Spannungswandler

Die Erfindung betrifft einen Spannungswandler.

Insbesondere betrifft die Erfindung einen Spannungswandler für eine Hochspannungsschaltanlage. Mit einem derartigen Spannungswandler werden hohe Wechselspannungen proportional und phasengenau zu Mess-, Schutz- oder Steuerungszwecken auf niedrigere Werte transformiert. Ein induktiver Spannungswand ler weist dazu in der Regel wenigstens einen in einem metal lischen Kapselungsgehäuse angeordneten Magnetkern auf, um den herum eine Primärwicklung und (wenigstens) eine Sekundärwick lung verlaufen. Die korrekte Anordnung und ausreichende Fi xierung der Aktivteile (Magnetkerne mit Wicklungen) des Span nungswandlers in dem Kapselungsgehäuse sind dabei aus Gründen der Ausprägung des elektrischen Hochspannungsfeldes sehr wichtig, weil eine inkorrekte Anordnung oder ungenügende Fi xierung der Aktivteile zu Beschädigungen bis hin zu Totalaus fällen des Spannungswandlers führen kann.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, einen Spannungs wandler anzugeben, der insbesondere hinsichtlich der Positio- nierbarkeit seiner Aktivteile und der Anzahl der Bauteile verbessert ist.

Die Aufgabe wird erfindungsgemäß durch einen Spannungswandler mit den Merkmalen des Anspruchs 1 gelöst.

Vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung sind Gegenstand der Unteransprüche.

Ein erfindungsgemäßer Spannungswandler umfasst - wenigstens einen Magnetkern mit einem Wicklungsschenkel, um den herum Wicklungen des Spannungswandlers angeordnet sind, einem von dem Wicklungsschenkel beabstandeten Basisschenkel und zwei Seitenschenkeln, die jeweils den Wicklungsschenkel und den Basisschenkel miteinander verbinden,

- einen Deckel, der für jeden Magnetkern eine Positionierfas- sung aufweist, in der der Magnetkern an dem Deckel positio niert ist, und

- für jeden Magnetkern eine Halterung mit zwei voneinander beabstandeten Rahmenelementen, die auf einander gegenüberlie genden Seiten des Magnetkerns jeweils entlang der beiden Sei tenschenkel und des Basisschenkels verlaufen und jeweils mit dem Deckel verbunden sind.

Der Deckel verschließt beispielsweise ein Kapselungsgehäuse des Spannungswandlers. Die Ausformung des Deckels mit einer Positionierfassung für jeden Magnetkern ermöglicht eine ein fache und präzise Positionierung jedes Magnetkerns ohne Posi tionierlehren oder ähnliche Hilfsmittel. Die Halterung eines Magnetkerns mit zwei Rahmenelementen ermöglicht eine mechani sche Fixierung des an einer Positionierfassung gelagerten Magnetkerns zwischen den beiden Rahmenelementen. Durch geeig nete, unten genannte Ausgestaltungen der Halterung kann die Halterung ferner den Magnetkern mit der Halterung verspannen und elektrische Felder ausprägen. Die Erfindung vereinfacht damit die Montage des Spannungswandlers und kann die Anzahl der Bauteile des Spannungswandlers zur Fixierung und Verspan nung der Aktivteile und zur Ausbildung elektrischer Felder auf eine gewünschte Art reduzieren.

Bei einer Ausgestaltung der Erfindung weist die Halterung je des Magnetkerns Spannelemente auf, durch die der Magnetkern mit der Halterung verspannt ist. Beispielsweise umfassen die Spannelemente der Halterung jedes Magnetkerns zwei Klemmele mente und eine die beiden Klemmelemente verbindende Spann stange, jedes Klemmelement ist formschlüssig zwischen benach barten Enden der beiden Rahmenelemente der Halterung angeord net und die Spannstange verläuft entlang des Wicklungsschen kels des Magnetkerns. Dadurch ermöglicht die Halterung eines Magnetkerns die Verspannung des Magnetkerns mit der Halterung durch formschlüssig mit den beiden Rahmenelementen verbundene Klemmelemente, die an den Magnetkern gedrückt werden.

Beispielsweise ist jedes Klemmelement der Halterung eines Magnetkerns an einem Übergangsbereich zwischen einem Seiten schenkel und dem Wicklungsschenkel des Magnetkerns angeord net. Dabei weist der Übergangsbereich beispielsweise eine ge bogene Oberfläche auf, an der das Klemmelement anliegt. Dadurch können die Klemmelemente zum Verspannen des Magnet kerns in einfacher Weise an die gebogene Oberfläche des Über gangsbereichs gedrückt werden, indem sie an der Spannstange entlang dieser Oberfläche verschoben werden. Beispielsweise weisen als Schnittbandkerne ausgeführte Magnetkerne Über gangsbereiche zwischen den Seitenschenkeln und dem Wicklungs schenkel mit gebogenen Oberflächen auf und eignen sich daher besonders für diese Ausgestaltung der Erfindung.

Die Spannstange der Halterung jedes Magnetkerns weist bei spielsweise wenigstens einen durch ein Klemmelement geführten Endbereich mit einem Gewinde auf, auf das ein Schraubelement geschraubt ist, das das Klemmelement an den Magnetkern drückt. Dadurch kann ein Magnetkern mit seiner Halterung in einfacher Weise durch das Anziehen wenigstens eines Schrau belements verspannt werden.

Bei einer weiteren Ausgestaltung der Erfindung weist jedes Rahmenelement der Halterung jedes Magnetkerns eine Schirmung mit einer Oberfläche auf, die den um den Magnetkern herum an geordneten Wicklungen zugewandt ist. Die Schirmung verläuft beispielsweise auf beiden Seiten der um den Magnetkern herum angeordneten Wicklungen teilumfänglich um den Wicklungsschen kel des Magnetkerns und/oder entlang beider Seitenschenkel und/oder entlang des Basisschenkels. Bei diesen Ausgestaltun gen der Erfindung umfasst die Halterung jedes Magnetkerns al so an den Rahmenelementen angeordnete Schirmungen zum Ab schirmen elektrischer Felder, beispielsweise um hohe Feld stärken an Kanten der Rahmenelemente zu vermeiden. Durch die in die Rahmenelemente integrierten Schirmungen können separa- te beziehungsweise zusätzliche Schirmungen vorteilhaft ent fallen oder reduziert werden.

Bei einer weiteren Ausgestaltung der Erfindung ist an der Po sitionierfassung jedes Magnetkerns der Basisschenkel des Mag netkerns formschlüssig gelagert. Mit anderen Worten wird bei dieser Ausgestaltung der Erfindung der Basisschenkel jedes Magnetkerns in einer Positionierfassung des Deckels gelagert. Diese Ausgestaltung der Erfindung ermöglicht eine platzspa rende Ausführung des Spannungswandlers, bei der die Wicklun gen des Spannungswandlers im Wesentlichen in zu dem Deckel orthogonalen Ebenen verlaufen.

Bei einer weiteren Ausgestaltung der Erfindung ist jedes Rah menelement lösbar, beispielsweise durch wenigstens eine Schraubverbindung, mit dem Deckel verbunden. Dadurch können die Rahmenelemente der Halterung eines Magnetkerns in einfa cher Weise nach der Positionierung des Magnetkerns in einer Positionierfassung an dem Deckel montiert werden.

Bei einer weiteren Ausgestaltung der Erfindung weist der Spannungswandler drei Magnetkerne auf. Beispielsweise sind die Wicklungsschenkel der Magnetkerne sternförmig in einem Winkel von 120 Grad zueinander angeordnet. Dies ermöglicht insbesondere eine zweckmäßige Ausführung des Spannungswand lers für dreiphasige Wechselspannungen.

Die oben beschriebenen Eigenschaften, Merkmale und Vorteile dieser Erfindung sowie die Art und Weise, wie diese erreicht werden, werden klarer und deutlicher verständlich im Zusam menhang mit der folgenden Beschreibung von Ausführungsbei spielen, die im Zusammenhang mit den Zeichnungen näher erläu tert werden. Dabei zeigen:

FIG 1 eine perspektivische Darstellung eines ersten Aus führungsbeispiels eines Spannungswandlers, FIG 2 eine perspektivische Darstellung des in Figur 1 ge zeigten Spannungswandlers im Bereich einer Positio nierfassung,

FIG 3 eine perspektivische Darstellung eines zweiten Aus führungsbeispiels eines Spannungswandlers.

Einander entsprechende Teile sind in den Figuren mit densel ben Bezugszeichen versehen.

Figur 1 (FIG 1) zeigt eine perspektivische Darstellung eines ersten Ausführungsbeispiels eines Spannungswandlers 1. Der Spannungswandler 1 ist für einphasige Wechselspannungen aus gelegt. Der Spannungswandler 1 umfasst einen Deckel 3, eine Primärwicklung 5, eine Sekundärwicklung, eine Elektrode 7, einen Magnetkern 9 und eine Halterung 11 für den Magnet kern 9.

Der Deckel 3 verschließt ein nicht dargestelltes Kapselungs gehäuse, in dem die Primärwicklung 5, die Sekundärwicklung, die Elektrode 7, der Magnetkern 9 und die Halterung 11 ange ordnet sind.

Der Magnetkern 9 umfasst einen Wicklungsschenkel 12, um den herum die Primärwicklung 5 und die Sekundärwicklung angeord net sind, einen von dem Wicklungsschenkel 12 beabstandeten und parallel zu dem Wicklungsschenkel 12 verlaufenden Ba sisschenkel 13 und zwei Seitenschenkel 14, die jeweils den Wicklungsschenkel 12 und den Basisschenkel 13 miteinander verbinden und senkrecht zu dem Wicklungsschenkel 12 und dem Basisschenkel 13 verlaufen. Der Magnetkern 9 ist als ein Schnittbandkern ausgebildet. Der Übergangsbereich 16 zwischen einem Seitenschenkel 14 und dem Wicklungsschenkel 12 und der Übergangsbereich 17 zwischen einem Seitenschenkel 14 und dem Basisschenkel 13 weisen jeweils eine gebogene außenliegende Oberfläche 19 auf. Die Primärwicklung 5 verläuft um die Se kundärwicklung herum, so dass die Sekundärwicklung in Figur 1 nicht sichtbar ist. Ein Ende der Primärwicklung 5 ist mit der Elektrode 7 verbunden, die um einen Mittelabschnitt der Pri märwicklung 5 herum angeordnet ist.

Der Deckel 3 weist eine Positioniertassung 21 auf, die dazu eingerichtet ist, den Magnetkern 9 an dem Deckel 3 zu positi onieren. An der Positioniertassung 21 ist der Basisschen kel 13 des Magnetkerns 9 formschlüssig gelagert.

Figur 2 (FIG 2) zeigt einen Ausschnitt des in Figur 1 gezeig ten Spannungswandlers 1 im Bereich der Positioniertassung 21 in einer perspektivischen Darstellung.

Die Halterung 11 umfasst zwei Rahmenelemente 23, zwei Klemm elemente 25, eine Spannstange 27 und zwei Schraubelemente 29.

Die Rahmenelemente 23 sind auf einander gegenüberliegenden Seiten des Magnetkerns 9 angeordnet und verlaufen jeweils entlang der beiden Seitenschenkel 14 und des Basisschen kels 13. Die Rahmenelemente 23 haben damit jeweils eine im Wesentlichen U-förmige Gestalt. Jedes Rahmenelement 23 ist durch eine Schraubverbindung 31 lösbar mit dem Deckel 3 ver bunden. Ferner weist jedes Rahmenelement 23 eine Schirmung 33 mit einer gewölbten Oberfläche auf, die den um den Magnet kern 9 herum angeordneten Wicklungen (Primärwicklung 5, Se kundärwicklung) zugewandt ist. Die Schirmung 33 verläuft auf beiden Seiten der Wicklungen teilumfänglich um den Wicklungs schenkel 12 sowie entlang beider Seitenschenkel 14 und des Basisschenkels 13, wobei die Schirmungen 33 der beiden Rah menelemente 23 einander nicht berühren. Insbesondere sind die Schirmungen 33 der beiden Rahmenelemente 23 im Bereich des Wicklungsschenkels 12 auf beiden Seiten der Wicklungen durch jeweils einen Spalt 35 voneinander beabstandet, der eine elektrische Verbindung der Rahmenelemente 23 in dem Kernfens ter im elektromagnetischen Nahfeld der Wicklungen verhindert.

Jedes Klemmelement 25 ist formschlüssig zwischen benachbarten Enden der beiden Rahmenelemente 23 an einem Übergangsbe reich 16 zwischen einem Seitenschenkel 14 und dem Wicklungs- Schenkel 12 des Magnetkerns 9 angeordnet. Die Spannstange 27 verbindet die beiden Klemmelemente 25 miteinander und ver läuft entlang des Wicklungsschenkels 12. Jeder Endbereich der Spannstange 27 ist durch ein Klemmelement 33 geführt und weist ein Gewinde auf, auf das ein Schraubelement 29 ge schraubt ist, das das Klemmelement 25 an die gebogene Ober fläche 19 des Übergangsbereichs 16 zwischen einem Seiten schenkel 14 und dem Wicklungsschenkel 12 drückt.

Figur 3 (FIG 3) zeigt eine perspektivische Darstellung eines zweiten Ausführungsbeispiels eines Spannungswandlers 1. Der Spannungswandler 1 ist für dreiphasige Wechselspannungen aus gelegt. Der Spannungswandler 1 weist daher drei Magnetkerne 9 auf, um die herum jeweils eine Primärwicklung 5 und eine Se kundärwicklung angeordnet sind. Jeder Magnetkern 9 ist wie der Magnetkern 9 des in den Figuren 1 und 2 gezeigten Span nungswandlers 1 ausgebildet. Die Wicklungsschenkel 12 der Magnetkerne 9 sind sternförmig in einem Winkel von 120 Grad zueinander angeordnet. Die Basisschenkel 13 der Magnetkerne 9 sind analog zu dem Magnetkern 9 des in den Figuren 1 und 2 gezeigten Spannungswandlers 1 jeweils formschlüssig in einer Positionierfassung 21 eines Deckels 3 des Spannungswandlers 1 gelagert. Ferner weist der Spannungswandler 1 für jeden Mag netkern 9 eine Halterung 11 auf, die wie die Halterung 11 des Magnetkerns 9 des in den Figuren 1 und 2 gezeigten Spannungs wandlers 1 ausgebildet und mit einer Schraubverbindung 31 an dem Deckel 3 befestigt ist.

Obwohl die Erfindung im Detail durch bevorzugte Ausführungs beispiele 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.