DE19818472A1 - Elektrisches Bauelement, das aus einer Kombination einer Induktivität und einer Kapazität besteht - Google Patents
Elektrisches Bauelement, das aus einer Kombination einer Induktivität und einer Kapazität bestehtInfo
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Abstract
Ein elektrisches Bauelement mit Wickelaufbau besteht aus einer Kombination einer Induktivität (L) und einer Kapazität (C). Die Wickel für die Induktivität (2) und die Kapazität (6) sind auf einem Kernrohr (1) konzentrisch übereinander angeordnet.
Description
Die Erfindung betrifft ein elektrisches Bauelement mit einem
Wickelaufbau, das aus einer Kombination einer Induktivität
und einer Kapazität besteht und zum Einsatz für verstimmte
und unverstimmte Filterkreise, insbesondere zur Niederspan
nungs-Blindstromkompensation, vorgesehen ist.
Ein derartiges Bauelement ist aus der DE-A-609 980 bekannt.
Dort ist ein elektrischer Wickelkondensator beschrieben, bei
welchem sowohl die induktive Wirkung der einzelnen Lagen als
auch die kapazitive Wirkung der Lagen gegeneinander ausge
nutzt wird, wobei mit einer der Belegungen zunächst eine An
zahl Windungen allein gewickelt und hierauf erst die andere
metallische Belegung mit eingewickelt ist. Der Kondensator
ist dabei als nicht selbstheilender Aluminiumfolien-
Wickelkondensator aufgebaut.
Weiterhin ist aus der DE-A-616 529 ein Serienresonanzkreis
bekannt, dessen induktive Leiter gleichzeitig die Belegungen
seiner Kapazität bilden. Die Funktion des beschriebenen Bau
teils ist speziell als Saugkreis hergestellt. Es wird darauf
hingewiesen, daß ein Wickelkondensator als Induktivität nur
dann wirksam ist, wenn der Ladestrom alle Belegungen in
gleicher Richtung (d. h. in Wickelrichtung) durchfließt, wo
bei der Maximalwert der realisierbaren Induktivität eines
Wickelkondensators gegebener Geometrie nur durch Herausführen
der Belegungen am Anfang und am Ende des Bauelements erreicht
wird.
In der CH-A-282 205 ist ebenfalls ein Wickelkondensator mit
großer Selbstinduktivität beschrieben, der zur Anwendung als
Kompensationskondensator in Netzen mit Zentralsteuerungsanla
gen dient. Die in der Druckschrift beschriebenen Kondensato
ren sind als nicht selbstheilende Folienkondensatoren ausge
bildet und besitzen zur Steigerung der Induktivität einen of
fenen bzw. geschlossenen Eisenkern. Um die Selbstinduktivität
zu justieren wird ein aufwendiges Verfahren vorgeschlagen,
nämlich verschiedene Einlegebändchen zu verwenden und messend
abzugreifen. Der Wärmehaushalt des Bauelements soll durch
geeignete Dimensionierung der Folien sichergestellt werden,
wobei auch die Möglichkeit aufgezeigt wurde, eine bestimmte
Anzahl Belegungen parallel zu schalten.
In der DD 247 552 A1 ist eine Einrichtung zur Beherrschung
der Strom- und Spannungsharmonischen in Wechsel-/Dreh
stromsystemen unter Verwendung von Folienwickeln in
einem modularen Aufbau beschrieben, wobei n Folienwickel zu
einem Wickelpaket zusammengeschaltet sind und die
Folienwickel untereinander durch elektrische Verbindungen
jeweils zwischen der Anschlußklemme am Ende des zweiten
Kondensatorbelags des i-ten Folienwickels und der
Anschlußklemme am Anfang des ersten Kondensatorbelags des
i+1. Folienwickels verbunden sind und bei der die An
schlußklemme am Anfang des ersten Kondensatorbelags des er
sten Folienwickels den Anfang des Wickelpakets und die An
schlußklemme am Ende des zweite Kondensatorbelags des n-ten
Folienwickels das Ende des Wickelpakets bilden.
In der DD 263 867 A1 ist ebenfalls eine Einrichtung zur Fil
terung und Kompensation in Wechsel-/Drehstromsystemen be
schrieben, bei der Kondensatorbeläge und Dielektrika gemein
sam auf einen rohrförmigen Trägerkörper gewickelt sind und
die Anfänge der geradzahligen und die Enden der ungeradzahli
gen Kondensatorbeläge über die Anschlußelektroden parallel
geschaltet sind.
Betrachtet man die Materialkosten der vorgeschlagenen Konden
satorwickelausführungsformen, zeigt sich, daß auch bei
günstigen Annahmen eine im Vergleich zum aktuellen Stand der
Technik, das heißt mit diskreten Bauelementen aufgebaute LC-
Kombinationen, eine wettbewerbsfähige Herstellung nicht mög
lich ist.
Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es daher, das eingangs
angeführte Bauelement derart auszubilden, daß eine kostengün
stige Herstellung gewährleistet ist.
Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß die
Wickel für die Induktivität und die Kapazität auf einem Kern
rohr konzentrisch übereinander angeordnet sind.
Vorteilhafte Ausgestaltungen sind in den Unteransprüchen an
geführt.
Die Erfindung wird anhand der folgenden Ausführungsbeispiele
näher erläutert.
In der dazugehörenden Zeichnung mit einer einzigen Figur ist
im rechten Teil der Aufbau des Bauelements und im linken Teil
das Schaltbild dieses Aufbaus dargestellt. Auf einem Kernrohr
1 aus einem isolierenden Material ist zunächst der induktiv
wirksame L-Wickel 2 als Flachspule angeordnet. Der Wickel 2
besteht aus Metallfolien, vorzugsweise aus Aluminium oder
Kupfer und Kunststoffolien. Die Metallfolien werden
vorzugsweise mittenzentriert gespult, wobei die Kontaktierung
in üblicherweise durch Anschlußbändchen 3, 4 am Wickelanfang
und -ende hergestellt ist. Eine elektrisch und mechanisch
wirksame Trennzone 5 wird am Ende des L-Wickels 2 angeordnet,
ist jedoch elektrisch nicht zwingend erforderlich. Auf der
Trennzone 5 wird ein selbstheilender, kapazitiv wirksamer
C-Wickel 6 aufgebaut. Der Wickel 6 wird nach dem Wickelvorgang
nach dem bekannten Stand der Technik durch flammgespritzte
Schoopschichten 7, 8 kontaktiert. Auf dem kapazitiv wirksamen
Wickel 6 kann zusätzlich ein Endleerwindungspaket angeordnet
werden. Im linken Teil der Figur ist das Schaltbild des
LC-Wickels dargestellt. Über den Kontaktanschluß 3 wird der
Strang über die Spule L eingespeist, und die Verbindung 4
kontaktiert die Induktivität L in Serie zum Kondensator C.
Die Schoopschicht 7 stellt den Ausgang des Strangs dar. Die
erfindungsgemäße Ausbildung des LC-Wickels hat unter anderem
den Vorteil, daß der induktiv wirksame L-Wickel 2 bzw. die
Spule konzentriert in Achsennähe des Schenkels eines
fallweise benötigten Magneteisenkerns angeordnet werden kann,
was als Ergebnis eine besonders günstige Materialausnutzung
gewährleistet. Es ist aber auch denkbar, die L-Wicklung 2 im
Außenbereich des LC-Wickels anzuordnen und mit dem C-Wickel 6
zu beginnen. Die optimale Gestaltung der LC-Anordnung muß
jeweils festgelegt werden.
Die Trennzone 5 kann vorteilhafterweise als hoher Wärmewider
stand ausgebildet werden mit dem Ziel, die "hot-spot"-Tempe
ratur des C-Wickels 6 möglichst niedrig zu halten bzw. den
Wickel 6 vor der Abwärme des L-Wickels 2 zu schützen.
Es ist auch denkbar, den LC-Wickel so aufzubauen, daß die
Trennzone 5 zumindest teilweise ein Kernrohr des außen ange
ordneten Wickels darstellt, so daß die L- bzw. C-Wickel ge
trennt produziert und nachträglich gefügt werden können. Die
Trennzone 5 kann dann zum Beispiel mit einer Anzahl von Ste
gen ausgebildet werden, die einerseits die Durchmessertole
ranz abfangen können und andererseits eine axiale Belüftung
des LC-Wickels ermöglichen (Aufbau ähnlich einer Doppelsteg
platte, wobei ein entsprechend ausgebildetes Trennelement mit
Doppelstegplattenfunktion auch automatisch eingewickelt wer
den könnte).
Der Wickel wird nach der Herstellung nach dem bekannten Stand
der Technik kontaktiert, umhüllt und kann ggf. auch ölim
prägniert werden.
Das aufgezeigte Konzept kann auch parallel geschaltete Induk
tivitäten realisieren, genauso ist die Parallel- oder Serien
schaltung eines definierten Widerstandes möglich (RC-Schutz
beschaltung von Halbleiterventilen), so daß ggf. weitere An
wendungsfelder erschlossen werden können. Weiterhin sind auch
RCL-Kombinationen mit der erfindungsgemäßen Technologie rea
lisierbar.
Allen diesen Überlegungen gemeinsam ist der Gedanke, einen
selbstheilenden, hoch ausgenutzten C-Wickel mit einer geome
trisch angepaßten weiteren Wicklung mit L- und/oder auch
R-Eigenschaften, in der Regel in einem Arbeitsgang, zu wickeln
und geometrisch und/oder funktionell zusammenzufassen.
Durch den erfindungsgemäßen sequentiellen Wickelaufbau wird
der Kostenvorteil eines selbstheilenden, hoch ausgelasteten
Kondensatorwickels mit dem einer ebenfalls hoch ausgelaste
ten, aus einem Metall-Kunststoffolienaufbau bestehenden
Flachspule dergestalt funktional und geometrisch zusammenge
faßt (vorzugsweise in einem Wickelarbeitsgang), daß ein mate
rialsparendes und damit wirtschaftliches Bauelement reali
siert werden kann.
Zu einem Kostenvergleich wurden unterschiedlich aufgebaute
LC-Wickel gleicher Blindleistung für eine 7% Verdrosselung
bei UN = 400 Veff, CN ca. 150 µF, LN ca. 0,46 mH (ohne
Verstärkungsfaktor des fallweise benötigten Magneteisenkerns)
mit gleicher Gesamt-Dielektrikumsdicke und gleicher
Strompfaddicke hergestellt. Der Vergleichsaufbau nach dem
Stand der Technik bestand aus einem LC-Wickel mit zweilagiger
PET-(Polyethylenterephthalat)-Folie + Aluminiumfolie als
12-Strangwickel mit Ölimprägnierung. Die relativen
Materialkosten dieses Aufbaus betragen 100%.
Weiterhin wurde ein LC-Wickel mit einlagiger PET-Folie + Alu
miniumfolie als ölimprägnierter 12-Strangwickel hergestellt.
Die relativen Materialkosten dieses Wickelaufbaus betragen
88%.
Alternativ wurden die beschriebenen Wickelaufbauten auch ohne
Ölimprägnierung, also trocken, hergestellt. Die relativen Ma
terialkosten mit zweilagiger PET-Folie betrugen 73%, während
die Kosten mit einlagiger PET-Folie 60% betrugen.
Nach dem erfindungsgemäßen Vorschlag wurden C-Wickel aus
beidseitig metallisierter PET-Folie + L-Wickel mit Aluminium
folie als Einstrangwickel trocken hergestellt, wobei die re
lativen Materialkosten in diesem Fall 58% betrugen.
Am günstigsten war ein Aufbau mit einem C-Wickel aus einsei
tig metallisierter PP-(Polypropylen)-Folie + L-Wickel mit
Aluminiumfolie als Einstrangwickel trocken, bei dem die rela
tiven Materialkosten bei 43% lagen.
Aus den Vergleichsversuchen ist zu erkennen, daß nur die Lö
sung mit einlagiger PET-Folie im Bezug auf die Herstellkosten
in etwa vergleichbar mit der ersten erfindungsgemäßen Lösung
ist. Alle anderen Varianten scheiden bereits wegen offen
sichtlicher Unwirtschaftlichkeit aus. Versuche haben aber ge
zeigt, daß auch die genannte Lösung nicht tragfähig ist, da
sie bei der erforderlichen Betriebsfeldstärke keine ausrei
chende Lebensdauer liefert. Bei den aus dem Stand der Technik
bekannten Lösungen erfüllt nur die erste Variante die vorhan
denen Lebensdauerforderungen, jedoch ist dies auch die teuer
ste Ausführungsform.
Die erfindungsgemäße Anordnung des LC-Wickels bestehend aus
selbstheilendem C-Wickel und vorzugsweise einlagigem L-Wickel
ist somit erheblich kostengünstiger bei vergleichbarer Le
bensdauer als die alternativ betrachteten nicht selbstheilen
den Lösungen nach dem weiter oben genannten Stand der Tech
nik.
Weiterhin ist es auch möglich, mehrlagige Metallfolien zu
Herstellung der L-Spule aufzuwickeln.
Eine weitere Ausführungsform besteht darin, eine
metallisierte Kunststoffolie zunächst mit der Metallfolie zu
verwickeln und so die L-Spule zu erzeugen. Wenn die
Metallfolie aufgewickelt ist, wird die Kunststoffolie zur
Herstellung der Trennzone demetallisiert und danach weiter
aufgewickelt, um die Kapazität herzustellen. Dadurch ist es
möglich, die Herstellung der LC-Spule in einem Wickelvorgang
vorzunehmen. Im Bereich der Trennzone kann zusätzlich eine
weitere Kunststoffolie in den Wickel eingebracht werden.
Es ist auch vorteilhaft, wenn die Kunststoffolie auf der
Seite an der später die Schoopschicht aufgebracht wird mit
einem Wellenschnitt versehen ist.
Claims (14)
1. Elektrisches Bauelement mit einem Wickelaufbau, das aus
einer Kombination einer Induktivität (L) und einer Kapazität
(C) besteht und zum Einsatz für verstimmte und unverstimmte
Filterkreise, insbesondere zur Niederspannungs-
Blindstromkompensation, vorgesehen ist,
dadurch gekennzeichnet,
daß die Wickel für die Induktivität (2) und die Kapazität (6)
auf einem Kernrohr (1) konzentrisch übereinander angeordnet
sind.
2. Elektrisches Bauelement nach Anspruch 1,
dadurch gekennzeichnet,
daß der die Induktivität bildende Wickel (2) innen angeordnet
ist.
3. Elektrisches Bauelement nach Anspruch 1,
dadurch gekennzeichnet,
daß der die Kapazität bildende Wickel (6) innen angeordnet
ist.
4. Elektrisches Bauelement nach einem der Ansprüche 1 bis 3,
dadurch gekennzeichnet,
daß die beiden Wickel (2, 6) durch eine elektrisch und
mechanisch wirkende Trennzone (5) voneinander separiert sind.
5. Elektrisches Bauelement nach Anspruch 4,
dadurch gekennzeichnet,
daß die Trennzone (5) als Wärmewiderstand ausgebildet ist.
6. Elektrisches Bauelement nach Anspruch 5,
dadurch gekennzeichnet,
daß die Trennzone (5) derart ausgestaltet ist, daß eine
axiale Belüftung des LC-Wickels ermöglicht wird.
7. Elektrisches Bauelement nach einem der Ansprüche 1 bis 6,
dadurch gekennzeichnet,
daß die Kapazität durch eine Kunststoffolie mit
regenerierfähig ausgebildeten Metallschichten als Elektroden
gebildet ist.
8. Elektrisches Bauelement nach Anspruch 7,
dadurch gekennzeichnet,
daß das Dielektrikum aus einer einzigen Kunststoffolie
besteht, die beidseitig mit den Metallschichten versehen ist.
9. Elektrisches Bauelement nach Anspruch 7,
dadurch gekennzeichnet,
daß das Dielektrikum aus zwei einseitig mit Metallschichten
versehen Kunststoffolien besteht.
10. Elektrisches Bauelement nach einem der Ansprüche 1 bis 9,
dadurch gekennzeichnet,
daß die Kunststoffolien zumindest an den, den Schoopschichten
zugekehrten Rändern mit einem Wellenschnitt versehen sind.
11. Elektrisches Bauelement nach einem der Ansprüche 1 bis
10,
dadurch gekennzeichnet,
daß im Kernrohr (1) ein Magneteisenkern angeordnet ist.
12. Elektrisches Bauelement nach einem der Ansprüche 1 bis
11,
dadurch gekennzeichnet,
daß zusätzlich eine konzentrisch gewickelte Resistivität
angeordnet ist.
13. Elektrisches Bauelement nach einem der Ansprüche 1 bis
12,
dadurch gekennzeichnet,
daß die Resistivität an Stelle der Induktivität angeordnet
ist.
14. Elektrisches Bauelement nach einem der Ansprüche 1 bis
13,
dadurch gekennzeichnet,
daß das Bauelement mit Öl imprägniert ist.
Priority Applications (1)
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|---|---|---|---|
| DE1998118472 DE19818472A1 (de) | 1998-04-24 | 1998-04-24 | Elektrisches Bauelement, das aus einer Kombination einer Induktivität und einer Kapazität besteht |
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Publications (1)
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|---|---|
| DE19818472A1 true DE19818472A1 (de) | 1999-11-04 |
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ID=7865741
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| DE1998118472 Withdrawn DE19818472A1 (de) | 1998-04-24 | 1998-04-24 | Elektrisches Bauelement, das aus einer Kombination einer Induktivität und einer Kapazität besteht |
Country Status (1)
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