Beschreibung

Technisches Gebiet

Die Erfindung betrifft einen Stromsensor zum Messen von elektrischen Strömen, ein Kabel und eine Verwendung des Stromsensors. Der Stromsensor umfasst einen Flusskonzentrator und einen Sensor, die signalleitend miteinander verbunden sind.

Stand der Technik

Ein solcher Stromsensor und dessen Verwendung sind allgemein bekannt. Ein Stromsensor gelangt zum Beispiel in einer Strommesszange zur Anwendung. Die Strommesszange wird zum berührungslosen Messen von elektrischen Strömen eingesetzt. Dabei dienen starre Eisenkerne als Flusskonzentratoren, die ein Magnetfeld, das durch den Strom erzeugt wird, in sich konzentrieren. Das Magnetfeld wird als Kenngröße zur Strommessung genutzt und ist proportional zum Stromfluss. Das Magnetfeld wird üblicherweise mittels einer Spule oder eines Hall-Sensors gemessen.

Im Gegensatz zu einer direkten Messung elektrischer Ströme, bei der der Stromkreis aufgetrennt werden muss, um das Strommessgerät in den elektrischen Leiter zu schalten, ist dies bei der Messung elektrischer Ströme mittels einer Strommesszange nicht erforderlich.

Durch die Flusskonzentratoren in Form starrer Eisenkerne ist die Messung elektrischer Ströme mittels Strommesszange an beliebig geformten und/oder flexiblen elektrischen Leitern wenig zufriedenstellend. Solche beliebig geformten und/oder flexiblen Leiter müssen zum Messen von elektrischen Strömen dann oftmals unerwünscht, zum Beispiel in eine gerade Form, verformt werden.

Die elektrischen Leiter können als Kabel ausgebildet sein.

Darstellung der Erfindung

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, einen Stromsensor der eingangs genannten Art derart weiterzuentwickeln, dass die Messung von elektrischen Strömen an beliebig geformten und/oder flexiblen stromführenden elektrischen Leitern, insbesondere Kabeln, einfach und exakt vorgenommen werden kann, ohne die beliebig geformten und/oder flexiblen Leiter für die Messung der Stromstärke verformen zu müssen.

Außerdem soll eine Verwendung eines solchen Stromsensors gezeigt werden.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß mit den Merkmalen von Anspruch 1 , Anspruch 11 und Anspruch 12 gelöst.

Auf eine vorteilhafte Ausgestaltung des Stromsensors nehmen die auf Anspruch 1 rückbezogenen Ansprüche Bezug.

Zur Lösung der Aufgabe ist es vorgesehen, dass der Flusskonzentrator aus einem weichmagnetischen und flexiblen Werkstoff besteht.

Dadurch, dass der Flusskonzentrator aus einem weichmagnetischen und flexiblen Werkstoff besteht, kann er zur Messung der Stromstärke an die Geometrie beliebig geformter und/oder flexibler stromführender Leiter angepasst werden. Die Messung der Stromstärke speziell an solchen Leitern ist dadurch wesentlich vereinfacht. Durch den erfindungsgemäßen Stromsensor ist es nicht mehr erforderlich, nicht gerade, beliebig geformte Leiter in eine gerade verlaufende Gestalt zu verformen, um elektrische Ströme mit der eingangs genannten Strommesszange messen zu können. Im Gegensatz zu mehrteilig ausgebildeten Flusskonzentratoren mit starrem Eisenkern ist nur ein flexibler Flusskonzentrator ausreichend, um elektrische Ströme einfach und genau messen zu können. Außerdem kann der flexible Flusskonzentrator auch in beengten Bauräumen zur Anwendung gelangen. Der Bedarf an Bauraum für den Stromsensor ist minimal.

Die Messung von elektrischen Strömen in gekrümmten elektrischen Leitern ist problemlos möglich, und auch die Messgenauigkeit ist sehr gut, weil die Messung von elektrischen Strömen durch den flexiblen Flusskonzentrator berührungslos und in unmittelbarer Nähe des elektrischen Leiters erfolgt. Undefinierte Abstände vom Flusskonzentrator zum elektrischen Leiter, die die Genauigkeit der Messung nachteilig beeinflussen würden, gibt es nicht. Zusätzlich ist von Vorteil, dass der flexible Flusskonzentrator durch seine Flexibilität gegen eventuelle Vibrationen des elektrischen Leiters während seiner bestimmungsgemäßen Verwendung unempfindlich ist.

Der Flusskonzentrator und der Sensor können eine vormontierbare Einheit bilden. Die Handhabung des Stromsensors, insbesondere dessen Montage auf und dessen Demontage von dem elektrischen Leiter, ist dadurch vereinfacht.

Bevorzugt besteht der flexible Flusskonzentrator aus einem flexiblen Kunststoff. Der flexible Kunststoff kann zum Beispiel durch einen HNBR-Werkstoff gebildet sein.

Ein solcher weichmagnetischer Werkstoff weist eine hohe magnetische Permeabilität auf. Je größer die magnetische Permeabilität ist, desto besser wird das Magnetfeld, das durch den Strom erzeugt wird, auf den Sensor konzentriert.

Der Flusskonzentrator kann klammerförmig ausgebildet und auf einen elektrischen Leiter aufklipsbar sein, zum Messen elektrischer Ströme. Durch seine klammerförmige Ausbildung kann der Flusskonzentrator direkt auf einen elektrischen Leiter aufklipsbar sein.

Der aufgeklipste flexible Flusskonzentrator hat eine Gestalt, die der Gestalt des beliebig geformten und/oder flexiblen stromführenden Leiters entspricht und umschließt diesen bevorzugt im Wesentlichen vollständig. Dadurch ergeben sich eine bessere Konzentration des Magnetfelds auf den Sensor und ein verbessertes Signal. Außerdem ist von Vorteil, dass der erfindungsgemäße Stromsensor im Gebrauch platzsparender als die eingangs erwähnte Strommesszange ist.

Der elektrische Leiter kann einen runden oder rechteckigen Querschnitt aufweisen.

Der Flusskonzentrator kann im Wesentlichen hohlzylinderförmig ausgebildet sein und an einer Umfangsstelle einen sich in Längsrichtung erstreckenden, durchgängigen Längsschlitz aufweisen. Durch den durchgängigen Längsschlitz besteht die Möglichkeit, den Flusskonzentrator auch dann um einen beliebig geformten und/oder flexiblen elektrischen Leiter anzuordnen, wenn die Stirnseiten des elektrischen Leiters nicht frei zugänglich sind und der Flusskonzentrator deshalb nicht von einer der Stirnseiten auf den elektrischen Leiter montiert werden kann.

Der Flusskonzentrator kann durch Aufweiten des Längsschlitzes um einen elektrischen Leiter herumführbar und auf diesen aufklipsbar sein. Die Aufweitung erfolgt bevorzugt elastisch. Eines Gelenks, wie zum Beispiel bei einer Strommesszange, bedarf es dabei nicht. Der flexible Werkstoff weist eine ausreichend große Nachgiebigkeit auf.

Der erfindungsgemäße Stromsensor hat einen sehr einfachen und teilarmen Aufbau und ist dadurch einfach und kostengünstig herstellbar.

Der Sensor ist bevorzugt in einer der einander in Umfangsrichtung gegenüberliegenden Begrenzungen des Längsschlitzes angeordnet. Dadurch ist der Sensor für den Benutzer sichtbar und kann einfach und genau, bezogen auf den elektrischen Leiter, positioniert werden.

Der Flusskonzentrator kann als Ummantelung für einen elektrischen Leiter ausgebildet sein. Häufig sind elektrische Leiter, wie zum Beispiel Kabel, durch eine Ummantelung isoliert. Gelangt ein Flusskonzentrator als Ummantelung zur Anwendung, ist einerseits eine Isolierung des elektrischen Leiters sichergestellt, andererseits können elektrische Ströme durch den Leiter mittels der Ummantelung gemessen werden. Die Messung elektrischer Ströme ist dadurch besonders einfach und kostengünstig.

Der Sensor ist bevorzugt als Magnetfeldsensor ausgebildet.

Ein Magnetfeldsensor zur berührungslosen Messung elektrischer Ströme ist von Vorteil, weil die Messwerte dadurch nicht verfälscht werden. Die Messwerte sind besonders genau.

Außerdem ist von Vorteil, dass der Sensor einen Bestandteil eines Kabels bilden kann. Zur Messung elektrischer Ströme ist nur ein solches Kabel erforderlich. Separat herzustellender Bauteile, die separat montiert/demontiert werden müssten, bedarf es nicht.

Außerdem betrifft die Erfindung ein Kabel, umfassend einen Stromsensor, wie zuvor beschrieben, wobei der Stromsensor einen integralen Bestandteil des Kabels bildet. Die Messung von Strömen im Kabel ist dadurch besonders einfach und genau möglich. Für die Messung ist kein separates Bauteil, wie zum Beispiel eine Strommesszange, erforderlich.

Außerdem betrifft die Erfindung die Verwendung eines Stromsensors wie zuvor beschrieben.

Besonders einfach, insbesondere dann, wenn der Bauraum nur sehr kompakte Abmessungen aufweist, ist die Messung von elektrischen Strömen dann, wenn der Stromsensor als integraler Bestandteil einer Kabelummantelung eines elektrisch leitenden Kabels, das den elektrischen Leiter bildet, zur Anwendung gelangt. Ein größerer zusätzlicher Bauraum allein wegen des Stromsensors wird nicht benötigt.

In gleichem Maße kann der Stromsensor als integraler Bestandteil einer Stromschienen/Busbar-Ummantelung einer elektrisch leitenden Stromschiene/Busbar, die den elektrischen Leiter bildet, zur Anwendung kommen.

Insbesondere im Zusammenhang mit E-Mobilität kommt der einfachen und kostengünstigen Strommessung immer größere Bedeutung zu. Eine Strommessung muss immer häufiger an beliebig geformten und/oder flexiblen stromführenden Strukturen vorgenommen werden. Dafür ist der erfindungsgemäße Stromsensor mit seinem Flusskonzentrator aus weichmagnetischem und flexiblem Werkstoff besonders gut geeignet.

Strommessungen können dadurch bevorzugt an einer Elektromotorsteuerung von Autos, E-Bikes, und Haushaltselektrogeräten vorgenommen werden. Kurzbeschreibung der Zeichnung

Drei Ausführungsbeispiele eines erfindungsgemäßen Stromsensors werden nachfolgend anhand der Figuren 1 bis 5 näher erläutert.

Die Figuren 1 bis 5 zeigen jeweils in schematischer Darstellung:

Figur 1 einen erfindungsgemäßen Stromsensor, vor seiner Montage auf einen elektrischen Leiter,

Figur 2 den auf den elektrischen Leiter montierten Stromsensor aus Figur 1 ,

Figur 3 einen Längsschnitt durch einen auf einen elektrischen Leiter montierten Stromsensor,

Figur 4 einen Querschnitt durch ein rundes Kabel mit einer in sich geschlossenen Ummantelung, die den Stromsensor umfasst,

Figur 5 einen Querschnitt durch ein rechteckiges Kabel bzw. Stromschiene/Busbar mit einer in sich geschlossen Ummantelung, die den Stromsensor umfasst.

Ausführung der Erfindung

In den Figuren 1 und 2 ist jeweils ein Querschnitt durch ein Ausführungsbeispiel des erfindungsgemäßen Stromsensors gezeigt, ebenso wie ein Querschnitt durch einen elektrischen Leiter, dessen elektrischer Strom während seiner bestimmungsgemäßen Verwendung vom Stromsensor gemessen werden soll. In Figur 1 ist der Stromsensor vor seiner Montage auf den elektrischen Leiter 3 in seinem herstellungsbedingten und für die Montage auf den Leiter 3 bereits ausgeweiteten Zustand gezeigt.

Der Stromsensor umfasst den Flusskonzentrator 1 , der aus einem weichmagnetischen und flexiblen Werkstoff, hier aus einem Elastomer, besteht. Der Flusskonzentrator 1 ist klammerförmig ausgebildet. Die klammerförmige Ausbildung ergibt sich durch die im Wesentlichen hohlzylinderförmige Gestalt des Flusskonzentrators 1 , der an einer Umfangsstelle 4 einen sich in Längsrichtung 5 erstreckenden, durchgängigen Längsschlitz 6 aufweist.

Der Flusskonzentrator 1 ist in Figur 1 im elastisch aufgeweiteten Zustand gezeigt. Durch das Aufweiten des Längsschlitzes 6 kann dieser um den elektrischen Leiter 3 herumgeführt und auf diesen aufgeklipst werden.

In Figur 2 ist der auf den elektrischen Leiter 3 aufgeklipste Stromsensor gezeigt. Neben dem Flusskonzentrator 1 ist der Sensor 2, im gezeigten Ausführungsbeispiel ein Magnetfeldsensor, Bestandteil des Stromsensors.

Der Sensor 2 ist in einer der einander in Umfangsrichtung 7 gegenüberliegenden Begrenzungen 8, 9 des Längsschlitzes 6 angeordnet.

In Figur 3 ist eine Seitenansicht des montierten Stromsensors aus Figur 2 gezeigt. Es ist zu erkennen, dass der Leiter 3 beliebig geformt und/oder flexibel ausgeführt ist.

Um diesen beliebig geformten und/oder flexiblen stromführenden Leiter 3 ist der Stromsensor mit seinem Flusskonzentrator 1 und dem Sensor 2 herumgelegt. Der Stromsensor bildet die Geometrie des elektrischen Leiters 3 durch den flexiblen Werkstoff, aus dem der Flusskonzentrator 1 besteht, exakt nach.

In den Figuren 4 und 5 ist jeweils ein Ausführungsbeispiel eines Kabels 10 mit Kabelummantelung 11 bzw. einer Stromschiene/Busbar mit Ummantelung gezeigt. Das Kabel in Figur 4 hat einen runden, das Kabel in Figur 5 demgegenüber einen rechteckigen Querschnitt.

Der elektrische Leiter in Figur 4 ist als rundes Kabel, der Leiter in Figur 5 demgegenüber als Stromschiene/Busbar mit recheckigem Querschnitt ausgeführt.

Die Kabelummantelung 11 ist jeweils in sich geschlossen ausgebildet und umfasst einen Stromsensor mit einem Flusskonzentrator 1 und einem Sensor 2, die signalleitend verbunden sind. Der Flusskonzentrator 1 besteht aus einem weichmagnetischen und flexiblen Werkstoff.