AT528384A4 - Messwiderstand zur Messung von Wechselströmen in Hochstromanwendungen - Google Patents

Abstract

Es sind Messwiderstände zur Messung von Wechselströmen in Hochstromanwendungen, mit einem ersten Anschlusskontakt (10), einem zweiten Anschlusskontakt (16), einer ersten Stromschiene (12), die sich vom ersten Anschlusskontakt (10) in einer ersten Richtung in einem Bogen um 360° zum zweiten Anschlusskontakt (16) erstreckt und um 180° um ihre Erstreckungsachse (14) gedreht ist, und einer zweiten Stromschiene (18), die sich vom ersten Anschlusskontakt (10) in einer zur ersten Stromschiene (12) entgegengesetzten Richtung in einem Bogen um 360° zum zweiten Anschlusskontakt (16) erstreckt und um 180° um ihre Erstreckungsachse (20) gedreht ist, und welche über den gesamten Umfang parallel zur ersten Stromschiene (12) verläuft, bekannt. Um die Messwerte validieren und den entsprechenden Spannungsmesser für diesen Messwiderstand kalibrieren zu können, wird erfindungsgemäß vorgeschlagen, dass an der ersten Stromschiene (12) ein erster Messpunkt (28) und ein zweiter Messpunkt (30) ausgebildet sind, zwischen denen ein Spannungsabfall messbar ist und an der zweiten Stromschiene (18) ein dritter Messpunkt (32) und ein vierter Messpunkt (34) ausgebildet sind, zwischen denen ein zweiter Spannungsabfall messbar ist.

Description

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Beschreibung

MESSWIDERSTAND ZUR MESSUNG VON WECHSELSTRÖMEN IN HOCHSTROMANWENDUNGEN

[0001] Die Erfindung betrifft einen Messwiderstand zur Messung von Wechselströmen in Hochstromanwendungen, mit einem ersten Anschlusskontakt, einem zweiten Anschlusskontakt, einer ersten Stromschiene, die sich vom ersten Anschlusskontakt in einer ersten Richtung in einem Bogen um 360° zum zweiten Anschlusskontakt erstreckt und um 180° um ihre Erstreckungsachse gedreht ist, und einer zweiten Stromschiene, die sich vom ersten Anschlusskontakt in einer zur ersten Stromschiene entgegengesetzten Richtung in einem Bogen um 360° zum zweiten Anschlusskontakt erstreckt und um 180° um ihre Erstreckungsachse gedreht ist, und welche über den gesamten Umfang parallel zur ersten Stromschiene verläuft.

[0002] Messwiderstände, auch Messshunts genannt, werden in der Elektrotechnik genutzt, um den über den Widerstand anfallenden Spannungsabfall zu messen, um hierüber mittels des Ohmschen Gesetzes die Stromstärke zu bestimmen. Bekannte Ausführungen dieser Messwiderstände sind beispielsweise der Strommessbalken, der insbesondere zur Messung hoher Ströme verwendet wird und aus einem massiven Metallbalken mit niederohmigem Widerstand besteht, über den der Spannungsabfall gemessen wird oder der Koaxialshunt, bei dem ein Spannungsabfall zwischen zwei koaxial zueinander angeordneten Zylindern gemessen wird, die an einem Ende elektrisch miteinander verbunden sind, so dass entgegengesetzte Stromrichtungen in den beiden Zylindern entstehen. Durch diese Anordnung weisen diese Koaxialshunts eine elektromagnetische Abschirmung und eine sehr geringe Induktivität auf, wodurch sie sich vor allem für Wechselstrom- und/oder Hochstrommessungen eignen.

[0003] Zusätzlich bekannt, jedoch weniger verbreitet, sind sogenannte Möbius-Widerstände. Ein solcher Möbius-Widerstand ist beispielsweise aus der US 3,267,406 bekannt. Dieser besteht aus einem Möbiusband aus einem Isoliermaterial, an dessen gegenüberliegenden Seiten jeweils eine Leiterbahn angeordnet ist. Die für das Möbiusband charakteristische 180° Verdrehung erstreckt sich über einen kleinen Abschnitt, der radial gegenüberliegend zu den Stromversorgungskontakten am Band angeordnet ist. Einer der Stromversorgungskontakte ist an dem an dieser Position radial innen liegenden Leiterband verbunden, während der andere Kontakt an dem an dieser Position äußeren Leiterband befestigt ist. Die beiden Leiterbahnen werden entsprechend gegenläufig durchströmt, wodurch der Möbiuswiderstand eine sehr geringe Induktivität aufweist und sich entsprechend vor allem als Messwiderstand für Wechselströme beziehungsweise hochfrequente Ströme eignet. Eine Verwendung dieses Widerstandes wird nicht beschrieben.

[0004] Es stellt sich daher die Aufgabe, einen Messwiderstand zu schaffen, der für das Messen von hochfrequenten und großen Strömen von beispielsweise 1000A und 350 kHz geeignet ist, wie sie beispielsweise bei Batteriezellentestern für Fahrzeuge entstehen. Hierzu sollte ein solcher Messwiderstand eine möglichst geringe Induktivität aufweisen. Dabei soll es auch möglich sein, eine Kalibrierung der Messungen vorzunehmen, um Fehler durch unterschiedliche Leitungsquerschnittswiderstände oder auftretende Restinduktivitäten zu vermeiden. Des Weiteren soll der Skin-Effekt verhindert werden, durch den der Strom bevorzugt an der Oberfläche der Leiter strömt, wodurch die magnetischen Felder variieren und die Präzision der Messungen reduziert wird.

[0005] Diese Aufgabe wird durch einen Messwiderstand zur Messung von Wechselströmen in Hochstromanwendungen mit den Merkmalen des Hauptanspruchs 1 gelöst.

[0006] Der erfindungsgemäße Messwiderstand zur Messung von Wechselströmen in Hochstromanwendungen weist einen ersten Anschlusskontakt und einen zweiten Anschlusskontakt zur Verbindung mit weiterführenden Stromleitern auf. Eine erste Stromschiene erstreckt sich vom ersten Anschlusskontakt in einer ersten Richtung in einem Bogen um 360° zum zweiten Anschlusskontakt und ist um 180° um ihre Erstreckungsachse gedreht. Entsprechend liegen die beiden Anschlusskontakte in radialer Richtung des Bogens betrachtet hintereinander und sind durch die erste Stromschiene miteinander verbunden. Durch die 180° Drehung um die Erstre-

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ckungsachse ist eine nach radial innen gerichtete Oberfläche am ersten Anschlusskontakt die nach außen weisende Oberfläche der ersten Stromschiene am zweiten Anschlusskontakt. Eine zweite Stromschiene erstreckt sich vom ersten Anschlusskontakt in einer zur ersten Stromschiene entgegengesetzten Richtung ebenfalls in einem Bogen um 360° zum zweiten Anschlusskontakt und ist um 180° um ihre Erstreckungsachse gedreht. Durch die 180° Drehung um die Erstreckungsachse ist auch bei der zweiten Stromschiene eine nach radial innen gerichtete Oberfläche am ersten Anschlusskontakt die nach außen weisende Oberfläche der zweiten Stromschiene am zweiten Anschlusskontakt. Die erste Stromschiene verläuft über den gesamten Umfang parallel zur zweiten Stromschiene, jedoch ist die Richtung des Stroms der beiden Stromschienen entgegengesetzt zueinander. Erfindungsgemäß sind an der ersten Stromschiene ein erster Messpunkt und ein zweiter Messpunkt ausgebildet, zwischen denen ein Spannungsabfall messbar ist und an der zweiten Stromschiene sind ein dritter Messpunkt und ein vierter Messpunkt ausgebildet, zwischen denen ein zweiter Spannungsabfall messbar ist. Es ergeben sich somit insgesamt vier Messpunkte, die zur Spannungsmessung dienen, aus der wiederum die Stromstärke bei bekanntem Widerstand errechnet werden kann. Durch den parallelen Verlauf der beiden Stromschienen im Wesentlichen über den gesamten 360° Bogen heben sich die beiden durch den Stromfluss in entgegengesetzter Richtung verlaufenden magnetischen Felder gegenseitig auf, so dass der Widerstand eine besonders geringe Induktivität aufweist. Diese geringe Induktivität führt zu einer größeren Bandbreite und ermöglicht somit eine Abdeckung eines gröBeren Frequenzbereiches. Die erste Stromschiene und die zweite Stromschiene sind miteinander elektrisch verbunden, dass sie eine einzige Leiterschleife bilden. Diese eine Leiterschleife kann insbesondere der Geometrie eines Möbiusbands oder einer Möbiusschleife entsprechen. Die gewählte Beschreibung der Erfindung mit der ersten Stromschiene und der zweiten Stromschiene bildet dabei eine gedankliche Trennung der beiden parallel zueinander verlaufenden Abschnitte des Messwiderstands durch eine Ebene senkrecht zur Stromausbreitungsrichtung ab. Die erste Stromschiene und die zweite Stromschiene führen dabei im Betrieb einen ersten Strompfad und einen zweiten Strompfad, deren Stromrichtungen gegenläufig zueinander verlaufen. Der aus den beiden Stromschienen gebildete Messwiderstand entspricht somit einer zusammenhängenden Leiterschleife. Dies bedeutet, dass ein vom ersten Anschlusskontakt verlaufender Pfad auf den Oberflächen entlang der Stromschienen nach einer Rotation von 720° zum zweiten Anschlusskontakt führt. Ferner sind die vier Anschlusskontakte elektrisch miteinander verbunden. Insbesondere können in dieser Geometrie Widerstände zwischen jeder Kombination aus zwei der Anschlusskontakte entlang den Stromschienen gemessen werden. Unterschiedliche Kombinationen von jeweils zwei der Anschlusskontakte entsprechen dabei unterschiedlichen Strompfaden bzw. Messpfaden entlang den Stromschienen. Folglich kann durch die Verwendung der vier Messpunkte in beiden Stromschienen der Spannungsabfall bestimmt und auch abgeglichen werden, da dieser im Idealfall gleich sein sollte. Auch sind die Messergebnisse sehr genau, da Wirbelströme und der Einfluss äußerer magnetischer Felder sehr gering sind, so dass er geeignet ist, hochfrequente Wechselströme in Hochstromanwendungen zu messen. Als Hochstromanwendungen werden Anwendungen von Strömen mit wenigstens 500 A, vorzugsweise wenigstens 800 A, besonders bevorzugt von wenigstens 1000 A und am bevorzugtesten von wenigstens 1200 A verstanden.

[0007] Vorzugsweise sind die Messpunkte über einen Spannungsmesser derart miteinander verbindbar, dass ein Spannungsabfall zwischen dem ersten Messpunkt und dem zweiten Messpunkt sowie dem dritten Messpunkt und dem vierten Messpunkt messbar ist. Bei Messung dieser direkten Spannungsabfälle innerhalb der beiden Stromschienen werden beide gegenläufige Ströme gemessen, die im Idealfall gleich groß sind.

In einer vorteilhaften Ausführungsform weisen die erste und die zweite Stromschiene im Wesentlichen gleiche Dicken, Breiten und Materialien auf, wodurch der innere Widerstand in beiden Stromschienen gleich ist und somit die Messergebnisse unmittelbar vergleichbar sind.

[0008] Vorzugsweise weist der erste Messpunkt über die Lauflänge der ersten Stromschiene betrachtet einen gleichen kürzesten Abstand zum ersten Anschlusskontakt auf wie der vierte Messpunkt zum zweiten Anschlusskontakt und der zweite Messpunkt einen gleichen kürzesten Abstand zum ersten Anschlusskontakt auf wie der dritte Messpunkt zum zweiten Anschlusskontakt.

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[0009] Des Weiteren ist es vorteilhaft, wenn der in Stromrichtung über die Lauflänge der ersten Stromschiene gemessene Abstand des ersten Messpunktes vom ersten Anschlusskontakt im Wesentlichen dem über die Lauflänge der zweiten Stromschiene in Stromrichtung gemessenen Abstand des dritten Messpunktes vom ersten Anschlusskontakt entspricht und der in Stromrichtung über die Lauflänge der ersten Stromschiene gemessene Abstand des zweiten Messpunktes vom ersten Anschlusskontakt im Wesentlichen dem in Stromrichtung über die Lauflänge der zweiten Stromschiene gemessenen Abstand des vierten Messpunktes vom ersten Anschlusskontakt entspricht. Auf diese Wiese wird sichergestellt, dass gleiche Leitungswiderstände in beiden Stromschienen vorhanden sind und auch der Widerstand zwischen dem ersten Messpunkt und dem zweiten Messpunkt dem Widerstand zwischen dem dritten und dem vierten Messpunkt entspricht. Somit sollten die gemessenen Spannungsabfälle gleich groß sein.

[0010] Besonders bevorzugt ist es, wenn in einem Abschnitt zwischen den Messpunkten die Stromschienen aus einem Material mit einem im Vergleich zu anderen Abschnitten der Stromschienen erhöhten Widerstand hergestellt sind. Entsprechend werden genauere Messungen möglich, da der Spannungsabfall lediglich über einen sehr kleinen Bereich gemessen wird, während die übrige Stromschiene nicht als Widerstand dient.

[0011] In einer hierzu weiterführenden Ausführungsform ist der Abschnitt mit erhöhtem Widerstand der ersten Stromschiene axial gegenüberliegend zu dem Abschnitt mit erhöhtem Widerstand der zweiten Stromschiene angeordnet. So wird sichergestellt, dass im Messbereich ein gleich großes jedoch entgegengesetztes elektromagnetisches Feld in den beiden Stromschienen auftritt und die Induktivität im Messbereich sehr gering bleibt.

[0012] Des Weiteren ist es besonders vorteilhaft, wenn sich die 180° Verdrehung der beiden Stromschienen gleichmäßig über den gesamten 360° Bogen der Stromschienen erstreckt. Im Gegensatz zu bekannten Ausführungen, in denen die Drehung in einem sehr kleinen Bereich stattfindet, kann so verhindert werden, dass der Stromfluss in diesem Bereich stärker konzentriert wird und somit der lokale elektrische Widerstand in diesem Abschnitt höher ist. Vor allem wird verhindert, dass in diesem Bereich der sogenannte Skin-Effekt auftritt, durch den sich der Stromfluss nicht mehr gleichmäßig über den Querschnitt der Stromschienen verteilt, sondern nach außen gedrängt wird. Dies wiederum führt dazu, dass sich in diesem Bereich der Effektivwiderstand erhöht, wodurch sich lokal die Induktivität erhöhen könnte. Dies wird durch den langgezogenen Torsionsbereich verhindert, so dass hohe Wechselströme zuverlässig und genau gemessen werden können.

[0013] In einer bevorzugten Ausbildung der Erfindung weist ein Zwischenraum zwischen den beiden Stromschienen eine gleichmäßige Dicke und Breite auf und bildet eine Möbiusschleife aus. Durch diesen gleichmäßigen Zwischenraum wird erneut die Induktivität verringert. Hierbei beträgt die Dicke des Zwischenraums vorzugsweise 5 mm oder weniger, besonders bevorzugt 2 mm oder weniger und am bevorzugtesten 1 mm oder weniger. Der Maximale Wert und der minimale Wert einer gleichmäßigen Dicke kann um 25% oder weniger, vorzugsweise um 15% oder weniger, besonders bevorzugt um 10% oder weniger voneinander abweichen.

[0014] In einer hierzu weiterführenden Ausführungsform ist der Zwischenraum zwischen den beiden Stromschienen mit Luft gefüllt. Somit kann auf die sonst verwendeten Isoliermaterialien verzichtet werden, wodurch der Messwiderstand kostengünstiger hergestellt werden kann. ist der Zwischenraum zwischen den beiden Stromschienen dagegen mit einem Isoliermaterial gefüllt, lässt sich durch das Isoliermaterial die Induktivität des Messwiderstands anpassen.

[0015] In einer hierzu alternativen Ausführung ist im Zwischenraum zwischen den beiden Stromschienen ein Kühlkörper angeordnet. Hierdurch kann einerseits ein Überhitzen des Widerstandes bei sehr hohen Strömen vermieden werden und andererseits verhindert werden, dass sich der Widerstandswert des Messwiderstands mit der Temperatur ändert, was zu Messfehlern führt, da der Widerstand dann nicht mehr dem kalibrierten Wert entspricht. Durch die Kühlung kann der Widerstand auf einer konstanten Temperatur gehalten werden, wodurch Messfehler vermieden werden, und die Messgenauigkeit erhöht wird. Vorzugsweise kann vorgesehen sein, dass auf der ersten Stromschiene, auf der zweiten Stromschiene oder beiden Stromschienen wenigstens ein

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Temperatursensor angeordnet ist.

[0016] Besonders bevorzugt ist es, den Messwiderstand additiv herzustellen und die Stromschienen abschnittsweise aus unterschiedlichen Materialien herzustellen. Die additive Fertigung ermöglicht das Verwenden verschiedener Materialen über die Erstreckung der Stromschiene, so dass innerhalb des Widerstands Abschnitte mit einem erhöhten Widerstand einfach hergestellt werden können, über die dann der Spannungsabfall gemessen wird. Auch ermöglicht dieses Fertigungsverfahren die Torsion der Stromschienen über einen beliebig langen Bereich zu ziehen und einen sehr gleichmäßigen Spalt zwischen den Stromschienen zu erzeugen. Besonders bevorzugt kann ein Temperatursensor oder können mehrere Temperatursensoren auf Abschnitten mit erhöhtem Widerstand angeordnet sein. Während die Stromschienen vorzugsweise zu wesentlichen Teilen aus Cu hergestellt sind, können die Abschnitte mit erhöhtem Widerstand eine Legierung, umfassend Cu und Ni aufweisen, insbesondere Konstantan oder Manganin.

[0017] In einer Weiterführung der Erfindung sind über die Stromschienen mehrere Abschnitte mit erhöhtem Widerstand ausgebildet, wobei die Länge, Anzahl und Position der Abschnitte mit erhöhtem Widerstand in der ersten Stromschiene und der zweiten Stromschiene gleich sind. Dies ermöglicht einen zusätzlichen Ausgleich induktiver Effekte.

[0018] Es wird somit ein Messwiderstand geschaffen, mit dem auch in hochfrequenten Hochstromanwendungen zuverlässige Messwerte bei der Ermittlung der vorhandenen Stromstärken erzielt werden können. Der Messwiderstand ermöglicht einen Vergleich der beiden ermittelten Messwerte sowie eine Kalibrierung der Messgeräte in Abhängigkeit gegebenenfalls ermittelter Abweichungen durch Asymmetrien.

[0019] Ein nicht beschränkendes Ausführungsbeispiel eines erfindungsgemäßen Messwiderstands zur Messung von Wechselströmen in Hochstromanwendungen ist in den Figuren 1 und 2 dargestellt und wird nachfolgend beschrieben. Dabei zeigt:

[0020] Figur 1 eine perspektivische Seitenansicht eines erfindungsgemäßen Messwiderstands in dreidimensionaler Darstellung aus einer ersten Perspektive, und

[0021] Figur 2 eine perspektivische Seitenansicht des gleichen Messwiderstands aus einer zweiten Perspektive.

[0022] Die Figuren 1 und 2 zeigen den erfindungsgemäßen Messwiderstand, bestehend aus einem ersten Anschlusskontakt 10, über den der Messwiderstand mit einem ersten Pol einer zu vermessenden elektrischen Leitung (nicht explizit dargestellt) zumindest indirekt verbunden ist. Vom ersten Anschlusskontakt 10 führt eine erste Stromschiene 12 im Uhrzeigersinn in einem 360°-Bogen entlang einer Erstreckungsachse 14 zu einem zweiten Anschlusskontakt 16, der mit einem zweiten Pol der zu vermessenden elektrischen Leitung zumindest indirekt verbunden ist. Die beiden Anschlusskontakte 10, 16 befinden sich in radialer Richtung zum 360°-Bogen betrachtet unmittelbar hintereinander. Eine zweite Stromschiene 18 erstreckt sich entlang ihrer Erstreckungsachse 20 vom ersten Anschlusskontakt 10 entgegen dem Uhrzeigersinn ebenfalls in einem 360°-Bogen zum zweiten Anschlusskontakt 16 und mündet entsprechend auch an der zur ersten Stromschiene 12 entgegengesetzten Seite des zweiten Anschlusskontakts 16. Beide Stromschienen 12, 18 weisen eine 180°-Drehung beziehungsweise Torsion um ihre Erstreckungsachsen 14, 20 auf, die sich gleichmäßig über den gesamten Umfang beziehungsweise gesamte Lauflänge der Stromschienen 12, 18 erstreckt. Die Torsionsrichtung der beiden Stromschienen 12, 18 ist dabei entgegengesetzt, So dass ein endloses Band entsteht, indem die zwei Stromschienen 12, 18 vollständig parallel zueinander verlaufen, jedoch die Stromrichtung in beiden Stromschienen 12, 18 entgegengesetzt ist. Auch weisen beide Stromschienen 12, 18 eine gleiche Dicke D und Breite B auf, wodurch sich die durch den elektrischen Stromfluss entstehenden magnetischen Felder theoretisch vollständig gegenseitig aufheben.

[0023] Um Kurzschlüsse zu vermeiden und den Einfluss der Induktivität zu eliminieren, wird ein konstanter Zwischenraum 24 in Form eines Spaltes zwischen den beiden starren Stromschienen 12, 18 erhalten. Dieser Zwischenraum 24 bildet entsprechend eine Möbiusschleife aus und kann gegebenenfalls, wenn er nicht wie im vorliegenden Ausführungsbeispiel mit Luft gefüllt ist, mit

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einem Kühlkörper beziehungsweise einer Kühlfolie oder einem Isoliermaterial gefüllt werden.

[0024] Um 180 Grad versetzt zu den Anschlusskontakten 10, 16 beziehungsweise bezüglich einer Mittelachse des Messwiderstandes gegenüberliegend zu den Anschlusskontakten 10 ‚16 weisen die Stromschienen 12, 18 einen Abschnitt 26 aus einem Material mit einem erhöhten Widerstand auf, der als Widerstandsblock zur Messung eines Spannungsabfalls genutzt wird. Zur Messung eines solchen Spannungsabfalls sind an beiden Stromschienen 12, 18 jeweils im Bereich der Enden des Abschnitts 26 mit erhöhtem Widerstand Messpunkte 28, 30, 32, 34 angeordnet, die im vorliegenden Fall durch stiftförmige Kontaktanschlüsse gebildet werden. Der Abschnitt 26 besteht aus einer Cu-Ni-Legierung, in vorliegenden Fall aus Konstantan während die übrigen Abschnitte der Stromschienen aus Cu bestehen.

[0025] Zur Bestimmung einer Stromstärke kann ein Spannungsmesser (nicht explizit dargestellt) dazu vorgesehen sein, den Spannungsabfall zwischen dem ersten Messpunkt 28 und dem zweiten Messpunkt 30 in der ersten Stromschiene 12 beziehungsweise im Widerstandsblock der ersten Stromschiene 12 sowie einen Spannungsabfall zwischen dem dritten Messpunkt 32 und den vierten Messpunkt 34 in der zweiten Stromschiene 18 beziehungsweise im Widerstandsblock der zweiten Stromschiene 18 zu messen. Aufgrund der vorhandenen Symmetrie sowie der sehr geringen Induktivität aufgrund des parallelen Verlaufs der Stromschienen 12, 18 und dem entgegengesetzt gerichteten Stromfluss müsste der an der ersten Stromschiene 12 gemessene Spannungsabfall dem an der zweiten Stromschiene 18 gemessenen Spannungsabfall entsprechen, da auch der Abstand des ersten Messpunktes 28 und des dritten Messpunktes 32 zum ersten Anschlusskontakt 10 und zum zweiten Anschlusskontakt 16 in Richtung der Erstreckungsachsen 14, 20 betrachtet ebenso gleich ist wie der Abstand des zweiten Messpunktes 30 und des vierten Messpunktes 34 zum ersten und zweiten Anschlusskontakt 10, 16 in Richtung der Erstreckungsachsen 14, 20 betrachtet.

[0026] Die Herstellung eines solchen Messwiderstandes erfolgt in einem additiven Fertigungsverfahren, welches sowohl dazu geeignet ist, Abschnitte der Stromschienen aus unterschiedlichen Materialien zu fertigen und somit unterschiedliche Widerstände in die Stromschienen 12, 18 einzubringen, ohne dabei die Dicke oder die Breite der Stromschienen 12, 18 zu ändern, als auch die beiden Stromschienen 12, 18 sehr genau zu fertigen und somit einen konstanten Spalt zwischen diesen Stromschienen 12, 18 herstellen zu können. Das verwendete Material sowie die Dicken und Breiten der Stromschienen 12, 18 eignen sich zudem für einen vollständig starren Aufbau, so dass auf Isolierungen zwischen den Stromschienen 12, 18 verzichtet werden kann.

[0027] Durch die auf mit diesem Messwiderstand minimierten Induktivitäten wird es möglich, in hochfrequentierten Bereichen Hochstrom-Wechselströme mit einer hohen Genauigkeit zu messen. Zusätzlich werden Einflüsse auf die Messungen durch den Skin-Effekt verhindert und die Möglichkeit zur Validierung der Messergebnisse und Kalibrierung des Spannungsmessers geschaffen.

[0028] Es sollte deutlich sein, dass durch das additive Herstellungsverfahren auch mehrere Abschnitte unterschiedlichen Widerstandes zur Reduktion der Induktivität in den Stromschienen verwirklicht werden können. Auch kann der Zwischenraum mit verschiedenen Materialien wie Isolierungen oder Kühlkörpern gefüllt werden. Prinzipiell ist es auch denkbar die Abschnitte erhöhten Widerstandes an einem anderen Ort der Schiene auszuführen, solange eine ausreichende Symmetrie sichergestellt wird.

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Patentansprüche

1. Messwiderstand zur Messung von Wechselströmen in Hochstromanwendungen, mit einem ersten Anschlusskontakt (10), einem zweiten Anschlusskontakt (16), einer ersten Stromschiene (12), die sich vom ersten Anschlusskontakt (10) in einer ersten Richtung in einem Bogen um 360° zum zweiten Anschlusskontakt (16) erstreckt und um 180° um ihre Erstreckungsachse (14) gedreht ist, einer zweiten Stromschiene (18), die sich vom ersten Anschlusskontakt (10) in einer zur ersten Stromschiene (12) entgegengesetzten Richtung in einem Bogen um 360° zum zweiten Anschlusskontakt (16) erstreckt und um 180° um ihre Erstreckungsachse (20) gedreht ist, und welche über den gesamten Umfang parallel zur ersten Stromschiene (12) verläuft, dadurch gekennzeichnet, dass an der ersten Stromschiene (12) ein erster Messpunkt (28) und ein zweiter Messpunkt (30) ausgebildet sind, zwischen denen ein Spannungsabfall messbar ist und an der zweiten Stromschiene (18) ein dritter Messpunkt (32) und ein vierter Messpunkt (34) ausgebildet sind, zwischen denen ein zweiter Spannungsabfall messbar ist.

2. Messwiderstand zur Messung von Wechselströmen in Hochstromanwendungen nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Messpunkte (28, 30, 32, 34) über einen Spannungsmesser derart miteinander verbindbar sind, dass ein Spannungsabfall zwischen dem ersten Messpunkt (28) und dem zweiten Messpunkt (30) sowie dem dritten Messpunkt (32) und dem vierten Messpunkt (34) messbar ist, und ein Spannungsabfall zwischen dem ersten Messpunkt (28) und dem dritten Messpunkt (32) sowie dem zweiten Messpunkt (30) und dem vierten Messpunkt (34) messbar ist.

3. Messwiderstand zur Messung von Wechselströmen in Hochstromanwendungen nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die erste Stromschiene (12) und die zweite Stromschiene (18) im Wesentlichen gleiche Dicken und Breiten und gleiche Materialien aufweisen.

4. Messwiderstand zur Messung von Wechselströmen in Hochstromanwendungen nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der erste Messpunkt (28) über die Lauflänge der ersten Stromschiene (12) betrachtet einen gleichen kürzesten Abstand zum ersten Anschlusskontakt (10) aufweist wie der vierte Messpunkt (34) zum zweiten Anschlusskontakt (16) und der zweite Messpunkt (30) einen gleichen kürzesten Abstand zum ersten Anschlusskontakt (10) aufweist wie der dritte Messpunkt (32) zum zweiten Anschlusskontakt (16).

5. Messwiderstand zur Messung von Wechselströmen in Hochstromanwendungen nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der über die Lauflänge der ersten Stromschiene (12) in Stromrichtung gemessene Abstand des ersten Messpunktes (28) vom ersten Anschlusskontakt (10) im Wesentlichen dem über die Lauflänge der zweiten Stromschiene (18) in Stromrichtung gemessenen Abstand des dritten Messpunktes (32) vom ersten Anschlusskontakt (10) entspricht und der über die Lauflänge der ersten Stromschiene (12) in Stromrichtung gemessene Abstand des zweiten Messpunktes (30) vom ersten Anschlusskontakt (10) im Wesentlichen dem über die Lauflänge der zweiten Stromschiene (18) gemessenen Abstand des vierten Messpunktes (34) vom ersten Anschlusskontakt (10) entspricht.

6. Messwiderstand zur Messung von Wechselströmen in Hochstromanwendungen nach einem der vorgehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass in einem Abschnitt (26) zwischen den Messpunkten die Stromschienen (12, 18) aus einem

Material mit einem im Vergleich zu anderen Abschnitten der Stromschienen (12, 18) erhöhten Widerstand hergestellt sind.

7. Messwiderstand zur Messung von Wechselströmen in Hochstromanwendungen nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, dass der Abschnitt (26) mit erhöhtem Widerstand der ersten Stromschiene (12) axial gegenüberliegend zu dem Abschnitt (26) mit erhöhtem Widerstand der zweiten Stromschiene (18) angeordnet ist.

8. Messwiderstand zur Messung von Wechselströmen in Hochstromanwendungen nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass sich die 180° Verdrehung der beiden Stromschienen (12, 18) gleichmäßig über den gesamten 360°-Bogen der Stromschienen (12, 18) erstreckt.

9. Messwiderstand zur Messung von Wechselströmen in Hochstromanwendungen nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass ein Zwischenraum (24) zwischen den beiden Stromschienen (12, 18) eine gleichmäßige Dicke (D) und Breite (B) aufweist und eine Möbiusschleife bildet.

10. Messwiderstand zur Messung von Wechselströmen in Hochstromanwendungen nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Zwischenraum (24) zwischen den beiden Stromschienen (12, 18) mit Luft gefüllt ist.

11. Messwiderstand zur Messung von Wechselströmen in Hochstromanwendungen nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass im Zwischenraum (24) zwischen den beiden Stromschienen (12, 18) ein Kühlkörper angeordnet ist.

12. Messwiderstand zur Messung von Wechselströmen in Hochstromanwendungen nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Messwiderstand additiv hergestellt ist und die Stromschienen (12, 18) abschnittsweise aus unterschiedlichen Materialien bestehen.

13. Messwiderstand zur Messung von Wechselströmen in Hochstromanwendungen nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass über die Stromschienen (12, 18) mehrere Abschnitte (26) mit erhöhtem Widerstand ausgebildet sind, wobei die Länge, Anzahl und Position der Abschnitte (26) mit erhöhtem Widerstand in der ersten Stromschiene (12) und der zweiten Stromschiene (18) gleich sind.

Hierzu 2 Blatt Zeichnungen

Claims (1)

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   Neue Patentansprüche

   1. Messwiderstand zur Messung von Wechselströmen in Hochstromanwendungen, mit einem ersten Anschlusskontakt (10), einem zweiten Anschlusskontakt (16), einer ersten Stromschiene (12), die sich vom ersten Anschlusskontakt (10) in einer ersten Richtung in einem Bogen um 360° zum zweiten Anschlusskontakt (16) erstreckt und um 180° um ihre Erstreckungsachse (14) gedreht ist, einer zweiten Stromschiene (18), die sich vom ersten Anschlusskontakt (10) in einer zur ersten Stromschiene (12) entgegengesetzten Richtung in einem Bogen um 360° zum zweiten Anschlusskontakt (16) erstreckt und um 180° um ihre Erstreckungsachse (20) gedreht ist, und welche über den gesamten Umfang parallel zur ersten Stromschiene (12) verläuft, dadurch gekennzeichnet, dass an der ersten Stromschiene (12) ein erster Messpunkt (28) und ein zweiter Messpunkt (30) ausgebildet sind, zwischen denen ein Spannungsabfall messbar ist und an der zweiten Stromschiene (18) ein dritter Messpunkt (32) und ein vierter Messpunkt (34) ausgebildet sind, zwischen denen ein zweiter Spannungsabfall messbar ist.

   2. Messwiderstand zur Messung von Wechselströmen in Hochstromanwendungen nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Messpunkte (28, 30, 32, 34) über einen Spannungsmesser derart miteinander verbindbar sind, dass ein Spannungsabfall zwischen dem ersten Messpunkt (28) und dem zweiten Messpunkt (30) sowie dem dritten Messpunkt (32) und dem vierten Messpunkt (34) messbar ist, und ein Spannungsabfall zwischen dem ersten Messpunkt (28) und dem dritten Messpunkt (32) sowie dem zweiten Messpunkt (30) und dem vierten Messpunkt (34) messbar ist.

   3. Messwiderstand zur Messung von Wechselströmen in Hochstromanwendungen nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die erste Stromschiene (12) und die zweite Stromschiene (18) im Wesentlichen gleiche Dicken und Breiten und gleiche Materialien aufweisen.

   4. Messwiderstand zur Messung von Wechselströmen in Hochstromanwendungen nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der erste Messpunkt (28) über die Lauflänge der ersten Stromschiene (12) betrachtet einen gleichen kürzesten Abstand zum ersten Anschlusskontakt (10) aufweist wie der vierte Messpunkt (34) zum zweiten Anschlusskontakt (16) und der zweite Messpunkt (30) einen gleichen kürzesten Abstand zum ersten Anschlusskontakt (10) aufweist wie der dritte Messpunkt (32) zum zweiten Anschlusskontakt (16).

   5. Messwiderstand zur Messung von Wechselströmen in Hochstromanwendungen nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der über die Lauflänge der ersten Stromschiene (12) in Stromrichtung gemessene Abstand des ersten Messpunktes (28) vom ersten Anschlusskontakt (10) im Wesentlichen dem über die Lauflänge der zweiten Stromschiene (18) in Stromrichtung gemessenen Abstand des dritten Messpunktes (32) vom ersten Anschlusskontakt (10) entspricht und der über die Lauflänge der ersten Stromschiene (12) in Stromrichtung gemessene Abstand des zweiten Messpunktes (30) vom ersten Anschlusskontakt (10) im Wesentlichen dem über die Lauflänge der zweiten Stromschiene (18) gemessenen Abstand des vierten Messpunktes (34) vom ersten Anschlusskontakt (10) entspricht.

   6. Messwiderstand zur Messung von Wechselströmen in Hochstromanwendungen nach einem der vorgehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass in einem Abschnitt (26) zwischen den Messpunkten die Stromschienen (12, 18) aus einem

   ZULETZT VORGELEGTE ANSPRÜCHE

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   Material mit einem im Vergleich zu anderen Abschnitten der Stromschienen (12, 18) erhöhten Widerstand hergestellt sind.

   Messwiderstand zur Messung von Wechselströmen in Hochstromanwendungen nach Anspruch 6,

   dadurch gekennzeichnet, dass

   der Abschnitt (26) mit erhöhtem Widerstand der ersten Stromschiene (12) axial gegenüberliegend zu dem Abschnitt (26) mit erhöhtem Widerstand der zweiten Stromschiene (18) angeordnet ist.

   Messwiderstand zur Messung von Wechselströmen in Hochstromanwendungen nach einem der vorhergehenden Ansprüche,

   dadurch gekennzeichnet, dass

   sich die 180° Verdrehung der beiden Stromschienen (12, 18) gleichmäßig über den gesamten 360°-Bogen der Stromschienen (12, 18) erstreckt.

   Messwiderstand zur Messung von Wechselströmen in Hochstromanwendungen nach einem der vorhergehenden Ansprüche,

   dadurch gekennzeichnet, dass

   ein Zwischenraum (24) zwischen den beiden Stromschienen (12, 18) eine gleichmäßige Dicke (D) und Breite (B) aufweist und eine Möbiusschleife bildet.

   Messwiderstand zur Messung von Wechselströmen in Hochstromanwendungen nach einem der vorhergehenden Ansprüche,

   dadurch gekennzeichnet, dass

   der Zwischenraum (24) zwischen den beiden Stromschienen (12, 18) mit Luft gefüllt ist.

   Messwiderstand zur Messung von Wechselströmen in Hochstromanwendungen nach einem der vorhergehenden Ansprüche,

   dadurch gekennzeichnet, dass

   im Zwischenraum (24) zwischen den beiden Stromschienen (12, 18) ein Kühlkörper angeordnet ist.

   Messwiderstand zur Messung von Wechselströmen in Hochstromanwendungen nach einem der vorhergehenden Ansprüche,

   dadurch gekennzeichnet, dass

   der Messwiderstand additiv hergestellt ist und die Stromschienen (12, 18) abschnittsweise aus unterschiedlichen Materialien bestehen.

   Messwiderstand zur Messung von Wechselströmen in Hochstromanwendungen nach einem der vorhergehenden Ansprüche,

   dadurch gekennzeichnet, dass

   über die Stromschienen (12, 18) mehrere Abschnitte (26) mit erhöhtem Widerstand ausgebildet sind, wobei die Länge, Anzahl und Position der Abschnitte (26) mit erhöhtem Widerstand in der ersten Stromschiene (12) und der zweiten Stromschiene (18) gleich sind.

   ZULETZT VORGELEGTE ANSPRÜCHE