WO2019174670A1 - Vorrichtung zum messen von strom und verfahren zur herstellung - Google Patents

Vorrichtung zum messen von strom und verfahren zur herstellung Download PDF

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WO2019174670A1
WO2019174670A1 PCT/DE2019/100192 DE2019100192W WO2019174670A1 WO 2019174670 A1 WO2019174670 A1 WO 2019174670A1 DE 2019100192 W DE2019100192 W DE 2019100192W WO 2019174670 A1 WO2019174670 A1 WO 2019174670A1
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WO
WIPO (PCT)
Prior art keywords
carrier
coil
sections
conductor
planar
Prior art date
Application number
PCT/DE2019/100192
Other languages
English (en)
French (fr)
Inventor
Anatol Schwersenz
Christian LEISER
Original Assignee
Würth Elektronik GmbH & Co. KG
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Würth Elektronik GmbH & Co. KG filed Critical Würth Elektronik GmbH & Co. KG
Publication of WO2019174670A1 publication Critical patent/WO2019174670A1/de

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Classifications

    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01R—MEASURING ELECTRIC VARIABLES; MEASURING MAGNETIC VARIABLES
    • G01R15/00—Details of measuring arrangements of the types provided for in groups G01R17/00 - G01R29/00, G01R33/00 - G01R33/26 or G01R35/00
    • G01R15/14—Adaptations providing voltage or current isolation, e.g. for high-voltage or high-current networks
    • G01R15/18—Adaptations providing voltage or current isolation, e.g. for high-voltage or high-current networks using inductive devices, e.g. transformers
    • G01R15/181—Adaptations providing voltage or current isolation, e.g. for high-voltage or high-current networks using inductive devices, e.g. transformers using coils without a magnetic core, e.g. Rogowski coils

Definitions

  • the invention relates to a device for measuring current, a method for producing the device and a method for performing a measurement with the device.
  • a Rogowski coil is an annular air coil, ie turns of an electrical conductor are not around an annular axis about one
  • a constructed Rogowski coil is arranged around the current-carrying conductor. If an alternating voltage is applied, a magnetic field proportional to the flow of current is built up around the conductor. This alternating magnetic field acts on the Rogowski coil and induces a voltage Ui. The more turns the coil has, the greater the voltage Ui.
  • This voltage Ui is proportional to the strength of the line current II to form the time integral and can thus be tapped via the terminals of the coil and used to measure the current II.
  • the US 5,414,400 A discloses a coil which is formed by the on the outer sides of a printed circuit board radially arranged conductor tracks, wherein tracks of a top side interconnects of a bottom via vias are connected to each other while star-shaped windings around a central, circular recess in the circuit board form.
  • EP 1 012 609 B1 also proposes a measuring device in the form of a Rogowski coil with a winding arranged in a star shape on a printed circuit board.
  • EP 0 587 491 B1 proposes a multilayer Rogowski coil with a
  • Printed circuit board stack whose windings each extend radially and radially on a printed circuit board, wherein adjacent printed circuit boards and the windings carried by them are electrically connected by spacers to form a unit.
  • the disadvantage is that the devices must be partly made expensive and therefore expensive, the number of turns is partially limited and thus no very large measured value Ui is provided or a larger space is required, and that the current-carrying conductor always through the center of the annular and
  • the invention has for its object to realize a device for measuring AC currents on the principle of a Rogowski coil with as many turns in a compact and inexpensive design, which can be easily and directly positioned on an electrical conductor to be detected.
  • the invention proposes a device comprising a strip-shaped carrier, a plurality of sections arranged along the longitudinal axis of the carrier, wherein the carrier is folded in each case in a zigzag manner between the sections on a fold line transversely to its longitudinal axis in each case in the opposite direction
  • Carrier with the folded sections radially about a central axis is arranged in a star-shaped fanned around, wherein at least one planar coil is arranged on at least a first side of a section.
  • the Device can be produced quickly and easily in known and tested in printed circuit board manufacturing technologies and processes in smaller as well as in larger quantities in the required precision and thus is extremely inexpensive.
  • the device is due to the many possible turns accurate and yet compact.
  • the device is designed so that it can be easily opened, so that measurements during operation are possible without the need of
  • At least one further planar coil is arranged on a second side of a section.
  • Fold lines F interconnected portions are at least partially connected to each other at their facing surfaces.
  • first portion and last portion of the carrier are not connected to each other, so that there is an opening between the first and last section.
  • the carrier is arranged around the axis A around, that a central recess is formed as a sensor cell for receiving a current conductor.
  • the carrier consists of a rigid-flexible, a semi-flexible and / or a flexible material.
  • the material is of polyimide.
  • the carrier 10 is between 0.2-3 mm, preferably 0.5-2 mm, particularly preferably 1 mm thick. It is particularly preferred that the carrier is a printed circuit board.
  • the carrier is weakened on at least one fold line F, so that the carrier can be folded there easily and / or defined.
  • planar coils each have at least one turn.
  • the turns of the planar coils each extend approximately in the plane of the axis A.
  • planar coils have, in addition to the respective at least one turn, further turns.
  • the distances from each other and the width are largely the same size.
  • Planar coil run approximately spirally.
  • turns of a planar coil run approximately concentrically, have an interruption and, at the interruption, a connection to the next turn is arranged.
  • the turns of the planar coil of the first side are approximately congruent with the turns of the planar coil of the second side of the section.
  • the coils of a section are connected to each other in series via at least one plated-through hole by the bore being an end of a turn of at least one coil of the first side with one end of a Winding at least one coil of the second side electrically conductively connects to each other.
  • the at least one plated-through hole connects the inner ends of the turns of the planar coils of a section with each other.
  • At least one planar coil of a section having at least one planar coil of an adjacent section is electrically conductively connected to one another via a connecting conductor and connected in series.
  • connecting conductor runs between two adjacent sections over the fold line F located between the sections.
  • connecting conductors between the planar coils of individual sections are carried out alternately on the side or on the side of the carrier.
  • a total coil in the form of a toroid is formed by the coils connected together in series and their arrangement radially around the axis A.
  • a connecting line for the ground (GND) is contacted, so that at least a first measuring circuit MK1 and a second measuring circuit MK2 are formed.
  • connection line for the ground GND takes place in the middle of the overall coil.
  • At least one connection of the entire coil and / or ground GND be brought out to a free end of the carrier.
  • the turns of the planar coils, the connecting conductors between the sections and / or the terminals are designed as strip conductors. It is particularly preferred that the conductor tracks are conventionally wet-chemically, worked out from a full-area, electrically conductive coating and / or formed with a printer and an electrically conductive medium.
  • the conductor tracks are coated on their free outer surfaces electrically insulating.
  • GND connection wires and / or contact pads are arranged on at least one free end of the carrier to the connecting lines for the entire coil and / or the ground GND.
  • the folded and star-shaped carrier arranged is mounted in a housing, so that the folded and star-shaped portions are positioned uniformly to each other at least in a closed housing.
  • the carrier with the star-shaped portions is at least partially fixed in the housing.
  • the housing has a hinge, so that the housing can be opened and closed together with the carrier therein, so that the sensor cell can be accessed for insertion or removal of an electrical conductor or the device can be positioned around an electrical conductor.
  • the carrier is reinforced at least one point.
  • the free ends of the carrier are arranged in close proximity to each other and approximately parallel to each other.
  • the housing can be fixed in the closed state by a closure.
  • the housing has fixing means for fixing an inserted and enclosed current conductor. It may be advantageous that the housing has devices for the discharge of measured values to an evaluation unit and / or itself via a
  • the invention proposes a method for producing a device according to the invention with the following steps:
  • Planar coils are generated in the sections on the second side of the carrier.
  • the fold lines F may be weakened prior to the production of the conductor tracks and / or prior to the folding of the sections.
  • interconnects for the windings and the connections produced conventionally wet chemical, worked out of a full-surface, electrically conductive coating and / or printed with a printer and an electrically conductive medium.
  • the folding segments may be glued together at least partially on their opposite sides. It is further proposed that the carrier is mounted in a housing.
  • the invention proposes a method for carrying out a measurement with the measuring device according to the invention with the following steps:
  • Fig. 1 perspective view of a strip-shaped carrier with
  • FIG. 2 perspective view of the carrier of FIG. 1 with a first
  • FIG. 3 is a profile view of a weakened fold line
  • FIG. 4 shows a side view of the carrier with a first folded section, 5 side view of the carrier of FIG. 4 with another,
  • FIG. 6 side view of the carrier of Fig. 5 with a continued zigzag
  • FIG. 7 is a side view of the folded carrier of FIG. 6,
  • FIG. 8 side view of the folded carrier of Fig. 7 in a circular
  • FIG. 9 side view of a strip-shaped carrier with folded
  • FIG. 10 side view of a strip-shaped carrier with folded
  • FIG. 11 perspective, schematic representation of the arrangement or the
  • FIG. 12 perspective, schematic representation of the formation of a
  • FIG. 13 is a side view of a folding segment
  • 19 is a plan view of a strip with two sections
  • 21 shows a circuit diagram of the measuring device or coil
  • Fig. 22 is a perspective, schematic representation of the interconnection
  • Fig. 23 is a plan view of a section of the carrier
  • FIG. 24 shows a top view of a section of the carrier
  • 25 is a plan view of a section of the carrier
  • Fig. 26 top view of a section of the carrier
  • FIG. 27 top view of a section of the carrier
  • FIG. 28 schematic representation of the interconnection
  • FIG. 29 is a schematic side view of the folded, 2-layer carrier of FIG. 27,
  • FIG. 30 is a schematic side view of the folded, 2-layer carrier of FIG. 29 in a star-shaped arrangement, FIG.
  • 31 is a plan view of a measuring device with housing
  • FIG. 32 shows a top view of the opened measuring device of FIG. 31, FIG.
  • Fig. 33 perspective view of a measuring device as a measuring clamp.
  • FIG. 1 shows a strip-shaped carrier 10 with a plurality of sections 20 arranged along the longitudinal axis L. In each section, a planar coil 30 is arranged on at least one first side 21 of the carrier 10.
  • planar coils 30 are arranged on the second side 22 of the carrier 10 (FIG. 2).
  • the planar coils are shown here only schematically. Designs for the design of the coils are made later.
  • the sections 20 adjoin one another directly and are preferably of approximately the same size or the same length along the longitudinal axis L (FIG. 1).
  • a fold line F arranged transversely to the longitudinal axis L is provided in the plane of extent of the carrier 10. This can be designed as a narrow line or as a wider bending region, depending on how sharp the bend on the fold line F is desired or required and how the strength and / or the elasticity of the material of the carrier 10 fails.
  • the carrier 10 may be to facilitate the
  • Bending and / or to achieve a defined bend at the fold lines F also be weakened on at least one side 21, 22, approximately in the form of a line-shaped or area-shaped perforation or in the form of a notch ( Figure 3) or two close to each other, parallel to each other executed notches (not shown).
  • Appropriate possibilities are well known to the skilled person.
  • adjoining sections 20 are each folded towards each other, wherein the direction R1, R2 of the folding on the adjacent section always opposite to the previous folding direction (FIGS. 2, 4 and 5), so that a total of all sections 20 of a carrier 10 is formed by a zigzag folding (FIG. 6).
  • the sections 20 of a carrier 10 folded in this way remain connected to the adjacent sections 20 at the fold lines F and can therefore be accordion-shaped on a straight line (FIG. 7) or in a star-shaped arrangement in a circular line (FIG. 8).
  • a central opening is formed in the middle as the measuring cell 27, that is to say where later the electrical conductor to be measured is positioned.
  • the measuring cell is accessible from the side through an opening 26, since the ends of the carrier 10 are not connected to each other and the arrangement can be opened there.
  • carrier strips of sufficient length are provided for a preferably larger number of sections so that the planes of adjacent sections are oriented approximately parallel to one another.
  • axes or the centers of planar coils of respectively adjacent sections are approximately on a common line, in particular on a circular line K (FIG. 10). Further, the planes of the portions 20 are aligned approximately in the plane of the axis A which passes through the center of the star-shaped carrier.
  • Fig. 11 shows schematically the arrangement of the planar coils 30 carried by the sections with planes of the sections shown in dashed lines. The planar coils lie, at least approximately at a larger number of sections, in the plane of the axis A.
  • FIG. 12 again shows schematically from another perspective that the centers of the planar coils 30 arranged on the folded sections 20 about the axis A lie at least approximately on a circular line K.
  • Planar coils 30 arranged in such a way and connected to one another in an electrically conductive manner thus produce a toroidal coil with the measuring cell 27 located in the center (FIG. 15).
  • FIG. 13 shows a side view of two mutually adjacent sections 20 in a previously described star-shaped arrangement, which are connected to one another at their outer fold lines F remote from the center of the star or the measuring cell 27. Always two, at their outer, remote from the center 27 ends connected portions 20 form a folding segment 24.
  • the fold line F is exemplified here as a zone of perforations.
  • planar coil 30 On the sides 21, 22 of a section 20, at least one planar coil 30 is arranged in each case, so that planar coils 30 of the inner surfaces of a
  • an insulation 33 is provided to ensure that the
  • the insulation 33 can be applied as a lacquer or as a foil after the planar coils 30 have been produced and are well known to the person skilled in the art.
  • the inner surfaces of a folding segment can also be fixed to each other for more targeted alignment, for example, at least partially glued together with an adhesive. By selective selection of the adhesive surface of position and size as well as by the course of the layer thickness, the sections of a folding segment can be positioned and fixed quite accurately to each other, especially after the operation, when the device or the star-shaped carrier 10 often open and is closed again to insert or remove an electrical conductor.
  • the completely folded and arranged carrier can be poured or foamed with a dimensionally stable, but flexible in the necessary places material.
  • the star-shaped arrangement of the carrier can be fixed as a whole.
  • FIG. 13 shows an example with a folding segment 24 partially joined at the lower regions by means of an adhesive 25.
  • Fig. 14 shows by way of example 3 interconnected folding segments 24.
  • the sections 20 are further connected to each adjacent sections 20 and other folding segments 23. This is continued on both sides to the respective end of the carrier (not shown). Due to the
  • the inner coils 30 are encapsulated in an electrically insulating material, which simultaneously the inner sides 22 of a folding segment 24 glued together 25. Overall, it is possible to stabilize the entire star-shaped support and embedded in an elastic material, as long as in the middle of the arrangement, a current conductor to be measured can be accommodated.
  • FIG. 15 shows an exemplary embodiment of a folded carrier 10 with folding segments 24 arranged in a star shape about a central axis A.
  • the folding segments 24 leave open a central opening as a measuring cell 27 into which an electrical conductor, eg a section of a cable 40 along the axis A is introduced.
  • an electrical conductor eg a section of a cable 40 along the axis A is introduced.
  • the folded portions form the segments 24 of an annular space body.
  • a total coil or a toroidal coil 50 For clarity, only a few planar coils 30 were shown on the sections 20. Otherwise, each section 20 contains at least one planar coil 30.
  • planar coil does not consist of one
  • the winding having a plurality of turns each laterally offset along an axis (as a turn, passing through an angle of 360 is obtained), but the turns are arranged on a flat support material in a plane and extend in a decreasing manner from outside to inside or vice versa ,
  • the turns are then usually not as conventional wire, but is formed from a conductor.
  • the conductor track can conventionally be produced wet chemically, from a full-area, electrically conductive coating
  • the carrier is then preferably made of a proven printed circuit board material.
  • the printed circuit board material of the carrier has rigidly flexible, flexible or at least semi-flexible properties in the invention.
  • Figures 16-18 show several possible shapes of the turns of the planar coils.
  • the representation of the carrier was omitted here.
  • Fig. 16 shows a rectangular or approximately square planar coil 30 with a concentric from outside to inside winding 31 with several courses. The corners are rounded, whereby also pointed or 90 ° corners or corners with smaller or larger radii would be possible.
  • FIG. 17 shows a helical planar coil 30 with several, continuously running turns 31 from outside to inside.
  • Fig. 18 shows a planar coil 30 having a plurality of circular turns, which are interrupted at one point and there pass over an offset-like cross-connection in the next turn 31.
  • All of the turns 30 shown have at least one through-contacted bore 32 in their center. With this through-connection 32, the turns 31 pass through the carrier with a planar coil on the rear side of the carrier electrically connected (not shown). In Fig. 18, a double via 32 is shown. Further, the planar coils 30 and the windings 31 are each connected via a connecting conductor 34 with further planar coils (not shown) or are connected via the connecting conductor 34 in total in a higher-level circuit (not shown).
  • planar coils with turns with a polygonal, a rectangular or even a triangular basic shape are also possible.
  • planar coils of a carrier strip are interconnected in series.
  • 19 shows a plan view of a section of a carrier strip 10 with 2 sections 20 shown.
  • a planar coil 30 is arranged on each of the sections 20.
  • the two arranged on the front side 21 of the carrier strip 10 coils are electrically conductively connected to each other via a connecting conductor 34.
  • the connection conductor 34 passes over the fold line F and is so flexible that a folding as described is survived unscathed.
  • the planar coils located on the rear side which are arranged directly underneath the planar coils 30 of the front side 21 and therefore are not set down in the drawing, are likewise electrically conductively connected to a further planar coil of the rear side via a connecting conductor 34.
  • the connecting conductors 34 run alternately between the adjacent sections 20 on the front side 21 or on the rear side of the carrier 10.
  • FIG. 20 shows a plan view of a larger section of a carrier 10 with the front side 21 and the rear side 22 shown schematically offset therefrom with the same viewing direction.
  • the planar coils of the front 21 and the back 22 have the same dimensions and the same shape.
  • the turns are preferably directly above one another.
  • Always two planar coils of a page are electrically conductively connected to each other with a connecting conductor 34, wherein the
  • Fig. 20 is shown on the upper front side 21 as a further electrical connection of the
  • Divider contact 35 shown This acts in the higher-level circuit as GND or can be used to set up two partial coils or two separate measuring circuits MK1 and MK2 (FIG. 21). On the back 22 shown in Fig. 20 below the necessary for the overall circuit return terminal contact 38 is shown.
  • All turns and divider contact and connection contacts are preferably designed as printed conductors.
  • the Fier ein of interconnects by means of conventional wet chemical processes or by milling, laser scribing, printing, etc. are well known to those skilled.
  • Fig. 21 shows a simplified circuit diagram of the invention.
  • the planar coils interconnected in series result in a total coil 50.
  • the overall coil has two connection contacts 39. These can either be arranged in each case at one end of the carrier or a contact is returned, so that all contacts are accessible at only one end and thus easier to handle. Between all
  • Planar coils another contact is contacted at one point and used as a divider for 2 partial coils or partial measuring circuits MK1 and MK2 or as ground (GND).
  • Measuring circuits MK1 and MK2 feed their signals to a further circuit S, for example containing a signal amplifier, a signal inverter or the like, so that the signals can be evaluated in accordance with the derivation of the measured current intensity.
  • Planar coils 30 are explained in more detail.
  • the illustration is schematic. Thus, no folding of the carrier 10 shown upright is shown and in particular the relations are not correct.
  • the thickness D of the carrier 10 has been made much thicker for an equalized and therefore improved view than would normally be the case.
  • the coils 30a, 30b, 30c and 30d are arranged on the two sections 20a, 20b.
  • all coils are electrically connected to each other. If a voltage were applied to the coils and a current were flowing, then the current from an adjacent section (not shown) would flow into the coil 30a via the connection conductor 34a and flow from outside to inside following the turns.
  • the current would flow from the side 22 to the side 21 via the internal contacting of the conductor track to the through-plated bore 32a. There he would go through the local, to the bore 32a anAuthêtate or the turns of the coil 30b from the inside out and translate via the connecting line 34b to the section 20b.
  • Fig. 23 shows a carrier 10, wherein the planar coils 30 in a further
  • Embodiment are applied only on the front side 21 of the carrier. Only necessary for the series connection of the planar coils connecting conductor 34 are partially arranged on the back, more specifically, it is the connecting conductor 34 between two planar coils 30, respectively over the inner and
  • the current at an applied voltage and current flow through the connection conductor 34a on the side 21 would flow into the coil 30a and flow from the outside to the inside following the turns ( Figure 23). Arrived in the middle of the coil 30a, the current would flow from the front side 21 to the rear side via the inner plated-through hole 32a. He would be there via the connecting conductor 34b to the next
  • the carrier is zigzag folded and arranged in a star shape, wherein the sections of the respective ends of the carrier, although not connected to each other, but are positioned according to each other. At these free ends so creates an opening 26, which can later open there the strip-shaped carrier, so that there is an electrical conductor, e.g. a cable can be inserted or removed again to detect with the device an alternating current in the electrical conductor according to the principle of Rogowski coil.
  • the device can also be used to make a larger, rather immovable
  • Fig. 24 shows another embodiment of the previous example.
  • the carrier 10 is so wide that portions 20 are arranged side by side not only in the longitudinal direction of the carrier 10 in a row, but also transversely to the longitudinal direction L.
  • planar coils 30 contained on the sections 20 thus arranged relative to one another can be interconnected in several variants.
  • a plurality of separate identical or unequal toroidal coils may be provided on a carrier 10, e.g. Coils with different number of turns.
  • a carrier 10 e.g. Coils with different number of turns.
  • in the longitudinal direction of the carrier 10 are each seen on a line, so to speak in a "strand" arranged planar coils as part of a coil and connected to each other only via the transverse to the longitudinal direction fold lines F of section 20 to section 20 with a connecting conductor 34 (Fig. 24).
  • This design can be done with planar coils on only one side or on both sides of the carrier, wherein the
  • Connecting conductor 34 or directly contacted only a connecting conductor 34 and the connecting conductor 34 is then passed on to the next adjacent section 20. If the carrier 10 is then subsequently folded at the folding lines F and star-shaped arranged, we obtain an arrangement with 2 mutually parallel toroidal coils (not shown).
  • the individual strands can also be connected in series with one another in each case on a line parallel to the longitudinal axis L of the carrier 10 and electrically connected planar coils, so that a total coil is formed from all strands (FIG.
  • a carrier having at least 2 transverse to
  • Planar coils 30 provided on one side of the carrier 10 (Fig. 26).
  • planar coils 30 are always alternately connected to each other both transversely to the longitudinal axis L and parallel to the longitudinal axis L with a connecting conductor 34, as already described above.
  • the carrier is first folded longitudinally along the fold line FL, so that the sections contained transversely to the longitudinal axis are superimposed, either with the planar coils 30 contained facing away from or away from each other.
  • the carrier 10 folded in this way is again zigzag folded and arranged in a star shape on the fold lines FQ in respectively changing directions R2 and R3 (not shown).
  • FIG. 27 shows the previous embodiment with on both sides of the carrier 10
  • FIG. 28 schematically shows the embodiment just described with the sections contained on a carrier 10, each having a top side 21 and in each case a bottom 22 separated by a diagonal.
  • a connecting conductor 34 runs on top and contacts a coil (not shown).
  • a current would first flow on the upper side 21, would then be passed through a through-connection symbolized by a cross from the upper side 21 to the lower side 22, would there via the folding line FL to the transverse to the longitudinal axis of the carrier 10th be forwarded adjacent section and would be headed there with a point symbolized via again on the front side 21, and then to change over a fold line FQ to the next, parallel to the longitudinal axis of the carrier 10 adjacent section. This continues until all sections of a wearer have passed through.
  • FIG. 29 schematically shows a side view of a carrier 10 folded along the longitudinal axis, with two sub-layers 10a and 10b now lying one above the other, folded once more zigzag after longitudinal folding and then arranged in a star shape (FIG. 30).
  • FIG. 31 shows an apparatus 100 for measuring currents of an alternating current with a housing 60 and an opening 27 which is central to the housing
  • Housing 60 protects the carrier therein and its portions together with the planar coils and holds the sections or the planar coils in an at least largely or approximately defined position.
  • the housing 60 is equipped on one side with a hinged hinge 62 and on the opposite side with a closure 64.
  • Fig. 32 the shutter is unlocked and the housing 60 is opened so that the central opening 27 can be accessed. In practice, there is one too
  • fixing means 66 are provided, for example in the form of felts or foamed elements, which additionally fix or center the inserted conductor, or clamp and fix a device 100 arranged on an electrical conductor. If the electrical conductor is subjected to an alternating voltage and a corresponding current flows due to an activated consumer, a magnetic field proportional to the flow of current is thereby built up around the electrical conductor. This alternating magnetic field acts on the arrangement in the end effect of a Rogowski coil and induces a voltage Ui.
  • This voltage Ui is proportional to the strength of the current II in the electrical conductor and can thus be tapped via the connection 68 of the device 100 and used to measure the current intensity II, forming the time integral.
  • a further possibility for the design of the housing 60 is shown in the form of a pair of pliers, wherein the folded portions in the jaws of the pliers
  • the jaws enclose the, for the admission of the
  • a measuring jaw of the pliers is movable, so that these for inserting or removing the
  • connection 68 can open and close.
  • the determined measurement results can be read out via a connection 68 as in the previously described figures or can also be determined and displayed at the same time by an integrated evaluation unit 70.

Abstract

Vorrichtung zum Messen von Strom, aufweisend einen streifenförmigen Träger, aufweisend mehrere, entlang der Längsachse L des Trägers angeordnete Abschnitte, wobei der Träger jeweils zwischen den Abschnitten an einer Faltlinie F quer zur Längsachse L in jeweils entgegengesetzter Richtung gefaltet ist und der Träger mit den gefalteten Abschnitten radial um eine zentrale Achse A herum sternförmig aufgefächert angeordnet ist, wobei auf zumindest einer Seite eines Abschnitts zumindest eine Planarspule angeordnet ist.

Description

Vorrichtung zum Messen von Strom und Verfahren zur Herstellung
B e s c h r e i b u n g
Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung zum Messen von Strom, ein Verfahren zur Herstellung der Vorrichtung sowie ein Verfahren zur Durchführung einer Messung mit der Vorrichtung.
Hintergrund der Erfindung
Es kann oft erforderlich werden, bei einem Stromleiter wie z.B. einem Kabel oder einer Stromschiene neben der Prüfung einer anliegenden Spannung auch eine im Moment fließende, tatsächliche Stromstärke zu messen. Dieser Vorgang sollte, da er
normalerweise im laufenden Betrieb erfolgt, möglichst einfach zu bewerkstelligen sein und daher keine Montagetätigkeiten erforderlich machen.
Neben anderen an sich bekannten Messgeräten und -methoden eignen sich dafür auch Vorrichtungen, die auf dem Prinzip der Rogowski Spule basieren, sofern es sich dabei um die Messung eines Wechselstroms handelt. Eine Rogowski Spule ist eine kreisringförmige Luftspule, d.h. Windungen aus einem elektrischen Leiter sind um eine ringförmig verlaufende Achse um ein nicht
ferromagnetisches Material herum angeordnet.
Um einen Strom II in einem stromführenden Leiter mit Wechselspannung zu messen, wird eine derartig aufgebaute Rogowski Spule um den stromführenden Leiter herum angeordnet. Liegt eine Wechselspannung an, so wird dabei um den Leiter herum ein zum Stromfluss proportional veränderliches Magnetfeld aufgebaut. Dieses wechselnde Magnetfeld wirkt auf die Rogowski Spule ein und induziert eine Spannung Ui. Je mehr Windungen die Spule hat, umso größer ist die Spannung Ui.
Diese Spannung Ui ist unter Bildung des Zeitintegrals proportional zur Stärke des Leitungsstroms II und kann so über die Anschlüsse der Spule abgegriffen und zur Messung der Stromstärke II herangezogen werden.
Vorrichtungen und Messgeräte zum Messen von Wechselströmen nach dem Prinzip der Rogowski Spule sind bekannt. Die mit einem Draht auf einem Wickelkörper
ausgeführten Spulen sind jedoch aufwendig herzustellen und benötigen einen großen Bau raum.
Es sind aber auch bereits Ausführungen auf Leiterplattenbasis bekannt. Die US 5 414 400 A offenbart eine Spule, die durch die auf den Außenseiten einer Leiterplatte radial angeordneten Leiterbahnen gebildet ist, wobei Leiterbahnen einer Oberseite mit Leiterbahnen einer Unterseite über Durchkontaktierungen miteinander verbunden sind und dabei sternförmige Windungen um eine zentrale, kreisförmige Aussparung in der Leiterplatte bilden.
Auch die EP 1 012 609 B1 schlägt eine Messvorrichtung in Form einer Rogowski-Spule mit einer sternförmig auf einer Leiterplatte angeordneten Wicklung vor.
Die EP 0 587 491 B1 schlägt eine mehrlagige Rogowski-Spule mit einem
Leiterplattenstapel vor, deren Wicklungen jeweils auf einer Leiterplatte radial und sternförmig verlaufen, wobei benachbarte Leiterplatten und die von ihnen getragenen Wicklungen durch Abstandshalter elektrisch zu einer Einheit verbunden sind. Nachteilig ist, dass die Vorrichtungen teils aufwendig und damit teuer hergestellt werden müssen, die Anzahl der Windungen teilweise begrenzt ist und somit kein sehr großer Messwertstrom Ui bereitgestellt wird oder ein größerer Bauraum erforderlich ist, sowie, dass der stromführende Leiter immer durch die Mitte der ringförmigen und
normalerweise geschlossenen Spule geführt werden muss. Bei Einzelmessungen fällt daher immer ein Montageaufwand an, den Leiter an einem Ende zu lösen, die
Messvorrichtung zu platzieren, und danach den Leiter zur Messung des
durchfließenden Stroms wieder anzuschließen.
DE 10 16 13 370 A1 offenbart eine mit einem Leiterplattenstapel realisierte Spule, wobei der Stapel anhand eines Drehgelenks geöffnet werden und so seitlich ein Stromleiter in der Mitte der Spule platziert werden kann. Die beiden Hälften werden auch über das Gelenk elektrisch miteinander verbunden. Nachteilig ist hier aber auch die aufwendige Herstellung.
Aufgabenstellung
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Vorrichtung zur Messung von AC- Strömen nach dem Prinzip einer Rogowski Spule mit möglichst vielen Windungen in einer kompakten und preisgünstigen Ausführung zu realisieren, welche einfach und direkt an einem zu erfassenden, elektrischen Leiter positioniert werden kann.
Lösung der Aufgabe
Die Aufgabe wird erfindungsgemäß durch eine Vorrichtung zum Messen von Strom, einem Verfahren zu Herstellen der Vorrichtung und einem Verfahren zur Durchführung einer Messung mit der Vorrichtung gemäß den Gegenständen der unabhängigen Ansprüche gelöst. Bevorzugte Weiterbildungen sind in den Unteransprüchen
beschrieben.
Die Erfindung schlägt gemäß einem ersten Aspekt eine Vorrichtung vor, die einen streifenförmigen Träger aufweist, mehrere, entlang der Längsachse des Trägers angeordnete Abschnitte, wobei der Träger jeweils zwischen den Abschnitten an einer Faltlinie quer zu seiner Längsachse in jeweils entgegengesetzter Richtung zickzack gefaltet ist und der Träger mit den gefalteten Abschnitten radial um eine zentrale Achse herum sternförmig aufgefächert angeordnet ist, wobei auf zumindest einer ersten Seite eines Abschnitts zumindest eine Planarspule angeordnet ist.
Der damit erzielte Vorteil besteht darin, dass sich mit der Erfindung eine solche
Vorrichtung sich in kleineren als auch in größeren Stückzahlen in der erforderlichen Präzision schnell und einfach mit bei der Leiterplattenherstellung bekannten und erprobten Technologien und Verfahren hersteilen lässt und somit äußerst preiswert ist. Die Vorrichtung ist aufgrund der vielen möglichen Windungen genau und trotzdem kompakt. Die Vorrichtung ist so gestaltet, dass sie einfach geöffnet werden kann, so dass Messungen im laufenden Betrieb möglich sind ohne Notwendigkeit von
aufwendigen Installationsarbeiten.
Vorteilhaft ist, dass auf einer zweiten Seite eines Abschnitts zumindest eine weitere Planarspule angeordnet ist.
Weiter ist vorteilhaft, dass die zweite Seite entgegengesetzt zur ersten Seite
angeordnet ist.
Es kann vorteilhaft sein, dass die in Bezug zur Achse A an den außenliegenden
Faltlinien F miteinander verbundenen Abschnitte an ihren einander zugewandten Flächen zumindest teilweise miteinander verbunden sind.
Besonders vorteilhaft ist, dass erster Abschnitt und letzter Abschnitt des Trägers nicht miteinander verbunden sind, so dass dort zwischen ersten und letzten Abschnitt eine Öffnung angeordnet ist.
Vorteilhaft ist, dass, dass der Träger so um die Achse A herum angeordnet ist, dass eine zentrale Aussparung als Sensorzelle zur Aufnahme eines Stromleiters gebildet ist.
Weiter ist von Vorteil, dass der Träger aus einem starrflexiblen, einem semiflexiblen und / oder einem flexiblen Material besteht.
Bevorzugt ist, dass das Material aus Polymid ist.
Vorteilhaft ist, dass, dass der Träger 10 zwischen 0,2 - 3 mm, bevorzugt 0,5 - 2 mm, insbesondere bevorzugt 1 mm dick ist. Besonders bevorzugt ist, dass der Träger eine Leiterplatte ist.
In Weiterführung der Erfindung wird vorgeschlagen, dass der Träger an zumindest einer Faltlinie F geschwächt ist, so dass der Träger dort leicht und / oder definiert gefaltet werden kann.
Besonders vorteilhaft ist, dass die Planarspulen jeweils zumindest eine Windung aufweisen.
In Weiterbildung der Erfindung wird vorgeschlagen, dass sich die Windungen der Planarspulen jeweils annähernd in der Ebene der Achse A erstrecken.
In nochmaliger Weiterbildung der Erfindung wird vorgeschlagen, dass die Planarspulen neben der jeweils zumindest einen Windung weitere Windungen aufweisen.
Es wird vorgeschlagen, dass die Windungen einer Spule weitestgehend den gleichen Abstand zueinander aufweisen.
Es kann vorteilhaft sein, dass bei den Windungen einer Spule die Abstände zueinander und die Breite weitestgehend gleich groß sind.
Es ist auch möglich und wird daher vorgeschlagen, dass die Windungen einer
Planarspule annähernd spiralförmig verlaufen.
Es wird vorgeschlagen, dass die Windungen einer Planarspule annähernd konzentrisch verlaufen, eine Unterbrechung aufweisen und an der Unterbrechung ansetzend eine Verbindung zur nächsten Windung angeordnet ist.
Besonders bevorzugt ist, dass bei einem Abschnitt die Windungen der Planarspule der ersten Seite annähernd deckungsgleich mit den Windungen der Planarspule der zweiten Seite des Abschnitts sind.
Besonders vorteilhaft ist, dass die Spulen eines Abschnitts über zumindest eine durchkontaktierte Bohrung miteinander in Serie verschaltet sind, indem die Bohrung ein Ende einer Windung zumindest einer Spule der ersten Seite mit einem Ende einer Windung zumindest einer Spule der zweiten Seite elektrisch leitend miteinander verbindet.
Besonders vorteilhaft ist, dass die zumindest eine durchkontaktierte Bohrung die innen liegenden Enden der Windungen der Planarspulen eines Abschnitts miteinander verbindet.
Vorteilhaft ist, dass, dass zumindest eine Planarspule eines Abschnitts mit zumindest einer Planarspule eines benachbarten Abschnitts über einen Verbindungsleiter elektrisch leitend miteinander verbunden und in Serie geschaltet ist.
Es kann vorteilhaft sein, dass der Verbindungsleiter zwischen zwei benachbarten Abschnitten über die zwischen den Abschnitten befindliche Faltlinie F hinweg verläuft.
Besonders vorteilhaft ist, dass die Verbindungsleiter zwischen den Planarspulen einzelner Abschnitte abwechselnd auf Seite oder auf Seite des Trägers ausgeführt sind.
Besonders bevorzugt ist, dass durch die miteinander in Serie verschalteten Spulen und deren radial um die Achse A erfolgte Anordnung eine Gesamtspule in Form eines Toroids gebildet ist.
Es kann vorteilhaft sein, dass an zumindest einer Stelle innerhalb der Gesamtspule eine Anschlussleitung für die Masse (GND) ankontaktiert ist, so dass zumindest ein erster Messkreis MK1 und ein zweiter Messkreis MK2 gebildet sind.
Weiter ist von Vorteil kann sein, dass die Kontaktierung der Anschlussleitung für die Masse GND in der Mitte der Gesamtspule erfolgt.
Es wird vorgeschlagen, dass zumindest ein Anschluss der Gesamtspule und / oder für die Masse GND zu einem freien Ende des Trägers herausgeführt ist.
Bevorzugt ist, dass die Windungen der Planarspulen, die Verbindungsleiter zwischen den Abschnitten und / oder die Anschlüsse als Leiterbahnen ausgeführt sind. Besonders bevorzugt ist, dass die Leiterbahnen konventionell nass-chemisch, aus einer vollflächigen, elektrisch leitfähigen Beschichtung herausgearbeitet und / oder mit einem Drucker und einem elektrisch leitfähigen Medium gebildet sind.
Weiter ist von Vorteil, dass die Leiterbahnen an ihren freien Außenflächen elektrisch isolierend beschichtet sind.
In einer Weiterführung der Erfindung wird vorgeschlagen, dass an zumindest einem freien Ende des Trägers an den Anschlussleitungen für die Gesamtspule und / oder der Masse GND Anschlussdrähte und / oder Kontaktpads angeordnet sind.
In Weiterbildung der Erfindung wird vorgeschlagen, dass der gefaltete und sternförmige angeordnete Träger in einem Gehäuse montiert ist, so dass die gefalteten und sternförmig angeordneten Abschnitte zumindest bei einem geschlossenen Gehäuse gleichmäßig zueinander positioniert sind.
Bevorzugt ist, dass der Träger mit den sternförmig angeordneten Abschnitten zumindest teilweise in dem Gehäuse fixiert ist.
Bevorzugt ist, dass das Gehäuse ein Scharnier aufweist, so dass sich das Gehäuse mitsamt dem darin befindlichen Träger öffnen und schließen lässt, so dass auf die Sensorzelle zum Einlegen oder Entnahme eines elektrischen Leiters zugegriffen oder die Vorrichtung um einen elektrischen Leiter herum positioniert werden kann.
Bevorzugt ist, dass der Träger an zumindest eine Stelle verstärkt ist.
Besonders bevorzugt ist, dass sich bei dem geschlossenen Gehäuse die freien Enden des Trägers in unmittelbarer Nähe zueinander und annähernd parallel zueinander angeordnet sind.
Besonders bevorzugt ist, dass das Gehäuse im geschlossenen Zustand durch einen Verschluss fixierbar ist.
Weiter ist von Vorteil, dass das Gehäuse Fixiermittel zur Fixierung eines eingelegten und umschlossenen Stromleiters aufweist. Es kann vorteilhaft sein, dass das Gehäuse Vorrichtungen für die Ausleitung von Messwerten an eine Auswerteeinheit aufweist und / oder selbst über eine
Auswerteeinheit verfügt.
Die Erfindung schlägt gemäß einem zweiten Aspekt ein Verfahren zum Herstellen einer erfindungsgemäßen Vorrichtung vor mit den folgenden Schritten:
- Bereitstellen eines Trägers,
- Erzeugen der Planarspulen in den Abschnitten zumindest auf der ersten Seite des Trägers,
- Erzeugen aller weiteren erforderlichen Leiterbahnen, insbesondere der
Verbindungsleiter, der Teilerleitung und Anschlussleitungen
- Einbringen der Bohrungen, Durchkontaktierungen sowie Herstellen der
Serienschaltung,
- Falten des Trägerstreifens
- radiales Anordnen der gefalteten Abschnitte um eine zentrale Achse herum.
Vorteilhaft ist, dass nach dem Erzeugen von Planarspulen auf der Seite weitere
Planarspulen in den Abschnitten auf der zweiten Seite des Trägers erzeugt werden.
Es kann vorteilhaft sein, dass vor dem Erzeugen der Leiterbahnen und / oder vor dem Falten der Abschnitte die Faltlinien F geschwächt werden.
Vorteilhaft ist, dass die Leiterbahnen für die Windungen sowie der Anschlüsse konventionell nass-chemisch erzeugt, aus einer vollflächigen, elektrisch leitfähigen Beschichtung herausgearbeitet und / oder mit einem Drucker und einem elektrisch leitfähigen Medium aufgedruckt werden.
Vorteilhaft ist, dass die Leiterbahnen an ihrer vom Träger entgegengesetzten
Oberfläche elektrisch isoliert werden.
Es kann vorteilhaft sein, dass die Faltsegmente an ihren gegenüberliegenden Seiten zumindest teilweise miteinander verklebt werden. Weiter wird vorgeschlagen, dass der Träger in einem Gehäuse montiert wird.
Die Erfindung schlägt gemäß einem dritten Aspekt ein Verfahren zur Durchführung einer Messung mit der erfindungsgemäßen Messvorrichtung mit folgenden Schritten vor:
- Öffnen des Trägers oder des Gehäuses und einlegen eines elektrischen Leiters in die Sensorzelle oder positionieren der Vorrichtung um einen elektrischen Leiter, so dass der elektrische Leiter in der Sensorzelle positioniert ist,
- verschließen des Trägers oder des Gehäuses,
- Durchführen der Messung anhand einer Differenzsignalmethode
Es ist vorteilhaft, dass vor Durchführung der Messung die beiden Messkreise MK1 und MK2 austariert werden.
Weitere Merkmale, Einzelheiten und Vorzüge der Erfindung ergeben sich aus den Schutzansprüchen, deren Wortlaut durch Bezugnahme zum Inhalt der Beschreibung gemacht wird. Die vorstehend genannten und die nachstehenden noch zu erläuternden Merkmale sind nicht nur in der jeweils angegebenen Kombination, sondern auch in anderen Kombinationen oder in Alleinstellung verwendbar, ohne den Rahmen der vorliegenden Erfindung zu verlassen.
Ausführungsbeispiele der Erfindung sind in den nachfolgenden Zeichnungen dargestellt und werden in der anschließenden Beschreibung näher erläutert.
Hierbei zeigen:
Fig. 1 perspektivische Ansicht eines streifenförmigen Trägers mit
Planarspulen,
Fig. 2 perspektivische Ansicht des Trägers aus Fig. 1 mit einem ersten
teilweise gefalteten Abschnitt,
Fig. 3 Profilansicht einer geschwächten Faltlinie,
Fig. 4 Seitenansicht des Trägers mit einem ersten gefalteten Abschnitt, Fig. 5 Seitenansicht des Trägers aus Fig. 4 mit einer weiteren,
entgegengesetzten Faltung des nächsten Abschnitts,
Fig. 6 Seitenansicht des Trägers aus Fig. 5 mit einer fortgesetzten Zickzack
Faltung der Abschnitte,
Fig. 7 Seitenansicht des gefalteten Trägers aus Fig. 6,
Fig. 8 Seitenansicht des gefalteten Trägers aus Fig. 7 in kreisförmiger
Anordnung,
Fig. 9 Seitenansicht eines streifenförmigen Trägers mit gefalteten
Abschnitten,
Fig. 10 Seitenansicht eines streifenförmigen Trägers mit gefalteten
Abschnitten,
Fig. 11 perspektivische, schematische Darstellung der Anordnung bzw. der
Ausrichtung der Planarspulen,
Fig. 12 perspektivische, schematische Darstellung der Bildung einer
Toroidspule,
Fig. 13 Seitenansicht eines Faltsegments,
Fig. 14 Seitenansicht einer Gruppe von Faltsegmenten,
Fig. 15 perspektivische Ansicht der sternförmig angeordneten Abschnitte eines Trägers,
Fig. 16 Draufsicht auf eine Windung,
Fig. 17 Draufsicht auf eine Windung,
Fig. 18 Draufsicht auf eine Windung,
Fig. 19 Draufsicht auf einen Streifen mit zwei Abschnitten,
Fig. 20 Draufsicht auf Vorder- und Rückseite eines Trägers mit Abschnitten mit Planarspulen,
Fig. 21 Schaltplan der Messvorrichtung bzw. Spule,
Fig. 22 perspektivische, schematische Darstellung der Verschaltung, Fig. 23 Draufsicht auf einen Ausschnitt des Trägers,
Fig. 24 Draufsicht auf einen Ausschnitt des Trägers,
Fig. 25 Draufsicht auf einen Ausschnitt des Trägers,
Fig. 26 Draufsicht auf einen Ausschnitt des Trägers
Fig. 27 Draufsicht auf einen Ausschnitt des Trägers Fig. 28 schematische Darstellung der Verschaltung,
Fig. 29 schematische Seitenansicht des gefalteten, 2-schichtigen Trägers aus Fig. 27,
Fig. 30 schematische Seitenansicht des gefalteten, 2-schichtigen Trägers aus Fig. 29 in sternförmiger Anordnung,
Fig. 31 Draufsicht auf eine Messvorrichtung mit Gehäuse,
Fig. 32 Draufsicht auf die geöffnete Messvorrichtung der Fig. 31 ,
Fig. 33 perspektivische Ansicht einer Messvorrichtung als Messzange.
Figur 1 zeigt einen streifenförmigen Träger 10 mit mehreren, entlang der Längsachse L angeordneten Abschnitten 20. In den Abschnitten ist auf zumindest einer ersten Seite 21 des Trägers 10 jeweils eine Planarspule 30 angeordnet.
In einer weiteren, bevorzugten Ausführungsform ist vorgesehen, dass auch auf der zweiten Seite 22 des Trägers 10 weitere Planarspulen 30 angeordnet sind (Fig. 2). Die Planarspulen sind hier nur schematisch dargestellt. Ausführungen zur Gestaltung der Spulen erfolgen später.
Die Abschnitte 20 grenzen unmittelbar aneinander an und sind bevorzugt annähernd gleich groß bzw. entlang der Längsachse L gleich lang (Fig. 1 ). Jeweils zwischen zwei Abschnitten ist in der Erstreckungsebene des Trägers 10 eine quer zur Längsachse L angeordnete Faltlinie F vorgesehen. Diese kann als schmale Linie oder auch als breiterer Biegebereich ausgestaltet sein, je nachdem, wie scharf die Biegung an der Faltlinie F gewünscht bzw. erforderlich ist und wie die Stärke und / oder die Elastizität des Materials des Trägers 10 ausfällt. Der Träger 10 kann zur Erleichterung der
Biegung und / oder zum Erreichen einer definierten Biegung an den Faltlinien F auch an mindestens einer Seite 21 , 22 geschwächt sein, etwa in Form einer linienförmigen oder bereichsförmigen Perforation oder in Form einer Einkerbung (Fig. 3) oder auch zweier nah beieinander, parallel zueinander ausgeführten Einkerbungen (nicht dargestellt). Entsprechende Möglichkeiten sind dem Fachmann ausführlich bekannt.
Es ist vorgesehen, dass aneinander angrenzende Abschnitte 20 jeweils aufeinander zu gefaltet sind, wobei die Richtung R1 , R2 des Faltens auf den benachbarten Abschnitt immer zur vorherigen Faltrichtung entgegengesetzt ist (Fig. 2, Fig. 4 und Fig. 5), so dass insgesamt über alle Abschnitte 20 eines Trägers 10 eine Zickzack Faltung entsteht (Fig. 6).
Die Abschnitte 20 eines so gefalteten Träger 10 bleiben an den Faltlinien F weiter mit den benachbarten Abschnitten 20 verbunden und lassen sich daher auf einer geraden Linie ziehharmonikaförmig (Fig. 7) bzw. bei einer kreisförmigen Linie sternförmig anordnen (Fig. 8). Bei der sternförmigen Anordnung entsteht in der Mitte als Messzelle 27 eine zentrale Öffnung, also dort wo später der zu vermessende elektrische Leiter positioniert wird. Die Messzelle ist von der Seite her durch eine Öffnung 26 erreichbar, da die Enden des Trägers 10 nicht miteinander verbunden sind und sich die Anordnung dort öffnen lässt.
Je nachdem, ob eine kleine oder große Anzahl von Abschnitten oder wie die Längen der Abschnitten 20 gewählt werden, werden sternförmige Anordnungen mit kleineren oder größeren äußeren und / oder inneren Durchmessern erreicht. Man kann erkennen, dass, je mehr Abschnitte 20 vorhanden sind und gefaltet werden, die Winkel W zwischen benachbarten Abschnitten kleiner werden (Fig. 9 und Fig. 10). Werden die Längen der Abschnitte größer gewählt, wird ein kleinerer innerer Durchmesser (Fig. 9 und Fig. 10) erreicht, als wenn die Längen der Abschnitte kleiner sind. (Fig. 8).
Bei insgesamt weniger Abschnitten 20 sind die Winkel W zwischen den Abschnitten 20 größer und es schneiden sich die Ebenen der Abschnitte entsprechend winklig (Fig. 9), während mit zunehmender Anzahl der Abschnitte 20 die Winkel W kleiner werden und die Ebenen der Abschnitte 20 zunehmend annähernd parallel zueinander ausgerichtet sind (Fig. 10).
In einer Ausführungsform werden Trägerstreifen mit ausreichender Länge für eine bevorzugt größere Anzahl von Abschnitten bereitgestellt, so dass die Ebenen einander benachbarter Abschnitte annähernd parallel zueinander ausgerichtet sind. Die
Mittelachsen bzw. die Mittelpunkte von Planarspulen jeweils benachbarter Abschnitte sind annähernd auf einer gemeinsamen Linie, insbesondere auf einer kreisförmigen Linie K (Fig. 10). Weiter sind die Ebenen der Abschnitte 20 annähernd in der Ebene der Achse A, die durch das Zentrum des sternförmig angeordneten Trägers führt, ausgerichtet. Fig. 11 zeigt schematisch die Anordnung der von den Abschnitten getragenen Planarspulen 30 mit gestrichelt dargestellten Ebenen der Abschnitte. Die Planarspulen liegen, zumindest annähernd bei einer größeren Anzahl von Abschnitten, in der Ebene der Achse A.
Fig. 12 zeigt aus einer anderen Perspektive wiederum schematisch, dass die Mitten der um die Achse A auf den gefalteten Abschnitten 20 angeordneten Planarspulen 30 zumindest annähernd auf einer Kreislinie K liegen. Das bedeutet, dass auch alle anderen Punkte der so angeordneten Planarspulen 30 räumlich jeweils kreisförmig angeordnet sind und in ihrer Gesamtheit modellhaft einen kreisförmigen Volumenkörper, hier bei Verwendung von kreisförmigen Planarspulen einen Toroid ausbilden. Derart angeordnete und miteinander elektrisch leitend verbundene Planarspulen 30 ergeben so eine Toroidspule mit der sich im Zentrum befindlichen Messzelle 27 (Fig. 15).
Fig. 13 zeigt in einer Seitenansicht zwei zueinander benachbarte Abschnitte 20 in einer zuvor beschriebenen, sternförmigen Anordnung, die an ihren äußeren, vom Zentrum des Sterns bzw. der Messzelle 27 entfernt liegenden Faltlinien F miteinander verbunden sind. Immer zwei, an ihren äußeren, vom Zentrum 27 entfernt liegenden Enden miteinander verbundene Abschnitte 20 bilden ein Faltsegment 24. Die Faltlinie F ist hier beispielhaft als Zone von Perforationen dargestellt.
Auf den Seiten 21 , 22 eines Abschnitts 20 ist jeweils zumindest eine Planarspulen 30 angeordnet, so dass sich Planarspulen 30 der innenliegenden Flächen eines
Faltsegments 24 sowie Planarspulen 30 der außenliegenden Flächen benachbarter Faltsegmente 24 einander gegenüberliegen. Da sich die Planarspulen 30 durch die Faltung evtl auch an ihren einander zugewandten Oberflächen berühren, ist
vorzugsweise eine Isolierung 33 vorgesehen, damit sichergestellt ist, dass der
Stromlaufpfad so wie vorgesehen alle Windungen aller Spulen 30 umfasst und sich nicht ungewollt abkürzt. Die Isolierung 33 kann als Lack oder auch als Folie nach dem Erzeugen der Planarspulen 30 aufgebracht werden und sind dem Fachmann hinlänglich bekannt. Die innenliegenden Flächen eines Faltsegments können zur gezielteren Ausrichtung auch aneinander fixiert, z.B. zumindest teilweise miteinander mit einem Klebstoff verklebt werden. Durch gezielte Auswahl der Klebefläche von Position und Größe her sowie durch den Verlauf der Schichtdicke können die Abschnitte eines Faltsegments recht genau zueinander positioniert und fixiert werden, insbesondere auch nachher im laufenden Betrieb, wenn die Vorrichtung bzw. der sternförmig angeordnete Träger 10 des Öfteren geöffnet und wieder geschlossen wird, um einen elektrischen Leiter einzulegen oder heraus zu nehmen. Auch kann der komplett gefaltete und angeordnete Träger mit einem formfesten, aber an den notwendigen Stellen flexiblen Material eingegossen oder eingeschäumt werden. Die sternförmige Anordnung des Trägers kann insgesamt so fixiert werden. Fig. 13 zeigt ein Beispiel mit einem an den unteren Bereichen mittels eines Klebstoffs 25 teilweise zusammengefügten Faltsegments 24.
Fig. 14 zeigt beispielhaft 3 miteinander verbundene Faltsegmente 24. An der Basis 23 eines Faltsegments 24, d.h. an den innenliegenden, dem Zentrum bzw. der Messzelle 27 zugewandten Faltlinien F sind die Abschnitte 20 weiter mit jeweils benachbarten Abschnitten 20 bzw. weiteren Faltsegmenten 23 verbunden. Dies wird beidseitig bis zum jeweiligen Ende des Trägers (nicht dargestellt) fortgeführt. Aufgrund der
sternförmig gefächerten Anordnung des Trägers sind die Faltsegmente 24 mit ihren mittleren Ebenen leicht winklig zueinander angeordnet. Die Mitten der auf den
Abschnitten angeordneten Planarspulen befinden sich auf der Kreislinie K. Hier sind die innen liegenden Spulen 30 in einem elektrisch isolierenden Material vergossen, welches gleichzeitig die innenliegenden Seiten 22 eines Faltsegments 24 miteinander verklebt 25. Insgesamt ist es möglich, den ganzen sternförmig angeordneten Träger zu stabilisieren und in einem elastischen Material einzubetten, solange in der Mitte der Anordnung ein zu vermessender Stromleiter untergebracht werden kann.
Fig. 15 zeigt ein Ausführungsbeispiel eines gefalteten Trägers 10 mit sternförmig um eine zentrale Achse A angeordneten Faltsegmenten 24. Die Faltsegmente 24 lassen dabei eine zentrale Öffnung als Messzelle 27 frei, in die ein elektrischer Leiter, z.B. ein Abschnitt eines Kabels 40 entlang der Achse A eingebracht ist. Um den, von der Anordnung umschlossenen, elektrischen Leiter 40 bilden die gefalteten Abschnitte die Segmente 24 eines ringförmigen Raumkörpers. Bei entsprechender Verschaltung der auf den Abschnitten befindlichen Planarspulen 30 miteinander ergibt dies im Endergebnis eine Gesamtspule bzw. eine Ringkernspule 50. Zur besseren Übersicht wurden nur vereinzelt Planarspulen 30 auf den Abschnitten 20 dargestellt. Ansonsten enthält jeder Abschnitt 20 zumindest eine Planarspule 30.
Im Vergleich zu anderen Spulen besteht eine Planarspule nicht aus einer
zylinderförmigen Wicklung mit einer Vielzahl von, entlang einer Achse jeweils seitlich versetzten Windungen (als eine Windung wird das Durchlaufen eines Winkels von 360 erstanden), sondern die Windungen sind auf einem flachen Trägermaterial in einer Ebene angeordnet und verlaufen sich verkleinernd von außen nach innen oder umgekehrt. Die Windungen sind dann zumeist auch nicht wie herkömmlich aus Draht, sondern wird aus einer Leiterbahn gebildet. Die Leiterbahn kann herkömmlich nass chemisch erzeugt, aus einer vollflächigen, elektrisch leitfähigen Beschichtung
herausgearbeitet oder drucktechnisch mit einer leitfähigen Paste oder einem Drucker, bevorzugt einem Tintenstrahldrucker und einer elektrisch leitfähigen Tinte hergestellt werden. Der Träger ist dann bevorzugt aus einem bewährtem Leiterplattenmaterial. Das Leiterplattenmaterial des Trägers weist hier bei der Erfindung starrflexible, flexible oder zumindest semiflexible Eigenschaften auf.
Die Figuren 16 - 18 zeigen mehrere mögliche Formen der Windungen der Planarspulen auf. Auf die Darstellung des Trägers wurde hier verzichtet. Fig. 16 zeigt eine rechteckige oder annähernd quadratische Planarspule 30 mit einer konzentrisch von außen nach innen verlaufende Windung 31 mit mehreren Gängen. Die Ecken sind gerundet, wobei auch spitze bzw. 90° Ecken oder Ecken mit kleinere oder größeren Radien möglich wären.
Fig 17 zeigt eine spiralförmige Planarspule 30 mit mehreren, kontinuierlich verlaufenden Windungen 31 von außen nach innen.
Fig. 18 zeigt eine Planarspule 30 mit mehreren kreisförmigen Windungen, die an einer Stelle unterbrochen sind und dort über eine versatzartige Querverbindung in die nächstliegende Windung 31 übergehen.
Alle gezeigten Windungen 30 haben in ihrem Zentrum jeweils mindestens eine durchkontaktierte Bohrung 32. Mit dieser Durchkontaktierung 32 sind die Windungen 31 durch den Träger hindurch mit einer Planarspule auf der Rückseite des Trägers elektrisch leitend verbunden (nicht dargestellt). In Fig. 18 ist eine doppelte Durchkontaktierung 32 gezeigt. Weiter sind die Planarspulen 30 bzw. die Windungen 31 jeweils über einen Verbindungsleiter 34 mit weiteren Planarspulen (nicht dargestellt) verbunden oder sind über die Verbindungsleiter 34 insgesamt in eine übergeordnete Schaltung (nicht dargestellt) eingebunden.
Gleichfalls möglich wären auch Planarspulen mit Windungen mit einer mehreckigen, einer rechteckigen oder auch einer dreieckigen Grundform.
Wie bereits erwähnt sind alle Planarspulen eines Trägerstreifens miteinander in Serie verschaltet. Fig. 19 zeigt in einer Draufsicht einen Ausschnitt eines Trägerstreifen 10 mit 2 dargestellten Abschnitten 20. Auf den Abschnitten 20 ist jeweils eine Planarspule 30 angeordnet. Die beiden auf der Vorderseite 21 des Trägerstreifens 10 angeordneten Spulen sind über einen Verbindungsleiter 34 elektrisch leitend miteinander verbunden. Der Verbindungsleiter 34 führt über die Faltlinie F hinweg und ist derart flexibel, dass eine Faltung wie beschrieben unbeschadet überstand wird. Die auf der Rückseite befindlichen Planarspulen, die direkt unter den Planarspulen 30 der Vorderseite 21 angeordnet und daher zeichnerisch nicht abgesetzt sind, sind ebenfalls jeweils zu einer weiteren Planarspule der Rückseite seitlich über einen Verbindungsleiter 34 elektrisch leitend miteinander verbunden. Die Verbindungsleiter 34 verlaufen zwischen den benachbarten Abschnitten 20 hinweg jeweils abwechselnd auf der Vorderseite 21 oder auf der Rückseite des Trägers 10.
Die Figur 20 zeigt in einer Draufsicht einen größeren Ausschnitt eines Trägers 10 mit der Vorderseite 21 und der davon schematisch abgesetzt dargestellten Rückseite 22 mit derselben Blickrichtung. Die Planarspulen der Vorderseite 21 und der Rückseite 22 weisen die gleichen Abmessungen und die gleiche Form auf. Die Windungen liegen vorzugsweise direkt übereinander. Jeweils immer zwei Planarspulen einer Seite sind mit einem Verbindungsleiter 34 elektrisch leitend miteinander verbunden, wobei der
Verbindungsleiter abwechselnd einmal auf der Vorderseite 21 und einmal auf der Rückseite 22 des Trägers 10 verläuft. Dort, wo auf einer Seite kein Verbindungsleiter 34 vorhanden ist, ist dieser auf der gegenüberliegenden Seite vorhanden. In Fig. 20 ist auf der oberen dargestellten Vorderseite 21 als weiterer elektrischer Anschluss der
Teilerkontakt 35 dargestellt. Dieser fungiert in der übergeordneten Schaltung als GND bzw. kann dazu genutzt werden zwei Teilspulen bzw. zwei separate Messkreise MK1 und MK2 aufzusetzen (Fig. 21 ). Auf der in Fig. 20 unten dargestellten Rückseite 22 ist der für die Gesamtschaltung notwendige rückführende Anschlusskontakt 38 gezeigt.
Alle Windungen sowie Teilerkontakt und Anschlusskontakte sind vorzugsweise als Leiterbahnen ausgeführt. Die Fierstellung von Leiterbahnen mittels herkömmlicher nass chemischer Verfahren oder per Fräsen, Laserscribing, Druck etc. sind dem Fachmann hinlänglich bekannt.
Fig. 21 zeigt ein vereinfachtes Schaltbild der Erfindung. Die miteinander in Serie verschalteten Planarspulen ergeben eine Gesamtspule 50. Die Gesamtspule weist zwei Anschlusskontakte 39 auf. Diese können entweder jeweils an einem Ende des Trägers angeordnet sein oder ein Kontakt wird zurückgeführt, so dass alle Kontakte an nur einem Ende zugänglich und damit einfacher zu handeln sind. Zwischen allen
Planarspulen wird an einer Stelle eine weitere Leiterbahn ankontaktiert und als Teiler für 2 Teilspulen bzw. Teilmesskreise MK1 und MK2 oder als Masse (GND) verwendet.
Damit sind 2 Messkreise angelegt, deren Werte bei der Durchführung der Messung jeweils getrennt ermittelt und miteinander verglichen Rückschlüsse auf die Stromstärke des stromdurchflossenen Leiters ermöglichen. Die Gesamtspule 50 bzw. die
Messkreise MK1 und MK2 speisen ihre Signale an eine weitere Schaltung S weiter, etwa enthaltend einen Signalverstärker, einen Signalinverter o.ä., damit die Signale entsprechend zur Ableitung der gemessenen Stromstärke ausgewertet werden können.
Anhand der Figur 22, welche in einer perspektivischen Ansicht zwei benachbarte Abschnitte 20a, 20b zeigt, soll die serielle Schaltung und der Stromfluss der
Planarspulen 30 genauer erklärt werden. Die Darstellung ist schematisch. So ist keine Faltung des hochkant gezeigten Trägers 10 dargestellt und es stimmen insbesondere die Relationen nicht. Z.B. ist die Dicke D des Trägers 10 für eine entzerrte und daher verbesserte Ansicht sehr viel dicker dargestellt worden, als das normalerweise der Fall wäre.
Auf den beiden Abschnitten 20a, 20b sind die Spulen 30a, 30b, 30c sowie 30d angeordnet. Zur Verschaltung aller Planarspulen in Serie sind alle Spulen elektrisch leitend miteinander verbunden. Würde man die Spulen mit einer Spannung beaufschlagen und es würde ein Strom fließen, dann würde der Strom von einem benachbarten Abschnitt (hier nicht dargestellt) über den Verbindungsleiter 34a in die Spule 30a hineinfließen und den Windungen folgend von außen nach innen fließen.
In der Mitte der Spule 30a angekommen würde der Strom über die innenliegende Ankontaktierung der Leiterbahn an die durchkontaktierte Bohrung 32a von der Seite 22 zur Seite 21 fließen. Dort würde er die dortige, an die Bohrung 32a ankontaktierte Leiterbahn bzw. die Windungen der Spule 30b von innen nach außen durchlaufen und über die Verbindungsleitung 34b auf den Abschnitt 20b übersetzen.
Die Windungen der dortige Spule 30c würde der Strom wieder von außen nach innen durchlaufen und über die weitere, durchkontaktierte Bohrung 32b wieder zurück zur Seite 21 des Trägers fließen. Nachdem er die dortige Spule 30d wiederum von innen nach außen durchlaufen hätte, würde er über die Verbindungsleitung 34c zum nächsten benachbarten Abschnitt (nicht dargestellt) übersetzen.
Dies setzt sich über alle Abschnitte bzw. alle Planarspulen eines Trägers 10 fort. Auf diese Weise sind alle Spulen oder beliebig viele Spulen eines Trägers elektrisch leitend miteinander verbunden.
Fig. 23 zeigt einen Träger 10, bei dem die Planarspulen 30 in einer weiteren
Ausführungsform nur auf der Vorderseite 21 des Trägers aufgebracht sind. Lediglich die für die Serienschaltung der Planarspulen notwendigen Verbindungsleiter 34 sind teilweise auf der Rückseite angeordnet, genauer gesagt sind es die Verbindungsleiter 34 zwischen zwei Planarspulen 30 die jeweils über die innenliegenden und
durchkontaktierten Bohrungen 32 miteinander verbunden sind.
Entsprechend dem vorherigen Ausführungsbeispiel würde der Strom bei einer angelegten Spannung und einem Stromfluss durch den Verbindungsleiter 34a auf der Seite 21 in die Spule 30a hineinfließen und den Windungen folgend von außen nach innen fließen (Fig. 23). In der Mitte der Spule 30a angekommen würde der Strom über die innenliegende, durchkontaktierte Bohrung 32a von der Vorderseite 21 zur Rückseite fließen. Dort würde er über den dortigen Verbindungsleiter 34b zur nächsten
durchkontaktierten Bohrung 32b weiterfließen und wieder zurück auf die Vorderseite 21 in die nächste Planarspule 30b geleitet werden und die Windungen von innen nach außen durchlaufen sowie über die Verbindungsleitung 34c auf den nächsten Abschnitt bzw. entsprechend durch alle weiteren Planarspulen fließen (nicht dargestellt).
Wie bereits beschrieben wird der Träger zickzack gefaltet und sternförmig angeordnet, wobei die Abschnitte der jeweiligen Enden des Trägers zwar nicht miteinander verbunden sind, aber entsprechend so zueinander positioniert werden. An diesen freien Enden entsteht so eine Öffnung 26, womit sich später dort der streifenförmige Träger öffnen läßt, so dass dort ein elektrischer Leiter, z.B. ein Kabel eingelegt oder auch wieder entnommen werden kann, um mit der Vorrichtung einen Wechselstrom im elektrischen Leiter nach dem Prinzip der Rogowski Spule zu erfassen. Die Vorrichtung kann auch dazu benutzt werden, um um einen größeren, eher unbeweglichen
elektrischen Leiter herum positioniert zu werden.
Fig. 24 zeigt eine weitere Ausführungsform des vorherigen Beispiels. Allerdings ist der Träger 10 so breit, dass Abschnitte 20 nicht nur in der Längsrichtung des Träges 10 hintereinander, sondern auch quer zur Längsrichtung L nebeneinander angeordnet sind.
Die auf den so zueinander angeordneten Abschnitten 20 enthaltenen Planarspulen 30 können in mehreren Varianten miteinander verschaltet werden.
Als ein Ausführungsbeispiel können auf einem Träger 10 mehrere separate gleiche oder auch ungleiche Toroidspulen bereitgestellt werden, z.B. Spulen mit unterschiedlicher Windungszahl. Dazu werden die in Längsrichtung des Trägers 10 jeweils auf einer Linie, sozusagen in einem„Strang“ angeordneten Planarspulen als Teil einer Spule gesehen und entsprechend miteinander lediglich über die quer zur Längsrichtung verlaufenden Faltlinien F von Abschnitt 20 zu Abschnitt 20 mit einem Verbindungsleiter 34 miteinander verbunden (Fig. 24). Diese Ausführung kann mit Planarspulen auf nur einer Seite oder auch auf beiden Seiten des Trägers erfolgen, wobei die
Durchkontaktierungen im Inneren einer Planarspule wie bereits beschrieben jeweils eine Planarspule auf der gegenüberliegenden Seite und nachfolgend einen
Verbindungsleiter 34 oder direkt nur einen Verbindungsleiter 34 ankontaktiert und der Verbindungsleiter 34 dann weiter zum nächsten angrenzenden Abschnitt 20 geführt ist. Wird der Träger 10 dann anschließend an den Faltlinien F gefaltet und sternförmig angeordnet, so erhält man eine Anordnung mit 2 parallel zueinander ausgerichteten Toroidspulen (nicht dargestellt).
In Weiterbildung der letzten Ausführungsform können die einzelnen Stränge aus jeweils auf einer parallel zur Längsache L des Trägers 10 liegenden Linie und miteinander elektrisch leitend verbundenen Planarspulen auch wiederum miteinander in Serie geschaltet werden, so dass eine Gesamtspule aus allen Strängen gebildet wird (Fig.
25). Dazu wird die letzte Planarspule 30d1 eines ersten Strangs mit der ersten
Planarspule 30a2 des nächsten Strangs und so weiter verbunden. Die so miteinander verbundenen Stränge fungieren dann als Windungen. Je breiter der Streifen wird, umso mehr Abschnitte 20 würden sich quer zur Längsrichtung L nebeneinander anordnen lassen und umso mehr Windungen aus den einzelnen Strängen würde dann eine Gesamtspule erhalten.
Die zwei vorherigen beschriebenen Beispiele passen also auch für Ausführungen mit beliebiger Breite des Trägers 10 und entsprechender Anzahl von quer zur Längsachse L des Trägers 10 nebeneinander angeordneten Planarspulen.
In einer weiteren Ausführungsform wird ein Träger mit zumindest 2 quer zur
Längsachse L des Trägers 10 enthaltenen Abschnitten und entsprechenden
Planarspulen 30 auf einer Seite des Trägers 10 bereitgestellt (Fig. 26). Die
Planarspulen 30 sind bei dieser Ausführung immer abwechselnd sowohl quer zu Längsachse L als auch parallel zur Längsachse L mit einem Verbindungsleiter 34 wie bereits weiter oben beschrieben miteinander verbunden. Anschließend wird der Träger zuerst längs an der Faltlinie FL gefaltet, so dass die quer zur Längsachse enthaltenen Abschnitte übereinander liegen, entweder mit den enthaltenen Planarspulen 30 einander zu oder voneinander abgewandt. Anschließend wird der so gefaltete Träger 10 wie bereits oben beschrieben an den Faltlinien FQ in jeweils wechselnden Richtungen R2 und R3 wieder zickzack gefaltet und sternförmig angeordnet (nicht dargestellt).
Fig. 27 zeigt die vorherige Ausführung mit an beiden Seiten des Trägers 10
angeordneten Planarspulen, wobei die auf der Oberseite 21 angeordneten Spulen jeweils über die Faltlinien FQ und die auf der Unterseite angeordneten Spulen jeweils an der Faltlinie FL mit einem Verbindungsleiter 34 miteinander verbunden sind. Figur 28 zeigt schematisch die eben beschriebene Ausführung mit den auf einem Träger 10 enthaltenen Abschnitten mit jeweils einer Oberseite 21 und jeweils einer durch eine Diagonale getrennte Unterseite 22. Ein Verbindungsleiter 34 verläuft auf der Oberseite und kontaktiert eine Spule (nicht dargestellt). Analog zu dem bereits oben beschrieben Beispiel würde ein Strom zuerst auf der Oberseite 21 fließen, würde dann durch eine mit einem Kreuz symbolisierte Durchkontaktierung von der Oberseite 21 zur Unterseite 22 durchgeleitet werden, würde dort über die Faltinie FL auf den quer zur Längsachse des Trägers 10 benachbarten Abschnitt weitergeleitet werden und würde dort mit einem Punkt symbolisierte Durchkontaktierung wieder auf die Vorderseite 21 geleitet werden, um dann über eine Faltlinie FQ zum nächsten, parallel zur Längsachse des Trägers 10 benachbarten Abschnitt zu wechseln. Dies setzt sich so lange fort, bis alle Abschnitte eines Trägers durchlaufen sind.
Figur 29 zeigt schematisch eine Seitenansicht eines entlang der Längsachse gefalteten Träger 10 mit zwei nunmehr übereinanderliegenden Teilschichten 10a und 10b, die nach der Längsfaltung nochmals zickzack gefaltet und anschließend sternförmig angeordnet wurden (Fig. 30).
Fig. 31 zeigt eine Vorrichtung 100 zum Messen von Stromstärken eines Wechselstroms mit einem Gehäuse 60 und einer von dem Gehäuse zentralen Öffnung 27. Das
Gehäuse 60 schützt den darin befindlichen Träger sowie dessen Abschnitte mitsamt den Planarspulen und hält die Abschnitte bzw. die Planarspulen in einer zumindest größtenteils oder annähernd definierten Position. Das Gehäuse 60 ist an einer Seite mit einem Klappscharnier 62 und auf der gegenüberliegenden Seite mit einem Verschluss 64 ausgestattet.
In Fig. 32 ist der Verschluss entriegelt und das Gehäuse 60 geöffnet, so dass auf die zentrale Öffnung 27 zugegriffen werden kann. In der Praxis wird dort ein zu
vermessender elektrischer Leiter eingelegt (nicht dargestellt) und das Gehäuse 60 wieder geschlossen, so dass die Abschnitte möglichst gleichmäßig um den Leiter herum angeordnet sind. Es sind zusätzlich Fixiermittel 66 z.B. in Form von Filzen oder geschäumten Elementen vorgesehen, die den eingelegten Leiter zusätzlich fixieren oder zentrieren, oder die eine an einem elektrischen Leiter angeordnete Vorrichtung 100 festklemmen und fixieren. Wird der elektrische Leiter mit einer Wechselspannung beaufschlagt und fließt aufgrund eines aktivierten Verbrauchers ein entsprechender Strom, so wird dabei um den elektrischen Leiter herum ein zum Stromfluss proportional veränderliches Magnetfeld aufgebaut. Dieses wechselnde Magnetfeld wirkt auf die Anordnung im Endeffekt einer Rogowski Spule ein und induziert eine Spannung Ui.
Diese Spannung Ui ist unter Bildung des Zeitintegrals proportional zur Stärke des Strom II im elektrischen Leiter und kann so über den Anschluss 68 der Vorrichtung 100 abgegriffen und zur Messung der Stromstärke II herangezogen werden.
In Fig. 33 ist eine weitere Möglichkeit zur Gestaltung des Gehäuses 60 in Form einer Zange dargestellt, wobei die gefalteten Abschnitte in den Backen der Zange
untergebracht sind. Die Backen umschließen die, für die Aufnahme des zu
vermessenden elektrischen Leiters 40 vorgesehene, zentrale Öffnung 27. Eine Backe der Zange ist beweglich, so dass sich diese zur Einlage oder Entnahme des
elektrischen Leiters 40 öffnen und schließen lässt. Die ermittelten Messergebnisse können wie in den vorher beschriebenen Figuren über einen Anschluss 68 ausgelesen werden oder können auch gleich durch eine integrierte Auswerteeinheit 70 ermittelt und angezeigt werden.
Bezugszeichenliste
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Claims

P a t e n t a n s p r ü c h e
1. Vorrichtung (100) zum Messen von Strom, aufweisend einen streifenförmigen Träger (10), mehrere, entlang der Längsachse L des Trägers (10) angeordnete Abschnitte (20), wobei der Träger jeweils zwischen den Abschnitten (20) an einer Faltlinie (F) quer zu seiner Längsachse (L) in jeweils entgegengesetzter
Richtung (R1 , R2) zickzack gefaltet ist und der Träger (10) mit den gefalteten Abschnitten (20) radial um eine zentrale Achse (A) herum sternförmig
aufgefächert angeordnet ist, dadurch gekennzeichnet, dass auf zumindest einer ersten Seite (21 ) eines Abschnitts (20) zumindest eine Planarspule (30) angeordnet ist.
2. Vorrichtung (100) nach Anspruch 1 , dadurch gekennzeichnet, dass auf einer zweiten Seite (22) eines Abschnitts (20) zumindest eine weitere Planarspule (30) angeordnet ist.
3. Vorrichtung (100) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch
gekennzeichnet, dass erster Abschnitt (20) und letzter Abschnitt (20) des Trägers (10) nicht miteinander verbunden sind, so dass dort zwischen ersten und letzten Abschnitt (20) eine Öffnung (26) angeordnet ist.
4. Vorrichtung (100) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch
gekennzeichnet, dass der Träger (10) so um die Achse A herum angeordnet ist, dass eine zentrale Aussparung als Sensorzelle (27) zur Aufnahme eines
Stromleiters (40) gebildet ist.
5. Vorrichtung (100) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch
gekennzeichnet, dass sich die Windungen (31 ) der Planarspulen (30) jeweils annähernd in der Ebene der Achse A erstrecken.
6. Vorrichtung (100) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch
gekennzeichnet, dass die Spulen (30) eines Abschnitts (20) über zumindest eine durchkontaktierte Bohrung (32) miteinander in Serie verschaltet sind, indem die Bohrung (32) ein Ende einer Windung (31 ) zumindest einer Spule (30) der ersten Seite (21 ) mit einem Ende einer Windung (31 ) zumindest einer Spule (30) der zweiten Seite (22) elektrisch leitend miteinander verbindet.
7. Vorrichtung (100) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch
gekennzeichnet, dass zumindest eine Planarspule (30) eines Abschnitts (20) mit zumindest einer Planarspule (30) eines benachbarten Abschnitts (20) über einen Verbindungsleiter (33) elektrisch leitend miteinander verbunden und in Serie geschaltet ist.
8. Vorrichtung (100) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch
gekennzeichnet, dass durch die miteinander in Serie verschalteten Planarspulen (30) und deren radial um die Achse A erfolgte Anordnung eine Gesamtspule (50) in Form eines Toroids gebildet ist.
9. Vorrichtung (100) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch
gekennzeichnet, dass an zumindest einer Stelle innerhalb der Gesamtspule (50) eine Teilerleitung (35) für die Masse (GND) ankontaktiert ist, so dass zumindest ein erster Messkreis (MK1 ) und ein zweiter Messkreis (MK2) gebildet sind.
10. Vorrichtung (100) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch
gekennzeichnet, dass der gefaltete und sternförmige angeordnete Träger (10) in einem Gehäuse (60) montiert ist, so dass die gefalteten und sternförmig angeordneten Abschnitte (20) zumindest bei einem geschlossenen Gehäuse gleichmäßig zueinander positioniert sind.
1 1. Verfahren zum Herstellen einer Vorrichtung (100) nach den Ansprüchen 1 - 10, mit den Schritten:
- Bereitstellen eines Trägers (10),
- Erzeugen der Planarspulen (30) in den Abschnitten (20) sowie alle weiteren erforderlichen Leiterbahnen (37), insbesondere der Verbindungsleiter (34), der Teilerleitung (35) und Anschlussleitungen (38)
- Einbringen der Bohrungen (32), Durchkontaktierungen sowie Herstellen der Serienschaltung,
- Falten des Trägerstreifens (100), - radiales Anordnen der gefalteten Abschnitte (20) um eine zentrale Achse (A) herum.
12. Verfahren zum Herstellen einer Vorrichtung (100) nach dem vorhergehenden Anspruch, dadurch gekennzeichnet, dass vor dem Erzeugen der Leiterbahnen (37) und / oder vor dem Falten der Abschnitte (20) die Faltlinien (F) geschwächt werden.
13. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche 11 - 12, dadurch
gekennzeichnet, dass die Leiterbahnen (37) konventionell nass-chemisch erzeugt, aus einer vollflächigen, elektrisch leitfähigen Beschichtung
herausgearbeitet und / oder mit einem Drucker und einem elektrisch leitfähigen Medium aufgedruckt werden.
14. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche 11 - 13, dadurch
gekennzeichnet, dass die Leiterbahnen (37) an ihrer vom Träger (10)
entgegengesetzten Oberfläche elektrisch isoliert werden.
15. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche 11 - 14, dadurch
gekennzeichnet, dass die Faltsegmente (24) an ihren gegenüberliegenden Seiten zumindest teilweise miteinander verklebt werden.
16. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche 11 - 15, dadurch
gekennzeichnet, dass der Träger (10) in einem Gehäuse (60) montiert wird.
17. Verfahren zur Durchführung einer Messung mit einer Vorrichtung (100) nach einem der Ansprüche 1 - 10, mit den Schritten:
- Öffnen des Gehäuses 60 oder des Trägers (10),
- Einlegen eines elektrischen Leiters (40) in die Sensorzelle (27) oder
positionieren der Vorrichtung (100) um einen elektrischen Leiter (40) herum, so dass der elektrische Leiter (40) in der Sensorzelle (27) positioniert ist,
- verschließen des Gehäuses (60) oder des Trägers (10),
- Durchführen der Messung anhand einer Differenzsignalmethode.
18. Verfahren zur Durchführung einer Messung nach dem vorhergehenden
Anspruch, dadurch gekennzeichnet, dass vor der Durchführung der Messung die beiden Messkreise MK1 und MK2 austariert werden.
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