Stromwandler für einen schienenförmigen Leiter

Die Erfindung betrifft einen Stromwandler zur Erfassung des in einem schienenförmigen Leiter fließenden Stromes mit einem den Leiter umschließend angeordneten magnetischen Kreis von rechteckiger Grundform und mit zwei auf gegenüberliegenden Schenkeln des magnetischen Kreises angeordneten, eine Sekundärwicklung tragenden Spulenkörpern und in diesen auf¬ genommenen Spulenkörpern, wobei der Querschnitt der Eisen¬ kerne kleiner als der Querschnitt außerhalb der Spulenkörper gelegener, die Eisenkerne verbindender Jochstücke bemessen ist.

Ein Stromwandler der genannten Art ist durch die JP-A-61-102713 (vgl. JP-Patentabstracts E440 vom 26.09.1986, Vol. 10/No. 283) bekannt geworden. Hierbei sind die Spulen¬ kerne durch plattenförmige Jochstücke verbunden, die über die Breite der Spulenkörper noch etwas überstehen. Zur Verbindung der Spulenkerne mit den flachen Jochstücken sind diese mit Ausnehmungen versehen, in welche die Kerne einzufügen sind. Hierzu bedarf es einer guten gegenseitigen Anpassung der Ab¬ messungen. Diese bereitet dann Schwierigkeiten, wenn die Spulenkerne und die Jochstücke als Blechpakete ausgebildet sind. In diesem Fall kann es sowohl schwierig sein, eine mechanisch tragende Verbindung zwischen den Kernen und den Jochstücken als auch die gewünschte magnetische Kontinuität herzustellen.

Der Erfindung liegt hiervon ausgehend die Aufgabe zugrunde, die Herstellung eines Stromwandlers der eingangs genannten Art zu vereinfachen und seine magnetischen Eigenschaften zu verbessern. Gemäß der Erfindung wird diese Aufgabe dadurch gelöst, daß die Jochstucke jeweils aus einem mit den Eisen¬ kernen zusammenhängenden Jochkernteil und beidseitig an

diesem anliegend angeordneten zusätzlichen Jochstücken zusammengesetzt sind. Hierdurch wird erreicht, daß der magnetische Kreis mit dem Querschnitt, wie er in den Spulen¬ körpern besteht, eine gleichmäßige Beschaffenheit ohne störende Unterbrechungen aufweist. Die zusätzlichen Joch¬ stücke sind als gesonderte Teile herstellbar. Unvermeidbare Maßtoleranzen wirken sich nicht störend auf die Eigenschaften des gesamten magnetischen Kreises aus.

Die Spulenkörper können stirnseitig je einen Endkragen zur

Aufnahme der Enden der zusätzlichen Jochstücke besitzen. Dies erleichtert den Zusammenbau des magnetischen Kreises und macht die Benutzung von Hilfswerkzeugen bis zur endgültigen Verbindung der Jochkernteile mit den zustätzlichen Joch- stücken entbehrlich.

Die durch die zusätzlichen Jochstucke erzielbare Vergrößerung des wirksamen Querschnittes des magnetischen Kreises hängt von der Ausladung der auf den Spulenkörpern befindlichen Sekundärwicklung des Stromwandlers ab. Es hat sich erwiesen, daß eine zweckmäßige Dimensionierung des Stromwandlers er¬ zielbar ist, wenn der größere Querschnitt, wie er im Bereich der zusätzlichen Jochstücke besteht, wenigstens das doppelte des kleineren Querschnittes beträgt, den der Jochkernteil aufweist.

Mit Rücksicht auf die erwünschten Eigenschaften des magne¬ tischen Kreises empfiehlt es sich, bei einer geblechten Aus¬ führung der Eisenkerne auch die Jochkernteile und die zusätz- liehen Jochstücke als Blechpakte auszubilden. Diese Maßnahme erleichtert es auch, in Abhängigkeit von der Toleranz der verwendeten Bleche, deren Anzahl zu verändern und hierdurch gewünschte Gesamtabmessungen zu erzielen.

Für Stromwandler ist bereits eine Bauweise mit L-förmigen Teilstücken des magnetischen Kreises bekannt

(EP-A-0 196 992) . Dabei sind die Stoßfugen der L-förmigen Teilstücke entlang einem außenliegenden Abschnitt ihrer Stoßfugen durch eine Schweißnaht verbunden. Im Zusammenhang mit der Erfindung empfiehlt es sich, unter Verwendung dieser 5 Bauweise die Schweißnaht so anzuordnen, daß sie sich auch über die anschließenden zusätzlichen Jochstücke erstreckt. Dabei kann jeweils etwa symmetrisch zu der die Stoßfugen erfassenden Schweißnaht an der gegenüberliegenden Seite der L-Teilstücke eine weitere, die L-Teilstücke und die anliegen- 10 den zusätzlichen Jochstücke verbindende Schweißnaht ange¬ ordnet sein.

In der Regel wird es sich als zweckmäßig und ausreichend er¬ weisen, die zusätzlichen Jochstücke aus dem gleichen Werk-

15 stoff zu fertigen, aus dem die Jochkernteile bzw. die L- förmigen Teilstücke des magnetischen Kreises bestehen. Bei gegebenen Abmessungen eines Stromwandlers kann jedoch eine weitere Verbesserung der magnetischen Eigenschaften dadurch erzielt werden, daß die zusätzlichen Jochstücke aus Blechen

20 bestehen, die in der magnetischen Vorzugsrichtung des

Ausgangsmaterials geschnitten sind. Dies wirkt sich im Sinne eines verringerten magnetischen Widerstandes aus.

Die erfindung wird im folgenden anhand des in den Figuren 25 dargestellten Ausführungsbeispieles näher erläutert.

Die Figur 1 zeigt einen Stromwandler nach der Erfindung teilweise im Schnitt und teilweise in Ansicht.

30 Die Figur 2 zeigt eine Ansicht des Stromwandlers gemäß der Figur 1 in der Richtung des Pfeiles II in der Figur 1.

In der Figur 3 ist der Schnitt III-III in Figur 1 darge¬

) stellt. 35

Die Figur 4 ist eine perspektivische Darstellung des magne¬ tischen Kreises des Stromwandlers gemäß den Figuren l, 2 und 3, bei der die Spulenkörper mit der Sekundärwicklung fortge¬ lassen sind und zwei zusätzliche Jochstücke im Abstand von 5. einem zugehörigen Jochkernteil dargestellt sind.

Der in den Figuren gezeigte Stromwandler 1 ist zur Verwendung in einem kompakten Niederspannungs-Leistungsschalter vorgesehen und gehört der Bauart mit rechteckiger Grundform 0 des magnetischen Kreises an. Der magnetische Kreis 2 weist zwei Eisenkerne 3 auf, die von je einem Spulenkörper 4 mit darauf angeordneter Sekundärwicklung 5 umschlossen sind. Jochstücke 6 verbinden die in den Spulenkörpern 4 aufgenom¬ menen Eisenkerne 3 zur Vervollständigung des magnetischen 5 Kreises 2.

Der Stromwandler 1 ist zur Verwendung mit schienenförmigen Leitern vorgesehen. Hierzu ist in der Figur 1 der Querschnitt eines solchen Leiters 7 strichpunktiert angedeutet. 0

Wie in den Figuren 2 und 3 veranschaulicht ist, besitzt der magnetische Kreis 2 außerhalb der Spulenkörper 4 einen Querschnitt Q2, der etwa das Dreifache des Querschnittes Ql beträgt, den die Eisenkerne 3 in den Spulenkörpern 4 auf- 5 weisen. Der wirksame Gesamtquerschnitt des magnetischen

Kreises 2 ist daher größer, als der tatsächliche Querschnitt der Eisenkerne 3 in den Spulenkörpern 4. Welches Verhältnis zwischen den Querschnitten Ql und Q2 zu erreichen ist, hängt von dem jeweils geforderten Querschnitt der Sekundärwicklung 0 5 ab, der wiederum auf der Windungszahl und dem Querschnitt des Wicklungsdrahtes beruht. In dem dargestellten Beispiel ist die größtmögliche Verbreiterung des Querschnittes Q2 gewählt, d. h., die Breite der Spulenkörper 4 wird nicht überschritten. 5

Der beschriebene Aufbau des Stromwandlers 1 ermöglicht es, gegenüber einem Stromwandler mit durchgehendem gleichbleiben¬ den Querschnitt des magnetischen Kreises eine Sekundär¬ wicklung mit größerem Leiterquerschnitt und geringerer 5. mittlerer Windungslänge zu wählen. Die Folge ist ein geringerer ohmscher Widerstand der Sekundärwicklung mit ent¬ sprechend verringerten Verlusten. Hieraus ergibt sich eine geringere Erwärmung des Stromwandlers im Betrieb und eine bessere Linearität bei der Übersetzung des in dem strich- 0 punktiert angedeuteten Leiter 7 fließenden Stromes in einen Sekundärstrom in den Sekundärwicklungen 5.

Der Aufbau des magnetischen Kreises 2 im einzelnen ist in der Figur 4 veranschaulicht. Danach besteht der magnetische Kreis 5 2 aus zwei L-förmigen Teilstücken 10, die aus Blechen mit geeigneten magnetischen Eigenschaften zusammengesetzt sind, wie dies beispielsweise in der erwähnten EP-A-0 196 992 be¬ schrieben ist. Die L-Teilstücke 10 besitzen eine Quer- schnittsform, wie sie zur Aufnahme in den Spulenkörpern 4 0 (Figuren 1 und 3) geeignet ist. Die L-Teilstücke 10 umfassen je ein Jochkernteil 11, das sich außerhalb der Spulenkörper 4 zwischen diesen erstreckt. Die L-Teilstücke 10 berühren einander an Stoßfugen 12. Über die Gesamtbreite der zu einem Rechteck zusammengesetzten L-Teilstücke 10 erstrecken sich 5 zusätzliche Jochstücke 13, die in den gezeigten Beispiel etwa den gleichen Querschnitt wie die L-Teilstücke 10 aufweisen. Wie anhand der Figur 4 zu erkennen ist, können jedoch die zusätzlichen Jochstücke 13 bei gleicher Länge und Höhe durch Hinzulegen weiterer Bleche verbreitert oder durch Fortnahme 0 von Blechen dünner ausgeführt werden.

In der Figur 4 sind zwei der Jochstücke 13 von den L-Teil- stücken 10 entfernt gezeigt, um die Lage der Stoßfugen 12 zu zeigen. Die Verbindung der insgesamt sechs Teilkörper des 5 magnetischen Kreises 2 geschieht durch vier Schweißnähte. Von diesen erstreecken sich zwei entlang einem außenliegenden

Abschnitt 15 der Stoßfugen 12. Gemäß der Figur 2 sind die Schweißnähte 14 über die Abschnitte 15 der Stoßfugen 12 hinaus über beide anliegenden zusätzlichen Jochstücke 13 verlängert, so daß diese mit den L-Teilstücken 10 fest verbunden sind. In symmetrischer Lage zu der Schweißnaht 14, welche den Abschnitt 15 der Stoßfuge 12 einschließt, sind die L-Teilstücke 10 und die zusätzlichen Jochstücke 13 durch eine weitere Schweißnaht 16 verbunden, wie der Figur 2 zu entnehmen ist.

Im allgemeinen reicht es aus, die zusätzlichen Jochstücke 13 aus Blechen des gleichen Materials zusammenzusetzen, aus denen die L-Teilstücke 10 bestehen. Es kann jedoch, um be¬ stimmte Abmessungen bei geforderten magnetischen Eigen- Schäften des magnetischen Kreises 2 einzuhalten, eine andere Ausrichtung der Bleche der Jochstücke 13 bezüglich der mag¬ netischen Vorzugsrichtung des verwendeten Ausgangsmaterials gewählt werden. Insbesondere empfiehlt es sich, die Bleche der Jochstücke 13 genau entlang der magnetischen Vorzugs- richtung zu- schneiden. Demgegenüber ist es günstiger, die L- Teilstücke winklig zur magnetischen Vorzugsrichtung zu schneiden, damit beide Schenkel die gleichen Eigenschaften besitzen.