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Die Erfindung betrifft einen Wickelkörper für eine Rogowsky-Spule mit Gegenwindung, sowie eine Rogowsky-Spule umfassend eine auf einen ringförmigen Wicklungsträger spiralförmig aufgebrachte Wicklung mit einem ersten und einem zweiten Wicklungsende, wobei das zweite Wicklungsende mit einer im Inneren des Wickelkörpers liegenden, sich vom Bereich des zweiten Wicklungsendes bis in den Bereich des ersten Wicklungsendes erstreckenden Gegenwindung verbunden ist.
Rogowsky-Spulen mit einem solchen Aufbau sind beispielsweise durch die DE-A1-17 91011 und die DE-A1-19 05 468 bekannt geworden.
Die DE-A1-19 05 468 beschreibt eine Strommesszange, deren den zu vermessenden Leiter umschliessende "Zange" aus zwei Wicklungsträgem gebildet ist, auf welchen Wicklungen aufgebracht sind. Die Wicklungsträger sind hohl ausgebildet und nehmen im Inneren ihres Hohlraumes die Rückführung der homogenen Messwicklung als Gegenwindung auf.
Die DE-A1-17 91011 hat sehr ähnlichen Inhalt : hier wird eine Strommess-Einrichtung beschrieben, die eine Spule aufweist, durch welche der zu vermessende Leiter hindurch geführt ist. Es ist angeführt, dass der Wickelkörper dieser Spule innen hohl ist, innerhalb welchen Hohlraumes die Rückführung des Leiters "in der Achse des Spulenkörpers" verläuft.
In sich geschlossene Ringkörper mit einem ringförmigen Hohlraum sind nur sehr schwer fertigbar : Herstellung durch einen Gussprozess fällt von vornherein aus, weil ein den inneren Hohlraum von Gussmaterial freihaltendee Formteil aus dem fertigen Gussstück nicht mehr entfernt werden könnte. Die Herstellung eines Ringkörpers aus einem rohrförmigen Material ist ebenfalls schwierig, weil Rohre nicht ohne besondere Massnahmen gebogen werden können, ohne abzuknicken. Abgesehen von diesen Herstellungsproblemen erweist sich das Einbringen der Gegenwindung in den Hohlraum als schwierig : Hohlraum ist über weite Bereiche ähnlich einem Tunnel nicht zugänglich, wodurch die Gegenwindung in den Hohlraum eingefädelt werden muss, was bei sich leicht verformenden Kupferdrähten sehr mühsam sein kann.
Es ist Aufgabe der vorliegenden Erfindung, einen Wickelkörper für eine Rogowsky-Spule anzugeben, welcher besonders einfach herstellbar ist, selbst wenn er die Gestalt eines in sich geschlossenen Ringes aufweist. Darüberhinaus soll das Anbringen der Gegenwindung auf dem anzugebenden Wickelkörper besonders einfach sein.
Erfindungsgemäss wird dies dadurch erreicht, dass der Wickelkörper ein Vollkörper ist und eine Nut zur Aufnahme der Gegenwindung aufweist.
Die Herstellung eines Vollkörpers ist verglichen mit der Herstellung eines Hohlkörpers besonders einfach, insbesondere kann eine Vollkörper gegossen bzw. aus Stangenmaterial in seine endgültige Form gebogen werden. Eine Nut ist im Gegensatz zu einem Hohlraum auf ihrer gesamten Länge zugänglich, sodass das Einlegen der
Gegenwindung in diese Nut ähnlich einfach ist, wie das Aufwickeln einer Leitung auf eine
Kabeltrommel.
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Gemäss einer besonders bevorzugten Ausführungsform der Erfindung kann vorgesehen sein, dass die Nut in die äussere Mantelfläche des Wickelkörpers eingearbeitet ist.
Damit braucht die Gegenwindung nicht mittels gesonderter Massnahmen (wie z. B. Kleben) in der Nut fixiert werden, wird die Gegenwindung straff gespannt in eine derart plazierte Nut eingelegt, hält sie sich ähnlich einer auf eine Kabeltrommel aufgewickelte Leitung von selbst.
Weiters kann vorgesehen sein, dass die Tiefe der Nut etwa die Hälfte der Dicke des Wickelkörpers beträgt.
Wird eine Gegenwindung auf den Grund einer in dieser Weise dimensionierten Nut gelegt, so verläuft sie genau durch die Mittelpunkte der Windungen der auf den Wickelkörper aufgebrachten Messwicklung, womit die von der Gegenwindung bewirkte Verringerung von Messergebnis-Verfälschungen durch Stör-Magnetfelder besonders effektiv ist.
Als vorteilhaft hat es sich erwiesen, dass der Wickelkörper als in sich geschlossener Ring ausgebildet ist, weil Rogowsky-Spulen zur Erzielung eines möglichst genauen Messergebnisses in der Regel als Ringspulen ausgebildet sind und daher ein ringförmiger Wickelkörper zur Herstellung von der Regel entsprechenden Rogowsky-Spulen geeignet ist.
Die Erfindung wird unter Bezugnahme auf die beigeschlossenen Zeichnungen, in welchen besonders bevorzugte Ausführungsbeispiele dargestellt sind, näher beschrieben.
Dabei zeigt:
Fig.leine Rogowsky-Spule im Schrägriss;
Fig. 2a einen erfindungsgemässen Wickelkörper für eine Rogowsky-Spule im Grundriss;
Fig.2b den Wickelkörper gemäss Fig. 2a im Seitenriss;
Fig.2c den Wickelkörper gemäss Fig. 2a im Aufriss;
Fig. 2d einen entlang der in Fig. 2a eingezeichneten Linie A-A geführten Schnitt durch den Wickelkörper der Fig.2a;
Fig. 2e einen entlang der in Fig. 2a eingezeichneten Linie B-B geführten Schnitt durch den Wickelkörper der Fig.2a;
Fig.2f das Detail X der Fig. 2e in grösserer Darstellung und
Fig.3 eine erfindungsgemässe Rogowsky-Spule mit einem mehrteiligen Wicklungsträger.
Jeder stromdurchflossene Leiter 1 baut um sich ein Magnetfeld auf, das in Fig.lmit den Pfeilen 2 symbolisch dargestellt ist. Die Stärke dieses Magnetfeldes ist proportional zur Höhe des im Leiter 1 fliessenden Stromes.
Die in Fig.ldargestellte Rogowsky-Spule umfasst eine auf einen ringförmigen Wicklungsträger 3 spiralförmig aufgebrachte Wicklung 4 mit einem ersten Wicklungsende 5 und einem zweiten Wicklungsende 6. Die Rogowsky-Spule nutzt den erörterten
Magnetfeldaufbau eines stromdurchflossenen Leiters 1 zur galvanisch getrennten Messung der in dem Leiter 1 herrschenden Stromstärke : zu vermessende Leiter 1 wird dazu durch die zentrale Öffnung 11 des ringförmigen Wicklungsträgers 3 der Rogowsky-Spule hindurchgeführt, wodurch das von diesem Leiter 1 erzeugte Wechsel-Magnetfeld die
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spiralförmigen Windungen 7 der Rogowsky-Spule durchsetzt.
Dieses Wechsel-Magnetfeld induziert in den Windungen 7 der Rogowsky-Spule eine Wechselspannung, deren Höhe proportional der ersten Ableitung des Stromes im zu vermessenden Leiter 1 ist (u=k.di/dt, k-di entspricht dem magnetischen Fluss). Das eigentliche Stromsignal wird erst durch Integration des Messwertes erhalten.
Rogowsky-Spulen sind im Gegensatz zu konventionellen Stromwandlern Luftspulen, d. h. sie weisen keinen ferromagnetischen Kern auf ; der Wicklungsträger 3 besteht aus einem nicht-ferromagnetischen Material. Der Vorteil gegenüber konventionellen Stromwandlem besteht darin, dass durch das Fehlen von ferromagnetischen Materialien ein streng linearer Zusammenhang zwischen dem zu vermessenden Strom und der Ausgangsspannung der Spule über einen sehr grossen Messbereich besteht.
Als Nachteil erweist sich bei Rogowsky-Spulen die Tatsache, dass die Wicklung 4 aufgrund ihrer Anordnung auf einem ringförmigen Wicklungsträger 3 in ihrer Gesamtheit eine einzige weitere Windung bildet, welche normal zu den spiralförmigen Windungen 7 liegt.
Magnetische Störfelder, die normal zum Magnetfeld des zu vermessenden Leiters 1 verlaufen, können in dieser einen Windung Spannungen induzieren, welche das Messergebnis verfälschen. Da diese eine störende Windung eine relativ grosse Fläche - verglichen mit der Fläche, welche die spiralförmigen Windungen 7 umschliessen- umschliesst, können schon bei geringen Stör-Feldstärken beachtliche, das Messergebnis verfälschende Spannungen in der Wicklung 4 induziert werden.
Dieses Problem ist bekannt und im Stand der Technik bereits durch Einführung einer Gegenwindung 8 gelöst worden. Diese Gegenwindung 8 ist durch einen einzelnen elektrischen Leiter gebildet, der im Inneren des die Messwicklung 4 tragenden Wicklungsträgers 3 angeordnet ist, sich vom Bereich des zweiten Wicklungsendes 6 bis in den Bereich des ersten Wicklungsendes 5 erstreckt und das zweite Wicklungsende 6 in den Bereich des ersten Wicklungsendes 5 zurückführt.
Damit sind nun zwei, normal zu den Windungen 7 der Messwicklung 4 verlaufende Windungen vorhanden, einerseits die von der Gesamtheit der Windungen 7 der Messwicklung 4 gebildete Windung und andererseits die eingeführte Gegenwindung 8. Da diese Windungen koplanar liegen, werden sie beide von den Stör-Magnetfeldern durchsetzt und werden dadurch in ihnen Stör-Spannungen gleicher Höhe induziert. Diese Stör- Spannungen sind aber gegeneinander geschaltet, sodass sie sich gegenseitig aufheben und ein von Stör-Magnetfeldern unbeeinflusstes Messergebnis erhalten werden kann.
Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf die konstruktive Ausführung eines Wickelkörpers, mit welchem der Wicklungsträger 3 einer Rogowsky-Spule mit Gegenwindung 8 gebildet werden kann.
In der Regel wird lediglich ein einziger Wickelkörper vorgesehen, der als in sich geschlossener Ring ausgebildet ist. In diesem-auch in den Fig.lund 2 dargestellten Fall- ist der Wickelkörper mit dem Wicklungsträger 3 ident. Denkbar ist aber auch, den
Wicklungsträger 3 aus mehreren einzelnen Wickelkörpern 3' zusammenzusetzen, welche
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einzelnen Wicklungskörper 3' jeweils nur Segmente eines ringförmigen Körpers sind (vgl.
Fig. 3).
Die vorliegende Erfindung bezieht sich also auf einen Wickelkörper, der vorzugsweise als in sich geschlossener Ring ausgebildet ist aber auch nur ein Segment eines solchen Ringes sein kann.
Die in dieser Beschreibung und den Ansprüchen verwendeten Begriffe "Ring" und #ringförmig" sind in einem weiten Sinn zu verstehen, d. h. es ist nicht notwendig, dass Wicklungsträger 3 bzw. Wickelkörper kreisringförmig sind. Wicklungsträger 3 bzw.
Wickelkörper können im Grundriss gesehen von der Kreisform abweichen, beispielsweise so wie in den beigeschlossenen Zeichnungsfiguren dargestellt, oval sein aber auch kantig, also in Gestalt eines Vieleckes ausgebildet sein.
Daneben ist es nicht notwendig, dass Wicklungsträger 3 bzw. Wickelkörper in sich geschlossene Ringkörper sind, es können durchaus von Wickelkörper-Material freigehaltene, sich über den gesamten Querschnitt des Wicklungsträgers 3 bzw.
Wickelkörpers erstreckende Abschnitte (also Luftspalte) vorgesehen sein.
Der in den Zeichnungsfiguren dargestellte erfindungsgemässe Wickelkörper für eine Rogowsky-Spule mit Gegenwindung 8 zeichnet sich zunächst dadurch aus, dass er ein Vollkörper ist. Um die Gegenwindung 8 im Inneren dieses Vollkörpers unterzubringen, weist dieser eine Nut 9 auf, in welche besagte Gegenwindung 8 eingelegt werden kann.
Die Positionierung dieser Nut 9 ist nicht erfindungswesentlich, sie kann entlang einer beliebigen Linie der Oberfläche des Wickelkörpers verlaufen. Im Ausführungsbeispiel der Zeichnungen ist die Nut 9 in die äussere Mantelfläche 10 des Wickelkörpers eingearbeitet. Unter "äusserer Mantelfläche 10" ist dabei jene Hälfte der Wickelkörper-Mantelfläche zu verstehen, welche der zentralen Öffnung 11 des Wicklungsträgers 3 abgewandt liegt (vgl. Fig. 2e). Vorzugsweise wird die Nut 9 auf Höhe der Symmetrieachse 12 angeordnet und verläuft in Richtung dieser Symmetrieachse 12.
Die Tiefe t der Nut 9 beträgt etwa die Hälfte der Dicke d des Wickelkörpers, was aber für die ordnungsgemässe Funktion der Gegenwindung 8 der Rogowsky-Spule nicht wesentlich ist. Für die durch die Gegenwindung 8 bewirkte Kompensation von Stör- Magnetfeldeinflüssen auf das Messergebnis reicht es aus, wenn die Gegenwindung 8 innerhalb der Windungen 7 der Messwicklung 4 liegt, weshalb die Nut 9 mit beliebiger Tiefe t ausgeführt werden kann.
Das Aufbringen der Gegenwindung 8 und der Messwicklung 4 auf einen derartigen Wickelkörper ist besonders einfach : wird die Gegenwindung 8 hergestellt durch Einlegen des ersten Abschnittes des Gegenwindung 8 und Wicklung 4 bildenden
Drahtes in die Nut 9. Man beginnt dieses Einlegen beim in Fig. 2a eingezeichneten Ende A des Drahtes. Danach erfolgt die Herstellung der Wicklung 4 beginnend bei ihrem zweiten
Ende 6 durch Umwickeln des Wicklungsträgers 3 mit besagtem Draht, wobei in der ebenfalls in Fig. 2a eingezeichneten Wickelrichtung gearbeitet wird.
Die Herstellung der Nut 9 kann durch spanabhebende Bearbeitungsverfahren (Drehen, Fräsen) erfolgen ; Herstellung des erfindungsgemässen Wickelkörpers durch
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einen Gussprozess kann diese Nut 9 auch durch Vorsehen entsprechender Anformungen in der Gussform von Wickelkörper-Material freigehalten werden.