WO2009026945A1 - Stromsensor - Google Patents

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Definitions

  • This value is e.g. processed in electronically monitored circuit breakers with regard to overload protection of the connected consumers.
  • the annular or tubular half-shell is produced in the multi-component injection molding process and includes the ferromagnetic core 12, the secondary winding 13 and a connection element or two connection elements 14 for a burden.
  • the ferromagnetisehe core 12 is inserted as a pressing part in the injection molding tool or is also injection-moldable from MagnetpulvergePolll- te thermoplastic material.
  • the secondary winding 13 can now be applied from electrically conductive plastic, with corresponding connecting elements 14 and connecting elements in this step 16 for the half-shells 11, 21, possibly as metal parts, can be integrated.
  • an outer shell 18 is applied in a further injection molding process. 2 shows the structure of a current sensor 20 of two half-shells 11 and 21.
  • the parts indicated by reference numerals 11, 12, 13, 14, 15 and 18 correspond to the parts indicated by reference numerals 21, 22, 23, 24, 25 and 28 parts ,
  • the half-shell 21 may be identical to the half-shell 11, or the pin 16 may be replaced with a notch 27.
  • the half-shells 11 and 21 can also be connected to an elastic hinge 29, in particular film hinges, and thus be produced in one piece.
  • the winding 13 or 23 may possibly run over the hinges 29.
  • the burden is designed as a conductive plastic strand integral with the winding 13, 23.
  • the ability of conductive plastics to increase the volume of current flow opens up further options, such as: the direct operation of a mechanism. This can be a shutdown trigger as well as any other mechanical actuator.
  • FIG. 3 shows the relationships at nominal current (Ii), FIG. 4 at overcurrent (I 2 , where I 2 > Ii).
  • Ii nominal current
  • FIG. 4 shows overcurrent
  • Ii overcurrent
  • FIG. 4 shows the position of the region 32 containing the burden at rated current (Ii) in FIG. 4, the position of the region 32 containing the burden at rated current (Ii) in FIG. 4, the position of the region 32 containing the burden at rated current (Ii) is indicated by a dashed line.
  • the movement of the burden-containing area 32 is indicated by ⁇ . It is advantageous to carry out the burden 51 in a meander-like shape as shown in FIG. 5 in order to realize both a suitable resistance value and to implement the increase in volume of the conductive plastic particularly effectively in the deflection path.
  • Injection molding opens up possibilities for low-cost, easy-to-automate production, especially through the inclusion of mechanical components in an integrated design of the complete product.

Abstract

Die Erfindung bezieht sich auf einen Stromsensor (20) für einen stromführenden Leiter wobei der Sensor (20) mindestens einen ferromagnetischen Kern (12, 22) und eine Sekundärwicklung (13, 23) und Anschlusselemente (14, 24) für eine Bürde bzw. eine Bürde (51) aufweist, wobei die Sekundärwicklung (13, 23) als Spritzgussteil auf eine auf den ferromagnetischen Kern (12, 22) gespritzte isolierende Schicht (15) ausgeführt ist.

Description

Beschreibung
Stromsensor
Zur Überwachung von Strömen und Spannungen in der Energietechnik müssen diese wegen ihrer hohen Werte meist über einen Vermittler in proportionale Vergleichswerte umgewandelt werden, um sie mit üblichen Messgeräten erfassen und auswerten zu können .
In der Schaltanlagen- und Schaltgerätetechnik sind sogenannte Stromwandler bekannt, die z.B. in der Bauform „Aufsteckwandler" einen stromführenden Leiter ringförmig umschließen und deshalb auch als Ringkernwandler bezeichnet werden. Gemäß ih- rem elektromagnetischen Funktionsprinzip können diese Wandler auch als eine spezielle Art von Transformatoren bezeichnet werden .
Um einen Kern aus ferromagnetischem Material, der eine Pri- märwicklung bestehend aus dem Leiter mit dem zu erfassenden
Strom umschließt, läuft eine Sekundärwicklung, an deren Enden ein Widerstand - die sogenannte Bürde - angeschlossen ist, an dem wiederum ein dem Primärstrom proportionaler Spannungswert gemessen werden kann.
Dieser Wert wird z.B. in elektronisch überwachten Leistungsschaltern bezüglich Überlastungsschutz der angeschlossenen Verbraucher verarbeitet.
Die bekannten Ringkernwandler sind jedoch in der Produktion und der Montage relativ teuer, deshalb stellt sich die Aufgabe, einen einfacher bzw. kostengünstiger herstellbaren Stromsensor zu entwickeln.
Diese Aufgabe kann mit einem Stromsensor nach Anspruch 1 gelöst werden. Die untergeordneten Ansprüche beschreiben vorteilhafte Aus- führungsformen der Erfindung.
Im Folgenden wird die Erfindung unter Bezugnahme auf die in den beigefügten Zeichnungen dargestellten Beispiele näher erläutert .
Es zeigen:
FIG 1 den Aufbau einer Halbschale;
FIG 2 den Aufbau eines Stromsensors aus zwei Halbschalen;
FIG 3 den Stromsensor um einen stromführenden Leiter mit kleinem Strom;
FIG 4 den Stromsensor um einen stromführenden Leiter mit größerem Strom; und
FIG 5 den möglichen Aufbau der Bürde.
FIG 1 zeigt den Aufbau einer Halbschale 11. Die ring- bzw. rohrförmige Halbschale wird im Mehrkomponenten-Spritzguss- verfahren hergestellt und beinhaltet den ferromagnetisehen Kern 12, die Sekundärwicklung 13 sowie ein Anschlusselement oder zwei Anschlusselemente 14 für eine Bürde.
Der ferromagnetisehe Kern 12 wird als Pressteil in das Spritzgusswerkzeug eingelegt oder ist aus magnetpulvergefüll- tem Thermoplastmaterial ebenfalls spritzgussfähig.
Nachdem im folgenden Spritzgussvorgang die Kernhalbschale 11 mit einer isolierenden Lage 15, die entsprechend der ge- wünschten Wicklung eine geeignete Außenkonturierung besitzt, ummantelt wurde, kann nun aus elektrisch leitfähigem Kunststoff die Sekundärwicklung 13 aufgetragen werden, wobei in diesem Schritt auch entsprechende Anschlusselemente 14 und Verbindungselemente 16 für die Halbschalen 11, 21, ggf. als Metallteile, integriert werden können. Abschließend wird in einem weiteren Spritzgussvorgang eine Außenhülle 18 aufgebracht . FIG 2 zeigt den Aufbau eines Stromsensors 20 aus zwei Halbschalen 11 und 21. Die mit Bezugszeichen 11, 12, 13, 14, 15 und 18 gekennzeichneten Teile entsprechen den mit Bezugszei- chen 21, 22, 23, 24, 25 und 28 gekennzeichneten Teilen. Die Halbschale 21 kann identisch zu der Halbschale 11 sein, oder der Zapfen 16 kann mit einer Einkerbung 27 ersetzt werden.
Wie FIG 2 entnehmbar, können die genannten Halbschalen 11 und 21 auch mit einer elastischen Scharniere 29, insbesondere Folienscharniere, verbunden und somit einstückig herstellbar sein. Auch die Wicklung 13 bzw. 23 kann ggf. über die Scharniere 29 laufen.
In einer Ausführungsform der Erfindung ist die Bürde als leitfähiger Kunststoffsträng einstückig mit der Wicklung 13, 23 ausgeführt. Durch die Eigenschaft von leitfähigen Kunststoffen, das Volumen bei Stromfluss zu vergrößern, eröffnen sich weitere Optionen wie z.B. die direkte Betätigung einer Mechanik. Dies kann ein Auslöser zum Abschalten wie auch ein sonstiges mechanisches Stellglied sein.
Zweckmäßigerweise wird zur Realisierung von mechanischen Bewegungen ein Teil des Wandlers wie in FIG 3 und 4 dargestellt nach Art eines „Bi-Metalles" 31, 32 ausgeführt, um mit einer geringen Volumenänderung des die Bürde beinhaltenden Bereiches 32 eine relativ große mechanische Bewegung ausführen zu können, die wiederum geeignet ist, nach dem Prinzip „Mausefalle", einen vorgespannten Mechanismus z.B. für eine Über- lastabschaltung freizugeben. FIG 3 stellt die Verhältnisse bei Nennstrom (Ii), FIG 4 bei Überstrom (I2, wobei I2 > Ii) dar. In FIG 4 ist die Position des die Bürde beinhaltenden Bereiches 32 bei Nennstrom (Ii) mit gestrichelter Linie gekennzeichnet. Die Bewegung des die Bürde beinhaltenden Berei- ches 32 ist mit Δ gekennzeichnet. Dabei ist es vorteilhaft, die Bürde 51 in mäanderähnlicher Form wie in FIG 5 dargestellt auszuführen, um sowohl einen passenden Widerstandswert zu realisieren als auch die Volumenzunahme des leitfähigen Kunststoffes besonders wirksam im Auslenkungsweg umzusetzen.
Mit der beschriebenen, erfindungsgemäßen Kombination aus Mehrkomponenten-Spritzgusstechnik und Verwendung von leitfähigen Kunststoffen ergibt sich eine Vielzahl von Vorteilen in technischer und wirtschaftlicher Hinsicht.
Die Spritzgussformgebung eröffnet Möglichkeiten zur kostengünstigen, leicht zu automatisierenden Produktion speziell durch Einbeziehung von mechanischen Komponenten in eine inte- grative Gestaltung des kompletten Produktes.

Claims

Patentansprüche
1. Stromsensor (20) für einen stromführenden Leiter, dadurch gekennzeichnet, dass der Sensor (20) mindestens einen ferro- magnetischen Kern (12, 22) und eine Sekundärwicklung (13, 23) und Anschlusselemente (14, 24) für eine Bürde bzw. eine Bürde (51) aufweist, wobei die Sekundärwicklung (13, 23) als Spritzgussteil auf eine auf den ferromagnetisehen Kern (12, 22) gespritzte isolierende Schicht (15) ausgeführt ist.
2. Stromsensor (20) nach Anspruch 1, wobei der Sensor eine als Spritzgussteil ausgeführte isolierende Schicht (18) als Abdeckung der Sekundärwicklung (13, 23) aufweist.
3. Stromsensor (20) nach Anspruch 1 oder 2, wobei der Sensor (20) aus zwei Halbschalen (11, 21) besteht, die jeweils mindestens einen ferromagnetisehen Kern (12, 22) aufweisen.
4. Stromsensor (20) nach Anspruch 3, wobei die Sekundärwick- lungen (13, 23) der beiden Halbschalen (11, 21) über einen als Spritzgussteil ausgeführten Verbindungsteil (29) mechanisch miteinander verbunden sind.
5. Stromsensor (20) nach Anspruch 3 oder 4, wobei die HaIb- schalen (11, 21) über einen als Spritzgussteil ausgeführten
Verbindungsteil (29) elektrisch miteinander verbunden sind.
6. Stromsensor (20) nach Anspruch 4 oder 5, wobei das Verbindungsteil (29) als Filmscharnier ausgeführt ist.
7. Stromsensor (20) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei der mindestens eine ferromagnetisehe Kern (12, 22) als Pressteil ausgeführt ist.
8. Stromsensor (20) nach einem der vorhergehenden Ansprüche 1 bis 6, wobei der mindestens eine ferromagnetische Kern (12, 22) als Spritzgussteil, bevorzugt aus magnetpulvergefülltem Thermoplastmaterial, ausgeführt ist.
9. Stromsensor (20) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei der Sensor (20) integrierte Anschlusselemente (14, 24) und/oder Verbindungselemente (16, 27) für die Halbschale oder Halbschalen (11, 21) aufweist, ggf. als Metallteile.
10. Stromsensor (20) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei die Bürde (51) als leitfähiger Kunststoffsträng, bevorzugt einstückig mit der Sekundärwicklung (13, 23) oder mit integrierten Anschlusselementen (14, 24) kontaktierbar/ kontaktiert ausgeführt wird.
11. Stromsensor (20) nach Anspruch 10, wobei der Sensor (20) mindestens einen Bereich (31, 32) aufweist, der die Bürde (51) beinhaltet oder umrandet, und wobei der Stromsensor (20) ausgebildet ist, durch eine stromabhängige Volumenänderung eines elektrisch leitenden Teils des Sensors den mindestens einen Bereich (31, 32) zu bewegen.
12. Stromsensor (20) nach Anspruch 11, wobei die Bewegung ausgebildet ist, einen vorgespannten Mechanismus, z.B. für eine Überlastabschaltung, freizugeben.
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