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"Hochspannungsspule für einen Hochspannungstransformator11
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Die Erfindung bezieht sich auf eine Hochspannungsspule für einen Hochspannungstransformator
für niedrige Leistungen mit einem hohlzylindrischen Wickelkörper, wobei die einzelnen
Lagen der Wicklungen auf dem Wickelkörper ungefähr parallel zu dessen Oberfläche
verlaufen. Als Transformatoren "für niedrige Leistungen" sind dabei Transformatoren
bezeichnet, wie sie in der Röntgentechnik für die Röntgengeneratoren benötigt werden,
d.h. Transformatoren, die kurzzeitig Leistungen bis in die Größenordnung von 150
kW übertragen und die Spannungen von einigen 100 V auf der Primärseite bei Netzfrequenz
in eine Spannung in der Größenordnung von 100 kV transformieren. Derartige Hochspannungsspulen
sind bekannt (vgl. z.B. DE-AS 1 066 662). Dabei werden zumindest
die
innersten Lagen der Hochspannungswicklung über die ganze Länge des Wickelkörpers
oder einen wesentlichen Teil davon gewickelt, so daß sich zwischen dem Anfang und
dem Ende einer Lage relativ große Spannungen ergeben, weshalb zwischen Je zwei Wicklungslagen
Zwischenlagen aus Papier eingelegt werden müssen. Die Papierzwischenlagen können
nach Abschluß des Wickelvorganges umgebördelt werden, um zu vermeiden, daß an den
Stirnflächen der Spule die Papierbahnen einer unzulässigen elektrischen Beanspruchung
in tangentialer Richtung ausgesetzt werden. Außerdem ist anschließend ein zeitraubender
Imprägnierprozeß erforderlich, durch den sichergestellt werden soll, daß dem Papier
die Feuchtigkeit entzogen wird, um die Hochspannungsfestigkeit der Spule zu gewährleisten.
Die auf diese Weise hergestellten Spulen sind daher verhältnismäßig teuer.
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Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, eine Hochspannungsspule
zu schaffen, die sich einfacher herstellen läßt.
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Ausgehend von einer Hochspannungsspule der eingangs genannten Art
wird diese Aufgabe erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß der Wickelkörper mehrere
nebeneinander angeordnete, sich in einer zur Längsachse des Wickelkörpers senkrechten
Ebene erstreckende den Wickelkörper umschließende Wände (Kammerwände) aufweist,
deren Abstand voneinander kleiner ist als ihre Höhe, daß die Wicklung in den durch
Je zwei benachbarten Kammerwänden gebildeten Kammern angeordnet ist, daß in den
Je zwei Kammern gemeinsamen Kammerwänden Schlitze vorgesehen sind, die tangential
zur Oberfläche des Wickelkörpers verlaufen, und daß in den Schlitzen der Wicklungsdraht
von der äußeren Lage der Teilwicklung in der einen Kammer auf den Wickelkörper in
der benachbarten Kammer geführt ist.
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An dieser Stelle sei darauf hingewiesen, daß derartige wKammerwicklungen"
an sich bekannt sind - Jedoch aus der
Niederspannungstechnik bzw.
der Hochfrequenztechnik (vgl. z.B. Meincke-Gundlach "Taschenbuch der Hochfrequenztechnik"
Auflage 1962, Seite 29). Für Hochspannungsspulen sind derartige Wicklungen bisher
noch nicht benutzt worden.
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Bei einer erfindungsgemäßen Hochspannungsspule sind Zwischenlagen
aus Papier nicht mehr erforderlich, weil die Lagen in einzelnen Kammern dabei sehr
schmal sind, so daß die Isolierung handelsüblicher Kupferlackdrähte (CuLL) ausreicht,
um Uberschläge zwischen zwei übereinander liegenden Lagen zu verhindern. - Von besonderer
Bedeutung ist bei einer solchen Hochspannungsspule der Übergang von Kammer zu Kammer,
weil vermieden werden muß, daß der in eine Kammer hineingeführte Wicklungsdraht
direkt mit Windungen in Berührung kommt, die eine wesentlich andere Spannung führen.
Durch die erfindungsgemäße Anordnung der Schlitze in den Kammerwänden wird nun erreicht,
daß der Draht vom äußeren Umfang der Wicklung in einer Kammer auf den Boden (d.h.
den Wickelkörper) der nächsten Kammer geführt werden kann, ohne daß der in die benachbarte
Kammer eingeführte Draht Windungen berührt, die eine wesentlich andere Spannung
führen (und zwar auch nicht nach dem Vollwickeln dieser benachbarten Kammer). Das
Wickelverfahren wird dadurch nicht komplizierter.
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Die Erfindung wird nachstehend anhand eines in der Zeichnung dargestellten
Ausführungsbeispiels näher erläutert. Es zeigen Fig. 1 eine erste teilweise gewickelte
Hochspannungsspule nach der Erfindung in perspektivischer Darstellung und Fig. 2
in entsprechender Darstellung eine andere Ausführungsform eines erfindungsgemäßen
Spulenkörpers.
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Fig. 1 zeigt einen hohlzylindrischen Wickelkörper 1, der mit einer
Anzahl von Kammerwänden 2 bzw. 2a versehen ist,
die durch kreisringförmige
Scheiben gebildet werden und sich in einer zur Längsachse 3 des Wickelkörpers senkrechten
Ebene erstrecken. Je zwei Kammerwände bilden eine Kammer, in die jeweils ein Teil
der Wicklung hineingewickelt wird.
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DieJenigen Kammerwände 2a, die zwei benachbarte Kammern begrenzen,
sind mit Je einem Schlitz 4 versehen. Jeder Schlitz wird durch einen symmetrisch
in bezug auf die beiden Seitenflächen angebrachten vom äußeren Umfang einer Kammerwand
tangential bis zum Wickelkörper verlaufenden Einschnitt gebildet.
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Der Wickelkörper und die Kammerwände können gemeinsam durch einen
Formguß aus Araldit oder einem anderen geeigneten Isoliermaterial hergestellt werden.
Dabei können die Schlitze 4 durch Einlegen eines flachen Metallkörpers von entsprechenden
Abmessungen in die Form erzeugt werden.
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Die Wicklung 5 wird dadurch aufgebracht, daß zunächst eine der beiden
an einem der Enden befindlichen Kammern vollgewickelt wird, wonach die benachbarte
Kammer vollgewickelt wird usw. Es ergibt aich also ein innerhalb einer Kammer von
innen nach außen, innerhalb des Spulenkörpers Jedoch vom einen Ende zum anderen
hin fortschreitender Wicklungsaufbau. Immer dann, wenn eine Kammer vollgewickelt
ist, wird der Wicklungsdraht 6 - wie am Beispiel der vordersten Kammer erkennbar
- durch den Schlitz tangential auf den Boden einer Kammer, d.h. auf den Wickelkörper,
geführt.
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Man erkennt, daß derWicldungsdraht 6 von den Windungen, die mehrere
Lagen von der äußersten Lage entfernt sind, einen Abstand hat, und das gleiche gilt
auch für die Windungen, die mehrere Lagen von der innersten Lage der noch zu bewickelnden
vorderen Kammer entfernt sind. Auf diese Weise werden Durchschläge oder Kurzschlüsse
innerhalb der Hochspannungswicklung sicher vermeden.
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Der Abstand zweier benachbarter Kammerwände ist kleiner als deren
Höhe. Die geeigneten Werte hierfür hängen von der
Stärke des Wicklungsdrahtes
sowie von der pro Kammer angestrebten Hochspannung ab. Von der Hochspannung pro
Kammer hängt auch die Dicke der Kammerwände ab. - Für eine Hochspannungsspule für
50 kV und einen Strom von 20 mA sowie einen doppelt lackierten Draht (CuLL) mit
kreisförmigem Querschnitt und einer Stärke von 0,05 mm ergaben sich günstige Eigenschaften
bei einer Höhe der Kammer von 95 mm. Damit ließen sich pro Kammer 5 kV erreichen,
so daß für eine 50 kV Hochspannungsspule also 10 Kammern bzw. 11 äquidistant angeordnete
Kammerwände erforderlich waren; in der Praxis enthält eine Hochspannungsspule also
im allgemeinen mehr Kammern als in der Zeichnung angedeutet.
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Nachdem die Spule vollständig gewickelt ist, wird sie mit geeignetem
Isolierpapier umwickelt, das anschließend imprägniert werden muß.
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Ein Vorteil der erfindungsgemäßen Hochspannungsspule ist weiterhin,
daß Verdrehsicherungen, Isolationsführungen und Anschlußdrahtführungen relativ einfach
zu realisieren sind. Wird beispielsweise der Wickelkörper 1, der bei der in Fig.
1 dargestellten Hochspannungsspule mit den äußersten Kammerwänden 2 endet, nach
einer Seite über eine der Kammerwände 2 hinaus verlängert und auf seinem Umfang
mit einer Ausnehmung oder einem Nocken versehen, die bzw. der in ein geeignet geformtes
Teil am Hochspannungstransformator eingreift, dann kann die Spule leicht gegen Verdrehen
gesichert werden. Anschlußdrähte können beispielsweise dadurch herausgeführt werden,
daß die äußeren Kammerwände 2 nicht kreisförmig, sondern quadratisch geformt sind,
wobei der Anschlußdraht zu einer Ecke der quadratischen Kammerwand gezogen und von
dort nach außen geführt wird.
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Das in Fig. 2 dargestellte Ausführungsbeispiel entspricht im wesentlichen
dem nach Fig. 1, doch sind die Schlitze 4 anders geformt. Die Kammerwände 2a weisen
dabei nämlich
einen im spitzen Winkel zu ihren Außenflächen verlaufenden
Einschnitt auf, der bis auf den Kammerboden, d.h. die Oberfläche des Wickelkörpers,
führt. Der Draht wird in diesem Schlitz 4 - eingeschlossen zwischen den zwei durch
den Einschnitt entstandenen Kammerwandteilen - vom äußeren Umfang der nicht näher
dargestellten Wicklung in der einen Kammer tangential auf den Wickelkörper in der
benachbarten Kammer geführt. Bei der in Fig. 2 dargestellten Anordnung der Schlitze
4 kann der Draht immer nur vom äußeren Umfang der Wicklung in einer Kammer auf den
Boden der benachbarten rechts bzw. weiter vorne angeordneten Kammer geführt werden.
Deshalb muß bei der Ausführungsform nach Fig. 2 der Wickelvorgang bei der am linken
bzw. hinteren Ende des Spulenkörpers liegenden Kammer beginnen.