DE19725896C2 - Verfahren zur Herstellung einer Stromerfassungsspule - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Herstellung einer Stromerfassungsspule mit einer einlagigen Wicklung für ei­ nen nach dem Rogowski-Prinzip arbeitenden Stromwandler mit folgenden Schritten:

• - Bereitstellung eines kreisrunden Spulenkörpers aus einem Kunststoff,
• - Bewicklung des genannten Spulenkörpers mit der erwähnten einlagigen Wicklung.

Ein Stromwandler der genannten Art, wie er in der DE 195 05 812 A1 beschrieben ist, wird in Verbindung mit Leistungsschaltern benutzt, wenn die Forderung besteht, daß ein sehr großer Bereich von Strömen für die Zwecke ei­ ner Auslösung und ggfs. auch der Messung erfaßt wird. Nach dem Rogowski-Prinzip arbeitende Stromwandler sind hierfür besonders geeignet, weil sie keinen Eisenkern besit­ zen und daher frei von Sättigungserscheinungen sind. Aller­ dings werden die idealen Eigenschaften eines Rogowski- Stromwandlers nur dann erreicht, wenn die Wicklung auf ih­ rem unmagnetischen Träger möglichst ideal angeordnet ist. Dies bedeutet, daß die Wicklung mit möglichst konstantem Abstand der Windungen am gesamten Umfang des Trägers gleichmäßig und ohne verbleibenden Zwischenraum aufge­ bracht wird. Jede Unregelmäßigkeit der Bewicklung führt nämlich zu einem ungenauen Übertragungsverhalten und zu Fehlern durch benachbarte stromführende Leiter.

Um diese Schwierigkeiten zu vermeiden, ist es durch die genannte DE 195 05 812 A1 bereits bekannt, einen aus du­ roplastischem Kunststoff bestehenden und gratfrei herge­ stellten Ringkörper zu verwenden. Die Querschnittsform dieses Ringkörpers ist dabei am inneren und am äußeren Umfang abgeflacht, wobei sich die Teilfuge der zur Herstel­ lung des Ringkörpers benötigten Form im Bereich dieser ab­ geflachten Bereiche befindet. Es hat sich erwiesen, daß sich Stromerfassungsspulen unter Verwendung des beschriebe­ nen Ringkörpers mit solcher Gleichmäßigkeit fertigen las­ sen, daß auf eine ansonsten erforderliche nachträgliche Ka­ librierung des vollständigen Rogowski-Stromwandlers ver­ zichtet werden kann.

Soll ein für einen hohen oder sehr hohen Nennstrom be­ messener mehrpoliger Niederspannungs-Leistungsschalter mit Stromwandlern nach dem Rogowski-Prinzip ausgerüstet werden, so besteht die Schwierigkeit, daß Stromerfassungs­ spulen mit einem sehr großen Durchmesser benötigt wer­ den, weil der Querschnitt der Stromschienen des Leistungs­ schalters von der Quadratform stark abweicht. Andererseits ist es unerwünscht, die Baubreite eines Leistungsschalters lediglich mit Rücksicht auf die Stromerfassungsspulen der Stromwandler über ein aus konstruktiven und elektrischen Gründen erforderliches Maß zu verbreitern.

Hiervon ausge­ hend liegt der Erfindung die Aufgabe zugrunde, ein Verfah­ ren zur Herstellung einer Stromerfassungsspule eines nach dem Rogowski-Prinzip arbeitenden Stromwandlers zu schaffen, das die Herstellung raumsparender Stromerfas­ sungsspulen mit guter Präzision erlaubt.

Gemäß der Erfindung wird diese Aufgabe durch folgende weitere Schritte gelöst:

• - Zur Herstellung des Spulenkörpers wird ein elastisch verformbarer Kunststoff benutzt,
• - der mit der Wicklung versehene Spulenkörper wird zur Umformung in eine Stromerfassungsspule mit ei­ ner von der Kreisform abweichenden Gestalt in ein Formwerkzeug eingelegt und
• - der Spulenkörper wird in der umgeformten Gestalt durch Ummanteln mit einer aushärtbaren Kunstharz­ masse fixiert.

Als elastisch verformbarer Kunststoff eignet sich für die Zwecke der Erfindung insbesondere ein gummiartiger Kunststoff mit einer hohen Shore-Härte. Ein solcher Werk­ stoff hat die Eigenschaft, daß die Wicklung in Abhängigkeit von der Zugspannung beim Wickeln geringfügig in den Werkstoff des Spulenkörpers eindringt und auf diese Weise ohne zusätzliche Maßnahmen fixiert wird. Bei der Umfor­ mung des Spulenkörpers in eine von der Kreisform abwei­ chende Gestalt folgen die Windungen der Wicklung genau der elastische Umformung und behalten dabei gleichmäßige Abstände. Für die Fixierung des Spulenkörpers in der umge­ formten Gestalt durch eine aushärtbare Kunstharzmasse gibt es eine Reihe unterschiedlicher vorteilhafter Möglichkeiten. Insbesondere kann das Formwerkzeug als Dauer-Gießform ausgebildet sein. In diesem Fall wird der Spulenkörper in der Gießform mit der aushärtbaren Kunstharzmasse um­ schlossen und verbleibt in der Gießform bis zum Aushärten.

Ferner kann das Formwerkzeug als Gehäuse des Spulen­ körpers ausgebildet sein und das Gehäuse kann mit Befesti­ gungsmitteln, einer Anschlußvorrichtung für die Wicklung und mit einer Durchtrittsöffnung für eine Stromschiene aus­ gestattet sein. Dies ist vorteilhaft für die Fertigung, weil nacheinander eine gewünschte Anzahl von einbaufertigen Stromerfassungsspulen durch Ummantelung mit der Kunst­ harzmasse fertiggestellt werden kann, ohne daß die Ent­ formzeit einer einzelnen Gießvorrichtung abgewartet wer­ den muß.

Die Erfindung wird im folgenden anhand der in den Figu­ ren dargestellten Ausführungsbeispiele näher erläutert.

Die Fig. 1 zeigt einen Spulenkörper aus einem elastisch verformbaren Kunststoff.

Die Querschnittsform des Spulenkörpers gemäß der Fig. 1 ist in der Fig. 2 gesondert dargestellt.

Ein mit einer Wicklung versehener Spulenkörper ist in der Fig. 3 gezeigt.

Die Fig. 4 und 5 zeigen im Schnitt bzw. in der Draufsicht eine einbauartige Stromerfassungsspule, wobei in der Fig. 5 das Aufbringen einer aushärtbaren Kunstharzmasse veran­ schaulicht ist.

Die Fig. 6 zeigt die gesonderte Ummantelung einer Stromerfassungsspule mit einer Kunstharzmasse.

In der Fig. 7 ist ein Formwerkzeug dargestellt, das als verlorene Gießform ausgebildet ist, die ein Gehäuse des Spulenkörpers bildet.

Der in der Fig. 1 gezeigte Spulenkörper 1 besteht aus ei­ nem elastisch verformbaren Kunststoff und weist im norma­ len Zustand eine kreisrunde Form auf. Vorzugsweise besitzt der Spulenkörper 1 die in der Fig. 2 gezeigte abgeflachte ovale Querschnittsform, wie sie in der DE 195 05 812 A1 beschrieben ist. Zur Herstellung des Spulenkörpers 1 eignen sich gummiartige Kunststoffe, z. B. TPU (= Thermoplasti­ scher Polyurethan Elastomer). Wird auf einen solchen Spu­ lenkörper 1 eine Wicklung 2 gemäß der Fig. 3 aufgebracht, so dringt der Wicklungsdraht aufgrund seiner Spannung beim Wickeln in den Werkstoff geringfügig ein, wodurch die Windungen in ihrem gewünschten Abstand fixiert sind. Es ist somit nur erforderlich, die Wicklungsenden 3 und 4 in geeigneter Weise an dem Spulenkörper 1 zu befestigen, z. B. durch Aufbringen einer geringen Menge eines rasch härten­ den Klebstoffes.

Aufgrund der elastischen Verformbarkeit des Spulenkör­ pers 1 kann dieser nun in der gewünschten Weise zu einer Stromerfassungsspule 5 umgeformt werden, wobei sich für den eingangs erläuterten Zweck insbesondere eine abge­ flachte, abgerundete Gestalt gemäß der Fig. 5 eignet. In den Fig. 4 und 5 ist ein Formwerkzeug 6 mit einer Ausnehmung 7 zur Aufnahme des Spulenkörpers 1 gezeigt. Das Form­ werkzeug 5 bildet zugleich einen Träger bzw. ein Gehäuse zur späteren Montage der Stromerfassungsspule 5 in einem Leistungsschalter. Wie näher aus der Schnittdarstellung der Fig. 4 zu entnehmen ist, besitzt die Ausnehmung 7 eine Be­ messung entsprechend der gesamten Dickenabmessung des Spulenkörpers 1 zuzüglich eines solchen Überstandes, daß beim Einfüllen einer aushärtbaren Kunstharzmasse 8 die Stromerfassungsspule 5 vollständig umschlossen und über­ deckt wird. Nach dem Aushärten der Kunstharzmasse 8 ist die Stromerfassungsspule 6 fertiggestellt und mit dem als Träger dienenden Formwerkzeug 6 fest verbunden. Für den Durchtritt einer in der Fig. 5 angedeuteten Stromschiene 10 ist das Formwerkzeug 6 mit einer Durchtrittsöffnung 11 ver­ sehen. Befestigungsmittel 14 und eine Anschlußvorrichtung 15 sind angedeutet.

Ein weiteres Beispiel für ein Formwerkzeug zeigt die Fig. 6. Das hier dargestellte Formwerkzeug 12 ist als symme­ trisch geteilte Dauergießform zum Einbringen der aushärt­ baren Kunstharzmasse 8 ausgebildet. Das Ergebnis des Her­ stellungsverfahrens ist in diesem Fall eine trägerlose Strom­ erfassungsspule 5 mit einer Gestalt etwa entsprechend der Fig. 4. Im Unterschied zu dem offenen Verguß gemäß den Fig. 4 und 5 kann in Verbindung mit der Gießform 12 eine Ummantelung unter Druck vorgenommen werden.

Das Formwerkzeug kann zugleich als Gehäuse der Stromerfassungsspule 5 ausgebildet sein, wie dies die Fig. 7 zeigt. Hier ist das gehäuseartige Formwerkzeug 13 einer­ seits dünnwandig, andererseits mit einer solchen Festigkeit ausgebildet, daß es die zur Umformung des Spulenkörpers 1 aus der Gestalt gemäß der Fig. 3 in die Gestalt der Stromer­ fassungsspule 5 gemäß der Fig. 5 erforderlichen Kräfte auf­ nehmen und der auch einen evtl. Fülldruck der Kunstharz­ masse 8 ertragen kann. Vorteilhaft ist hierbei die Ausstat­ tung des Formwerkzeuges 13 mit einem oder mehreren Be­ festigungsmitteln 14 in Gestalt einer Befestigungslasche und einer Anschlußvorrichtung 14 für die Wicklungsenden 3 und 4 (Fig. 3). Wird daher das Formwerkzeug 13 gemäß der Fig. 7 eingesetzt, so ist eine vollständige, einbaufertige Stromerfassungsspule das Ergebnis.

In der Fig. 7 ist gezeigt, daß das Formwerkzeug 13 ent­ lang einer Teilfuge 16 etwa symmetrisch geteilt ist. In be­ kannter Weise kann jedoch das Formwerkzeug auch aus ei­ nem die Stromerfassungsspule 7 vollständig aufnehmenden Formteil und einem deckelartigen Abschlußteil bestehen. Ferner kann das Formwerkzeug becherartig, d. h. oben offen ausgebildet sein, wobei ein druckloser Gießvorgang wie in den Fig. 4 und 5 vorzunehmen ist.

Claims (4)

1. Verfahren zur Herstellung einer Stromerfassungs­ spule (5) mit einer einlagigen Wicklung (2) für einen nach dem Rogowski-Prinzip arbeitenden Stromwand­ ler mit folgenden Schritten:

• - Bereitstellung eines kreisrunden Spulenkörpers (1) aus einem Kunststoff,
• - Bewicklung des genannten Spulenkörpers (1) mit der erwähnten einlagigen Wicklung (2), ge­ kennzeichnet durch folgende weitere Schritte:
• - zur Herstellung des Spulenkörpers (1) wird ein elastisch verformbarer Kunststoff benutzt,
• - der mit der Wicklung (2) versehene Spulenkör­ per (1) wird zur Umformung in eine Stromerfas­ sungsspule (5) mit einer von der Kreisform abwei­ chenden Gestalt in ein Formwerkzeug (6, 12, 13) eingelegt und
• - der Spulenkörper (1) wird in der umgeformtem Gestalt durch Ummanteln mit einer aushärtbaren Kunstharzmasse (8) fixiert.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeich­ net, daß als elastisch verformbarer Kunststoff ein gum­ miartiger Kunststoff mit hoher Shore-Härte verwendet wird.

3. Formwerkzeug für das Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Formwerkzeug (12) als Dauer-Gießform ausgebildet ist.

4. Formwerkzeug für das Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Formwerkzeug (6, 13) als Gehäuse der Stromerfassungsspule (5) ausge­ bildet ist und daß das Gehäuse mit Befestigungsmitteln (14), einer Anschlußvorrichtung (15) für die Wicklung (2) und mit einer Durchgangsöffnung (11) für eine Stromschiene (10) versehen ist.