EP1406369A2 - Device for inductive coupling of electric signals to a voltage supply line and method for making a wound web - Google Patents
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- EP1406369A2 EP1406369A2 EP03021440A EP03021440A EP1406369A2 EP 1406369 A2 EP1406369 A2 EP 1406369A2 EP 03021440 A EP03021440 A EP 03021440A EP 03021440 A EP03021440 A EP 03021440A EP 1406369 A2 EP1406369 A2 EP 1406369A2
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- H01F38/14—Inductive couplings
Definitions
- the invention first relates to a device for inductive coupling of electrical signals (PLC signals) to a current-carrying, in particular power supply line provided with an insulating jacket, if necessary according to the preamble of claim 1.
- PLC signals electrical signals
- the term signal coupling is intended to be bi-directional in the sense of the invention Enable data transfer, i.e. both the uploading of Signals on the power supply line as well as decoupling or Decouple those to be transmitted on the power supply line Signals.
- the aim of the invention is to further develop the coupling point, wherein the type of signal coupling is inductive.
- Inductive signal coupling means that coupling indirectly through magnetic excitation of a magnetic Element is done and not in a capacitive way or by direct electrical contacting of the voltage supply line takes place.
- folding ferrites are regularly additional capacitive components are provided, so that at these intended coupling points only in a very narrow-band resonance range, which is caused by the Inductance of the folding ferrite together with the capacitive component is determined, signal transmission is possible. After all, they can Folding ferrites should not be too bulky.
- the object of the invention is a device according to the Develop the preamble of claim 1 such that it improves inductive coupling of electrical signals to a power supply line allows.
- the invention solves this problem with the features of claim 1, especially with those of the identification part, and is marked accordingly by an essentially ring-shaped one, of at least two parts Composable clamp made of nanocrystalline or amorphous, ferromagnetic Material.
- the principle of the invention thus consists first of all in a clamp made of a special material. Unlike ferrites, which the desired magnetic properties for an optimized coupling of signals to a power supply line are nanocrystalline or amorphous, ferromagnetic materials for this in particular Way suitable.
- Such materials which are very expensive, in particular using rapid solidification technology by casting a melt with extremely rapid cooling, can be made directly into a thin strip, are for example at the company vacuum melt under the trade names Vitrovac and Vitroperm available. For example, more information is available at www.vacuumschmelze.de.
- Nanocrystalline or amorphous, ferromagnetic materials offer a particularly high initial permeability, which can be, for example, in the range from 20,000 or 40,000, but also above.
- a high initial permeability ie a maximum ⁇ r with initial magnetic excitation by a current for the first time (i.e. the slope of a new curve in a BH diagram), is of particular importance.
- nanocrystalline expresses a special order characteristic of the ferromagnetic material, and describes the fact that in this material has no long-range order or crystal structure. This amorphous state corresponds to the material state immediately after Shock freezing. Through a subsequent heat treatment or tempering process finds a change in state from amorphous to nanocrystalline State instead.
- nanocrystalline means that the grain sizes of the magnetic areas in the nanometer range (middle Diameter 10 to 20 nm). Nanocrystalline materials are above it usually characterized by a two-phase structure in which a fine crystalline grain with the above mentioned grain diameter in one amorphous residual phase is embedded.
- the initial permeability plays as a physical quantity and measurable characteristic of these materials special role. For example, by using such materials with such high initial permeabilities as mentioned above in one assumed minimum coupling factor of - 3 dB and a lower one Transmission frequency of 2 MHz still an inductance L of the device from 4 ⁇ H can be reached.
- a second aspect of the invention provides that the clamp nanocrystalline or amorphous, ferromagnetic material from at least is composed of two parts and is ring-shaped.
- the power supply line on their Encompasses the outer surface, and due to the fact that it can be separated or dismantled or assemblability can be easily assembled, namely on the power supply line is attachable.
- the assembly and disassembly of the device according to the invention can therefore be carried out by specialist personnel who are not the must have the knowledge required for stripping.
- fasteners such as Screw connections may be provided.
- a voltage supply line in the sense of this invention for example also understood a medium-voltage line that has an inner, Electrically conductive core and an outer, electrically insulated shield, for example from a mesh of metallic threads.
- Coax cables can with the device according to the invention The signals are coupled directly to the shield, and a Forward digitally through the shield. But it can also be provided be a signal coupling to the shield first and the signal for forwarding through a special circuit to transmit the inner soul, i.e. the core of the coax cable.
- the clamp offers due to their geometric structure also the possibility of a Signal coupling to a voltage supply line also on such Make places where the power supply line is strong is curved. Because of a clamp-like design with a preferred the radius of curvature only plays a subordinate role Role.
- the clamp is made of two essential semicircular parts assembled. This makes possible on the one hand an arrangement with a small number of components, so that the manageability is facilitated. On the other hand, with this configuration only two separating cuts, for example along a common one Diameter plane of a substantially circular band winding required so that the tape wrap is minimally damaged in its structure becomes.
- the clamp is formed from a continuous annular band wrap, the is divided into at least two parts.
- This embodiment of the invention allows, among other things, the use of conventional, commercially available circular tape winding made of nanocrystalline or amorphous, ferromagnetic Material.
- the Tape wrap cut at least along one plane.
- a cut along one plane, especially along a common diameter plane, offers the possibility of reducing the risk of damage to the internal structure of the To keep tape wraps low.
- the tape wrap is impregnated, especially before cutting like a potting compound.
- a potting compound offers the possibility of the tape wrap in its structure before the Reinforcing cutting, especially stiffening.
- a cutting one such reinforced tape wraps create a condition in the first place of the tape wrap, by separating it into two parts.
- the potting compound Depending on the delivery condition of the tape reel, it can be placed in open spaces, especially in the pores of the tape roll and in spaces between penetrate the layers.
- the potting compound essentially on the outer surfaces for example on the Outer lateral surface and arranged on the ring end faces of the tape roll is and corset-like this surrounds the tape wrap.
- the Potting compound a resin, in particular a thermosetting epoxy resin or temperature-resistant polyester resin.
- This embodiment of the invention enables the use of inexpensive and commercially available casting compounds with particularly good workability and manageability.
- the Tape wraps have been vacuumed before impregnation and the Potting compound in free spaces, e.g. B. penetrated into pores of the tape roll.
- Providing vacuum before impregnation offers the possibility of one Particularly good and safe corset formation through the potting compound.
- the clamp in the assembled state in the joint area two each adjacent parts a thin gap.
- the joining area in other words, the area in which two adjacent parts are almost adjacent to each other bump is according to this advantageous embodiment with a thin, in particular defined gap.
- the gap can be, for example Have a width of the order of 10 ⁇ m and with air or paper, optionally also be filled with an adhesive strip. It is important that the Gap is filled with a non-magnetic and non-conductive material. In particular In this context it is important that the cut surfaces of the tape wrap in the assembled state of the clamp not directly against each other lie. In this context, it is also advantageous that the cut surfaces are particularly smooth or flat and do not form fringes show that would be disadvantageous for magnetic reasons.
- the invention also relates to a method for processing an essentially annular tape winding made of nanocrystalline or amorphous, ferromagnetic material according to the preamble of the claim 16th
- tape wrap usually represents the final shape, i.e. the finished processed state of the tape reel.
- the known tape reel are usually transported in toroidal containers and are used as storage chokes. If necessary, a sintered material can also be used here can also be attached.
- the object of this invention is a machining method according to the preamble of claim 16, which provide the use of the processed tape roll in a device for inductive Coupling of electrical signals to a current-carrying, in particular power supply line provided with an insulating jacket if necessary allows.
- the principle of the invention is therefore essentially one conventional, finished, substantially ring-shaped tape winding, which a variety of winding layers nanocrystalline or amorphous, ferromagnetic Material is first to be placed in a container. Subsequently a potting compound can be introduced into the container with which the Tape wrap is impregnated or soaked.
- the potting compound is especially if according to an advantageous embodiment of the invention Container is evacuated and after inserting the tape wrap in the Container and before impregnating the tape roll with the tape roll a vacuum is applied due to the existing vacuum in the Free spaces, that is to say sucked into the gaps or pores of the tape roll. Even if no vacuum is applied, there is always Possibility of stiffening by attaching the sealing compound ensure that at least the surfaces, i.e. the outside of the tape wrap covered with casting compound. However, the application of a vacuum is clear more advantageous.
- the tape wrap After impregnation, the tape wrap can be divided into at least two parts separated, for example cut. In principle, it is sufficient if the tape wrap impregnates at least in the area of those places at which a separation subsequently takes place.
- the machining method according to the invention is one possibility ready the tape wrap first with a corset in the form of the potting compound to provide, which stiffens the tape roll so that it can subsequently be separated.
- Applying a vacuum to the Tape wrap before the impregnation process step ensures a particularly close concern of the corset-like casting compound or for a some intrusion, if necessary.
- the originally very brittle and not easily processed, not for subsequent processing suitable and not intended nanocrystalline or amorphous, ferromagnetic In this way, material is brought into a form in which the tape wrap is separable.
- the device designated 10 in its entirety in the figures for the inductive coupling of electrical signals is first used 1 explained as follows:
- a signal generator / signal receiver module indicated only schematically 11 sends or receives electrical signals, particularly high-frequency ones Signals. Usually they are signals of a frequency range approximately between 2 and 20 MHz in which data is transmitted.
- the electrical signals are to be loaded onto a voltage supply line 12 are or tapped from this line 12, so that a Data transmission can be carried out via the power supply network can.
- the voltage supply line 12 is, for example, a high-voltage line, a medium voltage line or a low voltage line, on the typically AC voltage in the kilovolt range with a low one Frequency, for example 50 to 60 Hz is present. Because the signals are high frequency signals signal transmission and provision are impaired of electrical power through the power grid, which is primary the goal of the power grid is not.
- 1 is the voltage supply line 12 with an insulating jacket 15 provided. This does not have to be the case, but it is with the relevant power supply lines here.
- the line 12 is on its outer surface by one Clamp 13 encircled, which consists of two substantially semicircular elements 16a and 16b.
- the schematic, perspective view according to FIG. 2 becomes clearly that the clamp 13 is a substantially circular body. Between the inner peripheral surface 36 of the clamp 13 and the outer surface 37 of the voltage supply line 12 (Fig. 1) is an annular Free space 38, the arrangement and size of which is not critical. critical is, however, that a signal line 14 that is connected to the signal generator / signal receiver module 11 is connected, in the manner of a half winding grips the clamp 13 and for this purpose passes through the annular space 38.
- High-frequency signals that are on signal line 14 call a magnetic excitation of the clamp 13 because it is made of ferromagnetic Material exists, whereby the material itself will be detailed later is received.
- the magnetic excitation gives the clamp 13 then on to the power supply line 12, namely in Form in turn of electrical impulses (voltages).
- the clamp acts thus in the manner of a transformer, the signal line 14 and the Power supply line 12 is a primary winding and correspondingly one Represent secondary winding of a transformer with the number of windings 1.
- the signal line 14 only grips the clamp 13 half a winding and the power line 12 due to their large, approximate infinite length the clamp 13 also only in the manner of a half Winding.
- a consideration such that power line 12 and signal line 14 actually represent an entire winding with this geometry allowed.
- the broadest possible bandwidth is desired Transmission range, that is, only a very low attenuation of Signals in a wide frequency range. In other words, is a uniform coupling factor over a large frequency range advantageous.
- the clamp 13 is made of nanocrystalline or amorphous, ferromagnetic material.
- a soft magnetic material is an alloy called a soft magnetic material becomes.
- soft magnetic means that the Hysteresis curve, i.e. the curve in a B-H diagram, is a special one represents a narrow hysteresis loop. The narrower the hysteresis loop, that is, the smaller the area between the two branches that a or movement (e.g. an alternating current through the voltage supply line 12), the lower the electrical losses, which mean a conversion into thermal energy.
- the alloy composition of these materials usually forms from the basic elements iron, cobalt and nickel as well as additional ones Elements such as silicon, boron, manganese, copper, niobium, or molybdenum Chrome.
- additional ones Elements such as silicon, boron, manganese, copper, niobium, or molybdenum Chrome.
- nanocrystalline or amorphous, ferromagnetic materials are commercial, available for example from the company vacuum melt.
- the production such materials is extremely complicated, instead of one conventional melting with subsequent rolling process, as in crystalline materials is the case by means of rapid solidification technology Pour the material directly into a melt with extremely rapid cooling a thin tape is made.
- the tapes are usually at very low temperatures, for example nitrogen-cooled, towards the coils a tape winding (toroidal tape core) wound.
- a tape wrap 23 exists from a large number of winding layers 19, starting from a radially innermost one Winding layer 20 with a radial inner end, not shown, up to a radially outer winding layer 21 with an outer, also not shown radial end are wound.
- the commercially available tapes usually have strip thicknesses in the ⁇ m range, that is, a winding layer 19 of such a tape roll 23 has a tape thickness of, for example 23 ⁇ m (about 20 to 25 ⁇ m).
- a tape wrap 23 as it is commercially available is extremely brittle and cannot be easily processed.
- the Material of the tape roll i.e. nanocrystalline or amorphous, ferromagnetic According to the invention, material is used to produce a clamp 13.
- the tape roll 23 is a circular one Body, which is initially only schematic in one in the right half of FIG. 4 indicated cup body 22 is arranged.
- the cup body 22 has a substantially U-shaped cross section with a bottom wall 39 and two side walls formed by the U-legs 40a, 40b, so that an annular groove-like receptacle for the tape roll 23 is provided.
- the area of the side walls are also as shown in the left half of Fig. 4 makes clear, silicone cushion elements 24a and 24b are provided, which store vulnerable tape wrap 23 soft.
- silicone cushion elements 24a and 24b are provided, which store vulnerable tape wrap 23 soft.
- the tape wrap 23 is due to the brittle, highly fragile condition not to think of the tape wrap.
- the tape roll 23 is processed together introduced with the cup 22 in an evacuable container 25 which in Fig. 4 is shown in dashed lines.
- the evacuable container 25 has Bottom element 27, a central, centrally arranged mandrel 26 and side walls 28 so that an annular groove-like receiving space for the cup 22 and the tape wrap 23 is provided.
- the container 25 is now closed by a cover element 29.
- a schematically indicated air outlet 30 is used for the connection a pump, so that the interior of the container 25 can be evacuated can.
- a merely schematically indicated with the reference number 31 designated inlet serves to introduce a potting compound 32.
- the potting compound 32 is in particular a resin, for example a thermosetting one Two component epoxy resin.
- the potting compound 32 penetrates into the evacuated Interior of the container 25 and can now all in the area of the tape wrap 23 fill in the free space.
- the potting compound 32 in free spaces between two individual, adjacent Penetrating layers 19 penetrate and possibly even in the smallest pores.
- the arrangement of the inlets and outlets 31, 30 is of course only schematic to understand.
- the potting compound 32 After the potting compound 32 has hardened, it provides a Tape wrap 23 enveloping body in the manner of a stiffening structure ready. Now the lid element 29 of the container can be opened and the cast tape roll 23 can be removed. Because of the along the The potted tape roll has the center longitudinal axis M of the aligned mandrel 26 23 corresponding to a central inner recess, which in the state of use according to the device 10 from the voltage supply line 12 Figures 1 and 2 is reached. In this context is on it to point out that the representation of Figures 1 to 4 is not to scale are only understood in terms of their geometric relationships is to illustrate the invention in an illustrative manner.
- the cast tape wrap 23 can now be diamond-tipped Saw, alternatively for example also by means of a water jet cutting system, optionally with laser or plasma beam, along a Cutting plane E, ie roughly along the paper plane of FIG. 4, in two semicircular Halves 16a and 16b are cut.
- a water jet cutting system optionally with laser or plasma beam
- a Cutting plane E ie roughly along the paper plane of FIG. 4, in two semicircular Halves 16a and 16b are cut.
- a material is usually used for the casting compound chosen which has a high glass transition temperature, advantageously above 100 ° C. This way, even at such high, during the Machining temperatures did not change the rigidity of the potting compound on.
- the cut surfaces 33a, 33b (FIG. 3) advantageously with a cover, for example one Apply adhesive tape or a varnish.
- the very flat, smooth cut surfaces 33a, 33b are essentially free of fraying and by the attached cover, not shown, from further damage protected.
- the two now finished halves 16a, 16b of the substantially annular clamp 13 can now around a power supply line 12 can be attached around.
- Fastening elements in the simplest case one indicated in FIG. 2
- Adhesive strips 25 are provided for cohesion of the two parts 16a, 16b.
- screw connection elements or Like are provided, and optionally also integrally as one piece Be part of the potting compound 32 with molded.
- the due to the split, two-part arrangement in the area of two joining areas 17 each have a gap 18.
- the gap 18 is there not necessarily due to the composite arrangement of the Clamp 13 exists and is accepted, but is important essential and influences the magnetic properties of the clamp 13 positive.
- the gap 18 has a width d in the range of approximately 10 ⁇ m and is covered with a non-conductive and non-magnetic medium, for example filled with paper.
- the gap 18 can also be an air gap be trained.
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Abstract
Description
Die Erfindung betrifft zunächst eine Vorrichtung zur induktiven Ankopplung von elektrischen Signalen (PLC-Signalen) an eine insbesondere stromdurchflossene, gegebenenfalls mit einer Isolierumhüllung versehene Spannungsversorgungsleitung gemäß dem Oberbegriff des Anspruches 1.The invention first relates to a device for inductive coupling of electrical signals (PLC signals) to a current-carrying, in particular power supply line provided with an insulating jacket, if necessary according to the preamble of claim 1.
Um eine Daten- oder Signalübertragung über ein vorhandenes Spannungsversorgungsnetz zu realisieren, sind bereits eine Vielzahl von Anstrengungen unternommen worden. Ein besonderer Aspekt bezieht sich dabei auf die Ankopplung der PLC-(= Powerline Communication) Signale auf Hochspannungsleitungen, Mittelspannungsleitungen und Niederspannungsleitungen. Der Begriff Signalankopplung soll dabei im Sinne der Erfindung eine bi-direktionale Datenübertragung ermöglichen, also sowohl das Aufspielen von Signalen auf die Spannungsversorgungsleitung als auch das Abkoppeln oder Entkoppeln der auf der Spannungsversorgungsleitung vorhandenen, zu übertragenden Signale.For data or signal transmission via an existing power supply network Many efforts are already to be realized been undertaken. A special aspect relates to the coupling of the PLC (= Powerline Communication) signals on high-voltage lines, Medium voltage lines and low voltage lines. The term signal coupling is intended to be bi-directional in the sense of the invention Enable data transfer, i.e. both the uploading of Signals on the power supply line as well as decoupling or Decouple those to be transmitted on the power supply line Signals.
Ziel der Erfindung ist es, die Ankoppelstelle weiterzuentwickeln, wobei die Art der Signalankopplung induktiv ist. Induktive Signalankopplung bedeutet, dass die Ankopplung mittelbar durch magnetische Erregung eines magnetischen Elementes erfolgt und nicht auf kapazitive Art oder durch unmittelbare elektrische Kontaktierung der Spannungsversorgungsleitung stattfindet. The aim of the invention is to further develop the coupling point, wherein the type of signal coupling is inductive. Inductive signal coupling means that coupling indirectly through magnetic excitation of a magnetic Element is done and not in a capacitive way or by direct electrical contacting of the voltage supply line takes place.
Die Ankopplung von Signalen an eine Spannungsversorgungsleitung bereitet u.a. dann Probleme, wenn die Spannungsversorgungsleitungen große Querschnitte aufweisen, wie dies bei Hoch-, Mittel- und Niederspannungsleitungen der Fall ist. Soll eine Signalankopplung beispielsweise im Bereich eines Transformatorstation erfolgen, ist darüber hinaus der zur Verfügung stehende Einbauraum für eine derartige Vorrichtung eng begrenzt.The coupling of signals to a power supply line among other things then problems when the power supply lines are large Have cross sections, as is the case with high, medium and low voltage lines the case is. Should a signal coupling, for example, in the area of a transformer station is also the one available Installation space for such a device is narrowly limited.
Es ist schließlich bekannt, eine Signalankopplung unmittelbar durch eine elektrische Kontaktierung der Spannungsversorgungsleitung vorzunehmen. Hierbei muss jedoch die mit einer Isolierumhüllung versehene und teilweise von sehr hohen Strömen bis zu einigen 100 Ampère durchflossene Spannungsversorgungsleitung von hochspezialisierten Fachleuten bearbeitet werden, die eine Abisolierung vornehmen.Finally, it is known to directly couple a signal to make electrical contact with the power supply line. Here, however, the partially provided with an insulating jacket from very high currents to a few 100 amperes Power supply line processed by highly specialized experts stripping.
Darüber hinaus ist bereits angedacht worden, Spannungsversorgungsleitungen mit sogenannten Klapp-Ferriten zu umgreifen. Auf diese Weise ist zwar bereits eine induktive Signalankopplung möglich. Problematisch ist jedoch eine Sättigung dieser Anordnung, die bei den hohen, durch die Spannungsversorgungsleitung fließenden Strömen von vielleicht 300 oder 400 Ampère zu einer nicht praktikablen, nur sehr eingeschränkten Nutzung der Vorrichtung aufgrund eines nur sehr schmalen, einsetzbaren Frequenzbandes führt. Außerdem sind bei derartigen Klapp-Ferriten regelmäßig zusätzliche kapazitive Bauelemente vorgesehen, so dass bei diesen angedachten Ankoppelstellen nur in einem sehr schmalbandigen Resonanzbereich, der durch die Induktivität des Klapp-Ferrites gemeinsam mit dem kapazitiven Bauelement bestimmt wird, eine Signalübertragung möglich ist. Schließlich können die Klapp-Ferrite auch nicht zu voluminös ausgelegt werden.In addition, power supply lines have already been considered to grasp with so-called folding ferrites. That way an inductive signal coupling is already possible. Is problematic however, a saturation of this arrangement, which occurs at the high, through the power supply line flowing currents of maybe 300 or 400 Ampère to an impractical, only very limited use of the Device due to a very narrow, usable frequency band leads. In addition, such folding ferrites are regularly additional capacitive components are provided, so that at these intended coupling points only in a very narrow-band resonance range, which is caused by the Inductance of the folding ferrite together with the capacitive component is determined, signal transmission is possible. After all, they can Folding ferrites should not be too bulky.
Die Aufgabe der Erfindung besteht darin, eine Vorrichtung gemäß dem Oberbegriff des Anspruches 1 derart weiterzubilden, dass sie eine verbesserte induktive Ankopplung von elektrischen Signalen auf eine Spannungsversorgungsleitung ermöglicht. The object of the invention is a device according to the Develop the preamble of claim 1 such that it improves inductive coupling of electrical signals to a power supply line allows.
Die Erfindung löst diese Aufgabe mit den Merkmalen des Anspruches 1, insbesondere mit denen des Kennzeichenteils, und ist demgemäß gekennzeichnet durch eine im wesentlichen ringförmige, aus mindestens zwei Teilen zusammensetzbare Schelle aus nanokristallinem oder amorphem, ferromagnetischem Material.The invention solves this problem with the features of claim 1, especially with those of the identification part, and is marked accordingly by an essentially ring-shaped one, of at least two parts Composable clamp made of nanocrystalline or amorphous, ferromagnetic Material.
Das Prinzip der Erfindung besteht somit zunächst darin, eine Schelle aus einem besonderen Material zu verwenden. Im Gegensatz zu Ferriten, die die gewünschten magnetischen Eigenschaften für eine optimierte Ankopplung von Signalen an eine Spannungsversorgungsleitung nicht erfüllen, sind nanokristalline oder amorphe, ferromagnetische Materialien hierfür in besonderer Weise geeignet.The principle of the invention thus consists first of all in a clamp made of a special material. Unlike ferrites, which the desired magnetic properties for an optimized coupling of signals to a power supply line are nanocrystalline or amorphous, ferromagnetic materials for this in particular Way suitable.
Derartige Materialien, die in sehr aufwendiger Weise, insbesondere mittels Rasch-Erstarrungstechnologie durch Gießen einer Schmelze mit extrem rascher Abkühlung, direkt zu einem dünnen Band hergestellt werden, sind beispielsweise bei der Firma Vakuumschmelze unter den Handelsnamen Vitrovac und Vitroperm erhältlich. Weitere Informationen sind beispielsweise unter www.vacuumschmelze.de erhältlich.Such materials, which are very expensive, in particular using rapid solidification technology by casting a melt with extremely rapid cooling, can be made directly into a thin strip, are for example at the company vacuum melt under the trade names Vitrovac and Vitroperm available. For example, more information is available at www.vacuumschmelze.de.
Es handelt sich dabei um weichmagnetische Materialien, das heißt solche Materialien, bei denen die Hysterese-Schleife besonders schmal ausgebildet ist.These are soft magnetic materials, i.e. such Materials in which the hysteresis loop is particularly narrow is.
Nanokristalline oder amorphe, ferromagnetische Materialien bieten beispielsweise eine besonders hohe Anfangspermeabilität, die beispielsweise im Bereich von 20000 oder 40000, aber auch darüber liegen kann. Eine hohe Anfangspermeabilität, also ein maximales µr bei initialer, erstmaliger magnetischer Erregung durch einen Strom (also die Steigung einer Neukurve in einem B-H-Diagramm), ist dabei von besonderer Wichtigkeit. Nanocrystalline or amorphous, ferromagnetic materials, for example, offer a particularly high initial permeability, which can be, for example, in the range from 20,000 or 40,000, but also above. A high initial permeability, ie a maximum µ r with initial magnetic excitation by a current for the first time (i.e. the slope of a new curve in a BH diagram), is of particular importance.
Der Begriff amorph drückt dabei eine besondere Ordnungseigenschaft
des ferromagnetischen Materials aus, und beschreibt die Tatsache, dass in
diesem Material keinerlei Fernordnung oder Kristallstruktur vorhanden ist. Dieser
amorphe Zustand entspricht dem Materialzustand unmittelbar nach dem
Schockfrieren. Durch einen nachfolgenden Wärmebehandlungs- oder Temper-Prozess
findet eine Zustandsänderung aus dem amorphen in einen nanokristallinen
Zustand statt. Nanokristallin bedeutet in diesem Zusammenhang,
dass die Korngrößen der magnetischen Bezirke im Nanometerbereich (mittlerer
Durchmesser 10 bis 20 nm) liegen. Nanokristalline Werkstoffe sind darüber
hinaus üblicherweise durch eine Zwei-Phasen-Struktur gekennzeichnet, in der
ein feinkristallines Korn mit dem oben genannten Korndurchmesser in eine
amorphe Restphase eingebettet ist.The term amorphous expresses a special order characteristic
of the ferromagnetic material, and describes the fact that in
this material has no long-range order or crystal structure. This
amorphous state corresponds to the material state immediately after
Shock freezing. Through a subsequent heat treatment or tempering process
finds a change in state from amorphous to nanocrystalline
State instead. In this context, nanocrystalline means
that the grain sizes of the magnetic areas in the nanometer range (
Neben sehr hohen Sättigungsinduktionen spielt die Anfangspermeabilität als physikalische Größe und messbares Merkmal dieser Materialien eine besondere Rolle. Beispielsweise kann durch Verwendung derartiger Materialien mit derartig hohen Anfangspermeabilitäten, wie oben angeführt, bei einem angenommenen, minimalen Kopplungsfaktor von - 3 dB und einer unteren Übertragungsfrequenz von 2 MHz noch eine Induktivität L der Vorrichtung von 4 µH erreicht werden.In addition to very high induction of saturation, the initial permeability plays as a physical quantity and measurable characteristic of these materials special role. For example, by using such materials with such high initial permeabilities as mentioned above in one assumed minimum coupling factor of - 3 dB and a lower one Transmission frequency of 2 MHz still an inductance L of the device from 4 µH can be reached.
Weitere Einzelheiten zu der Art des für die Vorrichtung verwendeten Materials sind weiter unten beschrieben.More details on the type of device used Materials are described below.
Ein zweiter Aspekt der Erfindung sieht vor, dass sich die Schelle aus nanokristallinem oder amorphem, ferromagnetischen Material aus mindestens zwei Teilen zusammensetzt und ringförmig ausgebildet ist. Auf diese Weise wird eine Vorrichtung möglich, die die Spannungsversorgungsleitung auf ihre Außenmantelfläche umgreift, und aufgrund der Zertrenn- oder Zerlegbarkeit bzw. Zusammensetzbarkeit ohne weiteres montierbar, nämlich auf die Spannungsversorgungsleitung aufsetzbar ist. Die gegebenenfalls vorhandene Isolierumhüllung der Spannungsversorgungsleitung muss hierfür nicht verletzt werden. Die Montage wie auch die Demontage der erfindungsgemäßen Vorrichtung kann somit von Fachpersonal durchgeführt werden, welches nicht die für eine Abisolierung erforderlichen Kenntnisse besitzen muss.A second aspect of the invention provides that the clamp nanocrystalline or amorphous, ferromagnetic material from at least is composed of two parts and is ring-shaped. In this way a device is possible that the power supply line on their Encompasses the outer surface, and due to the fact that it can be separated or dismantled or assemblability can be easily assembled, namely on the power supply line is attachable. The insulating jacket, if any the power supply line must not be injured for this become. The assembly and disassembly of the device according to the invention can therefore be carried out by specialist personnel who are not the must have the knowledge required for stripping.
Gegebenenfalls können, um den Zusammenhalt der wenigstens zwei Teile im Gebrauchszustand zu gewährleisten, Befestigungselemente wie beispielsweise Schraubverbindungen, vorgesehen sein. Es können alternativ aber auch Klebestreifen verwendet werden, da die Schelle keinen besonderen mechanischen Kräften ausgesetzt ist.If necessary, to ensure the cohesion of at least two To ensure parts in use, fasteners such as Screw connections may be provided. Alternatively, you can but also adhesive strips can be used because the clamp is not a special one is exposed to mechanical forces.
Als Spannungsversorgungsleitung im Sinne dieser Erfindung wird beispielsweise auch eine Mittelspannungsleitung verstanden, die eine innere, stromleitende Seele und eine äußere, elektrisch isolierte Abschirmung beispielsweise aus einem Geflecht metallischer Fäden aufweist. Bei diesen sogenannten Koax-Kabeln kann mit der erfindungsgemäßen Vorrichtung eine Ankopplung der Signale unmittelbar auf die Abschirmung erfolgen, und eine Weiterleitung digital durch die Abschirmung hindurch. Es kann aber auch vorgesehen sein, eine Signalankopplung zunächst auf die Abschirmung vorzunehmen und durch eine besondere Schaltung das Signal zur Weiterleitung auf die innere Seele, also den Kern des Koax-Kabels, zu übertragen.As a voltage supply line in the sense of this invention, for example also understood a medium-voltage line that has an inner, Electrically conductive core and an outer, electrically insulated shield, for example from a mesh of metallic threads. With these so-called Coax cables can with the device according to the invention The signals are coupled directly to the shield, and a Forward digitally through the shield. But it can also be provided be a signal coupling to the shield first and the signal for forwarding through a special circuit to transmit the inner soul, i.e. the core of the coax cable.
Gemäß einem weiteren Aspekt der Erfindung bietet die Schelle aufgrund ihrer geometrischen Struktur darüber hinaus die Möglichkeit, eine Signalankopplung an eine Spannungsversorgungsleitung auch an solchen Stellen vorzunehmen, an denen die Spannungsversorgungsleitung stark gekrümmt ist. Aufgrund einer schellenartigen Ausbildung mit einer vorzugsweise nur geringen Dicke spielt der Krümmungsradius eine untergeordnete Rolle.According to a further aspect of the invention, the clamp offers due to their geometric structure also the possibility of a Signal coupling to a voltage supply line also on such Make places where the power supply line is strong is curved. Because of a clamp-like design with a preferred the radius of curvature only plays a subordinate role Role.
Gemäß einer Ausgestaltung der Erfindung ist die Schelle aus zwei im wesentlichen halbkreisförmigen Teilen zusammengesetzt. Dies ermöglicht einerseits eine Anordnung mit einer geringen Anzahl von Bauteilen, so dass die Handhabbarkeit erleichtert ist. Andererseits sind bei dieser Ausgestaltung lediglich zwei Trennschnitte, beispielsweise entlang einer gemeinsamen Durchmesserebene eines im wesentlichen kreisringförmigen Bandwickels erforderlich, so dass der Bandwickel nur minimal in seiner Struktur geschädigt wird.According to one embodiment of the invention, the clamp is made of two essential semicircular parts assembled. this makes possible on the one hand an arrangement with a small number of components, so that the manageability is facilitated. On the other hand, with this configuration only two separating cuts, for example along a common one Diameter plane of a substantially circular band winding required so that the tape wrap is minimally damaged in its structure becomes.
Gemäß einer besonders vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung ist die Schelle aus einem durchgehenden ringförmigen Bandwickel gebildet, der in wenigstens zwei Teile unterteilt ist. Diese Ausgestaltung der Erfindung ermöglicht unter anderem die Verwendung herkömmlicher, kommerziell erhältlicher kreisringförmiger Bandwickel aus nanokristallinem oder amorphem, ferromagnetischem Material.According to a particularly advantageous embodiment of the invention the clamp is formed from a continuous annular band wrap, the is divided into at least two parts. This embodiment of the invention allows, among other things, the use of conventional, commercially available circular tape winding made of nanocrystalline or amorphous, ferromagnetic Material.
Gemäß einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung ist der Bandwickel wenigstens entlang einer Ebene geschnitten. Ein Schnitt entlang einer Ebene, insbesondere entlang einer gemeinsamen Durchmesserebene, bietet die Möglichkeit, die Gefahr einer Beschädigung der inneren Struktur des Bandwickels gering zu halten.According to a further advantageous embodiment of the invention, the Tape wrap cut at least along one plane. A cut along one plane, especially along a common diameter plane, offers the possibility of reducing the risk of damage to the internal structure of the To keep tape wraps low.
Gemäß einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung weist der Bandwickel eine insbesondere vor dem Schneiden angebrachte Imprägnierung nach Art einer Vergussmasse auf. Das Vorsehen einer Vergussmasse bietet die Möglichkeit, den Bandwickel in seiner Struktur vor dem Schneiden zu verstärken, insbesondere zu versteifen. Ein Schneiden eines derartig verstärkten Bandwickels schafft dabei überhaupt erst einen Zustand des Bandwickels, indem dieser in zwei Teile zertrennt werden kann. Die Vergussmasse kann dabei, je nach Anlieferungszustand des Bandwickels, in Freiräume, insbesondere in Poren des Bandwickels und in Zwischenräume zwischen den Lagen eindringen. Es ist jedoch auch vorstellbar, dass die Vergussmasse im wesentlichen an den Außenflächen, also beispielsweise an der Außenmantelfläche und an den Ringstirnflächen des Bandwickels angeordnet wird und den Bandwickel auf diese Weise korsettartig einfasst. According to a further advantageous embodiment of the invention the tape wrap is impregnated, especially before cutting like a potting compound. The provision of a potting compound offers the possibility of the tape wrap in its structure before the Reinforcing cutting, especially stiffening. A cutting one such reinforced tape wraps create a condition in the first place of the tape wrap, by separating it into two parts. The potting compound Depending on the delivery condition of the tape reel, it can be placed in open spaces, especially in the pores of the tape roll and in spaces between penetrate the layers. However, it is also conceivable that the potting compound essentially on the outer surfaces, for example on the Outer lateral surface and arranged on the ring end faces of the tape roll is and corset-like this surrounds the tape wrap.
Gemäß einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung ist die Vergussmasse ein Harz, insbesondere ein heißhärtendes Epoxydharz oder ein temperaturbeständiges Polyesterharz. Diese Ausgestaltung der Erfindung ermöglicht die Verwendung preiswerter und kommerziell erhältlicher Vergussmassen bei besonders guter Verarbeitbarkeit und Handhabbarkeit.According to a further advantageous embodiment of the invention, the Potting compound a resin, in particular a thermosetting epoxy resin or temperature-resistant polyester resin. This embodiment of the invention enables the use of inexpensive and commercially available casting compounds with particularly good workability and manageability.
Gemäß einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung ist der Bandwickel vor der Imprägnierung mit Vakuum beaufschlagt worden und die Vergussmasse in Freiräume, z. B. in Poren des Bandwickels eingedrungen. Das Vorsehen von Vakuum vor der Imprägnierung bietet die Möglichkeit einer besonders guten und sicheren Korsettbildung durch die Vergussmasse.According to a further advantageous embodiment of the invention, the Tape wraps have been vacuumed before impregnation and the Potting compound in free spaces, e.g. B. penetrated into pores of the tape roll. Providing vacuum before impregnation offers the possibility of one Particularly good and safe corset formation through the potting compound.
Gemäß einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung weist die Schelle im zusammengesetzten Zustand im Fügungsbereich jeweils zweier benachbarter Teile einen dünnen Spalt auf. Der Zusammenfügungsbereich, also der Bereich, in dem jeweils zwei benachbarte Teile nahezu aneinander stoßen, ist gemäß dieser vorteilhaften Ausgestaltung mit einem dünnen, insbesondere definierten Spalt versehen. Der Spalt kann beispielsweise eine Breite in der Größenordnung von 10 µm besitzen und mit Luft oder mit Papier, gegebenenfalls auch mit einem Klebestreifen gefüllt sein. Wichtig ist, dass der Spalt mit einem unmagnetischen und nichtleitenden Material gefüllt ist. Insbesondere ist in diesem Zusammenhang von Wichtigkeit, dass die Schnittflächen des Bandwickels im montierten Zustand der Schelle nicht unmittelbar aneinander liegen. Vorteilhaft ist in diesem Zusammenhang auch, dass die Schnittflächen besonders glatt oder eben ausgebildet sind und keine Fransenbildung zeigen, die aus magnetischen Gründen nachteilig wäre.According to a further advantageous embodiment of the invention the clamp in the assembled state in the joint area two each adjacent parts a thin gap. The joining area, in other words, the area in which two adjacent parts are almost adjacent to each other bump is according to this advantageous embodiment with a thin, in particular defined gap. The gap can be, for example Have a width of the order of 10 µm and with air or paper, optionally also be filled with an adhesive strip. It is important that the Gap is filled with a non-magnetic and non-conductive material. In particular In this context it is important that the cut surfaces of the tape wrap in the assembled state of the clamp not directly against each other lie. In this context, it is also advantageous that the cut surfaces are particularly smooth or flat and do not form fringes show that would be disadvantageous for magnetic reasons.
Die Erfindung betrifft darüber hinaus ein Verfahren zur Bearbeitung eines im wesentlichen ringförmigen Bandwickels aus nanokristallinem oder amorphem, ferromagnetischem Material gemäß dem Oberbegriff des Anspruches 16. The invention also relates to a method for processing an essentially annular tape winding made of nanocrystalline or amorphous, ferromagnetic material according to the preamble of the claim 16th
Ein derartiges Bearbeitungsverfahren ist nicht bekannt. Die kommerziell erhältlichen, oben angeführten Bandwickel sind üblicherweise sehr spröde, und nach einer Wärmebehandlung, also nach ihrer Überführung aus dem amorphen in den nanokristallinen Zustand noch stärker versprödet. Der hergestellte Bandwickel stellt auf diese Weise üblicherweise die Endform, also den fertigen bearbeiteten Zustand des Bandwickels dar. Die bekannten Bandwickel werden üblicherweise in toroidalen Behältnissen transportiert und finden Verwendung als Speicherdrosseln. Gegebenenfalls kann hier noch ein Sintermaterial zusätzlich angebracht werden.Such a processing method is not known. The commercial available tapes listed above are usually very brittle, and after a heat treatment, that is, after its transfer from the Amorphous even more brittle in the nanocrystalline state. The manufactured one In this way, tape wrap usually represents the final shape, i.e. the finished processed state of the tape reel. The known tape reel are usually transported in toroidal containers and are used as storage chokes. If necessary, a sintered material can also be used here can also be attached.
Die Aufgabe dieser Erfindung besteht darin, ein Bearbeitungsverfahren gemäß dem Oberbegriff des Anspruches 16 bereitzustellen, welches die Verwendung des bearbeiteten Bandwickels in einer Vorrichtung zur induktiven Ankopplung von elektrischen Signalen an eine insbesondere stromdurchflossene, gegebenenfalls mit Isolierumhüllung versehene Spannungsversorgungsleitung ermöglicht.The object of this invention is a machining method according to the preamble of claim 16, which provide the use of the processed tape roll in a device for inductive Coupling of electrical signals to a current-carrying, in particular power supply line provided with an insulating jacket if necessary allows.
Die Erfindung löst diese Aufgabe mit den Merkmalen des Anspruches
16, insbesondere mit den Merkmalen des Kennzeichenteils, und ist demgemäß
gekennzeichnet durch die Schritte
Das Prinzip der Erfindung besteht somit im wesentlichen darin, einen herkömmlichen, fertigen, im wesentlichen ringförmigen Bandwickel, der aus einer Vielzahl von Wickellagen nanokristallinen oder amorphen, ferromagnetischen Materials besteht, zunächst in ein Behältnis einzubringen. Anschließend kann eine Vergussmasse in das Behältnis eingebracht werden, mit der der Bandwickel imprägniert oder getränkt wird. Die Vergussmasse wird insbesondere, wenn gemäß einer vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung das Behältnis evakuierbar ist und nach dem Einbringen des Bandwickels in das Behältnis und vor dem Imprägnieren des Bandwickels der Bandwickel mit einem Vakuum beaufschlagt wird, aufgrund des vorhandenen Vakuums in die Freiräume, also gegebenenfalls in Spalte oder Poren des Bandwickels hineingesogen. Auch wenn kein Vakuum angebracht wird, besteht grundsätzlich die Möglichkeit, durch die Anbringung der Vergussmasse für eine Versteifung zu sorgen, die zumindest die Oberflächen, also die Außenseiten des Bandwickels mit Vergussmasse belegt. Die Anbringung eines Vakuums ist jedoch deutlich vorteilhafter.The principle of the invention is therefore essentially one conventional, finished, substantially ring-shaped tape winding, which a variety of winding layers nanocrystalline or amorphous, ferromagnetic Material is first to be placed in a container. Subsequently a potting compound can be introduced into the container with which the Tape wrap is impregnated or soaked. The potting compound is especially if according to an advantageous embodiment of the invention Container is evacuated and after inserting the tape wrap in the Container and before impregnating the tape roll with the tape roll a vacuum is applied due to the existing vacuum in the Free spaces, that is to say sucked into the gaps or pores of the tape roll. Even if no vacuum is applied, there is always Possibility of stiffening by attaching the sealing compound ensure that at least the surfaces, i.e. the outside of the tape wrap covered with casting compound. However, the application of a vacuum is clear more advantageous.
Nach dem Imprägnieren kann der Bandwickel in wenigstens zwei Teile zertrennt, beispielsweise geschnitten werden. Es genügt dabei prinzipiell, wenn der Bandwickel wenigstens im Bereich derjenigen Stellen imprägniert wird, an denen nachfolgend eine Trennung stattfindet.After impregnation, the tape wrap can be divided into at least two parts separated, for example cut. In principle, it is sufficient if the tape wrap impregnates at least in the area of those places at which a separation subsequently takes place.
Das erfindungsgemäße Bearbeitungsverfahren stellt eine Möglichkeit bereit, den Bandwickel zunächst mit einem Korsett in Form der Vergussmasse zu versehen, die für eine Versteifung des Bandwickels sorgt, so dass dieser nachfolgend zertrennt werden kann. Das Anlegen eines Vakuums an den Bandwickel vor dem Verfahrensschritt des Imprägnierens sorgt dabei für ein besonders enges Anliegen der korsettartigen Vergussmasse bzw. für ein gewisses Eindringen, soweit erforderlich. Das ursprünglich sehr spröde und nicht ohne weiteres zu bearbeitende, für eine nachfolgende Bearbeitung nicht geeignete und nicht vorgesehene nanokristalline oder amorphe, ferromagnetische Material wird auf diese Weise überhaupt in eine Form gebracht, in der der Bandwickel zertrennbar ist. The machining method according to the invention is one possibility ready the tape wrap first with a corset in the form of the potting compound to provide, which stiffens the tape roll so that it can subsequently be separated. Applying a vacuum to the Tape wrap before the impregnation process step ensures a particularly close concern of the corset-like casting compound or for a some intrusion, if necessary. The originally very brittle and not easily processed, not for subsequent processing suitable and not intended nanocrystalline or amorphous, ferromagnetic In this way, material is brought into a form in which the tape wrap is separable.
Weitere Vorteile der Erfindung ergeben sich aus den nichtzitierten Unteransprüchen sowie anhand der nun folgenden Beschreibung eines in den Figuren dargestellten Ausführungsbeispiels. In den Zeichnungen zeigen:
- Fig. 1
- schematisch in teilgeschnittener Ansicht einen Querschnitt durch eine erfindungsgemäße Vorrichtung zur induktiven Ankopplung von elektrischen Signalen mit einer Schelle sowie eine mit einer Isolierumhüllung versehene Spannungsversorgungsleitung,
- Fig. 2
- die Anordnung gemäß Fig. 1 etwa gemäß Ansichtspfeil 11 in einer perspektivischen, schematischen Ansicht,
- Fig. 3
- in vergrößerter Darstellung, einen Fügungsbereich zwischen zwei eine Schelle bildenden Teilen etwa gemäß Teilkreis III in Fig. 1, und
- Fig. 4
- schematisch, in teilgeschnittener Ansicht etwa gemäß Schnittlinie IV-IV in Fig. 1, unter Weglassung der Spannungsversorgungsleitung, und nicht maßstabsgetreu, einen bearbeiteten Bandwickel, wobei gestrichelt zusätzlich ein evakuierbares Behältnis dargestellt ist.
- Fig. 1
- schematically in a partially sectioned view a cross section through a device according to the invention for the inductive coupling of electrical signals with a clamp and a voltage supply line provided with an insulating jacket,
- Fig. 2
- 1 roughly according to view arrow 11 in a perspective, schematic view,
- Fig. 3
- in an enlarged view, a joining area between two parts forming a clamp approximately according to pitch circle III in Fig. 1, and
- Fig. 4
- schematically, in a partially sectioned view roughly according to section line IV-IV in Fig. 1, omitting the power supply line, and not to scale, a processed tape reel, with a dashed line also shows an evacuable container.
Die in ihrer Gesamtheit in den Figuren mit 10 bezeichnete Vorrichtung zur induktiven Ankopplung von elektrischen Signalen wird zunächst anhand der Fig. 1 wie folgt erläutert:The device designated 10 in its entirety in the figures for the inductive coupling of electrical signals is first used 1 explained as follows:
Ein lediglich schematisch angedeuteter Signalgeber/Signalempfänger-Baustein
11 sendet bzw. empfängt elektrische Signale, insbesondere hochfrequente
Signale. Üblicherweise handelt es sich um Signale eines Frequenzbereiches
etwa zwischen 2 und 20 MHz, in dem Daten übertragen werden. Die
elektrischen Signale sollen auf eine Spannungsversorgungsleitung 12 aufgespielt
werden bzw. von dieser Leitung 12 abgegriffen werden, so dass eine
Datenübertragung über das Spannungsversorgungsnetz durchgeführt werden
kann. Die Spannungsversorgungsleitung 12 ist beispielsweise eine Hochspannungsleitung,
eine Mittelspannungsleitung oder eine Niederspannungsleitung,
auf der typischerweise Wechselspannung im Kilovoltbereich mit einer niedrigen
Frequenz, beispielsweise 50 bis 60 Hz anliegt. Da die Signale Hochfrequenzsignale
sind, beeinträchtigen sich Signalübermittlung und Bereitstellung
von elektrischer Leistung durch das Spannungsversorgungsnetz, welches primär
das Ziel des Spannungsversorgungsnetzes ist, nicht.A signal generator / signal receiver module, indicated only schematically
11 sends or receives electrical signals, particularly high-frequency ones
Signals. Usually they are signals of a frequency range
approximately between 2 and 20 MHz in which data is transmitted. The
electrical signals are to be loaded onto a
Gemäß Fig. 1 ist die Spannungsversorgungsleitung 12 mit einer Isolierumhüllung
15 versehen. Dies muss nicht zwingend der Fall sein, ist aber bei
den hier betreffenden Spannungsversorgungsleitungen üblich.1 is the
Gemäß Fig. 1 ist die Leitung 12 auf ihrer Außenmantelfläche von einer
Schelle 13 umgriffen, die aus zwei im wesentlichen halbkreisförmigen Elementen
16a und 16b besteht.1, the
Aus der schematischen, perspektivischen Ansicht gemäß Fig. 2 wird
deutlich, dass die Schelle 13 ein im wesentlichen kreisringförmiger Körper ist.
Zwischen der Innenumfangsfläche 36 der Schelle 13 und der Außenmantelfläche
37 der Spannungsversorgungsleitung 12 (Fig. 1) befindet sich ein ringförmiger
Freiraum 38, dessen Anordnung und Größe nicht maßgeblich ist. Entscheidend
ist jedoch, dass eine Signalleitung 14, die mit dem Signalgeber/Signalempfänger-Baustein
11 verbunden ist, nach Art einer halben Wicklung
die Schelle 13 umgreift und hierfür durch den Ringfreiraum 38 hindurchtritt.The schematic, perspective view according to FIG. 2 becomes
clearly that the
Das physikalische Grundprinzip einer derartigen induktiven Ankopplung
von Signalen auf eine Spannungsversorgungsleitung 12 ist dabei wie folgt:The basic physical principle of such an inductive coupling
of signals on a
Hochfrequente Signale, die sich auf der Signalleitung 14 befinden, rufen
eine magnetische Erregung der Schelle 13 hervor, da diese aus ferromagnetischem
Material besteht, wobei auf das Material selbst später noch detailliert
eingegangen wird. Die magnetische Erregung gibt die Schelle 13
anschließend an die Spannungsversorgungsleitung 12 weiter, und zwar in
Form wiederum von elektrischen Impulsen (Spannungen). Die Schelle fungiert
somit nach Art eines Transformators, wobei die Signalleitung 14 und die
Spannungsversorgungsleitung 12 eine Primärwicklung und entsprechend eine
Sekundärwicklung eines Transformators mit der Wicklungszahl 1 darstellen.
Genaugenommen umgreift die Signalleitung 14 die Schelle 13 zwar nur mit
einer halben Wicklung und die Stromleitung 12 aufgrund ihrer großen, angenähert
unendlichen Länge die Schelle 13 ebenfalls nur nach Art einer halben
Wicklung. Eine Betrachtung derart, dass Stromleitung 12 und Signalleitung 14
tatsächlich eine ganze Wicklung darstellen, ist bei dieser Geometrie jedoch
zulässig.High-frequency signals that are on
Gewünscht wird bei dieser Anordnung einerseits ein möglichst breitbandiger Übertragungsbereich, das heißt nur eine sehr geringe Dämpfung von Signalen in einem großen Frequenzbereich. Mit anderen Worten ist ein gleichmäßiger Kopplungsfaktor über einen großen Frequenzbereich vorteilhaft.With this arrangement, on the one hand, the broadest possible bandwidth is desired Transmission range, that is, only a very low attenuation of Signals in a wide frequency range. In other words, is a uniform coupling factor over a large frequency range advantageous.
Andererseits ist es von besonderer Wichtigkeit, dass die ständig an der
Spannungsversorgungsleitung 12 verbleibende Schelle 13 die Grundfunktion
des Spannungsversorgungsnetzes nicht behindert. Hier ist insbesondere
anzumerken, dass durch die Spannungsversorgungsleitung 12 Ströme von bis
zu einigen 100 A, typischerweise etwa bis 300 oder 400 A, fließen, so dass
hinsichtlich der magnetischen Eigenschaften der Schelle 13 besondere Anforderungen
zu stellen sind, und insbesondere eine Sättigung verhindert wird.On the other hand, it is of particular importance that the constantly on the
Die erfindungsgemäße Lösung sieht vor, dass die Schelle 13 aus nanokristallinem
oder amorphem, ferromagnetischem Material besteht. Ein derartiges
Material ist eine Legierung, die als weichmagnetischer Werkstoff bezeichnet
wird. Weichmagnetisch bedeutet in diesem Zusammenhang, dass die
Hysterese-Kurve, also die Kurve in einem B-H-Diagramm, eine besonders
schmale Hysterese-Schleife darstellt. Je schmaler die Hysterese-Schleife ist,
also je geringer die Fläche zwischen den beiden Zweigen ist, die einer Auf-
bzw. Abbewegung (z.B. eines Wechselstroms durch die Spannungsversorgungsleitung
12 hindurch) entsprechen, desto geringer sind elektrische Verluste,
die eine Umwandlung in Wärmeenergie bedeuten.The solution according to the invention provides that the
Die Legierungszusammensetzung dieser Materialien bildet sich üblicherweise aus den Basiselementen Eisen, Kobalt und Nickel sowie zusätzlichen Elementen, wie Silizium, Bor, Mangan, Kupfer, Niobium, Molybdän oder Chrom. Die genaue Art der Zusammensetzung, sowohl hinsichtlich der Art der Bestandteile und deren Anteile soll hier nicht weiter besprochen werden. Nanokristalline oder amorphe, ferromagnetische Materialien sind jedoch kommerziell, beispielsweise von der Firma Vakuumschmelze erhältlich. Die Herstellung derartiger Materialien ist äußerst kompliziert, wobei anstelle eines konventionellen Schmelzens mit anschließendem Walzprozess, wie dies bei kristallinen Werkstoffen der Fall ist, mittels Rascherstarrungstechnologie durch Gießen einer Schmelze mit extrem rascher Abkühlung das Material direkt zu einem dünnen Band hergestellt wird. Die Bänder werden üblicherweise bei sehr tiefen Temperaturen, beispielsweise stickstoffgekühlt, auf Spulen zu einem Bandwickel (Ringbandkern) gewickelt.The alloy composition of these materials usually forms from the basic elements iron, cobalt and nickel as well as additional ones Elements such as silicon, boron, manganese, copper, niobium, or molybdenum Chrome. The exact nature of the composition, both in terms of the nature of the Components and their proportions will not be discussed further here. However, nanocrystalline or amorphous, ferromagnetic materials are commercial, available for example from the company vacuum melt. The production such materials is extremely complicated, instead of one conventional melting with subsequent rolling process, as in crystalline materials is the case by means of rapid solidification technology Pour the material directly into a melt with extremely rapid cooling a thin tape is made. The tapes are usually at very low temperatures, for example nitrogen-cooled, towards the coils a tape winding (toroidal tape core) wound.
Ein solcher Bandwickel ist zunächst schematisch in der Fig. 4 dargestellt
und mit dem Bezugszeichen 23 bezeichnet. Ein Bandwickel 23 besteht
aus einer Vielzahl von Wickellagen 19, die ausgehend von einer radial innersten
Wickellage 20 mit einem nicht dargestellten radialen inneren Ende bis zu
einer radial äußeren Wickellage 21 mit einem ebenfalls nicht dargestellten äußeren
radialen Ende gewickelt sind. Die kommerziell erhältlichen Bandwickel
weisen üblicherweise Banddicken im µm-Bereich auf, das heißt eine Wickellage
19 eines derartigen Bandwickels 23 hat etwa eine Banddicke von beispielsweise
23 µm (etwa 20 bis 25 µm). Ein Bandwickel 23, wie er kommerziell
erhältlich ist, ist extrem spröde und ohne weiteres nicht bearbeitbar. Das
Material des Bandwickels, also nanokristallines oder amorphes, ferromagnetisches
Material wird erfindungsgemäß zur Herstellung einer Schelle 13 verwendet.
Zunächst soll daher das Bearbeitungsverfahren zur Bearbeitung eines
Bandwickels 23 aus nanokristallinem oder amorphem, ferromagnetischem
Material erläutert werden.Such a tape wrap is initially shown schematically in FIG. 4
and designated by
Gemäß Fig. 4 ist der Bandwickel 23 ein kreisringartig ausgebildeter
Körper, der zunächst in einem in der rechten Hälfte der Fig. 4 lediglich schematisch
angedeuteten Becherkörper 22 angeordnet ist. Der Becherkörper 22
hat einen im wesentlichen U-förmigen Querschnitt mit einer Bodenwand 39
und zwei von den U-Schenkeln 40a, 40b gebildeten Seitenwänden, so dass
eine ringnutartige Aufnahme für den Bandwickel 23 bereitgestellt ist. Im
Bereich der Seitenwände sind darüber hinaus, wie dies die linke Hälfte der Fig.
4 deutlich macht, Silikonpolsterelemente 24a und 24b vorgesehen, die den
verletzlichen Bandwickel 23 weich lagern. Der Übersichtlichkeit halber ist die
bezüglich einer Mittellängsachse M rechte Hälfte der Fig. 4 lediglich schematisch
angedeutet und die linke Hälfte der Fig. 4 detaillierter dargestellt.4, the
An eine in das Material des Bandwickels 23 eingreifende Bearbeitung
des Bandwickels 23 ist aufgrund des spröden, höchst zerbrechlichen Zustandes
des Bandwickels nicht zu denken.At a machining operation engaging in the material of the
Erfindungsgemäß wird der Bandwickel 23 zur Bearbeitung gemeinsam
mit dem Becher 22 in ein evakuierbares Behältnis 25 eingebracht, welches in
Fig. 4 gestrichelt dargestellt ist. Das evakuierbare Behältnis 25 weist ein
Bodenelement 27, einen mittig, zentral angeordneten Dorn 26 und Seitenwände
28 auf, so dass ein ringnutartiger Aufnahmeraum für den Becher 22
und den Bandwickel 23 bereitgestellt wird. Das Behältnis 25 wird nunmehr
durch ein Deckelelement 29 verschlossen.According to the invention, the
Ein schematisch angedeuteter Luftauslass 30 dient dem Anschluss
einer Pumpe, so dass der Innenraum des Behältnisses 25 evakuiert werden
kann. Ein lediglich schematisch angedeuteter, mit dem Bezugszeichen 31
bezeichneter Einlass dient dem Einbringen einer Vergussmasse 32. Die Vergussmasse
32 ist insbesondere ein Harz, beispielsweise ein heißhärtendes
Zweikomponenten-Epoxydharz. Die Vergussmasse 32 dringt in den evakuierten
Innenraum des Behältnisses 25 ein und kann nun sämtliche im Bereich
des Bandwickels 23 vorhandenen Freiräume ausfüllen. Beispielsweise kann
die Vergussmasse 32 in Freiräume zwischen zwei einzelnen, benachbarten
Wickellagen 19 eindringen und gegebenenfalls auch in kleinste Poren. Die
Anordnung der Ein- und Auslässe 31, 30 ist selbstverständlich lediglich schematisch
zu verstehen.A schematically indicated
Nach dem Aushärten der Vergussmasse 32 stellt diese einen den
Bandwickel 23 umhüllenden Körper nach Art eines Versteifungsgerüstes
bereit. Nunmehr kann das Deckelelement 29 des Behältnisses geöffnet und
der vergossene Bandwickel 23 entnommen werden. Aufgrund des entlang der
Mittellängsachse M ausgerichteten Dorns 26 weist der vergossene Bandwickel
23 entsprechend eine zentrale Innenausnehmung auf, die im Gebrauchszustand
der Vorrichtung 10 von der Spannungsversorgungsleitung 12 gemäß
den Figuren 1 und 2 durchgriffen wird. In diesem Zusammenhang ist darauf
hinzuweisen, dass die Darstellung der Figuren 1 bis 4 nicht maßstäblich zu
verstehen sind sondern hinsichtlich ihrer geometrischen Verhältnisse lediglich
in illustrierender Weise die Erfindung schildern soll.After the
Der vergossene Bandwickel 23 kann nunmehr mittels einer diamantbestückten
Säge, alternativ beispielsweise auch mittels einer Wasserstrahl-Schneidanlage,
gegebenenfalls mit Laser- oder Plasmastrahl, entlang einer
Schneidebene E, also etwa entlang der Papierebene der Fig. 4, in zwei halbkreisförmige
Hälften 16a und 16b geschnitten werden. Von besonderer
Bedeutung ist dabei, dass Werkstoffbereiche der Vergussmasse 32 im Bereich
der Ringstirnflächen 34a und 34b des Bandwickels 23 anliegen und auf diese
Weise ein Ausbrechen der Wickellagen 19 beim Schneiden sicher verhindern.The
Üblicherweise wird darüber hinaus für die Vergussmasse ein Werkstoff gewählt, der eine hohe Glasübergangstemperatur, vorteilhafterweise über 100° C aufweist. Auf diese Weise tritt auch bei derartig hohen, während der Bearbeitung erzeugten Temperaturen keine Änderung der Steifigkeit der Vergussmasse auf.In addition, a material is usually used for the casting compound chosen which has a high glass transition temperature, advantageously above 100 ° C. This way, even at such high, during the Machining temperatures did not change the rigidity of the potting compound on.
Nach Durchführung des Zertrenn-Vorgangs werden die Schnittflächen
33a, 33b (Fig. 3) vorteilhafterweise mit einer Abdeckung, beispielsweise einem
Klebestreifen oder einem Lack versehen. Die sehr planen, glatten Schnittflächen
33a, 33b sind im wesentlichen frei von Ausfransungen und durch die
angebrachte, nicht dargestellte Abdeckung vor weiterer Beschädigung
geschützt.After performing the cutting process, the cut surfaces
33a, 33b (FIG. 3) advantageously with a cover, for example one
Apply adhesive tape or a varnish. The very flat,
Die beiden nunmehr fertig bearbeiteten Hälften 16a, 16b der im wesentlichen
kreisringförmigen Schelle 13 können nun um eine Spannungsversorgungsleitung
12 herum angebracht werden. Hierzu sind üblicherweise gesonderte
Befestigungselemente, im einfachsten Fall ein in Fig. 2 angedeuteter
Klebestreifen 25 vorgesehen, die für einen Zusammenhalt der beiden Teile
16a, 16b sorgen. Selbstverständlich können Schraubverbindungselemente od.
dgl. vorgesehen, und gegebenenfalls auch stoffschlüssig-einstückig als
Bestandteil der Vergussmasse 32 mit angeformt sein.The two now finished
In Umfangsrichtung u der Schelle 13, also dem Verlauf der Wickellagen
19 folgend, ist ein nahezu kontinuierlich durchgehender Körper gebildet, der
aufgrund der zerteilten, zweiteiligen Anordnung im Bereich zweier Zusammenfügungsbereiche
17 jeweils einen Spalt 18 aufweist. Der Spalt 18 ist dabei
nicht etwa zwangsläufig aufgrund der zusammengesetzten Anordnung der
Schelle 13 vorhanden und wird hingenommen, sondern ist in seiner Bedeutung
wesentlich und beeinflusst die magnetischen Eigenschaften der Schelle
13 positiv. Insbesondere wird durch das Anordnen eines Spaltes 18 eine Veränderung
der Kennlinie der Vorrichtung 10 möglich, insbesondere ein flacherer
Anstieg der B-H-Kennlinie, wodurch die Gefahr einer Sättigungsinduktion bei
sehr hohen Strömen weiter verringert wird. In the circumferential direction u of the
Der Spalt 18 weist erfindungsgemäß eine Breite d im Bereich von etwa
10 µm auf und wird mit einem nichtleitenden und nichtmagnetischen Medium,
beispielsweise mit Papier gefüllt. Der Spalt 18 kann aber auch als Luftspalt
ausgebildet sein.According to the invention, the
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