DE19725897C2 - 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 thermo­ plastischer Kunststoff benutzt,
• - der mit der Wicklung versehene Spulenkörper wird auf eine zur Verformung des Spulenkörpers ausrei­ chende Temperatur erwärmt,
• - der erwärmte Spulenkörper wird in ein Formwerk­ zeug zur Umformung des Spulenkörpers in eine von der Kreisform abweichende Kontur eingelegt und
• - der Spulenkörper wird in dem Formwerkzeug bis zur Erstarrung belassen.

Hierdurch ist eine raumsparende ovale oder abgerundete rechteckige Form der Stromerfassungsspule erzielbar.

Um eine Verlagerung der Windungen bei der Verformung des Spulenkörpers möglichst auf ein Minimum zu begren­ zen, empfiehlt es sich, daß vor der Erwärmung des Spulen­ körpers die Wicklung auf dem Spulenkörper gegen Ver­ schiebung durch eine Fixierung gesichert wird.

Durch die Fixierung der Wicklung wird erreicht, daß bei der Umformung die Windungen der Umformung exakt fol­ gen und somit keine über die Verformung hinausgehende Verschiebung auftritt, welche die elektrischen Übertra­ gungseigenschaften beeinträchtigen könnten.

Für die Fixierung der Wicklung auf dem Spulenkörper eignet sich im Rahmen der Erfindung insbesondere ein ther­ misches Verfahren wie Verbacken oder örtl. Anschmelzung. Dies kann sowohl durch eine kurzzeitige äußere Wärmean­ wendung oder dadurch geschehen, daß die Wicklung kurz­ zeitig mit einem Strom geeigneter Höhe beaufschlagt wird.

Im Anschluß an die beschriebene Umformung in eine von der Kreisform abweichende, beispielsweise abgerundet rechteckige Gestalt kann eine Beschichtung mit einer aus­ härtenden Harzmasse erfolgen. Harzmassen dieser Art, z. B. auf der Basis eines Epoxidharzes, können im ausgehärteten Zustand eine größere Wärmebeständigkeit als der innere thermoplastische Spulenkörper besitzen. Hierdurch wird die Stromerfassungsspule auch in Leistungsschaltern für hohe Nennströme einsetzbar, deren Betriebstemperatur erheblich über der Umgebungstemperatur liegen kann.

Die Erfindung wird im folgenden anhand der in den Figu­ ren veranschaulichten Verfahrensschritte näher erläutert.

Die Fig. 1 zeigt einen unbewickelten Ringkörper in der Draufsicht.

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

Die Fig. 3 zeigt den mit einer gleichmäßigen Bewicklung versehenen Ringkörper.

In der Fig. 4 ist eine Fixierung der Wicklung auf dem Ringkörper durch Beaufschlagung mit einem Strom veran­ schaulicht.

Die Fig. 5 veranschaulicht die Erwärmung des mit der Bewicklung versehenen Ringkörpers auf eine zur Verfor­ mung geeignete Temperatur.

Die Fig. 6 zeigt ein Formwerkzeug mit eingelegter, um­ geformter Stromerfassungsspule.

Das Aufbringen einer aushärtenden Harzmasse in einer Form zeigt die Fig. 7.

Der in der Fig. 1 gezeigte Spulenkörper 1 ist kreisringför­ mig etwa entsprechend der erwähnten DE 195 05 812 A1 und besitzt einen in der Fig. 2 veranschaulichten innen und außen abgeflachten Querschnitt, gleichfalls der genannten Offenlegungsschrift entsprechend. Der Spulenkörper 1 be­ steht aus einem thermoplastischen Kunststoff, beispiels­ weise einem Polyamid.

In bekannter Weise wird der Spulenkörper 1 mit einer Wicklung 2 versehen, wie dies die Fig. 3 veranschaulicht. Im nächten Verfahrens schritt gemäß der Fig. 4 wird die Wicklung 2 auf dem Spulenkörper 1 dadurch fixiert, daß ein Strom 1 durch die Wicklung 2 geleitet wird, um eine kurz­ zeitige Erwärmung zu bewirken. Hierdurch kommt es zu ge­ ringen örtlichen Anschmelzungen des thermoplastischen Werkstoffes des Spulenkörpers 1 derart, daß die Windungen in den Werkstoff eindringen und hierdurch gegen Verschie­ bung gesichert werden.

Anschließend wird der Spulenkörper 1 mit darauffixierter Wicklung 2 insgesamt derartig erwärmt, daß der Ringkörper verformbar ist. Pfeile 3 deuten die Wärmeeinwirkung an. Es wird nun eine Umformung mittels eines Formwerkzeuges 4 vorgenommen. Wie die Fig. 6 zeigt, besitzt das Formwerk­ zeug 4 eine abgerundete rechteckige Ausnehmung 5, deren Länge zweckmäßig dem Umfang des Spulenkörpers 1 in der Weise entspricht, daß der Spulenkörper seine mittlere Länge beibehält und somit lediglich örtliche Dehnungen bzw. Stau­ chungen erfolgen. Daher behalten die Windungen der Wick­ lung 2 ihren Abstand im Mittel gleichfalls bei.

Die fertige Stromerfassungsspule 6 gemäß der Fig. 6 be­ sitzt somit eine gegenüber der ursprünglichen ringförmigen Spule gemäß der Fig. 3 schmalere und daher für rechteckige Stromschienen besser geeignete Gestalt. Bei ausreichender Wärmebeständigkeit des zur Herstellung des Spulenkörpers 1 benutzten Kunststoffes ist die Stromerfassungsspule 6 nunmehr einsatzfähig. Jedoch kann ihre Wärmebeständig­ keit erhöht werden, wenn in einem anschließenden Verfah­ rens schritt gemäß der Fig. 7 in einer Form 7 eine aushär­ tende Harzmasse 8 aufgebracht wird. Hierdurch wird die Wicklung 2 derart erfaßt und umschlossen, daß die zulässige Betriebstemperatur durch die Eigenschaften der Harzmasse 7 bestimmt werden, die eine höhere Dauertemperatur erlau­ ben als der Werkstoff des Spulenkörpers 1. Durch die Ein­ bettung in die Harzmasse 8 werden auch die Anschlußele­ mente 9 und 10 (vgl. Fig. 3) erfaßt und gegen spätere Defor­ mation oder Beschädigung gesichert.

Claims (4)

1. Verfahren zur Herstellung einer Stromerfassungs­ spule (6) 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 thermoplastischer Kunststoff benutzt,
• - der mit der Wicklung (2) versehene Spulenkör­ per (1) wird auf eine zur Verformung des Spulen­ körpers (1) ausreichende Temperatur erwärmt,
• - der erwärmte Spulenkörper (1) wird in ein Formwerkzeug (4) zur Umformung des Spulen­ körpers (1) in eine von der Kreisform abwei­ chende Kontur eingelegt und
• - der Spulenkörper (1) wird in dem Formwerk­ zeug (3) bis zur Erstarrung belassen.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeich­ net, daß vor der Erwärmung des Spulenkörpers (1) die Wicklung (2) auf dem Spulenkörper (1) gegen Ver­ schiebung durch eine Fixierung gesichert wird.

3. Verfahren nach Anspruch 2, dadurch gekennzeich­ net, daß die Fixierung der Wicklung (2) auf dem Spu­ lenkörper (1) durch ein thermisches Verfahren wie Ver backen oder örtliche Anschmelzung erfolgt.

4. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 3, da durch gekennzeichnet, daß die Stromerfassungsspule (6) mit einer die Wicklung (2) einschließenden Be­ schichtung mit einer aushärtenden Harzmasse (8) ver­ sehen wird.