DE1763159A1 - Aus Wickelleiter ohne Isolierschichten gewickelte,mehrlagige elektrische Spule mit hoher Dauer-Waermebestaendigkeit - Google Patents

Description

• Aus Wickelleiter ohne Isolierschichten gewickelte, mehrlagige elektrische Spule mit hoher Dauer-Wärmebeständigkeit. Die Erfindung bezieht sich auf eine aus Wickelleiter ohne Isolierzwischenschichten gewickelte, mehrlagige elektrische Spule für Transformatoren und Drosselspulen, die auf einem Spulenträger mit mindestens zwei Flanschen an den Stirn- seiten gewickelt ist.
• Derartige Spulen bieten bekanntlich gegenüber den üblichen verwendeten, mit Isolierschichten zwischen den einzelnen lagen gewickelten elektrischen Spulen den Vorteil eines wesentlich höheren Kupferfüllkörpers. Ein weiterer Vorteil ist besondere in der Serienfertigung, daß das Wickeln kontinuierlich er- folgen kann und nicht nach jeder Lage zum Einlegen einer Isolierschicht unterbrochen werden braucht.

  Zur Erzielung den höheren Kupferfüllfaktors liegen die be-

  nachbarten Windungen jeder Zage aneinander an oder weisen

  einen so großen Abstand zueinander auf, daß die Windungen

  der zweiten und jeder weiteren Zage sich jeweils in die

  Nuten legen können, die sich zwischen zwei benachbarten

  Windungen der vorhergehenden Lage bildeten. Auf diese

  Weise gewickelte Spulen ohne Lagenisolation auf beispiels-

  weise Spulenträger in Schachtelbauweise nach DIN 41304

  oder in porateilbauweise nach DIN 41305 haben aber den

  Nachteil, daß die Dauerviirmebeständigkeit gegenüber den

  elektrischen Spulen mit Isolation zwischen jeder einzelnen

  Lage auf einen Bruchteil vermindert wird. Dieser Mangel

  wird mit gleichwertigen Isoliermaterialien (Lackisolation,

  Imprägniermittel, Material den Spulenträgers usw.) durch

  Kurzzeitversuche - der sogenannten Dauerhaftigkeitsprüfung -

  festgestellt. Es ist bekanntlich die elektrische Spule oder

  das elektrische Gerät (Kleintransformatoren nach VDE 0550,

  Vorsohaltgeräte nach VDE 0712) nicht ausschließlich in

  diejenige Isolationsklasse einzuordnen, deren Dauerwärme-

  beständigkeit durch die Isoliermaterialien allein bestimmt

  wird, sondern nach den Ergebnis, der Dauerhaftigkeitsprüfung.

  Mit dieser Prüfmethode wird das Gerät bei definierter Wick-

  lungstemperatur im Bereich über 200 0 0 je nach Zeitdauer

  bis zum Ausfall - durch Windungssohlüsse, Durchschlag der

  Isoliermaterialien - nach den Gesetzen der Lebensdauer die

  tatsächliche Dauerwärmebeständigkeit den Wicklungsaufbaues,

  also die dauernd höchstzulässige Wicklungstemperatur,

  bestimmt.

  Aufgrund der beobachteten Mängel der stark herabgesetzten Lebensdauer von Wicklungen ohne Lagenisolation gegenüber solchen mit Lagenisolation konnten sich diese trotz der eingangs erwähnten Vorzüge in Praxis nicht durchsetzen.
• Der vorzeitige Ausfall der elektrischen Spulen ohne Isolier- zwischenschiehten erfolgt durch Windungssehlüsse, die zwischen einzelnen Windungen der untersten Lage und den Windungen der darüberliegenden Lage eingeleitet werden. Durch die entstehende örtliche hohe Temperatur tritt in Laufe der Zeit eine Zerstörung der Drahtisolation benach- barter Windungen ein und schließlich der ganzen elektrischen Spule. Die frühzeitige Binleitung des Windungsschlusses erfolgt durch Druckstellen zwischen den einzelnen überein- anderliegenden Windungen.
• Schon beim Wickeln entstehen durch den Wickelzug Druckbe- anspruchungen zwischen den einzelnen übereinanderliegenden Lagen, wobei die maximale Druckbeanspruchung zwischen der untersten Lage und der darüberliegenden auftritt und dann stetig von Lage zu Lage abnimmt. Zu diesen Druckspannungen addieren sich die Wärmedruckspannungen. Beim Erwärmen der Spule dehnt sich nämlich der Spulenträger aus Isoliermaterial mehr als das Wickelmaterial, weil der WBrmeausdehnungskoeffizient zwei bis viermal größer ist als der des Wickelmaterials. Auch durch diesen Vorgang entstehen die größten Druckbean- spruchungen zwischen der untersten Lage und der dar(iberliegenden Lage und nehmen bis zur obersten ab.

  Die Erfindung hat es sich zur Aufgabe gemacht, die Dauer-

  wäraebeständigkeit aehrlagiger elektrischer Spulen ohne

  Isolierzwischenschichten #ytf Worte der Dauerwdiraebeständig-

  keit der Isoliermaterialien selbst, wie sie etwa auch bei

  elektrischen Spulen mit Isolation :wischen den einzelnen

  Lagen gegeben ist, zu erhöhen.

  Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß beim

  wickeln durch Anbringwxg einer Abstandshalterung zwischen

  Spuleneräger 1 und Wickeltuagen die Lagen auf Abstand zum

  Spulenträger gevickolt >r"en, so daß durch Beneitiguwg

  der Abstandshalterung nach des Wickeln die Druckspannung

  zwischen den einzelnen tlbereinanderliegeaden Lagen der

  elektrischen Spule aufgehoben wird.

  Um die Druckspannungen zwischen den einzelneu Lasen auf ein-

  fache Weise aufzuheben, werden nach der Erfindung an der

  vorzugsweise schmäleren Stirnseite des Bpulenträgerb

  Distanzhalter mit flach-, rund-, otalförmiger oder ähnlicher

  form zwischen der Spulenträger und der untersten Lagt der

  elektrischen Spule angeordnet und nach dem Wickeln beseitigt.

  Besonders für die Serienfertigung günstig ist die erfinduf-

  gemäße Formgebung der elektrischen Spule beim Wickeln durch

  Wickelkerne, die

  in Richtung zur Spulenachse

  i @er@siä sind, wobei nach dem Wickeln der elektrischen

  Spule in den Stirnflächen zur, seitlichen Halterung der Spulen-

  flansche und gleichseitigen Isolierung der Spule Isolierstücke

  eingeschoben sind.

  Einige Ausführungebeispiele der Erfindung sind in der Zeichnung dargestellt und werden im folgenden näher beschrieben.
• Figur 1 und Figur 3 zeigen den Aufriß, Figur 2 und Figur 4 den Seitenriff einer nach der Erfindung ausgestalteten elektrischen Spule mit beispielsweise einen Spulenkörper 1 in ?orateil-Bauweise nach DIN 41305.
• Vor den Wickeln wird erfindungsgemäß der flache Distanzhalter 3 von der Dicke a mindestens an einer Stirnfläche des Spulen- trägere angeordnet oder runde Distanzhalter 4 mit den Durchmesser a, wie dies in Figur 3 dargestellt ist. Durch diese Anordnung ent- steht beim Wickeln zwischen der untersten Lage 5 der Spule 2 und der stirnseitigen Fläche des Spulenträgers 1 der Abstand a. Um die Distanzhalter 3, 4 nach dem Wickeln leicht und schnell zu entfernen, sind diese vorteilhaft leicht keilförmig in ,Richtung der Spulenachse ausgebildet. Beis Wickeln werden nämlich die Distanzhalter durch den Wiokelaug unter Druck gesetzt, der um so größer ist, je größer der Wickelzug ist und je mehr Lagen übereinander gewickelt sind. Nach Entfernen der Distanzhalter 394 ermöglicht die Distanz a zur Spulenfläche

  der Spulenträger das-4pannen der untersten Lage 5. Durch das

  Nachgeben der untersten Zage heben sich auch die Druckspannungen :wischen der untersten Lage und den einzelnen darüberliegenden Lagen auf. Die Distanz a wird so groß gewählt, daß auch beim Erwärmen der Spule durch die größere Wärmeausdehnung des Spulenträgers im vergleich zum Wickelmaterial keine Druck- spannungen auf die Spule ausgeübt werden können. lrig.-5 zeigt den Schnitt einen runden Spulenträgers6 mit 3 gleichmäßig über den Umfang angeordneter, ovalförniger Distanz- halter In Tig. 6 bis 11g. 9 ist eine Weitere Ausführungsmöglichkeit der Erfindung dargestellt, um die nachteiligen Wirkungen der Zugspannungen nach dem Wickeln aufzuheben und die Wärme-Spannungen vom Spulenträger auf die Spule zu unterbinden. Der Spulenträger besteht aus zwei U-förmigen Seitenteilen 1, dessen Flansche 10 in Wickelfutter 9 aufgenommen werden. Der Wickel- kern 8 dient zur Formgebung der Spule und ist entweder keilförmig in Achsrichtung der Spule 2 ausgestaltet um ein leichten Abziehen der Spule nach dem Wickeln zu ermöglioh oder er ist, wie in Ausführungsbeispiel der Fig. 6 und feg. 'j dargestellt, zweiteilig in Richtung A zur Spulenachne verschiebbar. Nach dem Wickeln wird die notwendige Arretierung der Wickelkerne 8 auf die Spulenlänge L aufgehoben und die beiden Wickelkerne werden beispielsweise durch Federkraft in Richtung A zur Spulenaohse zusaaraengedriickt, wobei gleichzeitig die Druckspannungen der einzelnen Lagen untereinander aufgehoben werden. Die Spule 2 mit dem Spulenträger aus U-förmigen Seitenteilen 1 kann nun einfach von den Wiokelkernen 8 abgezogen werden. Die Stirnteilell an den Stirnseiten der Spule 2 geben der Spule die notwendige mechanische Stabilität - ähnlich wie die Stirnflansche der Spulenträger in Schachtelbauweise - und sorgen gleichzeitig

  für die Isolierung der Spule 2 zum Beispiel einen innenliegenden

  gern. Ein kennzeichnendes Merkmal dieser erfindungsgemäßen Ausgestaltung-ist, daß zum Entspannen der Spule 2 die Länge 1 der Innenfläche 12 der U-förmigen Seitenteile um den Abstand a bzw. bei symmetrischer Ausgestaltung um den Abstand 2 a -wie im Beispiel gezeigt - kleiner bemessen ist, als die Länge L der elektrischen Spule 2.
• Die mit der Erfin#ung erzielten Vorteile bestehen insbesondere darin, daß die Dauerwärmebeständigkeit der einzelnen Isolier- materialien, hauptsächlich die des Lackdrahtes praktisch keine Minderung durch Druckbeanspruchung in der hergestellten Spule erleidet und somit die Lebensdauer von Spulen ohne Lagenisolation solchen mit Lagenisolation gleichwertig ist.

Claims (3)

1. P A T E X T A X S P R Ü C H E 1. Aus Wickelleiter ohne Isolierzwischenschichten gewickelte mehrlagige elektrische Spule für Transformatoren und Drosselspulen, die auf einem Spulenträger mit mindestens 2 Planschen an den Stirnseiten gewickelt werden, d a d u r o h g e k e n n z e i c h n e t , daB beim Wickeln durch Anbringung einer Abstandshalterung 3,4p7,8 zwischen Spulenträger 1 und Wickelungen die Lagen auf Abstand a zum Spulenträger gewickelt werden, so daß durch Beseitigung der Abstandshalterung nach dem Wickeln die Druckspannung zwischen den einzelnen übereinanderliegenden Lagen der elektrischen Spule 2 aufgehoben wird.
2. 2. Abstandshalterung für elektrische Spulen nach Anspruch 1, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t , daß an der vorzugsweise schmäleren Stirnfläche des Spulenträgers beim Wickeln flache Distanzhalter 3 angeordnet sind, die in Spulenachse vorzugsweise keilförmig ausgebildet sind.
3. 3. Abstandshalterung für elektrische Spulen nach Anspruch 1, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t , daB beim Wickeln an mindestens einer Stelle, bei rechteckigen Spulenträgern an einer Eckeirunde, ovalförmige oder ähnliche Stifte in Spulenachsrichtung eingelegt sind. q., Abstandshalterung für elektrische Spulen nach Anspruch 1-3 d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t , daß die Formgebung der elektrischen Spule 2 beim Wickeln in vorzugs- weise deren Längsseite durch Wickelkerne 8 geschieht, die in Richtung A zur Spulenchse verschiebbar sind und nach dem Wickeln der Spule 2 an den Stirnflächen zur seitlichen Halterung der Spulenflansche und gleichzeitigen Isolierung der Spule Isolierstücke 11 eingeschoben sind,