DE2100629C3

DE2100629C3 - Verfahren zur Herstellung einer einlagigen Wicklung und Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens

Info

Publication number: DE2100629C3
Application number: DE2100629A
Authority: DE
Inventors: Hans Dipl.-Ing. Ennetbaden Hartmann (Schweiz)
Original assignee: BBC Brown Boveri AG Switzerland
Current assignee: BBC Brown Boveri AG Switzerland
Priority date: 1970-12-07
Filing date: 1971-01-08
Publication date: 1975-07-31
Also published as: DE2100629A1; DE2100629B2; ZA718138B; CH524878A; CA949144A; US3760315A; DE7100452U

Description

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Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Herstellung einer einlagigen Wicklung insbesondere einer Wicklung für eine luftgefühlte Drosselspule sowie eine Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens.

Solche Drosselspulen werden z. B. als Wellensperren oder Kurzschlußbegrenzungsdrosseln verwendet. Da die Wicklungen solcher Drosselspulen bei Kurzschluß vom vollen Kurzschlußstrom durchflossen werden, müssen sie den dabei auftretenden großen mechanischen und thermischen Beanspruchungen gewachsen sein. Es ist bekannt, daß beim Durchfluß eines hohen Stromes durch eine Zylinderv/icklung diese einer Kraftwirkung ausgesetzt wird, die versucht, die Wicklung auszuweiten, ähnlich wie bei einem unter Innendruck stehenden Rohr. Die Wicklung muß somit über ihren Umfang zusammengehalten werden. Unter der Wirkung ihres eigenen Magnetfeldes versucht sich ferner die Wicklung zu verkürzen, d. h. die Wicklung ist großen achsial gerichteten Druckkräften ausgesetzt. Sofern zwischen den einzelnen Windungen Kühlabstände vorgesehen sind, führt ihr Bestreben, sich einander zu nähern, zur Durchbiegung der Leiter zwischen den Ab-Standshaltern.

Erschwert wird das Problem der mechanischen Kurzschlußfestigkeit dadurch, daß beim Wechselstrom die Kräfte pulsierend auftreten und daß in metallischen Abstützelementen durch die starken Magnetfelder ebenfalls starke Wirbelströme induziert werden.

Üblicherweise werden solche Drosselspulen in Luft montiert. Dies bedingt, daß wegen den schlechten Wärmeübertragungseigenschaften der Luft auch der Kühlung im Dauerbetrieb eine große Beachtung geschenkt werden muß.

Es wurden bereits verschiedene Mittel versucht, um die genannten Probleme zu lösen. So ist es bereits bekannt, zur Vergrößerung der kühlbaren Oberfläche die Leiter oder Einzelspulen durch eingelegte Abstandshalter im gewünschten Abstand zueinander zu halten. Um ein Lockern oder Versehieben der Abstandshalter zu verhindern, müssen diese durch eine Verzahnung oder Vernutung gesichert werden. Dies ergibt eine Vielzahl teurer und zeitaufwendig anzubringender Elemente. Dabei wird das Leitermaterial bei der Montage der Abstandshalter, d. h. beim Einführen derselben zwischen die Leiter, unerwünschten Biegekräften ausgesetzt. Unmittelbares Angießen der Abstandshalter bedingt komplizierte Gußformen; ebenso das teilweise oder vollständige Einbetten der Wicklung in eine Gußmasse. Das letztere verschlechtert zudem die Möglichkeit der Wärmeabgabe, wodurch häufig eine künstliche Belüftung erforderlich wird. Ebenso wird die Wärmeabgabe erschwert, wenn man die Wicklung auf eine Isolierhülse aufbringt, und zwar auch wenn man diese mit Zirkulationsöffnungen versieht. Um die Zylinderwicklungen zu verfestigen, ist es auch bekannt, einen ihre ganze Außenseite bedeckenden, aus Isolierfasern bestehenden Isolierzylinder auf ihre Außenseite zu wickeln und durch Anwendung von Tränkmitteln zu verfestigen. Auch bei dieser Anordnung wird die Wärmeabgabe stark behindert. In neuerer Zeit wurden bei Maschinen Wicklungsteile befestigt, indem man geschichtete Isolierstoffe zwischen die Einzelteile preßte oder sie damit umwickelte und dann mittels einer Kunststoffmasse er härtete. Es wurde auch bereits versucht, als Abstandshalter in sich vergießbare oder elastische Einlagepolster zu verwenden. Diese praktisch nur von Hand aufbringbaren Abstandshalter ergeben jedoch eine sehr aufwendige Spulenherstellung.

Es ist auch ein Verfahren zur Herstellung von mehrlagigen Wicklungen bekannt, bei dem der Leiter auf einen Wickeldorn aufgewickelt wird und bei dem mehrere aus Isoliermaterial bestehende Bänder an über den Umfang der Wicklung verteilten Stellen in Längsrichtung der Wicklung auf einzelne, fertig gewickelte Lagen aufgebracht, und dann über die Wicklungsaußenseite gelegt werden. Diese Bänder dienen nur zum Binden der fertigen Wicklung. Eine Distanzierung und Isolierung der einzelnen Windungen in axialer Richtung der Wicklung sowie eine Aufnahme der beim Fließen eines Kurzschlußstromes auf den Wicklungsleiter wirkenden Sprengkräfte, welche die Wicklung aufzuweiten versuchen erfolgt dabei nicht. Die gleichen Nachteile weist auch eine Anordnung zum axialen Verspannen und Pressen von Wicklungen auf, die aus mehreren, in Umfangsrichtung gleichmäßig verteilten, die Wicklung in axialer Richtung umschlingenden Bändern aus einem unter Wärmeeinwirkung schrumpfenden Material besteht.

Es ist ebenfalls bekannt, eine Isolierung von elektrischen Wicklungen dadurch herzustellen, daß zwischen die einzelnen Windungen ein Isolierband gelegt oder mit diesen parallel gewickelt wird, welches aus einem an den Kanten mit Einschnitten versehen gefalzten

Streifen aus Isoliermaterial besteht, wobei in den Falz ues Isolierbandes ein Draht eingelegt wird. Auch bei dieser Ausbildung ist es nicht möglich, mit Hilfe des Isolierbandes die beim Fließen eines Kurzschlußstromes auf den Leiter wirkenden Sprengkräfte, welche die Wicklung aufweiten wollen, aufzunehmen.

Es ist auch ein Verfahren zur Herstellung e<ner mehrlagigen Wicklung mit einem ohne Isolation versehenen Leiter bekannt, bei dem beim Wickeln einer Lage zwischen den Windungen ein oder zwei schnurartige Elemente aus Isoliermaterial angeordnet werden und gleichzeitig ein Imprägniermittel aufgebracht wird. Zwischen die einzelnen Lagen werden isolierende Folien gelegt. Die Wicklung wird anschließend erwärmt, so daß das Imprägniermittel aushärtet und alle Teile der Wicklung miteinander verklebt werden. Auch dieses Verfahren zeigt keine Lösung zur Aufnahme der im Kurzschlußfall auftretenden, außerordentlich großen, in radialer Richtung wirkenden Kräfte.

Schließlich ist eine elektrische Spule bekannt, bei der eine einlagige Wicklung auf einen emaillierten Blechzylinder aufgebracht ist und bei der zur Sicherung des Abstandes der Leiterwindungen gegeneinander auf dem Umfang des Blechzylinders verteilte emaillierte Träger aus Blech angeordnet sind, die mit Aussparungen für den Leiter versehen sind. Die Träger weisen z. B. die Form von gerippten Blechstreifen auf, die in axialer Richtung auf dem Umfang des Blechzylinders angeordnet sind. Die Rippen sind zwischen die Windungen eingeschoben. Durch Bänder, die etwa in Riehtung der Windungen verlaufen, werden die Träger festgehalten. Eine solche Konstruktion ist jedoch sehr kompliziert und teuer in der Herstellung, sowie wegen den vielen metallischen Teilen und der schlechten Kühlung für Drosselspulen unbrauchbar.

Zweck der Aufgabe ist die Schaffung eines Verfahrens, das die vorangehend angeführten Nachteile nicht aufweist, mit dem kurzschlußfeste Wicklungen mit günstiger Richtung und großer Festigkeit gegenüber radial gerichteten Kurzschlußkräften hergestellt werden können, und das sich auf einfachen Wickelbänken kontinuit lieh und einfach durchführen läßt.

.)as erfindungsgemäße Verfahren ist !ddurch gekennzeichnet, daß der Spulenleiter schraubenlinienförmig gewickelt w»rd, daß danach mindestens zwei aus Isoliermaterial bestehende Bänder an über den Umfang der Wicklung verteilten Stellen in Längsrichtung der Wicklung auf deren Außenseite aufgebracht werden, daß diese durch Aufwickeln eines schnurartigen Elementes zwischen die einzelnen Windungen gezogen werden und daß die aus Isoliermaterial bestehenden Bänder und die schnurartigen Elemente mittels einem Klebstoff untereinander und mit dem Leiter verklebt werden.

Gegenstand der Erfindung ist ferner eine Vorrichtung zur Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahrens, mit einem drehbaren Wickeldorn zum schraubenlinienförmigen Aufwickeln des Leiters auf denselben und mit auf dem Wickeldorn angeordneten Vorratsrollen zur Zuführung der aus Isoliermaterial bestehenden Bänder, gekennzeichnet durch mindestens eine Vorratsrolle zur Zuführung des schnurartigen Elementes.

Nachstehend wird die Erfindung an Hand der Zeichnung beispielsweise erläutert. Es zeigt

F i g. 1 einen Schnitt durch eine zwei erfindungsgemaß hergestellte Wicklungen aufweisende Sperrdrossel,

F i g. 2 einen Schnitt durch einen Teil einer ersten beispielsweisen Ausführungsform einer erfindungsgemäß hergestellten Wicklung,

F i g. 3 einen Schnitt durch einen Teil einer zweiten beispielsweisen Ausführungsform einer erfindungsgemaß hergestellten Wicklung, und

F i g. 4 einen Längsschnitt durch eine Vorrichtung zur kontinuierlichen Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahrens.
Die in F i g. 1 dargestellte Sperrdrossel weist zwei

ίο erfindungsgemäß hergestellte Wicklungen 1 und 2 auf. Wie aus dieser Figur ersichtlich, sind die den Zusammenhalt der Wicklung und die Abstützung der Leiter 3 vornehmenden, aus Isoliermaterial bestehenden Bänder 4 durch die schnurartigen Elemente 5 in den Zwischenraum zwischen den einzelnen Windungen hineingezogen. Die Bänder 4 und die schnurartigen Elemente 5 kreuzen sich dabei rechtwinklig, und sind mittels einem Klebstoff untereinander und mit dem Leiter 3 verklebt. Die dargestellte Sperrdrossel weist ferner die üblichen Konstruktionsteile wie z. B. Längsabstandhalter 16, Distanzstücke 17, Halterungsteile 18 und einen Zugbolzen 19 auf. Die elektrischen Anschlüsse sind nicht dargestellt, da sie in der üblichen Ausführungsform ausgebildet sein können.

In den F i g. 2 und 3 ist je ein Schnitt durch einen Teil einer beispielsweisen Ausführungsform einer erfindungsgemäß hergestellten Wicklung dargestellt.

Bei der Ausführungsform gemäß F i g. 2 weisen die aus Isoliermaterial bestehenden Bänder 4 eine relativ geringe Dicke auf. und der größte Teil des sich zwischen den Leitern 3 befindenden Raumes wird durch Windungen des schnurartigen Elementes 5 ausgefüllt.

Bei der Ausführungsform gemäß F i g. 3 entspricht der Abstand zwischen den Leitern 3 ungefähr der doppelten Dicke der aus Isoliermaterial bestehenden Bänder 4, während das schnurartipe Element nur einen geringen Anteil am zwischen den Leitern 3 sich befindenden Querschnitt beansprucht.

In denjenigen Fällen, wo die beim Fließen eines Kurzschlußstromes auftretenden, in achsialer Richtung auf die Spule wirkenden Druckkräfte sehr groß sind, müssen die Leiter 3 längs ihres ganzen Umfanges durch die in ihrer Gesamtwirkung als Bandagen wirkenden schnurartigen Elemente 5 abgestützt werden. Gleichzeitig helfen die schnurartigen Elemente 5 auch, die beim Fließen eines Kurzschlußstromes auf die Leiter 3 wirkenden Sprengkräfte Z, welche die Windungen aufweiten wollen, aufzunehmen.
Bei kleineren Kurzschlußkräften genügt es, in entsprechender Anzahl verteilt angeordnete, in diesem Fall dicker bemessene Bänder 4 um die Leiter 3 zu führen, während das schnurartige Element 5 weniger zur Aufnahme der Kurzschlußkräfte dient als dazu, die Bänder 4 in den zwischen den Leitern 3 sich befindenden Spalt zu ziehen.

Bei der in F i g. 2 dargestellten Ausführungsform streicht die Kühlluft längs den möglichst wenig abgedeckten Innen- und Außenseiten der Spule entlang, während bei der in Fig.3 dargestellten Ausführungsform die kühlende Luft zusätzlich an den Stellen des Windungsumfanges an welchen sich keine Bänder 4 befinden, freien Durchtritt zwischen den Leitern 3 hat. Aus den beiden F i g. 2 und 3 ist somit ersichtlich, wie bei relativ günstigen Kühlverhältnissen die bei Kurzschluß auftretenden Kräfte in achsialer und radialer Richtung der Spule aufgenommen werden können.

In F i g. 4 ist ein Längsschnitt durch eine Vorrichtung zur kontinuierlichen Durchführung des erfindungsge-

mäßen Verfahrens dargestellt. Diese Vorrichtung weist einen um die Längsachse 7 drehbar angeordneten Wikkeldorn 8 auf, auf den man den Spulenleiter 3 schraubenlinienförmig aufwickelt. Die Vorratsrollen 9 für die aus Isoliermaterial bestehenden Bänder 4 sind auf dem Dorn 5 angeordnet und rotieren mit diesem zusammen. Die Bänder 4 werden an gleichmäßig über den Umfang der Wicklung verteilten Stellen in Längsrichtung der Wicklung auf deren Außenseite aufgebracht und durch Aufwickeln des schnurartigen Elementes 5 zwischen die einzelnen Windungen gezogen. Das schnurartige Element 5 wird dsbei von einer Vorratsrolle 10 abgezogen. Für jedes auf die Wicklung aufzubringende Band 4 ist eine Vorratsrolle 9 vorgesehen, wobei jede der Vorratsrollen 9 in Längsrichtung des Dornes 8 verschiebbar auf dem letzteren angeordnet ist und mittels einer Feder 11 zum Spannen des Bandes 4 dienen kann. Es ist möglich, ein einziges schnurartiges Element 5 oder gleichzeitig mehrere zusammen zu verwenden. Je nachdem benötigt man eine oder mehrere der Vorratsrollen 10. Als Material für die Bänder 4 bzw. das schnurartige Element 5 eignen sich insbesondere Materialien hoher mechanischer Festigkeit und einer imprägnierbaren Struktur wie z. B. Glasfaserbänder bzw. Glasfaserschnüre oder Rowings. Zum Verfestigen und Verkleben eignen sich insbesondere lösungsmittelfreie Kunstharze wie z. B. Epoxyd- oder Polyesterharze, wobei die Harze vor oder nach dem Aufbringen der Bänder bzw. Schnüre auf die Wicklung auf dieselben aufgebracht werden können.

ίο Die Wicklung selbst kann zuerst mit einer größeren Windungsteilung auf den Dorn 8 aufgewickelt und nach dem Aufbringen der Bänder 4 und des schnurartigen Elementes 5 auf das richtige Maß gepreßt werden. Die Wicklung kann auch mit der endgültigen Windungsteilung hergestellt werden, wobei dann auch im gleichen Arbeitsgang die Elemente 4 und 5 aufgebracht werden können.

Die fertige Spule kann eine oder mehrere Wicklungen aufweisen. Der Leiter 3 kann als voller Leiter ausgebildet sein oder aus mereren Teilleitern bestehen.

Hierzu 2 Blatt Zeichnungen

Claims

Patentansprüche:

1. Verfahren zur Herstellung einer einlagigen Wicklung, insbesondere einer Wicklung für eine luftgefühlte Drosselspule, dadurch gekennzeichnet, daß der Spulenleiter schraubenlinienförmig gewickelt wird, daß danach mindestens zwei aus Isoliermaterial bestehende Bänder an über den Umfang der Wicklung verteilten Stellen in Längsrichtung der Wicklung auf deren Außenseite aufgebracht werden, daß diese durch Aufwickeln eines schnurartigen Elementes zwischen die einzelnen Windungen gezogen werden und daß uie aus Isoliermaterial bestehenden Bänder und die schnurartigen Elemente mittels einem Klebstoff untereinander und mit dem Leiter verklebt werden.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß man die Dicke der aus Isoliermaterial bestehenden Bänder derart wählt, daß diese nach dem Einziehen zwischen die einzelnen Windungen gleichzeitig zur Distanzierung derselben dienen.

3. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß man beim Einziehen der aus Isoliermaterial bestehenden Bänder zwischen die einzelnen Windungen soviel vom schnurartigen Element zwischen die letzteren wickelt, bis der an den Stel-.len der Bänder sich befindende Zwischenraum zwischen den einzelnen Windungen durch die schnurartigen Elemente ausgefüllt ist.

4. Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens nach einen der Ansprüche 1 bis 3, mit einen drehbaren Wickeldorn zum schraubenlinienförmigen Aufwickeln des Leiters auf denselben und mit auf dem Wickeldorn angeordneten Vorratsrollen zur Zuführung der aus Isoliermateria! bestehenden Bänder, gekennzeichnet durch mindestens eine Vorratsrolle (10) zur Zuführung des schnurartigen Elementes (5).