[0001] Die Erfindung betrifft einen allstromsensitiven Summenstromwandler für ein elektromechanisches
Schutzschaltgerät, insbesondere für einen allstromsensitiven Fehlerstromschutzschalter
zur Erfassung eines elektrischen Differenzstromes, mit einem ersten Magnetkern zur
Erfassung von Wechselfehlerströmen und einen zweiten Magnetkern zur Erfassung von
Gleichfehlerströmen. Weiterhin betrifft die Erfindung ein elektromechanisches Schutzschaltgerät,
insbesondere einen allstromsensitiver Fehlerstromschutzschalter, welcher einen derartigen
allstromsensitiven Summenstromwandler aufweist. Ferner betrifft die Erfindung ein
Herstellverfahren zur Montage des allstromsensitiven Summenstromwandlers.
[0002] Elektromechanische Schutzschaltgeräte - beispielsweise Leistungsschalter, Leitungsschutzschalter
oder Fehlerstromschutzschalter - dienen der Überwachung sowie der Absicherung eines
elektrischen Stromkreises und werden insbesondere als Schalt- und Sicherheitselemente
in elektrischen Energieversorgungsnetzen eingesetzt. Zur Überwachung und Absicherung
des elektrischen Stromkreises wird das Schutzschaltgerät über zwei oder mehrere Anschlussklemmen
mit einer elektrischen Leitung des zu überwachenden Stromkreises elektrisch leitend
verbunden, um bei Bedarf den elektrischen Strom in der jeweiligen überwachten Leitung
zu unterbrechen. Das Schutzschaltgerät weist hierzu einen Schaltkontakt auf, der bei
Auftreten eines vordefinierten Zustandes, beispielsweise bei Erfassen eines Kurzschlusses
oder eines Fehlerstromes, geöffnet werden kann, um den überwachten Stromkreis vom
elektrischen Leitungsnetz zu trennen. Derartige Schutzschaltgeräte sind auf dem Gebiet
der Niederspannungstechnik auch als Reiheneinbaugeräte bekannt.
[0003] Ein Fehlerstromschutzschalter ist eine Schutzeinrichtung zur Gewährleistung eines
Schutzes gegen einen gefährlichen Fehlerstrom in einer elektrischen Anlage. Ein derartiger
Fehlerstrom, welcher auch als Differenzstrom bezeichnet wird, tritt auf, wenn ein
spannungsführendes Leitungsteil einen elektrischen Kontakt gegen Erde aufweist. Dies
ist beispielsweise dann der Fall, wenn eine Person ein spannungsführendes Teil einer
elektrischen Anlage berührt: in diesem Fall fließt der Strom als Fehlerstrom durch
den Körper der betreffenden Person gegen die Erdung ab. Zum Schutz gegen derartige
Körperströme muss der Fehlerstromschutzschalter bei Auftreten eines derartigen Fehlerstroms
die elektrische Anlage schnell und sicher allpolig vom Leitungsnetz trennen. Im Allgemeinen
Sprachgebrauch werden anstelle des Begriffs "Fehlerstromschutzschalter" auch die Begriffe
FI-Schutzschalter (kurz: FI-Schalter), Differenzstromschutzschalter (kurz: DI-Schalter)
oder RCD (für "Residual Current Protective Device") gleichwertig verwendet.
[0004] Zur Erfassung eines Fehler- oder Differenzstromes weisen Fehlerstromschutzschalter
in der Regel einen Summenstromwandler auf, welcher den Differenzstrom durch eine phasenrichtige
Addition der in mehreren, beispielsweise in zwei bis vier Primärleitern fließenden
elektrischen Ströme ermittelt. Der Summenstromwandler weist hierzu einen ringförmigen
Magnetkern auf, durch den die Primärleiter (hin- und rückführende Leitungen) hindurchgeführt
sind. Der Magnetkern selbst ist mit einem Sekundärleiter umwickelt. Ist der Stromfluss
in den hin- und rückführenden elektrischen Leitungen gleich, so wird in dem Sekundärleiter
kein Induktionsstrom induziert. Fließt hingegen ein Fehlerstrom gegen Erde ab, so
heben sich die in den Primärleitern fließenden Ströme nicht mehr gegenseitig auf.
Dadurch wird in der Sekundärwicklung eine der Stromdifferenz proportionale Spannung
induziert, die als Fehlerstromsignal nach Überschreiten eines vorbestimmten Wertes
zum Auslösen des Schutzschaltgerätes führt.
[0005] Da die Funktionsweise eines Summenstromwandlers auf dem induktiven Prinzip beruht,
können zunächst nur Ströme mit einem Wechselanteil, also Wechsel-Differenzströme oder
pulsierende Gleich-Differenzströme, erfasst werden. Aus der Patentschrift
DE 10 2005 007 334 B4 ist hingegen ein allstromsensitiver Summenstromwandler bekannt, der sich in Verbindung
mit einer elektronischen Einheit auch zur Erfassung von glatten Gleich-Differenzströmen
eignet. Dieser speziell ausgebildete Summenstromwandler umfasst zwei Magnetkerne,
von denen einer zur Erfassung der Wechselanteile und der andere zur Erfassung der
Gleichanteile bestimmt ist.
[0006] Da bei Anwendungen in der Elektroinstallationstechnik der zur Verfügung stehende
Bauraum - beispielsweise in einem Elektroinstallationsverteiler - zumeist stark begrenzt
ist, ist man bestrebt, die Schutzschaltgeräte möglichst kompakt zu gestalten. Auf
der anderen Seite werden immer mehr Funktionalitäten in die Geräte integriert bzw.
Kombigeräte entwickelt, welche den Funktionsumfang mehrerer Einzelgeräte abgecken:
so gibt es beispielsweise sogenannte FILS-Schutzschaltgeräte, welche den Funktionsumfang
eines herkömmlichen Fehlerstromschutzschalters (FI) mit dem eines Leitungsschutzschalters
(LS) kombinieren. Weiterhin sollen immer höhere Nennstromstärken realisiert werden.
Diese Entwicklungen führen insgesamt dazu, dass im Inneren der Geräte immer weniger
Bauraum zur Verfügung steht.
[0007] Die Aufgabe der Erfindung besteht daher darin, einen Summenstromwandler zur allstromsensitiven
Differenzstromerfassung, ein elektromechanisches Schutzschaltgerät mit einem derartigen
allstromsensitiven Summenstromwandler sowie ein Herstellverfahren zur Montage des
allstromsensitiven Summenstromwandlers bereitzustellen, welche eine kompaktere Bauform
des Summenstromwandlers - und damit des Schutzschaltgerätes - bei gleichzeitig geringeren
Montage- und Herstellkosten ermöglichen.
[0008] Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß durch den allstromsensitiven Summenstromwandler,
das elektromechanische Schutzschaltgerät mit einem derartigen Summenstromwandler sowie
das Herstellverfahren zur Montage des allstromsensitiven Summenstromwandlers gemäß
den unabhängigen Ansprüchen gelöst. Vorteilhafte Ausgestaltungen des erfindungsgemäßen,
allstromsensitiven Summenstromwandlers sind Gegenstand der abhängigen Ansprüche.
[0009] Der erfindungsgemäße allstromsensitive Summenstromwandler zur Erfassung eines elektrischen
Differenzstromes ist für ein elektromechanisches Schutzschaltgerät, insbesondere für
einen allstromsensitiven Fehlerstromschutzschalter, vorgesehen und weist ein zweiteiliges
Gehäuse auf, welches seinerseits ein erstes Gehäuseteil und ein zweites Gehäuseteil
aufweist, die fest aber lösbar miteinander verbunden sind. Das Gehäuse weist dabei
eine Durchgangsöffnung auf, die entlang einer Mittenachse verläuft und zur Aufnahme
mindestens zweier hinsichtlich des Differenzstromes zu überwachender Primärleiter
bestimmt ist. Der Summenstromwandler weist dabei einen die Durchgangsöffnung umgebenden
ersten Magnetkern zur Erfassung von Wechselfehlerströmen, welcher mit einer ersten
Sensorwicklung bewickelt und in dem ersten Gehäuseteil aufgenommen und gehaltert ist,
auf. Weiterhin weist der Summenstromwandler einen die Durchgangsöffnung umgebenden
zweiten Magnetkern zur Erfassung von Gleichfehlerströmen, welcher mit einer zweiten
Sensorwicklung bewickelt und in dem zweiten Gehäuseteil aufgenommen und gehaltert
ist, auf. Die beiden Magnetkerne sind dabei in Richtung der Mittenachse übereinander
angeordnet. Darüber hinaus weist der Summenstromwandler mehrere Metallstifte auf,
welche mit dem Gehäuse fest verbunden sind und über eine Außenkontur des Gehäuses
hervorstehen. Die erste Sensorwicklung und die zweite Sensorwicklung weisen dabei
jeweils zwei Enden auf, welche mit je einem der Metallstifte, welche zur elektrischen
Kontaktierung mit einer Leiterplatte ausgebildet sind, elektrisch leitend verbunden
sind.
[0010] Der erfindungsgemäße, allstromsensitive Summenstromwandler zeichnet sich durch eine
äußerst kompakte Gestaltung auf: Zum einen besteht das Gehäuse des Summenstromwandlers
aus lediglich zwei Teilen, dem ersten Gehäuseteil zur Aufnahme des ersten Magnetkerns,
sowie dem zweiten Gehäuseteil zur Aufnahme des zweiten Magnetkerns, welche bei der
Montage unmittelbar, d.h. ohne Verwendung eines weiteren Gehäusezwischenstücks, aneinander
montiert werden. Hierdurch ist gegenüber einem drei- oder mehrteiligen Gehäuse eine
geringe Bauhöhe des Summenstromwandlers realisierbar. Zum anderen ist der Summenstromwandler
über die fest mit dem Wandlergehäuse verbundenen Metallstifte direkt auf einer Leiterplatte
montierbar, ohne dass hierfür zusätzliche elektrische Leitungen - und damit zusätzlicher
Bauraum - erforderlich sind. Aufgrund der dadurch erzielbaren kompakten Bauform ist
der stark begrenzte Bauraum im Inneren des Schutzschaltgerätes besser nutzbar.
[0011] Die beiden Magnetkerne weisen eine ring- oder hohlzylindrische Form auf, wobei die
Mittenachse der Zylinderachse der hohlzylinder- bzw. ringförmigen Magnetkerne entspricht.
Entlang dieser Zylinderachse sind die beiden Magnetkerne übereinander, d.h. nebeneinander"
bzw. "aufeinander" liegend angeordnet, so dass die Primärleiter durch beide Magnetkerne
gerade hindurchführbar sind. Die Sensorwicklungen sind - zumindest abschnittsweise
- um den jeweiligen Magnetkern herum gewickelt.
[0012] Die Metallstifte bilden dabei einen Kontaktierungsbereich des Summenstromwandlers:
hier werden während der Montage des Wandlergehäuses zum einen die Enden der Sensorwicklungen
mit jeweils einem der Metallstifte elektrisch leitend verbunden, beispielsweise mittels
Löten. Zum anderen ist über die im Kontaktierungsbereich angeordneten Metallstifte
die elektrisch leitende Verbindung mit einer Leiterplatte des Schutzschaltgerätes,
auf der die Elektronik des Schutzschaltgerätes angeordnet ist, realisierbar. Dies
kann beispielsweise durch Einpressen der Metallstifte in einen auf der Leiterplatte
angeordneten Sockel, oder durch Einstecken der Metallstifte in auf der Leiterplatte
vorgesehene Löcher mit anschließendem Wellen-, Schwall- oder Tauch-Löten (sogenannte
THT-Technik) erfolgen.
[0013] In einer vorteilhaften Weiterbildung des Summenstromwandlers sind die Metallstifte
L-förmig ausgebildet und weisen jeweils einen kurzen ersten Schenkel sowie einen langen
zweiten Schenkel auf. Die Enden der Sensorwicklungen sind dabei im Inneren des Gehäuses
jeweils mit einem der ersten Schenkel verbunden. Die zweiten Schenkel sind dabei durch
das Gehäuse nach außen hindurchgeführt und zur elektrischen Kontaktierung mit der
Leiterplatte ausgebildet.
[0014] Mit Hilfe der L-förmig ausgebildeten Metallstifte, deren langer zweiter Schenkel
derart durch das Gehäuse hindurchgeführt ist und soweit über die Gehäusekontur überstehen,
dass sie mit der Leiterplatte kontaktiert werden können, wird auf einfache Art und
Weise eine elektrisch leitende Verbindung zwischen den im Inneren des Gehäuses angeordneten
Sensorwicklungen und der außerhalb des Gehäuses liegenden Leiterplatte geschaffen.
[0015] In einer weiteren vorteilhaften Weiterbildung des Summenstromwandlers sind die die
Metallstifte u-förmig ausgebildet und weisen jeweils einen ersten Schenkel sowie einen
zweiten Schenkel auf, welche beide über die Außenkontur des Gehäuses hervorstehen
und über einen Steg miteinander verbunden sind. Die Enden der Sensorwicklungen sind
dabei aus dem Gehäuse herausgeführt und jeweils mit einem der ersten Schenkel elektrisch
leitend verbunden, während die zweiten Schenkel zur elektrischen Kontaktierung mit
der Leiterplatte ausgebildet sind.
[0016] Der Steg oder Verbindungssteg stellt den mittleren Abschnitt der u-förmigen Metallstifte
dar. Auch die u-förmig geformten Metallstifte weisen somit einen ersten Schenkel sowie
einen zweiten Schenkel auf, die über den Verbindungssteg sowohl elektrisch als auch
mechanisch miteinander verbunden sind, aber beide über die Außenkontur überstehen.
D.h. keiner der beiden Schenkel ist durch das Gehäuse hindurch auf dessen Innenseite
geführt. Zur Verbindung mit dem jeweiligen ersten Schenkel werden die Enden der Sensorwicklungen
daher aus dem Gehäuse heraus an den ersten Schenkel geführt; der zweite Schenkel,
welcher über den Steg mit dem ersten Schenkel elektrisch leitend verbunden ist, dient
wiederum der Kontaktierung mit der Leiterplatte.
[0017] Mit Hilfe der Metallstifte - egal ob L-förmig oder u-förmig ausgebildet - können
die beiden elektrischen Kontaktierungsprozessschritte, das erste Kontaktieren der
Enden der beiden Sensorwicklungen an die Metallstifte sowie das zweite Kontaktieren
der Metallstifte mit der Leiterplatte, sowohl zeitlich als auch räumlich voneinander
separiert werden. Auf diese Weise ist sowohl eine verbesserte Ergonomie als auch -
im Falle thermischer Fügeprozesse - ein geringerer Wärmeeintrag pro Zeit realisierbar,
was insbesondere bei Verwendung empfindlicher elektrischer Bauteile von Vorteil ist.
[0018] In einer weiteren vorteilhaften Weiterbildung des Summenstromwandlers sind die Metallstifte
fest mit dem Gehäuse verbunden.
[0019] Diese feste Verbindung der Metallstifte mit dem Gehäuse kann beispielsweise durch
Kleben, Einpressen oder Umspritzen erfolgen. Sowohl das Einpressen bzw. Einkleben
der Metallstifte in das Gehäuse, als auch das Umspritzen der Metallstifte beim Spritzgießen
des Gehäuses im Kunststoffspritzgussverfahren, stellen einfach zu realisierende Fertigungsverfahren
zur mechanischen Befestigung der Metallstifte am Gehäuse dar.
[0020] In einer weiteren vorteilhaften Weiterbildung des Summenstromwandlers weist zumindest
einer der Magnetkerne eine Prüfwicklung auf, deren beide Enden mit jeweils einem der
ersten Schenkel der Metallstifte elektrisch leitend verbunden sind.
[0021] Die Prüfwicklung ist ebenfalls zumindest abschnittsweise um den Magnetkern herumgewickelt
und dient dazu, die Funktionsfähigkeit des Summenstromwandlers zu überprüfen. Hierzu
wird eine Prüfspannung an die Prüfwicklung angelegt, welche in dem jeweiligen Magnetkern
ein Magnetfeld erzeugt, welches in der Sensorwicklung einen Induktionsstrom induziert
und damit detektierbar ist. Zur elektrischen Kontaktierung der Prüfwicklung mit der
Leiterplatte werden ebenfalls zwei Metallstifte verwendet, welche wie vorstehend beschrieben
L-förmig oder u-förmig ausgebildet sein können.
[0022] In einer weiteren vorteilhaften Weiterbildung weist der Summenstromwandler zumindest
ein Positionierungselement auf, welches benachbart zu den Metallstiften an dem Gehäuse
ausgebildet ist und zur Positionierung des Summenstromwandlers relativ zur Leiterplatte
dient.
[0023] Da die Metallstifte - insbesondere beim Einpressen in einen auf der Leiterplatte
ausgebildeten Sockel - empfindlich sind und leicht verbiegen können, weist das Gehäuse
in einem Kontaktbereich, in dem auch die Metallstifte angeordnet sind, zumindest ein
Positionierungselement auf. Dieses Positionierungselement ist beispielsweise über
das Gehäuse hervorstehend ausgebildet und dient dazu, das Gehäuse des Summenstromwandlers
relativ zur Leiterplatte vorzupositionieren, um in einem zweiten Schritt die Metallstifte
relativ zu den ihnen zugeordneten Kontaktierungselementen in Position zu bringen und
anschließend zu fügen, d.h. sowohl mechanisch als auch elektrisch leitend miteinander
zu verbinden. Auf diese Weise ist die Montage des Summenstromwandlers auf der Leiterplatte
zumindest teilautomatisiert ausführbar.
[0024] In einer weiteren vorteilhaften Weiterbildung des Summenstromwandlers ist zwischen
dem ersten Gehäuseteil und dem zweiten Gehäuseteil eine durchschlagsfeste Folie angeordnet.
[0025] Mit Hilfe der durchschlagsfesten Folie werden der im ersten Gehäuseteil aufgenommene
erste Magnetkern und der im zweiten Gehäuseteil aufgenommene zweite Magnetkern räumlich
voneinander getrennt. Die durchschlagsfeste Folie dient dabei der magnetischen "Isolierung"
der beiden Magnetkerne, so dass Wechselwirkungen zwischen den beiden Magnetkernen
- und damit Fehlfunktionen des Summenstromwandlers - wirksam vermieden werden können.
[0026] Das erfindungsgemäße elektromechanische Schutzschaltgerät, welches insbesondere als
allstromsensitiver Fehlerstromschutzschalter ausgebildet ist, weist einen allstromsensitiven
Summenstromwandler der vorstehend beschriebenen Art, mit einem ersten Magnetkern zur
Erfassung von Wechselfehlerströmen sowie einem zweiten Magnetkern zur Erfassung von
Gleichfehlerströmen, auf.
[0027] Hinsichtlich der Vorteile des erfindungsgemäßen elektromechanischen Schutzschaltgerätes
wird auf die vorstehenden Ausführungen die Vorteile des erfindungsgemäßen allstromsensitiven
Summenstromwandlers betreffend verwiesen.
[0028] Das erfindungsgemäße Herstellverfahren für einen allstromsensitiven Summenstromwandler
der vorstehend beschriebenen Art weist die Schritte:
- a) Thermisches Fügen der Enden der ersten Sensorwicklung und der Enden der zweiten
Sensorwicklung mit jeweils einem der ersten Schenkel eines diesem Ende zugewiesenen
Metallstiftes;
- b) Montieren des ersten Gehäuseteils und des zweiten Gehäuseteils; und
- c) Herstellen jeweils einer elektrisch leitenden Verbindung zwischen dem zweiten Schenkel
der jeweiligen Metallstiftes und einer, dem betreffenden Metallstift eindeutig zugeordneten
und auf der Leiterplatte ausgebildeten Kontaktstelle,
auf.
[0029] In einer vorteilhaften Weiterbildung des Herstellverfahrens ist zwischen Schritt
a) und Schritt b) ein zusätzlicher Schritt
a1) Thermisches Fügen jeweils eines der Enden der ersten Prüfwicklung und/oder der
Enden der zweiten Prüfwicklung mit jeweils einem der ersten Schenkel eines dem betreffenden
Ende zugewiesenen Metallstiftes;
eingefügt.
[0030] In einer weiteren vorteilhaften Weiterbildung des Herstellverfahrens wird Schritt
c) ebenfalls durch ein thermisches Fügeverfahren realisiert.
[0031] Die elektrisch leitende Verbindung zwischen den Metallstiften und der ihnen jeweils
zugewiesenen Kontaktstelle auf der Leiterplatte kann ebenfalls durch thermisches Fügen
hergestellt werden, wobei auch andere Verbindungsverfahren, wie Kaltschweißen oder
Crimpen, prinzipiell möglich sind. Neben dem Löten kommen als thermische Fügeverfahren
auch Hartlöten oder Schweißen in Betracht.
[0032] Mit Hilfe des erfindungsgemäßen Herstell- bzw. Montageverfahrens lässt sich der allstromsensitive
Summenstromwandler - und damit das elektromechanische Schutzschaltgerät - deutlich
einfacher und damit kostengünstiger herstellen. Da die Metallstifte im Vergleich zu
Kabelverbindungen starr am Gehäuse ausgebildet sind und sich somit - relativ zum Gehäuse
- immer in derselben Fügeposition befinden, ist es möglich, die thermischen Fügeprozesse
zur Herstellung einer elektrisch leitenden Verbindung zwischen den Enden der Sensorwicklungen
und ggf. der Prüfwicklung(en) mit jeweils einem der Metallstifte, sowie der Metallstifte
mit den jeweiligen Kontaktstellen auf der Leiterplatte nicht mehr manuell, sondern
zumindest teilautomatisiert auszuführen. Umständliches manuelles Löten an aufgrund
der beengten Platzverhältnisse teilweise schwer zugänglichen Stellen ist damit nicht
mehr erforderlich. Die Gefahr von Auslöseversagern aufgrund schlechter Lötverbindungen
oder abgerissener Sensor- oder Prüfwicklungen kann dadurch deutlich minimiert werden.
Insgesamt können durch die (teil-) automatisierte Ausführung der Fügeverbindung die
Prozessparameter des Fügeprozesses besser eingehalten und überwacht werden, wodurch
auf einfache Art und Weise in kürzerer Zeit qualitativ hochwertigere Fügeverbindungen
herstellbar sind.
[0033] Weiterhin ist es möglich, dass bei einer (teil-)automatisierten Ausführung der Fügeverbindungen
nicht alle thermischen Verbindungen gleichzeitig ausgeführt werden. Hierdurch kann
der Wärmeeintrag pro Zeiteinheit deutlich reduziert werden, was insbesondere bei Verwendung
temperaturempfindlicher Bauteile von großem Vorteil ist.
[0034] Im Folgenden wird ein Ausführungsbeispiel des erfindungsgemäßen, allstromsensitiven
Summenstromwandlers unter Bezug auf die beigefügten Figuren näher erläutert. Die Figuren
zeigen:
- Figuren 1 bis 3
- schematische Darstellungen des montierten allstromsensitiven Summenstromwandlers in
verschiedenen Ansichten;
- Figuren 4 bis 6
- schematische Darstellungen des FI-Teils des Summenstromwandlers in verschiedenen Ansichten;
- Figuren 7 bis 9
- schematische Darstellungen des DI-Teils des Summenstromwandlers in verschiedenen Ansichten;
- Figur 10
- eine schematische Schnittdarstellung des Summenstromwandlers;
- Figuren 11 und 12
- schematische Darstellungen des Summenstromwandlers mit einer daran montierten Leiterplatte
in verschiedenen Ansichten.
[0035] In den verschiedenen Figuren der Zeichnung sind gleiche Teile stets mit dem gleichen
Bezugszeichen versehen. Die Beschreibung gilt für alle Zeichnungsfiguren, in denen
das entsprechende Teil ebenfalls zu erkennen ist.
[0036] In den Figuren 1 bis 3 ist der erfindungsgemäße, vollständig montierte allstromsensitive
Summenstromwandler 1 in verschiedenen Ansichten schematisch dargestellt. Figur 1 zeigt
dabei eine perspektivische Ansicht des allstromsensitiven Summenstromwandlers 1; in
den Figuren 2 und 3 ist der Summenstromwandler 1 in zwei unterschiedlichen Seitenansichten
gezeigt.
[0037] Der allstromsensitive Summenstromwandler 1 weist ein Gehäuse 10 auf, welches aus
zwei Teilen - dem ersten Gehäuseteil 11 sowie dem zweiten Gehäuseteil 12, besteht.
Entlang einer Mittenachse a weist das Gehäuse 10 eine Durchgangsöffnung 13 zur Durchführung
mehrerer Primärleiter 9 (siehe Figur 11) auf. Die Durchgangsöffnung 13 ist dabei mit
Hilfe eines an das Gehäuse 10 angespritzten Isolierkreuzes 16 in vier kreisförmige,
voneinander unabhängige Teilöffnungen 17 unterteilt. Hierdurch sind die Primärleiter
9 zum einen im Inneren des Summenstromwandlers 1 elektrisch voneinander isoliert aufgenommen,
wodurch die Gefahr von elektrischen Überschlägen wirksam reduziert wird. Zum anderen
wird durch das Isolierkreuz 16 verhindert, dass die scharfkantigen Enden der Primärleiter
9 beim Einfädeln in die Durchgangsöffnung 13 andere Primärleiter beschädigen.
[0038] Der allstromsensitive Summenstromwandler 1 weist einen die Durchgangsöffnung 13 umgebenden
ersten Magnetkern 20 zur Erfassung von Wechselfehlerströmen, welcher in dem ersten
Gehäuseteil 11 aufgenommen und gehaltert ist (siehe Figuren 4 bis 6), sowie einen
die Durchgangsöffnung 13 umgebenden zweiten Magnetkern 30 zur Erfassung von Gleichfehlerströmen,
welcher in dem zweiten Gehäuseteil 12 aufgenommen und gehaltert ist (siehe Figuren
7 bis 9), auf. Das Gehäuse 10 des Summenstromwandlers 1 ist ferner zur direkten Montage
auf einer Leiterplatte 100 (printed circuit board PCB, siehe Figuren 11 und 12) des
Schutzschaltgerätes vorgesehen und weist zur Kontaktierung mit der Leiterplatte 100
mehrere Metallstifte 40 auf, welche in einem Kontaktbereich 18 des Gehäuses 10 sowohl
am ersten Gehäuseteil 11 als auch am zweiten Gehäuseteil 12 angeordnet sind und dabei
über eine Außenkontur des Gehäuses 10 hervorstehen. Die Metallstifte 40 sind vorliegend
als u-förmige Draht-Pins ausgebildet und als Inlays fest, d.h. nicht lösbar, in das
erste Gehäuseteil 11 bzw. das zweite Gehäuseteil 12 eingespritzt. Sie weisen jeweils
einen ersten Schenkel 41 sowie einen zweiten Schenkel 42 auf, welche über einen Verbindungssteg
(nicht dargestellt) des u-förmigen Grundkörpers elektrisch leitend miteinander verbunden
sind. Weiterhin weist das Gehäuse 10 zwei Positionierungselemente 14 auf, welche ebenfalls
im Kontaktbereich 18 angeordnet sind, ebenfalls über die Außenkontur des Gehäuses
10 hervorstehen und zur Positionierung des Summenstromwandlers 1 relativ zur Leiterplatte
100 des Schutzschaltgerätes dienen.
[0039] Die Figuren 4 bis 6 zeigen schematische Darstellungen des sogenannten FI-Teils des
Summenstromwandlers 1 in verschiedenen Ansichten bzw. Montagezuständen: Die Figuren
5 und 6 zeigen dabei das erste Gehäuseteil 11 mit dem darin aufgenommenen ersten Magnetkern
20, während in Figur 4 der erste Magnetkern 20 vor Einlegen in das ersten Gehäuseteil
11 in einer Art Explosionszeichnung schematisch dargestellt ist.
[0040] Der erste Magnetkern 20, welcher zur Erfassung von Wechselfehlerströmen dient, ist
mit einer ersten Sensorwicklung 21 umwickelt, welche als erster Sekundärleiter des
Summenstromwandlers 1 dient. Dies bedeutet, dass bei einer Änderung des magnetischen
Feldes, welches durch den ersten Magnetkern 20 geführt ist, in der ersten Sensorwicklung
21 ein Induktionsstrom induziert wird. Die daraus resultierende Induktionsspannung
kann dann zwischen den beiden Enden der ersten Sensorwicklung 21 gemessen werden.
Zusätzlich ist um den ersten Magnetkern 20 zumindest abschnittsweise eine erste Prüfwicklung
22 gewickelt, welche dazu dient, die Funktionsfähigkeit des FI-Teils des Summenstromwandlers
1 zu überprüfen: wird an die beiden Enden der ersten Prüfwicklung 22 eine Prüfspannung
angelegt, so bewirkt der daraus resultierenden Stromfluss in der Prüfwicklung 22 eine
Änderung des magnetischen Flusses im ersten Magnetkern 20. Diese Änderung kann dann
wiederum mittels der ersten Sensorwicklung 21 erfasst werden.
[0041] Figur 5 zeigt den ersten Magnetkern 20 in seiner Einbaulage im ersten Gehäuseteil
11. Zur Fixierung kann der erste Magnetkern 20 in das erste Gehäuseteil 11 eingeklebt
werden. Im Kontaktbereich 18 des Gehäuses 10 sind mehrere Metallstifte 40 in Gestalt
u-förmiger Draht-Pins in das erste Gehäuseteil 11 eingespritzt. Die beiden Enden der
ersten Sensorwicklung 21 sind dabei jeweils mit einem zweiten Schenkel 42 des ihnen
jeweils zugewiesenen Metallstifts 40 elektrisch leitend verbunden. Ebenso sind die
beiden Enden der ersten Prüfwicklung 22 jeweils mit einem zweiten Schenkel 42 des
ihnen jeweils zugewiesenen Metallstifts 40 elektrisch leitend verbunden. Die Enden
der ersten Sensorwicklung 21 sowie der ersten Prüfwicklung 22 sind hierzu jeweils
aus dem ersten Gehäuseteil 11 herausgeführt und um den jeweiligen ersten Schenkel
42 herumgewickelt. In einem weiteren Prozessschritt wird dann eine dauerhafte stabile
Verbindung zwischen den Leiterenden der Sensorwicklung 21 bzw. der Prüfwicklung 22
und dem jeweiligen Metallstift 40 hergestellt, beispielsweise mit Hilfe eines thermischen
Fügeverfahrens wie Schweißen oder Löten. Das Fügen kann dabei manuell ausgeführt werden;
da die Fügepartner - das jeweilige Ende der Sensor- bzw. Prüfwicklung 21 bzw. 22 sowie
der zugeordnete erster Schenkel 41 des jeweiligen Metallstiftes 40 - formstabil gehaltert
sind, ist es jedoch ebenso möglich und vorteilhafter, den Fügeprozess teilweise oder
sogar vollständig zu automatisieren.
[0042] Figur 6 zeigt den FI-Teil des Summenstromwandlers 1 zu einem weiteren, späteren Montagezeitpunkt.
Dabei ist der erste Magnetkern 20 mit einer durchschlagsfesten Folie 15 abgedeckt,
um ihn räumlich von dem im zweiten Gehäuseteil 12 aufgenommene zweiten Magnetkern
30 (siehe Figuren 7 bis 9) zu trennen. Die durchschlagsfeste Folie 15 dient dabei
der magnetischen "Isolierung" der beiden Magnetkerne 20 und 30, um Wechselwirkungen
zwischen den beiden Magnetkernen 20 und 30, und damit Fehlfunktionen des Summenstromwandlers
1, wirksam zu vermeiden. Um die Folie 15 exakt zu positionieren weist das erste Gehäuseteil
11 zwei Montagezapfen 19 auf, welche in damit korrespondierende, am zweiten Gehäuseteil
12 ausgebildete Montageöffnungen 29 eingreifen, um die beiden Gehäuseteile 11 und
12 formschlüssig miteinander zu verbinden. Die Folie 15 ist hinsichtlich ihrer Form
an die Trennebene der Gehäuseteile 11 und 12 angepasst und weist im Bereich der beiden
Montagezapfen 19 zwei räumlich damit korrespondierenden Öffnungen auf. Durch Einhängen
dieser Öffnungen in die Montagezapfen 19 ist die Folie 15 relativ zum ersten Gehäuseteil
11 exakt positionierbar.
[0043] Die erste Sensorwicklung 21 sowie die erste Prüfwicklung 22 sind vorzugsweise aus
Lackdraht gebildet. Dabei handelt sich zumeist um einen Kupferdraht, welcher bei der
Fertigung mit einer elektrisch isolierenden Lackschicht überzogen wurde. Da Dicke
und Gewicht dieser Lackisolation im Vergleich zu anderen Isolierstoffen mit gleicher
Wirkung sehr gering sind, weder derartige Lackdrähte bevorzugt zum Bau von elektrischen
Spulen und Transformatoren verwendet. Aufgrund der geringen Dicke der Lackschicht
sind sie jedoch auch entsprechend empfindlich gegen äußere mechanische Einwirkungen.
[0044] Der erste Magnetkern 20 kann aus nanokristallinem Material gebildet sein. Da dieses
Material sehr spröde ist und daher zur Bildung von Flittern neigt, ist es in diesem
Fall vorteilhaft, den Magnetkern 20 mit einer Schutzhülle zu umgeben, bevor er mit
der ersten Sensorwicklung 21 und/oder der ersten Prüfwicklung 22 bewickelt wird, um
Beschädigungen der dünnen Lackdrähten der Wicklungen durch die schaftkantigen Flitter
zu vermeiden. Der Magnetkern 20 kann zu diesem Zweck mit einem dünnen Papier bewickelt
werden. Alternativ ist es ebenso möglich, ihn vor dem Bewickeln in ein Kunstharz zu
vergießen.
[0045] In den Figuren 7 bis 9 ist der sogenannte DI-Teil des Summenstromwandlers 1 in verschiedenen
Ansichten bzw. Montagezuständen schematisch dargestellt: Die Figuren 8 und 9 zeigen
dabei das zweite Gehäuseteil 12 mit dem darin aufgenommenen zweiten Magnetkern 30,
während in Figur 7 der zweite Magnetkern 30 vor dem Einlegen in das zweite Gehäuseteil
12 dargestellt ist.
[0046] Der zweite Magnetkern 30, welcher zur Erfassung von Gleichfehlerströmen dient, ist
mit einer zweiten Sensorwicklung 31 umwickelt, welche als zweiter Sekundärleiter des
Summenstromwandlers 1 dient. Dies bedeutet, dass bei einer Änderung des magnetischen
Feldes, welches durch den zweiten Magnetkern 30 geführt ist, in der zweiten Sensorwicklung
31 ein Induktionsstrom induziert wird. Die daraus resultierende Induktionsspannung
kann dann zwischen den beiden Enden der zweiten Sensorwicklung 31 gemessen werden.
Zusätzlich ist um den zweiten Magnetkern 31 zumindest abschnittsweise eine zweite
Prüfwicklung 32 gewickelt, welche dazu dient, die Funktionsfähigkeit des DI-Teils
des Summenstromwandlers 1 zu überprüfen: wird an die beiden Enden der zweiten Prüfwicklung
32 eine Prüfspannung angelegt, so bewirkt der daraus resultierende Stromfluss in der
Prüfwicklung 32 eine Änderung des magnetischen Flusses im zweiten Magnetkern 30. Diese
Änderung kann dann wiederum mit Hilfe der zweiten Sensorwicklung 31 erfasst werden.
[0047] Figur 8 zeigt den zweiten Magnetkern 30 in seiner Einbaulage im zweiten Gehäuseteil
12. Zur Fixierung kann der zweite Magnetkern 30 in das zweite Gehäuseteil 12 eingeklebt
werden. Im Kontaktbereich 18 des Gehäuses 10 sind mehrere Metallstifte 40 in Gestalt
u-förmiger Draht-Pins in das zweite Gehäuseteil 12 eingespritzt. Die beiden Enden
der zweiten Sensorwicklung 31 sind dabei jeweils mit einem zweiten Schenkel 42 des
ihnen jeweils zugeordneten Metallstifts 40 elektrisch leitend verbunden. Ebenso sind
die beiden Enden der zweiten Prüfwicklung 32 jeweils mit einem zweiten Schenkel 42
des ihnen jeweils zugeordneten Metallstifts 40 elektrisch leitend verbunden. Die Enden
der zweiten Sensorwicklung 31 sowie der zweiten Prüfwicklung 32 sind hierzu jeweils
aus dem zweiten Gehäuseteil 12 herausgeführt und um den jeweiligen ersten Schenkel
42 herumgewickelt. In einem weiteren Prozessschritt wird dann eine dauerhafte stabile
Verbindung zwischen den Leiterenden der Sensorwicklung 31 bzw. der Prüfwicklung 32
und dem jeweils zugeordneten Metallstift 40 hergestellt, beispielsweise durch ein
thermisches Fügeverfahren wie Schweißen oder Löten. Das Fügen kann auch manuell ausgeführt
werden; da die Fügepartner (das jeweilige Ende der Sensor- bzw. Prüfwicklung 31 bzw.
32 sowie der zugeordnete erster Schenkel 41 des jeweiligen Metallstiftes 40) formstabil
gehaltert sind, ist es jedoch ebenso möglich und deutlich vorteilhafter, den Fügeprozess
teilweise oder sogar vollständig zu automatisieren.
[0048] Figur 9 zeigt den DI-Teil des Summenstromwandlers 1 zu einem weiteren, späteren Montagezeitpunkt.
Dabei ist der zweite Magnetkern 30 mit einer durchschlagsfesten Folie 15 abgedeckt,
um ihn von dem im ersten Gehäuseteil 11 aufgenommene ersten Magnetkern 20 (siehe Figuren
4 bis 6) räumlich zu trennen. Zur Positionierung der Folie 15 weist das zweite Gehäuseteil
12 einen Montagezapfen 19 auf, welcher in eine damit korrespondierende, am ersten
Gehäuseteil 11 ausgebildete Montageöffnungen 29 eingreift, um die beiden Gehäuseteile
11 und 12 formschlüssig miteinander zu verbinden. Die Verwendung zweier Folien 15,
eine am ersten Gehäuseteil 11 und eine weitere am zweiten Gehäuseteil 12, ist nicht
zwingend erforderlich. Vielmehr sollte die durchschlagsfeste Folie 15 entweder am
ersten Gehäuseteil 11 oder am zweiten Gehäuseteil 12 positioniert werden.
[0049] Ferner ist anhand der in den Figuren 4 bis 9 dargestellten Gehäuseteile 11 und 12
auch gut der Übergang der Teilöffnungen 17 vom ersten Gehäuseteil 11 zum zweiten Gehäuseteil
12 zu erkennen: die Übergangsbereiche der Teilöffnungen 17 sind so ausgebildet, dass
diese nicht stumpf aufeinander stoßen, sondern im Fügebereich unterschiedliche, abgestufte
Querschnitte aufweisen, so dass zwei der Teilöffnungen 17 des ersten Gehäuseteils
11 in die korrespondierenden Teilöffnungen 17 des zweiten Gehäuseteils 12 gesteckt
werden und umgekehrt. Auf diese Weise wird ein Labyrinth geschaffen, durch das die
Luft- und Kriechstrecken zwischen den Primärleitern 9, die in den Teilöffnungen 17
aufgenommen sind, deutlich verlängert werden, wodurch die Gefahr eines elektrischen
Überschlags zwischen den Primärleitern 9 weiter reduziert wird.
[0050] Figur 10 zeigt schematisch eine Schnittdarstellung des Summenstromwandlers 1 entlang
der Mittenachse a. Das erste Gehäuseteil 11 (FI-Teil), in dem der erste Magnetkern
20 zur Erfassung von Wechselfehlerströmen aufgenommen und gehaltert ist, ist dabei
in Richtung der Mittenachse a oberhalb des zweiten Gehäuseteils 12, in dem der zweite
Magnetkern 30 zur Erfassung von Gleichfehlerströmen aufgenommen und gehaltert ist,
angeordnet. Zwischen dem ersten Gehäuseteil 11 und dem zweiten Gehäuseteil 12 ist
die durchschlagfeste Folie 15, welche den Aufnahmeraum des ersten Magnetkerns 20 vom
Aufnahmeraum des zweiten Magnetkerns 30 räumlich trennt, angeordnet. Mit Hilfe der
durchschlagsfesten Folie 15 ist es somit möglich, die Bauhöhe des allstromsensitiven
Summenstromwandlers 1 in Richtung der Mittenachse a deutlich kompakter zu halten,
als dies bei Verwendung eines weiteren, zusätzlichen Gehäuseteils der Fall wäre.
[0051] In der Schnittdarstellung der Figur 10 ist ferner gut zu erkennen, dass die Durchgangsöffnung
13 in vier rohrförmige Teilöffnungen 17 unterteilt ist (die Schnittansicht der Figur
10 zeigt deren zwei), in denen die Primärleiter 9 geführt und elektrisch zueinander
isoliert sind. An den beiden in Richtung der Mittenachse a distalen Enden des Gehäuses
10 sind die Isolierkreuze 16 zur elektrischen Isolation der Primärleiter 9 außerhalb
des Summenstromwandlers 1 angeordnet. Die Isolierkreuze 16 sind dabei mit dem ersten
Gehäuseteil 11 bzw. dem zweiten Gehäuseteil 12 einstückig verbunden, wodurch ein zusätzliches
Bauteil zur Isolation der Primärleiter 9 im Außenbereich des Gehäuses 10 sowie dessen
zusätzliche Montage entfallen. Durch eine optimierte Auswahl des für die Gehäuseteile
11 und 12 verwendeten Kunststoffwerkstoffs kann die Durchschlagsfestigkeit signifikant
verbessert werden. Für diesen Zweck kommen beispielsweise glasfaserverstärkte Polyamide
in Betracht.
[0052] In den Figuren 11 und 12 ist der Summenstromwandler 1 mit einer daran montierten
Leiterplatte 100, auf der sich die Elektronik des elektromechanischen Schutzschaltgerätes
befindet, in zwei unterschiedlichen Ansichten schematisch dargestellt. Die Leiterplatte
100 ist als sogenannte rigid-flex-Leiterplatte ausgebildet, d.h. sie weist starre
("rigid") Bereiche 100a auf, welche durch flexible ("flex") Bereiche 100b miteinander
verbunden sind, siehe Figur 11. Die Leiterplatte 100 ist vorliegend um den Summenstromwandler
1 herum "gefaltet" angeordnet. Auf diese Weise kann auch eine vergleichsweise große
Leiterplatte neben dem voluminösen Summenstromwandler 1 äußerst platzsparend angeordnet
werden, sodass eine kompakte Bauform des elektromechanischen Schutzschaltgerätes realisierbar
ist. Dabei können an der Leiterplatte 100 auch weitere Bauteile oder Baugruppen des
elektromechanischen Schutzschaltgerätes angeordnet werden.
[0053] In Figur 11 sind ferner die Primärleiter 9 dargestellt, welche durch die Durchgangsöffnung
13 des Summenstromwandlers 1 hindurchgeführt sind. Außerhalb des Summenstromwandlers
1 sind die Primärleiter 9 in der vorliegenden Darstellung als flach ausgeführte Profile
ausgebildet.
[0054] Figur 12 zeigt eine vergrößerte Darstellung eines Ausschnitts der Leiterplatte 100,
welcher mit dem Kontaktbereich 18 des Summenstromwandlers 1 korrespondiert. Dabei
wird deutlich, dass der Summenstromwandler 1 direkt auf der Leiterplatte 100 montiert
ist. Mittels der am Gehäuse 10 ausgebildeten Positionierungselemente 14 wird das Gehäuse
10 des Summenstromwandlers 1 zunächst relativ zur Leiterplatte 100 positioniert, indem
die Positionierungselemente 14 in auf der Leiterplatte 100 ausgebildete Positionieröffnungen
103 eingeführt bzw. eingesteckt werden. Weiterhin weist die Leiterplatte 100 unterschiedlich
dimensionierte Bohrungen 101 sowie 102 zur Aufnahme der Schenkel 41 und 42 der Metallstifte
40 auf. Die Positionieröffnungen 103 sind dabei hinsichtlich ihrer Größe so dimensioniert,
dass der Summenstromwandler 1 spielfrei geführt ist, derart, dass die Schenkel 41
und 42 der Metallstifte 40 korrespondierend zu den ihnen jeweils zugeordneten Bohrungen
101 und 102 exakt positioniert sind, so dass sie in einem weiteren Schritt in die
Bohrungen eingesteckt werden können.
[0055] Die Bohrungen 102 dienen der Kontaktierung der Metallstifte 40 über ihren jeweils
zweiten Schenkel 42. Diese Kontaktierung kann beispielsweise durch Einpressen der
zweiten Schenkel 42 in die Bohrungen 102 erfolgen. In diesem Fall sind die Bohrungen
102 kleiner dimensioniert, so dass durch das Einpressen der als Einpressstifte ausgebildeten
zweiten Schenkel 42 eine kaltverschweißte Verbindung zwischen dem jeweiligen zweiten
Schenkel 42 und der diesem zugeordneten Bohrung 102 gebildet ist. Alternativ dazu
können diese elektrischen Verbindungen auch als Durchsteckverbindung ausgeführt sein.
Hierzu sind die Bohrungen 102 etwas größer dimensioniert und als durchkontaktierte
Bohrungen ausgebildet, durch die die zweiten Schenkel 42 hindurchgesteckt und anschließend
verlötet werden. Diese Montageart ist auch als Durchstecktechnik ("THT - Through Hole
Technology") bekannt. Das eigentliche thermische Fügen (Löten) kann dann mit Hilfe
eines Roboters oder Automaten erfolgen, wodurch eine gleichbleibend gute Qualität
der Lötstellen garantiert ist.
[0056] Die Bohrungen 101 sind im Vergleich zu den Bohrungen 102 deutlich größer dimensioniert
und dienen lediglich der Aufnahme der jeweils ersten Schenkel 41 der Metallstifte
40. Da diese ersten Schenkel 41 der Kontaktierung der Enden der Sensorwicklungen 21
und 31 bzw. der Prüfwicklungen 22 und 32 mit dem jeweils zugeordneten Metallstift
40, nicht aber der Kontaktierung der Metallstifte 40 mit der Leiterplatte 100 dienen,
stellen die zugeordneten Bohrungen 101 lediglich Aussparungen dar, in denen die ersten
Schenkel 41 räumlich aufgenommen sind, um Beschädigungen zu verhindern.
[0057] Anhand der vorstehend beschriebenen Figuren wird abschließend das erfindungsgemäße
Herstellverfahren für den allstromsensitiven Summenstromwandler 1 beschrieben: zunächst
werden die Enden der ersten Sensorwicklung 21, welche um den ersten Magnetkern 20
gewickelt ist, und der Enden der zweiten Sensorwicklung 31, die um den zweiten Magnetkern
30 gewickelt ist, mit jeweils einem der ersten Schenkel 41 eines dem Ende der jeweiligen
Wicklung zugewiesenen Metallstiftes 40 durch ein thermisches Fügeverfahren - beispielsweise
Löten - elektrisch leitend verbunden. Dieses Fügeverfahren kann dabei sowohl manuell
als auch automatisiert ausgeführt werden. Anschließend werden das erste Gehäuseteil
11, in dem der erste Magnetkern 20 aufgenommen und gehaltert ist, und das zweite Gehäuseteil
12, in dem der zweite Magnetkern 30 aufgenommen und gehaltert ist, zum Gehäuse 10
montiert. Schließlich wird zwischen den zweiten Schenkeln 42 der Metallstifte 40 und
der Leiterplatte 100 über die zugeordnete Bohrung 102 eine zweite elektrisch leitende
Verbindung hergestellt. Diese Verbindung kann dabei ebenfalls mit Hilfe eines thermischen
Fügeverfahrens ausgeführt werden; dies ist jedoch nicht zwingend erforderlich.
[0058] Sind Prüfwicklungen 22, 32 vorhanden, so werden parallel zur Kontaktierung der Sensorwicklungen
21, 31 auch die Enden der Prüfwicklungen 22, 32 mit jeweils einem der ersten Schenkel
41 eines diesem Ende zugewiesenen Metallstiftes 40 durch das thermisches Fügeverfahren
elektrisch leitend verbunden. Anschließend werden die Gehäuseteile 11 und 12 wiederum
zusammengesteckt.
[0059] Dieses Verfahren hat den Vorteil, dass die Kontaktierung der Sensor- und Prüfwicklungen
21, 22, 31 und 32 mit der Leiterplatte 100 in zwei Schritten, und damit sowohl räumlich
als auch zeitlich separiert voneinander, erfolgt. Auf diese Weise ist es möglich,
auch bei räumlich beengten Platzverhältnissen und - damit einhergehend - schlechten
ergonomischen Verhältnissen zwei qualitativ hochwertige, elektrisch leitende Verbindungen
- vorzugsweise Lötverbindungen - auf nur einem Verbindungselement, dem jeweiligen
Metallstift 40, herzustellen.
[0060] Für die technische Realisierung der zweiten elektrisch leitenden Verbindung zwischen
den Metallstiften 40 und der Leiterplatte 100 bieten sich verschiedene Möglichkeiten:
Zum einen können diese Verbindungen aufgrund der definierten, stets gleichen Position
der Metallstifte 40 relativ zum Gehäuse 10 des Summenstromwandlers 1 als Lötverbindungen
mit Hilfe eines Roboters oder Automaten einfach, präzise und in kurzer Zeit mit gleichbleibend
hoher Qualität hergestellt werden. Die Leiterplatte 100 benötigt hierzu lediglich
günstig herzustellende, durchkontaktierte Bohrungen 102.
[0061] Weiterhin können die Metallstifte 40 als Einpressstifte ausgebildet sein. In diesem
Fall kann die Leiterplatte 100, ebenfalls mit durchkontaktierten Bohrungen 102, mit
Hilfe einer Einpressvorrichtung mit dem Summenstromwandler 1 elektrisch leitend verbunden
werden. Durch die dabei aufzubringende Einpresskraft entsteht eine stabile, kaltverschweißte
Verbindung zwischen dem Metallstift 40 und der Bohrung 102.
[0062] Ferner ist es möglich, auf der Leiterplatte 100 eine Steckerleiste anzuordnen, wobei
die elektrisch leitende Verbindung mit dem Summenstromwandler 1 durch Eindrücken der
Metallstifte 40 in die Steckerleiste realisiert wird. Schlussendlich können an die
zweiten Schenkel 42 der Metallstifte 40 auch flexible Leitungen angelötet werden,
um auf herkömmliche Weise eine elektrisch leitende Verbindung zu der Leiterplatte
100 zu realisieren.
[0063] Wird das Verfahren automatisiert oder teilautomatisiert ausgeführt, so ist es vorteilhaft,
den Summenstromwandler 1 durch Schwenken oder durch eine lineare Zuführung derart
mit der Leiterplatte 100 in Kontakt zu bringen, dass dabei zunächst die Positionierungselemente
14, und erst anschließend die Metallstifte 40 in Kontakt zur Leiterplatte 100 treten.
Dadurch, dass die Positionierungselemente 14 voreilend zu den Metallstiften 40 sind,
wird auf einfache Art und Weise eine exakte Positionierung der Metallstifte 40 relativ
zur den ihnen zugeordneten Bohrungen 101 bzw. 102 auf der Leiterplatte 100 erreicht.
Darüber hinaus können die Positionierungselemente 14 auch als Justage-Elemente für
weitere vor- oder nachgelagerte Fertigungsschritte, beispielsweise das nachfolgende
thermische Fügeverfahren, dienen.
Bezugszeichenliste
[0064]
- 1
- Summenstromwandler
- 9
- Primärleiter
- 10
- Gehäuse
- 11
- erstes Gehäuseteil
- 12
- zweites Gehäuseteil
- 13
- Durchgangsöffnung
- 14
- Positionierungselement
- 15
- Folie
- 16
- Isolierkreuz
- 17
- Teilöffnung
- 18
- Kontaktbereich
- 19
- Montagezapfen
- 20
- erster Magnetkern
- 21
- erste Sensorwicklung
- 22
- erste Prüfwicklung
- 29
- Montageöffnung
- 30
- zweiter Magnetkern
- 31
- zweite Sensorwicklung
- 32
- zweite Prüfwicklung
- 40
- Metallstifte
- 41
- erster Schenkel
- 42
- zweiter Schenkel
- 100
- Leiterplatte
100a starre Bereiche
100b flexible Bereiche
- 101
- Bohrung
- 102
- Bohrung
- 103
- Positionieröffnung
- a
- Mittenachse
1. Allstromsensitiver Summenstromwandler (1) zur Erfassung eines elektrischen Differenzstromes,
- mit einem zweiteiligen Gehäuse (10), aufweisend ein erstes Gehäuseteil (11) und
ein zweites Gehäuseteil (12), welche fest aber lösbar miteinander verbunden sind,
wobei das Gehäuse (10) eine Durchgangsöffnung (13) aufweist, die entlang einer Mittenachse
(a) verläuft und zur Aufnahme mindestens zweier hinsichtlich des Differenzstromes
zu überwachenden Primärleiter (9) bestimmt ist,
- mit einem die Durchgangsöffnung (13) umgebenden ersten Magnetkern (20) zur Erfassung
von Wechselfehlerströmen, welcher mit einer ersten Sensorwicklung (21) bewickelt und
in dem ersten Gehäuseteil (11) aufgenommen und gehaltert ist,
- mit einem die Durchgangsöffnung (13) umgebenden zweiten Magnetkern (30) zur Erfassung
von Gleichfehlerströmen, welcher mit einer zweiten Sensorwicklung (31) bewickelt und
in dem zweiten Gehäuseteil (12) aufgenommen und gehaltert ist,
- wobei die beiden Magnetkerne (20, 30) in Richtung der Mittenachse (a) übereinander
angeordnet sind,
- mit mehreren Metallstiften (40), welche mit dem Gehäuse (10) fest verbunden sind
und über eine Außenkontur des Gehäuses (10) hervorstehen,
- wobei die erste Sensorwicklung (21) und die zweite Sensorwicklung (31) jeweils zwei
Enden aufweisen, welche mit je einem der Metallstifte (40) elektrisch leitend verbunden
sind,
- wobei die Metallstifte (40) zur elektrischen Kontaktierung mit einer Leiterplatte
(100) ausgebildet sind.
2. Summenstromwandler (1) nach Anspruch 1,
- bei der die Metallstifte (40) L-förmig ausgebildet sind und jeweils einen kurzen
ersten Schenkel (41) sowie einen langen zweiten Schenkel (42) aufweisen,
- wobei die Enden der Sensorwicklungen (21, 31) im Inneren des Gehäuses (10) jeweils
mit einem der ersten Schenkel (41) verbunden sind, und
- wobei die zweiten Schenkel (42) durch das Gehäuse (10) nach außen hindurchgeführt
und zur elektrischen Kontaktierung mit der Leiterplatte (100) ausgebildet sind.
3. Summenstromwandler (1) nach Anspruch 1,
- bei der die Metallstifte (40) u-förmig ausgebildet sind und jeweils einen ersten
Schenkel (41) sowie einen zweiten Schenkel (42) aufweisen, welche über die Außenkontur
des Gehäuses (10) hervorstehen und über einen Steg miteinander verbunden sind,
- wobei die Enden der Sensorwicklungen (21, 31) aus dem Gehäuse (10) herausgeführt
und jeweils mit einem der ersten Schenkel (41) elektrisch leitend verbunden sind,
und
- wobei die zweiten Schenkel (42) zur elektrischen Kontaktierung mit der Leiterplatte
(100) ausgebildet sind.
4. Summenstromwandler (1) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei die Metallstifte
(40) fest mit dem Gehäuse (10) verbunden sind.
5. Summenstromwandler (1) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, bei der zumindest
einer der Magnetkerne (20, 30) eine Prüfwicklung (22, 32) aufweist, deren beide Enden
mit jeweils einem der ersten Schenkel (41) der Metallstifte (40) elektrisch leitend
verbunden sind.
6. Summenstromwandler (1) nach einem der vorherigen Ansprüche, mit zumindest einem Positionierungselement
(14), welches benachbart zu den Metallstiften (140) an dem Gehäuse (10) ausgebildet
ist und zur Positionierung des Summenstromwandlers (1) relativ zur Leiterplatte (100)
dient.
7. Summenstromwandler (1) nach einem der vorherigen Ansprüche, bei dem zwischen dem ersten
Gehäuseteil (11) und dem zweiten Gehäuseteil (12) eine durchschlagsfeste Folie (15)
angeordnet ist.
8. Elektromechanisches Schutzschaltgerät, insbesondere ein allstromsensitiver Fehlerstromschutzschalter,
welcher einen allstromsensitiven Summenstromwandler (1), der nach einem der Ansprüche
1 bis 7 gebildet ist, mit einem ersten Magnetkern (20) zur Erfassung von Wechselfehlerströmen
und einem zweiten Magnetkern (30) zur Erfassung von Gleichfehlerströmen, aufweist.
9. Herstellverfahren für einen allstromsensitiven Summenstromwandler (1), der nach einem
der nach einem der Ansprüche 1 bis 7 gebildet ist, mit den Schritten:
a) Thermisches Fügen der Enden der ersten Sensorwicklung (21) und der Enden der zweiten
Sensorwicklung (31) mit jeweils einem der ersten Schenkel (41) eines diesem Ende zugewiesenen
Metallstiftes (40);
b) Montieren des ersten Gehäuseteils (11) und des zweiten Gehäuseteils (12);
c) Herstellen jeweils einer elektrisch leitenden Verbindung zwischen dem zweiten Schenkel
(42) des jeweiligen Metallstiftes (40) und einer, dem betreffenden Metallstift (40)
eindeutig zugeordneten und auf der Leiterplatte (100) ausgebildeten Kontaktstelle.
10. Herstellverfahren nach Anspruch 9, wobei zwischen dem ersten Schritt a) und dem zweiten
Schritt b) der weitere Schritt
a1) Thermisches Fügen jeweils eines der Enden der ersten Prüfwicklung (22) und/oder
der Enden der zweiten Prüfwicklung (32) mit jeweils einem der ersten Schenkel (41)
eines dem betreffenden Ende zugewiesenen Metallstiftes (40);
eingefügt ist.
11. Herstellverfahren nach einem der Ansprüche 9 oder 10, wobei Schritt c) durch ein thermisches
Fügeverfahren realisiert wird.