DE20080180U1 - Wickelkörper für eine Rogowsky-Spule mit Gegenwindung - Google Patents

Description

Wickelkörper für eine Rogowsky-Spule mit Gegemvindung

Die Erfindung betrifft einen Wickelkörper für eine Rogowsky-Spule mit Gegenwindung, sowie eine Rogowsky-Spule umfassend eine auf einen ringförmigen Wicklungsträger spiralförmig aufgebrachte Wicklung mit einem ersten und einem zweiten Wicklungsende, wobei das zweite Wicklungsende mit einer im Inneren des Wickelkörpers liegenden, sich vom Bereich des zweiten Wicklungsendes bis in den Bereich des ersten Wicklungsendes erstreckenden Gegenwindung verbunden ist.

Rogowsky-Spulen mit einem solchen Aufbau sind beispielsweise durch die DE-Al-17 91 011 und die DE-Al-19 05 468 bekannt geworden.

Die DE-Al-19 05 468 beschreibt eine Strommeßzange, deren den zu vermessenden Leiter umschließende „Zange" aus zwei Wicklungsträgern gebildet ist, auf welchen Wicklungen aufgebracht sind. Die Wicklungsträger sind hohl ausgebildet und nehmen im Inneren ihres Hohlraumes die Rückführung der homogenen Meßwicklung als Gegenwindung auf.
Die DE-Al-17 91 011 hat sehr ähnlichen Inhalt: Auch hier wird eine Strommeß-Einrichtung beschrieben, die eine Spule aufweist, durch welche der zu vermessende Leiter hindurch geführt ist. Es ist angeführt, daß der Wickelkörper dieser Spule innen hohl ist, innerhalb welchen Hohlraumes die Rückführung des Leiters „in der Achse des Spulenkörpers" verläuft. In sich geschlossene Ringkörper mit einem ringförmigen Hohlraum sind nur sehr schwer fertigbar: Die Herstellung durch einen Gußprozeß fällt von vornherein aus, weil ein den inneren Hohlraum von Gußmaterial freihaltendee Formteil aus dem fertigen Gußstück nicht mehr entfernt werden könnte. Die Herstellung eines Ringkörpers aus einem rohrförmigen Material ist ebenfalls schwierig, weil Rohre nicht ohne besondere Maßnahmen gebogen werden können, ohne abzuknicken. Abgesehen von diesen Herstellungsproblemen erweist sich das Einbringen der Gegenwindung in den Hohlraum als schwierig: Der Hohlraum ist über weite Bereiche ähnlich einem Tunnel nicht zugänglich, wodurch die Gegenwindung in den Hohlraum eingefädelt werden muß, was bei sich leicht verformenden Kupferdrähten sehr mühsam sein kann.

Es ist Aufgabe der vorliegenden Erfindung, einen Wickelkörper für eine Rogowsky-Spule anzugeben, welcher besonders einfach herstellbar ist, selbst wenn er die Gestalt eines in sich geschlossenen Ringes aufweist. Darüberhinaus soll das Anbringen der Gegenwindung auf dem anzugebenden Wickelkörper besonders einfach sein.

Erfindungsgemäß wird dies dadurch erreicht, daß der Wickelkörper ein Vollkörper ist und eine Nut zur Aufnahme der Gegenwindung aufweist.

Die Herstellung eines Vollkörpers ist verglichen mit der Herstellung eines Hohlkörpers besonders einfach, insbesondere kann eine Vollkörper gegossen bzw. aus Stangenmaterial in seine endgültige Form gebogen werden. Eine Nut ist im Gegensatz zu einem Hohlraum "auf ihrer gesamten Länge zugänglich, sodaß das Einlegen der Gegenwindung in diese Nut ähnlich einfach ist, wie das Aufwickeln einer Leitung auf eine Kabeltrommel.

Gemäß einer besonders bevorzugten Ausführungsform der Erfindung kann vorgesehen sein, daß die Nut in die äußere Mantelfläche des Wickelkörpers eingearbeitet ist. Damit braucht die Gegenwindung nicht mittels gesonderter Maßnahmen (wie z.B. Kleben) in der Nut fixiert werden, wird die Gegenwindung straff gespannt in eine derart plazierte Nut eingelegt, hält sie sich ähnlich einer auf eine Kabeltrommel aufgewickelte Leitung von selbst. Weiters kann vorgesehen sein, daß die Tiefe der Nut etwa die Hälfte der Dicke des Wickelkörpers beträgt.

Wird eine Gegenwindung auf den Grund einer in dieser Weise dimensionierten Nut gelegt, so verläuft sie genau durch die Mittelpunkte der Windungen der auf den Wickelkörper aufgebrachten Meßwicklung, womit die von der Gegenwindung bewirkte Verringerung von Meßergebnis-Verfälschungen durch Stör-Magnetfelder besonders effektiv ist. Als vorteilhaft hat es sich erwiesen, daß der Wickelkörper als in sich geschlossener Ring ausgebildet ist, weil Rogowsky-Spulen zur Erzielung eines möglichst genauen Meßergebnisses in der Regel als Ringspulen ausgebildet sind und daher ein ringförmiger Wickelkörper zur Herstellung von der Regel entsprechenden Rogowsky-Spulen geeignet ist. Die Erfindung wird unter Bezugnahme auf die beigeschlossenen Zeichnungen, in welchen besonders bevorzugte Ausführungsbeispiele dargestellt sind, näher beschrieben. Dabei zeigt:

Fig. 1 eine Rogowsky-Spule im Schrägriß;

Fig.2a einen erfindungsgemäßen Wickelkörper für eine Rogowsky-Spule im Grundriß; Fig.2b den Wickelkörper gemäß Fig.2a im Seitenriß; Fig.2c den Wickelkörper gemäß Fig.2a im Aufriß;

Fig.2d einen entlang der in Fig.2a eingezeichneten Linie A-A geführten Schnitt durch den Wickelkörper der Fig.2a;

Fig.2e einen entlang der in Fig.2a eingezeichneten Linie B-B geführten Schnitt durch den Wickelkörper der Fig.2a;

Fig.2f das Detail X der Fig.2e in größerer Darstellung und

Fig.3 eine erfindungsgemäße Rogowsky-Spule mit einem mehrteiligen Wicklungsträger.

Jeder stromdurchflossene Leiter 1 baut um sich ein Magnetfeld auf, das in Fig.l mit den Pfeilen 2 symbolisch dargestellt ist. Die Stärke dieses Magnetfeldes ist proportional zur Höhe des im Leiter 1 fließenden Stromes.

Die in Fig.l dargestellte Rogowsky-Spule umfaßt eine auf einen ringförmigen Wicklungsträger 3 spiralförmig aufgebrachte Wicklung 4 mit einem ersten Wicklungsende 5 und einem zweiten Wicklungsende 6. Die Rogowsky-Spule nutzt den erörterten Magnetfeldaufbau eines stromdurchflossenen Leiters 1 zur galvanisch getrennten Messung der in dem Leiter 1 herrschenden Stromstärke: Der zu vermessende Leiter 1 wird dazu durch die zentrale Öffnung 11 des ringförmigen Wicklungsträgers 3 der Rogowsky-Spule hindurchgefuhrt, wodurch das von diesem Leiter 1 erzeugte Wechsel-Magnetfeld die spiralförmigen Windungen 7 der Rogowsky-Spule durchsetzt. Dieses Wechsel-Magnetfeld

induziert in den Windungen 7 der Rogowsky-Spule eine Wechselspannung, deren Höhe proportional der ersten Ableitung des Stromes im zu vermessenden Leiter 1 ist (u=k-di/dt, k-di entspricht dem magnetischen Fluß). Das eigentliche Stromsignal wird erst durch Integration des Meßwertes erhalten.

Rogowsky-Spulen sind im Gegensatz zu konventionellen Stromwandlem Luftspulen, d.h. sie weisen keinen ferromagnetischen Kern auf; auch der Wicklungsträger 3 besteht aus einem nicht-ferromagnctischcn Material. Der Vorteil gegenüber konventionellen Stromwandlern besteht darin, daß durch das Fehlen von ferromagnetischen Materialien ein streng linearer Zusammenhang zwischen dem zu vermessenden Strom und der Ausgangsspannung der Spule über einen sehr großen Meßbereich besteht.

Als Nachteil erweist sich bei Rogowsky-Spulen die Tatsache, daß die Wicklung 4 aufgrund ihrer Anordnung auf einem ringförmigen Wicklungsträger 3 in ihrer Gesamtheit eine einzige weitere Windung bildet, welche normal zu den spiralförmigen Windungen 7 liegt.
Magnetische Störfelder, die normal zum Magnetfeld des zu vermessenden Leiters 1 verlaufen, können in dieser einen Windung Spannungen induzieren, welche das Meßergebnis verfälschen. Da diese eine störende Windung eine relativ große Fläche -verglichen mit der Fläche, welche die spiralförmigen Windungen 7 umschließen- umschließt, können schon bei geringen Stör-Feldstärken beachtliche, das Meßergebnis verfälschende Spannungen in der Wicklung 4 induziert werden.

Dieses Problem ist bekannt und im Stand der Technik bereits durch Einführung einer Gegenwindung 8 gelöst worden. Diese Gegenwindung 8 ist durch einen einzelnen elektrischen Leiter gebildet, der im Inneren des die Meßwicklung 4 tragenden Wicklungsträgers 3 angeordnet ist, sich vom Bereich des zweiten Wicklungsendes 6 bis in den Bereich des ersten Wicklungsendes 5 erstreckt und das zweite Wicklungsende 6 in den Bereich des ersten Wicklungsendes 5 zurückführt.

Damit sind nun zwei, normal zu den Windungen 7 der Meßwicklung 4 verlaufende Windungen vorhanden, einerseits die von der Gesamtheit der Windungen 7 der Meßwicklung 4 gebildete Windung und andererseits die eingeführte Gegenwindung 8. Da diese Windungen koplanar liegen, werden sie beide von den Stör-Magnetfeldern durchsetzt und werden dadurch in ihnen Stör-Spannungen gleicher Höhe induziert. Diese Stör-Spannungen sind aber gegeneinander geschaltet, sodaß sie sich gegenseitig aufheben und ein von Stör-Magnetfeldern unbeeinflußtes Meßergebnis erhalten werden kann.

Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf die konstruktive Ausführung eines Wickelkörpers, mit welchem der Wicklungsträger 3 einer Rogowsky-Spulc mit Gegenwindung 8 gebildet werden kann.

In der Regel wird lediglich ein einziger Wickelkörper vorgesehen, der als in sich geschlossener Ring ausgebildet ist. In diesem -auch in den Fig. 1 und 2 dargestellten Fall- ist der Wickelkörper mit dem Wicklungsträger 3 ident. Denkbar ist aber auch, den Wicklungsträger 3 aus mehreren einzelnen Wickelkörpern 3' zusammenzusetzen, welche

einzelnen Wicklungskörper 3' jeweils nur Segmente eines ringförmigen Körpers sind (vgl.

Die vorliegende Erfindung bezieht sich also auf einen Wickelkörper, der vorzugsweise als in sich geschlossener Ring ausgebildet ist aber auch nur ein Segment eines solchen Ringes sein

Die in dieser Beschreibung und den Ansprüchen verwendeten Begriffe „Ring" und „ringförmig" sind in einem weiten Sinn zu verstehen, d.h. es ist nicht notwendig, daß Wicklungsträger 3 bzw. Wickelkörper kreisringformig sind. Wicklungsträger 3 bzw.

Wickelkörper können im Grundriß gesehen von der Kreisform abweichen, beispielsweise so wie in den beigeschlossenen Zeichnungsfiguren dargestellt, oval sein aber auch kantig, also in Gestalt eines Vieleckes ausgebildet sein.

Daneben ist es nicht notwendig, daß Wicklungsträger 3 bzw. Wickelkörper in sich geschlossene Ringkörper sind, es können durchaus von Wickelkörper-Material freigehaltene, sich über den gesamten Querschnitt des Wicklungsträgers 3 bzw. Wickelkörpers erstreckende Abschnitte (also Luftspalte) vorgesehen sein.

Der in den Zeichnungsfiguren dargestellte erfindungsgemäße Wickelkörper für eine Rogowsky-Spule mit Gegenwindung 8 zeichnet sich zunächst dadurch aus, daß er ein Vollkörper ist. Um die Gegenwindung 8 im Inneren dieses Vollkörpers unterzubringen, weist dieser eine Nut 9 auf, in welche besagte Gegenwindung 8 eingelegt werden kann.

Die Positionierung dieser Nut 9 ist nicht erfindungswesentlich, sie kann entlang einer beliebigen Linie der Oberfläche des Wickelkörpers verlaufen. Im Ausführungsbeispiel der Zeichnungen ist die Nut 9 in die äußere Mantelfläche 10 des Wickelkörpers eingearbeitet.

Unter „äußerer Mantelfläche 10" ist dabei jene Hälfte der Wickelkörper-Mantelfläche zu verstehen, welche der zentralen Öffnung 11 des Wicklungsträgers 3 abgewandt liegt (vgl.

Fig.2e). Vorzugsweise wird die Nut 9 auf Höhe der Symmetrieachse 12 angeordnet und verläuft in Richtung dieser Symmetrieachse 12.

Die Tiefe t der Nut 9 beträgt etwa die Hälfte der Dicke d des Wickelkörpers, was aber für die ordnungsgemäße Funktion der Gegenwindung 8 der Rogowsky-Spule nicht wesentlich ist.

Für die durch die Gegenwindung 8 bewirkte Kompensation von Stör-Magnetfeldeinflüssen auf das Meßergebnis reicht es aus, wenn die Gegenwindung 8 innerhalb der Windungen 7 der Meßwicklung 4 liegt, weshalb die Nut 9 mit beliebiger Tiefe t ausgeführt werden kann.

Das Aufbringen der Gegenwindung 8 und der Meßwicklung 4 auf einen derartigen Wickelkörper ist besonders einfach: Zunächst wird die Gegenwindung 8 hergestellt durch Einlegen des ersten Abschnittes des Gegenwindung 8 und Wicklung 4 bildenden Drahtes in die Nut 9. Man beginnt dieses Einlegen beim in Fig.2a eingezeichneten Ende A des Drahtes.

Danach erfolgt die Herstellung der Wicklung 4 beginnend bei ihrem zweiten Ende 6 durch Umwickeln des Wicklungsträgers 3 mit besagtem Draht, wobei in der ebenfalls in Fig.2a eingezeichneten Wickelrichtung gearbeitet wird.

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Die Herstellung der Nut 9 kann durch spanabhebende Bearbeitungsverfahren (Drehen, Fräsen) erfolgen; bei Herstellung des erfindungsgemäßen Wickelkörpers durch einen Gußprozeß kann diese Nut 9 auch durch Vorsehen entsprechender Anformungen in der Gußform von Wickelkörper-Material freigehalten werden.

Claims (5)

1. Wickelkörper für eine Rogowsky-Spule mit Gegenwindung (8), dadurch gekennzeichnet, daß der Wickelkörper ein Vollkörper ist und eine Nut (9) zur Aufnahme der Gegenwindung (8) aufweist.

2. Wickelkörper nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Nut (9) in die äußere Mantelfläche (10) des Wickelkörpers eingearbeitet ist.

3. Wickelkörper nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Tiefe (t) der Nut (9) etwa die Hälfte der Dicke (d) des Wickelkörpers beträgt.

4. Wickelkörper nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Wickelkörper als in sich geschlossener Ring ausgebildet ist.

5. Rogowsky-Spule umfassend eine auf einen ringförmigen Wicklungsträgers (3) spiralförmig aufgebrachte Wicklung (4) mit einem ersten (5) und einem zweiten Wicklungsende (6), wobei das zweite Wicklungsende (6) mit einer im Inneren des Wicklungsträgers (3) liegenden, sich vom Bereich des zweiten Wicklungsendes (6) bis in den Bereich des ersten Wicklungsendes (5) erstreckenden Gegenwindung (8) verbunden ist, dadurch gekennzeichnet, daß der Wicklungsträger (3) zumindest einen gemäß einem der vorstehenden Ansprüche 1-4 ausgebildeten Wickelkörper umfaßt.