DE3403752C2 - - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft ein induktives Gerät mit einem lamel­ lierten Magnetkern gemäß dem Oberbegriff des Anspruches 1 sowie ein Verfahren zur Herstellung der Wicklung des induk­ tiven Gerätes. Bei den induktiven Geräten handelt es sich in erster Linie um Starkstromtransformatoren und Starkstrom­ drosselspulen. Ein solches Gerät ist bekannt durch die DE-OS 30 29 416.

Bei dem durch die DE-OS 30 29 416 bekannten Transformator mit Bandwicklung bestehen die im Oberbegriff des Anspruches 1 genannten Zwischenlagen aus seperaten elektrisch isolierenden Streifen mit keilförmigem oder rechteckförmigem Querschnitt. Die größte Dicke dieser Streifen ist verhältnismäßig groß, so daß diese Streifen relativ steif sind und sich nur schwer formen lassen. Das Anbringen mehrerer solcher Streifen in der bekannten Bandwicklung bedeutet eine Diskontinuität beim Wickeln der Wicklung und führt damit zu einer erheblich ver­ minderten Herstellungsgeschwindigkeit.

Durch die GB-PS 8 37 805 ist ein Hochspannungstransformator be­ kannt, bei dem jede Wicklungslage aus einer Vielzahl von Windungen besteht. Die Isolationsschicht zwischen zwei be­ nachbarten Lagen ändert dabei ihre Dicke in axialer Richtung der Wicklung. Die Dicke ist an demjenigen axialen Ende der Wicklung gering, an dem die benachbarten Lagen galvanisch miteinander verbunden sind, und nimmt zum entgegengesetzten axialen Ende der Wicklung zu. Auf diese Weise wird erreicht, daß die Isolation der Spannungsdifferenz zwischen in radial­ ere Richtung nebeneinanderliegenden Windungen benachbarter Wicklungslagen angepaßt ist. Die Form der Gesamtwicklung ist zylindrisch, da sich die Dickenvariation der Lagenwicklung in axialer Richtung von Lage zu Lage umkehrt.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein induktives Ge­ rät der eingangs genannten Art nebst Herstellungsverfahren zu entwickeln, bei dem die Bandwicklung mit den oben genann­ ten Eigenschaften schneller als bisher hergestellt werden kann und die für die Erzielung der doppelt gekrümmten Form der Windungen erforderlichen Zwischenlagen neben ihrer Funk­ tion als Distanzkörper zugleich bewirken, daß die Gefahr eines Überschla­ ges zwischen benachbarten Windungen herabgesetzt ist.

Zur Lösung dieser Aufgabe wird ein induktives Gerät nach dem Oberbegriff des Anspruches 1 vorgeschlagen, welches erfin­ dungsgemäß im kennzeichnenden Teil des Anspruches 1 genann­ ten Merkmale hat.

Eine vorteilhafte Weiterbildung der Erfindung ist im An­ spruch 2 genannt.

Ein Verfahren zu Herstellung der Wicklung eines induktives Gerät gemäß der Erfindung sowie vorteilhafte Ausgestaltungen des Verfahrens sind in den Ansprüchen 3 und 4 genannt.

Anhand der in den Figuren gezeigten Ausführungsbeispielen soll die Erfindung näher erläutert werden. Es zeigen

Fig. 1 einen Schnitt senkrecht zur Längsachse des Schenkels eines Starkstromtransformators gemäß der Erfindung,

Fig. 2 den Transformator gemäß Fig. 1 im partiellen Schnitt längs der Linie II-II in Fig. 1, und zwar in vergrößertem Maßstab,

Fig. 3 einen Teil von Fig. 2 in einem weiter vergrößerten Maßstab,

Fig. 3A in vergrößerter Darstellung den mit A bezeichneten kreisförmigen Ausschnitt aus Fig. 3,

Fig. 3B in vergrößerter Darstellung den mit B bezeichneten kreisförmigen Ausschnitt aus Fig. 3,

Fig. 4 im Querschnitt ein Ausführungsbeispiel eines bandför­ migen isolierten Leiters, wie er in der Bandwicklung gemäß Fig. 3 verwendet werden kann,

Fig. 5 eine Füllanordnung mit mehreren gemäß der Erfindung angeordneten Zwischenlagen im Axialschnitt durch die Wicklung.

In den Figuren bezeichnet 1 einen Schenkel eines lamellier­ ten Transformatorkerns. Der Schenkel 1 hat eine vertikale Symmetrieachse, und ist zwischen einem oberen Joch 2 und einem in den Figuren nicht dargestellten unteren Joch angeordnet. Die strich-punktierte Linie 3 bezeichnet eine gedachte horizontale Ebene durch die Mitte des Schenkels 1. Eine Innenwicklung 4 ist auf einen Formzylinder 5 gewickelt, dessen Achse im wesentlichen mit der Achse 1′ zusammenfällt. Die Innenwicklung ist von einem im wesentlichen rohrförmigen, aus elektrisch isolierendem Material gebildeten Kanal 6 und einer radial außerhalb desselben, koaxial zur Innenwicklung liegenden Außenwicklung 7 umgeben. Der Kanal 6 ist aus mehreren aus elektrisch isolierendem Material bestehenden, in tangentialer Richtung nebeneinander angeordneten Rippen 6′ zusammengesetzt. Jede Wicklung 4 und 7 ist als Bandwicklung ausgeführt. Die Außenwicklung 7 enthält mehrere radial übereinander gewickelte Windungen eines Bandes 8. Das Band 8 enthält ein gleichmäßig dickes, aus elektrisch leitendem Material hergestelltes Leiterband 9, dessen Dicke im Bereich von 0,1 bis 4 mm liegt und dessen Breite ungefähr gleich der maximalen axialen Länge des stromführenden Teils der Wicklung ist. Das Leiterband 9 ist auf jeder Seite mit einem entsprechenden Filmband 10 aus verhältnismäßig dünnem elektrisch isolierendem Material versehen. Das Filmband 10 hat zwei Randabschnitte 11 von denen jeder über den jeweiligen Rand des Leiterbandes 9 hinausragt. An jedem Rand des Bandes 8 ist ein Kantenband 12 aus isolierendem Material, wie z. B. Zellulosepapier, außerhalb des Leiterbandes 9 und zwischen den dort vorhandenen Randabschnitten 11, des Filmbandes 10 angeordnet.

Zu der Wicklung 7 gehören mehrere Windungen des Leiterbandes 9, dieselbe Anzahl Windungen von jedem der beiden Kantenbänder 12, sowie an jedem Ende der Wicklung ungefähr dieselbe Anzahl Windungen eines besonderen, vorzugsweise aus isolierendem Material bestehenden Füllbandes 14. In der Wicklung 7 reicht der obere Rand des Leiterbandes 9 bis zu einer gedachten Rotationsfläche 13. Das Füllband 14 hat einen rechteckigen Querschnitt und hat in Längsrichtung konstante Dicke. Mehrere radial aufeinanderfolgende Abschnitte der Wicklung 7 sind jeweils mit einer Füllanordnung 15 in Form mehrerer Windungen des Füllbandes 14 versehen, wobei jede Windung des Füllbandes zwischen je zwei unmittelbar benachbarten Windungen des Bandes 8 angebracht ist. Bei jeder Füllanordnung 15 haben die einzelnen Windungen des Füllbandes 14 unterschiedliche axiale Lagen, weshalb sie zusammen ungefähr dieselbe Wirkung erzeugen wie jeder der anfangs erwähnten, bei Transformatoren verwendeten bekannten Streifen mit keilförmigem Querschnitt. Das Prinzip geht deutlich aus Fig. 5 hervor, die einen der vorgenannten Wicklungsabschnitte mit zugehöriger Füllanordnung zeigt. Die Füllanordnung enthält sechs Windungen des Füllbandes 14, wobei diese Windungen mit verschiedenen Überlappungsgraden im Verhältnis zu den angrenzenden Windungen des Leiterbandes 9 angeordnet sind. In Fig. 5 ist die Breite der Überlappungszone der mit der größten Überlappung angebrachten Windung des Füllbandes 14 mit S bezeichnet. Bei drei der gezeigten sechs Windungen ist die entsprechende Breite kleiner als S/2, während die Breite der Oberlappungszone der beiden übrigen Windungen größer als S/2 und kleiner als 0,9×S ist. Bei mehreren der in Fig. 3 gezeigten Füllanordnungen 15 ist die Anzahl verschiedener Überlappungsgrade des Füllbandes 14 erheblich größer als bei der in Fig. 5 gezeigten Füllanordnung. Bei jeder Füllanordnung 15 ist die Gesamtdicke der aus dem Füllband 14 gebildeten Zwischenlagen - gemessen in einer Fläche parallel zu der am nächsten gelegenen metallischen Endfläche 13 der Wicklung 7 - in der Nähe der genannten Endfläche verhältnismäßig groß und nimmt in Richtung in die Wicklung hinein mit zunehmendem Abstand von der Endfläche ab.

Bei der Herstellung der Wicklung 7 erhält bereits die erste, d. h. die radial innerste Windung des Bandes 8 eine doppelt gekrümmte Form, da der Kanal 6 eine radial nach außen gerichtete doppelt gekrümmte Fläche hat. Ungefähr gleichzeitig wird mit dem Einwickeln eines Füllbandes 14 an beiden Rändern des Leiterbandes 9 begonnen. Das aus den Bändern 9, 10 und 12 gebildete Band 8 kann alternativ vorgefertigt sein, doch werden die Bänder 9, 10 und 12 vorzugsweise erst beim Wickeln miteinander verbunden, wobei diese Bänder, ebenso wie das Füllband 14, dadurch auf den Kanal 6 gewickelt werden, daß letzterer rotiert und die Bänder von ihrer jeweiligen, gebremsten Vorratsrolle abwickelt. Die zur Lieferung des jeweiligen Bandes 14 vorgesehenen Vorratsrollen können in ihrer axialen Richtung verschiebbar sein, wobei ihre Lage in axialer Richtung für jede Windung von einem im voraus programmierten Steuersystem gesteuert wird. Wenn Wicklungsintervalle vorkommen, bei denen keine Vergrößerung der in einem Axialschnitt sichtbaren Krümmung der Windung gewünscht wird, so wird das Füllband 14 völlig außerhalb der Kanten des Leiterbandes, also mit der Überlappung Null, gewickelt oder abgeschnitten. Jedes Füllband 14 kann alternativ aus mehreren Teilbändern bestehen, die mit ihren flachen Seiten aufeinander liegen und von ihren zugehörigen Vorratsrollen abgewickelt werden. Durch Änderung der Anzahl der Teilbänder kann dann die Dicke des resultierenden Füllbandes 14 variiert werden, beispielsweise derart, daß einige der nur außerhalb der gedachten Fläche 13 gewickelten Abschnitte mit einer kleineren Banddicke als die übrigen ausgeführt werden. Wenn die gesamte Anzahl der vorgenannten Überlappungszonen verhältnismäßig klein ist und das Füllband 14 außerdem eine verhältnismäßig große Dicke hat, so wird das Kantenband 12 zweckmäßig mit einer Dicke ausgeführt, die bedeutend kleiner als die Dicke des Leiterbandes, beispielsweise kleiner als 80% desselben, ist.

Wenn die Wicklung 7 fertiggewickelt ist, werden ihre Endflächen abgedreht, wobei überflüssige Teile des Füllbandes 14 entfernt werden.

Wenn eine Wicklung nach der Erfindung an jedem axialen Ende mit einem aus elektrisch isolierendem Material hergestellten Füllband versehen ist, das in kleinerem oder größerem Maße sämtliche Windungen des Leiterbandes oder eine große Anzahl dieser Windungen, z. B. mehr als 50% der Ge­ samtanzahl überlappt, so wird die Wahrscheinlichkeit eines Überschlages zwischen nahe aneinanderliegenden Windungen er­ heblich reduziert, da die Gefahr solcher Überschläge an den Leiterbandkanten am größten ist.

Die Innenwicklung 4 ist ähnlich wie die Außenwicklung 7 auf­ gebaut. Bei der innersten Windung ist die in einem Axial­ schnitt sichtbare Biegung verhältnismäßig groß. Bei den fol­ genden Windungen wird die Krümmung mit Hilfe mehrerer nicht dargestellter Füllanordnungen verringert, von denen jede ähnlich wie die in Fig. 5 gezeigte Füllanordnung aufgebaut ist.

Der anhand der Figuren beschriebene Transformator stellt nur eine von vielen Ausführungsformen der Erfindung dar. Die Innenwicklung (4) braucht beispielsweise nicht als Band­ wicklung ausgeführt zu sein, sondern kann auch aus einer Drahtwicklung mit mehreren Windungen pro Lage bestehen.

Der gewünschte variierende Überlappungsgrad zwischen dem Füllband und dem Leiterband kann beim Fertigungsvorgang statt durch Variierung der axialen Lage eines gleichbleibend breiten Füllbandes auch dadurch erreicht werden, daß ein größerer oder kleinerer Teil an der inneren Seite des Füll­ bandes abgeschnitten wird, indem das Füllband (14) beim Auf­ wickeln eine Schneidevorrichtung passiert, deren Lage vari­ iert wird.

Claims (4)

1. Induktives Gerät mit einem lamellierten Magnetkern, der mindestens einen Schenkel (1) hat, und mit mindestens einer annähernd koaxial zu der Längsachse (1′) des Schenkels (1) angeordneten Wicklung (7), die eine Vielzahl von radial übereinander angeordnete Windungen eines mit Leiterisola­ tion (10) versehenen Leiterbandes (9) enthält, wobei die Windungen annähernd einen um die Achse (1′) angeordneten Rotationskörper bilden, der - zumindest teilweise - in radialer Richtung von einer doppelt gekrümm­ ten Fläche begrenzt ist, und wobei die maximale Krümmung des Rotati­ onskörpers zumindest bei einem Teil der Wicklung in radialer Richtung dadurch zunimmt, daß mehrere Paare benachbarter Windungen jeweils mit einer zwischen den beiden Windungen angeordneten Zwischenlage versehen sind, die im wesentlichen eine konstante Dicke hat und deren Breite (S), mit der sie sich von der am nächsten liegenden metallischen Endfläche (13) der Wicklung in die Wicklung hinein erstreckt, von der entsprechenden Breite (S) anderer Zwischenlagen abweicht, dadurch gekennzeichnet, daß jede der genannten Zwischenlagen aus einem annähernd ringförmigen Ab­ schnitt (einer Windung) eines Füllbandes (14) besteht, das längs eines Ran­ des des Leiterbandes (9) mit variierender Überlappung mit dem Leiterband (9) gewickelt ist.

2. Induktives Gerät nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Breite mehrerer mit größerer Breite (S) ausgeführter Überlappungszonen untereinander verschieden und mindestens doppelt so groß sind wie die Breite mehrerer anderer Über­ lappungszonen.

3. Verfahren zur Herstellung der Wicklung eines induktiven Gerätes nach Anspruch 1 oder 2, dadurch ge­ kennzeichnet, daß beim Wickeln des Leiterbandes (9) gemeinsam mit diesem, das die Zwischenlagen bildende Füllband (14) gewickelt wird, welches sich längs des axialen Randes des Leiterbandes (9) erstreckt, wobei der Überlap­ pungsgrad zwischen Leiterband (9) und Füllband (14) dadurch variiert wird, daß die Rolle, von der das Füllband (14) abgewickelt wird, ihre Lage in axialer Richtung relativ zum Leiterband ändert oder ein in seiner Breite variierender Streifen des Füllbandes (14) weggeschnitten wird.

4. Verfahren nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß der Überlap­ pungsgrad abschnittsweise auch den Wert Null annehmen kann.