DE10058874A1 - Spule mit mäanderförmigem Leiter - Google Patents

Abstract

Bei einer, aus einem mäanderförmigen Leiter, gefalteten Spule besteht das Problem, daß diese für einen wirtschaftlichen und technischen Einsatz bei einem Schutzschalter nicht geeignet ist. Die Erfindung sieht zur Lösung des Problems vor, einen mäanderförmigen Leiter (2) zu verwenden. Dieser ist aus einem metallischen Band zu einer selbsttragenden Spule (1) geformt. Die Spule (1) weist zudem eine eigensteife Struktur mit einem Kernaufnahmeraum (3) auf.

Description

Die Erfindung bezieht sich auf eine Spule mit einem Leiter, welcher eine Mäanderform hat und zur Bildung der Spulenform gefaltet ist.

Eine solche Spule mit kleinen Induktanzwerten dient z. B. zur Messung magnetischer Spannungen und ist insbesondere für Elektronikschaltungen vorgesehen. Eine derartige Spule ist bereits aus dem Gebrauchsmuster 92 G 8512 DE bekannt.

Spulen dienen unter anderem als Teil eines elektromagneti­ schen Elements, z. B. in einem Auslöser, in einem Relais oder Schütz, in einem Stromstoßschalter, und/oder in einem Schutz­ schalter.

Die bei einem Schutzschalter, insbesondere bei einem Lei­ tungsschutzschalter, als Teil eines elektromagnetischen Aus­ löseglieds zum Einsatz kommende Spule, ist bei den auf dem Markt befindlichen Schutzschaltern im allgemeinen gewickelt. Die aus dem oben genannten Gebrauchsmuster bekannte Spule ist für eine Anwendung bei einem Schutzschalter nicht geeignet.

Der Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde eine einfach herstellbare Spule anzugeben, die universell, jedoch insbe­ sondere bei einem Schutzschalter einsetzbar sein soll.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß durch eine Spule mit einem Leiter, welcher eine Mäanderform hat und zur Bildung der Spu­ lenform gefaltet ist, gelöst. Dabei ist der mäanderförmige Leiter im gefalteten Zustand als eigensteifer Formkörper aus­ gebildet, welcher in axialer Richtung einen Kernaufnahmeraum aufweist. Weitere vorteilhafte Ausgestaltungen ergeben sich aus den dem Anspruch 1 nachgeordneten Ansprüchen.

Die durch die Erfindung erzielbaren Vorteile liegen, bedingt durch eine bevorzugt automatisierte Fertigung auf der Basis reiner Stanz- und Faltschritte ohne Wickelabläufe, in der wirtschaftlichen und effizienten Herstellbarkeit der Spule. Dies kann insbesondere durch die Verwendung eines einzigen Fertigungsmittels, durch eine Einsparung von Arbeitsschrit­ ten, Einzelteilen und Baugruppen, umgesetzt werden.

Dabei kann die Spule aus einem metallischen Band, insbesonde­ re durch einen stanz-/falttechnischen Fertigungsvorgang am metallischen Band, geformt werden. Hierbei können enge Ferti­ gungstoleranzen eingehalten werden. Zweckmäßigerweise ist der Formkörper durch seine geometrische Struktur selbsttragend und/oder eigensteif, wodurch unterschiedlichste Größen, Ein­ baulagen und Einsatzzwecke der Spule ausführbar sind.

Mit Vorteil wird das eine Ende des Leiters als Klemmanschluss für eine Klemme ausgebildet, so daß eine einfache Verbindung zu weiteren Bauelementen oder Geräteeinheiten ausgestaltet werden kann. Vorzugsweise kann das andere Ende des Leiters als Festkontaktträger ausgebildet sein, wodurch sich positive Synergien im Hinblick auf die Bauteilquantität ergeben. Damit ist auf einfache Weise eine Kombination von Spule und Schal­ ter möglich. Darüber hinaus wird die Disposition von Einzel­ teilen und Baugruppen wesentlich vereinfacht.

Bevorzugt ist das andere Ende des Leiters endseitig als Lichtbogenschiene ausgestaltet, um die Funktionalität dieses Bauteilabschnitts zu erhöhen. Dadurch ist eine Weiterleitung eines am Festkontakt entstehenden Lichtbogens möglich. In einfacher Weise kann die Lichtbogenschiene mit einer Lichtbo­ genlöscheinrichtung verbunden werden. Somit ist eine ab­ schließende Löschung des Lichtbogens und dadurch ein zerstö­ rungsfreier Betrieb gegeben.

Besonders einfach läßt sich ein Teil des einen und/oder ande­ ren Endes des Leiters, der in etwa parallel zur Spulenachse verläuft, als Jochbrücke oder Magnetjoch ausgestalten. Bevor­ zugt kommt die erfindungsgemäße Spule bei einem Schutzschal­ ter und/oder einem elektromagnetischen Bauelement zur Anwen­ dung. Dadurch ist eine Einsparung von kostenintensiven Ein­ zelteilen gegeben, die erfindungsgemäß durch ein Stanz-Biege- oder Stanz-Faltteil ersetzt werden.

Weitere Vorteile und Details der Erfindung werden nachfolgend beispielhaft anhand der Zeichnung näher erläutert. Es zeigen:

Fig. 1 eine Spule mit Ausformteilen in räumlicher Darstellung,

Fig. 2 eine Abwicklung der Spule mit Ausformteilen, gemäß Fig. 1, in der Draufsicht,

Fig. 3 eine Spule mit Ausformteilen, in der Vorderansicht,

Fig. 4 eine Abwicklung der Spule mit Ausformteilen, gemäß Fig. 3, in der Draufsicht, und

Fig. 5 eine Spule mit Ausformteilen und weiteren Funktionsbau­ teilen,

Fig. 6 eine Spule mit Ausformteilen in räumlicher Darstellung,

Fig. 7 eine Abwicklung der Spule mit Ausformteilen, gemäß Fig. 6, in der Draufsicht.

Im nachfolgenden Text sind gleiche Teile der Figur mit gleichen Bezugszeichen versehen.

In Fig. 1 ist eine Spule 1 gezeigt, die aus einem durchgehen­ den Leiter 2 geformt ist.

Spulen kommen unter anderem als Teil eines elektromagneti­ schen Elements, z. B. in einem Auslöser, in einem Relais oder Schütz, in einem Stromstoßschalter, und/oder in einem Schutz­ schalter, zur Anwendung.

Wie in Fig. 2 zu sehen ist, dient ein metallisches Band als Ausgangsbasis für die Ausgestaltung des Leiters. Das metalli­ sche Band umfaßt mehrere konstruktive Segmente. Das eine Ende des metallischen Bandes ist als Klemmenanschluss 4 ausgebil­ det. Der Klemmanschluss 4 führt über eine Anschlussverbindung 5 auf einen mäanderförmigen Leiterbereich LB.

Dieser Leiterbereich LB weist auf beiden Längsseiten Ausspa­ rungen AS auf, die in bevorzugt gleichmäßigen Abständen zu­ einander ausgenommen sind. Die Aussparungen AS sind beidsei­ tig U-förmig, wechselweise invers, versetzt zueinander ange­ ordnet. Dadurch ergibt sich in diesem Bereich eine mäander­ förmige Geometrie für den Leiter 2. Die Aussparungen AS können z. B. spanend und/oder spanlos, insbesondere durch ein Stanz- und/oder Laserschneidverfahren, eingebracht werden. Zwischen den einzelnen Aussparungen AS liegen quer zur Längs­ achse des Leiters 2 Knick-, Biege- oder Faltstellen FS. Diese dienen als vordefinierte Umformachsen im Hinblick auf die konstruktive Ausgestaltung der in Fig. 1 gezeigten Spule 1.

Im Anschluss an diesen Leiterbereich LB folgt am anderen Ende des Leiters 2 ein weiteres Segment, welches die Basis für weitere Ausformteile bildet. Der Leiter 2 ist an diesem Ende zweigeteilt. Die Unterteilung ist durch eine im Leiter 2 in­ nenliegende U-förmige Ausnehmung 6 gebildet. Der Bodensteg der U-förmigen Ausnehmung 6 liegt dabei quer zur Längsachse des Leiters 2 und somit parallel zu einer kurzen Seite des anderen Endes. Die beiden Schenkel der U-förmigen Ausnehmung 6 verlaufen parallel zur Längsachse des Leiters 2.

Durch entsprechende Faltungen und Umformungen der individuel­ len mäanderförmigen Bereiche des Leiters 2 bzw. der Segmente im wesentlichen an den Faltstellen FS, gelangt man zur Ausge­ staltung gemäß Fig. 1. Hierbei erstreckt sich der Leiter 2 von dem einen Ende über den Klemmanschluss 4, der durch eine rechtwinklige Abkantung in die Anschlussverbindung 5 über­ geht. Darüber hinaus führt der Leiter 2 nach einer erneuten rechtwinkligen Abkantung weiter zu den eigentlichen Windungen der Spule 1, bishin zum anderen Ende, welches hier zweiteilig ausgestaltet ist.

Nach einer erneuten Abkantung geht der innere Teil des zwei­ teiligen Endes des Leiters 2 in einen Festkontaktträger 9 über. Die Weiterbildung des Leiters 2 über den Festkontakt­ träger 9 hinaus, umfaßt eine zur Spule 1 hin diagonal geboge­ ne Lichtbogenschiene 11 und ein in etwa zu einer Spulenachse SA parallel verlaufendes Magnetjoch 14.

Der andere Teil des Leiters 2 ist in Form einer Jochbrücke 15 ausgebildet und verläuft nach einer Abkantung im ersten Ab­ schnitt parallel zu den Spulenwindungen und im zweiten Ab­ schnitt ebenfalls in etwa parallel zur Spulenachse SA, jedoch auf der diametrischen Spulenseite. Die Integration der Aus­ formteile Festkontaktträger 9, Lichtbogenschiene 11, Magnet­ joch 14 und Jochbrücke 15 betrifft den Einsatz der Spule 1 bei einem Schutzschalter, auf den später näher eingegangen wird.

Entlang der Spulenachse SA ist der mäanderförmige Leiter 2 an seinen Faltstellen FS umgeformt, wodurch ein eigensteifer Formkörper gebildet ist, der als Spule 1 dient. Die Spule 1 ist, im wesentlichen bedingt durch ihre Struktur, selbsttra­ gend. Der Einsatz der Spule 1 kann als eigenständiges Bauteil - also ohne die Ausformteile Festkontaktträger 9, Lichtbogen­ schiene 11, Magnetjoch 14 und Jochbrücke 15 - wie auch in Kom­ bination mit beliebigen Ausformteilen erfolgen.

Anders als bei einer konventionellen, gewickelten Spule er­ gibt sich die hier dargestellte Spulengeometrie nicht durch einen Wickelvorgang mit einem Leiter, sondern durch das Zu­ sammenwirken des mäanderförmigen Leiters 2 und seiner an­ schließenden Faltung an den Faltstellen FS. Wie in Fig. 1 ge­ zeigt, ergibt das Mäanderprofil in gefaltetem Zustand die ge­ wünschte räumliche Ausgestaltung in Form einer "soliden, qua­ si eckigen" Spule 1. Eine Spulenisolierung, wie bei konven­ tionellen Spulen üblich, ist nicht erforderlich, kann jedoch optional vorgesehen werden.

Durch die räumliche Ausgestaltung des Leiters 2 zur Spule 1, ergibt sich entlang der Spulenachse SA im Innern der Spule 1 ein Kernaufnahmeraum 3. Dieser Kernaufnahmeraum 3 ermöglicht das Einsetzen eines Kerns, insbesondere eines beweglichen Kerns, wie z. B. einen Anker. Der Kern kann weitere Funktion­ steile umfassen, die jedoch hier nicht näher gezeigt sind. Die Jochbrücke 15 weist in ihrem inneren Bereich zwei nach innen gerichtete Vorsprünge VS auf. Diese dienen zum reduzie­ ren des Luftspalts zwischen der Jochbrücke 15 und einem hier nicht gezeigten Anker.

Die Spule 1 hebt sich optisch durch ihr Erscheinungsbild von einer gewickelten Spule, bedingt durch ihr neues Herstel­ lungsverfahren, ab. Dies zeigt sich insbesondere durch die Aneinanderreihung der, an den Faltstellen FS des mäanderför­ migen Leiters 2, gefalteten Leiterabschnitte. Die Windungen der Spule 1 werden dabei durch einen wellenförmig verlaufen­ den und alternierend geknickten Leiter gebildet. Der Leiter 2 kann dabei aus unterschiedlichen Leiterwerkstoffen ausgebil­ det sein.

Im Gegensatz zur Wickeltechnik, lassen sich Spulen falttech­ nisch vorteilhafter Weise mit unterschiedlichen Abständen der einzelnen Spulenwindungen herstellen. Dadurch können sowohl räumliche Einsparungen wie auch elektromagnetische Eigen­ schaftsänderungen vorteilhaft genutzt werden. Die Ausführung einer falttechnisch hergestellten, eigensteifen Spule grenzt sich durch ihre selbsttragende Eigenschaft vorteilhafterweise gegenüber dem Stand der Technik ab.

Das Ausführungsbeispiel gemäß Fig. 3, unterscheidet sich von der Fig. 1 zum einen durch einen mittels weiterer Aussparungen AS erweiterten mäanderförmigen Leiter 2. Zum anderen umfaßt das andere Ende des Leiters 2 in einteiliger Ausführung le­ diglich den als Ausformteil ausgebildeten Festkontaktträger 9 mit einer anderen Form.

Die Weiterbildung des Leiters 2 über den Festkontaktträger 9 hinaus, umfaßt in dieser Ausführung die nun zum Festkontakt­ träger 9 hin parallel gebogene Lichtbogenschiene 11 und das in etwa zur Spulenachse SA parallel verlaufende Magnetjoch 14. Lötzusatzstoffe, Schweißnähte, Nieten und dergleichen, die üblicherweise als Bindemittel zwischen den einzelnen Kom­ ponenten bei einer mehrteiligen Ausführung verwendet werden, können somit entfallen.

Die Spule 1 zeichnet sich darüber hinaus durch zwei Öffnungen im Leiter 2 in der Gestalt von Lagern LA aus. Diese sind je­ weils in der ersten und letzten Windung der Spule 1 in Rich­ tung der Spulenachse SA und zugleich in der Zentrumslage des Kernaufnahmeraums 3 eingebracht. Dadurch ist eine vorteilhaf­ te Lagerung eines Kerns in der Spule ermöglicht, ohne daß weitere Lagerelemente erforderlich werden.

Die Fig. 4 zeigt eine Abwicklung der Spule 1, gemäß Fig. 3, in der Draufsicht. Dabei ist auch zu erkennen, daß die Lichtbo­ genschiene 11 verjüngt ausgeführt ist.

Fig. 5 zeigt einen Schutzschalter 18 in einer Prinzipdarstel­ lung. Die Spule 1 ist dabei mit weiteren Bauteilen im Gehäuse 17 des Schutzschalters 18 angeordnet. Am Klemmanschluss 4 des Leiters 2 ist eine Klemme 7 angeordnet, die mittels einer Klemmschraube 8 einen anzuklemmenden Leiter mit dem Klemman­ schluss 4 verbindet.

Die weiteren konstruktiven Merkmale sind einschließlich zu den vorab aufgezeigten Lagern LA der Spule 1, gemäß Fig. 3, ausgeprägt, wobei der Kernaufnahmeraum 3 in diesem Ausfüh­ rungsbeispiel einen beweglichen Anker 16 aufweist.

Der Anker 16 ist Bestandteil einer hier nicht näher gezeigten Kernanordnung, die zudem noch weitere Funktionsteile umfassen kann und zur Überstromauslösung dient. Im Anschluss an das andere Ende des Leiters 2 folgt der Festkontaktträger 9. Der Festkontaktträger 9 weist einen auf ihm befestigten Festkon­ takt 10 auf. Es schließen sich weiterhin die zum Festkontakt­ träger 9 hin parallel gebogene Lichtbogenschiene 11 und das in etwa zur Spulenachse SA parallel verlaufende Magnetjoch 14 an.

Die Fortsetzung des Magnetjochs 14 führt zum anderen Ende des Leiters 2. Die Lichtbogenschiene 11 steht in Wirkverbindung zu einer Lichtbogenlöscheinrichtung 12. Diese Lichtbogenlö­ scheinrichtung 12 umfaßt mehrere Löschbleche 13. Die jeweils einteiligen Löschbleche 13 sind auf einem durchgehenden Steg der Lichtbogenlöscheinrichtung 12 in einer Reihe und zueinan­ der parallel angeordnet.

Die Funktion der Spule 1 stellt sich in Verbindung mit einem im Kernaufnahmeraum 3 eingeschobenen Anker 16, z. B. gemäß Fig. 5, am besten dar. Dabei handelt es sich um die Funktion eines Schutzschalters. Die Spule 1 kann beispielsweise eine Kompo­ nente innerhalb eines Stromkreises sein. Der Kontakt inner­ halb des Stromkreises kann einerseits mittels der Klemme 7 und der Klemmschraube 8 über den Klemmanschluss 4 und ander­ seits über den Festkontakt 10 erfolgen. Aufgrund eines mögli­ chen Kurzschlusses treten im Stromkreis Kurzschlußströme auf.

Diese hohen Ströme bewirken in der Spule 1 einen Aufbau eines Magnetfeldes, wodurch der Anker 16 angezogen wird. Der Anker 16 betätigt dann über einen Auslösestößel einen Auslösemecha­ nismus, wodurch ein Schaltschloß entklinkt und ein dem Fest­ kontakt zugeordneter Schaltkontakt geöffnet wird. Dieser Schaltkontakt ist hier nicht näher dargestellt. Dabei ent­ steht zwischen dem Festkontakt 10 und dem Schaltkontakt ein Lichtbogen. Dieser Lichtbogen wird entlang der Lichtbogen­ schiene 11 zur Lichtbogenlöscheinrichtung 12 geführt, so daß die Löschbleche 13 durch ihren Aufbau den Lichtbogen zum Ver­ löschen bringen.

In der Gesamtheit der Ausformteile inklusive Anker 16, dient die Spule 1 als elektromagnetischer Auslöser, der insbesonde­ re als Kurzschlußschutz in einem Schutzschalter zum Einsatz kommt. Zusammen mit den weiteren Funktionsbauteilen, wie der Klemme 7 und der zugehörigen Klemmschraube 8 sowie der Licht­ bogenlöscheinrichtung 12 mit ihren Löschblechen 13, wird der funktionelle Einsatz in einem Schutzschalter 18, gemäß Fig. 5, beispielhaft dargestellt.

Eine weitere Variante eines Schutzschalters kann z. B. ein Leitungsschutzschalter sein.

In Fig. 6 ist eine Spule mit Ausformteilen gezeigt, die mit­ tels einer alternativen Falttechnik hergestellt ist. Gemäß Fig. 7 ist der Leiter 2 an ähnlichen Stellen, an denen sich die Aussparungen AS, gemäß der Fig. 2 und 4, befinden, ledig­ lich mit Einschnitten ES versehen. Dem ersten und dem letzten Einschnitt ES geht bzw. steht eine L-förmige Aussparung AS voraus bzw. nach.

Im Gegensatz zu den Spulen, gemäß der Fig. 1, 3 und 5, ist die in Fig. 6 gezeigte Spule durch einen Leiter 2, der quer und/oder parallel zu seiner Längsachse gefaltet ist, ausge­ staltet. Der Leiter 2 ist dabei sozusagen um den Kernaufnah­ meraum 3 herumgefaltet. Die durch die Faltungen entstehende räumliche Geometrie der Spule 1, ist quadratisch ausgeformt. Weitere Geometrien, wie z. B. eine drei- oder fünfeckige, eine hexa- oder eine oktagonale Ausgestaltung, sind ebenfalls mög­ lich.

Wesentliche Vorteile der neuen Spule sind die zusammenhängen­ de und kompakte Bauweise bei der die Montagezeit besonders kurz ist. Gleichermaßen einfach gestaltet sich die Baugrup­ penmontage und die Lagerhaltung, wobei sich die Lagerhal­ tungskosten, gegenüber den Kosten bei einer dem Stand der Technik entsprechenden Spule, reduzieren.

Claims (11)

1. Spule (1) mit einem Leiter (2), welcher eine Mäanderform hat und zur Bildung der Spulenform gefaltet ist, dadurch gekennzeichnet, dass der mäanderförmige Leiter (2) im gefalteten Zustand als eigensteifer Formkörper ausgebildet ist, welcher in axialer Richtung einen Kernaufnahmeraum (3) aufweist.

2. Spule (1) nach Anspruch 1, da durch gekennzeichnet, dass der Formkörper von einem metallischen Band gebildet ist.

3. Spule (1) nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass ein Ende des Leiters (2) als Klemmenanschluss (4) für eine Klemme (7) ausgebildet ist.

4. Spule (1) nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass ein anderes Ende des Leiters (2) als Festkontaktträger (9) oder Festkontakt (10) eines Schalters ausgebildet ist.

5. Spule (1) nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass das andere Ende des Leiters (2) als Lichtbogenschiene (11) ausgebildet ist.

6. Spule (1) nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass die Lichtbogenschiene (11) mit einer Lichtbogenlöschein­ richtung (12) verbunden ist.

7. Spule (1) nach einem der Ansprüche 3 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass mindestens ein Teil des einen und/oder anderen Endes des Leiters (2) in etwa parallel zur Spulenachse (SA) verläuft und als Magnetjoch (14) und/oder Jochbrücke (15) dient.

8. Spule (1) nach einem der Ansprüche 1 bis 7, zur Verwendung bei einem Schutzschalter.

9. Spule (1) nach einem der Ansprüche 1 bis 3, zur Verwendung bei einem elektromagnetischen Bauelement.

10. Spule (1) nach einem der Ansprüche 1 bis 9, dadurch gekennzeichnet, dass der Formkörper in spanender und/oder spanloser Technik, insbesondere als Stanzkörper und/oder als in Laser­ schneidtechnik hergestellter Körper ausgebildet ist.

11. Spule (1) nach einem der Ansprüche 1 bis 10, dadurch gekennzeichnet, dass der Leiter (2) quer und/oder parallel zu seiner Längs­ achse gefaltet ist.