DE10114744B4

DE10114744B4 - Arrangement of cooling air ducts and method of manufacture

Info

Publication number: DE10114744B4
Application number: DE2001114744
Authority: DE
Inventors: Josef Bohn
Original assignee: MDEXX GmbH
Current assignee: MDEXX GMBH, 28199 BREMEN, DE
Priority date: 2001-03-20
Filing date: 2001-03-20
Publication date: 2014-05-28
Anticipated expiration: 2021-03-21
Also published as: DE10114744A1

Abstract

Anordnung von Kühlluft-Kanälen (6, 7) an induktiven Bauelementen unter Verwendung von Distanzhaltern (11, 21, 31, 41), Kernelementen (4) und Wicklungen (5), wobei die Distanzhalter (11, 21, 31, 41) aus isolierendem, wärmefestem, nicht magnetischem Werkstoff bestehen, wobei die Distanzhalter (11, 21, 31, 41), zur Aufnahme von Wicklungen (5), um die Längskanten der Kernelemente (4) oder um die Längskanten von die Kernelemente umgreifenden Wicklungslagen greifen und wobei auf die Distanzhalter (11, 21, 31, 41) mindestens eine Wickellage aufgebracht ist, dadurch gekennzeichnet, dass die Distanzhalter (1) im Querschnitt L-förmig ausgebildet sind, mit einem kürzeren Schenkel (2) von rechteckigem Profil und einem längeren Schenkel (3) mit gegenüber dem kürzeren Schenkel geringerer Dicke.Arrangement of cooling air channels (6, 7) on inductive components using spacers (11, 21, 31, 41), core elements (4) and windings (5), the spacers (11, 21, 31, 41) being made of Insulating, heat-resistant, non-magnetic material, the spacers (11, 21, 31, 41) for receiving windings (5), around the longitudinal edges of the core elements (4) or around the longitudinal edges of the winding layers encompassing the core elements, and wherein at least one winding layer is applied to the spacers (11, 21, 31, 41), characterized in that the spacers (1) are L-shaped in cross section, with a shorter leg (2) of rectangular profile and a longer leg ( 3) with a smaller thickness compared to the shorter leg.

Description

Die Erfindung bezieht sich auf eine Anordnung nach dem Oberbegriff des Anspruches 1. Eine derartige Anordnung ist aus der DE 81 08 092 U1 bekannt. Dort wird über einen Spulenkörper für luftgekühlte elektrische Wicklungen berichtet, bei dem vier sich in Längsrichtung der Schenkel des Magnetkreises erstreckende Profilstabe dafür sorgen, dass die Wicklungen nicht direkt auf den Kernelementen des Magnetkerns aufliegen.The invention relates to an arrangement according to the preamble of claim 1. Such an arrangement is known from DE 81 08 092 U1 known. There is reported about a bobbin for air-cooled electrical windings, in which four in the longitudinal direction of the legs of the magnetic circuit extending profile rod ensure that the windings do not rest directly on the core elements of the magnetic core.

Die Profilstäbe besitzen auf ihren den Kernelementen zugewandten Innenseiten rechtwinkelige Ausnehmungen, die als formschlüssige Halterungen an einer Längskante des jeweils zugehörigen Kernelementes dienen. Auf ihren der Wicklung zugewandten Seiten sind die Profilstäbe mit Abrundungen versehen, die ein beschädigungsfreies Aufbringen der inneren Wicklungslage auf die Profilstäbe ermöglichen. Zwischen den Kernelementen der Magnetkerne und den inneren Wicklungslagen der Wicklungen entstehen Kühlluft-Kanäle, deren Querschnitt durch die Formgestaltung der Profilstabe bestimmt ist.The profile bars have on their core elements facing inner sides rectangular recesses, which serve as positive holders on a longitudinal edge of the respectively associated core element. On their sides facing the winding profile bars are provided with rounded portions, which allow a damage-free application of the inner winding layer on the profile bars. Between the core elements of the magnetic cores and the inner winding layers of the windings arise cooling air channels whose cross section is determined by the shape of the profile stylus.

Werden auch zwischen einzelnen Wicklungslagen Kühlluft-Kanäle benötigt, so ist dies nach dem vorliegenden Gebrauchsmuster erreichbar durch Verwendung von Distanzstäben zwischen den Wicklungslagen. Diese Distanzstäbe sind in Führungen gelagert, über die sie abhängig davon, zwischen welchen Wicklungslagen weitere Kühlluft-Kanäle vorzusehen sind, verschiebbar sind und so positioniert werden können, dass sie auf den Kanten der jeweils inneren Wicklung aufliegen.If cooling air ducts are also required between individual winding layers, this can be achieved according to the present invention by the use of spacer rods between the winding layers. These spacer bars are mounted in guides, over which they are displaceable and can be positioned so that they rest on the edges of the respective inner winding depending on which winding layers further cooling air channels are to be provided.

Diese Anordnung von Distanzstäben ist konstruktiv aufwendig und erschwert in Verbindung mit der Festlegung der Profilstäbe und der Führungen auf den Kernelementen den Wickelprozess erheblich.This arrangement of spacer rods is structurally complex and difficult in connection with the definition of the profile bars and the guides on the core elements the winding process considerably.

Aus den DE 36 32 439 A und DE 196 38 955 C2 sind Distanzhalter in Form von endseitig eingerollten oder in geschlitzte Leisten eingesteckten Blechen bekannt, die für den Aufbau von Kühlluft-Kanälen keine speziell ausgestalteten Spulenkörper benötigen, dabei aber für jeden Typ von Transformator oder Drossel in ihren Abmessungen verschieden sind. Das erfordert einen erheblichen Logistikaufwand für die auftragsbezogene Bereitstellung der jeweils geeigneten Distanzhalter.From the DE 36 32 439 A and DE 196 38 955 C2 are spacers in the form of end rolled or slotted strips inserted sheets known that do not require specially designed coil body for the construction of cooling air channels, but are different for each type of transformer or throttle in their dimensions. This requires a considerable logistical effort for the order-related provision of the respectively suitable spacers.

DE 196 38 955 C2 beschreibt eine Anordnung von Kühlluftkanälen, wobei Eckleisten aus elektrisch isolierendem und wärmefestem Material wie beispielsweise einem glasfaserverstärkten iso-Polyester auf den Längskanten des Kerns oder einer Wicklungslage aufgesetzt werden und auf die Eckleisten ein Distanzhalter aus nichtmagnetischem Material, wie beispielsweise V2A-Stahl oder Kunststoff aufgesetzt wird, der mindestens die folgende Wicklungslage trägt. DE 196 38 955 C2 describes an arrangement of cooling air ducts, wherein corner strips of electrically insulating and heat-resistant material such as a glass fiber reinforced iso-polyester are placed on the longitudinal edges of the core or a winding layer and on the corner strips a spacer made of non-magnetic material, such as V2A steel or plastic is placed , which carries at least the following winding layer.

DE 15 14 555 A lehrt den Aufbau einer Anordnung von Kühlluftkanälen mit einem Spulentragkörper aus vier Profilleisten, aus isolierendem, festen Kunststoff und vier rechteckigen Platten. Dabei stehen die gleich langen Schenkel einer Profilleiste rechtwinklig zueinander und die äußeren und gegebenenfalls inneren Ecken der Profilleiste sind abgerundet, wobei die Ecke, an der die Wicklung aufliegt, mit einem größeren Radius versehen ist. Außerdem lehrt die D2 Profilleisten in Stangen herzustellen und die Profilleisten für den Aufbau der Spule in entsprechender länge zuzuschneiden. DE 15 14 555 A teaches the construction of an arrangement of cooling air ducts with a bobbin of four moldings, of insulating, solid plastic and four rectangular plates. In this case, the same length legs of a profile strip are perpendicular to each other and the outer and possibly inner corners of the profile strip are rounded, wherein the corner on which the winding rests, is provided with a larger radius. In addition, the D2 teaches to produce profile strips in bars and to cut the profile strips for the construction of the coil in appropriate length.

AT 98 114 B und DD 01 52 021 A1 lehren den Aufbau einer Anordnung von Kühlluftkanälen mit isolierenden Profilleisten, deren Schenkel unterschiedliche Dicke aufweisen. Dabei stehen die Schenkel der jeweiligen Profilleiste rechtwinklig zueinander und die Ecke, an der die Wicklung aufliegt, ist mit einem Radius versehen. AT 98 114 B and DD 01 52 021 A1 teach the construction of an arrangement of cooling air ducts with insulating profile strips whose legs have different thickness. The legs of the respective profile strip are perpendicular to each other and the corner, on which the winding rests, is provided with a radius.

Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, eine Anordnung nach dem Oberbegriff des Anspruches 1 anzugeben, mit dem es möglich ist, Kühlluft-Kanäle zwischen den Kernelementen und den inneren Lagen von Wicklungen oder an beliebiger Stelle innerhalb benachbarter Wicklungslagen anzubringen, ohne dass es hierzu spezieller Führungen für Distanzhalter bedarf. Für Transformatoren und Drosseln unterschiedlicher Baugröße soll nur noch ein einziger Typ von Distanzhaltern vorgehalten werden. Um möglichst flache Transformatoren und Drosseln schaffen zu können, sollen die Luftkanäle nur auf zwei sich gegenüberliegenden Seiten eines Kernteils angeordnet sein.Object of the present invention is to provide an arrangement according to the preamble of claim 1, with which it is possible to install cooling air ducts between the core elements and the inner layers of windings or at any point within adjacent winding layers, without that it special guides needed for spacers. For transformers and chokes of different sizes only a single type of spacers should be kept. In order to create flat as possible transformers and chokes, the air ducts should be arranged only on two opposite sides of a core part.

Die Erfindung löst diese Aufgabe durch die Anwendung der kennzeichnenden Merkmale bei einer gemäß dem Oberbegriff des Anspruches 1 ausgeführten Anordnung. Danach sollen die Distanzhalter von L-förmigem Querschnitt sein mit einem kürzeren Schenkel für die Vorgabe des Kühlluft-Kanalquerschnittes und mit einem längeren Schenkel geringer Dicke, der sich an das Kernelement bzw. eine darunterliegende Wicklungslage direkt anlegt. Durch die Verwendung von zweischenkligen Distanzhaltern ist eine automatische Positionierung der Distanzhalter unabhängig von ihrem Einbauort gegeben, wobei der längere Schenkel zusätzlich noch der Isolation benachbarter Wicklungslagen bzw. einer innerer Wicklung gegenüber einem Kernelement des Magnetkreises dient. Als besonders vorteilhaft wird angesehen, dass die Distanzhalter als stangenförmige Halbfabrikate vorgegebener Lange ausgeführt sein können, die für den Aufbau von Transformatoren und Drosseln entsprechend deren Abmessungen auftragsbezogen auf Länge gebracht werden können. Diese Ausprägung der erfindungsgemäßen Einrichtung ermöglicht die preiswerte Herstellung und Lagerhaltung der Distanzhalter.The invention solves this problem by the application of the characterizing features in an executed according to the preamble of claim 1 arrangement. Thereafter, the spacers should be of L-shaped cross-section with a shorter leg for the specification of the cooling air channel cross-section and with a longer leg of small thickness, which applies directly to the core element or an underlying winding layer. By the use of two-legged spacers, an automatic positioning of the spacers is independent of their installation location, the longer leg additionally serves for the insulation of adjacent winding layers or an inner winding relative to a core element of the magnetic circuit. Particularly advantageous is considered that the spacers can be designed as rod-shaped semifinished products of predetermined length, which can be made order related to the construction of transformers and chokes according to their dimensions to length. This embodiment of the device according to the invention enables the inexpensive production and storage of spacers.

Die Erfindung betrifft ferner ein Verfahren zur Herstellung der Anordnung.The invention further relates to a method for producing the device.

Vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung sind in den Unteransprüchen angegeben.Advantageous embodiments of the invention are specified in the subclaims.

Die Erfindung ist nachstehend anhand eines in der Zeichnung dargestellten Ausführungsbeispiels näher erläutert. Die Zeichnung zeigt inThe invention is explained below with reference to an embodiment shown in the drawing. The drawing shows in

1 in ausschnittsweiser perspektivischer Darstellung einen erfindungsgemäßen Distanzhalter und in 1 in a fragmentary perspective view of a spacer according to the invention and in

2 in einer Schnittdarstellung die Draufsicht auf einen Transformator mit zwei Kühlluft-Kanälen. 2 in a sectional view of the top view of a transformer with two cooling air channels.

Der in 1 dargestellte Distanzhalter 1 besteht in an sich bekannter Weise aus einem elektrisch isolierenden, wärmefesten, nicht magnetischen Werkstoff. Er hat die Form eines L, dessen kürzerer Schenkel 2 ein im Wesentlichen rechteckiges Profil aufweist und dessen längerer Schenkel 3 mit einer Außenseite des Rechteckes fluchtet und sehr viel dünner ist als der kürzere Schenkel 2. Die Ecken des Rechteckes sind mit Ausnahme derjenigen Ecke, an der der längere Schenkel 3 ansetzt, abgerundet. Dabei ist der Krümmungsradius derjenigen Ecke, an der sich die Außenseiten der beiden Schenkel schneiden, größer als der der übrigen Ecken. Diese Abrundung soll das Überdehnen von Wicklungsdrahten beim Aufbringen einer Wicklung verhindern. Mit der nicht abgerundeten Ecke zwischen beiden Schenkeln 2 und 3 zentriert sich der Distanzhalter 1 selbsttätig auf dem Kernelement oder einer darunter liegenden Wicklung im Eckbereich des Kernelementes bzw. der Wicklung.The in 1 illustrated spacers 1 consists in a conventional manner of an electrically insulating, heat-resistant, non-magnetic material. It has the shape of an L, its shorter thigh 2 has a substantially rectangular profile and its longer leg 3 is flush with an outside of the rectangle and is much thinner than the shorter leg 2 , The corners of the rectangle are except for the corner where the longer leg 3 attaches, rounded. In this case, the radius of curvature of that corner at which intersect the outer sides of the two legs, larger than that of the other corners. This rounding is to prevent the overstretching of winding wires when applying a winding. With the not rounded corner between both thighs 2 and 3 the spacer is centered 1 automatically on the core element or an underlying winding in the corner region of the core element or the winding.

Diese Wirkungsweise lässt sich der 2 entnehmen. Dort ist ein quaderförmiges Kernelement 4 dargestellt, das als Träger für eine ein- oder mehrlagige Wicklung 5 dienen soll. Auf die vier Längskanten des Kernelementes 4 sind vier Distanzhalter 11 bis 41 aufgesetzt, wobei diese mit ihren Schenkelinnenseiten jeweils eine der vier Kanten des Kernelementes 4 umschließen. Die Distanzhalter sind so angeordnet, dass ihre kurzen Schenkel und ihre langen Schenkel jeweils paarweise aufeinander weisen. Zwischen den kurzen Schenkeln der jeweils zusammenwirkenden Distanzhalter 11 und 21 bzw. 31 und 41 entsteht beim Aufbringen der Wicklung 5 jeweils ein Luftkanal 6 bzw. 7 für die Kühlung der Wicklung 5 und des Kernes. Die langen Schenkel der Distanzhalter 11 und 31 bzw. 21 und 41 legen sich direkt an das Kernelement 4 an. Die Länge der langen Schenkel ist so bemessen, dass sie sich endseitig überlappen. Dadurch wird die innenliegende Windung der Wicklung 5 zusätzlich gegenüber dem Kernelement 4 elektrisch isoliert. Die Mindestdicke der langen Schenkel ist bestimmt durch die Isolationseigenschaften des verwendeten Werkstoffes und die geforderten Isolationseigenschaften zwischen den Wicklungen bzw. einer Wicklung und dem Magnetkern. Im Bereich der Kühlluft-Kanäle übernimmt die Luftstrecke zwischen dem Kernelement und der Wicklung 5 die Aufgaben einer zusätzlichen Isolation der Wicklung gegenüber dem Kernelement.This mode of action can be the 2 remove. There is a cuboid core element 4 shown as the carrier for a single or multi-layer winding 5 should serve. On the four longitudinal edges of the core element 4 are four spacers 11 to 41 put on, with these with their leg inside each one of the four edges of the core element 4 enclose. The spacers are arranged so that their short legs and their long legs each face each other in pairs. Between the short legs of the cooperating spacers 11 and 21 respectively. 31 and 41 arises when applying the winding 5 one air channel each 6 respectively. 7 for cooling the winding 5 and the core. The long legs of the spacers 11 and 31 respectively. 21 and 41 attach themselves directly to the core element 4 at. The length of the long legs is such that they overlap at the ends. This will cause the inner turn of the winding 5 in addition to the core element 4 electrically isolated. The minimum thickness of the long legs is determined by the insulating properties of the material used and the required insulation properties between the windings or a winding and the magnetic core. In the area of the cooling air channels, the air gap between the core element and the winding takes over 5 the tasks of additional insulation of the winding relative to the core element.

Die Distanzhalter werden beim Aufbringen einer Wicklung durch diese kraft- und formschlüssig am darunter liegenden Kernelement bzw. der darunter liegenden Wicklung fixiert. Sie sind vorzugsweise als stangenförmige Halbfabrikate vorgegebener Länge ausgeführt, die für den Aufbau von Transformatoren und Drosseln z. B. durch Sägen oder Brechen an vorgegebenen Soll-Bruchstellen auf die entsprechenden Abmessungen gebracht werden. Dieses Bearbeiten der Distanzhalter bezieht sich ausschließlich auf die Länge der Distanzhalter in Längsrichtung des abzudeckenden Kernelementes bzw. der abzudeckenden Wicklung. Die Distanzhalter bestehen mindestens im Bereich ihrer längeren Schenkel aus einem ein- oder mehrlagigen, ein- oder mehrfach mit Gießharz getränkten Glasfasermaterial.The spacers are fixed in the application of a winding by these force and form fit to the underlying core element or the underlying winding. They are preferably designed as a rod-shaped semifinished products of predetermined length, for the construction of transformers and reactors z. B. by sawing or breaking at predetermined predetermined breaking points to the appropriate dimensions. This processing of the spacers relates exclusively to the length of the spacers in the longitudinal direction of the core element to be covered or the winding to be covered. The spacers consist at least in the region of their longer legs of a single or multilayer, one or more times impregnated with casting resin fiberglass material.

Soll auf die Wicklung 5 eine wettere Wicklung oder eine weitere Wicklungslage aufgebracht werden, die von der darunter liegenden Wicklung durch weitere Kühlluft-Kanäle getrennt sein soll, so werden auf die vier Ecken der Wicklung 5 weitere erfindungsgemäß ausgestalteten Distanzhalter aufgesetzt und dann die neue Wicklungslage aufgetragen. Die Distanzhalter zentrieren sich selbst an den Kanten der Wicklung 5 und richten damit die aufzubringende Wicklung gegenüber der Wicklung 5 aus. Durch Einfügen weiterer Distanzhalter lassen sich weitere Kühlluft-Kanäle bilden, die zwar zu einer Vergrößerung des Volumens in X-Richtung aber nicht zu einer Vergrößerung in Y-Richtung führen. Damit ist es möglich, auch besonders schmale Transformatoren und Drosseln (mit kleinem Kernfenster) zu kühlen, ohne dass sich dabei ihre Einbautiefe wesentlich verändert.Should be on the winding 5 a Wettere winding or another winding layer are applied, which should be separated from the underlying winding by further cooling air channels, so be on the four corners of the winding 5 placed further inventively designed spacer and then applied the new winding layer. The spacers center themselves at the edges of the winding 5 and thus direct the winding to be applied against the winding 5 out. By inserting further spacers, further cooling air channels can be formed which, although they lead to an increase in the volume in the X direction, do not lead to an enlargement in the Y direction. This makes it possible to cool especially narrow transformers and chokes (with a small core window) without their installation depth changing significantly.

Claims

Arrangement of cooling air ducts ( 6 . 7 ) on inductive components using spacers ( 11 . 21 . 31 . 41 ), Core elements ( 4 ) and windings ( 5 ), whereby the spacers ( 11 . 21 . 31 . 41 ) consist of insulating, heat-resistant, non-magnetic material, wherein the spacers ( 11 . 21 . 31 . 41 ), for receiving windings ( 5 ) to the longitudinal edges of the Core elements ( 4 ) or engage around the longitudinal edges of the core elements embracing winding layers and wherein the spacers ( 11 . 21 . 31 . 41 ) at least one winding layer is applied, characterized in that the spacers ( 1 ) are formed in cross-section L-shaped, with a shorter leg ( 2 ) of rectangular profile and a longer leg ( 3 ) with respect to the shorter leg of smaller thickness.

Arrangement according to claim 1, characterized in that the corners of the rectangular cross-sectional areas of the shorter leg ( 2 ) except those at which the longer leg ( 3 ) are rounded off.

Arrangement according to claim 2, characterized in that the radius of curvature of that corner at which the of the core elements ( 4 ) facing away from the outer sides of the two legs ( 2 . 3 ), is larger than that of the other corners.

Arrangement according to one of claims 1 to 3, characterized in that per core element ( 4 ) or winding layer ( 5 ) two or four spacers ( 11 . 21 . 31 . 34 ) are arranged and arranged in pairs with their shorter legs ( 2 ) face each other, wherein between the shorter legs ( 2 ) the spacer ( 11 . 21 ; 31 . 41 ) the cooling air channels ( 6 ; 7 ), while the longer thighs ( 3 ) the spacer ( 11 . 31 ; 21 . 41 ) directly on the core elements ( 4 ) or the winding layers rest.

Arrangement according to claim 4, characterized in that the length of the longer legs ( 3 ) of the spacers at least equal to half the height of the core elements ( 4 ) or winding layers ( 5 ).

Arrangement according to one of claims 1 to 5, characterized in that at least the longer leg of the spacers consists of at least one resin-impregnated glass fiber mat.

Method for producing an arrangement of cooling air ducts ( 6 . 7 ) on inductive components using spacers ( 11 . 21 . 31 . 41 ), Core elements ( 4 ) and windings ( 5 ) according to any one of the preceding claims, comprising the steps. Provision of spacers ( 11 . 21 . 31 . 41 ), which consist of insulating, heat-resistant, non-magnetic material, arranging the spacers ( 11 . 21 . 31 . 41 ), for receiving windings ( 5 ), so that the spacers ( 11 . 21 . 31 . 41 ) around the longitudinal edges of the core elements ( 4 ) or engage around the longitudinal edges of the core elements embracing winding layers, and applying at least one winding layer on the spacers ( 11 . 21 . 31 . 41 ), characterized in that the spacers ( 1 ) are formed in cross-section L-shaped, with a shorter leg ( 2 ) of rectangular profile and a longer leg ( 3 ) with respect to the shorter leg of smaller thickness.

Method according to claim 7, characterized in that the spacers ( 11 . 21 . 31 . 41 ) are designed as rod-shaped semi-finished products of predetermined length and brought in the manufacture of the arrangement for the construction of transformers and chokes according to their dimensions to length.