DE10160860A1 - Stromwandler, vorzugweise für einen Fehlerstrom-Schutzschalter - Google Patents

Abstract

Es wird ein Stromwandler, vorzugsweise für einen Fehlerstromschutzschalter, beschrieben, der einen ringförmigen Kern (11), vorzugsweise einen Ringbandkern, enthält, der wenigstens eine Wicklung (12) mit wenigstens einer Windung enthält, die durch den Innenraum des Kerns (11) hindurchgeführt ist. Jede einzelne Windung (13) ist durch einen um den Kern (11) herumgebogenen starren Drahtleiter gebildet, dessen beide Ende mit je einer benachbarten Windung durch stoffschlüssige Verbindung, vorzugsweise Laserschweißen oder Elektrodenstrahlschweißen, auf der Außenseite des Kerns (11) verbunden sind.

Description

Die Erfindung betrifft einen Stromwandler vorzugsweise für einen Fehlerstromschutz­ schalter, mit einem ringförmigen Kern, der wenigstens eine Wicklung enthält, die durch den Innenraum des Kerns hindurchgeführt ist, nach dem Oberbegriff des Anspruches 1 und des Anspruches 3.

Derartige Stromwandler sind insbesondere bei Fehlerstromschutzschaltern üblich. Da­ bei werden die Netzleiter durch den Kern hindurchgeführt und dienen somit als Primär­ wicklung, wogegen in allgemein üblicher Weise zur Bildung einer Sekundärwicklung durch den Kern hindurch und um den Kern herum Drahtwindungen gewickelt sind. Das Bewickeln eines solchen Kernes erfolgt manuell bzw. teilautomatisch, in dem ein Maga­ zin, das durch den ringförmigen Kern hindurchgeführt wird, befüllt und der Draht an­ schließend definiert auf den ringförmigen Kern abgelegt wird. Durch zusätzliche Überla­ gerung einer Drehbewegung des Kerns wird die Sekundärwicklung auf dem Umfang verteilt.

Diese Bewicklungsmethode erfordert einen hohen manuellen Aufwand; die Windungen sind häufig unregelmäßig auf dem Umfang abgelegt bzw. verteilt und darüber hinaus ist es schwierig, die Ein-Ausgangsdrähte und damit den Wickelsinn zu verfolgen. Außer­ dem besteht bei dieser Wickelungsmethode die Gefahr einer Verletzung der Drahtisola­ tion.

Aufgabe der Erfindung ist es, einen Stromwandler der eingangs genannten Art zu schaffen, bei dem die Herstellung der Sekundärwicklung vereinfacht ist, wobei die Se­ kundärwicklung gleichmäßig am Umfang verteilt und die Gefahr einer Verletzung der Drahtisolation verringert ist.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß gelöst durch die Merkmale des Anspruches 1.

Diese Aufgabe wird darüber hinaus auch gelöst durch die Merkmale des Anspruches 3, wobei zusätzlich ein erfindungsgemäßes Verfahren gemäß Anspruch 4 angegeben wird, um eine Wicklung gemäß Anspruch 3 herzustellen.

Weitere vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung sind den weiteren Unteransprüchen zu entnehmen.

Zwar ist aus der DE 199 19 066 A1 eine Wicklung für einen Transformator oder eine Spule bekannt geworden, bei der jede einzelne Windung aus einem mit einem elektri­ schen Leiter beschichteten bandförmigen Isolationsmaterial besteht und zu einer Foli­ enwicklung gewickelt ist; es besteht auch die Möglichkeit, zwei separate bandförmige Folien als Leiterfolie und als Isolationsfolie zu verwenden. Für die Sekundärwicklung beispielsweise eines Fehlerstromschutzschalters kann eine solche Anordnung jedoch kaum verwendet werden.

Aus der DE 12 78 006 B ist ein Stromwandler bekannt geworden, bei dem jede Win­ dung durch ein u-förmig gebogenes Leiterteilstück gebildet ist; der Steg der u-Form liegt auf der Stirnform des Wandlerkerns auf; die Schenkel sind gleichlang und sind etwa im mittleren Bereich der Stirnfläche auf der entgegengesetztliegenden Seite des Wandler­ kerns miteinander verbunden.

Anhand der Zeichnung, in der einige Ausführungsbeispiele der Erfindung dargestellt sind, sollen die Erfindung sowie weitere vorteilhafte Ausgestaltungen und Verbesserun­ gen und weitere Vorteile näher erläutert und beschrieben werden.

Es zeigen

Fig. 1 eine Aufsicht auf die Stirnseite eines gewickelten Kerns,

Fig. 2 eine Schnittansicht gemäß Schnittlinie II-II der Fig. 1, in einem er­ sten Montageschritt,

Fig. 3 eine Schnittansicht entsprechend Schnittlinie II-II der Fig. 1, in einem weiteren Montageschritt,

Fig. 4 eine weitere Ausgestaltung der Erfindung,

Fig. 5 und 6 eine dritte Ausführungform der Erfindung.

Der Wandler 10 besitzt einen ringförmigen Kern 11, der als Ringbandkern ausgebildet sein kann und mit einer Sekundärwicklung 12 bewickelt ist, wobei die Sekundärwicklung 12 mehrere Windungen aufweist, die, wie man aus Fig. 1 ersehen kann, gleichmäßig am Umfang verteilt sind.

Eine derartige Wicklung mit den einzelnen Windungen kann auf mehrere Arten herge­ stellt werden, wobei hierzu auf die Fig. 2 und 3 verwiesen sei.

Bei der Ausführung gemäß Fig. 2 und 3 wird um den Kern 11 eine Wicklung wie folgt herumgelegt: Jede Windung besteht aus einem u-förmigen Leiterabschnitt 50, dessen Steg 51 parallel zu einer Stirnseite des Kerns 11 und dessen beide Schenkel parallel zu einer Mantellinie oder zur Mittelachse des Kerns verlaufen. Bei der Ausführung nach der Fig. 2 ist der innerhalb des Kerns befindliche Steg 52 um die radiale Dicke D ver­ längert ausgebildet, so daß der verlängerte Bereich 53 in Pfeilrichtung P umgebogen werden kann, so daß das freie Ende des Abschnittes 53 mit dem Ende des Schenkel 51 der nächsten Windung stoffschlüssig verbunden werden kann.

Die Fig. 3 zeigt die Anordnung gemäß Fig. 2 nach Beendigung der Abkantung bzw. des Abbiegens des Abschnittes 53.

Auf diese Weise wird, wie aus Fig. 1 ersichtlich ist, eine Aufbringung der einzelnen Windungen gleichmäßig am Umfang verteilt erreicht und durch Anschließen von ent­ sprechenden Ausgangsleiterteilstücken 22 und 23 der Stromwandler fertig gestellt.

Die Fig. 4 zeigt nun eine weitere Anordnung der Erfindung.

Zur Herstellung einer Windung, die um den Kern herumgelegt werden soll, wird ein Leiterteilstück 60 vorgesehen, dessen Länge gleich der axialen Länge plus zweimal der radialen Dicke des Kerns 11 plus etwas mehr als einmal der gesamten axialen Länge des Kerns 11 beträgt. Das Leiterteilstück 60 wird dann ins Innere des Kerns 11 einge­ führt und in einem ersten Montageschritt in Pfeilrichtung P₁/P₂ so gebogen, daß je ein Bereich 61 und 62 radial nach außen vorragt und dabei die beiden Stirnflächen über­ deckt (strichliert dargestellt). So dann werden die die Außenfläche des Kerns überra­ genden Abschnitte 63, 64 in Pfeilrichtung P'₁/P'₂ umgebogen, so daß sie auf der Au­ ßenfläche des Kerns 11 aufliegen (strichpunktiert dargestellt); danach können die frei­ en Enden 63 und 64 mit den entsprechenden benachbarten Windungen verbunden werden.

Die Ausführungsformen nach Fig. 2 und 3 sowie 4 enthalten einen Montageschritt, wo­ nach der Schenkel 51 oder der Schenkel 63 bzw. 64 verdreht werden müssen. Zu die­ sem Zweck wird ein Ring verwendet, der an seiner Innenseite eine der Anzahl und der Abmessungen entsprechender Anzahl von innenzahnradartigen axial verlaufenden Wellen aufweist; dieser Ring wird dann über die montierten Windungen vor dem Verlö­ ten geschoben und danach um jeweils einen Winkel verdreht, der dem Abstand der Windungen an der Peripherie entspricht, so daß die Enden der einen Windung jeweils mit den Enden der benachbarten Windungen verbunden werden können. Der Ring be­ findet sich dabei außerhalb des Wandlers.

Zur Montage der einzelnen Leiterteilstücke 60 kann ein zylindrisches Element mit einer Außenverzahnung vorgesehen werden, deren Außenumfang dem Innenumfang bzw. Außendurchmesser dem Innendurchmesser des Kerns angepaßt ist; in die axial verlau­ fenden Rillen werden die Leiterteilstücke 60 eingelegt und zusammen mit dem zylindri­ schen Element ins Innere des Kerns eingefügt. So dann werden die überstehenden En­ den umgebogen, wie in Fig. 4 dargestellt.

Dabei besteht natürlich auch die Möglichkeit, das Leiterteilstück 60 so einzubinden, daß z. B. der Schenkelbereich 62 die eine Stirnfläche überdeckt, wogegen der Schenkel 61 so lang gewählt ist, daß er sowohl die andere Stirnfläche als auch die axiale Länge des Kerns 11 übergreift.

Bei der Ausführung nach Fig. 5 und 6 wird eine weitere Erleichterung der Herstellung einer Wicklung erzielt. Zu diesem Zweck werden aus einem rechteckigen Blechteil, dessen Länge der Länge des Leiterstücks 60 und dessen Breite dem Innenumfang des Kerns entspricht, in einem ersten Abschnitt 65 Schlitze 66 und 67, in einem zweiten Ab­ schnitt 68 Schlitze 69 und 70 sowie in einem dritten Abschnitt 71 Schlitze 72 und 73 usw. ausgestanzt. Durch die Schlitze 66, 67; 69, 70; 72, 73 entstehen Lamellen 74, 75; 76, 77; 78, 79. Die Schlitze 66, 69 und 72 sind so gegeneinander versetzt, daß bei­ spielsweise die Lamelle 75 mit der Lamelle 78 fluchtet. Man erkennt in Fig. 5, daß die Lamellen 74, 76 und 78 jeweils mittels eines Verbindungssteges 80 und 81 miteinander verbunden sind, der schräg verläuft, und zwar etwa in einem Winkel von zirka 40 Grad bezogen auf die Längsachse der Lamellen. In entsprechender Weise ist die Lamelle 75 mit der Lamelle 77 über einen schrägen und parallel zum Verbindungssteg 80 verlau­ fenden Verbindungssteg 82 und die Lamelle 77 mit der Lamelle 79 über einen entspre­ chenden Verbindungssteg 83 miteinander verbunden.

Die Reihe der Lamellen 74, 76 und 78 ist mit der Reihe der Lamellen 75, 77 und 79 zu­ sätzlich über Kupplungsstege 84 und 85 verbunden, so daß die beiden Reihen mitein­ ander eine Einheit bilden. An die Reihe der Lamellen 75, 77 und 79 schließen sich dann entsprechende weitere Lamellenreihen an.

Die Fig. 6 zeigt in spiegelverkehrter Form einen Teilbereich mit Verbindungsstegen und Kupplungsstegen. An der Lamelle 74 schließt der Verbindungssteg 80 an; an der La­ melle 75 schließt der Verbindungssteg 82 an, wobei über den Verbindungssteg 80 bzw. 82 die Lamellen 76 und 77 mit ihren zugehörigen Lamellen 74 und 75 verbunden sind. Die Reihe der Lamellen 74, 76 ist über den Kupplungssteg 84 mit der Reihe der La­ mellen 75, 77 verbunden; die Reihe der Lamellen 75 und 77 sind mit der Reihe der dar­ an anschließenden Lamellen mit dem Kupplungsstück 86 verbunden.

Auf diese Weise wird ein Rohling gebildet, der zu einem Zylinder umgebogen werden kann, der dann ins Innere eines Kerns einfügbar ist. Dabei ist die Länge des Bereiches 68 gleich der axialen Länge des Kerns; die Länge der Lamellen 74, 75 im Bereich 65 und die der Lamellen 78 und 79 entsprechen der Länge des Abschnittes 62 bzw. 62 des Leiterteilstücks 60 nach der Fig. 4.

Nach dem die Lamellen 74 und 75 sowie 78 und 79 so umgebogen sind wie die Schen­ kel 61, 62; 63, 64, können dort die entsprechenden, sich gegenüberstehenden bzw. berührenden Lamellen 75 und 78 miteinander verschweißt werden. Danach werden die Kupplungsstege 84 und 86 durch Laserschweißen aufgetrennt, so daß jeweils eine Rei­ he von Lamellen 74, 76, 78 von der benachbarten Reihe der Lamellen 75, 77 und 79 elektrisch isoliert und getrennt ist, usw. Zur Verdeutlichung sind die "stehenbleibenden" Bereiche schraffiert; die innerhalb der strichlierten Linien befindlichen Kupplungsstege sind entfernt und daher nicht schraffiert.

Es besteht die Möglichkeit, die einzelnen innen bzw. außen befindlichen Leiterteilstücke mittels Isolierelemente zueinander festzulegen und sie gegebenenfalls auch in Isolier­ mittel einzubetten, so daß die endgültige Bewicklung mit gleichmäßig am Umfang ver­ teilten Windungen gebildet ist.

Claims (6)

1. Stromwandler, für einen Fehlerstromschutzschalter, mit einem ringförmigen Kern, vorzugsweise einem Ringbandkern, der eine Primärwicklung und eine Sekundär­ wicklung mit wenigstens einer Windung enthält, die durch den Innenraum des Kerns hindurchgeführt ist, wobei jede einzelne Windung der Sekundärwicklung durch einen um den Kern herumgebogenen starren Leiterabschnitt gebildet ist, dessen beide Enden mit je einer benachbarten Windung durch stoffschlüssige Verbindung, vorzugsweise Laserschweißen oder Elektrodenstrahlschweißen, auf der Außenseite des Kerns ver­ bunden sind, dadurch gekennzeichnet, daß jede Windung aus einem u-förmigen, unter­ schiedlich lange Schenkel aufweisenden Leiterabschnitt gebildet ist, wobei die Schenkel parallel zu den Mantellinien innerhalb und außerhalb des Kerns verlaufen und dessen Steg die eine Stirnfläche des Kerns überdeckt, und daß einer der Schenkel etwa die Länge des Kerns aufweist und der andere Schenkel um etwa die radiale Dicke des Kerns verlängert ist und dieser verlängerte Abschnitt über die andere Stirnfläche paral­ lel zu dieser gebogen und mit dem benachbarten Schenkel der nächsten Windung ver­ bunden ist.

2. Stromwandler nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Außen­ schenkel der kürzere Schenkel ist.

3. Verfahren zur Herstellung einer Sekundärwicklung für einen Stromwandler, dadurch gekennzeichnet, daß aus einem Blechteil drei Bereiche mit langgestreckten parallel verlaufenden Aussparungen und dazwischen befindlichen parallelverlaufenden Lamellen ausgestanzt werden, wobei die langgestreckten, an den senkrecht dazu ver­ laufenden Kanten anschließenden Aussparungen je um den Abstand zweier nebenein­ ander liegender Aussparungen gegeneinander versetzt sind daß die Aussparungen des einen Bereiches etwa mittig zu denen des angrenzenden Bereiches zugeordnet sind, so daß zwischen den Aussparungen befindliche Lamellen eines Bereiches mittels schräg dazu verlaufender Verbindungsstege mit denen des anschließenden Bereiches ver­ bunden sind, und die Verbindungsstege mit benachbarten miteinander mittels Kupp­ lungsstegen verbunden bleiben, daß die dadurch entstehende Lamellenform zylin­ drisch gebogen wird, wobei die Aussparungen parallel zu den Mantellinien verlaufen, daß nach Einfügen der zylindrischen Lamellenform ins Innere des Wandlerkerns die Kupplungsstege durchtrennt und die aus dem Kern stirnseitig herausragenden Lamel­ lenabschnitte nach außen so umgebogen werden, daß die freien Enden der Lamellen aufeinander zu liegen kommen und danach miteinander verschweißt werden.

4. Stromwandler mit einer nach dem Verfahren gemäß Anspruch 3 hergestellten Sekundärwicklung, dadurch gekennzeichnet, daß die Sekundärwicklung drei Bereiche mit parallelen Lamellen aufweist, deren mittlerer Bereich der Länge des Kerns ent­ spricht und sich innerhalb des Kerns befindet, daß die Lamellen der beidseitig daran anschließenden Bereiche jeweils im halben Abstand über schräge Verbindungsstege miteinander verbunden sind, wobei ihre Länge der radialen Dicke plus etwa der halben axialen Länge des Kerns entspricht, wobei jede Lamelle des einen äußeren Bereiches in Verlängerung der jeweils danebenliegenden Lamelle des anderen äußeren Bereiches verläuft, und daß die Lamellen auf die Außenseite des Kerns umgebogen sind, so daß die Enden der einander zugehörigen Lamellen die jeweils benachbarte Lamelle berüh­ ren und miteinander verbunden sind und so eine Windung bilden.

5. Stromwandler nach einem der vorigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Leiterabschnitte durch starren Leiterdraht gebildet sind.

6. Stromwandler nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß jeder Leiterabschnitt die Form eines Flachbandleiters aufweist.