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Spulenaufbau für Transformatoren od. dgl. elektrische Wicklungsanordnungen
Die Erfindung betrifft den Spulenaufbau für Transformatoren oder dergleichen elektrische
Wicklungsanordnungen mit einem mechanisch und thermisch widerstandsfähigen Spulentragkörper,
insbesondere in Rohrform, vorzugsweise mit Längsschlitz, einem darum spiralförmig
gewickelten Leiter aus einer galvanisch mit einer Oxydschicht versehenen Aluminiumfolie
und mit einer diesen Wickel umschließenden feuerfesten mineralischen Isolationsmasse
als Mittel zum Verhindern von Kurzschlüssen zwischen den Windungslagen an den Stirnseiten
des Wickels.
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Zu diesem Zweck ist es bekannt, die Stirnseiten der Folie mit einer
dünnen Isolierstoff schicht, z. B. aus Schellack, abzudecken, die jedoch die Kanten
des Streifens keinesfalls ausreichend gegen ein insbesondere bei Transformatoren
auftretendes Verschieben der Windungen gegeneinander sichert. Außerdem ist die thermische
Widerstandsfähigkeit von Schellack gering.
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Bei anderen bekannten, aus spiralförmig gewickeltem Leiterband, z.
B. Aluminium mit Oxydisolation, bestehenden Wicklungen für Transformatoren oder
dergleichen Wicklungsanordnungen, deren Spulentragkörper aus einem Kern von ferromagnetischem
Material besteht, hat man die gesamte Spule einschließlich der Stirnseiten zur Verhinderung
des Feuchtigkeitseintritts in die Wicklung mit einer Isoliermasse aus Glas, Keramik,
Epoxydharz od. dgl. versehen. Das Einbetten in eine mineralische Isoliermasse erfolgt
hier nur zwecks Einhalten der Konstanz von Permeabilität und Induktionswiderstand
der Spule, die durch Einlagerung von ferromagnetischem Pulver in die Isoliermasse
einen anderen Wert erhalten kann. Das Problem der Erzielung einer hohen mechanischen
und thermischen Widerstandsfähigkeit eines Folienwickels gegen ein Verschieben der
Folienlagen gegeneinander zwecks Kurzschlußvermeidung an den Stirnseiten ist bei
diesen Spulen nicht ausdrücklich in Betracht gezogen und auch nicht befriedigend
gelöst.
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Die hohe mechanische und thermische Widerstandsfähigkeit ist jedoch
entscheidend, wenn die natürliche Oxydschicht eines Folienwickels, die erforderlichenfalls
durch eine geeigneteEloxierung od. dgl. verstärkt werden kann, als Windungsisolation
ausreichend sein soll. Eine derartige Isolationsschicht kann man zwar auf der Folienoberfläche
bilden, aber es ist schwierig, sicherzustellen, daß die Kanten der Folie durch diese
Schicht ausreichend bedeckt sind, weil die Kanten ungleiche Umrisse sowie scharfe
Ecken und Grate haben, die beim Zuschneiden einer solchen Folie entstehen. Diese
unebenen oder sogar mit einem Grat versehenen Kanten der aufeinanderfolgenden Windungen
der Spule liegen dabei übereinander. Auch dann, wenn bei der Fertigung einer solchen
Spule die Isolation zunächst ausreichend ist, kommt es durch die geringfügigen Bewegungen
zwischen den Windungen, die beispielsweise beim Erwärmen oder Abkühlen der Spule
während des Betriebes auftreten, zu einer teilweisen Zerstörung der isolierenden
Schicht mit dem Ergebnis, daß der Isolationswert zwischen den Windungen während
des Betriebes schlechter wird.
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Um diese Mängel zu beseitigen, ist gemäß der Erfindung vorgesehen,
daß als mineralische Isolationsmasse eine glasartige Emaille verwendet wird, daß
der Spulentragkörper den Wickel an den Stirnseiten überragt, und daß die Emaille
den durch den vorspringenden Tragkörperteil und die Stirnseite des Wickels gebildeten
Zwickelraurn hohlkehlenförmig ausfüllt und in fester Verbindung mit den den Zwickelraum
begrenzenden Teilen steht.
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Bei diesem Spulenaufbau ist jegliche Relativbewegung, die nach kurzer
Zeit zu Windungsschlüssen führen kann, ausgeschlossen. Eine besondere Vorbehandlung
der durch Längsschneiden gratigen Folienstreifen ist nicht erforderlich. Der durch
den vorspringenden Tragkörperteil und die Stirnseiten des Wickels gebildete Zwickelraum
wird in einem Arbeitsgang von der glasartigen Emaille hohlkehlenartig ausgefüllt.
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Somit ist im Gegensatz zu denjenigen bisher gebräuchlichen Spulenanordnungen,
bei denen ein mehrfaches aufeinanderfolgendes Tauchen und Brennen
desselben
erforderlich ist, um eine genügende Isolationsschicht zu erhalten, bei dem Spulenaufbau
gemäß der Erfindung nur ein einmaliges Tauchen und Brennen erforderlich. Im Gegensatz.
zu den anderen bekannten Spulen, bei denen die Isoliermasse den Wickel mit etwa
gleicher Schichtstärke umschließt, ist die Schichtstärke bei dem Spulenaufbau gemäß
der Erfindung nur an den gefährdeten Stellen verstärkt, wodurch eine erhebliche
Ersparnis an Isoliermasse vorhanden ist.
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Bei weiteren bekannten Spulen, insbesondere Zündspulen für Verbrennungsmotoren,
verwendet man einen Spulenaufbau, bei dem die Wicklungen in einen Preßling aus synthetischem,
thermoplastischem oder wärmehärtendem Material eingebettet sind, der einen guten
Schutz gegen Witterungseinflüsse bietet. Der Zwickel zwischen dem Wickel und dem
Tragkörper dieser Spule ist zwar durch das Material des Preßlings ausgefüllt, aber
dieses Material bildet eine sehr dicke, den ganzen Spulenaufbau umgebende Schicht,
und außerdem ist diese Spule keine Folienspule, sondern aus Draht gewickelt, so
daß die durch die vorliegende Erfindung gelöste Aufgabe dort nicht berührt wird.
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Im ganzen gesehen ist der beanspruchte Spulenaufbau sehr einfach in
der Herstellung, außerordentlich kompakt und widerstandsfähig, und ein den Spulenaufbau
nach der Erfindung verwendender Transforinator hat einen sehr hohen Wirkungsgrad.
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Als mineralische Isoliermasse wird eine handelsübliche, harte, dichte,
glasartige Emaille verwendet, deren Brenntemperatur unterhalb der Schmelztemperatur
der verwendeten Folie liegt. Eine derartige Emaille dringt in sehr geringem Ausmaß
zwischen die Kanten der Folienwindungen und hält, zu einer widerstandsfähigen, glasartigen
Masse abgebunden, diese Kanten unverrückbar fest.
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In weiterer Ausgestaltung der Erfindung besteht der Spulenaufbau aus
einem Wickel mit zwei an einem oder beiden Enden in bekannter Weise zusammengeschalteten
und quer zu ihrer Längsrichtung versetzten Leitern, deren Kanten bzw. Schmalseiten
über ihre gesamte Länge etwa um die Streifendicke gegeneinander versetzt sind.
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Hierbei können die beiden Folienstreifen gleich breit und um ein Geringes,
z. B. 6 inm, gegeneinander quer zur Längsrichtung versetzt sein. Man wird
bei dieser Ausführungsform vorteilhafterweise beide Flächen der Folienstreifen eloxieren.
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Man kann auch zwei Folienstreifen unterschiedlicher Breite verwenden
und den schmaleren Folienstreifen so anordnen, daß die aufeinanderfolgenden Windungen
des breiteren Streifens mit beiden Kanten bzw. Schmalseiten über-den schmaleren
Streifen herausragen.
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Insbesondere bei der zuletzt genannten Ausführungsform kann auf die
Eloxierung eines der beiden FOlJeristreifen verzichtet werden,. so daß in diesem
Fall mindestens ein Folienstreifen eloxiert ist und die Eloxierung sich sowohl über
die Breitseiten als auch um die Kanten des Folienstreifens herum erstreckt. Der
aufgebrachte Schutzbelag füllt hierbei die von den Folienstreifen beiderseits gebildeten
Hohlräume aus.
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Bei Hochkantwicklungen, bei denen die Kanten zweier Wicklungen auf
dem Spulenkörper nebeneinanderliegen, ist das Versetzen dieser Kanten zwecks Bilden
von Kühlrippen bekannt.
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Der für das Wickeln des oder der Folienstreifen verwendete Tragkörper
ist, wie an sich bekannt, vorzugsweise geschlitzt und aus Stahl. Der Schutzbelag
füllt die Ecken aus, die von dem Stahlkörper und den Seitenflächen der Wicklung
gebildet werden.
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In der Zeichnung ist ein Ausführungsbeispiel der Erfindung schematisch
dargestellt. Es zeigt Fig. 1 eine perspektivische Ansicht einer Spule zum Teil im
Schnitt, Fig. 2 einen Teil der Wicklung gemäß Fig. 1 und Fig. 3 und 4 zwei andere
Ausführungsformen der Wicklung im Schnitt.
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Die in Fig. 1 und 2 gezeigte Wicklung hat mehrere Windungen 5, wobei
jede Windung eine Folienstärke und -breite hat, die der geforderten Stromstärke
entspricht.
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Beim Zuschneiden der Folie ist darauf zu achten, daß die Kanten der
geschnittenen Folienstreifen so gleichmäßig wie möglich sind und ein möglichst geringer
Grat entsteht. Es ist jedoch nicht notwendig, die Kanten nachträglich besonders
zu entgraten oder in anderer Form zu bearbeiten. Nach dem Zuschneiden wird der Folienstreifen
in bekannter Weise eloxiert, damit er auf allen Seiten eine isolierende Schicht
erhält.
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Nachdem die Wicklung finit der üblichen Spannung gewickelt worden
ist, erhält sie einen Emailleüberzug 6, der an ihren Seiten einen hohlkehlenartigen
Füll- oder Schutzüberzug 7 für die Kanten der übereinanderliegenden Windungen 5
bildet. Das Isolierinaterial, das zu einer harten Masse wird, ist eine glasartige
Emaille. Nach Erhärten .der Emaille hat man eine dauerhafte und widerstandsfähige
Wicklung, bei der jede denkbare Bewegung der Windungskanten ausgeschlossen und jede
Verschlechterung der Isolationseigenschaften während der Lebensdauer der Spule ausgeschaltet
ist.
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Wenn bei der Prüfung der Wicklung der geforderte Isolationswert erreicht
wird, dann ist durch den die Windungskanten überdeckenden Emaillelack sichergestellt,
daß diese während der gesamten Lebensdauer der Spule im wesentlichen erhalten bleibt,
da jede Möglichkeit der Bewegung der Kanten der Windungen 5 durch den Schutzbelag
7 verhindert wird.
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In der gezeigten bevorzugten Ausführungsform der Wicklung gemäß Fig.
1 wird der Folienstreifen auf einen röhrenartigen Stahlkörper unter Dazwischenlegen
einer Isolierschicht 10 aufgewickelt. Der Stahlkörper 8 ist bei 9 in Längsrichtung
geschlitzt und geringfügig breiter als der Folienstreifen. Der hohlkehlenartige
Füll- bzw. Schutzbelag 7 ist so ausgebildet, daß er die von den Windungen 5 und
den überragenden Enden des Stahlkörpers 8 gebildeten Ecken ausfüllt. Auf diese Weise
erhält man eine besonders haltbare und widerstandsfähige Spuleneinheit, in die ohne
wesentliche Gefahr einer Beeinträchtigung der Wicklung magnetische Kernbleche üblicher
Form eingeschoben werden können.
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Die Fig. 3 und 4 zeigen andere Wicklungsarten, bei denen unterbunden
wird, daß die Kanten der aufeinanderliegendenWindungen 5 miteinander Kontakt bekommen.
In den beiden gezeigten Ausführungsformen wird die Wicklung so hergestellt, daß
die Kanten der benachbarten Windungen 5 sich nicht unmittelbar berühren. Gemäß Fig.
3 werden zwei eloxierte Folienstreifen 51 und 52 gleicher Breite und Stärke verwendet.
Sie sind jedoch gegeneinander quer zur Längsrichtung versetzt gewickelt, so daß
die beiden Kanten der Folienstreifen 51 und 52 einen Abstand voneinander haben,
der etwa der Stärke der Folienstreifen 52 oder 51 entspricht.
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Gemäß Fig. 4 wird ein eloxierter Folienstreifen 53 finit einem dazwischenliegenden
unbeschichteten Folienstreifen
54 verwendet. Hierbei ist der Folienstreifen
54 schmaler und stärker als der eloxierte Folienstreifen 53. Die Kanten des Folienstreifens
53 können nicht unmittelbar miteinander in Berührung kommen. Auch in diesem Falle
sind, wie in Fig.1 und 2 dargestellt, die Seiten der Spule durch einen Belag aus
Isoliermaterial geschützt. Bei der Herstellung wird nach dem bekannten Wickeln des
oder der Folienstreifenzu einer spiralförmigenWicklung derBelag in flüssigem oder
halbflüssigem Zustand auf diese aufgebracht und die fertige Wicklung bei einer durch
den Belag bestimmten Temperatur gebrannt bzw. erhitzt.