DE10013314C2 - Elektromagnetisches Schaltgerät, insbesondere Schütz - Google Patents

Description

Die Erfindung bezieht sich auf ein elektromagnetisches Schaltgerät, insbesondere ein Schütz, mit einer in ein Schaltgerätgehäuse einführbaren Einschubeinheit, die einen Spulenkörper für eine Spule umfasst, wie sie beispielsweise aus der WO 95/12891 bekannt ist.

Eine solche auch als Spulenbaugruppe bezeichnete Einschubein­ heit besteht zumindest aus einem Spulenkörper, der eine oder mehrere Kupfer-Wicklungen trägt und einen Anschlussbereich, über den die Wicklung mit einer externen Spannung versorgt wird. Die Spulenbaugruppe bildet den Antrieb des elektroma­ gnetischen Schaltgeräts.

Eine spezielle Ausführung eines solchen Antriebs ist bei­ spielsweise der sogenannte Sparschaltungsantrieb. Hierbei wird eine relativ hohe Einschalt- bzw. Anzugsenergie, die zum Schalten des Schaltgeräts erforderlich ist, zu einem vorgege­ benen Zeitpunkt auf eine deutlich niedrigere Halteenergie zu­ rückgeschaltet. Dies hat den Vorteil, dass die Energieauf­ nahme des Schaltgerätes im eingeschalteten Zustand verringert und dementsprechend auch die Verlustleistung und damit ver­ bunden die Wärmeabstrahlung reduziert ist.

Zur Realisierung einer solchen Sparschaltung ist es bekannt, eine Spule mit zwei Wicklungen zu versehen, von denen eine die Anzugswicklung und die andere die Haltewicklung bildet. Mittels eines mechanischen Schaltelementes wird nun diese An­ zugswicklung unterbrochen, so dass nur noch die Haltewicklung stromdurchflossen ist. Die Betätigung des mechanischen Schaltelementes erfolgt dabei über ein geeignetes Auslöseele­ ment, das durch die bewegte Einheit des Schaltgerätes bewegt wird und zu einem vorgegebenen Zeitpunkt während des Ein­ schaltvorganges das Schaltelemente betätigt. Der von der bewegten Einheit (Anker und Kontaktschieber) zwischen dem Ab­ schaltzeitpunkt der Anzugswicklung und ihrer Endposition (Haltestellung) zurückzulegende Differenzweg wird durch die kinetische Energie der bewegten Einheit des Schaltgerätes überwunden.

Bei einer aus der US 5,040,089 bekannten Sparschaltung eines Gleichstrom-Relais wird der Gesamtenergieverbrauch reduziert, indem durch Zuschalten eines Wicklungsteils der Antriebsspule oder eines zusätzlichen Widerstandes der über die Auslöse­ spule geführte Auslösestrom von einem vergleichsweise hohen Einschaltstromwert auf einen vergleichsweise niedrigen Halte­ stromwert reduziert wird.

Um sicherzustellen, dass die Haltestellung mit möglichst ge­ ringer Anzugsenergie erreicht werden kann, ist anzustreben, den Schaltpunkt so weit wie möglich vor die Haltestellung zu legen. Dies erfordert eine genaue Lage des Schaltpunktes, um ein Erreichen der Haltestellung sicherzustellen.

Der Erfindung liegt nun die Aufgabe zugrunde, ein elektroma­ gnetisches Schaltgerät anzugeben, das durch seinen konstruk­ tiven Aufbau eine möglichst geringe Toleranzbreite für den Schaltpunkt eines im Schaltgerätgehäuse für die Realisierung einer mechanischen Sparschaltung eingebauten elektrischen Schalters ermöglicht.

Die genannte Aufgabe wird gemäß der Erfindung gelöst mit den Merkmalen des Patentanspruches 1. Das erfindungsgemäße elek­ tromagnetische Schaltgerät, insbesondere ein Schütz, enthält ein Schaltgerätgehäuse und eine in dieses einführbare Ein­ schubeinheit, die einen Spulenkörper für eine Spule sowie ein an einem Gehäuseteil der Einschubeinheit gelagertes Auslöse­ element zum mechanischen Betätigen des Schaltelementes eines elektrischen Schalters für eine Sparschaltung umfasst, der auf einer in der Einschubeinheit angeordneten und von dem Gehäuseteil separaten Tragstruktur montiert ist und mit einer Stützkontur an einer Lagerkontur des Gehäuseteils anliegt.

Durch diese Maßnahmen ist der zur Realisierung der Sparschal­ tung vorgesehene Schalter in einer festen Lage zu einer Re­ ferenzfläche in demselben Gehäuseteil positioniert, in dem auch das Auslöseelement gelagert ist, obwohl es sich bei dem Gehäuseteil und der Tragstruktur um zwei separate Bauteile handelt, die erst bei der Fertigung der Einschubeinheit zusammengefügt werden. Die Lage des Schalters relativ zum Aus­ löseelement ist durch diese Maßnahmen unabhängig von den To­ leranzen, mit denen er auf der Tragstruktur, vorzugsweise eine Leiterplatte, vormontiert ist oder mit der diese in der Einschubeinheit relativ zum Gehäuseteil angeordnet ist. Da­ durch sind die Schaltwegtoleranzen auf ein Minimum verrin­ gert.

In einer bevorzugten Ausgestaltung der Erfindung wird die beim Betätigen des Schaltelementes auf den Schalter ausgeübte Kraft über die Stützkontur auf die Lagerkontur geleitet. Durch diese Maßnahme ist sichergestellt, dass der Schalter auch beim Betätigen in einer festen Bezugsposition Gehäuse­ teil und damit zum Auslöseelement verbleibt.

Insbesondere ist der elektrische Schalter auf einer im We­ sentlichen parallel zur Außenwand des Gehäuseteiles angeord­ neten Leiterplatte montiert und ragt durch diese mit zumin­ dest einem die Stützkontur bildenden Teil seines Gehäuses hindurch. Dies ermöglicht einen fertigungstechnisch besonders einfachen Aufbau der Einschubeinheit.

Vorzugsweise ist die Lagerkontur an der Innenseite der Außen­ wand angeordnet, die insbesondere in diesem Bereich eine Ver­ steifungsstruktur aufweist. Dadurch werden Verformungen des Gehäuseteils beim Betätigen des Schaltelementes weitgehend vermieden.

In einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung ist am Gehäuseteil eine Wanne angeformt, an der der Schalter angeordnet und mittels einer Vergussmasse lagefixiert ist. Dies ist fertigungstechnisch besonders einfach zu realisie­ ren. Außerdem dient die Vergussmasse zugleich zum Schutz der zusätzlich zum Schalter auf der Leiterplatte angeordneten elektrischen Bauelemente.

Vorzugsweise sind am Gehäuseteil zwei seitliche Lagerarme zur Lagerung des Auslöseelements angeordnet. Dadurch ist eine stabile und positionsgenaue Lagerung des Auslöseelements er­ möglicht.

In einer weiteren bevorzugten Ausgestaltung der Erfindung ist der Spulenkörper an einer seiner Stirnseiten mit zumindest einem Verbindungsarm versehen, mit dem er am Gehäuseteil ge­ lagert ist, wobei insbesondere die andere Stirnseite zumin­ dest einen Rasthaken aufweist, der in eine korrespondierende Ausnehmung am Gehäuseteil verrastet. Dadurch wird eine sta­ bile Lagerung des Spulenkörpers am Gehäuseteil sicherge­ stellt.

Insbesondere ist die Ausnehmung im Lagerarm für das Auslöse­ element angeordnet. Dies ermöglicht eine besonders einfache konstruktive Ausgestaltung, da die Lagerarme sowohl die Funk­ tion der Lagerung des Auslöseelementes als auch die Funktion der Fixierung des Spulenkörpers übernehmen.

Zur weiteren Erläuterung der Erfindung wird auf die Ausfüh­ rungsbeispiele der Zeichnung verwiesen. Es zeigen:

Fig. 1 ein elektromagnetisches Schaltgerät gemäß der Er­ findung mit einer eingeführten Einschubeinheit in einer schematischen Gesamtansicht,

Fig. 2 den Spulenkörper der Einschubeinheit mit darin po­ sitionierter, den elektrischen Schalter aufnehmen­ der Leiterplatte,

Fig. 3 das Gehäuseteil zur Lagerung des Spulenkörpers,

Fig. 4 die Einschubeinheit bei in das Gehäuseteil einge­ schobenem Spulenkörper,

Fig. 5 die Einschubeinheit mit im Gehäuseteil gelagertem Auslöseelement ebenfalls in einer perspektivischen Ansicht,

Fig. 6 einen Querschnitt durch die Einschubeinheit,

Fig. 7 eine weitere vorteilhafte Ausgestaltung der Erfin­ dung mit an beiden Stirnseiten am Gehäuseteil gela­ gertem Spulenkörper.

Gemäß Fig. 1 umfasst ein elektromagnetisches Schaltgerät, im Beispiel ein Schütz, ein Schaltgerätgehäuse 2, in das eine Einschubeinheit 4 (Spulenbaugruppe) eingeführt ist. Die Ein­ schubeinheit 4 ist gehäusedeckelseitig mit einem Anschluss­ bereich 6 versehen, in dem die Anschlusskontaktelemente für die Spulenwicklung einer Spule für die Einschubeinheit 4 an­ geordnet sind. In der FIG ist außerdem noch gestrichelt ein­ gezeichnet ein Anschlussbereich 8 für die Schaltkontakte des elektromagnetischen Schaltgeräts.

Gemäß Fig. 2 ist eine Stirnseite 10 eines Spulenkörpers 12 mit zwei Verbindungsarmen 14 versehen, die die Schenkel eines U bilden, dessen Basis durch eine Längskante 16 des Stirnrah­ mens 18 des Spulenkörpers 12 gebildet wird. Zumindest einer der Verbindungsarme 14 ist mit einem seitlichen Schlitz 20 zum Führen der Enden der in der FIG nicht dargestellte Spu­ lenwicklung versehen.

An den freien Enden der Verbindungsarme 14 ist eine Trag­ struktur, im Ausführungsbeispiel eine Leiterplatte 22 an­ geordnet, die Träger eines elektrischen Schalters 24 sowie weiterer zur Verwirklichung einer Sparschaltung erforderli­ cher elektronischer Bauelemente 25 ist. Der elektrische Schalter 24 ist dabei auf der Tragstruktur fest vormontiert.

Die Leiterplatte 22 ist mit in der FIG nicht sichtbaren Kon­ taktstiften versehen, an die die Enden der Spulenwicklung angelötet werden. Von der Leiterplatte 22 führen Anschluss­ leiter 26 zu Anschlusskontakten 28 für die von außen an das Schaltgerät zu dessen Betätigen herangeführte Steuerspannung.

Der Schalter 24 weist an seiner von der Leiterplatte 22 abge­ wandten Flachseite ein Schaltelement 30 auf, durch dessen Axialbewegung der Schalter 24 mechanisch betätigt wird.

Gemäß Fig. 3 ist ein zur Aufnahme des Spulenkörpers sowie der Leiterplatte 22 vorgesehenes Gehäuseteil 40 mit zwei seitli­ chen Lagerarmen 42 versehen, die auf ihrer Innenseite jeweils mit Führungselementen 44 versehen sind, die zur Aufnahme des auf das Gehäuseteil 40 aufzuschiebenden Spulenkörpers (Fig. 2) dienen. Das Gehäuseteil 40 dient zugleich als Deckel und ist damit Bestandteil des Schaltgerätgehäuses (Fig. 2), wenn die komplett montierte Einschubeinheit 4 (Fig. 1) im Schaltgerät positioniert ist.

Das Gehäuseteil 40 ist mit Seitenwänden 46 versehen, die sich in das Innere der Einschubeinheit erstrecken und gemeinsam mit der Deckelseite eine Wanne 48 zur Aufnahme der Leiter­ platte 22 (Fig. 2) bilden. Am Boden der Wanne 48 ist ein Stützzylinder 50 angeformt. In den Außenmantel des Stützzy­ linders 50 münden am Boden angeformte Querstreben 52, die zu­ gleich eine Versteifungsstruktur für das aus einem Kunst­ stoffspritzgussteil bestehende Gehäuseteil 40 im Bereich des Stützzylinders 50 bilden. Die aus dem Stützzylinder 50 und den Querstreben 52 gebildete Versteifungsstruktur befindet sich in einer Vertiefung des Bodens der Wanne 48.

Fig. 4 zeigt die Einschubeinheit 4 bei in das Gehäuseteil 40 eingeschobenem Spulenkörper 12. In dieser FIG ist zu erken­ nen, dass die bestückte Leiterplatte 22 in der Wanne 48 gela­ gert ist. Der Schalter 24 befindet sich dabei über der in der FIG nicht mehr sichtbaren Versteifungsstruktur, wobei der Stützzylinder 50 (Fig. 3) mit der Längsachse des Schaltelemen­ tes 30, d. h. mit der Richtung der auf dieses beim Betätigen ausgeübten Kraft fluchtet.

Fig. 5 zeigt nun die Einbaueinheit 4 mit montiertem Auslöse­ element 60. Das Auslöseelement 60 ist mit einer Welle 62 schwenkbar in Lageraugen 64 der Lagerarme 14 gelagert. Auf der Welle 62 ist ein Auslösehebel 66 fixiert, der bei einer durch den in der FIG nicht dargestellten Anker des Schaltge­ rätes herbeigeführten Schwenkbewegung der Welle 62 das Schaltelement 30 des Schalters 24 betätigt.

Gemäß Fig. 6 weist der Schalter 24 einen Lagerzapfen 68 auf, mit dem er durch die Leiterplatte 22 hindurchgeführt ist. Der Lagerzapfen 68 ist im Wesentlichen hohlzylindrisch und weist einen Längsschlitz auf, der diesen Hohlzylinder in zwei Halb­ schalen trennt. Dadurch wird eine Einführung des Lagerzap­ fens 68 in eine entsprechende Bohrung der Leiterplatte 22 er­ leichtert. Durch eine Verjüngung am Umfang des Lagerzap­ fens 68 wird der Schalter 24 auf der Leiterplatte 22 verra­ stet, so dass dessen Montage erleichtert ist.

Die Stirnfläche des Lagerzapfens 68 bildet eine Stützkon­ tur 70, die sich auf der eine Anlagekontur 72 bildenden Stirnfläche des Stützzylinders 50, von dem in der FIG nur der stirnseitige Rand zu sehen ist, abstützt. Die Leiterplatte 22 wird mit dem vormontierten Schalter 24 und parallel zur Au­ ßenwand 73 des Gehäuseteils 40 in die Wanne 48 eingeführt, bis die Stützkontur 70 des Schalters 24 auf der Lagerkon­ tur 72 des Gehäuseteils 40 anliegt. Der Schalter 24 ist dann unabhängig von eventuellen Lagetoleranzen auf der Leiter­ platte 22 in seiner Position relativ zum Gehäuseteil 40 fest­ gelegt. In dieser Position wird die Wanne 48 mit einer Ver­ gussmasse 74 aufgefüllt, so dass der Schalter 24 in der Soll­ position relativ zum Gehäuseteil 40 fixiert ist. Die Verguss­ masse 74 dient zugleich zum Schutz der auf der Leiterplatte zur Realisierung der Sparschaltung angeordneten weiteren elektronischen Bauelemente 25.

Der Schalter 24 wird durch diese Maßnahme bei der Montage in eine feste und vorgegebene räumliche Position zum Gehäuse­ teil 40 und damit auch zum unmittelbar am Gehäuseteil 40 schwenkbar angeordneten Auslöseelement 66 gebracht, obwohl er auf einer vom Gehäuseteil 40 separaten Tragstruktur, im Aus­ führungsbeispiel die Leiterplatte 22, vormontiert ist. Mit anderen Worten: Die Toleranzen, mit denen der Schalter auf der Tragstruktur angeordnet ist und mit denen diese in das Gehäuseteil 40 eingebaut ist, haben praktisch keinen Einfluss auf die Schaltwegtoleranzen. Diese sind somit auf ein Minimum reduziert und unabhängig von der Einbaulage des Schalters 24 auf der Leiterplatte 22 sowie der Einbaulage der Leiter­ platte 22 in der Wanne 48.

Die auf das Schaltelement 30 vom Auslösehebel 66 ausgeübte Kraft F wirkt dabei senkrecht zur Stützkontur 70 und wird über diese dazu parallelen Anlagekontur 72 eingeleitet, so dass der Schalter 24 auch beim Betätigen in einer stabilen Position relativ zum Gehäuseteil 40 und damit zum Auslöseele­ ment 60 verbleibt.

In der alternativen Ausgestaltung der Erfindung gemäß Fig. 7 sind die Verbindungsarme 14 des Spulenkörpers 12 am Gehäuse­ teil 40 in Führungen 80 eingeschoben, die den Lagerarmen 42 zur schwenkbaren Lagerung des Auslöseelementes 60 gegenüber­ liegen. An der den Verbindungsarmen 14 gegenüberliegenden Stirnseite 82 des Spulenkörpers 12 ist in den dem Gehäuse­ teil 40 zugewandten Eckbereichen jeweils ein Rasthaken 84 an­ geordnet, der in eine Ausnehmung 86 am freien Ende des La­ gerarmes 42 eingreift und eine Rastverbindung herstellt. Durch diese konstruktive Ausgestaltung wird eine stabile La­ gerung des Spulenkörpers 12 bewirkt, die insbesondere bei großen Bauformen von Vorteil ist.

Claims (11)

1. Elektromagnetisches Schaltgerät, insbesondere Schütz, mit einem Schaltgerätgehäuse (2) und einer in dieses einführ­ baren Einschubeinheit (4), die einen Spulenkörper (12) für eine Spule sowie ein an einem Gehäuseteil (40) der Einschub­ einheit (4) gelagertes Auslöseelement (60) zum mechanischen Betätigen des Schaltelementes (30) eines elektrischen Schal­ ters (24) für eine Sparschaltung umfasst, der auf einer in der Einschubeinheit (4) angeordneten Tragstruktur montiert ist und mit einer Stützkontur (70) an einer Lagerkontur (72) des Gehäuseteils (40) anliegt.

2. Elektromagnetisches Schaltgerät nach Anspruch 1, bei dem die beim Betätigen des Schaltelementes (30) auf den Schal­ ter (24) ausgeübte Kraft (F) über die Stützkontur (70) auf die Lagerkontur (72) geleitet wird.

3. Elektromagnetisches Schaltgerät nach Anspruch 2, bei dem als Tragstruktur eine Leiterplatte (22) vorgesehen ist, die im Wesentlichen parallel zur Außenwand (73) des Gehäuse­ teils (40) angeordnet ist, wobei der elektrische Schalter (24) durch die Leiterplatte (22) mit zumindest einem die Stützkontur (70) bildenden Teil (68) seines Gehäuses hindurch ragt.

4. Elektromagnetisches Schaltgerät nach Anspruch 3, bei dem die Lagerkontur (72) an der Innenseite der Außenwand (73) an­ geordnet ist.

5. Elektromagnetisches Schaltgerät nach Anspruch 4, bei dem die Außenwand (73) im Bereich der Lagerkontur (72) eine Ver­ steifungsstruktur (52) aufweist.

6. Elektromagnetisches Schaltgerät nach einem der vorherge­ henden Ansprüche, bei dem am Gehäuseteil (40) eine Wanne (48) angeformt ist, in der der Schalter (24) angeordnet und mittels einer Vergussmasse (74) lagefixiert ist.

7. Elektromagnetisches Schaltgerät nach einem der vorherge­ henden Ansprüche, bei dem am Gehäuseteil (40) zwei seitliche Lagerarme (42) zur Lagerung des Auslöseele­ ments (60)angeordnet sind.

8. Elektromagnetisches Schaltgerät nach Anspruch 7, bei dem das Auslöseelement (60) schwenkbar in den Lagerarmen (42) ge­ lagert ist und über einen Schwenkhebel (66) mit dem Schalt­ element (30) des Schalters (24) in Wirkverbindung steht.

9. Elektromagnetisches Schaltgerät nach einem der vorherge­ henden Ansprüche, bei dem der Spulenkörper (12) an einer sei­ ner Stirnseiten (10) mit zumindest einem Verbindungsarm (14) versehen ist, mit dem er am Gehäuseteil (40) gelagert ist.

10. Elektromagnetisches Schaltgerät nach Anspruch 9, bei dem die andere Stirnseite (82) zumindest einen Rasthaken (84) aufweist, der in einer korrespondierenden Ausnehmung (86) am Gehäuseteil (40) verrastet.

11. Elektromagnetisches Schaltgerät nach Anspruch 10, bei dem die Ausnehmung (86) an einem der Lagerarme (42) für das Auslöseelement (60) angeordnet ist.