Die vorliegende Erfindung betrifft einen Stromsensor. Im Besonderen umfasst der Stromsensor eine elektrisch leitfähige Stromschiene mit einer Oberseite und einer Unterseite, wobei durch die Stromschiene ein zu messender Messstrom fließt. In der Stromschiene ist eine Verjüngung ausgeformt und mindestens ein magnetisches Erfassungselement ist der Stromschiene im Bereich der Verjüngung zugeordnet.

Die deutsche Patentanmeldung DE 102017 114377 A1 betrifft einen Stromsensor. Zur Bestimmung des in einer Stromschiene fließenden Stroms hat die Stromschiene ein Durchgangsloch ausgebildet, in das der Stromsensor eingreift. Die Stromschienen sind zwischen zwei Abschirmplatten zur Abschirmung des Magnetfelds von außerhalb positioniert. Der Stromsensor kann als Riesenmagnetowiderstands-(GMR)Senor, als anisotroper magnetoresitiver (AMR) Sensor, als magnetische Tunnelwiderstands (TMR) Sensoren oder als Hall IC - Sensor ausgebildet sein. Ein Nachteil des Standes der Technik ist, dass zusätzliche Abschirmplatten vorgesehen werden, um das magnetische Feld im Bereich des Sensors zu homogenisieren.

Die deutsche Patentanmeldung DE 102018 125404 A1 beschreibt einen Stromsensor, der drei Stromschienen enthält. Eine erste Abschirmplatte und eine zweite Abschirmplatte, die aus einem magnetischen Material hergestellt sind, sind auf derartige Weise angeordnet, dass die drei Stromschienen dazwischen in Sandwichbauweise angeordnet sind. Drei magnetische Erfassungselemente sind jeweils zwischen den drei Stromschienen und der ersten Abschirmplatte angeordnet, um die durch die entsprechenden Stromschienen fließenden Ströme erzeugte Magnetfeldstärke zu erfassen. Eine leitende Platte ist auf derartige Weise angeordnet, dass die drei Stromschienen zusammen zwischen der leitenden Platte und der zweiten Abschirmplatte in Sandwichbauweise angeordnet sind. Die leitende Platte ist aus einem nichtmagnetischen leitenden Material hergestellt. Ein Nachteil hier ist ebenfalls der komplizierte und kostenintensive Aufbau.

Die deutsche Patentanmeldung DE 102018 130954 A1 betrifft einen Stromsensor zur Messung eines in einer Stromschiene fließenden Stroms. Der Stromsensor enthält eine Platine, die mit einem magnetischen Erfassungselement auf der Stromschiene montiert ist, um eine Stärke eines durch einen in der Stromschiene fließenden Stroms erzeugten Magnetfelds zu erfassen. Ein Gehäuse, das ein erstes und ein zweites Gehäuse enthält, ist derart ausgebildet, dass die Stromschiene und die Platine dazwischen in einer Plattendickenrichtung der Stromschiene einpferchen.

Die deutsche Übersetzung DE 11 2019001 437 T5 der internationalen Patentanmeldung WO 2019/181170 offenbart einen Stromsensor mit einem elektrisch leitfähigen Element, einem magnetoelektrischen Wandler und einer Abschirmung. Ein Teil des elektrisch leitfähigen Elements und der magnetoelektrische Wandler befinden sich zwischen der Oberfläche der ersten Abschirmung und der Oberfläche der zweiten Abschirmung. Der Teil des elektrisch leitfähigen Elements, der sich zwischen der ersten und der zweiten Abschirmung befindet, erstreckt sich in einer Erstreckungsrichtung, die entlang der Oberfläche der zweiten Abschirmung verläuft. Die zweite Abschirmung weist zwei Seiten, die in einer Querrichtung senkrecht zur Erstreckungsrichtung ausgerichtet sind, und mehrere Verlängerungsteile, die sich an den Seiten zur ersten Abschirmung hin erstrecken und in der Erstreckungsrichtung zueinander ausgerichtet und voneinander beabstandet sind, auf. Der magnetoelektrische Wandler befindet sich zwischen den mehreren Verlängerungsteilen, die in der Erstreckungsrichtung zueinander ausgerichtet und voneinander beabstandet sind.

Die deutsche Patentanmeldung DE 102011 076933 A1 beschreibt einen Stromsensor, der ein leitfähiges Element und zumindest zwei Magnetfeldsensoren umfasst, die auf dem leitfähigen Element angeordnet und angepasst sind, um ein Magnetfeld zu erfassen, das durch einen Strom durch das Leiterelement erzeugt wird. Die zumindest zwei Magnetfeldsensoren sind auf gegenüberliegenden Seiten einer Linie senkrecht zu einer Stromflussrichtung in dem leitfähigen Element angeordnet. Eine isolierende Schicht ist zwischen dem leitfähigen Element und den Magnetfeldsensoren angeordnet und eine Leiterbahn ist mit den Magnetfeldsensoren verbunden.

Herkömmliche Stromsensoren ohne Kern haben typischerweise mehrere Nachteile gegenüber den Stromsensoren mit Kern. So liegt z. B. eine unerwünschte Abhängigkeit des Ausgangssignals von der Frequenz des eingeprägten Stroms (Skin- Effekt) vor. Ebenso resultiert bei den Stromsensoren eine unerwünschte Abhängigkeit von der genauen Positionierung des Sensorelements in Bezug auf die Stromschienen. Ferner haben die Stromsensoren ohne Kern einen niedrigeren Signalpegel im Vergleich zu Stromsensoren mit Kern. Hinzu kommt die Anfälligkeit der Stromsensoren ohne Kern gegenüber externen Magnetfeldern.

Die Nachteile der Stromsensoren ohne Kern können durch unterschiedliche Maßnahmen reduziert werden. Im Bereich des Sensors kann z.B. der Querschnitt der Stromschiene reduziert werden. Durch die Reduktion des Querschnitts steigt zum einen der Signalpegel (Flussdichte) zum anderen wird die Abhängigkeit von der Frequenz reduziert. Gleichzeitig wird jedoch die Positionierung der Stromsensoren kritischer.

Eine weitere Möglichkeit ist der Einsatz von zusätzlichen flussführenden Materialien als Abschirmung. Mittels der zusätzlichen, flussführenden Materialien kann das Feld im Bereich des magnetischen Erfassungselements (Sensors) homogenisiert werden. Eine exakte Positionierung des magnetischen Erfassungselements ist damit nicht mehr kritisch.

Durch zusätzliche externe Filter (Widerstände, Induktivitäten, Kapazitäten) wird der Frequenzgang der magnetischen Erfassungselemente begradigt. Dadurch wird aber typischerweise der Ausgangsspannungsbereich der magnetischen Erfassungselemente reduziert. So wird z.B. der "volle" Ausgangsspannungsbereich von zumindest 6% - 94% der Versorgungsspannung benötigt, wodurch in einer folgenden Stufe das Signal mit einem Operationsverstärker wieder verstärkt werden muss. Filtermaßnahmen verschieben daher den DC-Arbeitspunkt.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, einen Stromsensor zu schaffen der sämtliche Nachtteile des Standes der Technik vermeidet, wie z. B. aufwendige Filtermaßnahmen, oder starke Empfindlichkeit gegenüber Positionierungstoleranzen vermeidet, und trotzdem eine zuverlässige Messung des in einer Stromschiene geführten Stroms gewährleistet.

Die obige Aufgabe wird durch einen Stromsensor gelöst, der die Merkmale des Anspruchs 1 umfasst.

Der Stromsensor zeichnet sich dadurch aus, dass eine Freisparung im Bereich der Verjüngung ausgebildet ist. Ferner ist ein Träger des mindestens einen magnetischen Erfassungselements derart in der Freisparung positioniert, dass das mindestens eine magnetischen Erfassungselement über der Oberseite oder über der Unterseite der Stromschiene in Bezug auf die Stromschiene positioniert ist. Die Verjüngung der Stromschiene hat den Einfluss, dass dadurch der Skin-Effekt reduziert wird. Der Skin-Effekt ist ein Stromverdrängungs-Effekt in von höherfrequentem Wechselstrom durchflossenen elektrischen Leitern, durch den die Stromdichte im Inneren eines Leiters niedriger ist als in äußeren Bereichen. Die Ursache für den Skin-Effekt ist, dass die in den Leiter eindringenden Wechselfelder aufgrund der hohen Leitfähigkeit des Materials schon vor dem Erreichen des Leiterinneren weitgehend gedämpft werden.

Der Skin-Effekt tritt in, relativ zur Skin-Tiefe, dicken Leitern und auch bei elektrisch leitfähigen Abschirmungen und Leitungsschirmen auf. Der Skin-Effekt begünstigt mit zunehmender Frequenz die Transferimpedanz geschirmter Leitungen und die Schirmdämpfung leitfähiger Abschirmungen, erhöht den Widerstandsbelag einer elektrischen Leitung.

Um den Einfluss des Skin-Effekts weiter zu reduzieren und gleichzeitig ein homogenes Feld mittig über bzw. unter der Stromschiene zu erhalten, wird eine Freisparung (Langloch) in die Mitte der Stromschiene gefräst oder gestanzt.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, einen Stromsensor zu schaffen, der sämtliche Nachtteile des Standes der Technik vermeidet und trotzdem eine zuverlässige Messung des in einer Stromschiene geführten Stroms gewährleistet.

Die obige Aufgabe wird durch einen Stromsensor gelöst, der die Merkmale des Anspruchs 1 umfasst.

Gemäß der vorliegenden Erfindung ist eine Freisparung im Bereich der Verjüngung ausgebildet. Die Auswertung kann oberhalb bzw. unterhalb der Stromschiene erfolgen. Hierzu ist das mindestens eine magnetische Erfassungselement über der Oberseite oder über der Unterseite der Stromschiene in Bezug auf die Stromschiene positioniert. Hierzu ist ein Träger des mindestens einen magnetischen Erfassungselements derart in der Freisparung positioniert, dass das mindestens eine magnetischen Erfassungselement über der Oberseite oder über der Unterseite der Stromschiene in Bezug auf die Stromschiene positioniert ist.

Der Vorteil des erfindungsgemäßen Stromsensors ist, dass er keine bzw. nur leichte Filtermaßnahmen benötigt und dabei ohne Operationsverstärker auskommt. Ferner weist der erfindungsgemäße Stromsensor keine bzw. nur eine leichte Empfindlichkeit gegenüber Positionierungstoleranzen in Bezug auf die Stromschiene auf.

Gemäß einer Ausführungsform kann der Träger zwei magnetische Erfassungselemente haltern. Der Träger kann die Form eines Quaders besitzen. Für den Fall, dass zwei magnetische Erfassungselemente am Träger vorgesehen sind, ist dieser derart ausgebildet, dass je ein magnetisches Erfassungselement über der Oberseite und über der Unterseite der Stromschiene positioniert ist, wenn der Träger durch die Freisparung der Stromschiene greift. Für den Fall, dass nur ein einziges magnetisches Erfassungselement am Träger vorgesehen ist, kann das magnetische Erfassungselement über der Oberseite oder über der Unterseite der Stromschiene positioniert werden, wenn der Träger durch die Freisparung der Stromschiene greift.

Gemäß einerweiteren Ausführungsform kann der Träger (Platine) C-förmig ausgebildet sein, so dass der Träger um die Stromschiene herum greift und somit die zwei magnetischen Erfassungselemente entsprechend über der Oberseite und über der Unterseite der Stromschiene positioniert. Für den Fall, dass nur ein einziges magnetisches Erfassungselement am Träger (C-förmig) vorgesehen ist, kann das magnetische Erfassungselement über der Oberseite oder über der Unterseite der Stromschiene positioniert werden, wenn der Träger die Stromschiene Im Bereich der Freisparung teilweise umgreift.

Gemäß den hier beschriebenen Ausführungsformen des Trägers kann dieser als Platine ausgebildet sein, die neben dem mindestens einen magnetischen Erfassungselement zumindest noch eine Elektronik für die Auswertung, Filterung und/oder Verstärkung der von dem mindestens einen magnetischen Erfassungselement erfassten Werte sorgt.

Der Vorteil der Ausgestaltung des Stromsensors ist, dass er eine geringe Toleranz gegenüber der Position der magnetischen Erfassungselemente aufweist. Werden die magnetischen Erfassungselemente bei Y=0 platziert, wirkt sich dort der Einfluss der Positionierungstoleranzen am geringsten aus. Werden die magnetischen Erfassungselemente dort platziert, weisen sie jedoch ein Tiefpassverhalten auf und der Stromsensor ist für niedrige Frequenzen empfindlicher als für hohe. Um das auszugleichen, kann z.B. ein externer Hochpass eingesetzt werden, der die niedrigen Frequenzen zusätzlich dämpft.

Gemäß einer weiteren Ausführungsform der Erfindung kann das magnetische Erfassungselement über der Oberseite der Stromschiene und das magnetische Erfassungselement über der Unterseite der Stromschiene elektronisch zu einem magnetischen Erfassungselement zusammengefasst werden.

Dies hat den Vorteil, dass durch die differentielle Auswertung externe Magnetfelder zumindest teilweise kompensiert werden können.

Der Träger ist entlang einer Z-Koordinatenrichtung in der Freisparung positioniert, so dass der Träger senkrecht zur Stromschiene orientiert ist.

Gemäß einer weiteren Ausführungsform der Erfindung ist die Freisparung im Bereich der Verjüngung gegenüber einer Symmetrieachse der Stromschiene in Y- Koordinatenrichtung verschoben eingebracht. Dadurch hat die Stromschiene im Bereich der Freisparung einen ersten Steg mit einer ersten Dicke und einen zweiten Steg mit einer zweiten Dicke ausgebildet, die sich hinsichtlich der Dicke unterscheiden.

Diese Ausgestaltung hat den Vorteil, dass der Frequenzgang weiter geglättet wird und ein Operationsverstärker eingespart werden kann. Dadurch verschiebt sich, bei dieser konkreten Ausführungsform, der Bereich mit dem geringsten Einfluss mechanischer Toleranzen auf y = 2 mm. Aufgrund des dort vorherrschenden Hochpassverhaltens muss das Ausgangssignal für niedrige Frequenzen nicht abgesenkt werden. Bei anderen Ausführungsformen kann der Bereich mit dem geringsten Einfluss mechanischer Toleranzen einen anderen Wert aufweisen.

Dem mindestens einen auf dem Träger angeordneten magnetischen Erfassungselement kann eine Elektronik für die Auswertung der Messwerte des magnetischen Erfassungselements zugeordnet sein. Die Elektronik kann z.B. eine zusätzliche Filterschaltung (Snubber) umfassen, mit der der Frequenzgang dann noch weiter angepasst werden kann. Der erfindungsgemäße Stromsensor kann für die ausgangsseitigen Stromschienen der 3 Motorphasen eines Elektromotors verwendet werden. In diesem Fall gibt es besonders strenge Vorgaben hinsichtlich der Genauigkeit des Stromsensor, welche durch die erfindungsgemäße Ausgestaltung verwirklicht werden. Daher wird auf Schirm- bzw. Kernmaterial verzichtet und ein "coreless" Stromsensor verwendet. Dieser weist im Gegensatz zu Stromsensoren mit Kern, keine Hysterese um den Nullpunkt herum auf. Weitere Vorteile sind ein geringeres Gewicht und geringere Kosten.

Im Folgenden sollen Ausführungsbeispiele die Erfindung und ihre Vorteile anhand der beigefügten Figuren näher erläutern. Die Größenverhältnisse in den Figuren entsprechen nicht immer den realen Größenverhältnissen, da einige Formen vereinfacht und andere Formen zur besseren Veranschaulichung vergrößert im Verhältnis zu anderen Elementen dargestellt sind. Dabei zeigen:

Figur 1 eine perspektivische Ansicht eines Stromsensors gemäß dem Stand der Technik;

Figur 2 eine perspektivische Ansicht einer weiteren Ausführungsform des Stromsensors gemäß dem Stand der Technik;

Figur 3 eine perspektivische Ansicht des erfindungsgemäßen Stromsensors;

Figur 4 eine Draufsicht auf eine erfindungsgemäße Ausführungsform der Stromschiene;

Figur 5 eine mögliche Ausführungsform des Trägers für das magnetische Erfassungselement;

Figur 6 eine weitere mögliche Ausführungsform des Trägers für das magnetische Erfassungselement;

Figur 7 eine Ausführungsform des Trägers zur Positionierung von zwei magnetischen Erfassungselementen in Bezug auf die Stromschiene; Figur 8 eine perspektivische Ansicht einer weiteren Ausführungsform eines

Stromsensor, wobei der Träger die Stromschiene zur Positionierung von zwei magnetischen Erfassungselementen teilweise umgreift;

Figur 9 eine Seitenansicht der in Fig. 8 dargestellten Ausführungsform Figur 10 eine mögliche Ausführungsform einer zusätzlichen Filterschaltung des

Standes der Technik, mit der der Frequenzgang angepasst werden kann;

Figur 11 zeigt das kompensierte Spannungssignal von einem magnetischen

Erfassungselement im Vergleich zum unkompensierten Spannungssignal;

Figur 12 zeigt eine graphische Darstellung der Toleranz der gegenwärtigen Erfindung gegenüber der Position eines magnetischen Erfassungselements;

Figur 13 zeigt das kompensierte Spannungssignal von zwei magnetischen Erfassungselementen im Vergleich zum unkompensierten Spannungssignal; und Figur 14 zeigt eine graphische Darstellung der Toleranz der gegenwärtigen Erfindung gegenüber der Position der zwei magnetischen Erfassungselemente.

Für gleiche oder gleich wirkende Elemente der Erfindung werden identische Bezugszeichen verwendet. Ferner werden der Übersicht halber nur Bezugszeichen in den einzelnen Figuren dargestellt, die für die Beschreibung der jeweiligen Figur erforderlich sind.

Figur 1 zeigt eine perspektivische und schematische Ansicht eines Stromsensors 1 gemäß dem Stand der Technik. Bei der hier dargestellten Ausführungsform ist ein magnetisches Erfassungselement 4 über der Oberseite 21 der Stromschiene 2 des Stromsensors 1 angeordnet. Eine Abschirmung 3 ist ein zusätzliches, flussführendes Material, mit dem eine magnetisches Feld im Bereich des magnetischen Erfassungselements 4 des Stromsensors 1 homogenisiert werden kann. Bei der hier dargestellten Ausführungsform ist die Abschirmung 3 U-förmig ausgebildet und derart bezüglich der Stromschiene 2 angeordnet, dass sich die Abschirmung 3 gegenüber der Unterseite 22 der Stromschiene 2 befindet und je ein Schenkel 31 der Abschirmung 3 gegenüber je einer Seitenkanne 23 der Stromschiene 2 positioniert ist. Eine exakte Positionierung des magnetischen Erfassungselements 4 bezüglich der Stromschiene 2 ist damit nicht mehr kritisch.

Figur 2 zeigt eine perspektivische Ansicht einerweiteren Ausführungsform des Stromsensors 1 gemäß dem Stand der Technik. Die Stromschiene 2 hat eine Verjüngung 6 ausgebildet, auf der das magnetische Erfassungselement 4 positioniert ist. An der Verjüngung 6 ist ein Querschnitt 24 der Stromschiene 2 gegenüber einem originären Querschnitt 25 reduziert. Durch die Reduktion des Querschnitts 24 steigt zum einen der Signalpegel (Flussdichte) zum anderen wird die Abhängigkeit von der Frequenz reduziert. Gleichzeitig wird jedoch die Positionierung des magnetischen Erfassungselements 4 kritischer.

Figur 3 zeigt eine perspektivische Ansicht des erfindungsgemäßen Stromsensors 1. Um den Einfluss des Skin-Effekts weiter zu reduzieren und gleichzeitig ein homogenes Feld mittig über bzw. unter der Stromschiene 2 zu erhalten, ist eine Freisparung 8 (Langloch) der Stromschiene 2 in der Verjüngung 6 der Stromschiene 2 eingebracht. Die Freisparung 8, welche die Form eines länglichen Schlitzes (Langloch) hat, kann gefräst oder gestanzt sein. Die Freisparung 8 ist der Länge nach in X-Koordinatenrichtung X ausgerichtet. Die hier beschriebene Form der Freisparung 8 (Langloch mit abgerundeten Ecken) und die Form der Verjüngung 6 soll nicht als Beschränkung der Erfindung aufgefasst werden. Wie in Fig, 2 dargestellt, kann die Verjüngung 6 auch abgerundet oder eckig (siehe Ausführungsform in Fig. 3) ausgeführt sein. Alternativ wäre auch eine rechteckförmige Freisparung 8 und ein rechteckförmiger Ausschnitt als Verjüngung 6 vorstellbar.

Entlang der Z-Koordiantenrichtung Z ist ein Träger 10 in der Freisparung 8 derart positioniert, dass zumindest ein am Träger 10 gehaltertes magnetisches Erfassungselement 4, wie in Fig. 3 dargestellt, über der Oberseite 21 der Stromschiene 2 positioniert ist. Ein Abstand 5 zwischen dem magnetisches Erfassungselement 4 und der Oberseite 21 der Stromschiene 2 kann durch die Positionierung des Trägers 10 in der Freisparung 8 eingestellt werden. Obwohl in Fig. 3 die Positionierung des magnetischen Erfassungselements 4 in Bezug auf die Oberseite 21 der Stromschiene 2 dargestellt ist, soll dies nicht als Beschränkung der Erfindung aufgefasst werden. Erfindungsgemäß kann das magnetische Erfassungselement 4 gegenüber der Unterseite 22 der Stromschiene 2 oder gegenüber der Oberseite 21 der Stromschiene 2 positioniert werden. Ebenso kann das magnetische Erfassungselement 4 gegenüber der Oberseite 21 der Stromschiene 2 und der Unterseite 22 der Stromschiene 2 positioniert werden. Folglich erfolgt die Auswertung der vom magnetischen Erfassungselement 4 erfassten Werte nicht innerhalb der Freisparung 8 sondern oberhalb und/oder unterhalb der Stromschiene 2, wie dies in Fig. 3 durch das magnetische Erfassungselement 4 angedeutet ist. Für die Auswertung ist am Träger 10 eine entsprechende Elektronik 11 vorgesehen. Wie hier gezeigt, ist der Träger 10 senkrecht zur Stromschiene 2 ausgerichtet, wenn dieser in der Freisparung 8 positioniert ist. Die Elektronik 11 auf dem Träger 10 kann zum einen eine Filterschaltung sein. Zum anderen kann auf dem Träger 10 optional eine Massefläche eingebracht sein, um die elektromagnetische Verträglichkeit (EMV) zu verbessern. Diese kann zudem dafür genutzt werden, um den Frequenzgang weiter zu kompensieren.

Figur 4 zeigt eine Draufsicht auf eine erfindungsgemäße Ausführungsform der Stromschiene 2. Die Freisparung 8 ist im Bereich der Verjüngung 6 gegenüber einer Symmetrieachse 12 der Stromschiene 2 in Y-Koordinatenrichtung Y verschoben eingebracht. Durch die Verschiebung der Freisparung 8 resultiert im Bereich der Freisparung 8 ein erster Steg 26 mit einer ersten Dicke 27 und einem zweiten Steg 28 mit einer zweiten Dicke 29, die sich hinsichtlich der Dicke unterscheiden. Dieser asymmetrische Aufbau der Stromschiene 2 hat den Vorteil, dass der Frequenzgang weiter geglättet wird und ein Operationsverstärker eingespart werden kann.

Figur 5 und Figur 6 zeigen mögliche Ausführungsformen des Trägers 10 für das magnetische Erfassungselement 4. In beiden Figuren ist auf einer Seite Trägers 10 das magnetische Erfassungselement 4 vorgesehen. Ebenso ist dem magnetischen Erfassungselement 4 eine Elektronik 11 für die Auswertung der Messwerte zugeordnet. Die Ausführungsform der Fig. 5 dient zur Positionierung des magnetischen Erfassungselements 4 in Bezug zur Oberseite 21 der Stromschiene 2. Die Ausführungsform der Fig. 6 dient zur Positionierung des magnetischen Erfassungselements 4 in Bezug zur Unterseite 22 der Stromschiene 2.

Figur 7 zeigt eine zusätzliche Ausführungsform des Trägers 10 für zwei magnetische Erfassungselemente 4. Mit dieser Ausführungsform kann mittels der magnetischen Erfassungselemente 4 auf der Oberseite 21 der Stromschiene 2 und auf der Unterseite 22 der Stromschiene 2 gemessen werden. Den magnetischen Erfassungselementen 4 ist jeweils eine Elektronik 11 zugeordnet.

Figur 8 und Figur 9 zeigen eine weitere Ausführungsform des Trägers 10, der C- förmig ausgebildet ist, zur Positionierung von zwei magnetischen Erfassungselementen 4 in Bezug auf die Stromschiene 2. Obwohl mit der hier beschrieben Ausführungsform zwei magnetische Erfassungselemente 4 mit dem Träger 10 in Bezug auf die Stromschiene 2 positioniert werden, soll dies nicht als Beschränkung aufgefasst werden. Für den Fall, dass nur ein magnetisches Erfassungselement 4 am C-förmigen Träger 10 befestigt ist, kann dieses über der Oberseite 21 der Stromschiene 2 oder über der Unterseite 22 der Stromschiene 2 in einem vordefinierten Abstand 5 in Z-Koordinatenrichtung Z positioniert werden.

Der C-förmige Träger 10 besitzt eine Basis 15 und zwei Schenkel 16. Bei der hier dargestellten Ausführungsform trägt jeder Schenkel 16 ein magnetisches Erfassungselement 4. Der C-förmige Träger 10 ist derart in Bezug auf die Stromschiene 2 positioniert, dass dieser die Stromschiene 2 teilweise umgreift. Dies bedeutet, dass der Schenkel 16 über der Oberseite 21 der Stromschiene 2 und der andere Schenkel 16 über der Unterseite 22 der Stromschiene 2 positioniert sind.

Damit sind die an den Schenkel 16 gehalterten magnetischen Erfassungselemente 4 jeweils in einem Abstand 5 in Z-Koordinatenrichtung Z zur Oberseite 21 bzw. zur Unterseite 22 der Stromschiene 2 positioniert.

Figur 10 zeigt eine mögliche Ausführungsform einer zusätzlichen Filterschaltung 40 des Standes der Technik, mit der der Frequenzgang angepasst werden kann. So kann z.B. durch die Filterschaltung 40, bestehend aus Widerständen 41 und einem Kondensator 42, der Frequenzgang des Stromsensors 1 begradigt werden. Es ist für einen Fachmann selbstverständlich, dass auch Induktivitäten und aktive Bauelemente, wie z.B. Operationsverstärker, genutzt werden können. Figur 11 zeigt das kompensierte Spannungssignal von einem magnetischen Erfassungselement 4 im Vergleich zum unkompensierten Spannungssignal. Hier ist das Verhältnis des kompensierten Spannungssignals gegenüber dem unkompensierten Spannungssignal in % als Funktion der Position des magnetischen Erfassungselements 4 in Y-Koordinatenrichtung Y aufgetragen. Vier Kurven sind für unterschiedliche Abstände 5 (siehe Fig. 3) der magnetischen Erfassungselemente 4 in Z-Koordinatenrichtung Z von der Stromschiene 2 aufgetragen. Der Abstand 5 von 3 mm ist durch die durchgezogene Linie dargestellt. Der Abstand 5 von 4 mm ist durch die gepunktete Linie dargestellt. Der Abstand 5 von 5 mm ist durch die gestrichelt-gepunktete Linie dargestellt. Der Abstand 5 von 6 mm ist durch die gestrichelt und doppelt gepunktete Linie dargestellt.

Figur 12 zeigt eine graphische Darstellung der Toleranz der gegenwärtigen Erfindung gegenüber der Position eines magnetischen Erfassungselements 4. Mit der vorliegenden Geometrie weisen die magnetischen Erfassungselemente 4 bereits eine geringe Toleranz gegenüber der Position bezüglich der Stromschiene 2 auf. In Figur 10 ist die Magnetfeldstärke in mT als Funktion der Position des magnetischen Erfassungselements 4 in Y-Koordinatenrichtung Y aufgetragen. Vier Kurven sind für unterschiedliche Abstände 5 (siehe Fig. 3) des magnetischen Erfassungselements 4 in Z-Koordinatenrichtung Z von der Stromschiene 2 aufgetragen. Der Abstand 5 von 3mm ist durch die durchgezogene Linie dargestellt. Der Abstand 5 von 4mm ist durch die gepunktete Linie dargestellt. Der Abstand 5 von 5mm ist durch die gestrichelt gepunktete Linie dargestellt. Der Abstand 5 von 6mm ist durch die gestrichelt und doppelt gepunktete Linie dargestellt. Alle Kurven weisen bei y = 0 eine geringe von Null verschiedene Steigung auf. Außerdem liegen die Kurven dort sehr nahe beieinander. Daher wirkt sich dort der Einfluss der Positionierungstoleranzen am geringsten aus. Wird das magnetische Erfassungselement 4 im Bereich von y = 0 bis ca. y = 2mm platziert, weist es jedoch ein Tiefpassverhalten auf (die magnetischen Erfassungselemente 4 sind für niedrige Frequenzen empfindlicher als für hohe). Um das auszugleichen kann z. B. ein externer Hochpass eingesetzt werden, der die niedrigen Frequenzen zusätzlich dämpft. Für den vorliegenden Fall ist das im Bereich y < 2mm nötig.

Die in den Figuren 11 und 12 beschriebenen Verhältnisse ergeben sich für Stege (siehe Fig. 4) mit unterschiedlichen Dicken. Wie der Fig. 12 zu entnehmen ist, ist ein Bereich von 0 < y < ca. 2 mm relativ tolerant gegenüber Positionierungsfehlern. Ab y > ca. 2 mm muss das Signal danach nicht mehr angehoben werden (siehe Fig. 11 ), sodass die optimale Position des magnetischen Erfassungselements 4 für y = 2 mm gegeben ist.

Figur 13 zeigt das kompensierte Spannungssignal von zwei magnetischen Erfassungselementen 4 im Vergleich zum unkompensierten Spannungssignal. Hier ist das Verhältnis des kompensierten Spannungssignals gegenüber dem unkompensierten Spannungssignal in % als Funktion der Position der magnetischen Erfassungselemente 4 in Y-Koordinatenrichtung Y aufgetragen. Vier Kurven sind für unterschiedliche Abstände 5 (siehe Fig. 3) der magnetischen Erfassungselemente 4 in Z-Koordinatenrichtung Z von der Stromschiene 2 aufgetragen. Der Abstand 5 von 3 mm ist durch die durchgezogene Linie dargestellt. Der Abstand 5 von 4 mm ist durch die gepunktete Linie dargestellt. Der Abstand 5 von 5 mm ist durch die gestrichelt-gepunktete Linie dargestellt. Der Abstand 5 von 6 mm ist durch die gestrichelt und doppelt gepunktete Linie dargestellt. Nach dem Filter muss das Signal wieder mit einem Operationsverstärker auf 100 % angehoben werden.

Figur 14 zeigt eine graphische Darstellung der Toleranz der gegenwärtigen Erfindung gegenüber der Position der zwei magnetischen Erfassungselemente 4. Mit der vorliegenden Geometrie weisen die magnetischen Erfassungselemente 4 bereits eine geringe Toleranz gegenüber der Position bezüglich der Stromschiene 2 auf. In Figur 14 ist die Magnetfeldstärke in mT als Funktion der Position der magnetischen Erfassungselemente 4 in Y-Koordinatenrichtung Y aufgetragen. Vier Kurven sind für unterschiedliche Abstände 5 (siehe Fig. 3) der magnetischen Erfassungselemente 4 in Z-Koordinatenrichtung Z von der Stromschiene 2 aufgetragen. Der Abstand 5 von 3 mm ist durch die durchgezogene Linie dargestellt. Der Abstand 5 von 4 mm ist durch die gepunktete Linie dargestellt. Der Abstand 5 von 5 mm ist durch die gestrichelt-gepunktete Linie dargestellt. Der Abstand 5 von 6 mm ist durch die gestrichelt und doppelt gepunktete Linie dargestellt. Alle Kurven weisen bei y = 0 eine Steigung von null auf. Außerdem liegen die Kurven dort sehr nahe beieinander. Daher wirkt sich dort der Einfluss der Positionierungstoleranzen am geringsten aus. Werden die zwei magnetischen Erfassungselemente 4 dort platziert, weisen sie jedoch ein Tiefpassverhalten auf (die magnetischen Erfassungselemente 4 sind für niedrige Frequenzen empfindlicher als für hohe). Um das auszugleichen, kann z.B. ein externer Hochpass eingesetzt werden, der die niedrigen Frequenzen zusätzlich dämpft. Für den vorliegenden Fall ist das im Bereich -7 mm < y < +7 mm nötig.

Bezuqszeichenliste

1 Stromsensor

2 Stromschiene

3 Abschirmung

4 magnetisches Erfassungselement

5 Abstand

6 Verjüngung

8 Freisparung

10 Träger

11 Elektronik

12 Symmetrieachse

15 Basis

16 Schenkel

21 Oberseite

22 Unterseite

23 Seitenkante

24 reduzierter Querschnitt

25 originärer Querschnitt

26 erster Steg

27 erste Dicke

28 zweiter Steg

29 zweite Dicke

31 Schenkel

40 Filterschaltung

41 Widerstand

42 Kondensator

X X-Koordinatenrichtung

Y Y-Koordinatenrichtung

Z Z-Koordinatenrichtung