Elektrotechnischer Anschlussklemmenstein und Verwendung eines solchen Anschlussklemmensteins

Die Erfindung betrifft einen elektrotechnischen Anschlussklemmenstein gemäß dem Oberbegriff des Anspruchs 1 und eine Verwendung eines solchen Anschlussklemmensteins.

Elektrotechnische Anschlussklemmensteine sind beispielsweise aus dem Dokument DE 199 26 542 Al bekannt. Danach ist wenigstens ein einziger Anschlussklemmenstein zum Verbinden der Leitungen, die von den Wicklungssträngen eines Elektromotors in den Anschluss- beziehungsweise Klemmenkasten des Elektro- motors geführt sind, den so genannten Strangleitungen, mit Netzversorgungsleitungen vorgesehen. Ein Anschlussklemmenstein weist für eine jede Verbindung zwischen einer der anzuschließenden Netzversorgungsleitungen und einer der Strangleitungen des Elektromotors jeweils ein elektrotechnisch iso- liertes Anschlussklemmenelement auf. Dabei kann der einzelne Anschlussklemmenstein gleichzeitig entweder nur ein einziges Anschlussklemmenelement oder aber auch mehrere Anschlussklem- menelemente umfassen. Dazu weist der Anschlussklemmenstein ein elektrotechnisch isolierendes Trägerteil auf, auf dem die jeweiligen Anschlussklemmenelemente mechanisch und gegeneinander elektrotechnisch isoliert gehalten sind.

Aus dem oben genannten Dokument ist weiter bekannt, einen Elektromotor mit einem Temperaturmesssensor oder Temperatur- fühler auszustatten, der mindestens an einem der Wicklungsstränge eines Stators des Elektromotors wärmeleitend, das heißt, mit geringem Wärmeübergangswiderstand, angekoppelt ist.

Elektrotechnische Anschlussklemmensteine sind beispielsweise auch aus den Dokumenten DE 199 26 542 Al und DE 019 87 751 U bekannt . Anstelle von Temperaturmesssensoren oder Temperaturfühlern, wie sie auch schon im erstgenannten Dokument verwendet sind, ist es denkbar, auch andere elektrotechnische Verbraucher beziehungsweise Kleinverbraucher, zum Beispiel Sensoren zur De- tektion von physikalischen Größen wie Drücke, Schwingungen und dergleichen, zu verwenden.

Auch ist es denkbar, die Detektion beispielsweise der genannten physikalischen Größen zeitkontinuierlich durchzuführen. Weiter ist es denkbar, die detektierten physikalischen Größen in einer kontinuierlichen Weise weiter zu übertragen, beispielsweise für Überwachungs- und/oder Auswertezwecke. Schließlich ist es auch denkbar, die Weiterübertragung der besagten physikalischen Größen beispielsweise drahtlos zu be- werkstelligen.

Für alle diese Fälle benötigt der betreffende elektrotechnische Verbraucher eine sichere Stromversorgung. Diese soll dabei mit einem möglichst geringen Aufwand und mit möglichst geringen Kosten zur Verfügung gestellt werden können.

Eine Möglichkeit, eine solche Stromversorgung zur Verfügung zu stellen, ist, auf die schon vorhandenen Netzversorgungsleitungen zurückzugreifen. Da diese aber für die besagten elektrotechnischen Verbraucher in der Regel eine zu hohe Versorgungsenergie zur Verfügung stellen mit der Gefahr einer Zerstörung dieser elektrotechnischen Verbraucher, ist es erforderlich, entsprechende elektrotechnische Schaltungsmittel dazwischen zu schalten, um die für die betreffenden elektro- technischen Verbraucher geeignete Versorgungsenergie zu erhalten und gegebenenfalls eine elektrische Potenzialtrennung zu gewährleisten. Dies bedeutet aber einen hohen technischen Aufwand mit entsprechend hohen Kosten.

Zum Beispiel ist es für den Erhalt der Stromversorgung eines kleinen Temperatursensors aus den Netzversorgungsleitungen eines Elektromotors, der eine Motorspannung von beispielsweise 230 V oder 400 V oder der eine variable Motorspannung bei einer Umrichterspeisung hat, notwendig, einen Gleichrichter und/oder Tiefsetzsteiler und/oder Transformator zu verwenden.

Eine andere Möglichkeit ist, Batterien oder Akkumulatoren hierfür zu verwenden.

Nachteilig bei Batterien und Akkumulatoren ist aber, dass sie kontinuierlich überwacht und von Zeit zu Zeit ausgetauscht werden. Dies bedeutet insgesamt einen hohen Arbeitsaufwand und damit wiederum hohe Kosten. Die hohen Kosten werden insbesondere auch durch die Notwendigkeit der Bereitstellung der vielen Batterien und Akkumulatoren verursacht .

Neben den Batterien und/oder Akkus können für die Bereitstel- lung einer benötigten Versorgungsenergie zum Beispiel auch Schwingungsgeneratoren, Thermogeneratoren oder Solarzellen usw. eingesetzt werden. Dies sind aber ebenfalls kostenauf- wändige Maßnahmen.

Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, ausgehend von einem Anschlussklemmenstein der eingangs genannten Art, diesen in der Weise technisch zu verbessern, dass damit für elektrotechnische Verbraucher, die eine dauerhafte Energieversorgung benötigen und die sich im Umfeld von Netzversorgungsleitungen befinden, eine autarke, das heißt, dauerhafte und wartungsfreie, elektrotechnische Energieversorgung ermöglich ist.

Ferner ist es Aufgabe der vorliegenden Erfindung, eine vorteilhafte Verwendung derartiger Anschlussklemmensteine an- zugeben.

Der erste Teil der vorgenannten Aufgabe wird erfindungsgemäß gelöst durch einen elektrotechnischen Anschlussklemmenstein, der die kennzeichnenden Merkmale des Anspruchs 1 aufweist.

Der zweite Teil der vorgenannten Aufgabe wird erfindungsgemäß gelöst durch eine Verwendung, die durch den Anspruch 9 definiert ist . Der erfindungsgemäße elektrotechnische Anschlussklemmenstein weist wenigstens ein einziges Anschlussklemmenelement auf, dem ein aus weichmagnetischem Material mit guten magnetischen Flussleitungseigenschaften bestehender Ring beigeordnet ist. Auf dem Ring ist eine Sekundärspule angeordnet mit Anschluss- leitungen für einen an diese Anschlussleitungen anschließbaren elektrotechnischen Verbraucher. Der Ring ist in der Weise einem betreffenden Anschlussklemmenelement beigeordnet, dass sich erstens mit einer an dieses Anschlussklemmenelement angeschlossenen und aktiven Netzversorgungsleitung ein Leitungsweg ergibt, in dessen Umfeld zweitens ein dynamisches elektromagnetisches Feld besteht, das drittens induktiv auf die Sekundärspule des Rings wirkt. Durch die induktive Wir- kung des dynamischen elektromagnetischen Felds auf die Sekundärspule des Rings wird in der Sekundärspule des Rings eine Spannung induziert, die als eine nutzbare Versorgungsenergie für den angesprochenen elektrotechnischen Verbraucher an den der Sekundärspule zugehörigen Anschlussleitungen abgreifbar ist.

Die besagte nutzbare Versorgungsenergie ist vorhanden, solange die betreffende Netzversorgungsleitung aktiv ist, wobei davon auszugehen ist, dass die betreffende Netzversorgungs- leitung stets aktiv ist. Die besagte nutzbare Versorgungsenergie steht daher fortwährend dem besagten elektrotechnischen Verbraucher zur Verfügung. Dem besagten elektrotechnischen Verbraucher steht daher durch die erfindungsgemäßen Maßnahmen eine autarke, das heißt fortwährende und wartungs- freie Versorgungsenergie zur Verfügung, wie aufgabengemäß gefordert .

Eine besonders vorteilhafte Verwendung eines erfindungsgemäßen Anschlussklemmensteins ergibt sich im Zusammenhang mit Netzversorgungsleitungen zugeordneten Klemmen- oder Anschlusskästen. Aufgabe von solchen Klemmen- oder Anschluss- kästen ist, Netzversorgungsleitungen mit anderen elektrotechnischen Gebilden elektrotechnisch zu verbinden. Dabei ent- steht quasi nebenbei in -dem Klemmen- oder Anschlusskasten ein dynamisches elektromagnetisches Feld, das durch die erfindungsgemäßen Anschlussklemmensteine nutzbar gemacht ist. Außerdem sind in diesen Klemmen- oder Anschlusskästen schon An- schlussklemmensteine verwendet, so dass diese Anschlussklemmensteine lediglich durch erfindungsgemäße Anschlussklemmensteine zu tauschen sind, was in den Klemmen- oder Anschlusskästen in einfacher Weise möglich ist.

Vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung sind Gegenstand von Unteransprüchen.

Danach ist der Ring mit der Sekundärspule in Bezug auf den besagten Leitungsweg in der Weise angeordnet, dass der Lei- tungsweg durch den Ring hindurch geführt ist. Auf diese Weise wird die durch Induktion erhaltene nutzbare Versorgungsenergie maximal groß und mit Sicherheit erhalten. Außerdem ist der Aufwand für den Erhalt und Nutzbarmachung der nutzbaren Versorgungsenergie minimiert .

Die vorgenannten Vorteile werden in einfacher Weise dadurch erhalten, dass für die Anschlussklemmenelemente eines An- schlussklemmensteins ein elektrotechnisch isolierendes Trägerteil eingesetzt ist, auf dem die Anschlussklemmenelemente montiert sind. Dabei ist ein einem jeweilig betreffenden An- schlussklemmenelement beigeordneter Ring mit einem ersten Körperteilbereich im Trägerteil und mit einem zweiten Körperteilbereich oberhalb des Trägerteils angeordnet.

Mit diesen Maßnahmen ist die Realisierung eines mit einer betreffenden Netzversorgungsleitung bewerkstelligten Leitungswegs, der durch den Ring mit der Sekundärspule führt, in besonders einfacher Weise möglich. Entweder wird nur die betreffende Netzversorgungsleitung durch den besagten Ring hindurch gesteckt und dann an einem betreffenden zugehörigen Anschlussklemmenelement angeschlossen, oder aber eine von einer betreffenden Netzversorgungsleitung nach einem zugeordneten Anschlussklemmenelement abgehende elektrische Leitung ist fest durch den besagten Ring hindurch montiert und die betreffende zugeordnete Netzversorgungsleitung braucht nur am zugehörigen Anschlussklemmenelement angeschlossen zu werden.

Durch die Wahl einer Permeabilitätskonstante größer 1 weist der besagte Ring gute Flussleitungseigenschaften für einen in dem Ring erzeugten elektromagnetischen Fluss auf.

Besonders vorteilhaft ist es, wenn die Sekundärspule mit dem entsprechenden Ringteil im Trägerteil befestigt ist, wobei gleichzeitig aber die Anschlussleitungen der Sekundärspule von außerhalb des Trägerteils für eine Anschlussmöglichkeit zugänglich gehalten sind. Dadurch ist die Sekundärspule vor einem Einwirken von zerstörerischen mechanischen Kräften ge- schützt.

Durch Wahl eines entsprechenden Materials mit einer entsprechend vorgegebenen Permeabilitätskonstante für den Ring lässt sich eine vorgegebene magnetische Sättigung des Rings ein- stellen, wodurch verhindert werden kann, dass durch eine zu hohe Induktion in der Sekundärspule des Rings ein an der Sekundärspule des Rings angeschlossener elektrotechnischer Verbraucher zerstört wird.

Als elektrotechnische Verbraucher lassen sich in vorteilhafter Weise vielfach benötigte Sensoren zum Beispiel zur Ermittlung von physikalischen Größen wie Temperaturen, Drücke, Schwingungen und so weiter verwenden, für die die von der Sekundärspule des Rings des erfindungsgemäßen Anschlussklemmen- steins zur Verfügung gestellte Versorgungsenergie ausreichend groß ist .

Die Anschlussklemmenelemente der erfindungsgemäßen Anschluss- klemmensteine können in vorteilhafter Weise beispielsweise als Schraubklemmverbindungen oder als Federkraftklemmverbindungen realisiert sein. Besonders vorteilhaft ist die Verwendung des erfindungsgemäßen Anschlussklemmensteins in einem Klemmenkasten beziehungsweise Anschlusskasten eines Elektromotors, weil dort einerseits schon Anschlussklemmensteine und andererseits Netzver- sorgungsleitungen benutzt sind.

Nachfolgend wird ein Ausführungsbeispiel der Erfindung anhand einer Zeichnung näher erläutert. Darin zeigen:

Figur 1 einen elektrotechnischen Anschlussklemmenstein gemäß der Erfindung schematisch in einer Vorderansicht, und

Figur 2 einen elektrotechnischen Anschlussklemmenstein gemäß der Figur 1 schematisch in einer Draufsicht.

In den Figuren 1 und 2 ist ein erfindungsgemäßer Anschlussklemmenstein 1 gezeigt mit einem aus Kunststoff und damit elektrotechnisch isolierendem Material bestehenden Trägerteil 2, auf dem gemäß dem vorliegenden Ausführungsbeispiel, wie insbesondere Figur 2 zeigt, drei Paare jeweils gebildet aus Anschlussklemmenelementen 3, 4 platziert sind.

Die jeweiligen einzelnen Anschlussklemmenelemente 3, 4 der Paare von Anschlussklemmenelementen 3, 4 sind beispielsweise als Gewindebolzen ausgeführt, auf denen in der Zeichnung nicht näher dargestellte Schraubenmuttern aufschraubbar sind.

Die jeweiligen Paare von Anschlussklemmenelementen 3, 4 sind gemäß dem vorliegenden Ausführungsbeispiel jeweils sowohl ei- nem von drei Leitungssträngen 5 eines in der Zeichnung nicht näher dargestellten Elektromotors als auch einer von drei eigenständigen Netzversorgungsleitungen, die beispielsweise von einer dreiphasigen NetzVersorgung entstammen können, die aber in der Zeichnung nicht näher dargestellt sind, zugeordnet. Die einzelnen Leitungsstränge 5 bilden zusammen als eine Einheit hier im vorliegenden Ausführungsbeispiel ein Motorkabel des angesprochenen Elektromotors. Im Detail ist pro Paar von Anschlussklemmenelementen 3, 4 jeweils das mit dem Bezugszeichen 3 versehene Anschlussklemmen- element mit einem Leitungsstrang 5 und das mit dem Bezugszeichen 4 versehene Anschlussklemmenelement mit einer Netzver- sorgungsleitung verbunden.

Die einzelnen Anschlussklemmenelemente 3, 4 eines Paars von Anschlussklemmenelementen 3, 4 sind untereinander elektrisch leitend verbunden, was in der vorliegenden Zeichnung nicht näher dargestellt ist. Auf diese Weise speist eine betreffende Netzversorgungsleitung einen betreffenden Leitungsstrang 5 des Elektromotors mit einer Netzenergie.

Wie insbesondere Figur 2 zeigt, sind zum Anschluss der jewei- ligen Leitungsstränge 5 an die jeweiligen Anschlussklemmenelemente 3 die einzelnen Leitungsstränge 5 mit einem Kabelschuh 6 abgeschlossen, die jeweils über einen jeweils betreffenden Gewindebolzen eines jeweils betreffenden Anschluss- klemmenelements 4 gestülpt und dort dann mit einer jeweils schon angesprochenen Schraubenmutter auf dem Anschlussklem- menstein 1 elektrisch leitend festgeklemmt sind.

Entsprechendes trifft im vorliegenden Ausführungsbeispiel auch bezüglich der jeweiligen Anschlussklemmenelemente 4 und der jeweiligen zugehörigen Netzversorgungsleitungen zu. Der Einfachheit wegen ist dies aber in der Zeichnung nicht näher dargestellt .

Im vorliegenden Ausführungsbeispiel ist den jeweiligen An- schlussklemmenelementen 3 jeweils ein Ring 7 (Figur 2) beigeordnet, der aus einem weichmagnetischen Material mit guten magnetischen Flussleitungseigenschaften besteht. Zum Beispiel können die Ringe aus einem Ferritmaterial oder Soft Magnetic Composite-Materialien (SMC) gefertigt sein.

Auf einem jeweiligen Ring 7 ist eine jeweilige Sekundärspule 8 (Figur 1) angeordnet, die jeweils Anschlussleitungen 9 für einen Anschluss eines in der Zeichnung nicht näher dargestellten elektrotechnischen Verbrauchers aufweist.

Die Ringe 7 sind in der Weise einem hier jeweils betreffenden Anschlussklemmenelement 3 beigeordnet, dass bei einer an dieses Anschlussklemmenelement 3 direkt oder, wie im vorliegenden Ausführungsbeispiel realisiert, über Anschlussklemmenele- mente 4 indirekt angeschlossenen und aktiven Netzversorgungsleitung ein im Umfeld eines sich mit der angeschlossenen Netzversorgungsleitung ergebenden Leitungswegs bestehendes dynamisches elektromagnetisches Feld induktiv auf die betreffende Sekundärspule 8 des betreffenden Rings 7 wirkt . Die Wirkung ist dabei eine solche, dass an den jeweils betreffenden Anschlussleitungen 9 der jeweils betreffenden Sekundär- spule 8 eine von einem an diese Anschlussleitungen 9 angeschlossenen elektrotechnischen Verbraucher nutzbare elektrotechnische Versorgungsenergie abgreifbar ist.

Wie die Figuren 1 und 2 zusammen zeigen, ist der jeweilige Ring 7 mit dessen Sekundärspule 8 in Bezug auf einen zugehörigen besagten Leitungsweg in der Weise angeordnet, dass der jeweilige betreffende Leitungsweg durch den jeweils betreffenden Ring 7 hindurch geführt ist .

Wie die Figuren 1 und 2 weiter zeigen, ist ein jeweiliger Ring 7 einerseits mit einem ersten Körperteilbereich 10 im Trägerteil 2 befestigt und mit einem zweiten Körperteilbereich 11 oberhalb des Trägerteils 2 angeordnet. Die jeweilige Sekundärspule 8 ist dabei jeweils um denjenigen Körperteilbe- reich 10 des Rings 7 gewickelt, der im Trägerteil 2 befestigt ist. Die jeweiligen Anschlussleitungen 9 der jeweiligen Sekundärspulen 7 sind gleichzeitig von außerhalb des Trägerteils 2 zugänglich gehalten.

Gemäß dem vorliegenden Ausführungsbeispiel weisen die einzelnen Ringe 7 eine Permeabilitätskonstante μ > 1 auf. Außerdem sind für die einzelnen Ringe 7 solche weichmagnetischen Materialien gewählt, dass durch die Wahl des weichmagnetischen Materials eine magnetische Sättigung des Materials bei Vorliegen von vorgegebenen elektrotechnischen Verhältnissen gegeben ist .

Als ein möglicher elektrotechnischer Verbraucher, der an eine Sekundärspule 8 eines Rings 7 anschließbar ist, ist beispielsweise ein eine vorgegebene physikalische Größe wie zum Beispiel eine Temperatur ermittelnder Sensor herangezogen.

Wie oben beschrieben sind die Anschlussklemmenelemente 3, 4 als Schraubklemmenverbindungen realisiert. Denkbar sind aber auch andere Klemmenverbindungen, wie zum Beispiel Federkraft- klemmenverbindungen .

Die Anschlussklemmensteine 1, wie sie oben beschrieben sind, können beispielsweise in Klemmen- oder Anschlusskästen eingesetzt sein. Insbesondere Elektromotoren weisen solche Klemmen- oder Anschlusskästen auf . Die Anschlussklemmensteine 1 können daher insbesondere im Zusammenhang mit den besagten

Elektromotoren verwendet sein.

Ringe 7 müssen nicht für jede jeweils vorhandene Netzversorgungsleitung vorgesehen sein. Diese können je nach einem Energiebedarf für einzusetzende elektrotechnische Verbraucher für eine oder mehrere so genannte Phasen einer Netzversorgung vorgesehen sein.

Durch die Wahl des Materials für einen Ring 7 kann, wie schon angesprochen, die magnetische Sättigung des Rings 7 in Grenzen mit berücksichtigt werden. Es tritt dann eine Sättigung des Ringmaterials ab einem gewissen Stromfluss ein.

Die in einem Ring 7 induzierte Spannung U berechnet sich aus dem Induktionsgesetz entsprechend folgender Beziehung:

U = -N * dΦ/dt « f * B « f * μ * I Gleichung (1) . Dabei steht in der Gleichung (1) N für die Anzahl der Windungen der Sekundärspule 8, B für die den Ring 7 durchsetzende Induktion, f für die Frequenz des Stroms I und μ für die Permeabilität des Materials des Rings 7. Die Spannung U steigt somit mit der Amplitude und der Frequenz des Stroms I und mit der Permeabilität μ.

Die abgreifbare Spannung U ist bei bekannter Geometrie, bei bekannter Wicklungszahl N, bei bekannten Materialeigenschaf- ten μ und bei bekannter Frequenz f, z.B. bei Netzfrequenz, ein Maß für den in der Zuleitung fließenden Strom I. Dieser kann direkt aus der Spannung U berechnet werden. Der zu versorgende Sensor kann also bei Bedarf auch den Strom I kostengünstig bestimmen. Werden zwei oder drei Ringe 7 verbaut, können alle drei Ströme I eines speisenden Drehstromsystems durch das erste kirchhoffsehe Gesetz oder direkt bestimmt werden.

Ein weiterer Zusatznutzen kann aus der Bestimmung der NuIl- durchgänge aller drei Phasenströme gezogen werden. Aus der Bestimmung der Nulldurchgänge der Ströme an den Anschluss- klemmenelementen 3, 4 kann auf die Drehrichtung des rotierenden Drehfeldes und damit auf den Drehrichtungssinn geschlossen werden.

Sitzt der zu versorgende elektrotechnische Verbraucher/Sensor im feststehenden Teil des Klemmenkastens, kann der Verbraucher/Sensor eventuell mit eingespritzt werden. Sitzt der Verbraucher/Sensor im Deckel des Klemmenkastens, kann der Sensor über ein Kabel versorgt werden. Über ein Kabel kann die über die Ringe 7 erhaltene Energie auch an andere Orte geführt werden.

Die mit den Ringen 7 erhaltene Energie ist in vorteilhafter Weise potenzialgetrennt von der hierfür eingesetzten Versorgungsspannung . Neben der Möglichkeit der Ermittlung der Drehrichtung eines speisenden Drehstromsystems und damit die Drehrichtung eines Elektromotors ist auch die Erkennung eines Phasentauschs in einem solchen System möglich.