DE2741635A1

DE2741635A1 - Metallbandwickel, insbesondere fuer transformatoren

Info

Publication number: DE2741635A1
Application number: DE19772741635
Authority: DE
Inventors: Guy Bouvier
Original assignee: Alstom Savoisienne SA
Current assignee: Alstom Savoisienne SA
Priority date: 1976-09-22
Filing date: 1977-09-15
Publication date: 1978-03-23
Also published as: IT1084240B; JPS5339428A; BE858322A; FR2365867A1; FR2365867B1

Description

1 5. Sep. 1977

METALLBANDWICKEL, INSBESONDERE FÜR TRANSFORMATOREN

Die Erfindung bezieht sich auf Wicklungen aus Kupferoder Aluminiumbändern, vor allem für die Herstellung von Transformatorwicklungen .

Derartige Wicklungen bestehen aus mehreren konzentrisch um einen Magnetkern gewickelten Wicklungsschichten. Zwischen zwei aneinandergrenzenden Wicklungsschichten sind zur Kühlung Kanäle für den Umlauf eines Dielektrikums vorgesehen. Diese Kanäle werden mit Hilfe von rippenartigen Strukturen erhalten, die entlang den Mantellinien der Wicklung angeordnet sind, d.h. parallel zur Aufwickelachse.

Zur Herstellung dieser Rippen werden zwei Verfahren angewandt. Das eine besteht darin, in Querrichtung auf einen Träger, der aus einem Streifen aus einem isolierenden Material wie beispielsweise Isolierkarton besteht, Stäbe mit in etwa quadratischem Querschnitt zu kleben. Man erhält auf diese Weise so etwas wie einen Rolladen, der nach und nach beim Herstellen der Wicklung zwischen zwei aufeinanderfolgenden Wicklungsschichten angeordnet wird. Ein derartiger"Rolladen" kann mit Hilfe eines Streifens aus Isoliermaterial oder Metall hergestellt werden, den man in gleichmäßigen Abständen in Querrichtung tiefzieht.

Das andere Verfahren besteht darin, direkt im aufgewickelten Metallband in Querrichtung Faltungen herzustellen,

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die zwischen aufeinanderfolgenden Wicklungsschichten Querstreben bilden und einen Kanal für den Umlauf des Dielektrikums freilassen.

Bei beiden Verfahren jedoch ergaben sich im Falle eines Kurzschlusses dieselben Nachteile. Die verschiedenen Rippen waren nämlich stets in Richtung der Mantellinien angeordnet, und bei einem Kurzschluß hatte die gesamte Wicklung die Tendenz, auf den Magnetkern gequetscht zu werden, weil nämlich die dabei freigesetzten radialen Kräfte sehr groß werden und nicht mehr voll beherrschbar sein können·.

Weiterhin befinden sich, wenn die Wicklung mehrere Kühlkanäle in unterschiedlichen radialen Abständen aufweist, was im allgemeinen der Fall ist, die Rippen nicht alle in derselben radialen Ebene, so daß die Möglichkeit einer Verformung zwischen den verschiedenen Schichten der Wicklung besteht, wobei die Rippen sich ineinander verschachtein und dabei die zwischen den verschiedenen "Rolläden" befindlichen Wicklungsteile verformen können. Ferner wird das Metallband auf Biegung und Knickung zwischen den Rippen der "Rolläden" beansprucht, und es verformt sich, da seine geringe Dicke nicht die notwendige mechanische Festigkeit aufweist.

Es wurde daher versucht, die mechanische Festigkeit der Wicklung gegenüber den bei Kurzschlüssen freigesetzten Kräften zu verbessern und dabei gleichzeitig die volle Kühlwirkung der Kühlkanäle beizubehalten. Hierzu wurden Wicklungen aus Metallband hergestellt, die zwischen den einzelnen Wick lungsschichten Kanäle für den Umlauf des Dielektrikums aufweisen, wobei diese Kanäle durch im Verhältnis zur Mantellinie

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der Wicklung schräg verlaufende Rippen gebildet wurden und die Neigung dieser Rippen derart gewählt wird, daß eine Mantellinie der Wicklung mehrere Rippen schneidet.

Eine derartige Anordnung macht jedoch die Verwendung von "Rolläden" mit Isolierstäben erforderlich, was einen vor allem auf ihre Befestigung durch Kleben zurückzuführenden lästigen Zwang darstellt.

Durch die Erfindung soll eine Wicklung aus Metallband erhalten werden, die zwar die Vorteile dieser Anordnung beibehält, jedoch nicht den lästigen Nachteil aufweist.

Gegenstand der Erfindung ist eine Metallbandwickel, insbesondere für Transformatoren, bei dem zwischen den Wickelachichten durch Zwischenlage von rippenartigen Strukturen Kühlkanäle gebildet sind, dadurch gekennzeichnet, daß diese rippenartigen Strukturen durch tiefgezogene Partien des Metallbands gebildet werden und zu den Mantellinien des Wickels schräg verlaufen, wobei die Neigung dieser rippenartigen Strukturen zu den Mantellinien derart ist, daß eine Mantellinie des Wickels mehrfach solche Strukturen schneidet.

Bevorzugte Ausführungsformen der Erfindung sind in den Unteransprüchen gekennzeichnet.

Die Erfindung wird an Hand der nachfolgenden Beschreibung mehrerer Ausführungsbeispiele unter Bezugnahme auf die beiliegenden neun Figuren näher erläutert.

Fig. 1 zeigt die Stirnseite einer aus einem Metallband bestehenden Wicklung.

Fig. 2 zeigt einan bekanntenWickel im Ausschnitt.

Fig. 3 zeigt einenanderenbekannten Wickel im Ausschnitt.

Fig. 4 bis 7 zeigen je einen abgewickelten Ausschnitt eines erfindungsgemäßen Wickels.

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Fig. 8 zeigt einen Querschnitt durch die Variante
aus Fig. 7.

Fig. 9 zeigt eine perspektivische Ansicht eines
Ausschnitts aus einem erfindungsgemäßen Wickel·

In Fig. 1 wird schematisch ein Wickel aus einem
Metallband dargestellt. Der Wickel umfaßt eine bestimmte Anzahl von Schichten 1, die aus mehreren Windungen eines um ein Tragerohr 3 herumgewickelten Metallbands 4 bestehen. Der Wickel entsteht durch in Richtung des Pfeils erfolgende Aufwicklung eines oder zweier Metallbänder unter Zwischenlegung eines oder zweier Isolierpapierbänder. Das Aufwickeln erfolgt mit Hilfe von üblichen Mitteln um die Achse XX¹ , die mit der des Rohrs zusammenfällt und in der Fig. 1 durch den Punkt X angedeutet wird. Das aufzuwickelnde Band liegt stets entlang einer Mantellinie 5 am Wickel an.

Zwischen zwei aufeinanderfolgenden Schichten und
zwischen dem Tragerohr 3 und der ersten Schicht sind aus Einzelelementen bestehende Rippen 6 angeordnet. Die durch zwei
aufeinanderfolgende Wicklungsschichten und zwei aufeinanderfolgende Rippen begrenzten Räume bilden Kanäle 8, durch die
ein Kühlmittel strömt.

Die Rippen eines bekannten Wickels können, wie in
Fig. 2 dargestellt, in Form von Isolierstäben 10 mit in etwa quadratischem Querschnitt ausgebildet werden, die auf eine
beispielsweise aus einem Band 9 aus Isolierkarton bestehende Unterlage geklebt sind. Jeder Isolierstab liegt dann senkrecht zu den Seitenrändern 11 des Bandes. Die aus Unterlage und
Rippen bestehende Gesamtheit wird zwischen zwei aufeinanderfolgende Wicklungsschichten gelegt.

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Die in Fig. 3 dargestellte Variante wird aus einem Stück 12 durch Tiefziehen hergestellt, wobei die Rippen senkrecht zu den Rändern 11 verlaufen.

In derartigen Strukturen sind die Rippen 6 parallel zu den Mantellinien des Wickels und zur Wickelachse selbst angeordnet. Um die oben dargestellten Nachteile im Kurzschlußfall zu vermeiden, läßt man erfindungsgemäß die Rippen schräg zu den Mantellinien laufen.

Fig. 4 zeigt einen Ausschnitt aus einer auf die Ebene abgewickelten Rippenstruktur, die aus einem Metallband 9 und darin eingeprägten stabförmigen Rippen 10, die schräg von einem Rand 11 zum anderen Rand 11 reichen, besteht. Die Neigung ist derart, daß eine Mantellinie 15 an zwei Punkten durch zwei Rippen 10 geschnitten wird. Jede Mantellinie besitzt so im Falle eines Kurzschlusses zwei Auflagepunkte.

Ferner ist es vorteilhaft, von Schicht zu Schicht die Neigungsrichtung der Rippen wie gestrichelt eingezeichnet umzukehren (Rippen 10¹). Auf diese Weise erhält man einen kompakteren Wickel, da die Rippen der verschiedenen Strukturen von einer Schicht zur anderen nicht mehr ineinander verschachtelt sind, sondern sich an mehreren Stellen aufeinander abstützen. Dadurch wird die Verformung des Metallbandes im Falle eines Kurzschlusses wesentlich erschwert.

Die in Fig. 5 dargestellte Variante zeigt eine Struktur, bei der jede Rippe aus einer Serie von Einzelstücken 14 unterschiedlicher Richtung besteht, die zu den Rändern 11 hin eine Neigung abwechselnder Orientierung aufweisen, so daß sie Sparren bilden. Im hier dargestellten Beispiel wird eine

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Mantellinie 15 an bis zu fünf Stellen von Rippenstücken geschnitten. Hier ist es ebenfalls möglich, die Neigungsrichtung der Rippen zu beiden Seiten einer Wickelschicht umzukehren.

In einer Variante der Erfindung können, wie in Fig. 6 dargestellt, die Rippen durch Reihen von nicht mehr miteinander verbundenen kurzen Rippenstücken 16, 16' , 16" ersetzt werden, wobei die Stücke einer Schicht gleichmäßig in geradlinigen Reihen 17, 17·, 17" angeordnet sind. Die Reihen 17 liegen in einanderjColgenden Schichten jeweils übereinander, wodurch sich eine kompakte Anordnung ergibt und an den Mantellinien des Wickels im Falle eines Kurzschlusses keine Verbiegung mehr möglich ist.

Die die Rippen bildenden Strukturen bestehen aus Rippenstücken, die die Form eines Parallelogramms oder eines Rhombus aufweisen; vorzugsweise sind die Grenzen der Auflageflächen der Rippen auf dem benachbarten Blech abgerundet, damit die Isolation.zwischen den einzelnen Windungen nicht gefährdet wird.

In den Fig. 7 und 8 werden drei mögliche Formen für diese Rippenstücke dargestellt. In der Reihe 17 wurden die in Fig. 6 gezeigten Rippenstücke 16, die die Form eines Parallelogrammes aufwiesen, durch Elemente 18 mit abgerundeten Ecken ersetzt. In der Reihe 17' wurden die Rippenstücke aus der Fig. 6 durch eine Serie von punktförmigen Erhöhungen 19 ersetzt, die jeweils innerhalb des entsprechenden in Fig. 6 gezeigten Parallelogramms liegen· In der Reihe 17" wird eine weitere Ausbildungsform für diese Rippenstücke dargestellt, bei der diese Stücke durch eine Serie von ganz kurzen Rippenelementen

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ersetzt werden, die auf aufeinanderfolgenden treppenstufenförmig angeordneten Mantellinienabschnitten angeordnet sind. Diese Einzelelemente 20 sind rechtwinklig, können jedoch ab- ^rundete Ecken aufweisen.

Im Gegensatz zu bekannten Zwischenlagen aus Isolierpapier werden hier durch Tiefziehen im Metallband geformte Rippenstrukturen verwendet.

Das Tiefziehen erfolgt vorzugsweise auf der Wickelmaschine nach dem Wickeln jeder Windungsschicht und vorzugsweise Reihe für Reihe.

Es ist günstig, die Tiefziehformen so zu gestalten, daß die rippenartigen Strukturen nicht scharfkantig sind, sondern eine durchgehend gewölbte Form aufweisen, wie die in Fig. 9 dargestellten Erhöhungen 21, die dadurch ohne die Gefahr der Ausbildung von Überstärken auf der Wicklung ruhen. Die Erhöhungen 21 werden in drei Reihen 22, 22', 22" zwischen den Rändern 23 des Bandes 4 in Längsrichtung angeordnet.

Eine andere Möglichkeit besteht darin, den Tiefziehstrukturen Formen wie beispielsweise die in Fig. 7 und 8 angegebenen zu verleihen, wobei das Band 9 durch das Metallband 4 selbst gebildet wird.

Mit derartigen Tiefziehformen ist es weiterhin besonders vorteilhaft, rippenartige Strukturen herzustellen, die aus einer Folge von nicht miteinander verbundenen Elementen bestehen, deren Schrägrichtung sparrenförmig abwechselt, wie es bei der Ausführungsform gemäß Fig. 5 angedeutet wird.

Da diese Tiefziehstrukturen nicht die gesamte Breite des Bandes einnehmen, kann man dieses Band ohne nachteilige

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Folgen dehnen, was bei der Herstellung der Wicklung von Vorteil ist.

Die jeweiligen Formen können entweder automatisch beim Aufwickeln, wenn das Metallband dünn ist, beim Tiefziehen oder mit Hilfe eines Zusatzgeräts erhalten werden, über das das Band bei größeren Blechdicken geführt wird (Walzenvorrichtung beispielsweise).

Werden zwei Bänder parallel aufgewickelt, so wird das Tiefziehen nur mit einem Band durchgeführt, was für die wirksame Kühlung keinerlei Nachteil darstellt, und vorzugsweise stellt man den Kühlkanal zwischen den beiden Bändern her.

Die mit diesen Kanälen erzielte Kühlwirkung ist sehr gut, denn die für die Kühlung verlorene Auflagefläche der Erhöhungen auf der Unterlage ist sehr gering. Sie ist umso kleiner, als die Seitenflanke der Tiefziehstrukturen eine für die Kühlung aktive Fläche bildet. Dadurch wird praktisch der Verlust der durch die Rippenstrukturen bedeckten Fläche vollständig kompensiert.

Ein Vorteil des Tiefziehens besteht darin, daß, da der Tiefziehvorgang mit einem Band aus geglühtem oder noch wenig festem Metall durchgeführt wird, die diesem Metall aufgezwungene Kaltverfestigung ihm örtlich in Höhe der tiefgezogenen Bereiche eine Festigkeit verleiht, aufgrund deren das Material den im Falle von Kurzschlüssen freigesetzten Quetschkräften eine höhere Festigkeit entgegensetzen kann.

Ein andere Vorteil von im Metallband tiefgezogenen Rippenstrukturen besteht darin» daß die Vorrichtung beim Trocknen des Wickels im Gegensatz zu Lösungen mit Isolierrippen keinerlei Dimensionsänderungen unterworfen ist.

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Claims

Fo 10 581 D
SV

1 5. Sep. 1977

ALSTHOM-SAVOISIENNE S.A.

25, rue des Bateliers
93404 SAINT-OUEN, Frankreich

PATENTANSPRÜCHE

1 -j Metallbandwickel, insbesondere für Transformatoren, bei dem zwischen den Wickelschichten durch Zwischenlage von rippenartigen Strukturen Kühlkanäle gebildet sind, dadurch gekennzeichnet, daß diese rippenartigen Strukturen durch tiefgezogene Partien (21) des Metallbands (4) gebildet werden und zu den Mantellinien des Wickels schräg verlaufen, wobei die Neigung dieser rippenartigen Strukturen zu den Mantellinien derart ist, daß eine Mantellinie des Wickels mehrfach solche Strukturen schneidet.

2 - Metallbandwickel nach Anspruch 1, dadurch

die/ gekennzeichnet, daß /die Rippenstruktur bildenden

tiefgezogenen Partien (21) eine gewölbte Form besitzen.

3 - Metallbandwickel nach den Ansprüchen 1 und 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Konturen der Auflagefläche einer tiefgezogenen Partie auf die angrenzende Metallbandschicht abgerundet sind.

4 - Metallbandwickel nach den Ansprüchen 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß die rippenartigen Strukturen aus mehreren Reihen kurzer Rippen (16, 18) gebildet sind.

¥12/

5 - Metallbandwickel nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß die rippenartigen Strukturen aus Reihen von punktförmigen Erhöhungen (19) gebildet sind.

6 - Metallbandwickel nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß die rippenartigen Strukturen aus einer Vielzahl von kurzen Mantellinienabschnitten bestehen, die treppenförmig zueinander ausgerichtet sind.

7 - Metallbandwickel nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß die rippenartige Struktur (6) aus einzelnen Erhöhungen besteht, deren Neigung sich sparrenartig von einer Erhöhung zur anderen ändert.

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