Verfahren zur Herstellung eines Gerätes mit Spulen und mit ferromagnetischem Ringkern. 1@:, wurde bereits vorgeschlagen, Umspan- MT oder Drosselspulen mit Ringkernen an 'Stelle der üblichen rechteckigen Kerne auszu führen.
Umspanner dieser Bauweise zeigen eine Re ilie von Vorteilen, ii. a. den Vorteil ge ringer 'Streuung und geringen -lagnetisie- i*ungssti,omes, wenn der ferromagnetische Korn tu",enlos, z. B. aus gestanzten Blechrin- aufgebaut wird.
Die Wieklung wird auf derarti@chisenkerne ohne Luftspalt durch c,ine 1;iii'wiekelmaschine aufgebracht, ein Ver- falireii, welches bei grösseren Stromstärken iiiiistiindlieh ist.
Naeli dem Verfahren gemäss der Erfindung l;;inn die Herstellung eines Gerätes mit Spu- li-ii und mit einem ferromagnetisehen Ring kern, z. B.
eines Unispanners oder einer Dros- Nelspule, dadurch verbessert werden, dass dem Querschnitt des Rüigkernes angepasste U-för- wige Bügel naeli dem Aufbringen auf den Kein mittels geraden Stücken unlösbar, z. B. durch Löten, Sehweissen oder Nieten, mitein ander verbunden werden.
Als -Material für den Eisenkern konimt Voll allem eine Eisenlegierung mit einigen Pro zent Silizittni und/oder andern Zusätzen, wie beispielsweise Kobalt, in Frage. Diese Mate rialien können so geglüht und gewalzt wer den, dass sie bereits bei kleinen Feldstärken hohe Magnetisierungen, beispielsweise 12 000 bis 1.7 000 Gauss bei etwa, 1 A-V /em, aufwei sen. Gleielizeitig wird dabei der Hysteresever- lost gering, während sich die Wirbelströme durch Wahl genügend geringer Blechstärke ebenfalls klein halten lassen.
Im folgenden werden an Hand der Zeich nung Ausführungsbeispiele der Erfindung er läutert. Der kreisringförmige Eisenkern 1 ist. aus zwei übereinandergesetzten Bandkernen zusammengefügt und aus dünnem Band auf gewickelt. Die Höhe dieses Kernes ist. etwa doppelt so gross wie die radiale Breite, da sich bei diesen Abmessungen das geringste Gesamt gewieht erzielen lässt, Der Eisenkern 1 ist. von Isolierrohren 2 und 3 und Isolierungen 4 und 5 umgeben. Diese werden zum Beispiel durch ZTmwickeln finit Isolierband gehalten, wobei das Band gleichzeitig die Fugen an den vier Ecken des Kernes ausreichend isoliert.
Auf den so isolierten Eisenkern werden die innern Windungsbügel 14 aufgeschoben, welche U-för- mig sind und am äussern Umfang durch ge rade Streifen 6 miteinander verbinden wer den. Diese Streifen können zum Beispiel durch Punktschweissen mit 14 verbunden sein. 14 und 6 sind an den äussern Ecken stark abge rundet. Durch Isolierrohre 7 und 8 und Iso lierringe 9 und 10 wird die innere Wicklung gegen die äussere isoliert, welche ihrerseits aus U-förmigen Windungsbügeln 11 und geraden Stücken 12 besteht.
Die Wicklung passt der art fest auf den Eisenkern, dass keine Halte konstruktion erforderlich ist; vielmehr kann man das fertiggewickelte Gerät innen auf ein Isolierrohr schieben und so einbauen. Auf diese Weise kann der hochwertige Kern me ehaniscli entlastet und die Tragkonstruktion an der Wieklring befestigt werden. Bei diesem Einbau kann das Potential des Eisenkernes von Erde verschieden sein. Dies ergibt unter Umständen eine Verringerung der Isolier beanspruchung zwischen der innern Wicklung und dein Eisenkern.
Man kann auch den Ei senkern auf das halbe Potential der innern Wicklung bringen, indem man ihn mit der Mitte der innern Wicklung leitend verbindet. Da der Platz längs des Umfanges, der für eine Einzehvindung zur Verfügung steht, nach aussen hin mit dem Abstand von der Achse zunimmt, kann man den Wieklungsbleehen ganz oder teilweise keilförmig nach aussen hin zunehmende Dicke geben. Die Ausnutzung des Platzes wird am vollkommensten, wenn man die Dicke der Wicklungsbleche einschliesslich ihrer Isolation proportional mit dem Abstand von der Achse zunehmen lässt.
Dabei ist. es notwendig, dass die Verbindung zwischen 14 und 6 bzw. zwischen 11 und 12 beispielsweise durch Stumpfschweissen hergestellt wird. Eine derartige Verbindung lässt sich aber auch durch Hartlöten oder Schweissen unter Schutz as herstellen. Bemisst man das Spulengerät nach kleinst möglichem Gewicht, so ergibt sieh bei Leistun gen in der Grössenordnung von 10 kV A eine Windungsspannung von der Grössenordnung 1 V.
Die Spannungsbeanspruchung zwischen den nebeneinanderliegenden Windungen ist so gering, dass man mit kleinster Isolierungs- dicke, beispielsweise einer Papierbeklebung oder bei Aluminium mit einer aufgebrachten Oxydschieht, welche durch eine Lackierung verstärkt sein kann, auskommt. Uni bei gege benen Verlusten mit geringstem Werkstoff- aufwand auszukommen, ist es erforderlich, die Höhe des W ieklungsauftrages innen geringer zri wählen als aussen und oben und un ten in der Zeichnung.
Dies ist bei Draht wicklungen nicht möglich, bei der beschrie benen Wicklung aber ohne weiteres ausführ bar, wenn man die Windungsbügel beispiels- weise aus Blech ausstanzt. Dabei wird inan die Abmessungen des Eisenkernes und die Höhe des Wicklungsauftrages so wählen, dass sieh ein möglichst geringer Stanzverlust ergibt, nämlich,
man wird die Höhe des Kernes reich lich doppelt so gross wählen wie die gemein same Höhe von Primär- und Sekundärwin- dungsbügel. Die primären und sekundären U-förmigen Windungsbügel lassen sieh in einem Arbeitsgang mit einem '.-,t.anzwerkzeu#1,herstellen, wobei nur der durch die Isolation 7, 8, 9, 10 auszufüllende Spalt an Leitermaterial abfällt.
Die beschriebene Konstruktion weist eine verhältnismässig grosse Leiterhöhe senkrecht zu den. Streukraftlinien auf, -as Wirbelströme zur Folge hat. Bei V erwendun, von Aluirii- nium lä13t sieh jedoch dabei auch bei #Viek- lungshöhen in der Grössenordnung von 1.0 bis 20 min diese Widerstandserhöhung in trag- baren Grenzen halten.
Die Vorteile, -elche das beschriebene Spulengerät bezüglieli der Mate rialausnutzung ergibt, sind so gross, dass sieh die Widerstandserhöhung durch Wirbelströme in Kauf nehmen lässt. Beispielsweise lassen sieh auf diese Weise Umspanner bauen,
welche bei gleichen Vollastverlusten und gleicher Lei- stuirg weniger als das halbe Gewicht der übli- ehen Umspanner mit rechteckig gesehaehtelten Eisenkernen und Dralitwieklun- haben. Damit ein -Minimum an Werkstoffaufwand erreicht wird, ist es auch erforderlich, dass die Wiek- lungshölie in einem bestimmten Verhältnis zu den Abmessungen des Eisenkernes steht.
So wählt man vorteilhaft eine gesamte Wiek- lung;shöhe, welche 0,2 bis 0,4 der Breite des Eisenkernes ausmacht. Den Durchmesser des Eisenkernes wählt man zwei- bis viermal grö sser als die radiale Breite des Eisenkernes, während, wie schon gesagt. die Höhe des Ei senkernes etwa doppelt so gross wie die radiale Breite sein muss.
Von besonderer Wichtigkeit zur Erzielung geringsten Gewichtes ist es, Ei senquerschnitt und Windunszahl zweckmässig zu wählen. Bei mittleren Leistungen von etwa 5 bis 10<B>kV A</B> ist es vorteilhaft, Windungs- spannungen von 1 V oder darunter aus7ufüh- ren. handelt, es sich um den Bau von mehr phasigen Umspannern, so ist man gezwungen,
1'ür jede Phase einen getrennten Eingumspan- iier zii verwenden. Trotzdem bleibt auch bei mehrphasigen Umspannern das Baugewicht in vielen Fällen nur halb so gross wie das nor- nialer, üblicher Umspanner mit einem mehr- sclienkligen Kern.
Die Vorteile, die sich durch den besehrie- lie#tien Umspanner erzielen lassen, bestehen ausser in der Einsparung von Werkstoff darin, dass der Leerlaufstrom ausserordentlich gering ist. Da ausserdem infolge des hochwertigen Eisens die Eisenverluste je (lewiehtseinheit klein sind und das Eisengewieht an sieh ver hältnismässig gering ist, so ergeben sieh im Verhältnis zum normalen Umspanner sehr ge ringe Eisenverluste. Dies hat zur Folge, dass der Wirkungsgrad bei Teillast und bei Leer lauf besonders günstig wird.
Ist ein bestimm ter mittlerer Wirkungsgrad vorgeschrieben, so wirkt sieh dieser wiederum dahin aus, dass der Wirkungsgrad bei Vollast und damit das ssau@Iewicht weiter verringert werden kann.
Die beschriebene Wieklungsanordnung eig net sieh besonders für solche Fälle, wo grosse Verhiste zugelassen sind, wie z. B. in Verbin- dbin; mit ineehanisehen Stromrichtern. Da letztere Geräte nur geringfügige eigene Ver loste aufweisen, kann man oft im Umspanner erhöhte Verluste zulassen.
Die üblichen U m spannerkonstruktionen gestatten dies mit IZiieksielit auf ihre Erwärmung nicht ohne weiteres. Uni die abkühlende Oberfläche zu vergrössern, kann man einen Teil der Win- < lungen der äussern Wicklung, z. B. jede zweite oder dritte, mit, grösserer Breite ausführen, so dass sie als Kühlfahne (i.3 in der Zeichnung) wirkt..
Die Ausnutzung des Eisens wird dadurch hesser, wenn der kreisringförmige Kern aus geWiekeltein, ferromagnetischem Band aufge baut wird, welches eine magnetische Vorzugs richtung aufweist. Die Geräte können mit so geringen Abmessungen durchgeführt werden, dass ihre Betriebstemperatur auch bei norma len Verlusten verhältnismässig hoch wird. Die beschriebene Wicklung gestattet es jedoch, be- triebsmässige Erwärmungen zuzulassen, welche weit. über das übliche Mass von beispielsweise 60 C hinausgehen.
Dabei kann man zur Iso lation der Wicklung vom Eisenkern letzteren mit wärmefesten Materialien, wie keramischem Material oder Hartpapier, oder durch Umwik- keln von Glas- oder Asbestband unter gleich zeitigem Tränken mit wärmebeständigen Iso- lierlacken isolieren. Die Isolation der Windun gen gegeneinander kann man durch entspre chende Oberflächenbehandlung, wie Lackie ren, Emaillieren, Eloxieren usw., erzielen. Auf diese Weise lässt sich ohne Schwierigkeit ein Umspanner bauen, welcher betriebsmässig Temperaturen bis zu 150 C oder darüber ohne Schaden dauernd erträgt.
Dies hat zur Folge, dass man bei grösseren Leistungen in der Lage ist, noch ohne künstliche Kühlung bzw. nur mit Luftkühlung auszukommen, wo man sonst die lästige Ölkühlung anwenden müsste.
Handelt es sich um einen Umspanner mit zwei Wieklungen, so kann man die Wieklun- gen auf dem Umfang entweder in einer Lage nebeneinander in zwei Abteilungen oder auch in mehreren ineinandergeschaehtelten Abtei lungen ausführen; man kann jedoch auch die beiden Wicklungen übereinander anordnen. Die Isolation der beiden Wicklungen gegen einander erfolgt in diesem Fall beispielsweise dadurch, dass man die innere Wicklung aussen durch Isolierringe und Rohre umkleidet, wobei man zusätzlich noch eine Umwickhmg oder Tränkung vorsehen kann.
Um in den Ecken, wo die Isolation unter Umständen-Fugen und Spalte aufweist, einen genügenden Kriechweg zu erhalten, kann man die innern _V-NTindungs- bügel an den äussern Ecken abrunden.