungselement (nicht
gezeigt) des Eingangsabschnitts 14 zu beherbergen. Auf
diese Weise ist es möglich,
eine direkte elektrische Verbindung zwi schen den elektrischen Ausgangsanschlüssen 21 und
den zweiten elektrischen Anschlüssen
des Eingangsabschnittes 14 auf eine Steckverbinderweise
bereitzustellen. Zum Beispiel können
während
der Verbindungsoperation die elektrischen Eingangsabschlüsse 21 in
geeignete Anschlüsse
eingeführt
werden, welche auf dem Eingangsabschnitt 14 der Schutzeinheit 10 bereitgestellt werden
können
und dementsprechend in der Praxis die elektrischen Eingangseinschlüsse des
Eingangsabschnitts 14 bilden können.
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Gemäß einer
alternativen Ausführungsform (nicht
gezeigt) des elektrischen Poles 1 gemäß der vorliegenden Erfindung
umfassen die Verbindungsmittel 22 zusätzliche Verbindungselemente,
die geeignet sind, in Aufnahmen beherbergt zu werden, die in dem
Eingangsabschnitt 14 der Schutzeinheit 10 gebildet
sind. Auch auf diese Weise ist es möglich, einfach eine direkte
elektrische Verbindung zwischen den ersten elektrischen Anschlüssen 21 und
den zweiten elektrischen Anschlüssen
des Eingangsabschnitts 14 der Schutzeinheit 10 auf
eine Steckverbinderweise bereitzustellen. Wie oben beschrieben ist
der zweite Abschnitt 20 monolitisch mit dem ersten Abschnitt 6 der
Sensoreinheit 5 verbunden. Dies kann mit Hilfe von Schrauben
oder anderen mechanischen Verbindungselement erfolgen. Bevorzugt werden
jedoch der erste Abschnitt 6 und der zweite Abschnitt 20 monolitisch
aus einem einzigen Einhüllungskörper erhalten,
der aus isolierendem Plastikmaterial gemacht ist. Vorteilhafterweise
können,
wie in 2 gezeigt, der Stromsensor 7 und die
elektrischen Ausgangseinschlüsse 21 in
dem Plastikumhüllungskörper der
Stromsensoreinheit 5 eingebettet sein. Dies kann erreicht
werde, indem zum Beispiel ein „molding-in-place" bzw. insert-molding
Verfahren verwendet wird. Diese Lösung ist besonders vorteilhaft,
da sie es erlaubt, eine Sensoreinheit 5 bereitzustellen,
welche beträchtliche
Festigkeit hat, insbesondere an dem zweiten Abschnitt 20.
Dies erlaubt es, mit relativer Einfachheit eine feste bzw. strapazierfähige mechanische
Kopplung zwischen dem Eingangsabschnitt der Schutzeinheit 14 und
dem zweiten Abschnitt 20 zu erhalten und dementsprechend
eine direkte elektrische Verbindung zwischen den elektrischen Anschlüssen 21 und
den elektri schen Eingangsanschlüssen
des Eingangsabschnitts 14 zu erhalten, welche besonders
fest und stark ist.
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Der
Stromsensor 7 kann gemäß im Stand der
Technik bekannter Techniken bereitgestellt werden. Vorzugsweise
umfasst der Stromsensor 7 einen magnetischen Kern 30 und
eine Primärwicklung
(in 2 nicht gezeigt), welche elektrisch mit dem festen
Kontakt 2 verbunden ist. Der Stromsensor 7 ist vorteilhafterweise
auch mit einer Sekundärwicklung 31 versehen,
welche eine oder mehrere Wicklungen umfasst, die auf den magnetischen
Kern 30 gewickelt sind. Die sekundäre Wicklung 31 ist
elektrisch mit den elektrischen Anschlüssen 21 des zweiten
Abschnittes 20 verbunden. Bevorzugt, wie in 3 und 4 gezeigt,
umfasst die Primärwicklung
des Stromsensors 7 ein leitendes Element 40, welches elektrisch
mit dem Phasenleiter 4 und dem festen Kontakt 2 verbunden
ist. In der bevorzugten Ausführungsform
von 3 ist das leitende Element 40 im Wesentlichen
fest und geht durch den ersten Abschnitt 6 hindurch. Es
ist ferner so angeordnet, dass es durch den magnetischen Kern 30 des
Strommesstransformators umschlossen ist (Primärwicklung des Stromsensors
mit einer Windung). Das leitende Element 40 kann mit dem
festen Kontakt 2 und dem Phasenleiter 4 jeweils
vermittels der Verbindungen 41 und 42 verbunden
sein, und kann vorzugsweise eingeführt werden in/entfernt werden
von dem ersten Abschnitt 6 vermittels eines geeigneten
Durchgangslochs.
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Als
eine in 4 gezeigte Alternative umfasst
das leitende Element 40 einen ersten im Wesentlichen festen
Abschnitt 41, welcher von dem ersten Abschnitt 6 hervorsteht
und elektrisch mit dem Phasenleiter 4 (in 4 nicht
gezeigt) vermittels eines ersten Verbindungsanschlusses 42 verbunden ist.
Das leitende Element 40 schließt auch einen zweiten flexiblen
Abschnitt (nicht gezeigt) ein, welcher vorzugsweise durch den ersten
Abschnitt 6 umschlossen ist und eine oder mehrere Windungen
umfasst, die auf den magnetischen Kern 30 gewickelt sind
(Primärwicklung
des Stromsensors mit mehreren Windungen). Schließlich umfasst das leitende Element 40 einen
dritten Abschnitt 43, welcher im Wesentlichen steif ist.
Der dritte Abschnitt 43 steht von dem ersten Abschnitt 6 hervor
und kann elektrisch mit dem festen Kontakt 2 vermittels
eines zweiten Verbindungsanschlusses 44 verbunden werden. Auch
in diesem Fall kann zumindest ein Abschnitt des leitenden Elementes 40,
insbesondere der erwähnte
zweite flexible Abschnitt, einfach in den Umhüllungskörper der Sensoreinheit 5 vermittels
eines molding-in-place Verfahrens inkorporiert werden.
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Der
elektrische Pol 1 gemäß der vorliegenden
Erfindung kann einfach verwendet werden, um einpolige oder mehrpolige
Unterbrecherschalter bereitzustellen. 5 zeigt,
mit Bezug auf einen dreipoligen Unterbrecherschalter, die Verbindung
zwischen der Sensoreinheit 5 und der Schutzeinheit 10,
für die Menge
elektrischer Pole des Unterbrecherschalters. In diesem Falle umfasst
die Schutzeinheit 10 multiple zweite Verbindungselemente 141 auf
dem Eingangsabschnitt 14. Vorteilhafterweise kann der Eingangsabschnitt 14 auch
zusätzliche
Verbindungselemente beherbergen, die zur Verbindung mit ersten Verbindungselementen
voreingestellt sind, zur Verbindung mit ersten Verbindungselementen,
welche sich auf Sensoreinheiten beziehen, die auf jegliche Phasen angewandt
sind, welche nicht durch die Pole des Unterbrecherschalters unterbrochen
sind. Der Eingangsabschnitt 14 kann einfach mechanisch
(Pfeil 70) mit jedem zweiten Abschnitt 20 der
Sensoreinheit 5 gekoppelt werden, welche sich auf jeden
elektrischen Pol bezieht. Auf diese Weise erhält man eine mechanische und
elektrische Verbindung, welche besonders einfach und stark ist.
Die Stärke
der Baugruppe kann weiter erhöht
werden durch Bereitstellen eines einzigen Umhüllungskörpers, welcher die drei unterschiedlichen
Sensoreinheiten 5 inkorporiert.
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In
der Praxis wurde es befunden, dass der elektrische Pol gemäß der vorliegenden
Erfindung es erlaubt, die beabsichtigten Ziele und Aufgaben vollständig zu
erreichen.
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Die
Verwendung der Verbindungsmittel 22 erlaubt es, die Anzahl
an Kontaktstellen und elektrischen gelöteten Verbindungen zu reduzieren,
die benötigt
sind, um elektrisch die Sensoreinheit 5 mit der Schutzeinheit 10 zu
verbinden, mit beträchtlichen Vorteilen
im Begriff von Zuverlässigkeit
und Stärke. Weiterhin
ist es wegen der Verwendung der Verbindungsmittel 22 möglich, eine
drastische Reduzierung in der Anzahl an Komponenten zu erreichen,
was eine beträchtlich
Vereinfachung der Verkabelung und der Operationen zum Zusammenfügen und
Installieren der elektrischen Pole mit sich bringt. Dieser Umstand
zieht natürlich
eine Reduktion der Betriebskosten des Unterbrecherschalters, in
welchem der elektrische Pol gemäß der vorliegenden
Erfindung eingeführt
ist, mit sich.
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Zudem
hat sich in der Praxis herausgestellt, dass der elektrische Pol
gemäß der vorliegenden
Erfindung mit Verfahren hergestellt werden kann, welche relativ
einfach und zu geringen Kosten implementiert werden können.
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Der
so erdachte elektrische Pol für
Niederspannungsunterbrecherschalter ist für zahlreiche Veränderungen
und Variationen empfänglich,
welche alle innerhalb des Bereichs des erfinderischen Konzeptes
sind, wie in den Ansprüchen
definiert.