LeistungsSchalter Die Erfindung betrifft einen Leistungsschalter nach dem Oberbegriff von Patentanspruch 1.

Leistungsschalter sind Schutzgeräte, die ähnlich wie eine Sicherung funktionieren. Leistungsschalter überwachen den durch sie mittels eines Leiters hindurchfließenden Strom und unterbrechen den elektrischen Strom bzw. Energiefluss zu einer Energiesenke bzw. einem Verbraucher, was als Auslösung bezeichnet wird, wenn Schutzparameter, wie Stromgrenzwerte oder Strom-Zeitspannengrenzwerte, d.h. wenn ein Stromwert für eine gewisse Zeitspanne vorliegt, überschritten werden. Die Unterbrechung erfolgt beispielsweise durch Kontakte des Leistungsschalters, die geöffnet werden.

Insbesondere für Niederspannungsstromkreise bzw. -netze gibt es abhängig von der Höhe des vorgesehenen elektrischen Stromes im elektrischen Stromkreis verschiedene Typen von Leistungsschaltern. Mit Leistungsschalter im Sinne der Erfindung sind insbesondere Schalter gemeint, wie sie in Niederspannungsanlagen für Ströme von 63 bis 6300 Ampere eingesetzt werden. Spezieller werden geschlossene Leistungsschalter für Ströme von 63 bis 1600 Ampere, insbesondere von 125 bis 630 oder 1200 Ampere eingesetzt. Offene Leistungsschalter werden insbesondere für Ströme von 630 bis 6300 Ampere, spezieller von 1200 bis 6300 Ampere verwendet.

Offene Leistungsschalter werden auch als Air Circuit Breaker, kurz ACB, und geschlossene Leistungsschalter als Moulded Case Circuit Breaker oder Kompaktleistungsschalter , kurz MCCB, bezeichnet . Mit Niederspannung sind insbesondere Spannungen bis 1000 Volt Wechselspannung oder 1500 Volt Gleichspannung gemeint. Mit Leistungsschalter im Sinne der Erfindung sind insbesondere Leistungsschalter mit einer Steuereinheit, wie einer elektronischen Auslöseeinheit, auch als Electronic Trip Unit, kurz ETU, bezeichnet, gemeint. Die Steuereinheit überwacht die Höhe des durch Sensoren, wie Rogowskispulen, gemessenen elektrischen Stromes bzw. zusätzlich in analoger Weise der Spannung oder/und anderer Parameter des elektrischen Stromkreises und bewirkt eine Unterbrechung des elektrischen

Stromkreis. Für den Betrieb der Steuereinheit wird elektri- sehe Energie benötigt, die durch einen Energiewandler, beispielsweise einem Transformator, zur Verfügung gestellt wird. Dieser ist primärseitig mit dem zu schützenden elektrischen Stromkreis und sekundärseitig mit der Steuereinheit verbunden .

Bei zu „hohem" Stromfluss unterbrechen Leistungsschalter den Stromkreis gemäß ihrer Schutzparameter bzw. Ansprechwerte. Die Schutzparameter bzw. Ansprechwerte sind im Wesentlichen die Höhe des Stromes und die Zeit, nach der ein Unterbrechen des Stromkreises bei andauernd „hohem" Stromfluss erfolgen soll. Im Unterschied zu einer Sicherung sind diese Schutzparameter bzw. Ansprechwerte bei einem Leistungsschalter einstellbar, beispielsweise mittels der Steuereinheit, wie einer elektronischen Auslöseeinheit.

Die Energiewandler dienen zur so genannten Eigenenergieversorgung von Leistungsschaltern. Sie basieren auf dem Prinzip der magnetisch gekoppelten Leistungsübertragung, wodurch Energie für die Steuereinheit, wie eine elektronische Auslö- seeinheit zur Verfügung gestellt wird.

Aktuell im Einsatz sind bei Leistungsschaltern Energiewander, wie Stromwandler, die bis ca. 200% des definierten Primärstromes im linearen Bereich arbeiten.

Die aktuell verwendeten Energiewandler, wie Stromwandler, basieren auf einem gewickelten Kern aus kornorientiertem FeSi- Elektroblech (Ferrosilicium) . Dieses Material hat eine hohe Permeabilität entlang der Walzrichtung, eine hohe Sättigungsmagnetisierung von typischer Weise 1.9T sowie eine relativ geringe magnetische Verlustleistung von typischer Weise ca. 1- 2W/kg bei 50Hz. Diese Parameter ermöglichen einen sehr ge- ringen magnetischen Querschnitt und damit eine sehr kompakte Bauform des Stromwandlers zur Erreichung der minimal notwendigen sekundären Ausgangsleistung.

Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, einen Leistungs- Schalter der eingangs genannten Art zu verbessern.

Diese Aufgabe wird für einen Leistungsschalter ausgehendend vom Oberbegriff des Patentanspruchs 1 durch die kennzeichnenden Merkmale des Patentanspruchs 1 oder 5 gelöst sowie durch eine Wandlereinheit für einen Leistungsschalter gemäß Patentanspruch 11.

Erfindungsgemäß ist vorgesehen, dass der Leistungsschalter einen Energiewandler mit einem Kern aufweist, dessen:

a) Remanenzflussdichte (Br2) kleiner als 30%, insbesondere kleiner als 20%, der Sättigungsflussdichte (Bs2) ist

oder ( /und)

b) Koerzitivfeidstärke (Hc2) kleiner als 10 A/m, insbesondere kleiner als 5 A/m, ist.

Dieser Kern kann beispielsweise aus einem ferromagnetischen nanokristallinen Material bestehen. Mit nanokristallinen Material ist ein Material mit einer Partikelgröße von 1 bis 100 nm gemeint, insbesondere ein Material mit einer Partikelgröße von 5 bis 20 nm. Insbesondere Korngrößen von lOnm sind besonders gut geeignet.

Dies hat den Vorteil, dass die typische Z-Form der magnetischen Hystereseschleife im bekannten kornorientiertem FeSi- Elektroblech bzw. Elektrostahl , siehe Figur 1, vermieden wird. Bei dem herkömmlichen FeSi Material (Ferrosilicium) zeigen die Energiewandler einen remanenten magnetischen Fluss ohne äußeres magnetisches Feld. Dieser sogenannte Remanenz- Effekt ist besonders groß, wenn der magnetische Kern durch die Last einer Steuereinheit, wie einer elektronischen Auslöseeinheit (ETU) , in den Zustand der magnetischen Sättigung eintritt. Dieser Zustand wird erreicht, wenn durch sehr hohen Primärstrom ein sehr hoher Sekundärstrom hervorgerufen wird, die Sekundärleistung steigt, und in der Folge die Scheinleistung des Stromwandlers überschritten wird.

Im Zustand magnetischer Sättigung kann sich der magnetische Fluss im Kern nicht mehr zeitlich ändern. Das hat zur Folge, dass keine Sekundärspannung induziert wird und der Sekundärstrom zusammenbricht. Das beschriebene Verhalten wird häufig bei Kurzschluss im elektrischen Stromkreis beobachtet, wodurch der primärseitige Strom im Energiewandler sehr groß ist.

Der Zustand hoher remanenter Magnetisierung wird durch den folgenden Polaritätswechsel im Primärstrom aufgehoben. Allerdings ist es die Aufgabe der Steuereinheit, wie elektronische Auslöseeinheit, im Leistungsschalter die Kurzschlusssituation zu erkennen und den Schalter auszulösen, um den weiteren pri- märseitigen Stromfluss durch einen geöffneten Schalter zu unterbinden. Dies erfolgt dann ggfs. nur verzögert. Wird der Schalter zu einem späteren Zeitpunkt wieder eingeschaltet, dann ist die Polarität des wieder fließenden Primärstroms nicht vorhersehbar. Daher kann es passieren, dass die Polarität der letzten Polarität vor dem Auslösen gleich ist und so die elektronische Betriebsbereitschaft um einen Polaritätswechsel verzögert wird. Diese Situation ist besonders kritisch bei einphasigen Systemen, da die Verzögerung bis zu einer halben Periode dauern kann.

Remanente Magnetisierung ist eine intrinsische Eigenschaft eines klassischen Elektroblechs mit hoher Permeabilität. Diese tritt sowohl bei kornorientierten wie auch nichtkornorien- tierten Blechen auf. Durch Rohmaterialauswahl und spezielle technische Behandlungen ist es möglich, die starke remanente Magnetisierung ohne äußeres magnetisches Feld abzuschwächen und die magnetische Hysterese in einen R-Typ zu überführen. Typischerweise sinkt aber gleichzeitig die Permeabilität des Materials. Eine weitere Möglichkeit entsteht durch Einfügen eines Luftspalts in den magnetischen Kern. An diesem Luftspalt wird die parallele Ausrichtung der magnetischen Domänen im remanenten Zustand gebrochen. Die Physik fordert die Minimierung der potentiellen Energie im quasistatischen System und verbietet daher ein äußeres magnetisches Feld im Luft- spalt für hochpermeable Elektrobleche . Daher bilden sich entlang der Kante zum Luftspalt Abschlussdomänen mit senkrechter Magnetisierungsrichtung aus, die sich wiederum im Kern durch Domänen mit umgekehrter Magnetisierungsrichtung fortsetzen, d.h. die parallele Ausrichtung der magnetischen Polarisation in einer Richtung wird verhindert. Nachteilig ist auch hier die starke Reduzierung der Permeabilität, die sich praktisch nur noch durch das Verhältnis der Luftspaltbreite zur effektiven magnetischen Kernlänge bestimmt. Eine hohe Permeabilität ist aber notwendig, um bei kleinem zur Verfügung stehendem Bauraum die elektronische Auslösebereitschaft für kleine Primärströme sicherzustellen.

Dies wird erfindungsgemäß durch einen Energiewandler mit den genannten technischen Werten erreicht, der beispielsweise aus (modernem) nanokristallinen Material besteht, der die genannten Nachteile vermeidet und erwähnte Vorteile hat.

Vorteilhafte Ausgestaltungen sind in den Unteransprüchen an- gegeben.

In einer vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung weist der Energiewandler einen Kern auf, dessen Sättigungsflussdichte mindestens 1 T, insbesondere mindestens 1,2 T, ist. Dies hat den besonderen Vorteil, dass ein hoher magnetischer Fluss bei kleiner magnetischer Feldstärke erzielt wird, wodurch sich eine kleine Bauform für den Energiewandler erzielen lässt. In einer vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung ist der Kern des Energiewandlers ein nanokristalliner Bandkern.

Insbesondere Bänder mit einer Dicke zwischen 1 bis 100 μπι sind gut geeignet, spezifischer mit einer Dicke von 10 bis 35 μπι, insbesondere Dicken von 20 bis 25 μπι.

Dies hat den besonderen Vorteil, dass durch übereinanderlegen oder wickeln der Bänder Kerne in fast beliebiger Größe herstellbar sind. In einer vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung weist der Kern eine transversale magnetische Anisotropie auf.

Mit transversaler magnetischer Anisotropie ist insbesondere eine magnetische Querfeld-Anisotropie gemeint.

Dies hat den besonderen Vorteil, dass Kerne dieser Art, ins- besondere aus nanokristallinem Band, nahezu keinen remanenten magnetischen Fluss aufweisen. Die magnetische Hysterese hat eine F-Form (flat), siehe auch Figur 2. Trotzdem weisen Kerne dieser Art eine Permeabilität auf, die mit klassischem Elekt- roblech vergleichbar ist, wobei zusätzlich die magnetische Verlustleistung im nanokristallinen Ringbandkern sehr viel kleiner ist.

In einer vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung weist der Stromkreis mindestens einen durch den Leistungsschalter ge- führten Leiter auf, dessen Strom mindestens teilweise der Primärstrom des Energiewandlers ist.

Dies hat den besonderen Vorteil, dass nicht der komplette Strom des Stromkreises den Primärstrom des Energiewandlers bzw. Stromwandlers bildet, sondern nur ein definierter Teil- ström. Dadurch wird eine kleinere Bauform für den Energiewandler im Leistungsschalter ermöglicht.

In einer vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung ist der Energiewandler in Ringform bzw. als Ringkern ausgeführt ist. Dies hat den besonderen Vorteil, dass sich eine besonders kompakte Bauweise für einen Energiewandler realisieren lässt, da eckige Formen (M-Schnitt , E-I Schnitt, ...) bei gleicher Leistung einen höheren Platzbedarf haben. In einer vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung ist der Energiewandler in einer Wandlereinheit, aufweisend ferner eine Strommeßeinrichtung, wie beispielsweise eine

Rogowskispule, angeordnet.

Dies hat den besonderen Vorteil, dass sich ein kompaktes Kombinationswandlermodul bilden lässt, für die Eigenversorgung und Stromsensorik eines Leistungsschalters. Alle Ausgestaltungen, sowohl in abhängiger Form rückbezogen auf den Patentanspruch 1 oder 5, als auch rückbezogen lediglich auf einzelne Merkmale oder Merkmalskombinationen von Patentansprüchen, bewirken eine Verbesserung eines Leistungsschalters, insbesondere des Energiewandlers.

Die beschriebenen Eigenschaften, Merkmale und Vorteile dieser Erfindung sowie die Art und Weise, wie diese erreicht werden, werden klarer und deutlicher verständlich im Zusammenhang mit der folgenden Beschreibung der Ausführungsbeispiele, die im Zusammenhang mit der Zeichnung näher erläutert werden.

Dabei zeigt die Zeichnung:

Figur 1 ein erstes Diagramm mit einer ersten Hysterese-Kurve,

Figur 2 ein zweites Diagramm mit einer zweiten Hysterese- Kurve ,

Figur 3 einen Querschnitt durch eine Wandlereinheit mit einer Partikelschicht über einer oberen Sekundär-Wicklung,

Figur 4 die Wandlereinheit gemäß Figur 3 mit einer Folie über der oberen Sekundär-Wicklung, Figur 5 die Wandlereinheit gemäß Figur 4 mit einem auf der Folie aufliegenden Lochscheibenelement. Figur 1 zeigt ein Diagramm mit einer ersten magnetischen Hysterese-Kurve, beispielsweise für einen gewickelten FeSi- Ringbandkern . Auf der horizontalen X-Achse des Diagramms ist die magnetische Feldstärke H in A/m (Ampere pro Meter) aufge- tragen. Auf der vertikalen Y-Achse ist der magnetische Fluss B in T (Tesla) aufgetragen. Es ist eine typische Hysterese aufgetragen, wie sie dem Fachmann bekannt ist. Diese Art der Kurve wird auch als so genannte Z-Form bezeichnet. Wesentliche Eigenschaften des Materials, die in der Kurve eingezeich- net sind, sind die magnetische Sättigungsflussdichte Bsl, die Remanenz flussdichte Brl, häufig auch nur als Remanenz bezeichnet, und die Koerzitivfeidstärke Hcl .

Wird ein ferromagnetischer Kern mit einer elektrischen Pri- märwicklung bzw. Primärspule bewickelt und durch den elektrischen Leiter der Primärwicklung ein Strom geschickt, so erzeugt das resultierende Magnetfeld H [A/m] einen magnetischen Fluss B [T] im Kern. Die Bewicklung kann auch nur eine Windung betragen bzw. es kann ein Leiter durch einen (Ring-) Kern geführt werden, so genannte halbe Windungszahl, um einen magnetischen Fluss im Kern zu erzeugen.

Dieser magnetische Fluss nimmt mit zunehmenden Magnetfeld bzw. zunehmender magnetischer Feldstärke zu. Allerdings nicht beliebig, sondern nur bis zur so genannten Sättigungsfluss- dichte Bsl. Ist diese erreicht, bewirkt eine Erhöhung der magnetischen Feldstärke H keine Erhöhung des magnetischen Flusses B im Kern. Der Fluss bleibt konstant bei der Sättigungsflussdichte Bsl. Dies ist in Figur 1 mit dem neben dem rechtseitigen Teil der Kennlinie dargestellten aufsteigenden Pfeil angedeutet.

Wird das Magnetfeld H nur wieder auf den Wert Null (H=0 A/m) reduziert, so verbleibt im Kern dennoch ein magnetischer Fluss Brl. Dieser wird als Remanenz flussdichte Brl bezeich- net.

Erst mit einem entgegengesetzt gerichteten magnetischen Feld (negative magnetische Feldstärke in Figur 1) kann man den magnetischen Fluss im Kern wieder auf den Wert Null (B=0 T) bringen. Die dazu erforderliche magnetische Feldstärke Hcl wird als Koerzitivfeidstärke Hcl bezeichnet. Dies ist in Figur 1 mit dem neben dem linksseitigen Teil der Kennlinie dar- gestellten absteigenden Pfeil angedeutet.

Ein Ziel der Erfindung ist, den Zustand der verzögerten Betriebsbereitschaft eines Leistungsschalters durch remanenten magnetischen Fluss im Kern Brl des Energiewandlers zu verrin- gern, bei möglichst gleichzeitig hoher Permeabilität und hoher magnetischer Sättigung bzw. Sättigungspolarisation, um eine möglichst kleine Baugröße für den Energiewandler zu erreichen . Dies soll erfindungsgemäß mit einem nanokristallinen Kern als Energiewandler erreicht werden.

Nanokristalline Bänder aus ferromagnetischen Materialien entstehen durch die Rascherstarrung der Schmelze auf einer ro- tierenden Scheibe bzw. Rolle zu einem amorphen Band und definierte thermische und magnetische Nachbehandlung des aufgewickelten amorphen Bands.

Die thermische Nachbehandlung des Bands (Glühprozess ) führt zu einer Rekristallisation im Band. Es bilden sich Nanokris- talle mit ferromagnetischen Eigenschaften. Erfolgt dieser Rekristallisationsprozess unter einem äußeren magnetischen Feld, dann wird bei der Bildung der Nanokristalle die leichte Achse der Magnetisierung mit der Magnetfeldrichtung orien- tiert. Nach Abkühlen des aufgewickelten nanokristallinen Bands hat man einen ferromagnetischen Kern mit sehr hoher Permeabilität und sehr schmaler magnetischer Hysterese, d.h. sehr geringer magnetischer Verlustleistung. Magnetische Kerne und Stromwandler dieser Art können bis in den MHz Bereich be- trieben werden.

Die Hysterese-Kurve eines solchen Kernes ist in Figur 2 dargestellt. Figur 2 zeigt ein Diagramm gemäß Figur 1, mit dem Unterschied, dass eine magnetische Hysterese-Kurve für beispielsweise einen nanokristallinen Ringbandkern, insbesondere mit transversaler Anisotropie, dargestellt ist. Dieser zeichnet sich durch eine viel kleinere Restflussdichte Br2 und ei- ner viel kleineren Koerzitivfeidstärke Hc2 aus.

Die magnetische Sättigungsflussdichte Bs2 ist dabei annähernd so groß, wie die in Figur 1 gezeigte.

Die Kurve hat eine so genannte F-Form (F für flat) . Für die Anwendung als Energiewandler für Leistungsschalter zur Energieversorgung einer Steuereinheit, d.h. als magnetisch gekoppelte Eigenenergieversorgung der elektronischen Auslöseeinheit im Leistungsschalter, sind die relativ hohe Sättigungspolarisation von 1,2 T (mindestens 1 T) und die sehr hohe Permeabilität besonders vorteilhaft. Die geringen magnetischen Kernverluste sind besonders in stark stromober- schwingungsbehafteten Stromnetzen von Vorteil, wie sie heute den Leistungsschaltern zunehmend ausgesetzt sind, da kornorientiertes Elektroblech bei hohen Frequenzen sehr hohe magne- tische Verlustleistungen aufweist.

Wie vorstehend beschrieben wird durch das magnetische Feld während der Rekristallisation die magnetische Ausrichtung im gewickelten Bandkern beeinflusst. Ist das magnetische Feld ringförmig um den Mittelpunkt des Ringkerns orientiert, so entsteht eine longitudinale magnetische Anisotropie im nanokristallinen Band. Ringkerne dieser Art weisen eine extrem hohe Permeabilität aber auch eine stark ausgeprägte Z-Form der magnetischen Hysterese auf. Daher zeigen solche Kerne ei- nen ausgeprägten remanenten magnetischen Fluss .

Wird dagegen das äußere magnetische Feld homogen parallel zur Ringkernachse ausgerichtet, dann entsteht während der Rekristallisation eine transversale magnetische Anisotropie. Ring- kerne dieser Art aus nanokristallinem Band weisen nahezu keinen remanenten magnetischen Fluss auf, da sich ohne äußeres Feld die magnetische Polarisation der Nanokristalle senkrecht zum Ringumfang ausrichtet. Die magnetische Hysterese hat eine F-Form, wie in Figur 2 dargestellt. Trotzdem weisen Kerne dieser Art eine Permeabilität auf, die mit klassischem Elekt- roblech vergleichbar ist, wobei zusätzlich die magnetische Verlustleistung im nanokristallinen Ringbandkern sehr viel kleiner ist.

Nanokristalline Ringkerne dieser Art können bei vergleichbarem magnetischem Kernquerschnitt die gewickelten Ringkerne aus kornorientiertem Elektroblech ersetzen, was insbesondere für Leistungsschalter, insbesondere für kompakte oder offene Leistungsschalter, von Vorteil ist.

Durch die Erfindung lässt sich ein Leistungsschalter mit einem vergleichsweise kleinen Energiewandler realisieren, der auch in oberschwingungsbehafteten Netzen und bei hohen Primärströmen, die die definierten Ströme übersteigen, realisieren, wobei eine zuverlässige Energieversorgung für eine Steuereinheit gegeben ist. Mit einem Ringkern aus nanokristallinen Bänd lassen sich folgende Vorteile realisieren:

Sehr hohe Permeabilität;

Hohe magnetische Sättigungspolarisation;

=> Deutlich kleinerer Bauraum als bei Ringkernen aus Ferritmaterial bei gleicher Scheinleistung;

=> Eignung für typische Netzfrequenzen .

Ähnliche Baugröße zu Kernen aus Elektroblech bei gleicher Scheinleistung;

=> einfacher Ersatz in bestehenden Designs.

Sehr schmale magnetische Hysterese, d.h. geringe magnetische Verlustleistung;

=> Eignung für hohe Frequenzen;

=> Eignung für stark stromoberschwingungsbelastete Netze. Weiterhin ergeben sich durch die während des Rekristallisationsprozesses einstellbare magnetische Anisotropie folgende Vorteile :

Sehr geringer remanenter magnetischer Fluss durch transversa- le magnetische Anisotropie;

=> Kein Remanenzeffekt;

=> Unverzögerte Auslösebereitschaft einer Steuereinheit, z.B. ETU, im Leistungsschalter unabhängig von der „Vorgeschichte" beim vorhergehenden Ausschalten/Auslösen des Leistungsschal- ters.

Das Kernmaterial kann insbesondere die Elemente Fe, Si, B, Nb oder/und Cu enthalten. Ein erfindungsgemäßer Kern soll insbesondere eine

Remanenz flussdichte Br aufweisen, die kleiner als 30%, insbesondere kleiner als 20%, der Sättigungsflussdichte Bs ist. Die Koerzitivfeidstärke Hc soll kleiner als 10 A/m, insbesondere kleiner als 5 A/m, sein.

Falls der Kern als Ringkern ausgeführt ist, kann dieser sowohl eine inhomogen, d.h. auf einzelne Kernabschnitte bzw. Teilabschnitte des Kerns konzentrierte, als auch eine homogen verteilte Sekundärwicklung aufweisen. Ferner kann die Primär- wicklung lediglich als Leiter, der durch den Ringkern geführt ist, ausgeführt sein.

Der Ringkern kann idealerweise geschlossen sein und keinen Luftspalt aufweisen.

Der Ringkern kann ringförmig, kreisförmig, oval, quadratisch, rechteckig etc. sein.

Der erfindungsgemäße Energiewandler kann in vorteilhafter Weise Teil einer Wandlereinheit sein, wie in den Figuren 3 bis 5 dargestellt.

Figur 3 zeigt einen schematischen Querschnitt durch eine Wandlereinheit 1 (Kombinations-Stromwandler) für einen Leistungsschalter (nicht gezeigt) , der von der Wandlereinheit 1 mit elektrischer Energie und mit einem Signal zur Strommessung versorgt wird.

Die Wandlereinheit 1 weist ein Gehäuse 2 mit einer Topfform auf, das aus einem elektrisch isolierenden Kunststoff besteht. An den Gehäuseboden 2a ist ein (Durchgangs- ) Hohl- zylinder 2b (allgemein ein Durchgangskanal 2c) angeformt, durch den ein Stromleiter (nicht gezeigt) als Primärleiter (Primärwicklung) der Wandlereinheit 1 verläuft. Der Kunst- stoff hat hier beispielhaft eine Isolationsfähigkeit von ca. 20-30 kV/mm.

Auf dem Gehäuseboden 2a liegt eine (erste) Sekundär-Wicklung 3 auf, die konzentrisch zum Hohlzylinder 2b angeordnet und auf einen nichtmagnetischen Ringkern 4 gewickelt ist (Rogowskiwandler zur Strommessung) . Die Sekundär-Wicklung 3 ist in einer elektrisch isolierenden festen Kunststoff-Masse 5 zumindest überwiegend eingebettet. Bei der Sekundär-Wicklung 3 kann es sich selbstverständlich auch um eine um den Ringkern 4 gewickelte einfache Ringspule handeln.

Oben auf der Sekundär-Wicklung 3 liegt ein flaches Abstandselement 6 in Form einer Lochscheibe mit seiner unteren Flachseite unmittelbar auf, so dass die Sekundär-Wicklung 3 von oben gesehen radial zumindest teilweise abgedeckt ist. Zwischen der Sekundär-Wicklung 3 und dem Abstandselement 6 befindet sich keine Kunststoff-Masse 5. In Fig. 1 ist die Sekundär-Wicklung 3 von oben gesehen radial vollständig abgedeckt .

Auf der oberen Seite des Abstandselements 6 liegt eine weitere (zweite) Sekundär-Wicklung 7 auf, die auf einen erfindungsgemäßen Kern, im Beispiel ein magnetischer Ringkern 8, erfindungsgemäß beispielsweise aus nanokristallinen Material, gewickelt ist (z.B. ferromagnetischer Kernwandler zur Energieversorgung) . Das Abstandselement 6 definiert eindeutig den Abstand zwischen den beiden Sekundär-Wicklungen 3, 7. Der magnetische Ringkern 8 besteht hier aus weichmagnetischem Ma- terial, wie erfindungsgemäßes nanokristallines Material bzw. Material mit den erfindungsgemäßen technischen Werten. Bei der Wicklung 7 kann es sich selbstverständlich auch um eine einfache um den Ringkern 8 gewickelte Ringspule handeln.

Die Sekundär-Wicklung 7 ist oberhalb des Abstandselements 6 vollständig in elektrisch isolierenden losen Partikeln 9 eingebettet. In Figur 1 ist die Wicklung 7 auch nach oben hin vollständig von Partikeln 9 abgedeckt; die Abdeckung bzw. die Partikelschicht 10 hat hier eine Dicke D. Grundsätzlich reicht bereits eine Einbettung in radialer Richtung 11 aus. Die aneinander liegenden Partikel 9 sind in Figur 1 lediglich (rechts oben) schematisch angedeutet. Mit anderen Worten: Die Partikel 9 füllen hier den Bereich neben und den Bereich (mit der Dicke D) über der Sekundär-Wicklung 7 aus.

Bei den Partikeln 9 handelt es sich um Glaskugeln mit einer geeigneten Durchmesser-Verteilung (hier beispielsweise in Form einer Gaußverteilung) . Alternativ kann es sich aber auch um Keramikpulver oder Keramikgranulat handeln, insbesondere Aluminiumoxid (AI ₂ O ₃ ) mit einer mittleren Korngröße von

300 μπι. Grundsätzlich kann auch ausgehärtetes Harz pulverisiert werden. Die Dicke D der Partikelschicht 10 beträgt hier mehrere mittlere Partikel-Durchmesser.

Der sich unmittelbar an die Partikelschicht 10 anschließende Bereich ist mit einem Vergussmittel 12 vergossen. Dabei liegt das Vergussmittel 12 fest (innig) an der Innenseite der

Gehäusewand 2d und zumindest auch an den Partikeln 9 an, welche zur Gehäuseöffnung hin oben liegen.

Ausgehend von der Oberseite der Partikelschicht 10 sind die Partikel 9 in Fig. 3 allerdings sogar bis zu einer Tiefe T von mehreren mittleren Partikel-Durchmessern im Vergussmittel 12 eingebettet, wobei die Tiefe T kleiner als die Dicke D der Partikelschicht 10 ist. Damit liegt das Vergussmittel 12 qua- 5

si bis zu einer Tiefe T an den Partikeln 9 (rundum) an, nicht nur jeweils an der Oberseite der Partikel 9, welche zur

Gehäuseöffnung hin oben (zu oberst) liegen. Fig. 4 zeigt eine alternative Wandlereinheit 1, bei der die Oberseite der zweiten Sekundär-Wicklung 7 anstatt mit einer Partikelschicht 10 von einer dünnen Folie 13 abgedeckt ist. Die zur Gehäuseöffnung hin oben liegenden Partikel 9, die radial gesehen weiter außen liegen und deshalb nicht von der Folie 13 abgedeckt sind, befinden sich in Fig. 4 etwa in einer Ebene mit der Folie 13. Das Vergussmittel 12 liegt jetzt fest (innig) an der Oberseite der Folie 13 und zumindest an den außen liegenden oberen Partikeln 9 an, da die Folie 13 nicht bis zur Innenseite der Gehäusewand 2d reicht.

Die mit der Folie 13 in einer Ebene liegenden Partikel 9 können ebenfalls über mehrere mittlere Partikel-Durchmesser im Vergussmittel 12 eingebettet sein, allerdings ohne dass das Vergussmittel 12 bis zur zweiten Sekundär-Wicklung 7 reicht.

In Fig. 4 sind die Partikel 9 über mehrere mittlere Partikel- Durchmesser im Vergussmittel 12 eingebettet. Die Einbettungsgrenze ist durch die gestrichelte Linie 14 schematisch angedeutet .

Fig. 5 zeigt ein flaches Lochscheibenelement 15, das dem Abstandselement 6 entspricht und das auf der Folie 13 aufliegt und die Sekundär-Wicklung 7 radial zumindest teilweise abdeckt. Dieses Lochscheibenelement 15 hält die Sekundär- Wicklung 7 bei der Befüllung mit den Glaskugeln unten, verhindert im Wesentlichen also ein Aufschwimmen der Sekundärwicklung 7. Alternativ kann die Folie 13 auch auf dem Abstandselement 6 aufliegen. Die Anschlussdrähte 16, 17 der Sekundär-Wicklungen 7, 3 sind durch das Vergussmittel 12 hindurchgeführt. Das Verfahren zur Herstellung der Wandlereinheit 1 nach Fig. 3 (und entsprechend Fig. 4 und 5) umfasst folgende Schritte:

- die Sekundär-Wicklung 3 wird in das Gehäuse 4 eingesetzt,

- dann wird das Abstandselement 6 auf die Sekundär-Wicklung 3 aufgeschoben,

- dann wird die Kunststoff-Masse 5 eingefüllt, wobei die Oberseite des Abstandselements 6 frei von Kunststoff-Masse 5 bleibt ,

- dann wird die Sekundär-Wicklung 7 in das Gehäuse 4 einge- setzt, so dass sie auf der Oberseite des Abstandselements 6 zur Auflage kommt,

- dann werden die Partikeln 9 eingefüllt, so dass die Sekundär-Wicklung 7 radial und darüber von den Partikeln 9 umgeben und in diese eingebettet ist, und

- dann wird das oben offene Gehäuse 4 mit dem Vergussmittel 12 vergossen, dessen Fließeigenschaften dafür sorgen, dass das Vergussmittel 12 nur bis zu einer Tiefe T von mehreren mittleren Partikel-Durchmessern in die Partikelschicht 10 eindringt, wobei das Vergießen mittels einer Vakuumverguss- anläge erfolgt, um Lufteinschlüsse zu vermeiden.

Die für einen Leistungsschalter vorgesehene Wandlereinheit mit dem erfindungsgemäßen Energiewandler ist insbesondere dadurch gekennzeichnet:

-Dass die Partikel (9) die Oberseite der zweiten Sekundärwicklung (7) mit einer Partikelschicht (10) bedecken, deren Dicke (D) mehrere mittlere Partikel-Durchmesser beträgt. -Dass die Partikel (9) ausgehend von der Oberseite der

Partikelschicht (10) bis zu einer Tiefe (T) von mehreren mittleren Partikel-Durchmessern im Vergussmittel (12) eingebettet sind, wobei die Tiefe (T) kleiner als die Dicke (D) der Partikelschicht (10) ist.

-Dass die Oberseite der zweiten Sekundär-Wicklung (7) von einer Folie (13) abgedeckt ist und das Vergussmittel (12) anliegt a) an der Oberseite der Folie (13) und b) an den seit- 7

lieh von der Folie (13) befindlichen Partikeln (9), welche sich zur Gehäuseöffnung hin oben befinden und mit der Folie (13) in einer Ebene liegen. -Dass die seitlich von der Folie (13) befindlichen Partikel (9), welche zur Gehäuseöffnung hin oben und mit der Folie (13) in einer Ebene liegen, im Vergussmittel (12) eingebettet sind . -Dass die Einbettung sich nicht bis zur zweiten Sekundärwicklung (7) erstreckt.

-Dass die Partikel (9) kugelförmig ausgebildet sind. -Dass die Partikel (9) als Glaskugeln ausgebildet sind.

-Dass ein zweites flaches Lochscheibenelement (15) mit einer Flachseite an der Folie (13) anliegt und diese zumindest teilweise abdeckt.

Obwohl die Erfindung im Detail durch das Ausführungsbeispiel näher illustriert und beschrieben wurde, so ist die Erfindung nicht durch die offenbarten Beispiele eingeschränkt und andere Variationen können vom Fachmann hieraus abgeleitet werden, ohne den Schutzumfang der Erfindung zu verlassen.