DE19509110A1 - Strommeßeinrichtung - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft eine Strommeßeinrichtung nach dem Oberbegriff des Patentanspruches 1.

Eine derartige Einrichtung ist beispielsweise aus der EP 0 607 465 A1 bekannt.

Bei einer solchen, üblicherweise als Strommeßzange bezeichneten Meßeinrichtung, wird zum berührungslosen Messen des durch einen Leiter fließenden Stroms dieser von einem zweckmäßig geformten Kern aus Elektroblech oder anderem magnetisch leitenden Material, der zangenartig aufklappbar ist, umschlossen, um auf diese Weise den stromführenden Leiter zu umfassen und induktiv anzukoppeln. In eine auf dem Kern sitzende Spule wird dann durch den Stromfluß eine Spannung induziert, die mess- und weiterverarbeitbar ist.

Zum Erfassen des Stromflusses auf eine derartige induktive Weise ist es notwendig, daß der zu messende Leiter von dem magnetisch leitenden Kern umgeben ist. Andererseits ist es nur selten in der praktischen Anwendung möglich, einen auszumessenden Leiter an seinem Ende durch einen festen, geschlossenen Ringkern hindurchzuführen. Aus diesem Grunde wurde im beschriebenen Stand der Technik der Ringkern zangenartig aufklappbar gestaltet, um das Innere des Kerns zum Einführen des Leiters zu öffnen, und um im geschlossenen Zustand (Meßzustand) einen möglichst homogenen magnetischen Fluß entlang des Kerns zu gewährleisten.

Allerdings entsteht durch diese zangenartige Ausbildung mit zwei im geschlossenen Zustand an jeweils zwei Stellen aneinanderstoßenden Schenkeln das Problem, daß notwendigerweise durch den sich an den Stoßstellen bildenden Luftspalt eine Inhomogenität des Magnetfeldes und Streuverluste entstehen.

Derartige Streuverluste lassen sich zwar durch großen Anpreßdruck und geeignete Ausbildung der aufeinandertreffenden Schenkelflächen verringern, das Grundproblem durch die Inhomogenität bleibt jedoch erhalten.

Ferner ist aus der DE-OS 24 42 007 eine Strommeßzange der eingangs genannten Art bekannt, die allerdings eine sich über den gesamten teilbaren Meßrahmen erstreckende Spule aufweist. Hier wird das Problem des nachteiligen Stoßstelleneinflusses an den Trennstellen durch geeignete Ausbildung der Wicklung an diesen Trennstellen gelöst.

Eine derartige Anordnung ist aber durch den Wicklungsaufwand extrem aufwendig und bietet sich insbesondere nicht für den Einsatz in tragbaren, kostengünstig herzustellenden Geräten an.

Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es daher, eine Strommeßeinrichtung nach dem Oberbegriff des Patentanspruches 1 zu schaffen, bei der ein nachteiliger Einfluß auf die Meßempfindlichkeit durch Stoßstellen im magnetischen Kreis vermindert ist, und die trotzdem einfach und kostengünstig herzustellen ist.

Die Aufgabe wird durch die Strommeßeinrichtung mit den Merkmalen des Patentanspruches 1 gelöst.

Dadurch wird es insbesondere vorteilhaft ermöglicht, durch geeignete Wahl der Schlitzbreite die Strommeßeinrichtung auch für Leiter größeren Durchmessers einsetzbar zu machen, verglichen mit einem einzelnen geschlitzten Kern, da die Streuverluste an den Schlitzen stark verringert werden.

Vorteilhafte Weiterbildungen sind in den Unteransprüchen beschrieben.

So sind bevorzugt die beiden zueinander verdrehbaren Meßrahmen als geschlitzte Ringe, bevorzugt Scheiben, mit i.w. gleichem Durchmesser ausgebildet, was einerseits eine kostengünstige Herstellung erlaubt, und anderseits eine drehbare Lagerung leicht ermöglicht.

Alternativ können die Meßrahmen ein Querschnittsprofil aufweisen, das ineinander eingreifend verzahnt ausgebildet ist. Hierdurch werden beide Rahmen auch beim Verdrehen in einfacher Weise in reproduzierbarer Relativposition zueinander gehalten.

Bevorzugt sind die als geschlitzte Ringe bzw. Scheiben ausgebildeten Meßrahmen auf einem hohlzylindrischen Träger angeordnet, der auf einfache Weise für stabilen Halt und Verdrehbarkeit der Ringe zueinander sorgt.

Gemäß einer bevorzugten Weiterbildung ist die Strommeßeinrichtung mit einer Betätigungseinrichtung zum Verdrehen der Rahmen relativ zueinander versehen, wobei die gesamte Anordnung zweckmäßig in einem Gehäuse mit Handgriff angeordnet ist. In diesem für portablen Einsatz besonders geeigneten Gehäuse kann zweckmäßig eine Meß- und Auswertelektronik vorgesehen sein, die bevorzugt zusammen mit der Betätigung der Meßrahmenanordnung in die geschlossene Stellung nach einem Einführen eines zu messenden Leiters aktivierbar ist.

Weitere Vorteile, Merkmale und Einzelheiten der Erfindung ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung eines be­ vorzugten Ausführungsbeispieles sowie anhand der Zeichnung; diese zeigt in

Fig. 1 eine Prinzipansicht der Strommeß­ einrichtung in geöffnetem Zustand;

Fig. 2 eine Prinzipansicht der Strommeß­ einrichtung in geschlossenem Zu­ stand;

Fig. 3 eine seitliche Schnittansicht einer Strommeßzange mit der Strommeßein­ richtung in geöffnetem Zustand.

In den Fig. 1 und 2 ist das der Erfindung zugrundeliegende Lösungsprinzip dargestellt.

Zwei geschlitzte Ringkerne 10, 12 aus Ferrit oder anderem magnetisch leitendem Material sitzen einander benachbart drehbar auf einem hohlzylindrischen, längsgeschlitzten Trägerkörper 14 entlang einer gemeinsamen Längsachse 18. Im gezeigten Ausführungsbeispiel entspricht die Schlitzbreite des Trägerkörpers 14 i.w. der beider geschlitzter Ringkerne 10, 12, so daß bei dem in Fig. 1 gezeigten - geöffneten - Zustand die Schlitze fluchten und eine durchgehende Öffnung in das Innere der aus Trägerkörper und Ringkernen gebilde­ ten Anordnung entstehen lassen.

Beide Ringkerne 10, 12 und den Trägerkörper 14 jeweils an einer von den Schlitzen entfernt liegenden Stelle umfas­ send, ist eine Meßspule 16 vorgesehen. Über diese Spule kann dann die induzierte Spannung als Maß für die zu messende Stromstärke abgenommen werden, wobei die Höhe die­ ser Spannung durch geeignete Wahl der Windungszahl der Meß­ spule 16 beeinflußbar ist.

Fig. 2 zeigt die geschlossene Stellung der in Fig. 1 gezeigten Anordnung. In Fig. 2 ist der erste geschlitzte Ringkern 10 gegenüber der geöffneten Stellung um etwa 90° um die gemeinsame Achse 18 der geschlitzten Ringkerne und des Trägerkörpers 14 verdreht, so daß der fluchtende Schlitz des Ringkerns 12 mit dem Trägerkörper 14 durch die Wand des Ringkernes 10 geschlossen ist. Auf diese Weise wird ein durchgehend geschlossener gemeinsamer, zweilagiger Ringkern gebildet, der in Umfangsrichtung keinen Luftspalt mehr besitzt.

Ein zu messender stromdurchflossener Leiter 20 wird in der geöffneten Stellung gemäß Fig. 1 in der durch den Pfeil 22 bezeichneten Richtung in die Strommeßeinrichtung eingeführt und in etwa im Bereich der gemeinsamen Achse gehalten.

In der in Fig. 2 gezeigten Weise wird dann der gemeinsame, durchgehende Spalt durch Verdrehen des Ringkernes 12 geschlossen. In diesem Betriebszustand kann dann eine Mes­ sung des durch den Leiter 20 fließenden Stroms anhand der an den Klemmen der Spule 16 induzierten Spannung erfolgen.

Zum Erreichen dieser Funktion ist es prinzipiell ausrei­ chend, wenn lediglich der im geschlossenen Zustand ver­ drehte Ringkern 12 auf dem Träger 14 drehbar gebildet ist. Der Ringkern 12 kann in der gezeigten, nach oben geöffneten Stellung fixiert sein.

Fig. 3 zeigt eine bevorzugte Anwendung der Strommeßeinrich­ tung gemäß der vorliegenden Erfindung in einer - bevorzugt tragbar ausgebildeten - Strommeßzange.

In Fig. 3 ist die beschriebene Anordnung in der in Fig. 1 gezeigten (geöffneten) Stellung als Schnittansicht durch den ersten Ringkern 10 und den Trägerkörper 14 dargestellt, wobei diese Anordnung von einem schematisch gezeigten Ge­ häuse 24 mit im Bereich des gemeinsamen Schlitzes vorgese­ hener, sich in Richtung senkrecht zur Zeichnungsebene er­ streckender Öffnung umgeben ist.

Der Trägerkörper 14 und der in Fig. 3 nicht gezeigte zweite Ringkern 12 sind am Gehäuse 24 drehfest befestigt, während der erste Ringkern 10 über eine Anordnung bestehend aus einem abgewinkelten Betätigungshebel 26, einer daran angelenkten und am Ringkern 10 gelagerten Schubstange 28 gegen die Rückstellkraft einer gegen ein Widerlager 30 im Gehäuse 24 wirkenden Druckfeder betätigbar ist: Wird der Hebel 26 in der durch den Pfeil 34 angedeuteten Weise betä­ tigt, so bewirkt die Schubstange 28 ein Verdrehen des Ring­ kerns 10 in Richtung des Uhrzeigersinns dergestalt, daß durch die Wand des Ringkerns 10 dann die gemeinsame Öffnung versperrt wird. Durch die Rückstellkraft der Feder 32 wird beim Loslassen des Hebels 26 der Ringkern 10 in seine Aus­ gangslage, wie in Fig. 3 gezeigt ist, zurückgezogen.

Mit der Spule 16 ist eine schematisch gezeichnete Meß- und Auswertelektronik 36 verbunden, die wiederum ein Signal für eine - analoge oder digitale - Anzeigeeinheit 38 erzeugt.

Bei der in Fig. 3 gezeigten Meßzange wird die Meßelektronik 36 durch eine Schalteinrichtung 40 aktiviert, die über ein Stellelement 42 mit dem Betätigungshebel 26 verbunden ist.

Im Betrieb führt die Bedienerperson die in Fig. 3 gezeigte Strommeßzange über einen zu messenden Leiter, so daß sich dieser im Inneren des vom Trägerkörper 14 und den Ringker­ nen 10, 12 umschlossenen Raumes befindet. Durch Betätigen des Hebels 26 wird dann der drehbare Ringkern 10 so verschoben, daß durchgehend um den Leiter herum ein magnetisch geschlossener Ring entsteht. Gleichzeitig wird durch Wirkung des Stellelementes 42 der Aktivierungsschal­ ter 40 für die Meßelektronik 36 geschlossen, so daß die in der Spule 16 induzierte Spannung von der Elektronik 36 auf­ genommen, verarbeitet und in geeigneter Weise zur Anzeige 38 gebracht wird.

Nach Beendigung des Meßvorganges läßt die Bedienperson den Hebel 26 los, woraufhin sowohl die Meßelektronik 36 durch Öffnen des Schalters 14 deaktiviert wird, als auch der Ringkern 10 in der oben beschriebenen Weise in seine anfängliche - geöffnete - Stellung zurückkehrt.

Die in Verbindung mit Fig. 3 beschriebene Strommeßzange stellt nur einen prinzipiellen Ansatz dar, und es sind be­ liebige Anordnungen möglich, die eine mechanische Betäti­ gung eines Ringkerns 10 zum Schließen des magnetischen Rin­ ges, ggf. gleichzeitig mit einer Aktivierung zugehöriger Meßelektronik, gestatten.

Insbesondere können in einer solchen Meßzange beliebige Meßgeräte vorgesehen sein, oder aber das Spannungssignal der Spule 16 kann durch Anschlüsse extern herausgeführt sein. In diesem Fall können insbesondere auch Sicherheits­ vorkehrungen vorgesehen sein, um bei offener Spulenseite die Spannung auf ungefährliche Werte zu begrenzen.

Es ist prinzipiell nicht notwendig, daß beide Ringkerne (im beschriebenen Beispiel 10, 12) auf einem gemeinsamen hohlzylindrischen Träger sitzen. Vielmehr ist zum Erreichen der erfinderischen Wirkung lediglich ausreichend, daß beide Ringkerne so relativ zueinander verdrehbar sind, daß in ge­ öffnetem Zustand ein gemeinsamer Spalt zum Hineinführen eines zu messenden Leiters in das Innere der Kerne ent­ steht, und daß dieser Spalt in geschlossenem Zustand durchgängig geschlossen ist. Eine zwangsläufig notwendige Lagerung bzw. Halterung der geschlitzten Ringkerne könnte beispielsweise auch durch einen (zu Montagezwecken geeignet teilbaren) Spulenkörper erfolgen, der dann darauf gewickelt die Spule 16 trägt.

Ferner ist es möglich, daß die für das beschriebene Ausführungsbeispiel gewählten Ringkerne selbst nicht kreisförmig sind - diese können vielmehr eine beliebige Form aufweisen, solange durch zwei gegeneinander verdreh­ bare Elemente ein geschlossener magnetischer Kreis erziel­ bar ist.

In jedem Fall lassen sich auf diese Weise die beschriebenen Vorteile - Erhöhung der Empfindlichkeit der Meßanordnung gegenüber einem eingangsseitig beschriebenen herkömmlichen, geteilten Ringkern, und größerer Flexibilität bei der Ge­ staltung des Ringkerns im Hinblick auf zu messende Draht­ dicken eines Leiters - auf einfache Weise realisieren.

Claims (10)

1. Strommeßeinrichtung mit einer zum Umschließen eines zu messenden stromführenden Leiters (20) ausgebildeten Meßrahmenanordnung aus magnetisch leitfähigem Material und einer einen Abschnitt der Meßrahmenanordnung umfassenden Meßspule (16), dadurch gekennzeichnet, daß die Meßrahmenanordnung zwei Meßrahmen (10, 12) aufweist, die jeweils einen zum Hineinführen des Leiters (20) in das Rahmeninnere ausgebildeten Schlitz aufweisen und gegeneinander um eine gemeinsame Achse (18) so verdrehbar geführt sind, daß in einer geöffneten Stellung die Schlitze einen Durchgang zum Hineinführen des Leiters in den von beiden Meßrahmen gebildeten gemeinsamen Innenraum bilden, und in einer geschlossenen Stellung der gemeinsame Innenraum in Umfangsrichtung durchgehend von mindestens einem der beiden Meßrahmen (10; 12) umschlossen ist.

2. Strommeßeinrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Meßrahmen als geschlitzte Ringe (10, 12) mit i.w. gleichem Durchmesser ausgebildet sind, die sich gegenseitig entlang ihres Umfanges berührend angeordnet sind.

3. Strommeßeinrichtung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Ringe jeweils eine entlang der Umfangsrichtung an der Berührungsstelle gebildete plane Fläche aufweisen.

4. Strommeßeinrichtung nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Ringe als geschlitzte Scheiben ausgebildet sind.

5. Strommeßeinrichtung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß einer der geschlitzten Ringe einen umlaufenden Vorsprung aufweist, der zum Eingreifen in eine am anderen Ring gebildete umlaufende Ausnehmung ausgebildet ist.

6. Strommeßeinrichtung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß beide Ringe im Querschnitt ein zumindestens an der Berührungsstelle gebildetes gezahntes Profil aufweisen, das zum gegenseitigen Ineinandergreifen ausgebildet ist.

7. Strommeßeinrichtung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die geschlitzten Ringe auf einem hohlzylindrischen Träger gehalten werden, der einen mit den Schlitzen der Ringe fluchtenden Längsschlitz aufweist.

8. Strommeßeinrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 7, gekennzeichnet durch eine Betätigungseinrichtung (26, 28, 30, 32), die an mindestens einem der Meßrahmen angreift und zum Verdrehen der Meßrahmen gegeneinander von der geöffneten in die geschlossene Stellung ausgebildet ist.

9. Strommeßeinrichtung nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, daß die Meßrahmenanordnung und die Betätigungsvorrichtung in einem in der Form einer Zange ausgebildeten, an einer Einführseite mit einer Öffnung versehenen Gehäuse aufgenommen sind.

10. Strommeßeinrichtung nach Anspruch 8 oder 9, dadurch gekennzeichnet, daß die Spule (16) mit einer durch ei­ ne Schalteinrichtung (40) aktivierbaren Meß- und An­ zeigeeinheit verbunden ist, und die Schalteinrichtung (40) dergestalt mit der Betätigungsvorrichtung (26, 28, 30, 32) verbunden ist, daß bei Betätigung dersel­ ben zum Verbringen der Meßrahmenanordnung in die ge­ schlossene Stellung die Meßvorrichtung aktiviert wird.