AT514282B1 - Wicklungslagen-Steigungsausgleich für eine Luftdrosselspule - Google Patents

Abstract

Wicklungslagen-Steigungsausgleich für eine Luftdrosselspule (1), die zumindest zwei konzentrische, voneinander radial beabstandete Wicklungslagen (2 - 5) hat, umfassend die Kombination aus: einem ersten Satz streifenförmiger Sternblätter (15), welche jeweils zur radialen Anordnung unter oder über den Wicklungslagen (2 - 5) bestimmt und entlang einer Kante (19) mit zumindest einem von der Kante (19) ausgehenden Aufnahmeschlitz (20) versehen sind, einem zweiten Satz streifenförmiger Ausgleichsblätter (18), welche jeweils entlang einer Kante (21) mit zumindest einem von der Kante (21) ausgehenden Einsteckschlitz (22) versehen sind, wobei in jeden Aufnahmeschlitz (20) eines Sternblattes (15) ein Ausgleichsblatt (18) formschlüssig einsteckbar ist und das Sternblatt (15) dabei in dessen Einsteckschlitz (22) formschlüssig eingreift, und wobei die Schlitztiefen (TS) zumindest zweier Aufnahmeschlitze (20) des Satzes von Sternblättern (15) unterschiedlich sind.

Description

Beschreibung [0001] Die vorliegende Erfindung betrifft einen Wicklungslagen-Steigungsausgleich für eineLuftdrosselspule, die zumindest zwei konzentrische, voneinander radial beabstandete Wick¬lungslagen hat.

[0002] Luftdrosselspulen werden in Energieversorgungsnetzen verwendet und sind - im Ge¬gensatz zu ölisolierten Spulen - „trockenisolierte" Drosselspulen, bei welchen die Isolation durchFeststoffisolation und ausreichende Luft- und Kriechstrecken bewerkstelligt wird und welche inder Regel auch keinen ferromagnetischen Kern enthalten, d.h. deren zentraler Luftraum frei ist.

[0003] Die konzentrischen Wicklungslagen der Luftdrosselspule werden an ihren oberen undunteren axialen Enden jeweils von einem Haltestern gehalten, der sich aus mehreren sternför¬mig radial angeordneten Armen, sog. Stern blättern, zusammensetzt. Anstelle eines einteiligenHaltesterns kann jeweils auch eine Vielzahl einzelner Sternblätter verwendet werden, die nur imBereich unter und über den Wicklungslagen liegen, um Sternblattmaterial einzusparen. Dieeinander gegenüberliegenden Haltesterne bzw. Sternblätter werden dabei mithilfe von zwischenden Wicklungslagen verlaufenden Abstandshalteleisten oder Zugbandagen gegeneinandergespannt, um die Wicklungslagen zu halten. Beim Wickeln der Spule werden die Sternblätterund Abstandshalteleisten gleichzeitig als Wickelhilfen verwendet, indem zunächst die unterenSternblätter auf einer Drehvorrichtung aufgespannt und dann darauf die Wicklungslagen aufge¬baut werden, wobei dazwischen jeweils ein Satz Abstandshalteleisten montiert wird.

[0004] Aufgrund von unterschiedlichen Leiterquerschnitten in den einzelnen Wicklungslagenergeben sich dabei unterschiedliche Steigungen und/oder axiale Bauhöhen der einzelnen Wick¬lungslagen, welche einen Wicklungslagen-Steigungsausgleich erfordern: Zwischen den einan¬der axial gegenüberliegenden Sternblättern und der zwischenliegenden Wicklungslage werdenAusgleichsblätter eingelegt, welche die Wicklungslagen gegenüber den Sternblättern abstützenund in Axialrichtung zentrieren.

[0005] Die derzeit bekannten Ausgleichsblätter sind relativ komplexe Teile, da die zwischeneinem Sternblatt und einer Wicklungslage auszugleichende Höhe je nach Umfangsort der Spu¬le, Radialort der Wicklungslage und Leiterquerschnitt der Wicklungslage variiert, was bereits füreine einzige Spulendimensionierung eine Vielzahl unterschiedlicher, individuell berechneterAusgleichsblätter erfordert; für verschiedene Spulendimensionierungen multiplizieren sich dieerforderlichen Varianten an Ausgleichsblättern.

[0006] Die Erfindung setzt sich zum Ziel, die Nachteile der bekannten Lösungen zu überwindenund einen vereinfachten Wicklungslagen-Steigungsausgleich für Luftdrosselspulen zu schaffen.

[0007] Dieses Ziel wird erfindungsgemäß erreicht durch die Kombination aus: [0008] einem ersten Satz streifenförmiger Sternblätter, welche jeweils zur radialen Anordnungunter oder über den Wicklungslagen bestimmt und entlang einer Kante mit zumindest einemvon der Kante ausgehenden Aufnahmeschlitz versehen sind, [0009] einem zweiten Satz streifenförmiger Ausgleichsblätter, welche jeweils entlang einerKante mit zumindest einem von der Kante ausgehenden Einsteckschlitz versehen sind, [0010] wobei in jeden Aufnahmeschlitz eines Sternblattes ein Ausgleichsblatt formschlüssigeinsteckbar ist und das Sternblatt dabei in dessen Einsteckschlitz formschlüssig eingreift, und [0011] wobei die Schlitztiefen zumindest zweier Aufnahmeschlitze des Satzes von Sternblätternunterschiedlich sind.

[0012] Die Erfindung schafft damit ein modulares Stecksystem zum Aufbau eines Wicklungsla-gen-Steigungsausgleichs aus nur wenigen variablen Teilen, und zwar einerseits Ausgleichsblät¬tern und andererseits Sternblättern, die anhand ihrer Schlitze formschlüssig ineinandersteckbarsind, wobei die Schlitztiefe in den Sternblättern die Vorkragung, d.h. wirksame Ausgleichshöheder Ausgleichsblätter definiert. Die Ausgleichsblätter können dadurch alle einheitlich gestaltet werden, allenfalls mit unterschiedlichen Dicken entsprechend den Leiterquerschnitt wie späternoch näher erläutert, und damit sehr einfach in wenigen Variante gefertigt und bevorratet wer¬den. Die Schlitztiefen der Sternblätter können einfach vorberechnet und dann die Schlitze inden entsprechenden Tiefen gefertigt werden, was einen vergleichsweise einfachen Endferti¬gungsschritt darstellt und beispielsweise an einer einheitlichen Type von ungeschützten Stern-blatt-Rohlingen vorgenommen werden kann. In Summe ergibt sich ein mechanisch hochfestes,in seinen Dimensionierungen und Ausgleichsmöglichkeiten extrem variables System, das so¬wohl die Fertigung als auch die Bevorratung des Wicklungslagen-Steigungsausgleichs sehrerleichtert.

[0013] Für einlagige Drosselspulen können Sternblätter verwendet werden, welche nur eineneinzigen Aufnahmeschlitz haben, wobei die Schlitztiefen der Aufnahmeschlitze dann innerhalbdes Sternblattsatzes zwischen verschiedenen Sternblättern unterschiedlich sein können. Fürmehrlagige Drosselspulen ist es besonders vorteilhaft, wenn jedes Sternblatt zumindest zweivoneinander beabstandete, von der Kante ausgehende Aufnahmeschlitze hat, deren Schlitztie¬fen unterschiedlich sind, so dass unterschiedliche wirksame Ausgleichshöhen für verschiedeneLagen bei jedem einzelnen Sternblatt geschaffen werden können.

[0014] Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung sind die Sternblätter ausMetall gefertigt und die Aufnahmeschlitze darin eingefräst. Dies erfüllt einerseits die Anforde¬rungen an die hohe Festigkeit der Sternblätter, welche das große Gewicht der Wicklungslagentragen müssen, und andererseits ermöglicht dies eine überaus rasche und hochpräzise Endfer¬tigung der Sternblatt-Rohlinge z.B. durch CNC-Fräsen in den gewünschten Schlitztiefen.

[0015] Weiters ist es besonders günstig, wenn die Ausgleichsblätter mitsamt ihren Einsteck¬schlitzen aus Kunststoff geformt oder geschnitten sind. Die Ausgleichsblätter können so gleich¬zeitig eine Isolatorfunktion ausüben und - einmal abgesehen von unterschiedlichen Dicken fürunterschiedliche Leiterquerschnitte - im Wesentlichen einheitlich gefertigt werden, z.B. durchVorformen des Kunststoffs. Wenn als Kunststoff GFK (glasfaserverstärkter Kunststoff) verwen¬det wird, können die Schlitze auch durch Einschneiden gebildet werden, was mit einer einheitli¬chen Schlitztiefe und damit geringen Fertigungsanforderungen, z.B. manuell mit einer einzigenSchablone, durchgeführt werden kann.

[0016] Wie bereits kurz angesprochen sind die Schlitzbreiten zumindest zweier Aufnahme¬schlitze eines Sternblattes bevorzugt unterschiedlich und die Ausgleichsblätter haben bevorzugtentsprechend angepasste unterschiedliche Dicken, um Wicklungslagen mit unterschiedlichenLeiterquerschnitten abstützen zu können.

[0017] In einer ersten Ausführungsform der Erfindung können mehrere Sternblätter an ihreneinen Enden zu einem Stern verschweißt werden, sodass sie Haltesterne bilden. Alternativwerden die Sternblätter bevorzugt als sog. „Sternblattstummel" ausgeführt, d.h. die Sternblätterreichen in ihrer Einbaustellung nicht in den zentralen Luftraum der Luftdrosselspule, um Materi¬al und Gewicht zu sparen.

[0018] In jedem Fall ist es besonders günstig, wenn gemäß einem weiteren Merkmal der Erfin¬dung die Sternblätter Verankerungen für zwischen den Wicklungslagen verlaufende Abstands-halteleisten oder Zugbandagen aufweisen, z.B. Bohrungen für das Anschrauben oder Einhän¬gen derartiger Elemente.

[0019] Die Erfindung wird nachstehend anhand eines in den beigeschlossenen Zeichnungendargestellten Ausführungsbeispiels näher erläutert. In den Zeichnungen zeigt: [0020] Fig. 1 eine Luftdrosselspule mit zwei verschiedenen Ausführungsformen (eine davon strichliert angedeutet) eines Wicklungslagen-Steigungs-ausgleichs gemäß der Erfindung in einer Perspektivansicht; [0021] Fig. 2 eines der Sternblätter des Wicklungslagen- Steigungsausgleichs von

Fig. 1 mit eingesteckten Ausgleichsblättern in einer Perspektivansichtim Detail; und [0022] die Fig. 3 und 4 ein Sternblatt und ein Ausgleichsblatt jeweils in einer Perspektivansicht im Detail.

[0023] Gemäß Fig. 1 umfasst eine Luftdrosselspule 1, z.B. für Hochspannungs-Energieversor¬gungsnetze, vier konzentrische Wicklungslagen 2, 3, 4, 5, welche durch eine Vielzahl um¬fangsmäßig verteilter Abstandshalteleisten 6 voneinander beabstandet sind, um zwischenei¬nander Kühlluftspalte 7 zu bilden. Jede der Wicklungslagen 2 - 5 ist dabei aus einer Vielzahl inAxialrichtung 8 der Luftdrosselspule 1 übereinanderliegenden Windungen eines Leiters 9, wieeines Drahtes, Drahtstranges oder Drahtseiles, gebildet und erreicht - je nach Leiterquerschnitt-Durchmesser D und Windungszahl - eine individuelle Wicklungslagen-Bauhöhe h2 - h5 (nur h5der äußeren Lage 5 dargestellt).

[0024] Die Wicklungslagen 2-5 werden an ihren oberen und unteren axialen Enden 10,11 vonmehrarmigen Haltesternen 12, 13 zusammengehalten, die über Spannbänder 14 und/oder dieAbstandshalteleisten 6 gegeneinander gespannt sind. Jeder Haltestern 12, 13 setzt sich dabeiaus einer Mehrzahl radial angeordneter Sternblätter 15 zusammen, welche in Fig. 1 in zweiAusführungsformen gezeigt sind: In der mit strichlierten Verlängerungslinien gezeigten Ausfüh¬rungsform von Fig. 1 verlaufen die Sternblätter 15 bis in die Mitte des zentralen Luftraums 16der Luftdrosselspule 1 und sind dort an ihren Enden 17 miteinander - gegebenenfalls unterAusbildung einer Nabe - zum Haltestern 12, 13 verschweißt.

[0025] In der in Fig. 1 mit ausgezogenen Linien dargestellten Ausführung sind die Sternblätter15 zu „Sternblattstummeln" verkürzt, welche nur mehr im Bereich unter bzw. über den Wick¬lungslagen 2-5 angeordnet sind, sodass sie nicht mehr in den zentralen Luftraum 16 der Luft¬drosselspule 1 reichen.

[0026] Aufgrund der unterschiedlichen Bauhöhen h2 - h5 der verschiedenen Wicklungslagen 2 -5 ist ein Wicklungslagen- Steigungsausgleich zwischen den Sternblättern 15 und den Wick¬lungslagen 2-5, genauer deren ersten und letzten Windungen des Leiters 9, erforderlich, umjede Wicklungslage 2-5 kraftschlüssig zwischen den jeweils axial einander gegenüberliegen¬den Sternblättern 15 zu halten. Dazu dienen eine Vielzahl einzelner, jeweils zwischen einemSternblatt. 15 und einer Wicklungslage 2-5 angeordneter Ausgleichsblätter 18, deren Zusam¬menwirken mit den Sternblättern 15 anhand der Fig. 2-4 näher erläutert wird.

[0027] Gemäß den Fig. 2 - 4 ist jedes Sternblatt 15 streifenförmig, z.B. in Form eines etwa rechteckigen Plättchens, und entlang einer Längskante 19 mit einer Anzahl von der Längskante19 ausgehender Aufnahmeschlitze 20 versehen. Die Anzahl der Aufnahmeschlitze 20 entsprichtder Anzahl an Wicklungslagen 2 - 5, für welche das Sternblatt 15 bestimmt ist. Jedes Aus¬ gleichsblatt 18 ist seinerseits streifenförmig, z.B. in Form eines etwa rechteckigen Plättchens,und mit (zumindest) einem von einer Kante 21 ausgehenden Einsteckschlitz 22 versehen.

[0028] In jeden Aufnahmeschlitz 20 eines Sternblattes 15 ist nun ein Ausgleichsblatt 18 form¬schlüssig so einsteckbar, dass gleichzeitig das Sternblatt 15 in den Einsteckschlitz 22 desAusgleichsblatts 18 formschlüssig eingreift, wie in Fig. 2 gezeigt. Die Ausgleichsblätter 18 sinddamit etwa normal, d.h. quer, auf bzw. in die Sternblätter 15 gesteckt. Die Schlitzbreiten Bs derAufnahmeschlitze 20 der Sternblätter 15 entsprechen dabei jeweils den Dicken DA der darinaufgenommenen Ausgleichsblätter 18, und umgekehrt entsprechend die Schlitzbreiten BA derSchlitze 22 der Ausgleichsblätter 18 den Dicken Ds der jeweils darin eingesteckten Sternblätter15.

[0029] Die Sternblätter 15 haben bevorzugt eine einheitliche Dicke Ds, und dementsprechendsind auch die Schlitzbreiten BA der Einsteckschlitze 22 einheitlich gleich. Die Ausgleichsblätter18 haben hingegen in der Regel unterschiedliche Dicken DA, und zwar je nach dem Leiterquer¬schnitt-Durchmesser D der abzustützenden Wicklungslage 2-5. Dementsprechend sind auchdie Schlitzbreiten Bs der Aufnahmeschlitze 20 der Sternblätter 15 unterschiedlich und an dieDicke Da des jeweils aufzunehmenden Ausgleichsblatts 18 angepasst.

[0030] Die Schlitztiefen TA der Einsteckschlitze 22 der Ausgleichsblätter 18 sind bevorzugt(wenn auch nicht notwendigerweise) einheitlich. Hingegen sind die Schlitztiefen Ts der ver¬ schiedenen Aufnahmeschlitze 20 eines Sternblattes 15 jeweils unterschiedlich, d.h. zumindestzwei Schlitztiefen Ts zweier Aufnahmeschlitze 20 sind von einander verschieden. Dadurchdringen die Ausgleichsblätter 18 unterschiedlich tief in ein Sternblatt 15 ein und erzeugen sounterschiedliche wirksame Ausgleichshöhen ah2, ah3, ah4, ah5 (in Fig. 2 nur ah5 für die äußersteLage 5 dargestellt) zwischen einem Sternblatt 15 und einer Wicklungslage 2-5. Über denUmfang der Luftdrosselspule 1 verteilte Sternblätter 15 haben dabei auch jeweils zunehmendebzw. abnehmende Schlitztiefen Ts, um das Ansteigen des Leiters 9 einer Wicklungslage 2-5im Zuge der ersten bzw. letzten Windung aufzunehmen.

[0031] Die Sternblätter 15 sind bevorzugt aus Metall, insbesondere einer Aluminiumlegierung,ausgeführt und die Aufnahmeschlitze 20 darin werden bevorzugt durch Fräsen, z.B. CNC-Fräsen, gefertigt. Die Ausgleichsblätter 18 sind zwecks Isolation bevorzugt aus Kunststoff aus¬geführt, z.B. GFK (glasfaserverstärktem Kunststoff). Die Einsteckschlitze 22 in den Ausgleichs¬blättern 18 können bei der Kunststofffertigung der Ausgleichsblätter 18 mitausgeformt odernachträglich darin eingeschnitten, eingestanzt, gefräst usw. werden. Da hier in der Regel nureine einheitliche Schlitztiefe TA und eine einheitliche Schlitzbreite BA erforderlich sind, kann dasEinschneiden der Einsteckschlitze 22 beispielsweise mithilfe einer einzigen Schablone auchmanuell erfolgen.

[0032] Die Sternblätter 15 können mit zusätzlichen Verankerungen für die Abstandshalteleisten6 ausgestattet werden, beispielsweise einer Mehrzahl von Bohrungen 23, mit welchen die Ab¬standshalteleisten 6 verschraubt werden können. Weitere Verankerungen, z.B. Bohrungen 24,können für zusätzliche Zugbandagen (Zugbänder) vorgesehen werden, mit welchen die einan¬der axial gegenüberliegenden Sternblätter 15 zusätzlich verspannt werden können.

[0033] Bei der Fertigung der Luftdrosselspule 1 können die Sternblätter 15 beispielsweise inHalter 25 eingesetzt werden, welche auf der Drehscheibe einer Wickelmaschine über den Um¬fang verteilt montiert werden, und dann werden die Ausgleichsblätter 18 - oder zunächst nurdas radial innerstes Ausgleichsblatt 18 - aufgesteckt. Nach dem Wickeln der ersten, innerstenWicklungslage 2 wird ein Satz von Abstandshalteleisten 6 über den Umfang verteilt und mit denSternblättern 18 verschraubt, dann werden die nächsten Ausgleichsblätter 18 (soferne nochnicht geschehen) auf die Sternblätter 15 aufgesteckt, dann wird die nächste Wicklungslage 3gewickelt, usw. usf.

[0034] Es versteht sich, dass in einfachen Ausführungsformen für einlagige Drosselspulen dieSternblätter 15 jeweils auch nur einen einzigen Aufnahmeschlitz 20 haben können, wobei danndie Aufnahmeschlitze 20 unterschiedlicher Sternblätter 15 in einem Satz von Sternblätternverschiedene Schlitztiefen Ts haben können, um das Ansteigen des Leiters 9 über den Umfangder Luftdrosselspule 1 aufzunehmen.

[0035] Die Erfindung ist nicht auf die dargestellten Ausführungsformen beschränkt, sondernumfasst alle Varianten und Modifikationen, die in den Rahmen der angeschlossenen Ansprüchefallen.

Claims (8)

1. Patentansprüche 1. Wicklungslagen-Steigungsausgleich für eine Luftdrosselspule (1), die zumindest zweikonzentrische, voneinander radial beabstandete Wicklungslagen (2 - 5) hat, gekennzeich¬net durch die Kombination aus einem ersten Satz streifenförmiger Sternblätter (15), welche jeweils zur radialen Anordnungunter oder über den Wicklungslagen (2 - 5) bestimmt und entlang einer Kante (19) mit zu¬mindest einem von der Kante (19) ausgehenden Aufnahmeschlitz (20) versehen sind,einem zweiten Satz streifenförmiger Ausgleichsblätter (18), welche jeweils entlang einerKante (21) mit zumindest einem von der Kante (21) ausgehenden Einsteckschlitz (22) ver¬sehen sind, wobei in jeden Aufnahmeschlitz (20) eines Sternblattes (15) ein Ausgleichsblatt (18) form¬schlüssig einsteckbar ist und das Sternblatt (15) dabei in dessen Einsteckschlitz (22) form¬schlüssig eingreift, und wobei die Schlitztiefen (Ts) zumindest zweier Aufnahmeschlitze (20) des Satzes von Stern¬blättern (15) unterschiedlich sind.
2. 2. Wicklungslagen-Steigungsausgleich nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dassjedes Sternblatt (15) zumindest zwei voneinander beabstandete, von der Kante (19) aus¬gehende Aufnahmeschlitze (20) hat, deren Schlitztiefen (Ts) unterschiedlich sind.
3. 3. Wicklungslagen-Steigungsausgleich nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet,dass die Sternblätter (15) aus Metall gefertigt und die Aufnahmeschlitze (20) darin einge¬fräst sind.
4. 4. Wicklungslagen-Steigungsausgleich nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekenn¬zeichnet, dass die Ausgleichsblätter (18) mitsamt ihren Einsteckschlitzen (22) aus Kunst¬stoff geformt oder geschnitten sind.
5. 5. Wicklungslagen-Steigungsausgleich nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekenn¬zeichnet, dass die Schlitzbreiten (Bs) zumindest zweier Aufnahmeschlitze (20) einesSternblattes (15) unterschiedlich sind und die Ausgleichsblätter (18) entsprechend ange¬passte unterschiedliche Dicken (DA) haben.
6. 6. Wicklungslagen-Steigungsausgleich nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekenn¬zeichnet, dass mehrere Sternblätter (15) an ihren einen Enden (17) zu einem Stern ver¬schweißt sind.
7. 7. Wicklungslagen-Steigungsausgleich nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekenn¬zeichnet, dass die Sternblätter (15) in ihrer Einbaustellung nicht in den zentralen Luftraum(16) der Luftdrosselspule (1) reichen.
8. 8. Wicklungslagen-Steigungsausgleich nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekenn¬zeichnet, dass die Sternblätter (15) Verankerungen (23, 24) für zwischen den Wicklungs¬lagen verlaufende Abstandshalteleisten (6) oder Zugbandagen aufweisen. Hierzu 3 Blatt Zeichnungen