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Die vorliegende Erfindung betrifft eine Strommessanordnung zum Messen einer Stromstärke in einem galvanisch von der Strommessanordnung getrennten Primärleiter gemäß dem Oberbegriff des Patentanspruchs 1.
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Strommessanordnungen zum Messen einer Stromstärke in einem galvanisch von der Strommessanordnung getrennten Primärleiter sind aus dem Stand der Technik bekannt. Magnetoresistive(MR-)Sensoren, insbesondere GMR-Sensoren, stellen dabei eine Alternative zu Hall-Sensoren dar. Die Hauptvorteile im Vergleich zu Hall-Sensoren liegen im einfacheren Systemaufbau, der größeren Störsicherheit, dem geringeren Rauschen und der stark reduzierten Fremdfeldempfindlichkeit.
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Bei MR-basierten Sensoren bieten sich voll integrierte Lösungen an, wobei die MR-Elemente als Backendprozess im Rahmen eines CMOS-Prozesses aufgebracht werden, wodurch sie keine zusätzliche Chipfläche beanspruchen. Für viele Anwendungen werden jeweils vier MR-Elemente zu einer Wheatstone-Brücke verschaltet, um eine genaue, von Temperaturschwankungen, Fremdfeldern und anderen Störeinflüssen nur wenig beeinflusste, Messung zu erreichen. Entsprechende Strommessanordnungen sind beispielsweise aus der
DE 10 2008 034 577 A1 und aus der
DE 10 2008 061 014 A1 bekannt.
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1 zeigt in schematischer Darstellung einen Schnitt durch eine erste Strommessanordnung 100 gemäß dem Stand der Technik. 2 zeigt eine schematisierte Aufsicht auf die erste Strommessanordnung 100 gemäß dem Stand der Technik. Die erste Strommessanordnung 100 ist dazu vorgesehen, eine Stromstärke eines in einer U-förmigen Schleife eines Primärleiters 400 fließenden elektrischen Stroms zu messen.
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Die erste Strommessanordnung 100 weist einen ersten Schaltungsträger 200 mit einer ersten Oberseite 210 und einer der ersten Oberseite 210 gegenüberliegenden ersten Unterseite 220 auf. Der erste Schaltungsträger 200 besteht bevorzugt aus einem elektrisch leitenden Material, beispielsweise aus einem Halbleitersubstrat. Der erste Schaltungsträger 200 kann auch aus einem anderen elektrisch leitenden Material, beispielsweise aus einem mit einer leitfähigen Komponente verfüllten Leiterplattenmaterial, bestehen.
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Auf der ersten Oberseite 210 des ersten Schaltungsträgers 200 ist eine Strommessschaltung 230 angeordnet, die in 1 nicht ausführlich dargestellt ist. Die Strommessschaltung 230 ist dazu vorgesehen, die Stärke eines durch einen Stromfluss im Primärleiter 400 erzeugten Magnetfelds zu messen und anhand der gemessenen Magnetfeldstärke auf die Stromstärke des im Primärleiter 400 fließenden elektrischen Stroms rückzuschließen. Die Strommessschaltung 230 kann beispielsweise vier magnetoresistive Widerstände aufweisen, die als Wheatstone-Brücke verschaltet sind. Die Strommessschaltung 230 kann im Open-Loop- oder im Closed-Loop-Betrieb betrieben werden.
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Die erste Unterseite 220 des ersten Schaltungsträgers 200 ist auf einem Isolationselement 300 angeordnet. Der erste Schaltungsträger 200 ist auf dem Isolationselement 300 von einer Vergussmasse 110 umschlossen, um den Schaltungsträger 200 vor Beschädigungen zu schützen.
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Das Isolationselement 300 wiederum ist auf dem Primärleiter 400 angeordnet. Das Isolationselement 300 besteht aus einem elektrisch isolierenden Material, beispielsweise aus Leiterplattenmaterial. Insbesondere kann das Isolationselement 300 aus FR4-Leiterplattenmaterial bestehen. Das Isolationselement 300 bewirkt eine galvanische Trennung zwischen der Strommessschaltung 230 und dem Primärleiter 400.
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Falls sich in der Umgebung des Primärleiters 400 ein weiterer stromführender elektrischer Leiter befindet, so bewirkt auch der Stromfluss in diesem weiteren Leiter ein magnetisches Feld, das die Messung der Strommessschaltung 230 störend beeinflusst. Eine einfache Fehlerabschätzung ergibt, dass der durch den Störstrom im benachbarten weiteren Leiter hervorgerufene Fehler direkt proportional zum Abstand zwischen dem ersten Schaltungsträger 200 und dem Primärleiter 400 ist. Das bedeutet, dass eine durch externe Störeinflüsse hervorgerufene Störung umso geringer ausfällt, je näher der erste Schaltungsträger 200 am Primärleiter 400 angeordnet ist. Demnach sollte das Isolationselement 300 möglichst dünn ausgebildet sein.
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Da der erste Schaltungsträger 200 und der Primärleiter 400 galvanisch voneinander getrennt sind, können sich der erste Schaltungsträger 200 und der Primärleiter 400 auf unterschiedlichen elektrischen Potentialen befinden. Die Potentialdifferenz kann, je nach Anwendungsfall, bis zu einige tausend Volt betragen. Entsprechend bildet sich zwischen dem Primärleiter 400 und dem ersten Schaltungsträger 200 ein elektrisches Feld aus, dessen zum Abstand zwischen Primärleiter 400 und erstem Schaltungsträger 200 indirekt proportionale Feldstärke umso größer ist, je geringer der Abstand zwischen Primärleiter 400 und erstem Schaltungsträger 200 ist. Gleichzeitig weist das zwischen dem Primärleiter 400 und dem ersten Schaltungsträger 200 angeordnete Isolationselement 300 nur eine begrenzte Durchschlagsfestigkeit auf. Übersteigt der Betrag der Feldstärke des genannten elektrischen Feldes einen materialabhängigen Grenzwert, so kann es zu einem elektrischen Durchschlag durch das Isolationselement 300 kommen, der eine Beschädigung der ersten Strommessanordnung 100 und mit dem Primärleiter 400 verbundener Schaltungsteile zur Folge haben kann.
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3 zeigt in schematisierter Darstellung das Ergebnis einer ersten Feldstärkensimulation 500. Dargestellt ist ein Schnitt durch einen Teil des ersten Schaltungsträgers 200 mit der ersten Oberseite 210 und der ersten Unterseite 220. Außerdem sind Äquipotentiallinien eines elektrischen Feldes für den Fall einer Potentialdifferenz von 10 kV zwischen dem ersten Schaltungsträger 200 und dem Primärleiter 400 eingezeichnet. Erkennbar ist, dass in einem großen zweiten Bereich 520 eine zulässige Feldstärke nicht überschritten wird. Lediglich in zwei kleinen ersten Bereichen 510 unzulässig hoher Feldstärke wird eine zulässige Feldstärke überschritten. Diese ersten Bereiche 510 unzulässig hoher Feldstärke sind in der Umgebung der Außenkanten der ersten Oberseite 210 und der ersten Unterseite 220 des ersten Schaltungsträgers 200 angeordnet. In diesen ersten Bereichen 510 unzulässig hoher Feldstärke kann es zu einem dielektrischen Spannungsdurchbruch kommen. Um einen solchen Spannungsdurchbruch zu vermeiden, ist es bei der ersten Strommessanordnung 100 gemäß dem Stand der Technik üblich, die maximal zulässige Potentialdifferenz zwischen dem ersten Schaltungsträger 200 und dem Primärleiter 400 auf einen vergleichsweise niedrigen Wert von beispielsweise 5 kV zu begrenzen. Dies schränkt den Einsatzbereich der ersten Strommessanordnung 100 gemäß dem Stand der Technik stark ein.
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Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es daher, eine verbesserte Strommessanordnung bereitzustellen. Diese Aufgabe wird durch eine Strommessanordnung mit den Merkmalen des Anspruchs 1 gelöst. Bevorzugte Weiterbildungen sind in den abhängigen Ansprüchen angegeben.
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Eine erfindungsgemäße Strommessanordnung zum Messen einer Stromstärke in einem galvanisch von der Strommessanordnung getrennten Primärleiter weist einen Schaltungsträger mit einer Oberseite und einer der Oberseite gegenüberliegenden Unterseite auf. Dabei ist auf der Oberseite des Schaltungsträgers eine Strommessschaltung angeordnet. Außerdem ist mindestens eine Kante des Schaltungsträgers verrundet. Im Rahmen der Erfindung wurde erkannt, dass die Problematik des dielektrischen Durchbruchs bei bekannten Strommessanordnungen mit dünnen Isolationselementen auf ein inhomogenes Feld im Randbereich des Schaltungsträgers der Strommessanordnung zurückgeführt werden kann. Vorteilhafterweise bewirkt eine Verrundung mindestens einer Kante des Schaltungsträgers eine positive Beeinflussung des Verlaufes des elektrischen Feldes, was eine effektiv auftretende Maximalfeldstärke erheblich reduziert. Vorteilhafterweise kann dann bei gleicher Potentialdifferenz zwischen dem Schaltungsträger und dem Primärleiter die Dicke des Isolationselements reduziert werden, wodurch sich die Messgenauigkeit der Strommessanordnung erhöht. Alternativ kann vorteilhafterweise bei gegenüber dem Stand der Technik unveränderter Dicke des Isolationselements mit einer wesentlich höheren Potentialdifferenz zwischen dem Schaltungsträger und dem Primärleiter gearbeitet werden. Dadurch erschließen sich der erfindungsgemäßen Strommessanordnung vorteilhafterweise neue Einsatzgebiete.
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Bevorzugt sind alle Kanten der Oberseite des Schaltungsträgers abgerundet. Vorteilhafterweise wird dadurch ein Überschreiten einer zulässigen Maximalfeldstärke in allen Bereichen um die Oberseite des Schaltungsträgers verhindert.
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Ebenfalls bevorzugt sind alle Kanten der Unterseite des Schaltungsträgers abgerundet. Vorteilhafterweise wird dann auch ein Überschreiten einer zulässigen Maximalfeldstärke in allen Bereichen um die Unterseite des Schaltungsträgers verhindert.
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In einer Weiterbildung der Strommessanordnung sind auch alle die Oberseite mit der Unterseite des Schaltungsträgers verbindenden Kanten des Schaltungsträgers abgerundet. Vorteilhafterweise bewirkt dies eine weitere Reduzierung der effektiv auftretenden elektrischen Maximalfeldstärke.
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In einer Ausführungsform der Strommessanordnung weist der Schaltungsträger ein elektrisch leitendes Material auf. Vorteilhafterweise befindet sich dann der gesamte Schaltungsträger auf einem gemeinsamen elektrischen Potential.
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In einer besonders bevorzugten Ausführungsform weist der Schaltungsträger ein Halbleitermaterial auf. Vorteilhafterweise kann die Strommessschaltung dann mit den etablierten Methoden der Halbleiterprozessierung hergestellt werden.
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Es ist zweckmäßig, dass die Unterseite des Schaltungsträgers auf einem Isolationselement angeordnet ist, das dazu vorgesehen ist, über dem Primärleiter angeordnet zu werden. Vorteilhafterweise bewirkt das Isolationselement dann eine elektrische Trennung zwischen der Strommessanordnung und dem Primärleiter.
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Besonders bevorzugt ist das Isolationselement vorgesehen, über einer U-förmigen Schleife des Primärleiters angeordnet zu werden. Vorteilhafterweise ist dadurch eine besonders genaue Messung einer Stromstärke eines im Primärleiter fließenden elektrischen Stroms möglich.
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Bevorzugt besteht das Isolationselement aus FR4-Leiterplattenmaterial. Vorteilhafterweise ist das Isolationselement dann kostengünstig herstellbar.
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In einer Ausführungsform der Strommessanordnung weist der Schaltungsträger eine entlang einer Außenkante des Schaltungsträgers zumindest abschnittsweise umlaufend angeordnete Wulst aus leitfähigem Material auf. Vorteilhafterweise bewirkt auch eine solche Wulst eine Verrundung der Kanten des Schaltungsträgers und reduziert dadurch die maximal auftretende effektive elektrische Feldstärke.
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Bevorzugt ist die Wulst entlang einer Außenkante der Oberseite des Schaltungsträgers angeordnet. Vorteilhafterweise hat sich dies als sehr wirkungsvoll erwiesen.
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Bevorzugt weist die Wulst einen näherungsweise kreisförmigen Querschnitt auf. Vorteilhafterweise bietet ein kreisförmiger Querschnitt eine besonders gleichmäßige Rundung, wodurch sichergestellt ist, dass in keinem Bereich in der Umgebung des Schaltungsträgers eine zulässige elektrische Feldstärke überschritten wird.
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Es ist zweckmäßig, dass die Wulst aus Leitgraphit in einer Matrix, aus Industrieruß, aus Leitsilber, aus Lötpaste oder aus mit leitfähigem Material versetztem Kunststoff besteht. Vorteilhafterweise eignen sich alle diese Materialien für eine automatisierte Herstellung der Wulst.
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In einer Ausführungsform der Strommessanordnung ist die Wulst mittels eines Druckverfahrens aufgebracht worden. Bevorzugt eignen sich Druckverfahren gut für eine kostengünstige Massenproduktion.
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In einer alternativen Ausführungsform der Strommessanordnung ist die Wulst durch ein Bestückungsverfahren aufgebracht worden. Vorteilhafterweise kann die Wulst dann im Rahmen einer ohnehin notwendigen Bestückung der Strommessschaltung aufgebracht werden.
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Bevorzugt weist die Strommessschaltung ein Bauelement mit einem von einem äußeren Magnetfeld abhängigen Widerstand auf. Vorteilhafterweise erlauben derartige magnetoresistive Widerstände eine sehr genaue Messung eines durch einen Stromfluss verursachten Magnetfelds.
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Besonders bevorzugt weist die Strommessschaltung vier Bauelemente mit von einem äußeren Magnetfeld abhängigen elektrischen Widerständen auf, die als Wheatstone-Brücke verschaltet sind. Vorteilhafterweise lassen sich dadurch Temperaturschwankungen, Fremdfelder und andere Störeinflüsse zumindest teilweise kompensieren.
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Die Erfindung wird nun anhand der beigefügten Figuren näher erläutert. Dabei zeigen:
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1 eine schematische Schnittdarstellung einer bekannten Strommessanordnung;
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2 eine Aufsicht auf die bekannte Strommessanordnung;
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3 eine Feldstärkensimulation der bekannten Strommessanordnung;
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4 einen Schnitt durch eine zweite Strommessanordnung gemäß einer Ausführungsform der Erfindung;
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5 einen Schnitt durch einen Schaltungsträger der zweiten Strommessanordnung;
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6 eine zweite Feldstärkensimulation unter Verwendung der zweiten Strommessanordnung;
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7 einen Schnitt durch eine dritte Strommessanordnung gemäß einer Ausführungsform der Erfindung;
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8 eine Aufsicht auf die dritte Strommessanordnung; und
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9 eine dritte Feldstärkensimulation unter Verwendung der dritten Strommessanordnung.
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4 zeigt einen Schnitt durch eine zweite Strommessanordnung 1100 gemäß einer ersten Ausführungsform der Erfindung. Komponenten der zweiten Strommessanordnung 1100, die Komponenten der ersten Strommessanordnung 100 gemäß dem Stand der Technik entsprechen, sind in 4 mit denselben Bezugszeichen versehen und werden nicht erneut ausführlich beschrieben. Die zweite Strommessanordnung 1100 dient dazu, eine Stromstärke eines in einem Primärleiter 400 fließenden elektrischen Stroms zu bestimmen.
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Die zweite Strommessanordnung 1100 weist einen zweiten Schaltungsträger 1200 mit einer zweiten Oberseite 1210 und einer der zweiten Oberseite 1210 gegenüberliegenden zweiten Unterseite 1220 auf. Der zweite Schaltungsträger 1200 weist bevorzugt ein elektrisch leitendes Material auf. Hierbei kann es sich um ein Halbleitermaterial oder um ein anderes elektrisch leitendes Material, beispielsweise um mit einer leitfähigen Komponente verfülltes Leiterplattenmaterial, handeln.
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Auf der zweiten Oberseite 1210 des zweiten Schaltungsträgers 1200 ist eine Strommessschaltung 230 angeordnet, die prinzipiell aus dem Stand der Technik bekannt ist. Die Strommessschaltung 230 ist ausgebildet, die Stärke eines Magnetfelds zu ermitteln, das durch den im Primärleiter 400 fließenden elektrischen Strom verursacht wird, und anhand der Magnetfeldstärke auf die Stromstärke des im Primärleiter 400 fließenden Stroms zu schließen. Die Strommessschaltung 230 kann eines oder mehrere Bauelemente mit von einem äußeren Magnetfeld abhängigem elektrischen Widerstand aufweisen. Bevorzugt weist die Strommessschaltung 230 vier solche Bauelemente auf, die als Wheatstone-Brücke verschaltet sind. Alternativ oder zusätzlich kann die Strommessschaltung 230 auch einen oder mehrere Hall-Sensoren umfassen. Die Strommessschaltung 230 kann eine Open-Loop- oder eine Closed-Loop-Schaltung sein.
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Die zweite Unterseite 1220 des zweiten Schaltungsträgers 1200 ist auf einem Isolationselement 300 angeordnet. Das Isolationselement 300 besteht aus einem elektrisch isolierenden Material, bevorzugt aus einem Leiterplattenmaterial, und ist als dünne Platte ausgebildet. Das Isolationselement 300 wiederum wird auf den Primärleiter 400 angeordnet und isoliert den zweiten Schaltungsträger 1200 elektrisch vom Primärleiter 400. Der zweite Schaltungsträger 1200 ist auf dem Isolationselement 300 in eine Vergussmasse 110 eingegossen. Die Vergussmasse 110 dient dem Schutz des zweiten Schaltungsträgers 1200 und der auf dem zweiten Schaltungsträger 1200 angeordneten Strommessschaltung 230. Die Vergussmasse 110 kann auch entfallen.
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5 zeigt einen Schnitt durch den zweiten Schaltungsträger 1200 in einer vergrößerten Darstellung. Erkennbar ist, dass der zweite Schaltungsträger 1200 eine im Wesentlichen quaderförmige Grundform aufweist. Allerdings ist in 5 erkennbar, dass alle die zweite Oberseite 1210 des zweiten Schaltungsträgers 1200 begrenzenden Außenkanten und alle die zweite Unterseite 1220 des zweiten Schaltungsträgers 1200 begrenzenden Außenkanten abgerundet sind. In der Schnittdarstellung der 5 sind eine abgerundete erste obere Kante 1211 und eine abgerundete zweite obere Kante 1212, sowie eine abgerundete erste untere Kante 1221 und eine abgerundete zweite untere Kante 1222 sichtbar. Auch die die zweite Oberseite 1210 mit der zweiten Unterseite 1220 verbindenden Außenkanten des zweiten Schaltungsträgers 1200 können abgerundet sein. In vereinfachten Ausführungsformen sind nur einige der genannten Kanten des zweiten Schaltungsträgers 1200 abgerundet. Das Abrunden der Kanten des zweiten Schaltungsträgers 1200 kann beispielsweise durch Anschleifen erfolgt sein.
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6 zeigt in schematisierter Darstellung ein Ergebnis einer zweiten Feldstärkensimulation 1500. Dargestellt ist ein Schnitt durch einen Teil des zweiten Schaltungsträgers 1200 mit der zweiten Oberseite 1210 und der zweiten Unterseite 1220 sowie der abgerundeten ersten oberen Kante 1211 und der abgerundeten ersten unteren Kante 1221. Außerdem sind Äquipotentiallinien des Betrags eines elektrischen Feldes für den Fall dargestellt, dass zwischen dem zweiten Schaltungsträger 1200 und dem Primärleiter 400 eine Potentialdifferenz von 10 kV besteht. Erkennbar ist, dass das simulierte elektrische Feld nur dritte Bereiche 1520 umfasst, in denen eine maximal zulässige elektrische Feldstärke nicht überschritten ist. Die zulässige elektrische Feldstärke ist also in keinem Bereich des elektrischen Feldes überschritten, so dass ein Spannungsdurchbruch nicht zu befürchten ist. Ein Vergleich mit der ersten Feldstärkensimulation 500 der 3 zeigt, dass bei der zweiten Strommessanordnung 1200 durch die Abrundung der Kanten 1211, 1221 des zweiten Schaltungsträgers insbesondere keine ersten Bereiche 510 unzulässig hoher Feldstärke auftreten.
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Somit kann bei der zweiten Strommessanordnung 1100 im Vergleich zur ersten Strommessanordnung 100 bei gleicher Spannungsfestigkeit des Isolationselements 300 eine höhere Potentialdifferenz zwischen dem zweiten Schaltungsträger 1200 und dem Primärleiter 400 auftreten, ohne dass es zu einem Spannungsdurchbruch kommt. Alternativ kann bei der zweiten Strommessanordnung 1100, im Vergleich zur ersten Strommessanordnung 100, bei gleicher Potentialdifferenz zwischen dem zweiten Schaltungsträger 1200 und dem Primärleiter 400, die Dicke und somit die Spannungsfestigkeit des Isolationselements 300 geringer gewählt werden, ohne dass ein Spannungsdurchbruch zu befürchten ist. Durch eine reduzierte Dicke des Isolationselements 300 lässt sich die Messgenauigkeit der zweiten Strommessanordnung 1100 erhöhen. Alternativ kann das Isolationselement 300 bei der zweiten Strommessanordnung 1100 auch aus einem weniger spannungsfesten und damit kostengünstigeren. Material bestehen als bei der ersten Strommessanordnung 100.
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7 zeigt einen Schnitt durch eine dritte Strommessanordnung 2100 gemäß einer zweiten Ausführungsform der Erfindung. 8 zeigt eine Aufsicht auf die dritte Strommessanordnung 2100. Komponenten der dritten Strommessanordnung 2100, die Komponenten der zweiten Strommessanordnung 1100 entsprechen, sind mit denselben Bezugszeichen versehen und werden nicht nochmals ausführlich erläutert. Die dritte Strommessanordnung 2100 dient dazu, eine Stromstärke eines im Primärleiter 400 fließenden elektrischen Stroms zu ermitteln.
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Die dritte Strommessanordnung 2100 umfasst einen dritten Schaltungsträger 2200 aus einem elektrisch leitenden Material, beispielsweise aus einem Halbleitermaterial. Der dritte Schaltungsträger 2200 weist eine dritte Oberseite 2210 und eine der dritten Oberseite 2210 gegenüberliegende dritte Unterseite 2220 auf. Auf der dritten Oberseite 2210 des dritten Schaltungsträgers 2200 ist eine Strommessschaltung 230 der bereits beschriebenen Art angeordnet.
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Die dritte Unterseite 2220 des dritten Schaltungsträgers 2200 ist auf einem Isolationselement 300 angeordnet. Der dritte Schaltungsträger 2200. ist auf dem Isolationselement 300 in einer Vergussmasse 110 eingegossen. Das Isolationselement 300 ist dazu vorgesehen, auf dem Primärleiter 400 angeordnet zu werden. Die Vergussmasse 110 kann entfallen.
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In 7 ist erkennbar, dass sich der dritte Schaltungsträger 2200 vom ersten Schaltungsträger 200 der ersten Strommessanordnung 100 dadurch unterscheidet, dass er eine umlaufende Randwulst 2240 aufweist. Die Randwulst 2240 besteht aus einem elektrisch leitenden Material, beispielsweise aus Leitgraphit in einer Matrix, aus Industrieruß, aus Leitsilber, aus Lötpaste oder aus einem mit einem leitfähigen Material versetzten Kunststoff. Die Randwulst 2240 weist einen in etwa kreisförmigen Querschnitt auf und ist umlaufend entlang einer die dritte Oberseite 2210 des dritten Schaltungsträgers 2200 begrenzenden Außenkante angeordnet.
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Bevorzugt ist die Randwulst 2240 so angeordnet, dass die die dritte Oberseite 2210 begrenzende Außenkante des dritten Schaltungsträgers 2200 vollständig von der Randwulst 2240 abgedeckt wird und ein unterer Bereich des Außenumfangs der Randwulst 2240 bündig mit der dritten Unterseite 2220 des dritten Schaltungsträgers 2200 abschließt. Dies bedeutet, dass die die dritte Oberseite 2210 mit der dritten Unterseite 2220 verbindenden Außenflächen des dritten Schaltungsträgers 2200 durch die Randwulst 2240 komplett abgedeckt werden. Außerdem steht die Randwulst 2240 über die dritte Oberseite 2210 des dritten Schaltungsträgers 2200 über. Insgesamt bildet die dritte Randwulst 2340 damit eine verrundete Kante 2211 des dritten Schaltungsträgers 2200.
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Alternativ kann die Randwulst 2240 einen geringeren Durchmesser aufweisen, so dass ein unterer Bereich des Außenumfangs der Randwulst 2240 an einer die dritte Oberseite 2210 mit der dritten Unterseite 2220 verbindenden Außenfläche des dritten Schaltungsträgers 2200 anliegt, anstatt bündig mit der dritten Unterseite 2220 des dritten Schaltungsträgers 2200 abzuschließen. Die von der Randwulst 2240 dann nicht abgedeckten Außenkanten der dritten Unterseite 2220 des dritten Schaltungsträgers 2200 können dabei wie beim zweiten Schaltungsträger 1200 abgerundet sein.
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In einer vereinfachten Ausführungsform ist die Randwulst 2240 nicht vollständig umlaufend ausgebildet. Stattdessen umläuft die Randwulst 2240 in dieser Ausführungsform die dritte Oberseite 2210 des dritten Schaltungsträgers 2200 nur abschnittsweise. Auch hierbei können die Außenkanten des dritten Schaltungsträgers 2200 wie beim zweiten Schaltungsträger 1200 abgerundet sein.
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Die Randwulst 2240 kann beispielsweise mittels einer Drucktechnik, etwa Siebdruck, auf dem dritten Schaltungsträger 2200 aufgebracht worden sein. Die Randwulst 2240 kann aber auch mittels einer Bestückungstechnik in Verbindung mit einer Klebe- oder Fügetechnik vorgefertigter Teile, die durch Biegen, Stanzen oder Spritzgießen gefertigt sind, auf den dritten Schaltungsträger 2200 aufgebracht worden sein. Falls die Randwulst 2240 aus Leitsilber oder aus Lötpaste besteht, ist es zweckmäßig, die dritte Oberseite 2210 des dritten Schaltungsträgers 2200 vor dem Aufbringen der Randwulst 2240 zunächst geeignet vorzubehandeln.
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9 zeigt in schematisierter Darstellung die Ergebnisse einer dritten Feldstärkensimulation 2500. Dargestellt ist ein Schnitt durch einen Teil des dritten Schaltungsträgers 2200 mit der dritten Oberseite 2210, der dritten Unterseite 2220 und der die verrundete Kante 2211 bildenden Randwulst 2240. Außerdem sind Äquipotentiallinien des Betrags eines elektrischen Feldes für den Fall dargestellt, dass zwischen dem dritten Schaltungsträger 2200 und dem Primärleiter 400 eine Potentialdifferenz von 10 kV besteht. Erkennbar ist, dass, wie bei der zweiten Feldstärkensimulation 1500 der 6 und im Unterschied zur ersten Feldstärkensimulation 500 der 3, keine ersten Bereiche 510 mit unzulässig hoher Feldstärke auftreten. Stattdessen weist das elektrische Feld nur vierte Bereiche 2520 mit zulässiger Feldstärke auf.
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Somit ist auch bei der dritten Strommessanordnung 2100 kein Spannungsdurchbruch zu befürchten. Damit kann auch die dritte Strommessanordnung 2100 im Vergleich zur ersten Strommessanordnung 100 mit einer höheren Potentialdifferenz zwischen dem dritten Schaltungsträger 2200 und dem Primärleiter 400 betrieben werden. Alternativ kann bei gleicher Potentialdifferenz zwischen dem dritten Schaltungsträger 2200 und dem Primärleiter 400 im Vergleich zur ersten Strommessanordnung 100 ein Isolationselement 300 mit geringerer Spannungsfestigkeit verwendet werden. Dies erlaubt es, den dritten Schaltungsträger 2200 näher am Primärleiter 400 anzuordnen, wodurch durch Fremdfelder hervorgerufene Störbeeinflussungen der Strommessschaltung 230 auf dem dritten Schaltungsträger 2200 reduziert werden.
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Insgesamt weisen bei den erfindungsgemäßen Strommessanordnungen 1100, 2100 die die Strommessschaltung 230 tragenden Schaltungsträger 1200, 2200 verrundete Außenkanten auf. Die verrundeten Außenkanten bewirken eine positive Beeinflussung des Verlaufs des elektrischen Feldes und verhindern dadurch, dass das elektrische Feld in Randbereichen der Schaltungsträger 1200, 2200 zulässige Maximalwerte überschreitet.
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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- DE 102008034577 A1 [0003]
- DE 102008061014 A1 [0003]
