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Die
Anmeldung betrifft einen elektrischen Messwandler, umfassend eine
auswechselbare Metallschiene.
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Elektrische
Wandler werden in erster Linie eingesetzt, um eine galvanische Trennung
bereitzustellen und um eine erste Spannung oder einen ersten Strom
(Primärgröße) in eine
zweite Spannung oder einen zweiten Strom (Sekundärgröße) zu wandeln, wobei die Beträge der beiden
Messgrößen zueinander
direkt proportional sind. Elektrische Messwandler werden eingesetzt,
um dieses Konzept zum Zwecke der Messung, insbesondere der Strommessung
einzusetzen.
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Es
ist Aufgabe, einen Messwandler bereitzustellen, welcher in seinem
Einsatz flexibler ist, als die gängigen
Messwandler.
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Diese
Aufgabe wird gelöst
durch die unabhängigen
Ansprüche.
Ausgestaltungsformen ergeben sich aus den Unteransprüchen.
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Insbesondere
wird die Aufgabe gelöst
durch einen elektrischen Messwandler umfassend zusätzlich zu
dem Metallkern des Messwandlers eine auswechselbaren Metallschiene,
wobei diese Metallschiene mit Hilfe von am Messwandler angeordneten Befestigungsmitteln
ausschließlich
kraftschlüssig und
wieder lösbar
gehaltert wird.
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Derartige
marktgängige
Messwandler umfassen einen fest eingebauten Metallkern und zusätzlich eine
fest eingegossene Metallschiene, was sie unflexibel in ihren Einsatz
macht. Dies gilt insbesondere für
Wickelwandler wegen ihrer relativ kleinen Ströme von unter 150 Ampere. Im
anderen Fall von Durch steckstromwandlern, die insbesondere für Ströme von 150
A bis über
10.000 A Anwendung finden, hat der Fachmann bisher alternative Lösungen bevorzugt.
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Dadurch,
dass erfindungsgemäß eine auswechselbare
Metallschiene zum Einsatz kommt, ist es möglich, das Messverhalten und
die Messcharakteristik eines derartigen Messwandlers präziser zu kalibrieren
und einzustellen. Dies ist insbesondere bei eingebauten Messwandlern
von großem
Vorteil. Diese Metallschiene wirkt bei derartigen Wandlern als Stromschiene.
In erster Linie wird das Schienensystem entsprechend den planerischen
Erfordernissen ausgelegt und kann erfindungsgemäß nun auch im Nachgang während des
Betriebes geändert
werden; insbesondere kann nun auch eine Schiene für den Wandler
im Nachhinein geändert
werden.
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Konkret
kann diese Beeinflussung erfindungsgemäß nun auch nach der ersten
Inbetriebnahme durch die Änderung
der geometrischen Abmaße und/oder
des magnetischen Verhaltens und/oder des verwendeten Werkstoffs
dieser Schiene eingestellt werden.
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Während bei
Messwandlern mit fest eingebauter Primärleiterschiene eine derartige
Schiene üblicherweise
formschlüssig
in die korrespondierende Aussparung passt und hierdurch fixiert
wird, beispielsweise dadurch, daß sich eine Schraube auch in das
Material des korrespondierenden Gegenübers einarbeitet, und dann
mit dem Messwandler vergossen wird, und aus Standardmaterialien
besteht, kommen bei Einsatz der erfindungsgemäß variablen Schienenhalterung,
bei gleich bleibender Öffnung auch
Abmaße
in Frage, die kleiner sind, als die korrespondierende Öffnung des
Wandlers.
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Durch
Einsatz der variablen Schienenhalterung, kann auch im Falle der
Verwendung kleinerer Metallschieneabmessungen, eine zentrische Anordnung
dieser Metallschiene gewährleistet
werden, wodurch eine Verbesserung der Reproduzierbarkeit der Messergebnisse
erreicht werden kann.
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Da
bei einer Verkleinerung der Abmessung der verwendeten Metallschiene
der mögliche
Formschluss zur Gehäusewandung
aufgegeben werden muss, mit dessen Hilfe, wenn er als Presspassung ausgestaltet
war, die Halterung der Metallschiene sichergestellt wurde, so ist
bei einem Wegfall dieser Halterungsmöglichkeit eine alternative
Halterung vorzusehen.
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Erfindungsgemäß wird die
Metallschiene variabler Breite nicht mehr durch die Wandleröffnung gehalten,
sondern mit Hilfe von am Messwandler angeordneten Befestigungsmitteln
kraftschlüssig
und zentrisch fixiert.
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Als
hierzu geeignete Befestigungsmittel kommen Klemmmittel in Frage.
Vorliegend werden diese Klemmmittel durch die aus dem Wandlergehäuse vertikal
herausragenden Dome bereitgestellt. In diesen Domen können Innengewinde
vorgesehen werden, welche mit Hilfe einer Rotationsbewegung beispielsweise
einer darin liegenden Schraube mit Feingewinde Klemmmittel beispielsweise
in Gestalt von im wesentlichen biegefesten Klemmelementen in Richtung
der Schiene in Bewegung setzen. Diese Klemmelemente haltern dann
diese Schiene erfindungsgemäß durch
einen reinen Kraftschluß.
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Zwar
können
beispielsweise Durchsteckstromwandler auch mittels Schrauben, die
am Gerät einen
Befestigungspunkt aufweisen, gegen die Schiene verpresst werden,
in diesem Fall wird jedoch mit Hilfe einer Schraube eine auch formschlüssige Fixierung
bewirkt, da sich Schrauben, wie erwähnt immer auch in das Material
ihres korrespondierenden Gegenübers
eingraben. Zusätzlich
zu dieser durch eine Schraube formschlüssigen Verbindung wird durch
die Klemmkraft auch noch eine kraftschlüssige Verbindung bewirkt. Diese
bisher kombinierte kraft-formschlüssige Verbindung wird nun erfindungsgemäß ersetzt
durch eine rein kraftschlüssige Erfindung,
ohne formschlüssigen
Anteil. Eine derartige, rein formschlüssige, Verbindung könnte auch nicht
durch die Verwendung von Schutzkappen erreicht werden, da sich in
diesem Fall statt des Schienenmaterials die Schutzkappen verbiegen
und damit eine auch formschlüssige
Kraftübertragung
zwischen Schiene und Befestigungsmitteln bewirken.
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Da
eine derartige mittelbare Kraftübertragung
wegen der damit verbundenen Unwägbarkeiten unerwünscht ist,
wird dies erfindungsgemäß vermieden,
wenn die Befestigungsmittel und die Schienen ausschließlich mit
Hilfe eines Kraftschlusses aufeinander einwirken.
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Eine
alternative Ausgestaltungsform betrifft einen derartigen elektrischen
Messwandler, wobei die auswechselbare Metallschiene durch einen
Primärleiter
gebildet wird. Als so genannte ”Primärleiter” werden
hierbei hochstromführende
Leiter definiert, die durch das Kernloch geschoben werden. Hierdurch
gilt auch eine Schiene, ebenso wie ein Leiter anderer Geometrien,
als Primärleiter.
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Eine
Besonderheit eines derartigen elektrischen Messwandlers, wobei die
auswechselbare Metallschiene durch einen Primärleiter gebildet ist, ist beispielsweise
diese Flexibilität
in der Wahl des Leitermaterials. Ein bevorzugter Werkstoff derartiger auswechselbarer
Metallschiene, die als Primärleiter wirken,
ist CU bzw. Al. So werden insbesondere in Skandinavien Primärleiter
aus Aluminium verwendet, während
im restlichen Europa Primärleiter
aus Kupfer verwendet werden.
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Damit
kann mit Hilfe der Auswechslung des Primärleiters ein Wandler leicht
von einer skandinavischen Ausführung
in eine europäische
umgerüstet werden,
ohne dass der gesamte Wandler ausgetauscht werden muss. Dies gilt
insbesondere für
den Primärkreis
der Anlage als Ganzes.
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Eine
weitere alternative Ausgestaltungsform umfasst einen Primärleiter
in Gestalt einer einzelnen rechteckförmigen Metallschiene. Diese
rechteckigen Metallschienen können
auch quadratischer Gestalt sein. Die geometrische Gestalt (z. B.
Breite) und die Anzahl dieser Schienen ist letztendlich abhängig von der
Strombelastung und der daraus resultierenden Schienentemperatur
optimierbar. Zur korrekten Festlegung eines zu verwendenden Metallschienenquerschnitts,
ist weiterhin das individuell geforderte Kurzschlussverhalten zu
ermitteln und zu berücksichtigen.
Im Falle eines Kurzschlusses, dürfen
hierbei die nach den Regeln der Technik festgelegten, jeweils individuellen
materialabhängigen
Grenzwerte der zulässigen
Stromdichte nicht überschritten
werden.
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Eine
derartige rechteckige Gestalt hat den weiteren Vorteil, dass derartige
Schienen besser fixiert werden können
und sich beispielsweise im eingeführten Zustand nicht verdrehen
können.
Besonders gute Erfahrungen wurden Metallschienen gemacht, welche
die Gestalt eines Rechtecks aufweisen und eine Kantenlänge zwischen
5 und 10 mm haben. Derartige Metallschienen wiesen die besondere Wirkung
auf, dass bei Schienenbündeln ≥ 1 Stück die Stromtragfähigkeit
und die Kurzschlussbelastung deutlich höher als normal liegen können. Hierbei
bedeutet ”deutlich
höher” größer als
50% und insbesondere größer als
100%.
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Ein
derartiger Wandler ist flexibel einsetzbar, solange der Phasenmittenabstand
zwischen den benachbarten Leitern zur Aufnahme des Gehäusekörpers (Durchmesser)
ausreicht.
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Eine
weitere alternative Ausgestaltungsform eines beschriebenen elektrischen
Messwandlers umfasst mindestens eine Metallschiene aus einem Schienenpaket
zweier oder mehrerer Einzelmetallschienen besteht.
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Durch
die Bildung derartiger Pakete wird die Strombelastbarkeit markant
erhöht.
Möglich
und vorteilhaft sind hier beispielsweise Pakete von einer bis zu
dreifachen Schienenanzahl. Besonders gute Erfahrungen wurden mit
Paketen gemacht, welche zwei oder drei einzelne Metallschienen umfassten. Bei
diesen konnte die Strombelastbarkeit um das Zwei- bis Dreifache
erhöht
werden. Durch die Erhöhung
der Anzahl der einzelnen Metallschienen wird in erster Linie die
Stromtragfähigkeit
verbessert. Die Bildung derartiger Pakete hat weiterhin den Vorteil der
Verbesserung der Wärmeableitung,
da als Folge des Stromflusses im Leitermaterial auch eine Erwärmung bewirkt
wird.
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Ein
erfindungsgemäßer elektrischer
Messwandler umfasst mindestens zwei insbesondere gleich weit von
der Messwandlerachse entfernte Befestigungsmittel wobei sich die
Befestigungsmittel in Richtung der Messwandlerachse und zurück bewegen
lassen. Durch eine derartige Anordnung können die Metallschienen mit
Hilfe einer Klemmkraft kraftschlüssig
gehaltert werden, die bei Bedarf rasch lösbar ist und eine alternative
Schiene mit anderen Charakteristiken einsetzbar macht. Hierbei müssen die Befestigungsmittel
(oben und unten) aber nicht zwingend gleich weit von der Messwandlerachse
weg entfernt sein. Es ist vielmehr auch möglich, so dass z. B. das obere
Klemmelement weiter ausgefahren ist als das untere und wodurch die
Messwandlerachse und das Schienenpaket nicht auf der selben Höhe sind.
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Eine
weitere alternative Ausgestaltungsform eines beschriebenen elektrischen
Messwandlers umfasst als Befestigungsmittel mindestens zwei am Gehäuse angeordnete
Dome. Diese Dome sind insbesondere mittelachsparallel ausgestaltet.
Diese Dome bewirken durch ihre Parallelität zur Mittelachse des Messwandlergehäuses eine
stabile Verankerbarkeit sowie gleichzeitig eine präzise Ausrichtbarkeit
der Befestigungsmittel am Messwandlergehäuse.
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Eine
weitere alternative Ausgestaltungsform eines beschriebenen elektrischen
Messwandlers umfasst Dome, wobei diese Dome wiederum Innengewinde
umfassen, mit deren Hilfe auf die zu befestigende Schiene ein Kraftschluss
bewirkt werden kann. Diese Innenegewinde sind idealerweise aus Feingewinden
der Maße
M8 oder M10 gebildet. Durch Betätigen
derartiger Innengewindeschrauben wird eine Translationsbewegung
bewirkt. Diese Translationsbewegung setzt wiederum ein Klemmelement
in Richtung der Metallschiene in Bewegung. Sobald dieses Klemmelement
die Metallschiene erreicht hat, und diese auf erfindungsgemäße Weise kraftschlüssig fixiert
hat, verklemmen sich die Metallschiene, das Klemmelement und das
Innengewinde gegenseitig. Erfindungsgemäß kann hierdurch auch ein Arbeitsschritt
eingespart werden, da bisher Gewinde erst durch den zusätzlichen
Arbeitsschritt des Eindrehens von Selbstformgewindeschrauben hergestellt
werden mußten.
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Weiterhin
wird die Aufgabe gelöst
durch einen elektrischen Stromesswandler, der einen der beschriebenen
Messwandler umfasst. Das beschriebene Konzept kann auch Anwendung
auf Messwandler, wie z. B. Aufsteck- oder Durchsteckstromwandler
finden. Für
Niederstrom-Spannungswandler kommt das folgende Konzept jedoch nicht
zum Tragen, weil als Primärleiter
nur ein von den Belastungswerten des Wandlers/Transformators abhängiger und
damit verschwindend kleiner Primärleiter
eingesetzt wird. Der Umstand, dass der elektrische Wandler aber
ein Strommesswandler ist, bringt außerdem die Besonderheit mit
sich, dass nach dem ”Transformatorprinzip” höhere Ströme beispielsweise
50–10.000
A in kleine, messbare Ströme
1 A oder 5 A gewandelt werden können.
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Weiterhin
wird die Aufgabe gelöst
durch eine elektrische Baugruppe, umfassend mindestens einen der
geschilderten elektrischer Messwandler.
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Eine
Ausgestaltungsform wird durch die Fig. gezeigt. Hierbei zeigt
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1 einen
elektrischen Messwandler in der Ansicht von schräg oben rechts;
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2 einen
elektrischen Messwandler in der Ansicht von links;
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3 einen
elektrischen Messwandler in der Ansicht von rechts;
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4 einen
elektrischen Messwandler in der Ansicht von unten;
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5 einen
elektrischen Messwandler in der Ansicht von oben;
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6 einen
elektrischen Messwandler in der Ansicht von vorne;
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7 einen
elektrischen Messwandler in der Ansicht von hinten.
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Insbesondere
zeigen die 1 bis 7 einen
elektrischen Messwandler (1) umfassend eine Aussparung
(2) zur Aufnahme einer auswechselbaren Metallschiene (nicht
dargestellt), sowie umfassend im Gehäuse einen Metallkern (ebenfalls
nicht dargestellt), wobei eine in die Aussparung einführbare mindestens
eine Metallschiene mit Hilfe von am Messwandler angeordneten Befestigungsmitteln
(3) kraftschlüssig
gehaltert werden kann.
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Die
in den in den Fig. dargestellten Aussparungen sind zur Aufnahme
einer rechteckförmigem Metallschiene
bzw. einem Bündel
derselben ausgestaltet. Diese Metallschiene kann daher auch aus
einem Schienenpaket zweier oder mehrerer Einzelmetallschienen bestehen.
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Insbesondere
zeigen die Figuren, dass die Befestigungsmittel mindestens zwei
gleich weit von der Messwandlerachse entfernte Befestigungsmittel umfassen
und sie zeigen, dass Spielraum dafür besteht, dass sich die Befestigungsmittel
in Richtung der Messwandlerachse und zurück bewegen lassen.
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Weiterhin
zeigen die Figuren, dass die Befestigungsmittel mindestens zwei
mittelachparallele und am Gehäuse
angeordnete Dome (4) umfassen. In den Fig. nicht dargestellt
ist, dass die Dome Innengewinde umfassen, mit deren Hilfe auf die
zu befestigende Schiene eine Bewegung der Befestigungsmittel (3)
in Richtung der Mittelachse des Messwandlers (1) bewirken,
mit deren Hilfe wiederum ein Kraftschluss auf die in die Aussparung
(2) anordenbare(n) Metallschiene(n) bewirkt werden kann.