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Die
Erfindung betrifft eine Strommessvorrichtung nach dem Oberbegriff
des Schutzanspruches 1.
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Zur
Messung des elektrischen Stromes sind auf unterschiedlichen Messprinzipien
beruhende Strommessvorrichtungen bekannt. Nachteilig ist bei einigen
Strommessvorrichtungen, dass eine Auftrennung des elektrischen Stromkreises
erfolgen muss, um die Messung durchführen zu können. Zudem hat sich gezeigt,
dass diese Strommessvorrichtungen einen Messwiderstand (SHUNT) aufweisen,
der das Messergebnis beeinflusst.
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Um
diesem Nachteil entgegenzuwirken, sind Strommessvorrichtungen bekannt,
die eine Strommessung über
die Erfassung einer Magnetfeldänderung
ermöglichen.
Derartige induktive Strommessvorrichtungen erfordern nicht die zuvor
erwähnte
Auftrennung des elektrischen Stromkreises. Jedoch ist es hierbei
notwendig, den zum Verbraucher führenden,
elektrischen Leiter in die induktive Strommessvorrichtung einzulegen,
wobei diese im Anschluss daran mittels geeigneter Werkzeuge geschlossen werden
muss. Zudem konnte festgestellt werden, dass induktive Strommessvorrichtungen
insbesondere bei ungünstigen
Umgebungseinflüssen
ungenaue Anzeigewerte erzeugen, was vermutlich darauf zurückzuführen ist,
dass Störgrößen der
Umgebung einen Einfluss auf das Magnetfeld haben. Derartige Störgrößen können beispielsweise
benachbarte elektrische Leitungen oder weitere Verbraucher sein, die
in unmittelbarer Umgebung der Strommessvorrichtung angeordnet sind.
Die dort entstehenden magnetischen Felder können das Messergebnis in negativer
Weise beeinflussen. Insgesamt ist es bislang noch nicht in befriedigender
Weise gelungen, eine einfache Strommessvorrichtung bereitzustellen,
die ohne erforderliche Auftrennung des elektrischen Stromkreises
eine schnelle und einfache Montage an einem Strom führenden
Leiter ermöglicht
und darüber
hinaus störungsfreie,
sehr genaue Messergebnisse liefert.
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Der
Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Strommessvorrichtung
bereitzustellen, die unter Nutzung des Induktionsprinzips in der
Anwendung und im Aufbau einfach ist und darüber hinaus Messergebnisse mit
hoher Präzision
bereitstellt, so dass auch Ströme
geringer Größe mit einer
derartigen Strommessvorrichtung erfasst werden können.
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Die
Erfindung löst
diese Aufgabenstellung mit den Merkmalen des Schutzanspruches 1.
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Weitere
Ausgestaltungen sind Gegenstand der sich anschließenden Unteransprüche.
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Eine
Strommessvorrichtung mit einem mehrteiligen Gehäuse, in dem ein Sensor in unmittelbarer Nähe des zu
messenden, Strom führenden
Leiters angeordnet ist, wurde erfindungsgemäß dahingehend weitergebildet,
dass der durch den magnetfeldempfidlichen Sensor definierte Messbereich
des Leiters von einer bei geschlossenem Gehäuse eine Abschirmkammer bildenden
Abschirmung aus einem nicht magnetisierbaren, metallischen Werkstoffumschlossen
ist.
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Durch
die Einbringung des Leiters in die Abschirmkammer und die darin
erfolgende Messung mittels eines magnetfeldempfindlichen Sensors,
wird ein Messergebnis von hoher Präzision erreicht. Mit der erfindungsgemäßen Strommessvorrichtung
können
daher auch Ströme
unterhalb von 2 A (Ampere) problemlos und sehr präzise gemessen
werden. Die Abschirmung bildet damit einen Teil der Messung selbst.
Folglich wird eine Strommessung zur Verfügung gestellt, die temporär oder permanent
eine Erfassung des elektrischen Stromes eines Verbrauchers ermöglicht.
Dies kann beispielsweise in Kraftfahrzeugen zu Test- und Versuchszwecken
von besonderer Bedeutung sein. Die Erfindung betrifft somit eine
Strommessvorrichtung, die im Aufbau und der Anwendung extrem einfach
ausgeführt
ist.
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Eine
erste Ausgestaltung der Erfindung geht dahin, dass durch die Strommessvorrichtung
eine unterbrechungsfreie Strommessung in Gleichstromkreisen ermöglicht ist.
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Derartige
Gleichstromkreise kommen insbesondere in Kraftfahrzeugen vor, wofür die vorliegende
Strommessvorrichtung in besonderem Maße zum Beispiel beim Einsatz
in Testfahrzeugen geeignet ist. Hier besteht oft das Erfordernis,
abwechselnd verschiedene Verbraucher zu prüfen und ihren Stromverbrauch
zu messen.
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Hierfür eignet
sich die erfindungsgemäße Strommessvorrichtung
deshalb besonders, weil entsprechend einer Weiterbildung der Erfindung
die Gehäuseteile
eine Verbindung aufweisen, die werkzeugfrei, also manuell herstellbar
oder lösbar
ist. Gedacht ist hierbei an jede Art einer schnell lösbaren Verbindung.
Nur beispielhaft und nicht abschließend seien an dieser Stelle
ein Klettverschluss, eine Klemmverbindung, ein Bajonettverschluss,
eine Rast- beziehungsweise Schnappverbindung oder auch eine Schraubverbindung
erwähnt.
Somit kann die Strommessvorrichtung nach der Erfindung in einfacher
Weise geöffnet,
um den Leiter herumgelegt und wieder geschlossen werden und steht
bereits nach diesen wenigen Handgriffen für eine Strommessung zur Verfügung.
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Bevorzugt
wird das Gehäuse
aus einem Deckel und einem Unterteil hergestellt. Dabei ist es sinnvoll,
sowohl im Deckel als auch im Unterteil jeweils ein Teil der Abschirmung
aufzunehmen. Bei geöffnetem
Gehäuse
kann der elektrische Leiter zwischen den Abschirmteilen eingelegt
werden. Durch das Schließen
des Gehäuses
erfolgt dann auch die Komplettierung der Abschirmung, so dass diese
den Leiter vollständig
umschließt.
Somit können
Störeinflüsse der
Umgebung wirksam vom Messbereich ferngehalten werden.
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Eine
konkrete Ausführungsvariante
der Abschirmung kann beispielsweise darin bestehen, dass diese aus
je einer Metallhalbschale im Deckel beziehungsweise im Unterteil
besteht. Metallhalbschalen eignen sich deshalb besonders gut für eine erfindungsgemäße Strommessvorrichtung,
weil sie den im Querschnitt runden Leiter optimal umschließen. Bei
Messungen im Milliamperebereich hat selbst das Erdmagnetfeld einen
Einfluss auf das Messergebnis, weshalb der Abschirmung erfindungsgemäß eine besondere
Bedeutung zukommt. Metallhalbschalen sind in der Lage, auch Magnetfelder
wie das Erdmagnetfeld abzuschirmen. In der Strommessvorrichtung kann
eine einzelne Metallhalbschale ausreichend sein. Ebenso ist es jedoch
möglich,
mehrere Metallhalbschalen vorzusehen, die die Abschirmungswirkung
verstärken.
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Wenigstens
eines der Gehäuseteile
sollte gemäß dem Erfindungsgedanken
zumindest eine Ausnehmung zur Aufnahme des Strom führenden Leiters
aufweisen. In diese Aufnahme wird bei geöffnetem Gehäuse der elektrische Leiter
eingelegt, dessen Stromfluss zu messen ist. Damit bilden die Ausnehmungen
auch eine Art Positioniereinrichtung für den Leiter. Ihre Maße sollten
dem Durchmesser des elektrischen Leiters annähernd beziehungsweise möglichst
genau entsprechen, um die Genauigkeit der Strommessung positiv zu
beeinflussen.
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Da
für die
erfindungsgemäße Strommessvorrichtung
bevorzugt ein induktives Messverfahren zum Einsatz kommt, ist der
Sensor entsprechend einer weiteren Ausgestaltung der Erfindung als
Hallsensor mit einer Polaritätserkennung
und einem nachgeschalteten Verstärkerschaltkreis
ausgeführt. Der
Hallsensor wird bevorzugtermaßen
in unmittelbarer Nähe
des elektrischen Leiters angeordnet. Zudem kann es erforderlich
werden, innerhalb des Gehäuses
einen Referenzmagneten vorzusehen, der unterhalb der den Sensor
aufnehmenden Leiterplatte angeordnet ist und somit einen Abstand
erzeugt, der eine Übersteuerung
des Hallsensors vermeidet.
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Für die erfindungsgemäße Strommessvorrichtung,
die für
kleine Ströme
zum Einsatz kommen kann, ist ein Sensor mit einer Empfindlichkeit
zwischen 3 bis 3,6 mT (Millitesla) ausreichend. Bevorzugte Größenordnungen
des Sensors liegen im Bereich um 3,3 mT. Mit diesen Sensoren lassen
sich die in Kraftfahrzeugen entstehenden Ströme mit der erfindungsgemäßen Strommessvorrichtung
mit hoher Präzision
messen.
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Um
die Abschirmung und die elektronischen Bauelemente innerhalb der
Strommessvorrichtung vor Beschädigungen
oder umweltschädlichen
Einflüssen
zu schützen,
ist darüber
hinaus vorgesehen, dass das Gehäuse
mit einer Vergussmasse ausgefüllt
ist. Die Vergussmasse kann eine aushärtende Kunststoffmasse sein.
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Durch
die erfindungsgemäße Strommessvorrichtung
wird insgesamt eine galvanische Trennung zwischen Strom und Messkreis
realisiert.
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Die
Erfindung wird nachfolgend anhand der beigefügten Zeichnung näher erläutert. Das
gezeigte Ausführungsbeispiel
stellt keine Einschränkung
auf die dargestellte Variante dar, sondern dient lediglich der Erläuterung
des Prinzips der Erfindung. Um die erfindungsgemäße Funktionsweise veranschaulichen
zu können,
sind in den Figuren nur stark vereinfachte Prinzipdarstellungen
gezeigt, bei denen auf die für
die Erfindung nicht wesentlichen Bauteile verzichtet wurde.
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Dies
bedeutet jedoch nicht, dass derartige Bauteile bei einer erfindungsgemäßen Lösung nicht vorhanden
sind.
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Es
zeigen:
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1:
eine perspektivische Ansicht einer erfindungsgemäßen Strommessvorrichtung,
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2:
das Unterteil einer erfindungsgemäßen Strommessvorrichtung mit
eingelegtem elektrischen Leiter in perspektivischer Ansicht und
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3:
den Deckel einer erfindungsgemäßen Strommessvorrichtung
von der Innenseite her betrachtet.
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Die
in der 1 gezeigte Ausführungsvariante einer erfindungsgemäßen Strommessvorrichtung
besteht aus einem Gehäuse 1.
Dieses ist im vorliegenden Beispiel zweiteilig ausgeführt. Es
weist ein Unterteil 2 und einen Deckel 3 auf.
Das Unterteil 2 und der Deckel 3 sind über ein
gemeinsames Gelenk 15 miteinander verbunden, so dass der
Deckel 3 um dieses Gelenk 15 in Relation zum Unterteil 2 verschwenkbar
ist. Er kann auf diese Weise geöffnet
und auch geschlossen werden. Auf der dem Gelenk gegenüberliegenden
Seite des Gehäuses 1 befindet sich
ein in der 1 nicht dargestellter Verschluss, mittels
dessen die Gehäuseteile 2, 3 lösbar verschlossen
werden können.
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Ein
elektrischer Leiter 5 ist in Ausnehmungen 9 und 12 des
Unterteils beziehungsweise des Deckels 3 eingelegt und
dicht von diesen Ausnehmungen 9 und 12 umschlossen.
Der geringe Abstand zwischen den Ausnehmungsoberflächen 9 und 12 zum Leiter 5 verbessert
dabei das Messergebnis entscheidend. Das maßgebliche Prinzip der erfindungsgemäßen Strommessvorrichtung
besteht damit darin, dass die Strommessvorrichtung um den Leiter 5 herum
angeordnet wird.
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In
der 2 ist eine perspektivische Ansicht des Unterteils 2 des
Gehäuses 1 gezeigt,
hieraus wird der innere Aufbau der Strommessvorrichtung ersichtlich.
Das Unterteil 2 weist zunächst an zwei seiner einander
gegenüberliegenden
Seiten jeweils eine Ausnehmung 9 beziehungsweise 10 auf.
In diese Ausnehmungen 9, 10 ist die Strommessvorrichtung durchquerend
ein elektrischer Leiter 5 eingelegt. Im mittleren Bereich
des Unterteiles 2, unterhalb des elektrischen Leiters 5 befindet
sich eine Leiterplatte 14 unter der ein Hallsensor 4 angeordnet
ist. Der Hallsensor erfasst das infolge des Stromdurchflusses durch
den Leiter 5 entstehende Magnetfeld und gibt damit ein
proportionales Signal für
die Größe des fließenden Stromes
an. Zur Umsetzung des erfassten Messergebnisses weist die Strommessvorrichtung eine
nicht gezeigte elektrische Schaltung auf, die sich auf einer Leiterplatte
im Unterteil des Unterteils 2 befindet. Unterhalb der Leiterplatte 14 ist
ferner ein Teil einer Abschirmung 7 vorhanden. Diese Abschirmung ist
bei der gezeigten Ausführung
als eine Halbschale in Form eines hohlen Kreiszylinders ausgeführt. Damit
wird in dem Bereich, der von dem elektrischen Leiter 5 durchzogen
ist, eine Abschirmkammer 6 gebildet, wenn das korrespondierende
Gegenstück
der Abschirmung im Deckel 3 aufgesetzt ist. Zur Weitergabe
der erfassten und gemessenen Daten weist das Unterteil 2 ferner
eine Datenleitung 16 auf, die die Messdaten beispielsweise
an einen Computer weitergibt, um sie hier einer Auswertung zuzuführen. Ebenso
können
die Daten natürlich
auch mittels eines Displays unmittelbar zur Anzeige gebracht werden.
Zum Schutz der empfindlichen Bauelemente ist ferner eine Vergussmasse 13 in
den Innenhohlraum des Unterteiles 2 eingefüllt worden.
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In
der 3 ist eine perspektivische Ansicht des Deckels 3 des
Gehäuses 1 gezeigt.
Auch der Deckel 3 weist an zwei seiner einander gegenüberliegenden
Seiten Ausnehmungen 11 und 12 auf, in die der
elektrische Leiter dicht eingesetzt wird. Der Leiter 5 durchdringt
dabei bei auf das Unterteil 2 aufgesetztem Deckel 3 eine
Abschirmkammer 6, die durch den im Unterteil 2 vorhandenen,
unteren Teil der Abschirmung 7 und die korrespondierende
Abschirmung 8 im Deckel 3 gebildet wird. Von Bedeutung
ist hierbei, dass die Abschirmungen 7 und 8 bei
auf das Unterteil 2 aufgesetztem Deckel 3 mit
ihren korrespondierenden Kontaktflächen aneinander anliegen. Dies
ist insbesondere von Bedeutung für
die Ausführung
der Leiterplatte 14 im Unterteil 2, da die Abschirmung
in einem Teil ihrer Kontaktflächen
diese Leiterplatte aufnehmen muss. Zur Verbindung der beiden Gehäuseteile,
bestehend aus dem Deckel 3 und dem Unterteil 2,
kann eine klemmende Verbindung ausreichend sein. Darüber hinaus
ist es jedoch auch möglich, Schnapp-
oder Rastverbindungen vorzusehen, die für die Dauer der erforderlichen
Messung die beiden Gehäuseteile
aneinander fixieren.
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- 1
- Gehäuse
- 2
- Unterteil
des Gehäuses
- 3
- Deckel
des Gehäuses
- 4
- Sensor
- 5
- Leiter
- 6
- Abschirmkammer
- 7
- Abschirmung
- 8
- Abschirmung
- 9
- Ausnehmung
- 10
- Ausnehmung
- 11
- Ausnehmung
- 12
- Ausnehmung
- 13
- Vergussmasse
- 14
- Leiterplatte
- 15
- Gelenk
- 16
- Datenleitung