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Längenausgleich für die Drahtwindungslagen elektrischer Spulen Lagenwicklungen
werden beispielsweise für Hochspannungsgeräte, insbesondere Transformatoren und
Drosselspulen, mit axial fortschreitenden Drahtwindungen hergestellt, wobei vorgesehen
wird, eine bestimmte Windungszahl in einer Lagenlänge unterzubringen. Da -die Windungsbreiten
praktisch nicht stetig, sondern gestuft zur Verfügung stehen und zum anderen, weil
die rechnerische Länge bei der Herstellung nicht genau eingehalten werden kann,
so daß eine Toleranz zu berücksichtigen ist, bleibt eine axiale Restbreite von Windungen
frei, die beim Wickeln mit Isolierbeilagen ausgefüllt wird. Diese Isolierbeilagen
stellen den sogenannten Längenausgleich dar.
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Es ist nicht möglich, nach Fertigwickeln der Lage den Isolierstoffstreifen
in einem Stück vorzusehen, weil die Lage unsymmetrisch würde. Man war daher bemüht,
diese Isolierstoffstreifen zwischen viele Windungen zu verteilen. Praktisch stellt
sich aber erst nach dem Wickeln einer bestimmten Windungszahl heraus, welche Lagenlänge
für die Wicklung benötigt wird, so daß die zwischen die Windungen verteilten Isolierstoffstreifen
nach demEnde der gewählten Lage hin häufiger und/oder breiter werden, so daß beispielsweise
eine Windungsverteilung nach F i g. 1 entsteht. In F i g. 1 sind mit 1 die Windungen,
mit 2 die vorgesehenen Isolierstoffstreifen zum vor dem Wickeln kalkulierbaren Längenausgleich
und mit 3 die im Endbereich der gewickelten Lage von den Isolierstoffstreifen 2
in ihrer Dicke abweichenden Isolierstoffstreifen bezeichnet, mit denen genau die
gewünschte Lagenlänge L erreicht wird.
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Dieses bekannte Längenausgleichsverfahren hat den Nachteil, daß immer
noch eine gewisse Unsymmetrie in Kauf genommen werden muß. Erst bei mehreren Wickelversuchen
könnte so viel Erfahrung über die praktisch zu wählende Größe der Isolierstoffbeilagen
vorliegen, daß es gelingt, für die ganze Lage durchweg gleiche Isolierstoffstreifen
vorzusehen, so daß eine symmetrische Lage entsteht. Dieses Verfahren kann auch deshalb
keine Exaktheit erreichen, weil die Dicke der Isolierstoffstreifen praktisch nicht
beliebig auswählbar ist, da die Isolierstoffstreifen vorgefertigt sind und in genormter
Dickenstufung vorliegen.
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Dieses bekannte Verfahren hat ferner den Nachteil, daß es das Wickeln
mit einer die Drähte führenden und andrückenden Anpreßvorrichtung erschwert oder
gar unmöglich macht, da die Isolierstoffstreifen 2 nachträglich zwischen die Windungen
eingeschlagen werden. Die Erfindung vermeidet diese Nachteile. Sie erreicht überdies
einen »mechanisierbaren« Längenausgleich, der bei der Herstellung von Lagenwicklungen
auf Wickelmaschinen ohne Stillstand der Wickelmaschine anwendbar ist, die Lagenlänge
L exakt einhält und eine symmetrische Wicklung ergibt.
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Ferner kann der Längenausgleich für im Querschnitt keilförmige Lagen
auf eine Stelle konzentriert und auf durchweg mit Steigung gewickelte Lagen angewendet
werden, ohne daß der Drahtübergang an der Ausgleichsstelle mit besonderen Vorrichtungen
wie Zangen od. dgl. gekröpft zu werden braucht.
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Die Erfindung bezieht sich auf einen Längenausgleich für die Drahtwindungslagen
einer elektrischen Spule, z. B. für die Lagen der Wicklungen von Hochspannungsgeräten,
insbesondere mit fester Lagenisolation mit keilförmigem Querschnitt, und besteht
darin, daß an einer oder an wenigen Stellen, insbesondere an einer Stelle, und zwar
in der Lagenmitte, ein Isolierstoff-Ausgleichsstück von der Form einer Windung einer
Wendel eingesetzt ist, das aus zwei Teilen mit gleichem Rechteckquerschnitt
h' # ä besteht, wobei h' die kleiner oder gleich der radialen Drahthöhe
h gewählte Höhe und a' die entsprechend der axialen Ausgleichslänge a gewählte Breite
jedes der beiden Teile ist, und daß die zwei Teile des Isolierstoff-Ausgleichsstückes
an ihrem einen Stirnende zusammengefügt und so zugeschnitten sind, daß die Länge
des Isolierstoff-Ausgleichsstückes gleich dem Umfang einer Windung an der Ausgleichsstelle
ist und die Teile des Isolierstoff-Ausgleichsstückes an ihrem entgegengesetzten
Stirnende einen schrägen Zuschnitt mit einer Spitze erhalten, deren Winkel gleich
dem Steigungswinkel a ist, unter dem die Drahtwindung infolge des zwischen der zuvor
aufgewickelten und der danach aufgewickelten Drahtwindung eingeschobenen Isolierstoff-Ausgleichsstückes
gekröpft ist.
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Die F i g. 1 und 2 zeigen eine Lagenwicklung mit bekanntem Längenausgleich
der Lagen. An Hand der
in den F i g. 3 bis 8 gezeichneten Beispiele
für Lagenwicklungen mit Längenausgleich werden Ausführungsformen der Erfindung erläutert.
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F i g. 1 zeigt eine im Querschnitt keilförmige Windungslage, bestehend
aus den Drähten 1. Die Achse der Windungslage ist strichpunktiert eingezeichnet.
Zwischen den Drähten 1 werden nach dem Aufwikkein einiger Drähte die Isolierstoffstreifen
2 eingeschlagen. Im rechten Teil der Lage erkennt man, daß, um die Lagenlänge
L zu erreichen, bei gegebener Drahtbreite b weitere, von den bisherigen Isolierstoffstreifen
2 abweichende Isolierstoffstreifen 3 vorgesehen sind. Die Abweichung besteht
in dieser Ausführung des Längenausgleichs darin, daß statt jeweils einem Isolierstoffstreifen
2 zwischen den benachbarten Windungen zwei oder drei Isolierstoffstreifen vorgesehen
sind. Die Anordnung der Isolierstoffstreifen 2 ist im allgemeinen vorausberechnet,
während die Anordnung der Isolierstoffstreifen 3 sich erst bei der Fertigung ergibt.
Die im Querschnitt keilförmige M'indungslage wird dadurch erzwungen, daß zwiscläen
die vorhergehende Windungslage 4 und die aufgev:ickelte Lage mit den Windungen
1 eine im Querschnitt keilförmige feste Isolation 4 vorgesehen wird.
Dieser Isolierkeil 4 wird beispielsweise auf die vorhergehende Drahtlage
4' aufgewickelt, indem einzelne Papierbahnen spiralförmig mit dem Messer
zugeschnitten und aufgewickelt werden. Der so entstehende Papierkeil 4 hat seine
Spitze an der Stelle, wo die Verbindungsleitung 1' zwischen der schon gewickelten
Lage 4' und der neuen Lage mit den Drähten 1 verläuft; der Pfeil 5
zeigt die axiale Wickelrichtung der neuen Lage an. Zwischen der Drahtlage
4' und dem Isolierkeil 4 kann auch ein Kühlkanal vorgesehen werden.
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F i g. 2 zeigt eine Draufsicht auf die Lage nach der F i g. 1, die
mit der Lagen-Verbindungsleitung 1' beginnt und deren Drähte 1 in Richtung
des Pfeiles 6
auf den Umfang gewickelt werden. Die Darstellung der F i g.
2 ist eine verkürzte Zeichnung der Abwicklung. Sie gibt den Verlauf der einzelnen
Windungen wieder, wie er bei den bekannten, mit Steigung gewikkelten Lagenwicklungen
aussieht. Bei diesen Lagenwicklungen wird nämlich verlangt, daß die Stirnseiten
der Lagen, d. h. die Windung 1, die auf die Verbindungsleitung
1' folgt, eben sind, weil beispielsweise darauf ein ebener Schirmring oder
eine ebene, feste, umgerissene Isolation angeordnet werden soll. Deswegen muß die
Drahtwindung 1 an der Stelle 1" abgekröpft werden. Diese Abkröpfung wird wieder
ausgeglichen durch Isolierstoffbeilagen der Form 7,
so daß die zweite Windung
und alle hinter den Isotierstoffbeilagen 7 folgenden Windungen dann ganz
normal mit Steigung gewickelt werden können. Zwischen diesen Windungen liegen dann
nur die normalen, berechneten Isolierstoffstreifen 2. Am nicht gezeichneten Ende
der Wicklung folgt eine gleichartige Ausbildung wie für die linke Stirnseite gezeichnet,
nur mit dem Unterschied, daß statt der normalen Isolierstoffstreifen 2 andere,
der Gesamtlänge L angepaßte Isolierstoffstreifen 3, wie sie F i g. 1 zeigt,
vorgesehen sind.
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F i g. 3 zeigt in räumlicher Darstellung das Isolierstoff-Ausgleichsstück
für den Längenausgleich nach der Erfindung, wobei an den Teil 20 der zweite Teil
30 angesetzt ist, so daß die Teile 20 und 30 zusammen die Länge einer Windung haben,
spiralig verlaufen und an den freien Enden so angeschrägt sind, daß sie ein selbsttätiges
Kröpfen des gestrichelt gezeichneten Drahtes ermöglichen.
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F i g. 4 zeigt ein in der Mitte angeordnetes Ausgleichsstück, bestehend
aus den Teilen 20 und 30.
In der F i g. 4 ist ebenso wie in der F i
g. 2 die Abwicklung einer Lage gezeichnet, jedoch ist sowohl die linke als auch
die rechte Stirnseite wiedergegeben. Man erkennt, daß im Unterschied zu F i g. 2
die Stirnseiten nicht eben sind, sondern daß sämtliche Windungen einschließlich
der stirnseitigen Windung mit Steigung gewickelt sind. Eine solche Lagenwicklung
wird verwendet, wenn man keine Schirmringe oder keine ebenen, umgerissenen Isolationen
an den Stirnseiten vorsieht, sondern beispielsweise eine nicht umgerissene, keilförmige
Isolation 4,
wie in F i g. 1 angedeutet.
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F i g. 5 zeigt eine Windungstage, ähnlich der in F i g. 1, jedoch
mit Längenausgleich nach der Er= findung. F i g. 6 zeigt Einzelheiten des in der
Abwicklung gezeichneten Längenausgleichsstückes, dabei ist das die Kröpfung des
Drahtes bewirkende Ende mit dem spitzen Winkel x in S-Form ausgebildet, so daß die
Drahtbeanspruchungen beim Kröpfen verringert werden.
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F i g. 7 zeigt die zwei Ausgleichsteile 20 und 30
des
Ausgleichsstückes in gestreckter Länge. Sie müssen, um sie in die in F i g. 3 gezeichnete
Form biegen zu können, in gewissem Ausmaß flexibel sein.
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In F i g. 8 ist der mittlere "feil einer Windungslage in Abwicklung
dargestellt. Diese F i g. zeigt, wie die Teile 20 und 30 des Ausgleichsstückes im
Lauf des Fertigungsganges eingeschoben werden.
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In allen Figuren sind für gleiche Teile gleiche Bezugszeichen verwendet.
Zur Herstellung einer Wicklung aus Windungslagen mit Längenausgleich nach der Erfindung
wird beispielsweise wie an Hand der F i g. 3 bis 7 nachstehend erläutert verfahren.
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Nach der Erfindung werden Ausgleichsstücke nur auf wenige Stellen
der Windungslage konzentriert, und zwar dann, wenn die gesamte Ausgleichslänge
a klein gegen die Lagenlänge L ist, nur jeweils in der Mitte der Lage.
Ist die Ausgleichslänge a größer, etwa größer als 2 bis 3 % der Lagenlänge, so muß,
um Löcher zu vermeiden, die zu große Kraftwirkungen infolge von Kurzschlußströmen
ergeben würden, der Längenausgleich auf zwei, drei oder mehr Stellen symmetrisch
zur Mitte verteilt werden, wobei wiederum die Breite d jedes Ausgleichsstückes nicht
größer als etwa 2 bis 3% der Lagenlänge L sein soll.
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Es seien nun die Windungsdrähte 1 bis zur Ausgleichsstelle
aufgewickelt. Die axiale Wicklungsrichtung ist mit dem Pfeil 5, die Umfangswickelrichtung
mit dem Pfeil 6 gekennzeichnet. Dann wird das Teil 20 mit der Anschrägung unter
dem Winkel a und der Breite ä vor die aufgelaufene Windung eingeschoben,
so daß die auflaufende Windung von selbst im Ausmaß dieser Schrägung bei 1" abgekröpft
wird; vgl. insbesondere F i g. B. Diese Windung, die das Teil 20 des Ausgleichsstückes
an die schon aufgewickelte Windung 1 andrückt, läuft nach der Kröpfungsstelle
1" wieder in der normalen Steigung weiter bis zum Ende des Teils
20 des Ausgleichsstückes. Nun wird das Teil 30 des Ausgleichsstückes
so zurechtgeschnitten, daß es in den freien Zwickel 8 paßt, was beim Wickeln leicht
erfolgen kann, indem das Teil 30 in größerer Länge als
benötigt
vorrätig gehalten wird und Einschnitte ähnlich den Einschnitten 20' des Teiles
20 enthält, die ein leichtes Abbrechen auf die gewünschte Länge gestatten
und zugleich die gewünschte Flexibilität ergeben. In gleicher Weise wird das Tei120
vorbereitet gelagert. Die leichte Anpaßbarkeit erlaubt besonders bei Lagenisolationen
mit Keilquerschnitt und konischer Außenkontur die genaue Einhaltung des nicht genau
vorhersehbaren Windungsumfangs an der Ausgleichsstelle. Dieser Teil 30 des Ausgleichsstückes
füllt den Zwicke18 im Gebiet der Spitze aus und wird durch die mit 1'
bezeichnete
Windung fest angedrückt. Bei Verwendung von Anpreßvorrichtungen wird durch den,
etwa -von Anpreßrollen 10, aufgebrachten axialen Druck -9 entgegen der Pfeilrichtung
5 bewirkt, daß die Kröpfungsstelle 1", die ohne Druckanwendung nicht aanz vollkommen
ausfällt, genau den gewünschten Verlauf einnimmt.
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Mit dem Längenausgleich nach der Erfindung gelingt es beispielsweise
bei Lagenwicklungen, deren Ausgleichslänge kleiner als 2 bis 3 0/0 der Lagenlänge
ist, eine vollständig maschinell herzustellende, mit Steigung gewickelte Lage aufzuwickeln,
die die richtige Länge hat. Man wickelt dazu die halbe Windungszahl auf, mißt die
erreichte Länge und zieht den doppelten Meßwert von der Sollänge L ab und erhält
so die Ausgleichsbreite a für das Ausgleichsstück, das an Hand der wie beschrieben
vorbereiteten Teile eingefügt wird. Dabei wird eine selbsttätige Kröpfung des Drahtüberganges
an der Ausgleichsstelle erreicht, die nachfolgenden Windungen haben wieder die normale
Steigung, und die fertig gewickelte Lage hat die vorgeschriebene Länge.