DE3522161C2 - - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft einen Summenstromwandler für einen zwei- oder vierpoligen Schutzschalter mit Fehlerstromauslösung zur Verwendung in einem ein- bzw. dreiphasigen, einen Nulleiter enthaltenden Niederspannungs-Verteilungsnetz gemäß dem Oberbegriff des Anspruchs 1, mit einem Ringkern aus hochwertigem magnetischen Material wie insbesondere einer Eisen-Nickel-Legierung zur Aufnahme der Primärwicklungen für den bzw. die Phasenleiter und den Nulleiter und einer Sekundärwicklung für den Auslöser, wobei die Primärwicklungen nur je eine Windung aufweisen und von einfach durch den Ringkern hindurchgezogenen Leitern gebildet sind, von denen wenigstens die Phasenleiter aus massivem Kupferdraht bestehen, sowie ein Verfahren zur Herstellung eines solchen Summenstromwandlers in einer besonderen Ausgestaltung der Erfindung.

Ein solcher Summenstromwandler ist beispielsweise aus der DE-AS 15 88 723 bekannt.

Die Überwachung von Fehlerströmen beruht bekanntlich auf dem elektrotechnischen Gesetz, daß die Summe aller Ströme zwischen Erzeuger und Verbraucher zu jedem Zeitpunkt gleich Null ist. Sämtliche Phasenleiter und der Nulleiter sind über entsprechende Wicklungen gleicher Windungszahl im Summenstromwandler geführt. Im Normalbetrieb, d. h. solange kein Isolationsfehler im Versorgungssystem vorliegt, ist demzufolge die Durchflutung des Ringkerns im Wandler Null, und in der Sekundärwicklung wird keine Spannung induziert. Tritt hingegen ein Isolationsfehler auf, was bedeutet, daß die Ströme zwischen Erzeuger und Verbraucher unter Umgehung des Summenstromwandlers fließen, wird dieser Nullzustand im Summenstromwandler gestört und durch Induzieren einer Spannung in der Sekundärwicklung der Auslöser des Schutzschalters betätigt.

Bei den bekannten Summenstromwandlern wird der Magnetkern entweder mit einem Isolierband bandagiert oder in eine Umhüllung eingeschlossen, die aus vorgefertigten Halbschalen aus Kunststoff besteht. Auf dem derart isolierten Ringkern wird dann die Sekundärwicklung aufgebracht, und es werden die beispielsweise mit zwei Schichten eines Polyesterbandes isolierten Primärwicklungsleiter durch den Ringkern hindurchgezogen. Das Ganze wird dann als Modul in das Schaltgerät eingesetzt, befestigt und angeschlossen.

Ein solcher Aufbau des Summenstromwandlers ist aufwendig und teuer in der Herstellung und führt wegen der Dicke der Isolierschichten zu beträchtlichen Abmessungen des Ringkerns, dessen hoher Materialpreis die Gesamtkosten des Summenstromwandlers erheblich beeinflußt.

Der Erfindung liegt deshalb die Aufgabe zugrunde, einen Summenstromwandler der eingangs genannten Art mit einem wesentlich kleineren Ringkern unter gleichzeitiger Vereinfachung und Verbilligung der Isolation der Primärwicklungsleiter zu schaffen.

Erfindungsgemäß wird diese Aufgabe durch die im Anspruch 1 gekennzeichneten Merkmale gelöst.

Durch die erfindungsgemäße Verwendung von Epoxyharzschichten zur Isolation sowohl wenigstens eines Teils der Primärwicklungsleiter als auch des Ringkerns kann der Ringkern unter Ausbildung als langgestreckter Hohlkörper mit derart geringem Außenumfang und dadurch so wenig Materialvolumen ausgeführt werden, daß dennoch eine ausreichende Magnetisierung beim Auftreten eines Fehlerstromes gewährleistet ist. Zugleich wird das Isolieren der Primärwicklung wesentlich vereinfacht, und die diese bildenden Kupferdrähte lassen sich mit wenigen Handgriffen schnell in den Ringkern einziehen, wodurch auch der Montageaufwand beträchtlich vermindert wird.

Nach einem ersten Merkmal zur vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung hat der Ringkern die Form eines Hohlzylinders, was zur weiteren Vereinfachung seiner Herstellung führt und für das Einziehen der Wicklungsleiter die günstigsten Voraussetzungen schafft.

Ein anderes Ausgestaltungsmerkmal der Erfindung sieht vor, daß die Primärwicklung für den Nulleiter von einer oder mehreren durch den Ringkern hindurchgeführten verseilten und mit einem thermisch schrumpfbaren Isolierschlauch überzogenen Kupferdrahtlitzen gebildet ist, wie dies aus der Siemens-Broschüre "Fehlerstrom/Schutzschaltung" 1966 - Druckvermerk 3663, TS 621 40392 bei allen Primärwicklungsleitern der Fall ist.

Da eine solche Nulleiterwicklung im Gegensatz zu den vom Epoxyharz ummantelten Phasenleitern in ihrer Dicke elastisch ist und sie gegebenenfalls aus mehreren dünnen Litzen innerhalb eines gemeinsamen Isolierschlauchs bestehen kann, können mit ihr Toleranzen im Innenquerschnitt des Ringkerns und im Durchmesser der Phasenleiter infolge der Epoxyharzbeschichtungen ohne das Erfordernis einer vorsorglichen Vergrößerung des Ringkerndurchmessers ausgeglichen werden.

Schließlich zeichnet sich eine in Hinblick auf ihre Herstellung besonders vorteilhafte Ausgestaltung der Erfindung dadurch aus, daß die mit der Epoxyharzschicht ummantelten Kupferdrähte nach ihrem Durchtritt durch den Ringkern haarnadelförmig zurückgebogen sind, wobei die beiden Schenkel eines jeden solchen Kupferdrahtes untereinander im wesentlichen gleich lang ausgebildet und an den Enden harzfrei belassen sind.

Der erfindungsgemäße Summenstromwandler läßt sich verfahrensmäßig dadurch besonders vorteilhaft herstellen, daß die aus massivem Kupferdraht bestehenden Primärwicklungsleiter nach Ablängen und Biegen auf ihre endgültige Länge und Form im an sich bekannten Wirbelsinterverfahren mit einem thermisch aushärtbaren Epoxyharz beschichtet werden, woraufhin sämtliche Primärwicklungsleiter in den zuvor gleichfalls im Wirbelschichtverfahren beschichteten Ringkern eingezogen werden. Dabei erfolgt das Anbringen der Sekundärwicklung an den beschichteten Ringkern zweckmäßig vor dem Einziehen der ummantelten Kupferdrähte.

Bei diesem bekannten Beschichtungsverfahren werden die zu beschichtenden metallischen Gegenstände zunächst auf eine Temperatur von mindestens 150°C im Ofen vorgewärmt und dann in einen Behälter mit dem Beschichtungsmaterial wie hier dem Epoxyharz in Pulverform eingetaucht, das durch über den porösen Behälterboden eingeführte Luft aufgewirbelt und dadurch in einen flüssigkeitsähnlichen Zustand versetzt ist. Je nach Pulverart, Tauchzeit und Vorwärmtemperatur setzt sich mehr oder weniger Pulver auf den Oberflächen der eingetauchten Gegenstände ab und wird dann mit diesen in einem Wirbelsinterofen weiter erwärmt, wo das Pulver unter Bildung einer die Gegenstände gleichmäßig umhüllenden homogenen Schicht aushärtet.

Die Anwendung dieses bekannten Verfahrens bei der Isolation der aus massivem Kupferdraht bestehenden Primärwicklungsleiter und des Ringkerns ist einfach und bei der Massenherstellung billig und führt zu vergleichsweise dünnen und dennoch voll befriedigenden Isolierschichten mit hoher thermischer und mechanischer Festigkeit über die gesamte Lebensdauer des Wandlers. Außerdem erübrigt das dabei angewendete Eintauchen der Kupferdrähte, wenn diese gemäß dem obigen Ausgestaltungsmerkmal der Erfindung haarnadelförmig unter gleich langer Ausbildung ihrer Schenkellängen abgewinkelt sind, auf äußerst einfache Weise das Freihalten ihrer Enden von der Isolierschicht, indem die freien Enden der haarnadelförmig gebogenen Primärwicklungsleiter beim Beschichten mit dem Epoxyharz aus der pneumatisch aufgewirbelten Pulvermasse herausgehalten werden.

Ein derart ausgebildeter bzw. hergestellter Summenstromwandler bildet einen leicht im Schaltgerät anzubringenden Modul, der wenig Platz erfordert und dort mit einfachen Mitteln in Stellung gehalten werden kann, während gleichzeitig eine hohe Gewähr für ein einwandfreies Arbeiten und eine sichere Isolation über eine lange Betriebsdauer gegeben sind.

Die Erfindung wird nachstehend anhand eines in der Zeichnung dargestellten Ausführungsbeispiels beschrieben, das nur der Erläuterung der Erfindung dient, ohne den Schutz des Patentes darauf zu beschränken. In der Zeichnung zeigt

Fig. 1 in perspektivischer Darstellung einen Summenstromwandler nach der Erfindung für einen vierpoligen Fehlerstromschutzschalter mit den an den einen Enden der Primärwicklungsleiter angelöteten Schalterausgangsklemmen, und

Fig. 2 einen Querschnitt durch den Ringkern des Wandlers mit den Primärwicklungsleitern und der Sekundärwicklung.

In der Zeichnung ist mit 10 ein Ringkern in Gestalt eines Hohlzylinders aus einem hochwertigen magnetischen Material wie insbesondere einer Eisen-Nickel-Legierung bezeichnet. Der Ringkern 10 ist, wie aus Fig. 2 ersichtlich, mit einer Isolierschicht 12 aus Epoxyharz allseitig umhüllt. Durch den Ringkern 10 verlaufen die einen Schenkel von drei haarnadelförmig gebogenen Drähten 14¹, 14² und 14³ aus massivem Kupfer, welche die Primärwicklungen für die drei Phasenleiter des (nicht gezeigten) Schutzschalters bilden. Die Schenkelpaare der Drähte 14¹, 14², 14³ sind untereinander gleich lang ausgebildet und an den freien Enden bei 16 bzw. 18 blank belassen, während die Drähte im übrigen mit einer Epoxyharzschicht 20 ummantelt sind.

Als vierter Primärwicklungsleiter erstreckt sich durch den Ringkern 10 eine doppelt genommene verseilte Kupferdrahtlitze 22, die im Bereich des Ringkerns mit einem Isolierschlauch 24 versehen ist.

Schließlich ist auf dem Ringkern 10 in herkömmlicher Weise eine aus mehreren, beispielsweise vier Windungen bestehende Sekundärwicklung 26 angebracht, deren Enden an den Auslöser des Fehlerstromschutzschalters oder einen davorliegenden Schaltkreis angeschlossen werden. Die einen blanken Enden der Primärwicklungsdrähte 14¹, 14², 14³ sind an die entsprechenden Ausgangsklemmen 28¹, 28², 28³ des Schutzschalters angelötet. Infolge der Steifigkeit der Kupferdrähte ist hierdurch der gesamte Summenstromwandler in seiner Lage im Schutzschalter bereits ausreichend fixiert. Die Enden der doppelt genommenen Kupferdrahtlitze 22 für den Nulleiter sind an der vierten Ausgangsklemme 28° des Schutzschalters angelötet. An dem schlaufenförmigen anderen Ende des Nulleiters sind ein Schaltkontakt 28 und eine Löschkammerplatte 30 angelötet.

Alle in der Zeichnung dargestellten Teile können bereits vor dem Einbau in den Schutzschalter zu einem Modul vereinigt sein, der durch entsprechende Befestigung der Ausgangsklemme im Schaltergehäuse seine Orientierung und Fixierung innerhalb des Schutzschalters erhält. Zusätzlich brauchen dann nur noch der Schaltkontakt und die Löschkammerplatte in Stellung gebracht und die Phasenleiter des Schalters an die freien Enden der Kupferdrähte 14¹, 14², 14³ angeschlossen zu werden, wodurch sich eine äußerst einfache Montage des gesamten Moduls ergibt.

Die Herstellung des gezeigten Summenstromwandlers erfolgt zweckmäßig derart, daß zunächst die Phasenleiter durch Ablängen geeigneter Drahtabschnitte von einem Vorrat aus massivem Kupferdraht geeigneter Stärke abgeschnitten und in die gezeigte Haarnadelform gebogen werden. Dann werden sie im Ofen auf mindestens 150°C vorgewärmt und in das eingangs erwähnte Pulverbad aus aufgewirbeltem Epoxyharzpulver eingetaucht, wobei sie je nach Art des verwendeten Epoxyharzes, der Tauchzeit und der Vorwärmtemperatur mehr oder weniger viel Pulver auf der Drahtoberfläche absetzt und dort anbäckt. Dabei erfolgt das Eintauchen der haarnadelförmig gebogenen Kupferdrähte mit den Scheitelenden voraus und nur soweit, daß die Drahtenden nicht mit eingetaucht werden. Hieraufhin werden die Drahtabschnitte in einem Wirbelsinterofen weiter erwärmt, wo das Epoxyharzpulver unter Bildung einer die Drähte gleichmäßig umhüllenden homogenen Schicht aushärtet. Dasselbe Tauchverfahren wird auf den Ringkern angewandt, der auf diese Weise gleichfalls mit einer homogenen Schicht aus Epoxyharz umhüllt wird. Desweiteren wird ein entsprechender Abschnitt einer Kupferdrahtlitze, gegebenenfalls in schlauchförmiger Verdoppelung, mit einem thermisch schrumpfbaren Isolierschlauch überzogen und letzterer durch Erwärmen zum Schrumpfen gebracht.

Nun wird zunächst die Sekundärwicklung auf den Ringkern aufgebracht, und dann wird als erstes der Nulleiter durch den Ringkern hindurchgezogen. Anschließend werden die haarnadelförmig abgebogenen isolierten Kupferdrähte mit dem die freien Enden 16 aufweisenden Schenkeln durch den Ringkern hindurchgesteckt, und schließlich werden die Anschlußklemmen 28⁰, 28¹, 28², 28³ sowie der Schaltkontakt 28 und die Löschkammerplatte 30 an die einzelnen Leiter angelötet. Damit ist der Modul fertiggestellt und braucht nur noch in der oben beschriebenen Weise in das Schaltgerät eingesetzt zu werden.

Claims (4)

1. Summenstromwandler für einen zwei- oder vierpoligen Schutzschalter mit Fehlerstromauslösung zur Verwendung in einem ein- bzw. dreiphasigen, einen Nulleiter enthaltenden Niederspannungs-Verteilungsnetz, mit einem als langgestreckter Hohlkörper von im wesentlichen über seine Länge gleichbleibendem Querschnitt und in Bezug auf die aufgenommenen Wicklungen kleinstmöglicher lichter Weite ausgebildeter Ringkern aus hochwertigem magnetischen Material, insbesondere einer Eisen-Nickel-Legierung, zur Aufnahme der Primärwicklungen für den bzw. die Phasenleiter und den Nulleiter und einer Sekundärwicklung für den Auslöser, wobei die Primärwicklungen nur je eine Windung aufweisen und von einfach durch den Ringkern hindurchgezogenen Leitern gebildet sind, von denen wenigstens die Phasenleiter aus massivem Kupferdraht bestehen, dadurch gekennzeichnet, daß der Ringkern (10) allseitig mit aushärtbarem Epoxyharz (12) beschichtet ist und die aus dem massiven Kupferdraht bestehenden Primärwicklungsleiter (14¹, 14², 14³) hinter dem Ringkern (10) haarnadelförmig zurückgebogen und mit thermisch aushärtbarem Epoxyharz isoliert sind, wobei die beiden Schenkel eines jeden solchen Leiters untereinander im wesentlichen gleichlang ausgebildet und an den Enden (16, 18) harzfrei belassen sind.

2. Summenstromwandler nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Primärwicklung für den Nulleiter von einer oder mehreren durch den Ringkern (10) hindurchgeführten verseilten und mit einem thermisch schrumpfbaren Isolierschlauch (24) überzogenen Kupferdrahtlitzen (22) gebildet ist.

3. Verfahren zum Herstellen eines Summenstromwandlers nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die aus dem massiven Kupferdraht bestehenden Primärwicklungsleiter nach Ablängen und Biegen auf ihre endgültige Länge und Form in an sich bekannten Wirbelsinterverfahren mit dem thermisch aushärtbaren Epoxyharz beschichtet werden, wobei die freien Enden der haarnadelförmig gebogenen Primärwicklungsleiter beim Beschichten mit dem Epoxyharz aus der pneumatisch aufgewirbelten Pulvermasse herausgehalten werden, woraufhin sämtliche Primärwicklungsleiter in den zuvor gleichfalls im Wirbelschichtverfahren beschichteten Ringkern eingezogen werden.

4. Verfahren nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß das Anbringen der Sekundärwicklung an dem beschichteten Ringkern vor dem Einziehen der ummantelten Kupferdrähte erfolgt.