Title:
Aktivteileinheit eines Messwandlers und Messwandler
Kind Code:
A1
Abstract:

Die Erfindung betrifft eine Aktivteileinheit (21) eines Messwandlers (1). Die Aktivteileinheit (21) umfasst einen Messwandlerkern (33), einen Pressrahmen (35), der wenigstens an zwei sich gegenüberliegenden Oberflächen des Messwandlerkerns (33) anliegt, ein Wickelrohr (37), das einen Kernabschnitt (34) des Messwandlerkerns (33) umgibt und wenigstens eine Messwandlerwicklung (39, 41) trägt, und wenigstens eine Verdrehsicherung (45), die eine das Wickelrohr (37) mit dem Pressrahmen (35) verbindende Aushärtungsmasse (73) umfasst.



Inventors:
Baehr, Sebastian (91330, Eggolsheim, DE)
Application Number:
DE102015216861A
Publication Date:
03/09/2017
Filing Date:
09/03/2015
Assignee:
Siemens Aktiengesellschaft, 80333 (DE)
International Classes:
Domestic Patent References:
DE102010047431A1N/A2012-04-05
DE10013143C2N/A2002-06-27
Foreign References:
WO2014177269A12014-11-06
Claims:
1. Aktivteileinheit (21) eines Messwandlers (1), die Aktivteileinheit (21) umfassend
– einen Messwandlerkern (33),
– einen Pressrahmen (35), der wenigstens an zwei sich gegenüberliegenden Oberflächen des Messwandlerkerns (33) anliegt,
– ein Wickelrohr (37), das einen Kernabschnitt (34) des Messwandlerkerns (33) umgibt und wenigstens eine Messwandlerwicklung (39, 41) trägt,
– und wenigstens eine Verdrehsicherung (45), die eine das Wickelrohr (37) mit dem Pressrahmen (35) verbindende Aushärtungsmasse (73) umfasst.

2. Aktivteileinheit (21) nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass jede Verdrehsicherung (45) eine in dem Pressrahmen (35) gebildete Pressrahmentasche (63) umfasst, in die ein Randbereich des Wickelrohrs (37) hineinragt und in der dieser Randbereich des Wickelrohrs (37) durch Aushärtungsmasse (73), die den Randbereich des Wickelrohrs (37) in der Pressrahmentasche (63) umgibt, fixiert ist.

3. Aktivteileinheit (21) nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass jede Pressrahmentasche (63) als eine Ausnehmung in dem Pressrahmen (35) ausgebildet ist, die außenseitig von einem Taschenkragen (65) berandet wird.

4. Aktivteileinheit (21) nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass jeder Taschenkragen (65) eine abgerundete Oberfläche aufweist.

5. Aktivteileinheit (21) nach einem der Ansprüche 2 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass jeder in eine Pressrahmentasche (63) hineinragende Randbereich des Wickelrohrs (37) wenigstens eine Rohraussparung (61) aufweist.

6. Aktivteileinheit (21) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass jedes Wickelrohrende des Wickelrohrs (37) durch wenigstens eine Verdrehsicherung (45) mit dem Pressrahmen (35) verbunden ist.

7. Aktivteileinheit (21) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass wenigstens ein Wickelrohrende des Wickelrohrs (37) durch zwei Verdrehsicherungen (45) mit dem Pressrahmen (35) verbunden ist.

8. Aktivteileinheit (21) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Aushärtungsmasse (73) ein Gießharz oder Zweikomponenten-Kunststoff ist.

9. Messwandler (1) mit einer Aktivteileinheit (21) nach einem der vorhergehenden Ansprüche.

Description:

Die Erfindung betrifft eine Aktivteileinheit eines Messwandlers und einen Messwandler.

Genauer betrifft die Erfindung als Spannungswandler ausgebildete Messwandler zum Messen elektrischer Spannungen und/oder zum Schutz vor hohen elektrischen Spannungen sowie Messwandler, die eine Kombination derartiger Spannungswandler mit Stromwandlern zum Messen elektrischer Ströme und/oder zum Schutz vor hohen elektrischen Strömen sind.

Derartige Messwandler transformieren elektrische Spannungen und Ströme gemäß dem Prinzip eines Transformators und weisen dazu in der Regel ein Aktivteil mit einem Messwandlerkern und zwei unterschiedlichen Messwandlerwicklungen auf.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine verbesserte Aktivteileinheit eines Messwandlers und einen verbesserten Messwandler anzugeben.

Die Aufgabe wird erfindungsgemäß hinsichtlich der Aktivteileinheit durch die Merkmale des Anspruchs 1 und hinsichtlich des Messwandlers durch die Merkmale des Anspruchs 9 gelöst.

Vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung sind Gegenstand der Unteransprüche.

Eine erfindungsgemäße Aktivteileinheit eines Messwandlers umfasst einen Messwandlerkern, einen Pressrahmen, der wenigstens an zwei sich gegenüberliegenden Oberflächen des Messwandlerkerns anliegt, ein Wickelrohr, das einen Kernabschnitt des Messwandlerkerns umgibt und wenigstens eine Messwandlerwicklung trägt, und wenigstens eine Verdrehsicherung, die eine das Wickelrohr mit dem Pressrahmen verbindende Aushärtungsmasse umfasst.

Unter einer Aushärtungsmasse wird hier eine Masse aus einem fließfähigen oder formbaren Material verstanden, das von selbst oder durch eine äußere Beeinflussung aushärtet.

Durch die wenigstens eine Verdrehsicherung werden Bewegungen des Wickelrohrs und von ihm getragener Bauteile relativ zu dem Pressrahmen verhindert. Dadurch werden vorteilhaft Schädigungen von Komponenten des Messwandlers infolge solcher Bewegungen vermieden. Die Realisierung einer Verdrehsicherung mit einer das Wickelrohr mit dem Pressrahmen verbindenden Aushärtungsmasse vermeidet vorteilhaft weitere Bauteile zur Vermeidung von Verdrehungen des Wickelrohrs, vereinfacht die Montage der Aktivteileinheit und vermeidet aufwändige und kostenintensive Bearbeitungen von Bauteilen. Ferner können Fertigungstoleranzen der Bauteile der Aktivteileinheit durch eine Aushärtungsmasse in einfacher Weise ausgeglichen werden. Außerdem kann die Aushärtung der Aushärtungsmasse beispielsweise nach dem Abschluss von Montagearbeiten in einem Zwischenlagerungszustand der Aktivteileinheit oder des Messwandlers erfolgen, ohne weitere Ressourcen zu beanspruchen.

Eine Ausgestaltung der Erfindung sieht vor, dass jede Verdrehsicherung eine in dem Pressrahmen gebildete Pressrahmentasche umfasst, in die ein Randbereich des Wickelrohrs hineinragt und in der dieser Randbereich des Wickelrohrs durch Aushärtungsmasse, die den Randbereich des Wickelrohrs in der Pressrahmentasche umgibt, fixiert ist.

Diese Ausgestaltung der Erfindung ermöglicht vorteilhaft, eine Verdrehsicherung an einem durch eine Pressrahmentasche vorgegebenen Ort durch Einbringen von Aushärtungsmasse in die Pressrahmentasche zu realisieren.

Beispielsweise ist jede Pressrahmentasche als eine Ausnehmung in dem Pressrahmen ausgebildet, die außenseitig von einem Taschenkragen berandet wird. Vorzugsweise weist dabei jeder Taschenkragen eine abgerundete Oberfläche auf.

Die Berandung einer Pressrahmentasche durch einen Taschenkragen begrenzt die Pressrahmentasche und gibt eine Füllhöhe für die Aushärtungsmasse vor. Die Abrundung der Oberfläche des Taschenkragens vermeidet vorteilhaft Kanten, an denen hohe Feldstärken elektrischer Felder entstehen können, die zu elektrischen Entladungen führen können.

Eine Weitergestaltung der vorgenannten Ausgestaltungen der Erfindung sieht vor, dass jeder in eine Pressrahmentasche hineinragende Randbereich des Wickelrohrs wenigstens eine Rohraussparung aufweist.

Durch die Rohraussparungen wird die von Aushärtungsmasse umgebene Oberfläche des Wickelrohrs vergrößert und damit die Stabilität der Verdrehsicherung erhöht.

Weitere Ausgestaltungen der Erfindung sehen vor, dass jedes Wickelrohrende des Wickelrohrs durch wenigstens eine Verdrehsicherung mit dem Pressrahmen verbunden ist, und/oder dass wenigstens ein Wickelrohrende des Wickelrohrs durch zwei Verdrehsicherungen mit dem Pressrahmen verbunden ist.

Dadurch wird die Stabilität der Verbindung des Wickelrohrs mit dem Pressrahmen durch mehrfache, beidseitige und/oder einseitige Verdrehsicherungen erhöht.

Die Aushärtungsmasse ist beispielsweise ein Gießharz oder Zweikomponenten-Kunststoff.

Gießharze und Zweikomponenten-Kunststoffe eignen sich insbesondere aufgrund ihrer Vergießfähigkeit, Stabilität nach dem Aushärten und kommerziellen Verfügbarkeit als Aushärtungsmassen.

Ein erfindungsgemäßer Messwandler weist eine erfindungsgemäße Aktivteileinheit mit den bereits genannten Vorteilen auf.

Die oben beschriebenen Eigenschaften, Merkmale und Vorteile dieser Erfindung sowie die Art und Weise, wie diese erreicht werden, werden klarer und deutlicher verständlich im Zusammenhang mit der folgenden Beschreibung von Ausführungsbeispielen, die im Zusammenhang mit den Zeichnungen näher erläutert werden. Dabei zeigen:

1 eine Schnittdarstellung eines Messwandlers,

2 eine perspektivische Darstellung einer Aktivteileinheit eines Messwandlers,

3 eine perspektivische Schnittdarstellung einer Aktivteileinheit eines Messwandlers,

4 eine perspektivische Darstellung einer Wicklungsanordnung einer Aktivteileinheit eines Messwandlers,

5 eine erste perspektivische Schnittdarstellung eines Pressrahmens und Wickelrohrs einer Aktivteileinheit eines Messwandlers im Bereich einer Verdrehsicherung,

6 eine zweite perspektivische Schnittdarstellung eines Pressrahmens und Wickelrohrs einer Aktivteileinheit eines Messwandlers im Bereich einer Verdrehsicherung,

7 eine dritte perspektivische Schnittdarstellung eines Pressrahmens und Wickelrohrs einer Aktivteileinheit eines Messwandlers im Bereich einer Verdrehsicherung, und

8 eine perspektivische Darstellung eines Pressrahmens und Wickelrohrs einer Aktivteileinheit eines Messwandlers im Bereich einer Verdrehsicherung.

Einander entsprechende Teile sind in allen Figuren mit den gleichen Bezugszeichen versehen.

1 zeigt eine Schnittdarstellung eines Messwandlers 1. Der Messwandler 1 ist als gasisolierter kombinierter Spannungs- und Stromwandler ausgebildet.

Der Messwandler 1 umfasst ein Messwandlergehäuse 3 mit einem Gehäusekopf 5, einem Gehäuseboden 7 und einem zwischen dem Gehäusekopf 5 und dem Gehäuseboden 7 verlaufenden Isolator 9. Der Gehäusekopf 5 ist als ein flaschenartiger Hohlkörper ausgebildet, der sich konisch zu einem ringförmigen Gehäusekopfende 11, das eine Gehäusekopföffnung umgibt, verengt. An das Gehäusekopfende 11 schließt sich der Isolator 9 an. Der Isolator 9 ist im Wesentlichen als ein Rohr ausgebildet, das an seiner Außenseite Isolatorrippen 13 aufweist, die ringförmig um eine Längsachse des Isolators 9 verlaufen. Der Gehäuseboden 7 verschließt ein von dem Gehäusekopf 5 abgewandtes Ende des Isolators 9. Das Messwandlergehäuse 3 ist zur Aufnahme eines Isoliergases wie beispielsweise Schwefelhexafluorid gasdicht ausgebildet. Der Gehäusekopf 5 weist ein Druckentlastungsventil 15 auf, durch das Isoliergas aus dem Messwandlergehäuse 3 abgeführt werden kann, wenn der Druck in dem Messwandlergehäuse 3 einen Druckschwellenwert überschreitet. An dem Gehäuseboden 7 ist eine Leiterdurchführung 17 angeordnet, durch die elektrische Leiter aus dem Innern des Messwandlergehäuses 3 nach außen geführt werden. An der Leiterdurchführung 17 ist ein Klemmenkasten 19 zum Kontaktieren der durch die Leiterdurchführung 17 geführten Leiter angeordnet.

In dem Gehäusekopf 5 sind eine erfindungsgemäße Aktivteileinheit 21 als Spannungswandler und eine Stromwandlereinheit 23 angeordnet, wobei die Stromwandlereinheit 23 zwischen der Aktivteileinheit 21 und dem Isolator 9 angeordnet ist.

Die Aktivteileinheit 21 wird unten anhand der 2 bis 8 näher beschrieben. Die Stromwandlereinheit 23 umfasst einen als Stromschiene ausgebildeten Primärleiter 25 mit außerhalb des Messwandlergehäuses 3 angeordneten Primärleiteranschlüssen 27 und eine ringförmig um den Primärleiter 25 verlaufende, an sich bekannte und daher nicht im Detail dargestellte Stromwandlerwicklungsanordnung 29 mit einer sekundären Stromwandlerwicklung.

Eine sekundäre Messwandlerwicklung 41 der Aktivteileinheit 21 und die sekundäre Stromwandlerwicklung der Stromwandlerwicklungsanordnung 29 sind über (nicht dargestellte) Verbindungsleitungen jeweils mit Anschlüssen des Klemmenkastens 19 verbunden, wobei die Verbindungsleitungen durch in dem Messwandlergehäuse 3 angeordnete rohrartige Abschirmhülsen 31 und durch die Leiterdurchführung 17 zu dem Klemmenkasten 19 geführt sind.

Die 2 und 3 zeigen die Aktivteileinheit 21 des Messwandlers 1. Dabei zeigt 2 eine perspektivische Darstellung und 3 zeigt eine perspektivische Schnittdarstellung der Aktivteileinheit 21 des Messwandlers 1.

Die Aktivteileinheit 21 umfasst einen Messwandlerkern 33, einen Pressrahmen 35, ein Wickelrohr 37, eine primäre Messwandlerwicklung 39, die sekundäre Messwandlerwicklung 41, eine Felgenelektrode 43 und vier Verdrehsicherungen 45.

Der Messwandlerkern 33 ist als ein ringförmiges Blechpaket ausgebildet, das aus übereinander geschichteten Blechlamellen besteht, die durch den Pressrahmen 35 aneinander gedrückt werden.

Der Pressrahmen 35 ist U-förmig mit zwei parallel zueinander verlaufenden Schenkeln und einer die beiden Schenkel verbindenden Schenkelverbindung ausgebildet. Der Pressrahmen 35 besteht aus zwei Pressrahmenhälften 35.1, 35.2, die jeweils eine Hälfte jedes Schenkels und der Schenkelverbindung bilden und auf verschiedenen Seiten einer Symmetrieebene liegen, in der Pressrahmenhälften 35.1, 35.2 aneinander anliegen. Die Schenkelenden jedes Schenkels sind zur Befestigung des Pressrahmens 35 in dem Gehäusekopf 5 des Messwandlers 1 ausgebildet. In dem dargestellten Ausführungsbeispiel weist jede Pressrahmenhälfte 35.1, 35.2 dazu an jedem Schenkelende eine Verbindungsöffnung 47 auf, durch die ein Verbindungselement, beispielsweise eine Schraube, zur Befestigung des Schenkelendes an einer korrespondierenden Rahmenhalterung 49 des Gehäusekopfes 5 (siehe 1) geführt wird.

Zur Befestigung des Pressrahmens 35 an dem Messwandlerkern 33 und zum Verspannen der Blechlamellen des Messwandlerkerns 33 sind mehrere Spannelemente 51 durch den Messwandlerkern 33 und die beiden Pressrahmenhälften 35.1, 35.2 geführt. Dabei ist jedes Spannelement 51 stabartig ausgebildet und weist wenigstens ein durch eine Pressrahmenhälfte 35.1, 35.2 geführtes Ende auf, auf das eine Schraubenmutter 53 zum Anpressen der Pressrahmenhälfte 35.1, 35.2 an den Messwandlerkern 33 geschraubt ist.

Das Wickelrohr 37 umgibt einen Kernabschnitt 34 des Messwandlerkerns 33, der zwischen den Schenkeln des Pressrahmens 35 und durch Rahmenaussparungen 55 in den Pressrahmenhälften 35.1, 35.2 verläuft. Das Wickelrohr 37 trägt die primäre Messwandlerwicklung 39, die einen Mittelabschnitt des Wickelrohrs 37 umgibt, die Felgenelektrode 43, die die primäre Messwandlerwicklung 39 umgibt, und die sekundäre Messwandlerwicklung 41, die die Felgenelektrode 43 umgibt. Die Felgenelektrode 43 weist einen Elektrodenmittelabschnitt 57, der als ein hohler Kreiszylinder ausgebildet ist, und zwei sich gegenüber liegende Abschirmkragen 59 auf. Jeder Abschirmkragen 59 bildet ein Ende der Felgenelektrode 43 und ist zur Abschirmung elektrischer Felder gegenüber dem Elektrodenmittelabschnitt 57 nach außen umgebogen gestaltet. Dabei besteht die Felgenelektrode 43 aus zwei gleichartigen Elektrodenhälften 43.1, 43.2 (siehe 4), die jeweils eine Hälfte des Elektrodenmittelabschnitts 57 und jedes Abschirmkragens 59 bilden.

Die Verdrehsicherungen 45 verbinden das Wickelrohr 37 mit dem Pressrahmen 35 und verhindern eine Drehung des Wickelrohrs 37 um seine Längsachse. Dabei ist jedes Ende des Wickelrohrs 37 mit jeder der beiden Pressrahmenhälften 35.1, 35.2 durch jeweils eine Verdrehsicherung 45 verbunden, so dass das Wickelrohr 37 durch insgesamt vier Verdrehsicherungen 45 mit dem Pressrahmen 35 verbunden ist. Die Verdrehsicherungen 45 werden im Folgenden anhand der 4 bis 8 näher beschrieben.

4 zeigt eine perspektivische Darstellung der durch das Wickelrohr 37, die Messwandlerwicklungen 39, 41 und die Elektrodenhälften 43.1, 43.2 der Felgenelektrode 43 gebildeten Wicklungsanordnung der Aktivteileinheit 21. Das Wickelrohr 37 weist in den Bereichen der Verdrehsicherungen 45 jeweils zwei Rohraussparungen 61 auf.

Die 5 bis 7 zeigen verschiedene perspektivische Schnittdarstellungen des Pressrahmens 35 und Wickelrohrs 37 der Aktivteileinheit 21 im Bereich einer Verdrehsicherung 45.

Jede Verdrehsicherung 45 umfasst eine in dem Pressrahmen 35 gebildete Pressrahmentasche 63, in die ein Randbereich des Wickelrohrs 37, der zwei Rohraussparungen 61 aufweist, hineinragt. Die Pressrahmentasche 63 ist als eine Ausnehmung in dem Pressrahmen 35 am Rand einer Rahmenaussparung 55, durch die der Kernabschnitt 34 verläuft, ausgebildet. Die Ausnehmung wird außenseitig, d. h. auf einer von dem Kernabschnitt 34 abgewandten Seite, von einem Taschenkragen 65, und innenseitig, d. h. auf der dem Kernabschnitt 34 zugewandten Seite, von einem auch die Rahmenaussparung 55 berandenden Aussparungsrand 67 berandet. Der Taschenkragen 65 ist gebogen gestaltet, weist zwei Kragenenden 69 auf, die jeweils an dem Wickelrohr 37 anliegen, und ist zwischen den Kragenenden 69 von dem Wickelrohr 37 beabstandet. Im dargestellten Ausführungsbeispiel ist jede Pressrahmentasche 63 im Bereich einer Pressrahmenverdickung 71 ausgebildet, die zur Versteifung des Pressrahmens 35 U-förmig entlang der beiden Schenkel und der Schenkelverbindung des Pressrahmens 35 in der Pressrahmenhälfte 35.1, 35.2, in der sich die Pressrahmentasche 63 befindet, verläuft.

Um eine Verdrehsicherung 45 zu bilden, wird eine Pressrahmentasche 63 mit Aushärtungsmasse 73, beispielsweise mit einem Gießharz oder einem aushärtenden Zweikomponenten-Kunststoff, befüllt, so dass der in die Pressrahmentasche 63 hineinragende Randbereich des Wickelrohrs 37 nach dem Aushärten der Aushärtungsmasse 73 in der Pressrahmentasche 63 fixiert ist.

8 zeigt eine perspektivische Darstellung des Pressrahmens 35 und Wickelrohrs 37 der Aktivteileinheit 21 im Bereich einer Verdrehsicherung 45, deren Pressrahmentasche 63 mit Aushärtungsmasse 73 befüllt ist.

Obwohl die Erfindung im Detail durch bevorzugte Ausführungsbeispiele näher illustriert und beschrieben wurde, so ist die Erfindung nicht durch die offenbarten Beispiele eingeschränkt und andere Variationen können vom Fachmann hieraus abgeleitet werden, ohne den Schutzumfang der Erfindung zu verlassen.

Bezugszeichenliste

1
Messwandler
3
Messwandlergehäuse
5
Gehäusekopf
7
Gehäuseboden
9
Isolator
11
Gehäusekopfende
13
Isolatorrippe
15
Druckentlastungsventil
17
Leiterdurchführung
19
Klemmenkasten
21
Aktivteileinheit
23
Stromwandlereinheit
25
Primärleiter
27
Primärleiteranschluss
29
Stromwandlerwicklungsanordnung
31
Abschirmhülse
33
Messwandlerkern
34
Kernabschnitt
35
Pressrahmen
35.1, 35.2
Pressrahmenhälfte
37
Wickelrohr
39, 41
Messwandlerwicklung
43
Felgenelektrode
43.1, 43.2
Elektrodenhälfte
45
Verdrehsicherung
47
Verbindungsöffnung
49
Rahmenhalterung
51
Spannelement
53
Schraubenmutter
55
Rahmenaussparung
57
Elektrodenmittelabschnitt
59
Abschirmkragen
61
Rohraussparung
63
Pressrahmentasche
65
Taschenkragen
67
Aussparungsrand
69
Kragenende
71
Pressrahmenverdickung
73
Aushärtungsmasse