Beschreibung

Verbindungselement zum Verbinden von Schaltgeräten

Die Erfindung betrifft ein Verbindungselement zum Verbinden von zumindest zwei Schaltgeräten. Die Erfindung betrifft ferner ein Schaltgerät und ein elektrisches Verteilungssystem.

Ein derartiges Verbindungselement kommt überall dort zum Ein- satz, wo zumindest zwei elektromechanische Geräte (Schaltgeräte) elektrisch und mechanisch miteinander verbunden werden sollen.

In einer Lösung, wie in der US 6,663,441 beschrieben, werden die Geräte direkt durch Führungsnuten mechanisch verbunden. Die elektrische Verbindung erfolgt danach über einen separaten dreipoligen Stecker.

In einer weiteren Lösung (Moeller GmbH, „xStart: effiziente Lösungen für den Motorabgang", Art. -Nr. 284764, 2005) werden die Schaltgeräte mechanisch über eine Zwischenplatte verbunden. Die Zwischenplatte wird auf den Leistungsschalter aufgesteckt und mit dem Leistungsschalter elektrisch verbunden. Die elektrische Verbindung der Zwischenplatte mit dem Schütz wird wiederum über einen dreipoligen Stecker erzielt.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein schnelles und kabelloses Verbinden von mehreren elektromechanischen Geräten zu ermöglichen.

Diese Aufgabe wird gelöst durch ein Verbindungselement zum Verbinden von zumindest zwei Schaltgeräten, wobei das Verbindungselement erste Mittel zum mechanischen Verbinden der Schaltgeräte miteinander und zweite Mittel zum elektrischen Verbinden von Schaltpolen der Schaltgeräte aufweist, wobei die zweiten Mittel flexibel ausgestaltete Anschlusselemente

zum Anschluss an mit den Schaltpolen elektrisch verbundene Anschlussmittel der Schaltgeräte aufweisen.

Die Aufgabe wird ferner gelöst durch ein Schaltgerät und ein elektrisches Verteilungssystem mit den in Anspruch 8 bzw. 9 angegebenen Merkmalen.

Durch das erfindungsgemäße Verbindungselement (Steckverbinder) erfolgt die mechanische und elektrische Verbindung der Schaltgeräte ohne Verdrahtung. Bei der Verbindung von Geräten ist deren Toleranz zu berücksichtigen. Durch Herstellungsabweichungen bei den Anschlüssen (fertigungsbedingt) kann es zu minimalen Positionsabweichungen der Anschlüsse kommen. Diese Abweichungen müssen durch ein geeignetes Anschlusselement (Stecker) ausgeglichen werden. Bei der erfindungsgemäßen Lösung erfolgt dies durch die flexible Ausgestaltung der Anschlusselemente, wodurch diese in Kontaktöffnungen der Anschlussmittel der Schaltgeräte eingreifen und sich ausbiegen können. Dabei kann durch die flexible Ausgestaltung jedes An- Schlusselement für sich - unabhängig voneinander - aufgebogen werden und so den Toleranzausgleich erzielen.

Mit dem erfindungsgemäßen Verbindungselement ist es auch möglich, die hohen Steckkräfte zu halbieren, indem zuerst der Steckverbinder auf ein Schaltgerät, z.B. einen Schütz, gesteckt wird und dann der Steckverbinder mit dem Schütz auf ein anderes Schaltgerät, z.B. einen Leistungsschalter, gesteckt wird. Da sowohl die mechanische als auch die elektrische Verbindung mit einem Steckverbinder erzielt wird, wird die Anzahl der benötigten Verbindungsteile reduziert. Außerdem ist dabei nur ein Verbindungsvorgang notwendig, um die Anschlussmittel der Schaltgeräte zu kontaktieren und um eine mechanische Verbindung zu schaffen.

In einer vorteilhaften Form der Ausgestaltung sind die Anschlusselemente als leitfähige Stifte ausgebildet. Diese so genannten Pins sind zum Eingriff in die Kontaktöffnungen der

Schaltgeräte vorgesehen. In einer typischen Ausführung weist das Verbindungselement dabei je zu verbindendem Schaltgerät drei Pins auf, die auch als verbundene Stiftleisten realisiert sein können, wodurch dieses insbesondere für die Stan- dard-Schaltgeräte wie Leistungsschalter und Schütze sehr gut geeignet ist.

In einer weiteren vorteilhaften Ausführungsform weisen dabei die leitfähigen Stifte eine Kunststoffummantelung auf. Hier- durch wird die Sicherheit insbesondere in Situationen erhöht, in denen der Steckverbinder lediglich mit einem Schaltgerät verbunden ist und möglicherweise die noch nicht mit einem Schaltgerät verbundenen Anschlusselemente mit Strom führenden Leitungen verbunden sind.

In einer weiteren vorteilhaften Ausführungsform ist dabei die Kunststoffummantelung flexibel und/oder fingerartig ausgestaltet. Durch diese flexible Kunststoffummantelung wird die Flexibilität der Anschlusselemente unterstützt, wobei insbe- sondere eine fingerartige Ausgestaltung einen Toleranzausgleich in alle drei Raumrichtungen ermöglicht.

In einer weiteren vorteilhaften Ausführungsform sind die Anschlusselemente fingerartig ausgestaltet derart, dass sie in alle drei Raumrichtungen flexibel sind. Durch diese fingerartige Ausgestaltung wird also die Flexibilität noch weiter erhöht, so dass fertigungsbedingte Toleranzen noch leichter ausgeglichen werden können.

In einer weiteren vorteilhaften Ausführungsform sind die Anschlusselemente auf einer ersten Seite des Verbindungselementes kürzer als die auf einer zweiten Seite des Verbindungselementes. Hierdurch kann - neben der bereits oben aufgezeigten Möglichkeit - die benötigte Steckkraft reduziert werden, was eine leichtere Installation ermöglicht.

In einer weiteren vorteilhaften Ausführungsform sind die zweiten Mittel ausgebildet, eine Wende-Verdrahtung oder eine Reihenschaltverbindung-Verdrahtung bei zwei nebeneinander angeordneten Schaltgeräten durchzuführen. Hierdurch können die- se komplizierteren Verdrahtungen auf eine einfache Weise realisiert werden, was zu einer deutlichen Zeiteinsparung führt.

In einer weiteren vorteilhaften Ausführungsform weisen die ersten Mittel ein Zwischenelement auf. Hierdurch kann zwi- sehen den Schaltgeräten Schutz zu den Anschlüssen gegen kurzschlussbedingtes Austreten von Plasma und Gas erzielt werden.

In einer weiteren vorteilhaften Ausführungsform weisen die ersten Mittel Führungen auf, mittels derer das Verbindungs- element an Führungen eines Gehäuses zumindest eines der zu verbindenden Schaltgeräte führbar ist. Durch diese Führungen, die bevorzugt an dem Zwischenelement angebracht sind, ist es möglich, das Kontaktieren auf eine einfachere Weise durchzuführen. Insbesondere kann durch die mechanische Führung ein besserer Schutz für die elektrische Kontaktierung gegen Verbiegung oder Verdrehung ermöglicht werden, d.h. es ist auch ein besseres Stecken von kleinen Kontaktstiften möglich, da sie beim Aufstecken geführt werden und ein seitliches Wegknicken verhindert wird. Dadurch ist es möglich, dünnere und schwächere und eventuell auch günstigere elektrische Leiter, etwa als Stiftleisten, für das elektrische Kontaktieren zu benutzen.

Vorteilhafterweise werden dabei Schaltgeräte mit Schaltpolen und mit diesen elektrisch verbundenen Anschlussmitteln, die als Steckklemmen ausgeführt sind, wobei ein Gehäuse des Schaltgerätes Führungen aufweist, mittels derer das Schaltgerät an Führungen eines Verbindungselementes, das zum Verbinden von zumindest zwei Schaltgeräten vorgesehen ist, führbar ist, verwendet.

Im Folgenden wird die Erfindung anhand der in den Figuren dargestellten Ausführungsbeispiele näher beschrieben und erläutert. Es zeigen:

FIG 1-4 verschiedene erfindungsgemäße Verbindungselemente,

FIG 5 zwei mit Verbindungselementen verbundene Schaltgeräte,

FIG 6-7 die Kombination aus Fig 5 mit einem weiteren Verbindungselement ,

FIG 8-9 die Kombination der beiden vorherigen Figuren, verbunden mit einem dritten Schaltgerät,

FIG 10 die Kombination der beiden vorherigen Figuren in einer schematischen Darstellung, in der die Verdrahtung der beiden zuerst verbundenen Schaltgeräte erkennbar ist,

FIG 11 zwei mit einem weiteren Verbindungselement verbundene Schaltgeräte in einer schematischen Darstellung.

Fig 1 zeigt ein Verbindungselement 1 zum mechanischen und e- lektrischen Verbinden von zwei verschiedenen Schaltgeräten 13-15, z.B. zum Verbinden eines Schützes 13, 14 mit einem Leistungsschalter 15, vgl. Figs 6-10. Das Verbindungselement 1 weist erste Mittel 5 zum mechanischen Verbinden und zweite Mittel 6 zum elektrischen Verbinden der Schaltgeräte 13-15 auf. Die ersten Mittel 5 sind dabei zum Teil als Führungen 12 (vgl. Fig. 2) ausgeführt, mittels denen das Verbindungselement 1 an entsprechenden Führungen des Schaltgerätegehäuses 18 (vgl. Fig. 5) leicht führbar ist, wobei gleichzeitig ein besserer Schutz für die elektrische Kontaktierung gegen Verbiegung oder Verdrehung gegeben ist, da durch die Führung beim Aufstecken ein seitliches Wegknicken auch von kleineren

Kontaktstiften 7 verhindert wird. Die ersten Mittel 5 weisen ferner ein Zwischenelement 11 auf, das so gestaltet ist, dass ein zweites Schaltgerät - beispielsweise ein Schütz 13, 14 - vor einem kurzschlussbedingten Ausblasplasma eines ersten Schaltgerätes - z.B. eines Leistungsschalters 15 - geschützt wird. Dabei kann auch ein größerer Ausblasraum als beim direkten Zusammenstecken der Schaltgeräte 13-15 vorhanden bleiben. Die zweiten Mittel 6 beinhalten die Anschlusselemente I ₁ so genannte Pins, mit einer Kunststoffummantelung 8, von de- nen je drei auf einer ersten Seite 9 und einer zweiten Seite 10 des Verbindungselementes 1 angebracht sind. Diese Pins 7 können - jeder für sich, unabhängig voneinander - den Toleranzausgleich erzielen. Durch die fingerartige Ausgestaltung der Pins 7 ist eine hohe Flexibilität in alle drei Raumrich- tungen gegeben. Die Kunststoffummantelung 8, die die Anschlusselemente 7 jeweils umschließt, ist wie diese flexibel und fingerartig ausgestaltet - umschließt die leitfähigen Stifte 7 also bis zum Zwischenelement 11 -, so dass der Toleranzausgleich durch Stifte 7 und Kunststoffummantelung 8 in alle drei Raumrichtungen leicht möglich ist. Die Anschlusselemente 7 sind aus elektrisch gut leitfähigem Material.

Fig. 2 zeigt das Verbindungselement 1 aus Fig. 1 im Querschnitt, wodurch insbesondere die Führungen 12 und die kunst- stoffummantelten Anschlusselemente 7, 8 besser zu erkennen sind. Für eine Erläuterung der weiteren Bezugszeichen wird auf Fig. 1 verwiesen.

Figuren 3 und 4 zeigen zwei weitere Ausführungsformen von Verbindungselementen 2, 3 zum Verbinden von Schaltgeräten 13-

15. Bei diesen Ausführungsformen gehen erste Mittel 5 und zweite Mittel 6 quasi ineinander über. Die jeweiligen Anschlusselemente 7 mit der Kunststoffummantelung 8 (Pins) sind ebenfalls wieder fingerartig ausgebildet und sorgen somit wiederum unabhängig voneinander für einen einfachen Toleranz- ausgleich in alle drei Raumrichtungen.

Fig. 5 zeigt zwei nebeneinander liegende Schaltgeräte 13, 14 - beispielsweise zwei Schütze - die miteinander durch die Verbindungselemente 2, 3 mechanisch und elektrisch verbunden sind, wobei die mechanische und elektrische Verbindung in ei- nem Arbeitsgang hergestellt wird. Die elektrische Verbindung führt direkt vom ersten Schaltgerät 13 zum zweiten Schaltgerät 14 hergestellt. Führungen am Schaltgerätegehäuse 18 dienen zur Führung beim Aufstecken eines Verbindungselementes 1, wie es in den Figuren 1 und 2 dargestellt ist.

Fig. 6 zeigt die mit den Verbindungselementen 2, 3 verbundenen Schaltgeräte 13, 14 aus Figur 5, wobei auf das in der Darstellung linke Schaltgerät 13 ein Verbindungselement 1, wie in den Figuren 1 und 2 dargestellt, aufgesteckt ist. Die Verbindungselemente 1 und 2 sind also derart ausgeführt, dass sie problemlos ineinander greifen, wodurch das Schaltgerät 13 sowohl mit dem neben ihm liegenden Schaltgerät 14 als auch mit einem weiteren über ihm anzubringenden Schaltgerät verbunden werden kann.

Fig. 7 zeigt die Schaltgeräte Kombination 13, 14 mit den Verbindungselementen 1-3 aus Figur 6 in einer Querschnittdarstellung. Zusätzlich sind in der rechten unteren Ecke des Schaltgerätes 13 ein Anschlussmittel 17 des Schaltgerätes 13 sowie ein Anschlusselement 7 des Verbindungselementes 3 gestrichelt dargestellt, die miteinander elektrisch verbunden sind. Das Anschlussmittel 17 ist dabei vorteilhafterweise als Steckklemme ausgeführt, wodurch ein einfaches und werkzeugloses Verbinden ermöglicht wird.

Figuren 8 und 9 zeigen die Verbindungselement-Schaltgeräte- Kombination 1-3, 13, 14 der Figuren 6 und 7, wobei das Schaltgerät 13 über das Verbindungselement 1 mit einem weiteren Schaltgerät 15 - beispielsweise einem Leistungsschalter - verbunden ist. Die Darstellungen sind dabei wiederum einmal perspektivisch (Figur 8) und einmal im Querschnitt (Figur 9) .

Fig. 10 zeigt die Verbindungselement-Schaltgeräte-Kombination 1-3, 13-15 aus den Figuren 8 und 9 in einer schematischen Darstellung, in der die Verdrahtung der beiden zuerst verbundenen Schaltgeräte 13, 14 erkennbar ist. Dabei handelt es sich bei der dargestellten Verdrahtung um eine Wende- Verdrahtung 19, bei der zwei Schütze 13, 14 nebeneinander und parallel mit Steckverbindern 2, 3 verbunden sind.

Fig. 11 zeigt zwei mit einem weiteren Verbindungselement 4 verbundene Schaltgeräte 13, 14 in einer schematischen Darstellung, wodurch mittels des Verbindungselementes 4 eine Reihenschaltverbindung-Verdrahtung 20 realisiert ist, bei der zwei Schütze 13, 14 nebeneinander und in Reihe mit Steckverbinder 4 verbunden sind. Das Verbindungselement 4 ist dabei entsprechend den Verbindungselementen 1-3 mit kunststoffummantelten Anschlusselementen 7, 8 (Pins) ausgeführt, die den geforderten Toleranzausgleich ermöglichen. In dieser Figur sind auch die Schaltpole 16 der Schaltgeräte 13, 14 gut zu erkennen .

Die zu verbindenden Schaltgeräte 13-15 sind ausgebildet, einen mehrphasigen Stromkreis zu schalten. Dabei kann eines der Schaltgeräte 15 als Schutzgerät, das heißt zum Schutz gegen überlast und/oder Kurzschluss, ausgebildet sein, und die an- deren Schaltgeräte 13, 14 für betriebsmäßiges Schalten. In einer besonders günstigen Ausführungsform sind die Schaltgeräte 13-15 als Niederspannungsschaltgeräte ausgeführt, die beispielsweise als mechanische, elektromechanische oder e- lektronische Schaltgeräte realisiert werden können. In einem Stromkreis werden häufig sowohl Schutzgeräte 15 als auch

Schaltgeräte für betriebsmäßiges Schalten 13, 14 verbunden. Da diese Arten von Verbindungen in großer Anzahl durchzuführen sind, kann mit dem Verfahren und mit den Verbindungselementen 1-4 viel Zeit gespart werden.

Zusammenfassend betrifft die Erfindung ein Verbindungselement zum Verbinden von zumindest zwei Schaltgeräten sowie ein

Schaltgerät und ein elektrisches Verteilungssystem. Um ein schnelles und kabelloses Verbinden von mehreren elektromecha- nischen Geräten zu ermöglichen, wird ein Verbindungselement zum Verbinden von zumindest zwei Schaltgeräten vorgeschlagen, wobei das Verbindungselement erste Mittel zum mechanischen Verbinden der Schaltgeräte miteinander und zweite Mittel zum elektrischen Verbinden von Schaltpolen der Schaltgeräte aufweist, wobei die zweiten Mittel flexibel ausgestaltete Anschlusselemente zum Anschluss an mit den Schaltpolen elekt- risch verbundene Anschlussmittel der Schaltgeräte aufweisen.