DE102010041595A1

DE102010041595A1 - Anordnung und Verfahren zum elektrischen Kontaktieren von elektrischen Leitern in Spulen

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Publication number: DE102010041595A1
Application number: DE201010041595
Authority: DE
Inventors: Dietmar Bayer; Peter Kummeth
Original assignee: Siemens AG
Current assignee: Siemens AG
Priority date: 2010-09-29
Filing date: 2010-09-29
Publication date: 2012-03-29
Also published as: WO2012041886A1

Abstract

Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf eine Anordnung und ein Verfahren zum elektrischen Kontaktieren von elektrischen Leitern (2, 3) in Spulen (1), wobei die Leiter (2, 3) in Form von Windungen um wenigstens einen Spulenträger (4) gewickelt sind und elektrische Kontakte (9, 9') zum elektrischen Kontaktieren der Leiter (2, 3) aufweisen. Es ist wenigstens eine Kontakteinrichtung (6, 6'), insbesondere ein Strom-Bolzen, zum elektrischen Kontaktieren wenigstens eines Leiters (2, 3) vorgesehen, welche/-er in einem Winkel, insbesondere 90° zum wenigstens einen Leiter (2, 3) und/oder zum Spulenträger (4) angeordnet ist und elektrisch mit wenigstens einem elektrischen Kontakt (9, 9') des wenigstens einen Leiters (2, 3) verbunden ist.

Description

Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf eine Anordnung und ein Verfahren zum elektrischen Kontaktieren von elektrischen Leitern in Spulen, wobei die Leiter in Form von Windungen um wenigstens einen Spulenträger gewickelt sind und elektrische Kontakte zum elektrischen Kontaktieren der Leiter aufweisen.
Elektrische Spulen finden in vielen Bereichen Anwendung. Bei Maschinen mit hohen Leistungen sind die Spulen von großen Strömen durchflossen. Gerade in Hinblick auf supraleitende Maschinen, deren Spulen supraleitende Leiter umfassen, spielen gute elektrische Kontakte zwischen den Spulen und der Stromversorgung und/oder anderen elektrischen Teilen eine wesentliche Rolle.
Supraleitende Spulen können Leiter umfassen, insbesondere Bandleiter, wie sie aus dem Stand der Technik, vgl. insbes. DE 19815096 A1 , bekannt sind. Diese Bandleiter sind mechanisch sehr empfindlich und müssen in Anwendungen in Form von z. B. Transformator-, Maschinen- oder sonstigen Magnetwicklungen Ströme mit Wechselstrom-Nennwerten bis in den Kiloampere-Bereich tragen. Dabei sind die Leiter in Form von metallischen Bändern, z. B. aus Stahl aufgebaut, welche mit Pufferschichten und einer Schicht aus supraleitendem, insbesondere Hochtemperatur-Supraleitendem(HTS)-Material beschichtet sind. Als HTS-Material kann ein Material aus der Familie (RE)M₂Cu₃O_x vorgesehen sein, wobei die Komponente RE wenigstens ein Seltenes Erdmetall (einschl. Yttrium) und die Komponente M wenigstens ein Erdalkalimetall enthalten. Insbesondere ist das Supraleitermaterial vom Typ YBa₂Cu₃O_x. Schichten aus entsprechenden HTS-Materialien lassen sich nach bekannten Verfahren mit hoher Stromtragfähigkeit auf bekannten Trägerbändern abscheiden. In bestimmten Anwendungen, wie z. B. in Strombegrenzern, können diese Bänder noch mit normalleitendem Material wie z. B. Kupfer beschichtet sein.
Um elektrische Verluste in Wechselfeldanwendungen zu verringern, z. B. bei Anwendungen mit einer Stromfrequenz im Bereich von 50 Hz, können die Leiterbänder in Form von Roebel- oder mehrlagig gewickelten Leitern angeordnet sein. Die Leiter werden für den Einsatz, wie er z. B. in Generatoren oder Motoren erfolgt, in Form von Spulen verarbeitet, wobei die Wicklungen z. B. zu Pancake- bzw. Racetrack-Spulen gewickelt sein können. Zum Verschalten von mehreren derartigen Spulen werden elektrische Kontakte benötigt, welche insbesondere das elektrische Herausnehmen fehlerhafter Einzelspulen sowie eine flexible Anordnung der elektrischen Verschaltung ermöglichen. Gleichzeitig müssen die Kontakte mit Fertigungsprozessen der HTS-Spulen kompatibel sein, insbesondere mit dem Wicklungsprozess, und dürfen bei der Spulenherstellung und während des Betriebs der HTS-Spulen diese nicht übermäßig mechanisch beanspruchen oder gar schädigen. Aufgrund von hohen Strömen sind entsprechend große Kontaktquerschnitte der Kontakte erforderlich.
Im Stand der Technik sind bei HTS-Spulen aus einzelnen HTS-Bandleitern kleine leichte Kupferkontaktstücke in die HTS-Spulen eingebaut, welche an den supraleitenden Leiterbändern angelötet sind. Mehrere Spulen werden über Kupferbleche an den Kontaktzonen der HTS-Spulen miteinander verlötet oder verschraubt, z. B. bei Innenkontakten der Spule. Diese Kontakte sind thermisch und elektrisch sowie mechanisch stabil bis zu Strömen über die Spulen im Bereich von 100 A. Dabei erfolgt im Stand der Technik nur eine einfache Serienverschaltung der HTS-Spulen. Eine Anordnung von mehreren HTS-Hochstromspulen aus z. B. Roebel-Leitern oder parallel gewickelten Bandleitern für Ströme größer 100 A sind mit Kontakten nach dem Stand der Technik nicht realisierbar.
Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es deshalb, eine Anordnung und ein Verfahren zum elektrischen Kontaktieren von elektrischen Leitern in Spulen anzugeben, welche für Hochstromanwendungen mit Strömen größer 100 A anwendbar sind. Weiterhin ist es Aufgabe der Erfindung eine Anordnung und ein Verfahren anzugeben, welche ein beliebiges, insbesondere serielles und/oder paralleles Verschalten der Leiter der Spule außerhalb der Anordnung bzw. einer äußeren Isolierung der Spule erlauben. Dabei soll ein Auslassen von defekten supraleitenden Bändern aus der Verschaltung jederzeit möglich sein.
Die angegebene Aufgabe wird bezüglich der Anordnung zum elektrischen Kontaktieren von elektrischen Leitern in Spulen mit den Merkmalen des Anspruchs 1 und bezüglich des Verfahrens zum elektrischen Kontaktieren von elektrischen Leitern in Spulen mit den Merkmalen des Anspruchs 15 gelöst.
Vorteilhafte Ausgestaltungen der erfindungsgemäßen Anordnung zum elektrischen Kontaktieren von elektrischen Leitern in Spulen gehen aus den jeweils zugeordneten abhängigen Unteransprüchen hervor. Dabei können die Merkmale der Hauptansprüche untereinander und mit Merkmalen der Unteransprüche und Merkmale der Unteransprüche untereinander kombiniert werden.
Bei der erfindungsgemäßen Anordnung zum elektrischen Kontaktieren von elektrischen Leitern in Spulen sind die Leiter in Form von Windungen um wenigstens einen Spulenträger gewickelt. Die Leiter weisen elektrische Kontakte zum elektrischen Kontaktieren der Leiter auf. Dabei ist wenigstens eine Kontakteinrichtung zum elektrischen Kontaktieren wenigstens eines Leiters vorgesehen, welche in einem Winkel zum wenigstens einen Leiter und/oder zum Spulenträger angeordnet ist und elektrisch mit wenigstens einem elektrischen Kontakt des wenigstens einen Leiters verbunden ist.
Mit Hilfe der wenigstens einen Kontakteinrichtung ist es möglich, die Anordnung in Hochstromanwendungen zu verwenden. Über die wenigstens eine Kontakteinrichtung können die elektrischen Leiter mit Strömen größer 100 A versorgt werden, ohne beschädigt oder zerstört zu werden z. B. durch hohe thermische Belastung. Durch den Winkel zwischen der wenigstens einen Kontakteinrichtung und dem wenigstens einen Leiter und/oder dem Spulenträger wird der Leiter im Bereich des elektrischen Kontaktes auch weniger mechanisch belastet, insbesondere durch keine oder geringere Zugkräfte.
Die Leiter der erfinderischen Anordnung können supraleitende, insbesondere Hochtemperatur-Supraleitende(HTS)-Leiter sein. Sie können in Form von Bändern ausgebildet sein. Gerade Leiter mit HTS-Material sind sehr empfindlich auf mechanische Belastung und können durch diese leicht beschädigt oder zerstöret werden. Durch die im Winkel angeordnete Kontakteinrichtung wird ein elektrisches Kontaktieren der Leiter außerhalb der Anordnung bzw. außerhalb einer äußeren Isolierung der Spule möglich und ein beliebiges, insbesondere ein serielles und/oder paralleles Verschalten der Leiter. Dabei können defekte supraleitende Bänder aus der Verschaltung jederzeit ausgelassen werden.
Die Leiter können von einer gemeinsamen Isolierung umschlossen sein, insbesondere von einer Glasfaserverstärkten-Kunststoff(GFK)-Bandage als elektrischer Isolierung. Diese ist besonders gut auch für den Einsatz bei tiefen Temperaturen geeignet. Die bandförmigen Leiter mit einem Kontakt können im Inneren der GFK-Bandage angeordnet sein und über die Kontakteinrichtung mit Winkel angeordnet, welche vom Inneren zum Äußeren der GFK-Bandage führt, außerhalb der GFK-Bandage verschaltet werden. Die GFK-Bandage führt neben der elektrischen Isolierung auch zu einer mechanischen Stabilisierung der Leiteranordnung.
Der Winkel, in welchem die Kontakteinrichtung jeweils zu einem Leiter und/oder zum Spulenträger angeordnet ist, kann im Wesentlichen ein senkrechter Winkel sein, d. h. 90° betragen. Dadurch ist es möglich auf kürzestem Weg die Leiter im Inneren mit dem Äußeren elektrisch zu verbinden und dort zu verschalten bzw. anzuschließen. Dies führt zu geringen elektrischen Verlusten über die Kontakteinrichtung. Weiterhin wirkt bei einem senkrechten Winkel eine Zugkraft an einer Kontakteinrichtung nicht als Zugkraft an dem zugeordneten, elektrisch verbundenen Leiter. Eine minimale mechanische Belastung der Leiter bei mechanischen Kräften an den Kontakteinrichtungen wird dadurch erreicht.
Die Kontakteinrichtung kann ein Strom-Bolzen, insbesondere ein zylinderförmiger Strom-Bolzen sein. Strombolzen sind in der Lage Ströme im Bereich größer 100 A ohne große elektrische Verluste zu übertragen, ohne bei ausreichender Dimensionierung in ihrer Größe sich stark zu erwärmen. Sie sind mechanisch sehr stabil, insbesondere bei zylinderförmiger Ausbildung.
Jeweils alle Kontakte einer Spule können gegeneinander elektrisch isoliert sein. Dadurch sind Kurzschlüsse zwischen verschiedenen elektrischen Kontakten ausgeschlossen.
Die Leiter und/oder die Kontakte der Leiter können jeweils wenigstens eine durchgehende Ausnehmung aufweisen, insbesondere eine zylinderförmige Ausnehmung. Wenigstens eine Kontakteinrichtung, insbesondere ein Strom-Bolzen, kann jeweils durch die Ausnehmung geführt sein. Die Kontakte der Leiter können dabei in Form eines Stapels, insbesondere entlang einer im Wesentlichen senkrecht zur Oberfläche des Spulenträgers verlaufenden Geraden, übereinander gestapelt angeordnet sein, wobei wenigstens ein Kontakt mit einem Strom-Bolzen versehen ist und alle oberhalb des wenigstens einen Kontakts angeordneten Kontakte übereinander liegende Ausnehmung aufweisen, insbesondere deckungsgleich übereinander angeordnete Ausnehmungen, durch welche jeweils der Strom-Bolzen geführt ist. Diese Anordnung ist sehr stabil und ermöglicht einen inneren Bandleiter, welcher von äußeren Bandleitern überdeckt ist, elektrisch mit dem Außenraum zu kontaktieren, ohne elektrischen Kontakt mit den äußeren Bandleitern. Eine Verschaltung kann dadurch im äußeren Bereich gezielt erfolgen, ohne elektrischen Kontakt einer Kontakteinrichtung mit anderen Kontakteinrichtungen oder elektrischem Kontakt mit anderen als dem zugeordneten, elektrisch verbundenem Leiter, in einem anderen als dem äußeren Bereich.
Die Kontakteinrichtungen können im Außenbereich der Anordnung miteinander elektrisch verschaltet sein, wodurch Leiter der Anordnung insbesondere parallel und/oder in Serie elektrisch miteinander verbunden sind. Im Außenbereich bedeutet z. B. bei einer GFK-Bandage oder anderen Isolierung, in deren Inneren die Leiter angeordnet sind, der Außenbereich der GFK-Bandage oder anderen Isolierung.
Die Kontakte können flächig ausgebildet sein, insbesondere jeweils mit einer Kontaktzone, welche ein Gewinde umfasst, in das Strom-Bolzen mit Gewinde eingeschraubt sind. Ein Einschrauben ermöglicht eine sehr stabile mechanische und elektrische Verbindung und eine einfache Ausbildung des 90° Winkels zwischen Kontakt und Kontakteinrichtung wie z. B. Strom-Bolzen. Schraubverbindungen sind auch thermisch stabil und können nicht brüchig werden bei bestimmten Temperaturen, im Gegensatz zu Lötverbindungen.
Für eine bessere elektrische Kontaktierung zwischen Kontakt des Leiters und Kontakteinrichtung kann zwischen der Kontaktzone und dem Strom-Bolzen eine Indiumfolie oder ein Indiumblech angeordnet sein. Bei einer Schraubverbindung zwischen Strom-Bolzen und flächiger Kontaktzone kann die Indiumfolie oder das Indiumblech in Form einer Unterlegscheibe zwischen Strom-Bolzen und Kontaktzone bzw. Kontakt ausgebildet sein.
Im Außenbereich der Anordnung können die Kontakteinrichtungen, insbesondere Strom-Bolzen, über Litzen und/oder Bügel, insbesondere aus Kupfer, elektrisch miteinander verbunden sein. Dies ergibt gute elektrische Kontakte, welche thermisch stabil sind und erlaubt eine bedarfsgerechte Verschaltung bzw. Verbindung.
Die Litzen und/oder Bügel können mit den Kontakteinrichtungen, insbesondere Strom-Bolzen, verschraubt sein, insbesondere mit Indiumfolie oder Indiumblech zwischen Kontakteinrichtung und Litze und/oder Bügle angeordnet. Die Indiumfolie oder das Indiumblech kann analog dem zuvor beschriebenen Beispiel von Indiumfolie oder Indiumblech zwischen Strom-Bolzen und Kontakt des Leiters als Unterlegscheibe ausgebildet sein. Dadurch wird ein verbesserter elektrischer Kontakt erreicht. Die Vorteile der Verschraubung sind ebenfalls analog den zuvor beschriebenen Vorteilen bei Verschraubung von Strom-Bolzen mit den Kontakten der Leiter.
Das erfindungsgemäße Verfahren zum elektrischen Kontaktieren von elektrischen Leitern in Spulen, insbesondere unter Verwendung einer zuvor beschriebenen Anordnung, umfasst dass wenigstens zwei Leiter, welche in Form von Windungen um wenigstens einen Spulenträger gewickelt werden und jeweils wenigstens einen elektrischen Kontakt zum elektrischen Kontaktieren aufweisen, über wenigstens jeweils eine Kontakteinrichtung, welche in einem Winkel, insbesondere 90°, zum Leiter und/oder zum Spulenträger angeordnet wird, elektrisch mit wenigstens einem elektrischen Kontakt des wenigstens einen Leiters verbunden werden, wobei die wenigstens zwei Kontakteinrichtungen im Außenbereich der Spule insbesondere elektrisch miteinander verbunden werden. Die Vorteile des erfindungsgemäßen Verfahrens sind analog den zuvor in Verbindung mit der erfindungsgemäßen Anordnung beschriebenen Vorteilen.
Bevorzugte Ausführungsformen der Erfindung mit vorteilhaften Weiterbildungen gemäß den Merkmalen der abhängigen Ansprüche werden nachfolgend anhand der Figuren näher erläutert, ohne jedoch darauf beschränkt zu sein.
Es wird in den Figuren dargestellt:
1 eine schematische Schnittdarstellung entlang einer Längsachse einer Spulenanordnung 1 mit Wicklungsträger 4 ummantelt von einer Isolierung 5 nach dem Stand der Technik,
2 eine Schnittdarstellung der in 1 gezeigten Spulenanordnung 1 mit einer erfindungsgemäßen Anordnung zum elektrischen Kontaktieren der Leiter 2 und 3,
3 eine vergrößerte Ansicht eines in 2 gezeigten Kontaktes 9 mit Kontaktzone der Leiter 2, 3,
4 eine vergrößerte Ansicht einer in 2 gezeigten Kontakteinrichtung 6 in Form eines Strom-Bolzens,
5 eine vergrößerte Ansicht eines in 2 mit zwei Kontaktzonen angedeuteten Stapels an Kontakten 9 von Bandleitern 2, 3 mit vier Kontaktzonen übereinander gestapelt und vier Strom-Bolzen 6 verschraubt jeweils mit einer Kontaktzone 9, und durch Ausnehmungen 7 der darüberliegenden Kontaktzonen 9 geführt.
In der 1 ist eine Spulenanordnung 1 entlang einer Längsachse in einer Durchsicht bis zu einem Wicklungsträger 4 gezeigt, wobei um den Wicklungsträger 4 Leiter 2, 3 in Spulenform gewickelt sind. Die aus dem Stand der Technik bekannte Anordnung ist von einer Isolierung 5 umgeben, durch welche in 1 einseitig hindurchgeblickt wird. Die Isolierung kann aus einer GFK-Bandage bestehen bzw. diese umfassen, welche sowohl elektrisch gegenüber der Umwelt isoliert als auch der Anordnung 1 mechanische Stabilität verleiht. Die Leiter 2, 3 können aus jeweils isolierten Kupferkabeln, aus isolierten klassischen Supraleiterkabeln oder aus gegenseitig isolierten bandförmigen HTS-Supraleitern bestehen, wie sie zuvor beschrieben wurden. Alternativ kann auf eine Isolierung der Leiter 2, 3 gegeneinander und/oder eine GFK-Bandage verzichtet werden, insbesondere bei Anordnung mit einem Mindestabstand voneinander zur Verhinderung von elektrischen Kurzschlüssen zwischen den Leitern 2, 3 durch den Mindestabstand.
In 2 ist ein Schnitt durch eine erfindungsgemäße Anordnung zum elektrischen Kontaktieren der elektrischen Leiter 2, 3 dargestellt. Die Anordnung 1 mit Leitern 2, 3 in Spulenform auf den Wicklungsträgers 4 gewickelt, ist analog der in 1 gezeigten. Bei einem Stromfluss sind beispielhaft die verschiedenen Stromrichtungen in den Leitern 2, 3 durch Kreuze und Punkte angedeutet, wobei ein Kreuz für eine Stromflussrichtung in die Zeichenebene der Fig. hinein und ein Punkt für eine Stromflussrichtung aus der Zeichenebene heraus stehen. Alternativ kann die Stromrichtung auch umgekehrt oder in verschiedenen Spulen entgegengesetzt gerichtet sein. In der 2 sind beispielhaft zwei Spulen aus Leitern dargestellt, mit Windungen um den Spulenträger 4 herum gewickelt. Der Leiter 2 ist gestrichelt und der Leiter 3 mit durchgezogener Linie dargestellt. Es können aber auch ein oder mehr als zwei Spulen auf dem Träger 4 gewickelt sein. Der gezeigte runde Querschnitt ist ebenfalls nur beispielhaft dargestellt, bei bandförmigen HTS-Leitern ist der Querschnitt z. B. in der Regel rechteckig.
Die erfindungsgemäße Anordnung umfasst Kontakte 9, 9' elektrisch verbunden jeweils mit einem Leiter 2, 3. Die Kontakte 9, 9' können z. B. in Form von Kupferblechen oder -Streifen ausgebildet sein. Auch andere Formen und Materialien sind möglich. Der Leiter 2 ist mit einem Blech als Kontakt 9' elektrisch verbunden und der Leiter 3 ist ebenfalls mit einem Blech als Kontakt 9 elektrisch verbunden. Die zwei Bleche sind übereinander angeordnet, wobei der Stapel ausgehend vom und in einer Richtung senkrecht zum Spulenträger 4 gestapelt ist. Dabei soll im Weiteren der Kontakt 9 näher am Spulenträger 4 angeordnet als unterer Kontakt und der Kontakt 9' weiter weg vom Spulenträger 4 als oberer Kontakt bezeichnet werden. Der Leiter 3 ist mit dem unteren Kontakt 9 und der Leiter 2 mit dem oberen Kontakt 9' elektrisch direkt verbunden. Die Kontakte 9, 9' sind in der Regel von einer elektrischen Isolierung umgeben und somit gegen einen direkten Stromfluss zwischen den Kontakten 9, 9' elektrisch isoliert.
Die Kontakte 9, 9' sind jeweils mit einer Kontakteinrichtung 6, 6' versehen, z. B. einem Strom-Bolzen mit Gewinde 11. Im Kontakt 9, 9', z. B. einem Kupfer- oder Stahlblech, ist eine Bohrung mit Innengewinde 11 eingebracht, in welche der Strom-Bolzen 6, 6' mit seinem Ende mit Außengewinde 11 eingeschraubt ist. Das Ende kann denselben Durchmesser aufweisen wie der Rest des Strom-Bolzens 6, 6' oder einen größeren oder kleineren Durchmesser. Bei einem kleineren Durchmesser ist der Vorteil, dass der Strom-Bolzen 6, 6' bis zu einem Anschlag in den Kontakt 9, 9' eingeschraubt werden kann. Über die Schraubverbindung ist ein guter elektrischer Kontakt zwischen der Kontakteinrichtung 6, 6' z. B. in Form eines Strom-Bolzens und dem Kontakt 9, 9' in Form z. B. eines Kupfer-Kontaktblechs gegeben und somit indirekt zwischen Leitung 2, 3 und Kontakteinrichtung 9, 9'.
Um einen direkten elektrischen Kontakt zwischen Kontakteinrichtung 6, welche im Weiteren der Einfachheit halber auch als Strom-Bolzen 6 bezeichnet wird, und dem im Stapel darüber befindlichen Kontakt 9', welcher im Weiteren der Einfachheit halber auch als Kupfer-Blech bezeichnet wird, zu vermeiden, ist im Kupfer-Blech 9' eine Ausnehmung 7 in Form einer Bohrung eingebracht, welche einen größeren Umfang aufweist als der größte Umfang des Strom-Bolzens 6 in dem Bereich. Ein direkter elektrischer Kurzschluss zwischen einem Kupfer-Blech 9 und einem im Stapel darüber befindlichen Kupfer-Blech 9' kann so ausgeschlossen werden, insbesondere bei elektrischer Isolation des Kupfer-Blechs 9 und/oder des Strom-Bolzens 6 im Bereich der Ausnehmung 7.
Der Spulenträger 4 mit Leitern 2, 3 und die Kupfer-Bleche 9, 9' sind von einer Isolierung 5 umgeben bzw. umhüllt, welche elektrisch isoliert und mechanische Stabilität verleiht. Der Bereich innerhalb der Isolierung 5 mit Spulenträger 4, Leitern 2, 3 und Kupfer-Blechen 9, 9' wird im Weiteren als Innen bezeichnet und der Bereich außerhalb als Außen. Die Strom-Bolzen 6, 6' führen vom Inneren ins Äußere und ermöglichen außerhalb der Isolierung 5 eine elektrische Verschaltung der im Inneren liegenden Leiter 2, 3 bzw. Spulen untereinander. Dazu können die Strom-Bolzen 6, 6' elektrisch miteinander verbunden werden, z. B. über eine Litze und/oder einen Bügel 8, welcher im Weiteren nur noch als Bügel 8 bezeichnet wird. Der Bügle 8 kann z. B. die Form eines Bleches z. B. aus Kupfer oder Stahl aufweisen, mit Innenbohrungen versehen mit Innengewinde 11, in welche die Strom-Bolzen 6, 6' mit einem Ende mit Außengewinde 11 eingeschraubt sind. Wie in 2 dargestellt weisen die Strom-Bolzen 6, 6' in diesem Fall an beiden Enden längs ihrer Zylinderform Gewinde 11 auf, wobei ein Gewinde 11 zum Einschrauben in das Kupfer-Blech 9, 9' dient und das andere Gewinde 11 zum Einschrauben in den Bügle 8 vorgesehen ist. Alternativ zu verschraubt können die Strom-Bolzen 6, 6' auch elektrisch leitende verklebt, gelötet oder anders verbunden sein.
Wie in 3 im Detail dargestellt ist, sind bei mehr als zwei Leitern 2, 3 mit mehr als zwei Kontakten 9, 9' die Kontakte 9, 9' jeweils mit einer Ausnehmung mit Gewinde 11 versehen, in welche ein Strom-Bolzen 6, 6' geschraubt werden kann. Entsprechend der Zahl an Kontakten 9, 9', welche unterhalb eines Kontaktes 9, 9' im Stapel angeordnet sind, sind Ausnehmungen 7 vorgesehen. Wie in der Aufsicht A und der Seitenansicht B in 3 dargestellt ist, kann ein Kupfer-Blech 9 bzw. Kontakt quaderförmig ausgebildet sein, mit einem rechteckigen Querschnitt. Auf einer flachen Oberseite sind die Ausnehmungen 7 und die Bohrung mit Gewinde 7 angeordnet, z. B. durchgehend durch das Blech 9 bis auf die Rückseite ausgebildet. An einer Seitenfläche kann der Leiter 2, oder 3 elektrisch leitend und mechanisch stabil befestigt sein, z. B. durch Löten.
In 4 ist ein Strom-Bolzen als Kontakteinrichtung 6, 6' beispielhaft im Detail dargestellt. Der Strom-Bolzen ist zylinderförmig ausgebildet mit zwei Enden, an welche sich jeweils Außengewinde 11 befinden. In der Haupt-Zylindermantelfläche des Strom-Bolzens können gegenüberliegend Vertiefungen 12 für ein Werkzeug zum Einschrauben des Strom-Bolzens in die Kontakte 9, 9' vorgesehen sein. Die Enden mit Gewinde 11 sind mit einem kleineren Durchmesser als der Hauptzylinder an dessen Enden ausgebildet, wodurch sich im Übergangsbereich zwischen Gewinde 11 und Hauptzylinder des Strom-Bolzens 6 ein Anschlag für die Verschraubung ausbildet. In diesem Bereich können jeweils Indiumfolien 10 z. B. in Form von Unterlegscheiben angeordnet sein. Diese führen zu einer Verbesserung des elektrischen Kontaktes zwischen Strom-Bolzen 6, 6' und Bügel 8 sowie zwischen Strom-Bolzen 6, 6' und Kontakt 9, 9' mit verbundenem Leiter 2, 3.
In 5 ist ein in 2 mit zwei Kontakten 9, 9' beispielhaft angedeuteter Stapel mit vier übereinander angeordneten Kontakten 9 vergrößert dargestellt, jeweils mit einem Strom-Bolzen 6 als Kontakteinrichtung an einem Kontakt 9 angeordnet und mit diesem elektrisch verbunden. Die Anzahl an Kontakten 9 und Kontakteinrichtungen 6 kann von der dargestellten Zahl abweichen, in der Regel ist die Anzahl abhängig von der Zahl der vorgesehenen Leiter 2, 3 bzw. Spulen, d. h. z. B. pro Leiter 2, 3 ist ein Kontakt 9 und eine Kontakteinrichtung 6 vorgesehen.
Wie in 5 dargestellt weisen die Kontakte 9 die gleiche äußere Form auf, mit Ausnahme des Bereichs der Verschraubung der Strom-Bolzen 6. Die Strom-Bolzen 6 sind ebenfalls alle gleich geformt, jedoch mit unterschiedlicher Länge. Die Länge ist abhängig von der Lage des Kontaktes 9, in welchen der Strom-Bolzen 6 jeweils geschraubt ist. Die Kontakte 9 in Form von quaderförmigen Blechen sind parallel zueinander und zum Spulenträger 4 in der Längsrichtung angeordnet. Dabei sind übereinander liegende Ausnehmungen 7 deckungsgleich übereinander ausgebildet, mit einer gemeinsamen Mittelachse bei zylinderförmigen Ausnehmungen 7, welche z. B. durch Bohrung hergestellt werden kann. Die Strom-Bolzen 6 sind mit ihrer Längsachse im Wesentlichen senkrecht zur Längsachse der quaderförmigen Kontakt-Bleche 9 angeordnet. Dabei findet jeweils die Verschraubung eines Strom-Bolzens 6 in einem quaderförmigen Kontakt 9 über ein Innengewinde 11 in einer Ausnehmung, z. B. Bohrung, im Kontakt-Blech 9 und über ein Außengewinde an einem Ende des Strom-Bolzens 6 statt. Zwischen Strom-Bolzen 6 und Kontakt 9 kann dabei jeweils in Form einer Unterlegscheibe eine Indiumfolie 10 für eine bessere elektrische Stromleitung vom Kontakt 9 zum Strom-Bolzen 6 hin angeordnet sein.
Ein Strom-Bolzen 6 ist jeweils wie zuvor beschrieben in einem Kontakt 9 verschraubt und die im Stapel über diesem Kontakt 9 angeordneten Kontakte 9 weisen übereinanderliegende Ausnehmungen 7 über dem Bereich der Verschraubung auf. Durch die übereinanderliegenden Ausnehmungen 7 ist der Strom-Bolzen 6 jeweils nach Außen geführt, senkrecht zu der Längsachse der Kontakte 9 und des Spulenträgers 4. Die Ausnehmungen 7 weisen die gleiche Form wie der Strom-Bolzen 6 im Bereich der Kontakte 9 auf, nur mit größerem Durchmesser verglichen mit dem Durchmesser des Strom-Bolzens 6. Dadurch kann der Strom-Bolzen 6 durch die Ausnehmungen 7 in den Kontakten 9 geführt werden, ohne in elektrischem Kontakt mit den Kontakten 9 zu stehen, mit welchen er nicht verschraubt ist, d. h. welche über dem Kontakt 9 liegen, mit welchem er verschraubt ist. So kann ohne Kurzschluss zwischen verschiedenen Kontakten 9 bzw. Leitern 2, 3 der Strom-Bolzen 6 vom Inneren zum Äußeren der Anordnung geführt werden.
Der Bereich zwischen Spulenträger 4 und z. B. GFK-Bandage als elektrischer Isolierung 5, in welchem sich die Leiter 2, 3 und Kontakte 9 befinden, kann mit einem Isolator ausgegossen sein. Alternativ oder zusätzlich können die Leiter 2, 3 und Kontakte 9 auch vollständig mit einem Lack beschichtet sein, mit Ausnahme der Bereiche der Befestigung der Leiter 2, 3 an den Kontakten 9, vgl. insbes. 3, und der Bereiche der Gewinde 11 und Indiumfolie 10, vgl. 5. Die Strom-Bolzen 6 können an ihrem Umfang, im schraffierten Bereich in 5, ebenfalls mit einer Isolation versehen sein. Außerhalb der Isolation 5 können die Strom-Bolzen 6 auf gleicher Höhe bzw.
Entfernung von der Isolation 5 enden, mit einem Gewinde 11 und einer Indiumfolie 10 wie zuvor in 2 beschrieben. Je nach Bedarf können die Strom-Bolzen 6 miteinander über die außerhalb der Isolation 5 angeordneten Gewinde 11 und/oder Indiumfolien 10 verschaltet, d. h. elektrisch verbunden werden. Dadurch werden entsprechend die Leiter 2, 3 bzw. Spulen, mit welchen die jeweiligen Strom-Bolzen 6 verschraubt sind, elektrisch miteinander verschaltet bzw. verbunden. Defekte Leiter 2, 3 können so nach Fertigstellung der Anordnung nachträglich ausgelassen werden, indem ihr jeweiliger Strom-Bolzen nicht elektrisch kontaktiert bzw. mit anderen Strom-Bolzen 6 verbunden wird. Ein beliebige gewünschte Verschaltung der Leiter 2, 3 ist möglich über entsprechende Verbindung der Strom-Bolzen 6. So können z. B. die Leiter 2, 3 parallel oder in Reihe miteinander elektrisch verbunden werden.
Die vorliegende Erfindung ist nicht auf die Ausführungsbeispiele beschränkt. Eine Kombination der Ausführungsbeispiele und/oder mit dem Stand der Technik ist möglich. So können z. B. die Strom-Bolzen 6 und/oder Ausnehmungen 7 auch andere als zylindrische Formen aufweisen. Als Materialien für die Bügle 8 kommen statt Kupfer auch Stahl oder andere Metalle in Frage. Statt Bügel 8 können auch andere Formen der elektrischen Verbindung der Strom-Bolzen 6 verwendet werden, wie z. B. verlötete Kabel oder Klebebrücken. Die Spulen 1 können verschiedene Formen aufweisen, sowohl was die Wicklung selbst als auch deren Reihenfolge betrifft. So können z. B. bei rechteckigem Spulenträger 4 rechteckige Spulen 1 gewickelt sein. Die Leiter 2, 3 können übereinander und/oder nebeneinander gewickelt sein und z. B. auch Formen wie den Rennbahn-Typ umfassen. Statt Strom-Bolzen 6 sind auch andere Formen wie Strom-Stäbe oder -Schrauben möglich. Auch als Materialien für die Strom-Bolzen 6 können neben Kupfer andere elektrisch leitende Metalle oder Stoffe wie elektrisch leitende Kunststoffe gewählt werden.
ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur

DE 19815096 A1 [0003]

Claims

Anordnung zum elektrischen Kontaktieren von elektrischen Leitern (2, 3) in Spulen (1), wobei die Leiter (2, 3) in Form von Windungen um wenigstens einen Spulenträger (4) gewickelt sind und elektrische Kontakte (9, 9') zum elektrischen Kontaktieren der Leiter (2, 3) aufweisen, dadurch gekennzeichnet, dass wenigstens eine Kontakteinrichtung (6, 6') zum elektrischen Kontaktieren wenigstens eines Leiters (2, 3) vorgesehen ist, welche in einem Winkel zum wenigstens einen Leiter (2, 3) und/oder zum Spulenträger (4) angeordnet ist und elektrisch mit wenigstens einem elektrischen Kontakt (9, 9') des wenigstens einen Leiters (2, 3) verbunden ist.
Anordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Leiter (2, 3) supraleitende, insbesondere Hochtemperatur-Supraleitende(HTS)-Leiter sind, und/oder in Form von Bändern ausgebildet sind.
Anordnung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Leiter (2, 3) von einer gemeinsamen Isolierung (5) umschlossen sind, insbesondere von einer Glasfaserverstärkten-Kunststoff(GFK)-Bandage als elektrischer Isolierung.
Anordnung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Winkel im Wesentlichen ein senkrechter Winkel ist.
Anordnung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Kontakteinrichtung (6, 6') ein Strom-Bolzen, insbesondere ein zylinderförmiger Strom-Bolzen ist.
Anordnung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass jeweils alle Kontakte (9, 9') einer Spule (1) gegeneinander elektrisch isoliert sind.
Anordnung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Leiter (2, 3) und/oder die Kontakte (9, 9') der Leiter (2, 3) jeweils wenigstens eine durchgehende Ausnehmung (7) aufweisen, insbesondere eine zylinderförmige Ausnehmung (7).
Anordnung nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, dass wenigstens eine Kontakteinrichtung (6, 6'), insbesondere ein Strom-Bolzen, jeweils durch die Ausnehmung (7) geführt ist.
Anordnung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Kontakte (9, 9') der Leiter (2, 3) in Form eines Stapels, insbesondere entlang einer im Wesentlichen senkrecht zur Oberfläche des Spulenträgers (4) verlaufenden Geraden, übereinander gestapelt angeordnet sind, wobei wenigstens ein Kontakt (9) mit einem Strom-Bolzen (6) versehen ist und alle oberhalb des wenigstens einen Kontakts (9) angeordneten Kontakte (9') übereinander liegende Ausnehmung (7) aufweisen, insbesondere deckungsgleich übereinander angeordnete Ausnehmungen (7), durch welche jeweils der Strom-Bolzen (6) geführt ist.
Anordnung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass Kontakteinrichtungen (6, 6') im Außenbereich der Anordnung miteinander elektrisch verschaltet sind, wodurch Leiter (2, 3) der Anordnung insbesondere parallel und/oder in Serie elektrisch miteinander verbunden sind.
Anordnung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass Kontakte (9, 9') flächig ausgebildet sind, insbesondere jeweils mit einer Kontaktzone, welche ein Gewinde (11) umfasst, in das Strom-Bolzen (6, 6') mit Gewinde (11) eingeschraubt sind.
Anordnung nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, dass zwischen der Kontaktzone und dem Strom-Bolzen (6, 6') eine Indiumfolie oder ein Indiumblech (10) angeordnet ist.
Anordnung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass im Außenbereich der Anordnung die Kontakteinrichtungen (6, 6'), insbesondere Strom-Bolzen, über Litzen und/oder Bügel (8), insbesondere aus Kupfer, elektrisch miteinander verbunden sind.
Anordnung nach Anspruch 13, dadurch gekennzeichnet, dass die Litzen und/oder Bügel (8) mit den Kontakteinrichtungen (6, 6'), insbesondere Strom-Bolzen, verschraubt sind, insbesondere mit Indiumfolie oder Indiumblech (10) zwischen Kontakteinrichtung (6, 6') und Litze und/oder Bügle (8) angeordnet.
Verfahren zum elektrischen Kontaktieren von elektrischen Leitern (2, 3) in Spulen (1), insbesondere nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass wenigstens zwei Leiter (2, 3), welche in Form von Windungen um wenigstens einen Spulenträger (4) gewickelt werden und jeweils wenigstens einen elektrischen Kontakt (9, 9') zum elektrischen Kontaktieren aufweisen, über wenigstens jeweils eine Kontakteinrichtung (6, 6'), welche in einem Winkel, insbesondere 90°, zum Leiter (2, 3) und/oder zum Spulenträger (4) angeordnet wird, elektrisch mit wenigstens einem elektrischen Kontakt (9, 9') des wenigstens einen Leiters (2, 3) verbunden wird, wobei die wenigstens zwei Kontakteinrichtungen (6, 6') im Außenbereich der Spule (1) insbesondere elektrisch miteinander verbunden werden.