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Die Erfindung bezieht sich auf eine Drossel ohne Eisenkern mit parallelgeschalteten,
konzentrisch zueinander angeordneten zylindrischen Spulen.
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Bei bekannten Drosseln sieht man üblicherweise anstatt eines einzelnen
Drahtes mehrere parallelgeschaltete, den Gesamtstrom unter sich aufteilende Drähte
vor, die zusammen die Wicklung bilden. Durch die Verwendung mehrerer Drähte werden
unerwünschte Verluste und Erwärmungen auf Grund von Wirbelströmen und des ohmschen
Widerstandes auf ein Minimum herabgesetzt. Auch sind die sehr großen Durchmesser,
die durch die einen einzigen Strang bildenden Drähte bedingt sind, mechanisch nicht
tragbar.
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Bei bekannten Induktivitäten erreicht man die Aufteilung des Stromes
auf mehrere parallele Leiter im allgemeinen mit Hilfe der sogenannten Überkreuzungstechnik.
Bei der Überkreuzung von Windungen müssen die einzelnen Stränge oder Leiter immer
mit dem gleichen mittleren Durchmesser gewickelt werden, um eine gleichmäßige Stromverteilung
in den verschiedenen Leitern zu erreichen. Anderenfalls ist die Wechselstrom-Impedanz
eines Leiters erheblich kleiner als die der anderen, und der größte Teil des Stromes
fließt durch diesen Leiter und verursacht dadurch übermäßige Erwärmung und möglicherweise
dessen Überlastung, was zu schlechtem Arbeiten der Drossel führt. Eine gleichmäßige
-Stromverteilung wird bei den bekannten Drosseln und dadurch erreicht, daß der Durchmesser
jeder Windung sich mit deren axialer Lage ändert, wodurch etwa rechtwinklige Biegungen
des Leiters erforderlich sind. Jedoch sind rechtwinklige Biegungen unerwünscht,
weil ihre Herstellung zeitraubend und bei Auslegung für große Ströme ein umfangreicher,
platzraubender mechanischer Aufbau erforderlich ist. Durch die bei gekreuzten Leitern
notwendigen radial nach außen führenden Drähte sowie wegen deren Zusammentreffen
mit den axialen Windungen kann man bei den bekannten Drosseln keine große Zahl gekreuzter
Leiter verwenden. Vielmehr ist bei Drosseln mit großer Stromaufnahme eine kleine
Anzahl Drähte mit relativ großem Durchmesser erforderlich. Andererseits aber sind
Drähte mit großem Durchmesser unerwünscht, weit sie erhebliche Energieverluste bedingen
und weil sie schwer zu handhaben sind.
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Bei der Herstellung von Drosseln mit gekreuzten Leitern tritt die
Schwierigkeit auf, daß alle Leitungen zugleich um eine gemeinsame Achse gekreuzt
gewik kelt werden müssen. Die Überkreuzung umfaßt die Drehung oder Verschlingung
der Leiter umeinander in der Weise, daß die erwünschte Gleichwertigkeit zwischen
ihnen erzielt wird. Es müssen also alle Leiter zugleich gewickelt werden, um die
überkreuzungsanordnung auf der gesamten Wicklung zu erhalten. Dies ist schwierig
durchzuführen und erfordert viel Handarbeit von geschulten Arbeitern.
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Die bekannten Drosseln mit überkreuzten Leitern sind demnach wegen
ihrer geometrischen Konfiguration elektrisch und mechanisch schwierig zu berechnen
und herzustellen.
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Als weitere Schwierigkeit kommt bei der Auslegung einer bekannten
Drossel mit überkreuzten Leitern hinzu, daß der Leiterdurchmesser im allgemeinen
als letzter Parameter bestimmt wird. Folglich braucht man zur Einstellung der gewünschten
Stromverteilung nicht genormte Leiter, die mit hohem Kostenaufwand extra angefertigt
werden müssen.
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Es ist auch schon bekannt, zwei aus überkreuzten Windungen bestehende
Spulen unterschiedlichen Durchmessers ineinanderzustecken und parallel zu schälten,
um den für die Spule zur Verfügung stehenden Raum besser auszunutzen. Aber auch
hier treten die der überkreuzungstechnik eigenen Probleme auf.
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Weiter ist bereits eine eisenkernlose Drosselspule bekannt, bei der
die Leiter der innenliegenden Windungen aus magnetisierbarem Material bestehen und
einen größeren Durchmesser als die äußeren Windungen aufweisen. Die unterschiedliche
Durchmesserwahl hat jedoch nur den Zweck, den verhältnismäßig hohen Widerstand des
magnetischen Materials auszugleichen.
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Ziel der Erfindung ist eine Drossel ohne Eisenkern, welche mit geringem
mechanischem und elektrischem Aufwand ausgelegt und hergestellt werden kann und
bei der genormte Leiter verwendet werden können, ohne daß die elektrischen Eigenschaften
beeinträchtigt werden.
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Hierzu sieht die Erfindung bei einer Drossel der eingangs genannten
Art vor, daß mehr als zwei Spulen vorgesehen sind und jede Spule von keiner anderen
Spule gekreuzt ist und daß die Windungszahl und/oder die axiale Spulenhöhe und/oder
der Leiterquerschnitt in Abhängigkeit vom Spulendurchmesser unterschiedlich ausgelegt
sind. Auf Grund dieser Ausbildung ist es ermöglicht, daß bei für jede Spule vorgegebenem
Strom die induzierten Spannungsabfälle an jeder Spule gleich sind. Dabei werden
jede Kreuzung von Leitern und somit auch die damit zusammenhängenden elektrischen
und mechanischen Schwierigkeiten vermieden. Vorzugsweise weist jede Spule nur eine
Wicklungslage auf. Auch die bei den bekannten Drosseln notwendigen Leiterstücke
mit radialer Komponente, die die elektrischen Eigenschaften der Spule in unkontrollierter
Weise beeinflussen, entfallen bei der Drossel nach der letztgenannten Ausführung.
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Während bei der überkreuzungstechnik die verschiedenen parallelgeschalteten
Spulen gleiche Stromverteilung aufweisen müssen, können beim Erfindungsgegenstand
die Stromverteilungen in den einzelnen Spulen z. B. gemäß den zulässigen Erwärmungen
vorgewählt werden. Anschließend können die verbleibenden Parameter gemäß den praktischen
und wirtschaftlichen Gegebenheiten gewählt werden.
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Die Windungszahl der einzelnen Spulen beim rfindungsgegenstand braucht
nicht ganzzahlig zu sein. Um auch bei nichtganzzahliger Windungszahl einen möglichst
genauen Wicklungsabschluß zu erhalten, sieht eine bevorzugte Ausführungsform der
Erfindung vor, daß die Spulen mindestens an einem Ende an unterschiedlichen Stellen
des Umfanges zur Spulenachse hingeführt und zentral miteinander verbunden sind.
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Damit die Anschlußenden der Spulen die elektrischen Eigenschaften
der Spule nicht beeinflussen, sind die Spulenanschlüsse von den Spulenenden aus
bevorzugt parallel zur Drosselachse an den nächstliegenden Arm geführt.
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Die Spulen können entweder aufeinandergewickelt sein oder z. B. durch
zwischen ihnen liegende Isolatoren voneinander getrennt sein. Benachbarte Spulen
können in axialer, radialer, oder in beiden Richtungen voneinander getrennt sein.
Jedoch bevorzugt
man im allgemeinen eine radiale Trennung der Spulen
voneinander, um möglichst gute Kühlung zu ermöglichen. Anderenfalls wird beim Anlegen
großer Ströme die Temperatur der Drossel zu hoch.
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In einer Ausführungsform der Erfindung wird das ganze Gerät durch
einander gegenüberliegende Sternhalter und einen Isolierstab dazwischen zusammengehalten.
Bei dieser Ausführungsform liegen die Wicklungen der Spulen auf einer Hülse, die
mit vielen Öffnungen versehen ist, um das Zirkulieren von Luft oder einem anderen
geeigneten gasförmigen oder flüssigen isolierenden Kühlmittel durch die Drossel
zu ermöglichen. Bei einer anderen Ausführungsform der Erfindung werden die Spulen
von mehreren an der Innenseite der Spulen zwischen den Armen der Sternhalter liegenden
Isolierstäben in ihrer Lage gehalten.
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Bei der Erfindung ist es weder nötig, daß die Leiter dieselben Abmessungen
haben, noch müssen sie mit gleichen Stromdichten arbeiten. Tatsächlich ist es häufig
nicht erwünscht, daß in allen Leitern dieselbe Stromdichte herrscht, weil die inneren
Leiter von Haus aus dazu neigen, eine höhere Temperatur anzunehmen, als die äußeren,
und zwar in Folge ihrer begrenzten räumlichen Wärmeaustauschmöglichkeiten. Folglich
ist es wünschenswert, die innenliegenden Leiter bei kleineren Stromdichten als die
äußeren Leiter arbeiten zu lassen, damit die in ihnen auftretenden Leistungsverluste
den thermischen Verhältnissen entsprechen. Bei der Erfindung kann man die Ströme
in den Leitern vorher bestimmen, so daß sie den örtlichen thermischen Gegebenheiten
am besten entsprechen; dabei wird Leitermaterial gespart, was bei gekreuzten Wicklungen
nicht möglich ist. Gemäß der Erfindung können die Ströme in den Leitern auf diese
Weise gewählt werden, wobei die in den parallelen Spulen induzierten Spannungen
im wesentlichen gleichbleiben.
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Da die Spulen im wesentlichen zylindrisch sind und jede nur eine schraubenförmige
Lage enthält und weil keine störenden überkreuzten Leiter erforderlich sind, können
sie in einem Zug bei hoher Geschwindigkeit gewickelt werden. Dabei wird eine Spulenwicklung
auf die andere gewickelt. Da diese bei überkreuzten Wicklungen nicht möglich ist,
wo bei der Herstellung alle Leiter in komplizierter Weise zugleich verflochten werden
müssen, bietet der Herstellungsprozeß gemäß der Erfindung große Vorteile dadurch,
daß sich eine einfache ganz- oder halbautomatische Drosselherstellung anbietet.
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Weitere Vorteile und Einzelheiten der Erfindung, die Gegenstände der
Unteransprüche sind, werden nun an Hand von Ausführungsbeispielen unter Hinweis
auf die Zeichnung beschrieben.
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In dieser zeigt F i g. 1 eine perspektivische Ansicht einer Strombegrenzungsdrossel
gemäß der Erfindung, F i g. 2 eine Seitenansicht der Drossel nach Fig.l. F i g.
3 eine Draufsicht der Drossel nach F i g. 1, F i g. 4 einen Teilschnitt nach Linie
4-4 von F i g. 3, F i g. 5 eine Seitenansicht der Klemmvorrichtung, die in F i g.
4 gezeigt wird, und zwar im Schnitt nach der Linie 5-5, F i g. 6 eine Teilansicht
der parallelliegenden Leiter im Schnitt nach Linie 6-6 der F i g. 4, F i g. 7 eine
Darstellung des Isolierfußes, der an den Drosselsternarmen befestigt ist, F i g.
8 die Draufsicht einer anderen Ausführungsform nach F i g. 8, F i g.10 einen Schnitt
nach Linie 10-10 in F i g 9 und F i g. 11 eine Teilansicht einer Wellensperre.
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F i g. 1 zeigt eine Strombegrenzungsdrossel mit Luftkern
10. Die Drossel besteht aus einer mittleren Hülse 21, den elektrisch
leitenden Sternhaltern 23
und 24 an ihren einander entgegengesetzten
Enden und mehreren konzentrisch angeordneten Spulen 25 bis 30. Die zylindrische
Hülse 21 weist in ihren Wänden mehrere Öffnungen 22 auf, welche den
Durchiluß von Luft oder einem isolierenden Kühlmittel, beispielsweise Freon-Gas,
durch die Drossel gestatten, um deren Temperatur auf einem angemessenen Wert zu
halten.
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Die Sternhalter 23 und 24 umfassen mehrere - in den
gezeigten Ausführungsbeispielen acht - sich nach außen erstreckende Arme, um Anschlüsse
zu den Spulenenden zu schaffen. Diese Spulen sind normalerweise von unterschiedlicher
Länge und enden daher an verschiedenen Umfangsstellen. Die Spulen 25 bis
30 sind konzentrisch um eine gemeinsame Achse angeordnet, entlang der sich
ein isolierender Stab 32 erstreckt. Der Stab 32 zieht die Sternhalter
23 und 24 zusammen, um eine mechanische Festigkeit für den ganzen
Aufbau zu gewährleisten. Die Arme 33 und 34 der Sternhalter
23 bzw. 24 erstrekken sich in radialer Richtung von dem Stab
32 weiter als die anderen Arme der Sternhalter 24 und 23, um
Anschlüsse zwischen der Drossel und der elektrischen Schaltung eines Stromsystems
zu schaffen. Auf diese Weise kann man die ganze Drossel mit Ausnahme der herausstehenden
Teile der Arme 33 und 34 in ein dichtes Gehäuse vollständig einschließen,
um den Umlauf eines Kühlmittels um die Spulen zu ermöglichen. Die Spulen
25 bis 30 sind konzentrisch um eine gemeinsame Achse gewickelt, an
der sich der Stab 32 befindet, und sind durch mehrere isolierende Abstandsstäbe
in radialer Richtung voneinander getrennt.
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Nach den F i g. 2, 3 und 4 besteht jeder der Spulen 25 bis
30 aus einer einzigen Litze und ist monofilar gewickelt (eine Leiterwindung
pro axialer Ganghöhe). Nach den F i g. 3 und 4 besteht die Spule 25 daher nur aus
einer einzigen Litze oder einem Leiter, die bzw. der sich in einer Richtung entlang
der Achse des Stabes 32 in einem im wesentlichen konstanten radialen Abstand
davon erstreckt. Diese Anordnung ist bei jedem vollständigen Wicklungsschritt getroffen
und kann als schraubenförmige Wicklung bezeichnet werden. Nach F i g. 4 erstreckt
sich der Leiter der Spule 25 nicht parallel zu den Sternhaltern
23 und 24, sondern ist in bezug auf diese um einen dem Wicklungsschritt
entsprechenden Betrag geneigt.
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Die Leiter der Spulen 25 bis 30 sind mit einem geeigneten
Isoliermaterial, beispielsweise Lack, Emaille od. dgl., überzogen, so daß sie aufeinandergewickelt
werden können. Normalerweise ist es jedoch erwünscht, die einzelnen Spulen
25 bis 30
durch mehrere isolierende Abstandsstäbe 35 und
36
voneinander zu trennen, um die Kühlung der inneren Teile einer jeden Spule
zu erleichtern. Die isolierenden Abstandsstäbe 35 sind so auf dem Umfang
der Hülse 21 zwischen den Spulen 25 bis 30 mit Abstand angebracht, daß sich ihre
Lage mit der der sich radial erstreckenden Arme der Sternhalter 23 und
24 deckt, die in Bezug aufeinander ausgerichtet sind. Nach den F i g. 3 und
6 erstrecken sich mehrere derartige Abstandsstäbe
35 zwischen jeder
der Spulen 25 bis 30. Die isolierenden Abstandsstäbe 35 erstrecken sich zwischen
den Sternhaltern 23 und 24 und sorgen für eine im wesentlichen konstante radiale
Lage einer jeden Spule 25 bis 30 und schaffen Platz für einen Luft- oder Kühlmittelumlauf
zwischen den Spulen. Durch eine geeignete Auswahl der Anzahl der Stäbe werden radiale
Zwischenräume zwischen den verschiedenen Spulen 25 bis 30 der Drossel erreicht.
Die Breite oder Zahl der Isolierstäbe wird so gewählt, daß verschiedene radiale
Zwischenräume zwischen benachbarten Spulen entstehen. Die Abstandsstäbe 36 sind
parallel zu den Abstandsstäben 35 und zwischen diesen an verschiedenen Umfangsstellen
der Spule angeordnet.
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Nach den F i g. 1 und 4 ist jede der Spulen 25 bis 30, die vom Trommel-
oder Solenoidtyp sind, von schiedener Länge, um die bei parallelgeschlossenen Spulen
notwendige Ausgeglichenheit bezüglich ihrer EMK zu erreichen. Die axiale Länge der
Spulen ist kleiner als der Abstand zwischen den Sternhaltern 23 und 24, weswegen
Endhalterungen benötigt werden. Nach F i g. 4 sind mehrere Trägerpaare 25A bis 30A
an den Armen der Sternhalter nach innen aufeinander zuweisend angebracht, um die
entgegengegesetzten Spulenende zu halten.
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Die Wicklung der innersten Spule 25 endet an einem anderen Umfangspunkt
als die Wicklung der benachbarten Spule 26, welche wiederum an einem anderen Umfangspunkt
endet, als die ihr außen benachbarte Spule 27. Um diese Wicklungen und alle der
anderen Spulen der Drossel parallel zu schalten, erstrecken sich die Leiter 42,
43 und 44 (s. F i g. 2) in gleicher Richtung mit der Achse der Spulen zwischen den
Enden der Spulen 25, 26 bzw. 27 (die entsprechenden anderen Enden sind nichtdargestellt)
und den sich radial erstreckenden Armen des Sternhalters 23. In gleichartiger Weise
verbinden die Leiter 45, 46 und 47 die anderen Enden der Spulen 25, 26 bzw. 27 mit
den entsprechenden Armen des gegenüberliegenden Sternhalters 24. Es ist wichtig,
daß die Leiter 42 bis 47 im wesentlichen parallel zur Achse aller Spulen 25 bis
30 liegen, so daß sie einen geringst möglichen Einfluß auf die in jeder Spule induzierte
EMK haben. Dadurch, daß man die Verbindungsleiter 42 bis 47 im wesentlichen parallel
zur Achse der Spulen 25 bis 30 legt, d. h. im wesentlichen senkrecht zu den Wicklungen
der Spulen, wird in den verschiedenen Verbindungsleitern keine EMK induziert, die
die an die Drossel gelegte Spannung nachteilig beeinflussen könnte.
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Die Leiter werden durch die in F i g. 5 gezeigte Klemme 48 mit den
Sternhaltern verbunden. Jede an den Armen der Sternhalter 23 und 24 angebrachte
Klemme 48 dient einem doppelten Zweck; einmal hält sie die Abstandsstäbe 35 an ihrem
Platz und zum zweiten schaffen sie einen elektrischen Anschluß zwischen den Spulen
und den Armen der entsprechenden Sternhalter 23 und 24. Jede Klemme ist durch zwei
Schraubbolzen 49 und 51 an dem entsprechenden Sternhalterarm befestigt (s. Fig.1
und 5). Die Klemme 48 umfaßt zwei Isolierstücke 52 und 53, die einen im wesentlichen
rechteckigen Querschnitt aufweisen. Die Isolatoren 52 und 53 sind an gegenüberliegenden
Seiten des sie tragenden Sternhalterarmes befestigt und weisen jeweils entlang einer
Kante die Vorsprünge 54 und 55 auf, die an dem Sternarm anliegen. Die Vorsprünge
54 und 55, welche an einer Kante der Isolatoren 52 und 53 angeordnet sind, greifen
an den gegenüberliegenden Seitenflächen des zugeordneten Sternhalterarmes an. Die
an der anderen Kante der Isolatoren 52 bzw. 53 angeordneten Klauen 56 und 57 greifen
in entsprechende Schlitze ein, die sich in jedem der Abstandsstäbe 35, welche sich
von dem Arm des einen Sternhalters zu einem Arm des anderen Sternhalters erstrecken,
und der Endwicklung 46, die das Anschlußende einer Spule darstellt.
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In der Nähe der Klauen 56 bzw. 57 sind die Isolatoren 52 und 53 an
ihrem Ende mit Aussparungen versehen, so daß der Isolierstab 35 und das Wicklungsende
46 in den zwischen den Isolatoren und dem Sternhalterarm gebildeten Spalt hineinpassen.
Sowohl in den Isolatoren 52 und 53 wie auch in dem Sternhalter sind Bohrungen für
einen Bolzen angebracht, mit dem die Isolatoren an dem Sternhalterarm befestigt
sind.
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Nach den F i g. 4 und 7 sind die Arme der Sternhalter 23 und 24 mit
Schlitzen 68 versehen, die Halteschrauben 69 aufnehmen, um den Isolierfuß 71 in
seiner Lage zu halten. Nach F i g. 7 ist an einer Seite des Fußes 71 senkrecht zur
Breitseite des Kreuzarmes 24 eine Gewindebohrung 72 vorgesehen, um die Halteschraube
69 zu halten, die in die Aussparung 68 hineingreift. Wenn man die Drossel, wie gezeigt,
in vertikaler Bauweise ausführt, benötigt man nur in den unteren Sternhalterarmen
Aussparungen. Es sind jedoch Aussparungen an den Armen der oberen und unteren Sternhalter
23 bzw. 24 der Drossel angebracht, um die Fabrikation der Sternhalter zu vereinheitlichen
und um die Drossel auch in anderen Stellungen halten zu können. Wird die Drossel
so angeordnet, daß ihre Achse in der Waagerechten liegt, dann werden die Isolierfüße
71 senkrecht zur gemeinsamen Achse der Spulen 25 bis 30 angebracht, anstatt parallel
dazu, wie es hier dargestellt ist. Bei einer solchen Anordnung muß man die Aussparungen
an beiden Sternhaltern 23 und 24 benutzen, um die Isolierfüße 71 darin zu befestigen.
Die benötigte Anzahl von Isolierfüßen 71 hängt von deren Größe in bezug auf den
gesamten Drosselaufbau ab. Die sich radial erstreckenden Aussparungen an den Sternarmen
dienen dazu, die Einstellung der Füße 71 zu verändern, um die Drossel mechanisch
ausgleichen zu können.
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Beim Entwerfen einer Drossel gemäß der Erfindung müssen die Windungen
einer jeden Spule so ausgelegt werden, daß sie den folgenden simultanen Gleichungen
genügen:
das heißt,
Dabei gilt voraussetzungsgemäß Ei =E2=E3=...=Ep=E,
wobei E der gewünschte Spannungsabfall an der Drossel ist.
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Die einzelnen Buchstaben in den vorangegangenen Gleichungen bedeuten:
p = Anzahl der Spulen der Drossel, r = 1, 2, 3 ... p (laufende Indizes),
s = 1, 2, 3 ... p (laufende Indizes), N" NS = Anzahl der Windungen der Spulen
r bzw. s, M, = Blindwiderstand zwischen den Spulen r
und s (für r =
s Blindwiderstand der Selbstinduktivität der Spule), i" = Strom, der durch
die ausgewählte Spule r
fließen soll. Bei Beginn der Konstruktion wird die
Anzahl und Größe der Leiter geschätzt. Dabei werden vorzugsweise Normgrößen und
ein kleiner Strom gewählt, um die Verluste so klein als möglich zu halten. Dies
ist erwünscht, um eine Sonderanfertigung der Leiter für die Drosselwicklungen zu
vermeiden. Die Maße der Leiter bestimmen natürlich den größtmöglichen Strom in einer
besonderen Spule, von denen der maximale Temperaturanstieg der Drossel zwischen
Leerlauf und Vollast abhängt.
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Natürlich muß der Durchmesser einer Spule größer sein als der der
nächsten nach innen benachbarten Spule, und zwar um einen Betrag, der größer ist
als der benachbarte Leiterdurchmesser zuzüglich der Isolation. Außerdem wählt man
vorzugsweise den Spulendurchmesser etwas größer als dieses Minimum, um den Umlauf
eines Kühlmittels zu ermöglichen. Die Wicklungsganghöhe kann nicht kleiner gewählt
werden als Breite plus Isolation des Leiters, aus dem die jeweilige Spule besteht.
Die Ganghöhe kann über diesen Minimalwert hinausgehen, wodurch die Notwendigkeit,
isolierte Leiter zu verwenden, entfällt, wenn die Spulen in radialer Richtung genügend
weit voneinander entfernt sind.
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Nach dem Festlegen der Abmessungen eines jeden Leiters und dem damit
gegebenen Strom, jedes Spulendurchmessers und jeder Wicklungsganghöhe wird die Anzahl
Wicklungen in jeder Spule dadurch errechnet, daß man die Gleichung für den Gegen-und
Selbstblindwiderstand löst. Dieses kann durch eine Person oder automatische Rechenverfahren
ausgeführt werden.
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Bei vielen Anwendungen ist es wünschenswert, daß durch die inneren
Spulen 25, 26 und 27 weniger Strom fließt als durch die äußeren Spulen
28 und 29,
da man die größere frei liegende Oberfläche der äußeren
Spulen leichter kühlen kann als die der inneren. Das Kriterium bei der Bestimmung
der Spulenzahl und des durch jede Spule fließenden Stromes ist, daß die Summe der
Ströme aller parallelgeschalteten Spulen gleich dem maximalen vorgesehenen Strom
der Drossel ist und daß die Erwärmung in den Soll-Grenzen bleibt.
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Bei der Konstruktion einer Drossel für 300V und 600 A bei 60 Hz und
einem Temperaturanstieg von 80° C zwischen Leerlauf und voller Dauerlast wird die
Drossel aus sieben konzentrischen, koaxialen, zylindrischen, parallelgeschalteten
Spulen aufgebaut. Die vier innersten Spulen werden mit 6,35 - 4,75 mm (1/4" ' 3/16")
Leitern gewickelt, während die drei äußeren Spulen mit 6,35 - 6,35 mm ('/4" "/4")
Leitern gewickelt werden. Bei so bemessenen Leitern fließen in den vier inneren
Spulen je 80 A und in den äußeren Spulen je 931/3 A.
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Die Wicklungsganghöhe der vier inneren Spulen beträgt 5,55 mm (7/3z"),
d. h., bei der Spule 25 beträgt die Entfernung zwischen der oberen Kante 72 der
Wicklung 73 (F i g. 4) in einer Leiterwindung und der oberen Kante 74 der Wicklung
75 der nächsten benachbarten Leiterwindung in der Wicklung derselben Spule 5,55
mm (7/32"), wobei die Punkte 72
und 73 in einer Ebene parallel zur gemeinsamen
Achse der Spulen 25 bis 30 liegen. Die vier äußeren Spulen haben eine
Wicklungsganghöhe von 7,1 mm ("/.32"). Es wird darauf hingewiesen, daß im obigen
Ausführungsbeispiel die Wicklungsganghöhe sowohl bei den vier inneren, als auch
bei den drei äußeren Leitern um 0,8 mm (1/3z") größer ist als der Leiter in axialer
Richtung der Spulen. Da die Spulenwicklungen aufeinanderliegen, ist das Maß 0,8
mm (1/s2") nur ein Anzeichen für die 0,4 mm (l/64'1 starke Isolationsschicht auf
den Leitern. Folglich ist die Wicklungsganghöhe in vielen Fällen durch die Bestimmung
der Leiterabmessungen gegeben.
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Bei der oben beschriebenen Konstruktion sind der Spulendurchmesser
und die Anzahl der Spulenwindungen insbesondere gemäß der folgenden Tabelle ausgelegt:
| Spule Nr. InnereiDumronhmesser |
| Windungszahl |
| Kinnerste Spule) 407 (16'i 100 |
| 2 425 (163/4") 98,3 |
| 3 452 (173/4") 86,4 |
| 4 477 (183/4') 84,2 |
| 5 515 (201/4") 71,7 |
| 6 534 (21'i 70,9 |
| 7 (äußerste Spule) 552 (21'/4'# 69,5 |
Wie oben ausgeführt worden ist, werden Brüche der Windungszahlen dadurch verwirklicht,
daß Verbindungsdrähte parallel zur Achse der Spulen zu den Sternhalterarmen geführt
werden.
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In den F i g. 8 bis 10 ist eine andere Ausführungsform der Erfindung
dargestellt. Die in den F i g. 8 bis 10 dargestellte Drossel hat genau dieselben
elektrischen Eigenschaften wie die in den F i g. 1 bis 7 gezeigte Drossel und weist
die meisten der bereits erörterten Merkmale auf. Die Drossel gemäß den F i g. 8
bis 10 umfaßt jedoch mehrere isolierte Haltestäbe 81, die sich von den radialen
Armen des Sternhalters 23 zu entsprechenden Armen des Sternhalters 24 erstrecken.
Diese Stäbe sind innerhalb der innersten Spule 25 angeordnet und haben denselben
Zweck wie die Isolierhülse 21 des vorher beschriebenen Ausführungsbeispiels. Bei
der in den F i g. 8 bis 10 dargestellten Ausführungsform besteht der Vorteil, daß
ein flüssiges oder gasförmiges Kühlmittel einen besseren Kontakt mit der innersten
Drosselwicklung 25 hat.
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In jedem isolierten Haltestab 81 ist ein länglicher Schlitz
94 vorgesehen, in den die Arme der entsprechenden Sternhalter eingesetzt
werden . können. Die innere Spule 25 kann direkt auf die Haltestäbe 81 gewickelt
werden, so daß die letzteren die Spule halten.
Die Stäbe 81 sind
an jedem Ende mit einem Gewinde versehen und halten die Sternhalter 23 und
24
durch die Druckkraft zusammen, die von den an den entgegengesetzten Enden
des Stabes angebrachten Muttern 91 bzw. 92 ausgeübt wird. Falls erwünscht, kann
eine Unterlegscheibe 93 zwischen der Mutter und dem entsprechenden Sternhalterarm
benutzt werden.
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Wie bei der vorher beschriebenen Ausführungsform sind in gleicher
Weise zwischen den benachbarten Spulen Abstandshalter angebracht; außerdem sind
Abstandshalter vorgesehen, welche die Spulen in einem radialen Abstand voneinander
halten. An dem Sternhalter 24 sind radial verstellbare Isolierfüße angebracht.
Die Spulen sind an die Sternhalter 23 und 24 in derselben Weise angeschlossen
wie bei dem in den F i g. 1 bis 7 dargestellten Ausführungsbeispiel.
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Bei der Herstellung der Drosseln nach beiden Ausführungsbeispielen
werden die Spulen der Reihe nach aufeinandergewickelt. Bei dem Ausführungsbeispiel
der F i g. 1 bis 7 wird zuerst die innerste Spule 25 ganz auf die Hülse 21 gewickelt,
wobei die Klemmen 52 und 53 etwas aus ihrer späteren Position herausgerückt werden.
Dann werden mehrere Abstandsstäbe 35 und 36 am Umfang in Abständen so angeordnet,
daß sie mit der äußeren Oberfläche der Spule 25 in Berührung stehen. Dabei
werden die Abstandsstäbe 36 zunächst mit Klebstoff oder einem anderen Bindemittel,
das nicht dauerhaft zu halten braucht, an der Spule befestigt. Daraufhin wird die
zweite Spule 26 konzentrisch zur Spule 25 auf die Abstandsstäbe 35 und 36 gewickelt.
Dann werden Abstandsstäbe 35 und 36 an der äußeren Oberfläche der Spule 26 angebracht.
Dieser Vorgang wird so oft wiederholt, bis die erwünschte Anzahl Spulen gewikkelt
ist. Daraufhin werden die Klammern 52 und 53 angezogen, wobei die Abstandsstäbe
bzw. die Spulenanschlüsse in die Klemmen 56 und 57 eingreifen. Bei dem in den F
i g. 8 bis 10 gezeigten Ausführungsbeispiel wird genauso vorgegangen, nur wird dabei
die erste Spule 25 auf die Isolierstäbe 81 gewickelt.
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Die oben beschriebene Vorrichtung kann als Wellensperre verwendet
werden, wenn Energieübertragungsleitungen für Fernmeldezwecke benutzt werden. In
diesem Fall kann die ganze Anordnung von der Leitung getragen werden, wobei dann
das Gewicht eine wesentliche Rolle spielt. Bei dieser Verwendungsart können die
Isolierfüße 71 weggelassen werden. Weiterhin kann bei diesem Verwendungszweck jede
Wicklungslage aus zwei radial nebeneinanderliegenden Leitern bestehen, wobei drei
solche Wicklungslagen dicht aufeinandergewickelt werden, um eine Spule zu bilden.
Mehrere solcher koaxial im Abstand angeordnete Spulen können benutzt werden, um
eine Drossel mit Luftkern zu bilden. Die Zwischenräume zwischen den Spulen bilden
einen ringförmigen Luftkanal, der sich axial über die Länge der Spulen erstreckt.
F i g. 11 zeigt einen Teilaufriß einer Drossel 200 gemäß der Erfindung. Die Drossel
200 besteht aus konzentrischen Wicklungslagen 201 bis 209, die jeweils
nebeneinanderliegende Leiter 210 und 211 umfassen. Die Spulen 201
bis 203 sind dicht aufeinandergewickelt und bilden eine Anordnung 212, die in radialer
Richtung von der aus den Spulen 204 bis 206 bestehenden Lage 213 getrennt
ist, welche wiederum im radialen Abstand von einer aus den Spulen 207, 208
und
209 bestehenden Lage 214 angeordnet ist.
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Falls erwünscht, kann ein Kondensator parallel zu den Spulen geschaltet
werden, um eine abgestimmte Wellensperre zu schaffen. Die Leiter sind isoliert,
z. B. gelackt, oder ein anderer isolierender Belag ist direkt auf den elektrisch
leitenden Draht aufgebracht.