-
Ringförmige Drosselspule, insbesondere Schaltdrosselspule für Kontaktumformer
Die Erfindung bezieht sich auf eine ringförmige Starkstromdrosselspule, insbesondere
eine Schaltdrosselspule für Kontaktumformer. Es ist bekannt, die Wicklung derartiger
Drosselspulen aus massiven Kupferformstücken zusammenzusetzen. Dabei hat man bisher
die einzelnen Formstücke durch Verlötung oder Verschraubung miteinander verbunden.
Bei einer derartigen Ausführung der Verbindungen kann es bei starken Stromstößen,
also beispielsweise bei Kurzschluß, vorkommen, daß die Lötung oder Verschraubung
aufreißt bzw. sich derart lockert, daß an der Verbindungsstelle ein erheblicher
Übergangswiderstand auftritt.
-
Durch die Erfindung werden diese Schwierigkeiten weitgehend überwunden.
Die Erfindung besteht darin, daß die Formstücke an ihren Stoßstellen lediglich durch
Federdruck miteinander verbunden sind. Der Federdruck wird dabei so groß bemessen,
daß auch bei den höchsten zu erwartenden Stromstößen ein ausreichender Kontaktdruck
an den Verbindungsstellen der Formstücke erhalten bleibt. Durch die Abfederung der
erfindungsgemäßen Verbindung der Formstücke wird erreicht, daß der Kontaktdruck
bei Dimensionsänderungen der Wicklungsteile, insbesondere infolge von Temperaturänderungen,
im wesentlichen konstant bleibt. Die Stoßbelastbarkeit der erfindungsgemäßen Drosselspule
ist gegenüber den bisherigen Ausführungen mit Löt- bzw. Schraubverbindungen wesentlich
erhöht.
-
Es ist bekannt, die Formstückwicklung aus von außen über den Kern
geschobenen U-förmigen Bügeln und im Innern des Kerns verlaufenden Stegen zusammenzusetzen.
Bei einer derartigen Ausbildung der Wicklung wird die Erfindung mit Vorteil derart
ausgeführt, daß die Stege parallel zur Spulenachse verlaufen und daß die Schenkel
der Bügel durch in Achsrichtung wirkende Federkräfte auf die Endquerschnitte der
Stege aufgedrückt sind. Der Windungsschritt rnuß in diesem Fall durch eine- Verschränkung
der Bügel hergestellt werden. Zur Herstellung des Federdruckes sind mit Vorteil
die oberen bzw. unteren Stoßstellen der Bügel und Stege durch je einen Flansch überdeckt
und die beiden Flansche durch einen zentralen, mit Federn, vorzugsweise Tellerfedern,
unterlegten Schraubenbolzen zusammengespannt. Eine gleichmäßige Verteilung der Federkräfte
der Tellerfedern auf die einzelnen Verbindungsstellen kann dadurch erreicht werden,
daß zwischen den Flanschen und jeder Stoßstelle weitere vorgespannte Tellerfedern
angeordnet sind. Nach einem weiteren Erfindungsgedanken kann zwischen den Flanschen
und den Bügelschenkeln je ein Zwischenring liegen, der erhebliche Teile der Bügelschenkel
überdeckt und oberhalb der Steuerquerschnitte Paßbohrüngen zur Aufnahme von Tellerfedern
aufweist, deren Vorspannkräfte insgesamt kleiner sind als die Vorspannkräfte der
dem zentralen Schraubenbolzen zugeordneten Tellerfedern. Der Zwischenring überträgt
einen Teil der Vorspannkraft der zentralen Tellerfedern auf die Bügelschenkel und
hat die Aufgabe, bei einem Ilberstromstoß einer Verwindung der Bügelschenkel entgegenzuwirken.
Durch Stifte, die in Paßbohrungen der Bügel, der Stege und der Zwischenringe angeordnet
sind, kann die Lage der Bügel und Stege relativ zueinander gesichert werden. Dadurch
wird gleichzeitig eine Abstandsänderung benachbarter Stege und Bügelschenkel verhindert,
so daB bei einem Stromstoß kein Windungskurzschluß auftreten kann.
-
Bei den üblichen Schaltdrosselspulen mit Ringbandkern hat die Wicklung
einen rechteckigen Querschnitt. Sie hat bei Stoßüberbelastung das Bestreben, unter
der Wirkung der elektrodynamischen Kräfte einen kreisförmigen Querschnitt anzunehmen.
Gemäß der weiteren Erfindung kann daher mit Vorteil zwischen den Stegen ein federnd
ausgebildeter zentraler Einsatz vorgesehen sein, der mit Vorspannung an den Stegen
anliegt und einer Verringerung des diametralen Abstandes der Stege entgegenwirkt.
Es ist an sich bekannt, zur Erhöhung der Kurzschlußfestigkeit von ringförmigen Drosselspulen
im Ringfenster starre Einsätze vorzusehen; der im Rahmen der vorliegenden Erfindung
verwendete federnde Einsatz hat demgegenüber den Vorteil, daß er stets kraftschlüssig
an den Stegen anliegt, so daß eine eventuelle Verformung der Stege bereits in ihrem
Beginn abgefangen wird. Der zentrale Einsatz kann aus zwei Ringen mit
einander
zugekehrten konischen Außenflächen bestehen, die durch mehrere Schraubenbolzen mit
einem nach innen zu konisch ausgebildeten Isolierring, der an einer Stelle seines
Umfanges durchgetrennt ist und an den Stegen anliegt, mit Selbsthemmung verspannt
sind. Sämtliche im Innern der Drosselspule angeordneten Teile wird man derart ausbilden,
daß sie einen ausreichenden Durchtritt eines Kühlmittelstromes, beispielsweise eines
Luftstromes, gestatten; insbesondere wird man zu diesem Zweck die Flansche mit Durchbrechungen
versehen.
-
Die Fig. 1 und 2 zeigen ein Ausführungsbeispiel der Erfindung.
-
Fig. 1 stellt einen axialen Querschnitt durch eine Schaltdrosselspule
dar. Mit 1 ist der Kern der Spule bezeichnet, der aus z. B. vier übereinanderliegenden
Ringbandeinzelkernen besteht. Über die Außenseite des Kerns sind U-förmige Büge12
geschoben, die im Innern des Kerns durch Stege 3, die parallel zur Spulenachse verlaufen,
miteinander verbunden sind. Der im Bügel 2 liegende Windungsschritt ist in Fig.
2 der Einfachheit halber nicht berücksichtigt. Die Bügel und Stege bilden in der
Projektion auf die Zeichenebene den rechteckigen Wicklungsquerschnitt der Spule.
-
Wie sich aus Fig. 1 ergibt, liegen die Schenkel der Bügel 2 ohne weitere
Verbindungselemente auf den Endquerschnitten der Stege 3. Der erforderliche Kontaktdruck
wird durch zwei Flansche 5 hergestellt, die durch einen zentralen Schraubenbolzen
4 zusammengespannt sind. Zwischen dem. Kopf der Schraube 4 bzw. der Mutter 6 und
den Flanschen 5 sind Pakete von z. B. parallel geschalteten Tellerfedern 7 angeordnet,
deren Vorspannung den Kontaktdruck erzeugt. Zwischen den Flanschen 5 und den Schenkeln
der Bügel 2 liegt ein Ring 8 aus Isoliermaterial, der oberhalb der Endquerschnitte
der Stege 3 Bohrungen 9 aufweist. In den Bohrungen 9 liegt je ein weiteres Paket
von Tellerfedern 10 und eire Einsatz 11 aus Isoliermaterial, der in die Bahrung
9 eingepaßt ist. Die Summe der Vorspannkräfte der Tellerfedern 10 ist kleiner als
die V orspannkräfte der Tellerfedern 7, die dem Zentralbolzen 4 zugeordnet sind.
Beiderseits der Pakete der Tellerfedern 10 sind harte Metallscheiben 12 vorgesehen,
die ein Eingraben der Tellerfedern in Bügel 2 bzw, den Isoliereinsatz 11
verhindern. Die Flansche 5 weisen Durchbrechungen 5c, auf, die den Durchtritt eines
Kühlmittels, z. B. eines Leitstromes, ermöglichen.
-
Die Stege 3, die Schenkel der Bügel 2 und die Isolierscheibe 11 besitzen
Paßbohrungen, in denen ein Stift 13 angeordnet ist. Bei starken Stromstößen stützen
sich die Paßstifte 1.3 und damit auch die Leiter 2 und 3 über die Isolierscheiben
11 an dem Zwischenring 8 ab, so daß eine Lageänderung der Leiter verhindert und
ihr Isolationsabstand erhalten wird. Die Paßstifte13 führen gleichzeitig die Tellerfedern
10. Zwischen .den Paßstiften 13 und dem Boden der im Steg 3 vorgesehenen Bohrung
können Federn 14 vorgesehen sein.
-
Wie aus der Figur hervorgeht, haben die Tellerfedern 7 ein derartiges
Profil, daß sie sich narr linienförmig berühren. Dadurch .ergibt sich bei der Verformung
der Federn ein wesentlich geringerer Verlust durch Reibungsarbeit als bei flächenhafter
Berührung und demzufolge ein wesentlich genauerer Zusammenhang zwischen Federkraft
und Federweg, also eine in engen Grenzen vorbestimmbare Federkennlinie des Paketes.
Die gleiche Wirkungsweise .des Fcderpalsetes hann auch mit konischen Tellerfedern
üblicher Form erreicht werden, die durch besondere Abstandhalter, beispielsweise
Ringe aus Stahldraht, voneinander getrennt sind. In gleicher Weise können die Tellerfedern
10 ausgebildet sein.
-
In halber Höhe der Stege 3 ist ferner ein zentraler Einsatz 15 vorgesehen.
Der Einsatz besteht aus zwei Ringen 16, deren Außenflächen 17 konisch ausgebildet
sind. Die beiden Ringe 16 werden durch drei Schraubenbolzen 18, von denen zwei sichtbar
sind, gegeneinander gespannt. Unter den Köpfen der Schraubenbolzen 18 liegt je ein
Paket vorgespannter Tellerfedern 19.
-
Zwischen den konischen Ringen 16 und den Stegen 3 ist ein Ring 20
angeordnet, der mindestens am Umfang aus Isolierstoff besteht und auf seiner Innenseite
ein den Kegelflächen 17 entsprechendes keilförmiges Profil besitzt. Der Ring 20
ist mindestens an einer Stelle seines Umfanges durchgetrennt, so daß er spreizbar
ist. Der Winkel zwischen den Konusflächen 17 und der Horizontalen ist so groß gewählt,
daß bei Kräften, die senkrecht zur Spulenachse im Sinne einer Verminderung des diametralen
Abstandes der Stege 3 wirken, kein Gleiten auftritt (Selbsthemmung), so daß diese
Kräfte reicht von den Schrauben 18, sondern von den Ringen 16 aufgenommen werden.
Bei einer Vergrößerung des Abstandes der Stege 3 weitet sich dagegen der Ring 20
unter dem Druck :der Scheiben 16 bzw. der Tellerfedern 19 auf, so daß er an den
Stegen 3 stets kraftschlüssig anliegt. Die Tellerfedern 1.9 können in der gleichen
Weise ausgebildet sein wie die Tellerfedern 7.
-
Zu-r weiteren Sicherung der Wicklung gegen Formänderungen ist der
Rücken des Bügels 2 durch aufgesetzte Platten 25, die im wesentlichen über die ge-Samte
Länge des Bügelrückens durchlaufen, mechanisch vcrsteift. Außerdem weist der Bügel
Kühlplatten 26 auf, die jedoch zur besseren Wärmeabführung durch Lücken 27 unterbrochen
sind, so daß sie zur.- Versteifung des Bügels nicht wesentlich beitragen können.
Die senkrecht zur Spulenaebse liegenden, verhältnismäßig kurzen Sehenkel der Bügel
benötigen im allgemeinen keine zusätzliche Verstxifung, zumal sie bereits durch
die Zwischenringe 8 abgestützt sind.
-
In der Fig.2 ist die Schaltdrossel nach Fig. 1 in der Draufsicht dargestellt.
Die Hinweiszeichen haben die gleiche Bedeutung wie in Fig, 1.. Die Figur läßt erkennen,
daß der Windungssehritt durch eine Verschränkung .der Schenkel 2,1 und 2 b der Bügel
2 zustande kommt, von denen nur .einer dargestellt ist. Bei dem vorliegenden ist
der obere Bügelschenkel 2u mit dem Steg 3ra, der untere (punktiert gezeichnete)
Bügelschenkel 2 b mit dem Steg 3b verbunden,