Stromwandlerbaugruppe mit einer Phasenwendeverdrahtung sowie Schaltgerät mit einer derartigen Wandlerbaugruppe

Abstract

 Eine Wandlerbaugruppe (6) für ein Schaltgerät (1), insbesondere für einen Wendestarter, weist zwei Eingänge (61-63; 64-66) mit feststehenden Schaltstücken (68) sowie einen Ausgang (71-73) zum Anschließen einer elektrischen Last, insbesondere einer elektrischen Maschine, auf. Die zwei Eingänge (61-63; 64-66) sind über eine in der Wandlerbaugruppe (6) integrierte Phasenwendeverdrahtung (32) sowie über ausgangsseitige Phasenleiter (67) mit dem Ausgang (71-73) verschaltet, wobei die ausgangsseitigen Phasenleiter (67) jeweils durch einen Stromwandler (46) geführt sind.

Beschreibung

[0001] Die Erfindung betrifft eine Wandlerbaugruppe für ein Schaltgerät, insbesondere für einen dreiphasigen Wendestarter.

[0002] Weiterhin betrifft die Erfindung ein Schaltgerät, insbesondere einen Wendestarter, zur Drehrichtungsumkehr eines angeschlossenen Verbrauchers, insbesondere einer elektrischen Maschine. Das Schaltgerät weist einen Netzeingang zum Anschließen an ein Stromversorgungsnetz sowie je einen zur jeweiligen Phase in Reihe geschalteten N-Auslöser zum Sicherheitsabschalten des Schaltgerätes auf. Zudem weist das Schaltgerät zwei Schütze mit jeweils einem Schützeingang, Hauptkontakten und einem Schützausgang sowie eine netzseitige Phasenwendeverdrahtung zur Verschaltung des Netzeingangs mit den jeweiligen Schützeingängen auf. Vorzugsweise ist das Schaltgerät dreiphasig ausgeführt.

[0003] Bekannte Schaltgeräte bzw. Wendestarter bestehen aus zwei parallel angeordneten und miteinander verschalteten Schützen, welche in Reihe zu einem netzseitig angeschlossenen Leistungsschalter geschaltet sind. Die Verschaltung zwischen den Schützen erfolgt vorzugsweise mit Verdrahtungsbausteinen. Der Leistungsschalter verfügt über eine elektronische Überstromerfassung, welche die Signale sogenannter N-Auslöser erfasst. Die N-Auslöser sind üblicherweise im Leistungsschalter bereits integriert. Typischerweise weist der Leistungsschalter ein vorspannbares Schaltschloss auf, welches insbesondere in einem Kurzschlussfall einen Leistungsschalter-Stößel zur Öffnung der Leistungsschalter-Hauptkontakte freigibt. Die Schütze weisen jeweils einen Antrieb zum betriebsmäßigen Schalten auf. Entsprechend der gewünschten Drehrichtung eines angeschlossenen Verbrauchers, insbesondere einer angeschlossenen elektrischen Maschine, wird entweder der eine Schütz oder der andere Schütz eingeschaltet. Vorzugsweise weisen die Schütze Stromwandler zur Überstromerfassung zum Schutz der nachgeschalteten elektrischen Maschine auf. Bei der elektrischen Maschine handelt es sich vorzugsweise um einen dreiphasigen Elektromotor.

[0004] Nachteilig bei der zuvor beschriebenen Anordnung sind das große Bauvolumen sowie die hohe Anzahl von Einzelkomponenten.

[0005] Ausgehend von dem Stand der Technik ergibt sich die Aufgabe, eine geeignete Wandlerbaugruppe für ein Schaltgerät, insbesondere für einen Wendestarter anzugeben.

[0006] Eine weitere Aufgabe der Erfindung besteht darin, den Aufbau eines Wendestarters zu vereinfachen.

[0007] Die Aufgabe der Erfindung wird mit einer Wandlerbaugruppe mit den Merkmalen des Anspruchs 1 gelöst. Vorteilhafte Ausgestaltungen der Wandlerbaugruppe sind in den Ansprüchen 2 bis 4 angegeben. Im Anspruch 5 ist ein Schaltgerät mit einer derartigen Wandlerbaugruppe genannt. In den Ansprüchen 6 und 7 sind vorteilhafte Ausgestaltungen des Schaltgerätes angegeben.

[0008] Erfindungsgemäß ist eine Wandlerbaugruppe für ein Schaltgerät, insbesondere für einen Wendestarter, vorgesehen, welche zwei Eingänge mit feststehenden Schaltstücken sowie einen Ausgang zum Anschließen eines elektrischen Verbrauchers, insbesondere einer elektrischen Maschine, aufweist. Die zwei Eingänge sind über eine in der Wandlerbaugruppe integrierte Phasenwendeverdrahtung sowie über ausgangsseitige Phasenleiter mit dem Ausgang verschaltet. Die ausgangsseitigen Phasenleiter sind jeweils durch einen Stromwandler geführt.

[0009] Ein Vorteil der Erfindung ist, dass im Vergleich zum Stand der Technik nur noch die Hälfte der Stromwandler benötigt wird. Im dreiphasigen Fall werden nur noch drei anstelle von sechs Stromwandlern benötigt. Dadurch verringert sich die Baugröße.

[0010] Ein besonderer Vorteil ist die Bereitstellung von feststehenden Schaltstücken von eingangsseitig anzubringenden Schaltmitteln zum betriebsmäßigen Schalten sowie zum Sicherheitsabschalten. Eine separate Schaltstelle, wie beim Stand der Technik, kann vorteilhaft entfallen.

[0011] Schließlich erlaubt die vorgefertigte und in der Wandlerbaugruppe integrierte Phasenwendeverdrahtung eine bessere Kühlung der Schaltstücke.

[0012] Nach einer vorteilhaften Ausführungsform weist die Wandlerbaugruppe eine mit den Stromwandlern verschaltete Stift- oder Buchsenleiste auf. Dadurch erübrigt sich der nachträgliche Verschaltungsaufwand für die Stromwandler. Die Stift- oder Buchsenleiste ermöglicht einen kompakten und zugleich zuverlässigen Anschluss für eine übergeordnete Überwachungselektronik.

[0013] Einer weiteren Ausführungsform zufolge ist die Wandlerbaugruppe zur Aufnahme in ein Schaltgerät, insbesondere in einen Wendestarter, ausgebildet. Dadurch vereinfacht sich der Montageaufwand erheblich.

[0014] Vorzugsweise ist die Wandlerbaugruppe mehrphasig, insbesondere dreiphasig, ausgeführt. Im dreiphasigen Fall handelt es sich bei den beiden Eingängen um dreiphasige Eingänge und bei dem Ausgang um einen dreiphasigen Ausgang. In entsprechender Weise sind die Schütze dreiphasig ausgebildet. Die Phasenwendeverdrahtung ist entsprechend der Phasenzahl derart ausgeführt, dass eine Drehrichtungsänderung, das heißt eine Richtungsänderung des Drehfeldes, bewerkstelligt wird.

[0015] Die Aufgabe der Erfindung wird weiterhin mit einem Schaltgerät, insbesondere mit einem Wendestarter, gelöst, welcher eine erfindungsgemäße Wandlerbaugruppe aufweist. Die jeweiligen Schützausgänge entsprechen dabei den feststehenden Schaltstücken der Wandlerbaugruppe. Weiterhin wirken die jeweiligen N-Auslöser zum Sicherheitsabschalten direkt auf die Hauptkontakte der beiden Schütze ein.

[0016] Der besondere Vorteil der Erfindung ist die Einsparung einer Schaltstelle. Es werden die feststehenden Schaltstücke der Wandlerbaugruppe, welche zugleich die elektrischen und klemmenlosen Eingänge der Wandlerbaugruppe sind, sowohl zum betriebsmäßigen Schalten als auch zum Sicherheitsabschalten verwendet. Ein derartiges Schaltgerät weist im Vergleich zum Stand der Technik eine drastisch reduzierte Baugröße auf. Durch die bereits integrierte Phasenwendeverdrahtung werden vorteilhaft Montagefehler vermieden. Die reduzierte Anzahl von Kontaktstellen führt vorteilhaft zu einer höheren Zuverlässigkeit des Schaltgerätes.

[0017] Im Besonderen weisen die Schütze nach einer Ausführungsform des Schaltgerätes jeweils einen Antrieb und einen mit dem jeweiligen Antrieb verbundenen Schütz-Stößel zum Betätigen der jeweiligen Hauptkontakte auf. Zudem geben die N-Auslöser im Falle einer Sicherheitsabschaltung einen vorgespannten N-Auslöser-Stößel zum Öffnen der Hauptkontakte beider Schütze frei. Mit anderen Worten wirken zwei voneinander unabhängige Stößel gemeinsam auf die Hauptkontakte der Schütze im Sinne eines Kompaktstarters.

[0018] Nach einer Ausführungsform ist das Schaltgerät mehrphasig, insbesondere dreiphasig, ausgeführt. Im dreiphasigen Fall handelt es sich bei dem Netzeingang um einen dreiphasigen Netzeingang und bei dem Stromversorgungsnetz um ein dreiphasiges Drehstromnetz, wie z.B. um ein 400V-Drehstromnetz eines öffentlichen Versorgungsunternehmens. In entsprechender Weise ist die netzseitige Phasenwendeverdrahtung ausgeführt.

[0019] Die Erfindung sowie vorteilhafte Ausführungen der Erfindung werden im Weiteren anhand der nachfolgenden Figuren näher beschrieben. In den nachfolgenden Figuren sind funktionsgleiche Bauteile mit übereinstimmenden Bezugszeichen versehen. Es zeigen.

FIG 1

das Schaltungsprinzip eines Schaltgerätes in Form eines Wendestarters nach dem Stand der Technik,

FIG 2

den zugehörigen Stromlaufplan des Wendestarters gemäß FIG 1,

FIG 3

das Schaltungsprinzip eines Wendestarters mit einer Wandlerbaugruppe gemäß der Erfindung,

FIG 4

den zugehörigen Stromlaufplan des Wendestarters gemäß FIG 3,

FIG 5

eine perspektivische Ansicht einer erfindungsgemäßen Wandlerbaugruppe und

FIG 6

eine perspektivische Ansicht der Wandlerbaugruppe gemäß FIG 5 im Aufriss.

[0020] FIG 1 zeigt das Schaltungsprinzip eines Schaltgerätes 1 in Form eines Wendestarters 1 nach dem Stand der Technik.

[0021] Für dieses und die nachfolgenden Ausführungsbeispiele wird der dreiphasige Fall betrachtet.

[0022] Im oberen Teil der FIG 1 ist ein Leistungsschalter 2 dargestellt, welcher eingangsseitig an ein dreiphasiges Stromversorgungsnetz angeschlossen ist. Im unteren Teil der FIG 1 sind zwei parallel geschaltete Schütze 41, 42 zu sehen, welches sowohl eingangsseitig als auch ausgangsseitig mit jeweils einer Phasenwendeverdrahtung 31, 32 verbunden sind. Ganz unten in der FIG 1 ist ein dreiphasiger Ausgang 71-73 zum Anschließen einer dreiphasigen Last, insbesondere einer elektrischen Maschine, zu sehen.

[0023] FIG 2 zeigt den zugehörigen Stromlaufplan des Wendestarters 1 gemäß FIG 1. Im oberen Teil der FIG 2 ist der dreiphasige Netzeingang 11-13 zum Anschließen an das dreiphasige Stromversorgungsnetz zu sehen. Es ist je ein zur jeweiligen Phase 11, 12, 13 in Reihe geschalteter N-Auslöser 21 zum Sicherheitsabschalten des Wendestarters 1 dargestellt. Die N-Auslöser 21 betätigten im Auslösefall, insbesondere in einem Kurzschlussfall, einen Leistungsschalter-Stößel 22, welcher seinerseits auf dreiphasige Leistungsschalter-Hauptkontakte 23 einwirkt. Der Leistungsschalter 2 trennt somit die elektrische Maschine vom Stromversorgungsnetz.

[0024] Die Bezeichnung "dreiphasig" bezieht sich auf das verwendete Stromversorgungsnetz. Die jeweiligen Schaltstellen weisen im Falle des Fehlens eines Nullleiters jeweils drei Hauptkontakte auf. Für den Fall, dass ein Nullleiter zur Speisung der nachgeschalteten elektrischen Last erforderlich ist, können die jeweiligen Schaltstellen des Leistungsschalters sowie der Schütze auch 4-polig ausgeführt sein. Das heißt, dass das betriebsmäßige Schalten sowie das Sicherheitsabschalten dann 4-polig erfolgen.

[0025] Im unteren Teil der FIG 2 sind die beiden parallel geschalteten Schütze 41, 42 zu sehen, welche eingangsseitig 47 und ausgangsseitig 48 derart mit der eingangs- und ausgangsseitigen Phasenwendeverdrahtung 31, 32 verbunden sind, dass bei einem Einschalten des einen Schützes 41 oder des anderen Schützes 42 eine Drehrichtungsänderung der angeschlossenen elektrischen Maschine bewirkt wird. Beide Schütze 41, 42 weisen drei Stromwandler 46 zur Erfassung des jeweiligen Phasenstroms auf. Im Überstromfall öffnet ein Antrieb 43 der Schütze 41, 42 die jeweiligen Hauptkontakte 45. Mit dem Bezugszeichen 44 ist ein Schütz-Stößel bezeichnet. Ganz unten im Beispiel der FIG 2 ist wiederum der dreiphasige Ausgang 71-73 zu sehen.

[0026] FIG 3 zeigt das Schaltungsprinzip eines Wendestarters 1 mit einer Wandlerbaugruppe 6 gemäß der Erfindung. Der gestrichelt dargestellte obere Kasten kennzeichnet einen Kompaktstarter, welcher sowohl zum betriebsmäßigen Schalten als auch zum Sicherheitsabschalten ausgebildet ist. Der untere gestrichelt dargestellte Kasten 6 zeigt die erfindungsgemäße Wandlerbaugruppe. Zwischen den beiden Kästen sind zwei Schütze 41, 42 dargestellt, da die ausgangsseitigen und in der FIG 3 nicht dargestellten feststehenden Schaltstücke der Schütze 41, 42 zugleich Bestandteil der Wandlerbaugruppe 6 sind.

[0027] FIG 4 zeigt den zugehörigen Stromlaufplan des Wendestarters 1 gemäß FIG 3. Er weist gemäß der Erfindung die Wandlerbaugruppe 6 auf, wobei die jeweiligen dreiphasigen Schützausgänge den feststehenden Schaltstücken 68 der Wandlerbaugruppe 6 entsprechen. Wie die FIG 4 weiter zeigt, wirken die drei im oberen Teil der FIG 4 dargestellten N-Auslöser 21 zum Sicherheitsabschalten direkt auf die Hauptkontakte 45 der beiden Schütze 41, 42 ein. Die N-Auslöser 21 geben im Falle einer Sicherheitsabschaltung, insbesondere in einem Kurzschlussfall, einen vorgespannten N-Auslöser-Stößel 25 zum Öffnen der Hauptkontakte 45 der beiden Schütze 41, 42 frei. Die Schütze 41, 42 weisen jeweils einen Antrieb 43 und einen mit dem jeweiligen Antrieb 43 verbundenen Schütz-Stößel 44 zum Betätigen der jeweiligen Hauptkontakte 45 auf. Im unteren Teil der Wandlerbaugruppe 6 sind drei Stromwandler 46 zur Erfassung eines jeweiligen Phasenstroms dargestellt. Mit dem Bezugszeichen 67 sind die ausgangsseitigen Phasenleiter der Wandlerbaugruppe 6 bezeichnet.

[0028] FIG 5 zeigt eine perspektivische Ansicht einer erfindungsgemäßen Wandlerbaugruppe 6. Im linken Teil der FIG 5 sind die zwei dreiphasigen Eingänge 61-63; 64-66 mit feststehenden Schaltstücken 68 zusehen. Die zwei dreiphasigen Eingänge 61-63; 64-66 sind über eine in der Wandlerbaugruppe 6 integrierte Phasenwendeverdrahtung 32 sowie über drei ausgangsseitige Phasenleiter 67 mit dem dreiphasigen Ausgang 71-73 verschaltet. Die Phasenwendeverdrahtung 32 sowie der dreiphasige Ausgang 71-73 sind in der vorliegenden FIG 5 nur zum Teil erkennbar. Die nachfolgende FIG 6 zeigt diese im Detail.

[0029] Die drei ausgangsseitigen Phasenleiter 67 sind jeweils durch einen Stromwandler 46 geführt. Sie sind beispielhaft als massive Bolzen ausgeführt und mittels einer Schraubverbindung 60 mit der eingangsseitigen Phasenwendeverdrahtung 32 verbunden. Die Stromwandler 46 sind als Ringkernwandler bzw. als Durchsteckwandler ausgebildet. Die in der FIG 5 nicht erkennbaren Stromwandlerwicklungen sowie deren elektrische Anschlüsse sind mit einer Stiftleiste 69 verbunden. Alternativ kann auch eine Buchsenleiste verwendet werden. Die elektrischen Signale der Stromwandler 46 können durch eine an der Stift- oder Buchsenleiste 69 angeschlossenen Überwachungselektronik erfasst werden. Die Überwachungselektronik ist vorzugsweise im Wendestarter 1 integriert und als Flachbaugruppe ausgebildet.

[0030] Mit dem Bezugszeichen 81 ist ein erstes Gehäuseteil bezeichnet. Es dient der Aufnahme der Stromwandler 46, das heißt der gezeigten Ringkernwandler. Die Anschlussleitungen der Ringkernwandler 46 sind zur gezeigten Stiftleiste 69 verlegt und dort vorzugsweise angelötet. Das erste Gehäuseteil 81 wird im Anschluss daran mit einem zweiten Gehäuseteil 82 verbunden, das heißt in dieses eingelegt, eingeschnappt, verschraubt oder verrastet. Anschließend werden die ausgangsseitigen Anschlüsse 71-73 in der gezeigten Position eingedrückt und verschweißt. Im unteren Teil der FIG 5 ist ein drittes Gehäuseteil 83 zusehen. In ihm sind die vorgefertigten Leiter der ausgangsseitigen Phasenwendeverdrahtung 32 eingelegt bzw. eingepasst. Im Anschluss werden diese miteinander und mit den feststehenden Schaltstücken 68 der elektrischen Eingänge 61-66 verschweißt. Danach werden das zweite und dritte Gehäuseteil 82, 83 aneinander montiert.

[0031] FIG 6 zeigt eine perspektivische Ansicht der Wandlerbaugruppe 6 gemäß FIG 5 im Aufriss. In dieser Darstellung ist besonders die geometrische Ausgestaltung und Anordnung der ausgangsseitigen Phasenwendeverdrahtung 32 zu sehen. Die Bauteile der Phasenwendeverdrahtung 32 bestehen aus massiven Kupferleitungen mit einem vorzugsweise viereckigen Querschnitt, um Betriebsströme im zweistelligen Amperebereich bei geringer Wärmeentwicklung dauerhaft führen zu können. Die etwas "luftige", das heißt beabstandete Anordnung der Komponenten der Phasenwendeverdrahtung 32 ermöglicht eine effektive Abfuhr der Wärmeverlustleistung aus der Wandlerbaugruppe 6 nach außen.

[0032] Die gezeigte Wandlerbaugruppe 6 bzw. der Wendestarter 1, in welchem die Wandlerbaugruppe 6 aufgenommen ist, ist für einen dauerhaften Betriebsstrom von 32 A ausgelegt. Je nach technischer Auslegung kann der Wendestarter 1 auch für größere Betriebsströme, wie z.B. 64 A, oder für kleinere Betriebsströme, wie z.B. 16 A, ausgelegt sein.

[0033] Im linken Teil sind die eingeschweißten und gleichfalls robust ausgelegten feststehenden Schaltstücke 68 der zwei dreiphasigen Eingänge 61-63; 64-66 der Wandlerbaugruppe 6 zu sehen. Die gezeigte Ausführung ermöglicht ein verschleißarmes betriebliches Schalten der Betriebsströme mittels der in der FIG 6 nicht dargestellten Hauptkontakte 45 der beiden Schütze 41, 42. Die Ausführung ermöglicht zudem eine schnelle und zuverlässige Sicherheitsabschaltung sowie eine ausreichende Kühlung der feststehenden Schaltkontakte 68 durch die angeschweißte und gut wärmeleitende Phasenwendeverdrahtung 32.

Ansprüche

1. Wandlerbaugruppe für einen Schaltgerät (1), insbesondere für einen Wendestarter, wobei die Wandlerbaugruppe zwei Eingänge (61-63; 64-66) mit feststehenden Schaltstücken (68) sowie einen Ausgang (71-73) zum Anschließen einer elektrischen Last, insbesondere einer elektrischen Maschine, aufweist, wobei die zwei Eingänge (61-63; 64-66) über eine in der Wandlerbaugruppe integrierte Phasenwendeverdrahtung (32) sowie über ausgangsseitige Phasenleiter (67) mit dem Ausgang (71-73) verschaltet sind und wobei die ausgangsseitigen Phasenleiter (67) jeweils durch einen Stromwandler (46) geführt sind.

2. Wandlerbaugruppe nach Anspruch 1,
dadurch gekennzeichnet,
dass die Wandlerbaugruppe eine mit den Stromwandlern (46) verschaltete Stift- oder Buchsenleiste (69) aufweist.

3. Wandlerbaugruppe nach Anspruch 1 oder 2,
dadurch gekennzeichnet,
dass die Wandlerbaugruppe zur Aufnahme in ein Schaltgerät (1), insbesondere in einen Wendestarter, ausgebildet ist.

4. Wandlerbaugruppe nach einem der vorangegangenen Ansprüche,
dadurch gekennzeichnet,
dass die Wandlerbaugruppe mehrphasig, insbesondere dreiphasig, ausgeführt ist.

5. Schaltgerät, insbesondere Wendestarter, zur Drehrichtungsumkehr eines angeschlossenen elektrischen Verbrauchers, insbesondere einer elektrischen Maschine, wobei das Schaltgerät aufweist

- einen Netzeingang (11-13) zum Anschließen an ein Stromversorgungsnetz,

- je einen zur jeweiligen Phase in Reihe geschalteten N-Auslöser (21) zum Sicherheitsabschalten des Schaltgerätes,

- zwei Schütze (41, 42) mit jeweils einem Schützeingang (51), Hauptkontakten (45) und einem Schützausgang, und

- eine netzseitige Phasenwendeverdrahtung (31) zur Verschaltung des Netzeingangs (11-13) mit den jeweiligen Schützeingängen (51),

dadurch gekennzeichnet,

- dass das Schaltgerät eine Wandlerbaugruppe (6) nach einem der Ansprüche 1 bis 4 aufweist, wobei die jeweiligen Schützausgänge den feststehenden Schaltstücken (68) der Wandlerbaugruppe (6) entsprechen, und

- dass die jeweiligen N-Auslöser (21) zum Sicherheitsabschalten direkt auf die Hauptkontakte (45) der beiden Schütze (41, 42) einwirken.

6. Schaltgerät nach Anspruch 5,
dadurch gekennzeichnet,

- dass die Schütze (41, 42) jeweils einen Antrieb (43) und einen mit dem jeweiligen Antrieb (43) verbundenen Schütz-Stößel (44) zum Betätigen der jeweiligen Hauptkontakte (45) aufweisen und

- dass die N-Auslöser (21) im Falle einer Sicherheitsabschaltung einen vorgespannten N-Auslöser-Stößel (25) zum Öffnen der Hauptkontakte (45) beider Schütze (41, 42) freigeben.

7. Schaltgerät nach Anspruch 5 oder 6,
dadurch gekennzeichnet,
dass das Schaltgerät mehrphasig, insbesondere dreiphasig, ausgeführt ist.

Zeichnung