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Verfahren zur Herstellung, von Spulen aus Aluminium- oder ähnlichem
Draht. Bei elektrischen Spulen, insbesondere für Starkstrom, kommt es wesentlich
auf folgende Punkte an: i. muß die Spule eine möglichst günstige Ausnutzung des
vorhandenen Wikkelraumes zeigen, so daß tote Räume vermieden werden und die Isolation
-möglichst wenig Platz beansprucht, 2. muß die Schädigung durch die auftretende
joulesche Wärme möglichst gering gehalten werden, d. h. die Spule muß einerseits
möglichst widerstandsfähig gegen die auftretenden Erwärmungen sein, andererseits
müssen die auftretenden Erwärmungen möglichst gut abgeleitet werden, 3. soll die
Spule möglichst ihr Volumen und die Lage des Leiters im Betriebe beibehalten.
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Die bisher verwendeten Spulen genügen diesen Anforderungen nur in
beschränktem Maße. Bei den Spulen aus umsponnenen Drähten erfordern die Isolierungen
verhältnismäßig viel Platz, und die Isolation ist gegen häufig wiederkehrende Erwärmungen
keineswegs unempfindlich. Auch sind die Isoliermittel als schlechte Wärmeleiter
einer guten Verteilung der auftretenden Wärme hinderlich. Beim allmählichen Verkohlen
der Isolation wird die Spulenwicklung locker, so daß sich die Drähte gegeneinander
bewegen können, wodurch Kurzschlüsse hervorgerufen werden. Bei den ferner häufig
benutzten Aluminiumspulen mit Oxydisolation fallen diese Nachteile zum Teil fort,
dafür muß man aber die erhöhte mechanische Empfindlichkeit der Oxydisolierung und
den 'weiteren Nachteil in Kauf nehmen, daß die Isolation nur Spannungsabfälle von
höchstens etwa i Volt von Draht zu Draht aushält. Man ist daher gezwungen, in den
meisten Fällen auf den Vorteil der guten Raumausnutzung bei diesen Spulen zum Teil
wieder zu verzichten, indem man zwischen den einzelnen Lagen der Spulen besondere
Isolierschichten anordnet.
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Endlich ist noch eine weitere Art von Leitern für die Herstellung
von Spulen durch die deutsche Patentschrift 263603 vorgeschlagen worden,
nämlich ein durch ein elektrolytisches Bad von hoher Spannung mit einer Isolationsschicht
von großer mechanischer, thermischer und elektrischer Widerstandsfähigkeit überzogener
Aluminiumdraht. Ein solcher Draht, der unter dem - Namen Aldradraht im Handel befindlich
ist, besitzt eine solche Widerstandsfähigkeit gegen hohe Temperatur, daß die Spule
bis nahe an den Schmelzpunkt des Aluminiums erhitzt werden kann, ohne daß die Isolation
leidet. Auch ist die Isolierhaut auf dem Draht so dünn, daß sie bei Berechnung des
Wickelraumes derartiger Spulen vollständig vernachlässigt -werden kann. Versuche,
Spulen aus solchen Drähten ohne Zwischenschichten zwischen den einzelnen Spulenlagen
anzufertigen, haben indes zu unsicheren Ergebnissen geführt. Es zeigte sich, daß
die Isolationsfähigkeit der Isolierschichten doch nicht in allen Fällen ausreichte,
um Kurzschlüsse zu vermeiden, namentlich dann, wenn Drähte von stärkeren Querschnitten
verwendet wurden, bei deren
Aufwicklung zur Spule starke Kräfte
angewandt werden. Der Isolierüberzug des Aldradrahtes ist zwar gegen reinen Druck
recht widerstandsfähig, dagegen verträgt er nicht starke Reibungen und vor 'allem
nicht die beim Festklopfen der Windungen stärkerer Drähte auftretenden Stöße. Man
war daher gezwungen, auch bei der Verwendung von Aldradraht größeren Querschnitts
zu Spulen Zwischenlagenaus Isolierstoffen zuverwenden, die gleichzeitig reibungsvermindernd
wirken sollten.
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Diese Übelstände werden nach der Erfindung dadurch beseitigt, daß
der gemäß Patent 2636o3 mit einer Isolierschicht von hoher Isolierfähigkeit versehene
Aluminiumleiter als Flachdraht von solcher Querschnittsform verwendet wird, daß
die Größe des Querschnitts die gewünschte bleibt, indes die Breite und Dicke so
gewählt werden, daß die zwischen zwei Lagen auftretende Spannungsdifferenz, die
Biegungsbeanspruchung und der Auflagedruck des Leiters nicht höher werden, als sie
von der Isolationsschicht mit Sicherheit ausgehalten werden können.
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Soll z. B. eine Spule aus rundem Aldradraht von etwa 3o qmm Querschnitt
bei elf Lagen und einem Gesamtspannungsabfall der Spule von ioo Volt gewickelt werden,
so ergibt sich zwischen je zwei Spulenlagen ein Spannungsabfall von io Volt, der
an sich von der Isolierschicht sicher getragen wird. Da indes ein derartig starker
Runddraht eine sehr beträchtliche Steifigkeit besitzt, muß beim Aufwickeln desselben
jede Windung mit sehr erheblichen Kräften angezogen und gleichzeitig durch Hämmern
an die Unterlage angedrückt werden, wodurch die Isolierschicht stark leidet, zumal
der Leiter nur eine sehr kleine Auflagefläche hat. Gemäß der Erfindung wird nun
ein Flachdraht von beispielsweise 2 mm Dicke und 15 min Breite verwendet,
wobei einerseits der Gesamtquerschnitt derselbe bleibt wie zuvor, andererseits aber
die Steifigkeit bedeutend verringertwird. Ein solcher Leiter wird also beim Wickeln
nur eine viel geringere Irraft benötigen und daher schon deshalb einen geringeren
Auflagedruck erhalten. Zugleich wird aber bei einem solchen Flachdraht die Auflagefläche
vielfach größer und der Auflagedruck auf die Flächeneinheit berechnet, demnach nur
ein Bruchteil des Druckes, der bei Verwendung von Runddraht auftritt. Die Gefahr
einer Beschädigung der Isolierschicht wird durch diese Umstände ganz bedeutend vermindert.
Dazu kommt aber noch, daß wegen der geringeren Dicke des Leiters die Zahl der Lagen
vergrößert, im vorliegenden Fall ungefähr verdreifacht wird, so daß der zwischen
je zwei Lagen auftretende Spannungsabfall ebenfalls nur etwa % des vorigen beträgt,
d. h. im vorliegenden Fall ungefähr 3'/' Volt. Wie ersichtlich, wirken sämtliche
Momente zusammen, um die Beanspruchung der Isolationsschicht gegen Durchschlagen
zu verkleinern.
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Durch die Erfindung wird es ermöglicht, eine Spule herzustellen, die
ganz ohne Zwischenlagen gewickelt ist und die in der Einleitung erwähnten Anforderungen
in jeder Beziehung erfüllt. Die Raumausnutzung ist infolge des Wegfalls jeder besonderen
Zwischenlagen eine denkbar günstige, zumal die Oxydschicht des Aldradrahtes selbst
fast unmeßbar dünn ist. Die Widerstandsfähigkeit gegen Erwärmung ist nahezu unbeschränkt
und, da die Spule durchweg aus metallischen Leitern besteht, die nur durch die unmeßbar
dünne Oxydschicht getrennt sind, ist auch die Wärmeverteilung durch Leitung vorzüglich.
Infolge der Schmiegsamkeit und der breiten Auflagefläche der verwendeten Flachdrähte
ist die Lagerung des Leiters eine sehr feste, so daß Beschädigungen durch Bewegung
der Drähte gegeneinander nicht vorkommen, zumal Hohlräume in der Spule nicht vorhanden
sind. Erhöht kann diese Festigkeit der Lagerung noch dadurch werden, daß die einzelnen
Lagen gegeneinander versetzt gewickelt werden können, so daß die Fugen durch die
darüberliegenden Lagen überbrückt werden. Auch kann man zwischen die Windungen und
Lagen der Spule eine Dichtungsmasse, z. B. eine dünne Papier- oder Kittschicht o.
dgl., nach oder beim Wickeln einbringen, durch welche die Fugen geschlossen «erden
und das feste Wickeln erleichtert wird.
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Die Wicklung der Spule kann je nach der Breite der zu verwendenden
Flachdrähte entweder derart erfolgen, daß jede Lage nur eine einzige Windung bildet,
so daß die ganze Spule als einfache Bandspirale gewickelt ist. In diesem Falle kann
in bekannter Weise eine Anzahl solcher Bandspulen nebeneinander angeordnet werden,
die sich zu dem gewünschten Widerstand ergänzen. Andererseits kann aber die Spule
auch wie eine gewöhnliche Rundrahtspule fortlaufend gewickelt werden, so daß in
jeder Lage eine größere Anzahl von Windungen nebeneinanderliegen. Hierbei kann ebenfalls
eine Unterteilung der gesamten Klemmenspannungsdifferenz in der Weise vorgenommen
werden, daß der gesamte Wikkelraum durch eine Anzahl nebeneinanderliegender Einzelspulen
ausgefüllt wird, von denen jede mehrere Windungen in jeder Lage besitzt. Ein solches
Verfahren ist besonders vorteilhaft für Spulen von geringer Wickelhöhe und großer
Breite, bei denen also auch bei der Verwendung von Flachdraht nur
verhältnismäßig
wenige Tagen sich ergeben. Dadurch wird die Möglichkeit gewährt, ein nicht allzu
breites Band benutzen zu können und die Lagenspannung in einer niedrigen Grenze
zu halten.