DE69932986T2

DE69932986T2 - Elektronische Auslöseeinheit und Verfahren zur Montage

Info

Publication number: DE69932986T2
Application number: DE69932986T
Authority: DE
Inventors: Solomon R. Alpharetta Titus; Mario Lawrenceville Bilac
Original assignee: Siemens Energy and Automation Inc
Current assignee: Siemens Industry Inc
Priority date: 1998-09-28
Filing date: 1999-07-19
Publication date: 2007-05-10
Anticipated expiration: 2019-07-20
Also published as: EP0991095A3; US6191947B1; ES2273455T3; EP0991095A2; DE69932986D1; EP0991095B1

Description

Gebiet der Erfindung
Die vorliegende Erfindung betrifft allgemein einen Leistungsschalter und spezieller eine Konstruktion einer elektronischen Auslöseeinheit und ein Verfahren zur Montage.
Hintergrund der Erfindung
Es ist üblich, dass für Leistungsschalter Elemente verwendet werden, welche die Leistungsschalter unter verschiedenen Überstrombedingungen auslösen. Solche Elemente, die gewöhnlich als "Auslöseeinheiten" bezeichnet werden, reagieren normalerweise auf Überlastbedingungen von relativ langer Dauer, indem sie den Leistungsschalter auslösen, wenn ein festgelegter Strompegel eine bestimmte Zeit lang überschritten wird.
Wenn thermische und magnetische Elemente verwendet werden, um den Leistungsschalter auszulösen, reagiert ein Bimetallelement auf Überlastbedingungen von relativ langer Dauer. In einer typischen thermischen Auslöseeinheit wird wenigstens ein Teil des Stromes, der durch den Leistungsschalter fließt, durch das Bimetallelement geleitet. Der ohmsche Widerstand des Bimetallelementes bewirkt, dass dieses Wärme erzeugt. wenn das Bimetallelement wärmer wird, biegt es sich, und wenn es eine vorgegebene Temperatur erreicht, gelangt es mit einem Auslösemechanismus zum Eingriff, der einen Riegel löst, welcher den Kontakt des Leistungsschalters geschlossen hält. Wenn der Riegel gelöst ist, öffnen die Kontakte des Leistungsschalters.
Ein typisches magnetisches Auslöseelement enthält einen Anker, welcher von einem Magnetfeld angezogen wird, das von einem durch den Leistungsschalter fließenden Überstrom von relativ hoher Stärke erzeugt wird. Dieses Magnetfeld wird von einem magnetisch durchlässigen Joch konzentriert, welches den Leiter umgibt, durch den der Strom fließt. Wenn der Anker zu dem Joch angezogen wird, gelangt er auch mit dem Auslösemechanismus zum Eingriff und bewirkt dabei, dass der Leistungsschalter öffnet.
Es ist wünschenswert, in der Lage zu sein, die Strompegel und Stromflussdauern, welche das Auslösen eines Leistungsschalters bewirken, über den Rahmen der Leistungsfähigkeit herkömmlicher thermischer und magnetischer Auslöseeinheiten hinaus zu konfigurieren und einzustellen. Es ist außerdem wünschenswert, den Leistungsschalter für eine bestimmte Anwendung anzupassen. Die Verwendung elektronischer Auslöseeinheiten gewährleistet eine genauere Einstellung der Strompegel. In solchen elektronischen Auslöseeinheiten wird eine Schaltungsanordnung mit Schaltern verwendet, um eine solche Einstellung und Konfiguration durch den Benutzer der Einheit zu ermöglichen.
Eine solche elektronische Auslöseeinheit ist z.B. aus dem Dokument US-A-4281359 bekannt.
Obwohl elektronische Auslöseeinheiten sich als nützlich erwiesen haben, hat es sich herausgestellt, dass das Auswechseln oder der erstmalige Einbau solcher elektronischer Auslöseeinheiten am Einsatzort eine Zerlegung des Leistungsschalters erfordert. Ein erstmaliger Einbau kann erforderlich sein, wenn der Benutzer des Leistungsschalters von einer Auslöseeinheit zu einer anderen aufrüsten möchte. Ein Auswechseln kann notwendig werden, wenn ein Bauteil der elektronischen Auslöseeinheit ausfällt. Es hat sich außerdem herausgestellt, dass unterschiedliche Typen von elektronischen Auslöseeinheiten nicht ohne weiteres untereinander ausgetauscht werden können, etwa wenn eine Aufrüstung gewünscht wird oder die Anwendung dies erfordert.
Dementsprechend ist es eine Aufgabe dieser Erfindung, die Nachteile herkömmlicher elektronischer Auslöseeinheiten zu überwinden.
Zusammenfassung der Erfindung
Gemäß der Erfindung umfasst eine elektronische Auslöseeinheit die Merkmale, die in dem beigefügten Anspruch 1 dargelegt sind.
Gemäß einem bevorzugten Aspekt der elektronischen Auslöseeinheit weist das Gehäuse des Elektronikmoduls zusammenpassende Gehäusebauteile und eine Frontplatte auf, welche zusammen wenigstens teilweise den Innenraum des Moduls definieren. Bei einer beispielhaften Ausführungsform weist das Gehäuse eine Innenfläche auf, welche eine Führung zum Positionieren der Leiterplattenbaugruppe definiert. Falls die Leiterplattenbaugruppe mehrere Leiterplatten enthält, kann die Innenfläche des Gehäuses mehrere Führungen zum Positionieren der Leiterplatten und zum Aufrechterhalten eines vorgegebenen Abstands zwischen einander gegenüberliegenden Flächen der Leiterplatten aufweisen.
Die Frontplatte der elektronischen Auslöseeinheit kann eine Öffnung definieren. Eine solche Öffnung kann einen Zugang zur Betrachtung eines Displays wie etwa einer Flüssigkristallanzeige ermöglichen, welches an der Leiterplattenbaugruppe befestigt sein kann. Die Öffnung kann auch den Zugang zu einem Verbinder ermöglichen, der an der Leiterplattenbaugruppe befestigt ist. Eine solche Öffnung kann auch den Zugang zu einem Schalter ermöglichen, welcher an der Leiterplattenbaugruppe befestigt ist.
Eine Halteklammer kann als Teil der elektronischen Auslöseeinheit ausgeführt sein, und sie kann sich zwischen einer Außenfläche des Gehäuses und einer Innenfläche der Vertiefung des Rahmenmoduls erstrecken. Die Halteklammer kann die Eingriffsfläche definieren, welche einen lösbaren Eingriff zwischen dem Gehäuse und dem Rahmenmodul ermöglicht. Die Halteklammer kann auch am Gehäuse der elektronischen Auslöseeinheit befestigt sein.
Kurze Beschreibung der Zeichnungen
1 ist eine perspektivische Ansicht einer Ausführungsform eines Leistungsschalters, die Aspekte dieser Erfindung verkörpert.
2 ist eine auseinander gezogene perspektivische Ansicht des Leistungsschalters, der in 1 dargestellt ist.
3 ist eine auseinander gezogene perspektivische Ansicht einer Ausführungsform eines Elektronikmoduls gemäß dieser Erfindung.
4 ist eine auseinander gezogene perspektivische Ansicht einer anderen Ausführungsform eines Elektronikmoduls gemäß dieser Erfindung.
5 ist eine auseinander gezogene perspektivische Ansicht einer Ausführungsform einer elektronischen Auslöseeinheit, welche das in 4 dargestellte Elektronikmodul enthält.
Ausführliche Beschreibung der Erfindung
Es ist klar, dass die folgende Beschreibung dazu bestimmt ist, verschiedene Ausführungsformen der Erfindung zu beschreiben, welche zur Veranschaulichung in den Zeichnungen gewählt wurden. Mit den beschriebenen Ausführungsformen ist nicht beabsichtigt, die Grundidee oder den Schutzbereich der Erfindung einzuschränken, welcher separat in den beigefügten Ansprüchen definiert ist. Die verschiedenen Zeichnungen sind nicht als in einem bestimmten Maßstab oder mit bestimmten Proportionen ausgeführt anzusehen.
Es wird auf 1 Bezug genommen; ein Leistungsschalter ist allgemein mit der Bezugsnummer "10" bezeichnet. Er weist eine Abdeckung 12, eine Auslöseeinheit 14 und eine Schaltereinheit oder einen Leistungsschalterrahmen 16 auf. Es ist ein Kipphebel 18 vorgesehen, um Kontaktarme in dem Leistungsschalter 10 manuell zu öffnen und zu schließen. Der in 1 dargestellte Leistungsschalter 10 ist ein mehrteiliger Kompakt-Leistungsschalter. Obwohl diese Erfindung nicht darauf beschränkt ist, kann der Leistungsschalter 10 ein Gerät von 160 A, 250 A, 400 A, 630 A, 800 A, 1250 A oder 1600 A sein, das mit einer Unterbrechungsleistung von 100 kA bemessen ist.
Der beispielhafte Leistungsschalter ist ein dreiphasiger Leistungsschalter, der drei Kontaktsätze zum Unterbrechen des Stroms in jeweils einer von drei entsprechenden Phasen aufweist. Bei der beispielhaften Ausführungsform der Erfindung weist jede Phase separate Unterbrecherkontakte und einen separaten Auslösemechanismus auf. Der mittlere Pol des Leistungsschalters enthält einen Betätigungsmechanismus, welcher die Umschaltung aller drei Pole des Leistungsschalters steuert. Obwohl die vorliegende Erfindung in Verbindung mit einem dreiphasigen Leistungsschalter beschrieben wird, kann sie auch bei einem einphasigen Leistungsschalter oder anderen mehrphasigen Leistungsschaltern angewendet werden.
Es wird nun auf 2 Bezug genommen; der Leistungsschalter 10 enthält einen Leistungsschalterrahmen 16, welcher auch als eine Schaltereinheit oder ein Unter-Leistungsschalter bezeichnet werden kann. Die schematische Darstellung einer allgemeinen Auslöseeinheit gibt die relative Position der Auslöseeinheit bezüglich des Leistungsschalterrahmens 16 an. Die Auslöseeinheit kann durch einen oder mehrere Verriegelungsmechanismen, welche in der Technik bekannt sind, auf eine lösbare Weise mit dem Leistungsschalterrahmen 16 zum Eingriff gebracht werden. Dies ermöglicht das Auswechseln von Auslöseeinheiten am Einsatzort, das entweder aufgrund eines Ausfalls der vorhergehenden Auslöseeinheit oder aufgrund eines Wunsches, zu einem neueren oder ausgereifteren Typ von Auslöseeinheit umzurüsten, erfolgt. Zum Beispiel zeigt 2 eine thermomagnetische Auslöseeinheit 14, welche an dem Leistungsschalterrahmen 16 befestigt werden kann. Falls gewünscht, kann die thermomagnetische Auslöseeinheit 14 von dem Leistungsschalterrahmen 16 gelöst oder aus ihm ausgebaut werden, sodass eine neue oder verbesserte Auslöseeinheit an ihrer Stelle eingebaut werden kann.
Die Bezugsnummer "114" bezeichnet allgemein eine elektronische Auslöseeinheit, die Aspekte dieser Erfindung verkörpert. Sie kann eine Montagekonstruktion aufweisen, die der der thermomagnetischen Auslöseeinheit 14 ähnlich ist, sodass sie auf lösbare Weise an dem Leistungsschalterrahmen 16 befestigt werden kann. Dieses Merkmal ermöglicht den Ausbau der thermomagnetischen Auslöseeinheit 14 aus dem Leistungsschalterrahmen 16, sodass die elektronische Auslöseeinheit 114 an ihrer Stelle eingebaut werden kann.
Die elektronische Auslöseeinheit 114 weist zwei Hauptbestandteile auf: ein Rahmenmodul 116 und ein Elektronikmodul 118. Wie in 2 dargestellt ist, passt das Elektronikmodul 118 in eine Vertiefung 117 des Rahmenmoduls 116, sodass die elektronische Auslöseeinheit 114 gebildet wird. Die elektronische Auslöseeinheit 114 wird danach am Leistungsschalterrahmen 16 befestigt, um den Leistungsschalter 10 zu bilden.
Das Elektronikmodul 118 befindet sich auf lösbare Weise im Eingriff mit der Vertiefung 117 in der Oberseite des Rahmenmoduls 116, sodass es ausgebaut und wieder eingebaut werden kann. Ein solcher Ausbau und Wiedereinbau erfordert vorzugsweise keinerlei Zerlegung des Leistungsschalters 10 oder Leistungsschalterrahmens 16 oder Rahmenmoduls 116 der elektronischen Auslöseeinheit 114. Stattdessen kann das Elektronikmodul 118 einfach in das Rahmenmodul 116 eingebaut werden, indem die erforderlichen elektrischen Verbindungen zwischen dem Elektronikmodul 118 und dem Rahmenmodul 116 hergestellt werden und indem das Elektronikmodul 118 einfach in die Vertiefung 117 des Rahmenmoduls eingesetzt wird. Ebenso kann das Elektronikmodul 118 leicht aus dem Rahmenmodul 116 ausgebaut werden, indem es aus der Vertiefung 117 hinausgeschoben wird und indem die elektrischen Verbindungen zwischen dem Elektronikmodul und dem Rahmenmodul unterbrochen werden. Das Elektronikmodul 118 ist daher für den Benutzer des Leistungsschalters 10 recht gut zugänglich, sodass das Modul, falls erforderlich, einfach ausgebaut und wieder eingebaut werden kann, ohne Demontage anderer Komponenten des Leistungsschalters 10.
Nachfolgend werden Einzelheiten des Elektronikmoduls 118 unter Bezugnahme auf 3 beschrieben, welche eine auseinander gezogene Darstellung des Elektronikmoduls 118 zeigt, um beispielhafte Aspekte dieser Erfindung deutlich zu machen. Das Elektronikmodul 118 weist eine obere Abdeckung 120 und eine untere Abdeckung 122 auf. Wie nachfolgend beschrieben wird, können die obere und die untere Abdeckung 120 und 122 identisch miteinander ausgeführt werden, um die Fertigungskosten und die Anzahl der für die Konstruktion des Elektronikmoduls 118 notwendigen Bauteile zu verringern. Anders ausgedrückt, die obere Abdeckung 120 kann einfach umgedreht werden, um die untere Abdeckung 122 zu erhalten. Alternativ kann die untere Abdeckung 122 auch ein anderes Bauteil sein, das Merkmale aufweist, die bei der oberen Abdeckung 12G nicht zu finden sind.
Die obere Abdeckung 120 weist eine obere Wand 124 auf, welche mit einer allgemein rechteckigen Öffnung 126 zum Positionieren neben einem Wärmesenkenabschnitt der Baugruppe versehen ist, wie an späterer Stelle beschrieben wird. Die obere Abdeckung 120 weist außerdem ein Paar von einander gegenüberliegenden Seitenwänden 128 an einander gegenüberliegenden Enden der oberen Wand 124 auf, sowie eine Rückwand 130 (in 3 nicht sichtbar), welche sich zwischen den Seitenwänden 128 entlang der Länge der oberen Wand 124 erstreckt. Ein Flanschabschnitt 132 erstreckt sich von der hinteren Fläche der Rückwand 130 aus nach außen und nach unten. Der Flanschabschnitt 132 kann sich quer über die gesamte Rückwand 130 von einer Seitenwand 128 zur anderen erstrecken. Alternativ kann ein Flansch 132 auch an den Enden der Rückwand 130 an Positionen vorgesehen sein, die sich in der Nähe der einander gegenüberliegenden Seitenwände 128, 128 befinden. Der Zweck des Flansches 132 besteht darin zu helfen, eine Halteklammer zu erfassen, welche weiter unten näher beschrieben wird.
Die untere Abdeckung 122 umfasst eine untere Wand 134, die einen Kanal 136 aufweist, welcher dazu vorgesehen ist, mit einer Frontplatte, welche an späterer Stelle beschrieben wird, zum Eingriff zu gelangen und diese zu fixieren. Die untere Abdeckung 122 weist außerdem ein Paar von einander gegenüberliegenden Seitenwänden 138, 138 sowie eine Rückwand 140 auf. Wie bereits erwähnt, kann die untere Abdeckung 122 gleich der oberen Abdeckung 120 sein. In diesem Falle würde zum Beispiel die Rückwand 140 der Rückwand 130 entsprechen.
Die Rückwand 140 der unteren Abdeckung 122 ist mit einer Vertiefung 142 versehen, um einen Verbinder aufzunehmen, welcher sich zwischen den elektronischen Bauteilen des Elektronikmoduls 118 und dem Transformator oder den Transformatoren erstrecken würde, der/die innerhalb der elektronischen Auslöseeinheit angebracht ist/sind. In den Seitenwänden 138 sind Kanäle 144 vorgesehen, um die Frontplatte des Elektronikmoduls 118 aufzunehmen, welche an späterer Stelle ausführlich beschrieben wird. Außerdem ist in den Seitenwänden 138 eine Reihe von Kanälen oder Kantenführungen 146, 148 und 150 ausgebildet. Der Kanal 146 kann als ein vorderer Kanal betrachtet werden, welcher dazu vorgesehen ist, mit der Kante einer Leiterplatte zum Eingriff zu gelangen. Der Kanal 148 kann als ein mittlerer Kanal betrachtet werden, um mit einer anderen Leiterplatte zum Eingriff zu gelangen, und der Kanal 150 kann als ein hinterer Kanal betrachtet werden, um mit noch einer weiteren Leiterplatte zum Eingriff zu gelangen. Die Kanäle 146, 148 und 150 positionieren Leiterplatten derart, dass sie sich mit dem Gehäuse des Elektronikmoduls im Eingriff befinden, und derart, dass der Abstand zwischen einander zugewandten Flächen der Leiterplatten fest bleibt.
Eine Leiterplattenbaugruppe 152 enthält eine vordere Leiterplatte 154, eine mittlere Leiterplatte 156 und eine hintere Leiterplatte 158. Die Leiterplatten 154, 156 und 158 sind stapelförmig hintereinander angeordnet. Die elektrische Verbindung zwischen den Leiterplatten wird je nach dem Ermessen des Herstellers durch Leiterplattenverbinder oder durch Flachbandverbinder sichergestellt. Eine Flüssigkristallanzeige (LCD) 160 ist an einer Frontfläche der vorderen Leiterplatte 154 angebracht.
Eine Wärmesenke 162 ist mit Hilfe von Befestigungselementen 163 an der Leiterplattenbaugruppe 152 befestigt. Der Zweck der Wärmesenke 162 ist es, die Wärme abzuleiten, die während des Betriebs des Elektronikmoduls 118 in der Leiterplattenbaugruppe 152 und um sie herum erzeugt wird. Die Öffnung 126 in der oberen Wand 124 der oberen Abdeckung 120 ist so angeordnet, dass sie der Wärmesenke 162 benachbart ist, sodass Wärme von dem Elektronikmodul 118 durch die Öffnung 126 hindurch nach außen abgeleitet werden kann.
Ein Paar von Halteklammern 164 kann als ein Teil des Elektronikmoduls 118 angebracht sein, um den lösbaren Eingriff des Elektronikmoduls 118 innerhalb des Rahmenmoduls 116 zu ermöglichen. Die Halteklammern 164 weisen einen Seitenschenkel 166 auf, der eine nach außen gerichtete Fläche hat, auf welcher eine Eingriffsfläche 168 ausgebildet ist. Bei dieser Ausführungsform hat die Eingriffsfläche 168 die Form eines Vorsprungs, der sich von dem Seitenschenkel 166 weg nach außen erstreckt. Ein entsprechendes Loch oder eine entsprechende Vertiefung oder eine andere dazu passende Struktur ist an den Seitenwänden der Vertiefung 117 vorgesehen, welche im Oberteil des Rahmenmoduls 116 ausgebildet ist, sodass die Eingriffsfläche 168 in die Vertiefung eingreift, um eine unbeabsichtigte Trennung des Elektronikmoduls 118 von dem Rahmenmodul 116 zu verhindern. Die Eingriffsfläche 168 ist außerdem so geformt, dass sie von einem Benutzer des Elektronikmoduls 118 gelöst werden kann, um das Elektronikmodul 118 aus dem Eingriff mit dem Rahmenmodul 116 zu lösen. Diese Lösung des Eingriffs versetzt den Benutzer in die Lage, das Elektronikmodul 118 zwecks Reparatur oder Austausch leicht aus dem Rahmenmodul 116 auszubauen.
Jede der Halteklammern 164 weist außerdem einen hinteren Schenkel 170 auf, welcher in einem Winkel von ungefähr 90° bezüglich des Seitenschenkels 166 ausgerichtet ist. Die hinteren Schenkel 170 werden zwischen den Flanschen 132 der oberen und der unteren Abdeckung 120 und 122 festgehalten. Wenn die obere Abdeckung 120 an der unteren Abdeckung 122 anliegt, werden die hinteren Schenkel 170 zwischen den jeweiligen Flanschen 132 festgehalten. Außerdem sind an den hinteren Schenkeln 170 Fixierkerben 172 vorgesehen. Diese Fixierkerben 172 werden von dem oberen und unteren Abdeckungsbauteil 120 und 122 erfasst.
Jede der Halteklammern 164 weist außerdem einen Flansch 174 auf, welcher sich von dem Seitenschenkel 166 aus nach vorn und nach außen erstreckt. Bei dieser beispielhaften Ausführungsform erstrecken sich die Flansche 174 in einem Winkel von ungefähr 45° nach außen. Die Flansche 174 stellen eine Fläche für die Handhabung durch den Benutzer (wie etwa mittels der Finger oder Fingernägel des Benutzers) zur Verfügung, um das Ausrasten der Eingriffsfläche 168 und den Ausbau des Elektronikmoduls 118 aus dem Rahmenmodul 116 zu ermöglichen.
Es ist eine Reihe von Druckschaltern 176a–176c zur Anbringung neben der vorderen Leiterplatte 154 vorgesehen. Bei dieser Ausführungsform sind drei Druckschalter vorgesehen, nämlich ein unterer Druckschalter 176a, ein mittlerer Druckschalter 176b und ein oberer Druckschalter 176c. Diese Druckschalter sind mit Schaltmechanismen verbunden, die an der vorderen Leiterplatte 154 angeordnet sind. Sie erstrecken sich außerdem durch Öffnungen in einer Frontplatte hindurch, wie noch beschrieben wird. Die Druckschalter 176a–176c können von einem Benutzer des Elektronikmoduls 118 verwendet werden, um die Einstellung des Elektronikmoduls zu justieren.
Außerdem ist eine Frontplatte 178 als ein Teil des Gehäuses des Elektronikmoduls 118 vorgesehen. Die Frontplatte 178 wirkt mit den klappschalenförmigen oberen und unteren Abdeckungsbauteilen 120 und 122 zusammen, um den Innenraum des Gehäuses zu definieren. Ein Rand der Frontplatte 178 rastet in die Kanäle 136 und 144 der unteren Wand 134 bzw. der Seitenwände 138 der unteren Abdeckung 122 ein. Solche Kanäle sind, obwohl sie in 3 nicht sichtbar sind, auch in der oberen Abdeckung 120 vorgesehen. Dementsprechend wird, wenn die obere Abdeckung 120 an der unteren Abdeckung 122 anliegt, die Frontplatte 178 zwischen ihnen festgehalten.
Die Frontplatte 178 weist eine Anzeigenöffnung 180 auf, welche so angeordnet ist, dass sie der Flüssigkristallanzeige 160 benachbart ist, sodass ein Benutzer, der die Frontplatte 178 betrachtet, in der Lage wäre, durch die Anzeigenöffnung 180 hindurch die Informationen zu sehen, die von der Flüssigkristallanzeige 160 angezeigt werden. Im rechten Teil der Frontplatte 178 ist eine Reihe von Druckschalteröffnungen 182a–182c vorgesehen, um die Druckschalter 176a–176c aufzunehmen. Eine untere Druckschalteröffnung 182a nimmt den unteren Druckschalter 176a auf, eine mittlere Druckschalteröffnung 182b nimmt den mittleren Druckschalter 176b auf und eine obere Druckschalteröffnung 182c nimmt den oberen Druckschalter 176c auf. Außerdem ist in der Frontplatte 178 eine Verbinderöffnung 184 vorgesehen, um einen Verbinder hindurchführen zu können, welcher an einer vorderen Fläche der vorderen Leiterplatte 154 angebracht sein kann. Außerdem ist eine Öffnung 186 für ein Bemessungsstrommodul in der Frontplatte 178 vorgesehen, und ebenso eine LED-Öffnung 188. Die Positionen und Anzahlen dieser Öffnungen in der Frontplatte 178 sind für die Erfindung nicht wichtig und können in Abhängigkeit vom Aufbau und Typ der Leiterplatten, die für die Verwendung im Elektronikmodul 118 gewählt werden, variieren.
Ein erhöhter Abschnitt 121 ist entlang einer Kantenfläche einer Seitenwand 138 der unteren Abdeckung 122 sowie entlang einer Kantenfläche eines Teils der Rückwand 140 vorgesehen. Wenn die obere Abdeckung 120 und die untere Abdeckung 122 gleich sind, würde eine Drehung der unteren Abdeckung 122, sodass sie die obere Abdeckung 120 bildet, den erhöhten Abschnitt 121 in eine Position über der gegenüberliegenden Seitenwand 138 der unteren Abdeckung 122 und entlang des anderen Teils der Rückwand 140 bringen. Der Zweck des erhöhten Abschnittes 121 ist es, eine Art eines Eingriffes zwischen der oberen Abdeckung 120 und der unteren Abdeckung 122 zu ermöglichen, sodass die Bauteile nicht unabsichtlich voneinander getrennt werden können. Es ist vorteilhaft, wenn das Elektronikmodul 118 eine einheitliche Baugruppe ist, welche leicht eingebaut und dann, nachdem das Modul eine gewisse Zeit benutzt wurde, einfach ausrangiert werden kann. Dementsprechend ermöglicht der erhöhte Abschnitt 121 eine Klebeverbindung zwischen oberer Abdeckung 120 und unterer Abdeckung 122 mittels eines Ultraschallschweißverfahrens. Dementsprechend wirkt, wenn die Abdeckungsbauteile in eine Position gebracht worden sind, in der sie aneinander angrenzen, der erhöhte Abschnitt 121 an jedem der Bauteile als ein Energieleiter, sodass der Abschnitt 121 während des Ultraschallschweißvorgangs zuerst schmilzt, vor anderen Teilen des Gehäuses des Elektronikmoduls, wodurch eine Schmelzverbindung zwischen oberer Abdeckung 120 und unterer Abdeckung 122 hergestellt wird. Eine solche Ultraschallschweißnaht gewährleistet eine Klebeverbindung zwischen den Abdeckungsbauteilen und klemmt die Frontplatte 178 ein. Sie umschließt auch die Leiterplattenbaugruppe 152, während sie die Halteklammern 164 umfasst. Das resultierende Elektronikmodul 118 ist eine einheitliche Baugruppe, welche leicht eingebaut oder ausgebaut werden kann.
Eine andere Ausführungsform eines Elektronikmoduls gemäß dieser Erfindung ist in 4 allgemein mit der Bezugsnummer "218" bezeichnet. Es weist ebenfalls eine obere Abdeckung 220 und eine untere Abdeckung 222 auf, welche wahlweise miteinander identisch sein können, wie bei der Ausführungsform von 3. Die obere Abdeckung 220 weist eine obere Wand 224 auf, und in einer unteren Wand 234 der unteren Abdeckung 222 ist eine Verbinderöffnung 226 für einen Verbinderanschluss vorgesehen. Die Öffnung 226 erscheint auch in der oberen Wand 224 der oberen Abdeckung 220, einfach weil durch Umdrehen der unteren Abdeckung 222 die obere Abdeckung 220 gebildet wird, wenn diese Abdeckungsbauteile identisch sind. Die obere Abdeckung 220 weist außerdem ein Paar Seitenwände 228 und eine Rückwand 230 (nicht dargestellt), welche sich zwischen den Seitenwänden erstreckt, auf.
Die untere Wand 234 der unteren Abdeckung 222 ist mit einem Kanal 236 zum Aufnehmen und Fixieren einer Frontplatte versehen, wie an späterer Stelle beschrieben wird. Die untere Abdeckung 222 weist außerdem einander gegenüberliegende Seitenwände 238 auf. Eine hintere Wand 240 erstreckt sich zwischen den Seitenwänden und definiert auch eine Aussparung 242, durch welche ein Verbinder hindurchgeführt werden kann, welcher für die elektrische Verbindung zwischen dem Elektronikmodul 218 und einem oder mehreren Transformatoren in dem Rahmenmodul verwendet wird. Kanäle 244 erstrecken sich auch entlang der Seitenwände 238, um die Frontplatte, die an späterer Stelle beschrieben wird, aufzunehmen und zu fixieren.
An den Seitenwänden 238 ist außerdem eine Reihe von Kanälen 246, 248 und 250 vorgesehen, um als Kantenführungen für die Leiterplatten der Elektronikbaugruppe zu dienen. Genauer ist ein vorderer Kanal 246 als eine Kantenführung für eine Leiterplatte vorgesehen und ist ein mittlerer Kanal 248 als ein alternativer Platz für dieselbe Leiterplatte vorgesehen, in Abhängigkeit von deren Typ. Wenn zum Beispiel eine Leiterplatte ohne eine Flüssigkristallanzeige verwendet wird, kann die Leiterplatte am vorderen Kanal 246 angebracht werden, da kein übermäßiger Zwischenraum zwischen der Leiterplatte und der Frontplatte erforderlich ist. Falls jedoch eine Leiterplatte mit einer Flüssigkristallanzeige verwendet wird und ein zusätzlicher Zwischenraum benötigt wird, kann diese Leiterplatte in dem mittleren Kanal 248 angebracht werden. Der hintere Kanal 250 ist als eine Kantenführung für eine separate Leiterplatte vorgesehen, wie an späterer Stelle beschrieben wird.
Bei dieser Ausführungsform ist eine vordere Leiterplatte 254 für die Anbringung in dem vorderen Kanal 246 vorgesehen, der in den Seitenwänden 238 der unteren Abdeckung 222 ausgebildet ist. Sie beinhaltet keine Flüssigkristallanzeige und erfordert daher nicht den zusätzlichen Zwischenraum, der durch den mittleren Kanal 248 zur Verfügung gestellt wird. Eine hintere Leiterplatte 258 ist für die Anbringung in dem hinteren Kanal 250 vorgesehen. Sie weist einen hinteren Verbinder 260 auf, der an ihrer gegenüberliegenden Seite befestigt ist (in 4 sind nur die Leitungen des hinteren Verbinders 260 sichtbar). Entlang der Ränder von Wandflächen der oberen und unteren Abdeckung 220 und 222 ist eine Anzahl von Montageansätzen 252 vorgesehen, um für eine Ausrichtung zwischen den Bauteilen beim Zusammenbau zu sorgen und damit sicherzustellen, dass die Leiterplatten ordnungsgemäß erfasst und umschlossen werden.
Ein Paar von Rastelementen 256 ist an der unteren Wand 234 der unteren Abdeckung 222 vorgesehen (und kann auch an der oberen Wand 224 der oberen Abdeckung 220 vorgesehen sein), um die hintere Leiterplatte 258, welche in den hinteren Kanal 250 eingerastet ist, zu stabilisieren. Solche Rastelemente 256 sorgen für Stabilität, sodass eine mechanische Verbindung durch Presspassung zwischen dem hinteren Verbinder 260 und einem äußeren Verbinder (nicht dargestellt) ohne eine unzulässige Verschiebung der hinteren Leiterplatte 258 hergestellt werden kann.
Außerdem ist eine Wärmesenke 262 als ein Teil des Elektronikmoduls 218 vorgesehen. Sie weist einen Hauptabschnitt 264 von der Form einer sich in Längsrichtung erstreckenden Platte aus einem Material wie etwa Aluminium auf. Der Hauptabschnitt 264 weist eine Öffnung 266 auf, durch welche sich ein Verbinder wie etwa ein hinterer Verbinder 260 zur Verbindung mit äußeren Bauteilen erstrecken kann. Die Wärmesenke 262 weist außerdem einen Montageabschnitt 268 auf, welcher mit dem Hauptabschnitt 264 mittels eines Bogens bei 270 verbunden ist. Der Montageabschnitt 268 weist einen hinteren Schenkel 272 auf, der mittels eines Bogens mit einem vorderen Schenkel 274 verbunden ist.
Ein Schraubenloch 276 erstreckt sich durch den hinteren Schenkel 272 und den vorderen Schenkel 274 hindurch. Das Schraubenloch 276 ermöglicht eine mechanische Befestigung zwischen der Wärmesenke 262 und der hinteren Leiterplatte 258. Insbesondere passt der gebogene Abschnitt, der sich zwischen dem hinteren Schenkel 272 und dem vorderen Schenkel 274 erstreckt, in die Vertiefung 272 in der Seitenkante der hinteren Leiterplatte 258. Eine Schraube wird durch das Schraubenloch 276 und ein Loch in der hinteren Leiterplatte 258 (nicht dargestellt) gesteckt, und es werden eine geeignete Mutter und eine Unterlegscheibe angebracht, um für eine mechanische Verbindung zwischen der Wärmesenke 262 und der hinteren Leiterplatte 258 zu sorgen. Die Wärmesenke 262 trägt dazu bei, die Wärme abzuleiten, welche von den innerhalb des Elektronikmoduls 218 untergebrachten Bauteilen erzeugt wird.
Das Elektronikmodul 218 weist außerdem eine Frontplatte 278 auf, die dazu bestimmt ist, in Kanäle 236 und 244 des oberen und des unteren Abdeckungsbauteils 220 bzw. 222 eingerastet zu werden. Die Frontplatte 278 ist mit einem Umfangsflansch 280 versehen. Es ist ein gewinkelter Abschnitt 281 vorgesehen, um einen falschen Einbau des Elektronikmoduls 218 zu verhindern, wie an späterer Stelle beschrieben wird. Die Frontplatte 278 weist außerdem ein Paar von Ösen 282 auf, welche für die Befestigung einer durchsichtigen Abschirmung vorgesehen sind. Die Frontplatte 278 ist außerdem mit einer Öffnung 283 (in 4 nur teilweise sichtbar) für eine LED versehen, welche an der vorderen Leiterplatte 254 befestigt ist. Weiterhin ist in der Frontplatte 278 eine Öffnung 284 für einen Konfigurations-/Test-Verbinder vorgesehen.
Es sind Schraubenlöcher 285 zur mechanischen Halterung einer durchsichtigen Abschirmung vorgesehen, und außerdem ist eine Öffnung 286 für den visuellen Zugang zu einer LED vorgesehen, welche an der vorderen Leiterplatte 254 angebracht sein kann. Weiterhin ist eine Reihe von drei Öffnungen 287 in der Frontplatte 278 vorgesehen, um den Zugang zu drei Drehschaltern zu ermöglichen, welche an der Leiterplatte 254 angebracht sind. Diese Schalter können von einem Benutzer verwendet werden, um die Einstellung des Elektronikmoduls 218 zu justieren. Auf der rechten Seite der Frontplatte 278 sind zwei Öffnungen 288 vorgesehen, sodass eine durchsichtige Abschirmung auf eine solche Weise befestigt werden kann, dass der Zugang zu den drei Drehschaltern verhindert wird und eine unbefugte Verstellung einer gewünschten Einstellung vermieden wird.
Es ist eine durchsichtige Abschirmung 289 vorgesehen, um Teile der Frontplatte 278 abzudecken und damit den Zugang zu den Drehschaltern einzuschränken, sodass keine unbefugte Verstellung vorgenommen werden kann. In der durchsichtigen Abschirmung 289 ist ein Paar von Montagebohrungen 290 für die mechanische Befestigung der durchsichtigen Abschirmung an der Frontplatte 278 vorgesehen, wobei die Schraubenlöcher 285 verwendet werden. An der rechten Seitenkante der durchsichtigen Abschirmung 289 ist ein Paar von Befestigungslaschen 291 zum Einrasten in Öffnungen 288 der Frontplatte 278 vorgesehen.
Es ist ein Paar von Öffnungen 292 zur Aufnahme der Ösen 282 vorgesehen, sodass sich die Ösen durch die durchsichtige Abschirmung hindurch erstrecken können. An der Stelle, welche die Öffnungen 292 umgibt, ist eine Vertiefung 293 vorgesehen, sodass ein Draht oder irgendein anderes geeignetes Bauteil durch die Ösen 282 gesteckt werden kann, um ein unbefugtes Entfernen der durchsichtigen Abschirmung 289 und den daraus resultierenden Zugang zu den Einstellschaltern, welche sich durch die Öffnungen 287 in der Frontplatte 278 erstrecken, zu verhindern. An der linken Seitenkante der durchsichtigen Abschirmung 289 ist eine Öffnung zum Aufstemmen 294 vorgesehen.
Beim Zusammenbau werden die Befestigungslaschen 291 der durchsichtigen Abschirmung 289 in die Öffnungen 288 in der Frontplatte 278 eingerastet, die Ösen 282 werden durch die Öffnungen 292 geschoben, und es wird ein Draht durch die Ösen 282 gesteckt, um die durchsichtige Abschirmung 289 in ihrer Position zu verriegeln. Außerdem werden Schrauben zum Anbringen der durchsichtigen Abschirmung 289 an der Frontplatte 278 verwendet, indem die Schrauben durch die Montagebohrungen 290 und 285 gesteckt werden. Die Öffnung zum Aufstemmen 294 kann verwendet werden, um nach dem Entfernen des Drahtes aus den Ösen 282 die durchsichtige Abschirmung 289 von der Frontplatte 278 weg zu stemmen.
Diese Ausführungsform des Elektronikmoduls 218 kann hergestellt werden, indem ein Ultraschallschweißverfahren zwischen den Abdeckungsbauteilen 220 und 222 durchgeführt wird. Ein solches Verfahren liefert eine einheitliche Baugruppe.
Eine andere Ausführungsform einer elektronischen Auslöseeinheit 300 gemäß Aspekten dieser Erfindung ist in der auseinander gezogenen Darstellung abgebildet, welche 5 zeigt. Die elektronische Auslöseeinheit 300 enthält ein Auslöseeinheits-Unterteil 302, das eine Reihe von schwalbenschwanzförmigen Laschen 304 aufweist, welche die mechanische Verbindung zwischen der elektronischen Auslöseeinheit 300 und dem Leistungsschalter-Unterteil herstellen. Es ist eine Gruppe von Schlitzen 306 vorgesehen, um den leitungsseitigen Bus der Auslöseeinheit aufzunehmen. Ein Paar von Innenwänden 308 unterteilt das Auslöseeinheits- Unterteil 302 in Fächer, welche eine Reihe von drei Stromtransformatoren 312 einschließen, von denen jeder einen Ringkern 314 aufweist, der zwischen einem lastseitigen Bus 316 und einem leitungsseitigen Bus 319 angeordnet ist.
Ein Elektronikmodul 318 ist neben den Stromtransformatoren 312 angebracht, sodass eine elektrische Verbindung mit diesen hergestellt werden kann. Das Elektronikmodul 318 kann dem Elektronikmodul 118 (3) oder dem Elektronikmodul 218 (4) ähnlich sein. Eine Auslöseeinheits-Abdeckung 320 weist eine Vorderwand 322 und eine in der Vorderwand 322 definierte Öffnung 324 für den Zugang zu dem Elektronikmodul 318 auf.
Es wird nochmals auf 4 Bezug genommen; die gewinkelten Abschnitte 281 am Umfangsflansch 280 der Frontplatte 278 können verwendet werden, um die korrekte Ausrichtung des Elektronikmoduls 218 oder 318 bezüglich der Auslöseeinheits-Abdeckung 320 sicherzustellen, sodass der richtige Zusammenbau dieser Bauteile gewährleistet werden kann. Der Öffnung 324 in der Auslöseeinheits-Abdeckung 320 kann eine Form gegeben werden, die dem Umfangsflansch 280 und den gewinkelten Abschnitten 281 entspricht, und der Umfangsflansch 280 kann sich vom hinteren Teil der Auslöseeinheits-Abdeckung 320 aus durch die Öffnung 324 in der Vorderwand 322 hindurch erstrecken.
Das Elektronikmodul 318 kann zwischen dem Auslöseeinheits-Unterteil 302 und der Auslöseeinheits-Abdeckung 320 eingeschlossen werden, wenn das Unterteil 302 und die Abdeckung 320 zusammengebaut werden. Das Entfernen der Auslöseeinheits-Abdeckung 320 durch einfaches Entfernen mechanischer Befestigungselemente (nicht dargestellt) ermöglicht dann den Zugang zu dem Gehäuse des Elektronikmoduls 318 zwecks Ausbau des Elektronikmoduls. Stattdessen kann das Elektronikmodul 318 auch mit einer Eingriffsfläche versehen sein, wie etwa derjenigen, die von den Halteklammern 164 des Elektronikmoduls 118 (3) zur Verfügung gestellt wird. Bei einer solchen Eingriffsfläche ist der Zugang zu dem Gehäuse des Elektronikmoduls 318 von einer Stelle auf der gegenüberliegenden Seite einer Außenseite der Auslöseeinheits-Abdeckung 320 aus möglich, sodass es ausgebaut und wieder eingebaut werden kann, ohne dass es notwendig ist, die Auslöseeinheits-Abdeckung 320 abzubauen und wieder anzubauen.
Die Ausführungsformen des Leistungsschalters und des Elektronikmoduls, die hier beschrieben wurden, können modifiziert werden, ohne den Schutzbereich der Erfindung zu verlassen. Die verschiedenen Bauteile der Elektronikmodule 118, 218 und 318 können aus vielfältigen Materialien hergestellt werden. Zum Beispiel können die Frontplattenbauteile aus einem Thermoplast hergestellt werden, und die Abdeckungsbauteile können aus einem duroplastischen Kunststoff hergestellt werden. Obwohl die Abdeckungsbauteile des Moduls vorzugsweise durch Ultraschallschweißen verbunden werden, wenn sie in der Klappschalen-Konfiguration ausgebildet sind, können sie auch mittels Kunststoffschweißen, mit Klebstoffen oder mittels mechanischer Befestigungselemente wie etwa Schrauben, Nieten, Schnappverschlüssen und äquivalenten Elementen verbunden werden. Die durchsichtige Abschirmung des Elektronikmoduls 218 (4) wird vorzugsweise aus durchsichtigem Polycarbonat hergestellt, obwohl andere Materialien ebenso gut denkbar sind. Obwohl die Wärmesenke vorzugsweise aus Aluminium besteht, können auch andere Materialien verwendet werden.
Die Halteklammern 164 des Elektronikmoduls 118 (3) werden vorzugsweise aus einem Federmaterial, wie etwa aus Federstahl oder nichtrostendem Stahl, geformt. Solche Halteklammern oder andere Mittel zur Halterung des Elektronikmoduls innerhalb des Rahmenmoduls können an den Elektronikmodulen 218, 318 befestigt werden. Alternativ kann auch eine Eingriffsfläche innerhalb (oder verbunden mit) der Vertiefung in dem Rahmenmodul für die Halterung des Elektronikmoduls vorgesehen sein.

Claims

Elektronische Auslöseeinheit (14), welche für die Verbindung mit einem Leistungsschalter (10) zur Unterbrechung eines Stromkreises geeignet ist, wobei die besagte elektronische Auslöseeinheit Folgendes umfasst: ein Rahmenmodul (116), das so geformt ist, dass es eine Vertiefung (117) definiert; ein Elektronikmodul (118), das ein Gehäuse (120, 122), um einen Innenraum zu definieren, eine Leiterplattenbaugruppe (152), die in dem besagten Innenraum angebracht ist, und eine Frontplatte (178), die den Zugang für die Einstellung des besagten Elektronikmoduls (118) gewährleistet, aufweist, wobei das besagte Gehäuse (120, 122) des besagten Elektronikmoduls so geformt ist, dass es wenigstens teilweise in die besagte Vertiefung (117) passt, die durch das besagte Rahmenmodul (116) definiert ist, und gekennzeichnet durch eine Eingriffsfläche (168) in der Form eines Vorsprunges, die geeignet ist, um das Elektronikmodul in dem Rahmenmodul (116) lösbar in Eingriff zu bringen, so dass ein Ausbau und Wiedereinbau des besagten Elektronikmoduls (118) bezüglich des besagten Rahmenmoduls (116) ermöglicht wird.
Elektronische Auslöseeinheit nach Anspruch 1, wobei das besagte Gehäuse des besagten Elektronikmoduls zusammenpassende Gehäusebauteile (120, 122) und eine Frontplatte (178) umfasst, welche zusammen den besagten Innenraum definieren.
Elektronische Auslöseeinheit nach Anspruch 1, wobei das besagte Gehäuse eine Innenfläche aufweist, welche eine Führung zum Positionieren der besagten Leiterplattenbaugruppe definiert.
Elektronische Auslöseeinheit nach Anspruch 3, wobei die besagte Leiterplattenbaugruppe eine Mehrzahl von Leiterplatten umfasst und wobei die besagte Innenfläche des besagten Gehäuses eine Mehrzahl von Führungen (146, 148, 150) zum Positionieren der besagten Leiterplatten und zum Aufrechterhalten eines vorgegebenen Abstands zwischen einander gegenüberliegenden Flächen der besagten Leiterplatten definiert.
Elektronische Auslöseeinheit nach Anspruch 2, wobei die besagte Frontplatte eine sich durch sie hindurch erstreckende Öffnung (180) für den Zugang zu dem besagten Innenraum definiert.
Elektronische Auslöseeinheit nach Anspruch 5, wobei die besagte Öffnung, die von der besagten Frontplatte definiert wird, einen Zugang zur Betrachtung einer Flüssigkristallanzeige (160) ermöglicht, welche an der besagten Leiterplattenbaugruppe befestigt ist.
Elektronische Auslöseeinheit nach Anspruch 5, wobei die besagte Öffnung, die von der besagten Frontplatte definiert wird, den Zugang zu einem Verbinder ermöglicht, der an der besagten Leiterplattenbaugruppe befestigt ist.
Elektronische Auslöseeinheit nach Anspruch 5, wobei die besagte Öffnung, die von der besagten Frontplatte definiert wird, den Zugang zu einem Schalter ermöglicht, der an der besagten Leiterplattenbaugruppe befestigt ist.
Elektronische Auslöseeinheit nach Anspruch 1, wobei das besagte Gehäuse des besagten Elektronikmoduls eine Öffnung (126) definiert, die so positioniert werden kann, dass sie einer Wärmesenke (162) benachbart ist, die an der besagten Leiterplattenbaugruppe befestigt ist.
Elektronische Auslöseeinheit nach Anspruch 1, welche ferner eine Halteklammer (164) umfasst, die sich zwischen einer Außenfläche des besagten Gehäuses des besagten Elektronikmoduls und einer Innenfläche der besagten Vertiefung, die in dem besagten Rahmenmodul definiert ist, erstreckt.
Elektronische Auslöseeinheit nach Anspruch 1, wobei das besagte Rahmenmodul wenigstens einen Transformator (312) umschließt, der zwischen einem leitungsseitigen Bus (319) und einem lastseitigen Bus (316) angeordnet ist.
Elektronische Auslöseeinheit nach Anspruch 1, wobei das besagte Elektronikmodul für die Verwendung mit verschiedenen Rahmenmodulen programmierbar ist, um Leistungsschalter bereitzustellen, die vorgegebene Bemessungsdaten und Unterbrechungsleistungen aufweisen.