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Hintergrund der Erfindung
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Die
vorliegende Erfindung bezieht sich auf Transformatoren und insbesondere
auf einen Transformator, der einen Leitungsbruch der Drahtwicklung verhindert.
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Typischerweise
wird ein Transformator durch Wickeln von Lagen des Drahtes um einen
zylindrischen Spulenkörper
gebildet. Hierbei wird eine erste Lage des Drahtes um den Spulenkörper gewickelt, und
zumindest eine weitere Lage wird über die erste Lage gewickelt.
Durch Ändern
der Windungen zwischen den Lagen ist es möglich, die Spannung längs jeder
Wicklung zu ändern.
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Bei
eingekapselten Transformatoren neigen die Leitungen der Drahtlagen
zu einem Bruch an der Stelle, an der sie aus dem Einkapselungs-Material austreten.
Insbesondere ist das Einkapselungs-Material typischerweise ein Harz,
das über
die Drahtlagen gegossen wird. Die Enden des Drahtes müssen aus
diesem Einkapselungs-Material austreten, um an einer Leistungs-Quelle
und/oder Last angeschlossen zu werden. Eine typische Lösung zum
Verhindern eines Bruches der Drahtleitungen besteht darin, einen isolierten
Litzendraht an der um den Spulenkörper herumgewickelten Drahtlage
anzulöten.
Die Lötverbindung
mit dem isolierter Litzendraht wird mit dem Einkapselungs-Material
bedeckt und ergibt eine Flexibilität und eine Zugentlastung für die Drahtlage,
die um den Spulenkörper
des Transformators gewickelt ist.
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Es
ergibt sich jedoch ein Problem aus der Tatsache, dass die Lötverbindungen
und das zusätzliche
Isolierband des Litzendrahtes den Spulendurchmesser des Transformators
vergrößert. Entsprechend
wird, wenn viele Sekundärwicklungen
auf dem Transformator verwendet werden (beispielsweise bei Hochspannungs-Transformator-Konstruktionen)
die Zuverlässigkeit
verringert, während
die Herstellungskosten vergrößert werden.
Zusätzlich
muss der isolierte Litzendraht von Hand angelötet werden, so dass ein automatisierter
Herstellungsprozess zur Herstellung des Transformators nicht verwendet
werden kann.
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Die
vorliegende Erfindung befasst sich mit den vorstehend genannten
Nachteilen bei der bekannten Transformator-Konstruktion durch Schaffung
einer neuen Spulenkörper-Konstruktion,
die die Zuverlässigkeit
vergrößert, den
Produktionsertrag verbessert und niedrigere Herstellungskosten ergibt. In
dieser Hinsicht ermöglicht
der Transformator der neuartigen Spulenkörper-Konstruktion gemäß der vorliegenden
Erfindung eine automatisierte Drahtverbindung mit der fertigen Transformator-Baugruppe, wodurch
die Herstellungskosten verringert werden und der Ertrag vergrößert wird.
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Der
Stand der Technik ergibt sich aus der
US-A-3 385 999 , die einen Spulen-Formkörper zum Betrieb
einer Gasentladungsvorrichtung beschreibt, die mit Abstand angeordnete
Kathoden aufweist, die das Anlegen von Kathoden-Heizspannungen erfordern, wobei der
Spulen-Formkörper
einen Kern mit zumindest einer darauf angeordneten Primärwicklung
und einen Isolierflansch aufweist, der an jedem Ende des Kerns befestigt
ist. Jeder Isolierflansch enthält
Heizspulen-Wicklungen,
die die Form von gedruckten Leiterbahn-Wicklungen haben können und die
mit den Kathoden der Gasentladungsvorrichtung verbunden sind. Die
Heizwicklungen sind mit einer magnetisch gekoppelten Beziehung mit
der Primärwicklung
angeordnet und dienen in Verbindung hiermit zur Bereitstellung der
Kathoden-Heizspannungen.
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Kurze Zusammenfassung der
Erfindung
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Gemäß einem
Gesichtspunkt der vorliegenden Erfindung wird ein Verfahren zur
Herstellung eines Transformators geschaffen, wie er im Anspruch 1
der beigefügten
Ansprüche
definiert ist. Gemäß einem
weiteren Gesichtspunkt der vorliegenden Erfindung wird ein Transformator
geschaffen, wie er im Anspruch 6 der beigefügten Ansprüche definiert ist.
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Der
verbesserte Hochspannungs-Transformator schließt vorzugsweise einen allgemein
zylindrischen Spulenkörper
ein. Eine Anzahl von Wicklungen, jeweils mit einem jeweiligen ersten
und zweiten Ende, sind um den Spulenkörper herumgewickelt. In einer
allgemein unter einem rechten Winkel stehenden Beziehung ist an
dem Spulenkörper
eine Spulenkörper-Endplatte
befestigt. Auf der Spulenkörper-Endplatte
ist eine Anzahl von ersten Leitungsende-Herausführungen und eine Anzahl von
zweiten Leitungsende-Herausführungen
angeordnet. Hierbei sind jeweilige erste Enden des Drahtes an jeweiligen ersten
Leitungsende-Herausführungen
befestigt, während
jeweilige zweite Enden der Drähte
an jeweiligen zweiten Leitungsende-Herausführungen angebracht sind, um
ein Brechen der Windungen zu verhindern.
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Gemäß der bevorzugten
Ausführungsform der
vorliegenden Erfindung ist die Spulenkörper-Endplatte eine gedruckte
Leiterplatte derart, dass die ersten und zweiten Leitungsende-Herausführungen
aus geätzten
Kupferbahnen gebildet sind. Der Transformator schließt weiterhin
einen um die Wicklungen herum angeordneten Kern ein. Zusätzlich ist
eine Einkapselungsschicht über
den Wicklungen angeordnet, und eine Isolation ist zwischen den Lagen
der Wicklung angeordnet.
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Um
das Verbinden einer Leistungsversorgung und/oder einer Last mit
dem Transformator zu erleichtern, umfasst der Transformator weiterhin
eine Anzahl von Wicklungs-Anschluss-Kontaktflächen, die auf der Spulenkörper-Endplatte
angeordnet sind. Zusätzlich
schließt
der Transformator eine Anzahl von Wicklungs-Anschluss-Leiterbahnen auf der Spulenkörper-Endplatte
ein, die in elektrischer Verbindung mit jeweiligen der Wicklungs-Anschluss-Kontaktflächen stehen.
Jede der Wicklungs-Anschluss-Leiterbahnen steht in elektrischer
Verbindung mit einer jeweiligen einen der ersten Leitungsende-Herausführungen
oder einer jeweiligen der zweiten Leitungsende-Herausführungen.
Jede der Wicklungs-Anschluss-Kontaktflächen ist
auf einer Umfangskante des Spulenkörpers angeordnet, um das Verbinden
einer Last oder einer Leistungsversorgung hiermit zu erleichtern.
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Das
Verfahren zur Herstellung eines verbesserten Hochspannungs-Transformators
umfasst das Wickeln einer ersten Lage des Drahtes um einen Spulenkörper mit
einer Endplatte. Als nächstes
wird ein erstes Ende dieses Drahtes an einer ersten Leitungsende-Herausführung der
Endplatte befestigt, und ein zweites Ende dieses Drahtes wird an
einer zweiten Leitungsende-Herausführung der Endplatte befestigt.
Durch Befestigen der ersten und zweiten Enden an jeweiligen ersten
und zweiten Leitungsende-Herausführungen
wird ein Brechen des Drahtes verhindert. Es ist zu erkennen, dass
nachfolgende Lagen von Drähten
um den Spulenkörper
herumgewickelt werden können,
und dass jeweilige erste und zweite Enden hiervon an jeweiligen
ersten und zweiten Leitungsende-Herausführungen der Spulenkörper-Endplatte angebracht
werden. Um den Transformator fertigzustellen, können die Drahtlagen mit einem
Material eingekapselt werden, und ein Kern kann über dem Spulenkörper angeordnet
werden.
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Kurze Beschreibung der Zeichnungen
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Diese
sowie weitere Merkmale der vorliegenden Erfindung werden unter Bezugnahme
auf die Zeichnungen weiter verständlich,
in denen:
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1 perspektivisch
einen Transformator zeigt, der gemäß der vorliegenden Erfindung
konstruiert ist;
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2 eine
Ansicht ist, die die Endplatte für den
in 1 gezeigten Transformator zeigt;
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3 eine
Ansicht ist, die eine Lage des Drahtes zeigt, der um den Spulenkörper des
Transformators nach 1 gewickelt und an der Endplatte gemäß 2 angebracht
ist.
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Ausführliche Beschreibung der Erfindung
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Es
wird nunmehr auf die Zeichnungen Bezug genommen, in denen die Darstellungen
lediglich zur Erläuterung
einer bevorzugten Ausführungsform
der vorliegenden Erfindung dienen und diese nicht beschränken sollen. 1 zeigt
perspektivisch einen verbesserten Hochspannungs-Transformator 10 der vorliegenden
Erfindung. Der Transformator 10 schließt einen allgemein zylindrischen
Spulenkörper 12 ein,
der von einer Drahtwicklung 14 umgeben ist. Die Drahtwicklung 14 ist
um den Spulenkörper 12 herumgewickelt
und umfasst mehrere Windungen des Drahtes 15, wie dies
in 3 gezeigt ist. Hierbei wird die Drahtwicklung 14 durch
Wickeln des Drahtes 15 um die Außenseite des Spulenkörpers 12 herum
gebildet, um eine erste Lage zu bilden, und nachfolgend wird zumindest
eine weitere Lage des Drahtes 15 über die erste Lage gewickelt.
Jede nachfolgende Drahtlage wird über die vorhergehende Lage
gewickelt. Bei der bevorzugten Ausführungsform kann eine Lage aus
Isoliermaterial zwischen den Lagen des Drahtes 15 angeordnet
sein. Die Isolierlagen verhindern einen Kurzschluss der Lagen von
Drähten 15.
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Wie
dies in 1 zu erkennen ist, schließt der Transformator 10 weiterhin
eine Spulenkörper-Endplatte 16 ein,
die an einem Ende des Spulenkörpers 12 befestigt
ist. Hierbei steht die Endplatte 16 allgemein unter einem
rechten Winkel zur Längsachse
des Spulenkörpers 12.
Die Endplatte 16 ist aus einer gedruckten Leiterplatte
(PWB) hergestellt. Der Spulenkörper 12 ist
mit der Endplatte 16 über
konventionelle Verbindungstechniken verbunden, wie z. B. ein Klebemittel.
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Auf
der Endplatte 16 ist eine Anzahl von Leitungsende-Herausführungen 18a, 18b gemäß 2 ausgebildet.
Jede der Leitungsende-Herausführungen 18a, 18b hat
ein jeweiliges Draht-Anschlussauge 20a, 20b, ein
Leiterbahn-Segment 22a, 22b und eine Anschlussfläche 24a, 24b.
Die Leitungsende-Herausführungen 18a, 18b ergeben
einen Pfad für
elektrische Energie, die an die Lagen der Drahtwicklung 14 zu übertragen
ist. Zu diesem Zweck ist jede Leitungsende-Herausführung 18a, 18b aus
geätzten Kupfer-Leiterbahnen
gebildet, die auf der Endplatte 16 hergestellt sind. Entsprechend
kann jede der Leitungsende-Herausführungen 18a, 18b unter
Verwendung konventioneller Herstellungstechniken für gedruckte
Leiterplatten gebildet werden. Zusätzlich ist, weil jedes Draht-Anschlussauge 20 und
jede Anschluss-Kontaktfläche 24 aus
geätzten
Kupfer-Leiterbahnen gebildet ist, es einfach, einen Draht hieran anzulöten, wie
dies weiter erläutert
wird.
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Zusätzlich zu
dem Vorstehenden schließt
der Transformator 10, der gemäß der bevorzugten Ausführungsform
der vorliegenden Erfindung ausgebildet ist, weiterhin einen Kern 28 ein,
der mit der Wicklung 14 und der Endplatte 16 zusammenpasst.
Zusätzlich
ist die Drahtwicklung 14 durch ein Material, wie z. B.
ein thermoplastisches Kunststoffmaterial eingekapselt. Auf diese
Weise wird die Wicklung 16 geschützt und durch das Einkapselungs-Material
bedeckt, doch liegen die Enden der Drahtwicklung 14 frei
und sind an der Endplatte 16 befestigt, wie dies weiter
unten erläutert
wird.
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Wie
dies in der Transformator-Konstruktion bekannt ist, wird typischerweise
als erstes eine Primärwicklung
um den Spulenkörper 12 gewickelt,
und dann werden Sekundärwicklungen über diese
gewickelt. Gemäß 3 weist
jede Sekundärwicklung
sowie die Primärwicklung
ein erstes Ende 32 und ein zweites Ende 34 auf,
die an einer jeweiligen der Leitungsende-Herausführungen 18a, 18b angeschlossen
sind. Hierbei werden Leitungsende-Herausführungen 18a typischerweise
für das
erste Ende 32 des um den Spulenkörper 12 gewickelten
Drahtes 15 verwendet, während
eine Leitungsende-Herausführung 18b für das zweite
Ende verwendet wird. Entsprechend bilden die Leitungsende-Herausführungen 18a, 18b einen
Leitungsende-Herausführungs-Satz 36.
Wie dies für
den Fachmann zu erkennen ist, nimmt, während die Windungen der Drahtwicklung 18 um
den Spulenkörper 12 gewickelt
werden, der Durchmesser der Wicklung 14 zu. Um den zunehmenden
Durchmesser der Wicklung 14 zu berücksichtigen, ist jeder Satz
von Leitungsende-Herausführungen 36 nach
außen
hin gegenüber
dem vorhergehenden Satz abgestuft. Auf diese Weise bildet der Satz
von Leitungsende-Herausführungen 36 ein spiralförmiges Muster,
wie dies in 2 zu erkennen ist.
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Wie
dies in 3 zu erkennen ist, umfasst die
Leitungsende-Herausführung 18a für das erste Ende 32 des
Drahtes 15 ein Draht-Anschlussauge 20a, ein Leiterbahn-Segment 22a und
eine Anschluss-Kontaktfläche 24a.
Das Draht-Anschlussauge 20a weist
eine jeweilige darin ausgebildete Öffnung 26a auf, die
langgestreckt ist, um Änderungen des
Durchmessers der Drahtwicklung 14 zu ermöglichen.
Entsprechend kann der Draht 15 durch die Öffnung 26a hindurch
eingesetzt und mit dem Draht-Anschlussauge 20a verlötet werden.
Wie dies in 3 zu erkennen ist, verbindet
das Leiterbahn-Segment 22a elektrisch das Draht-Anschlussauge 20a mit
Anschluss-Kontaktflächen 24a.
In ähnlicher
Weise weist jede Leitungsende-Herausführung 18b ein jeweiliges Draht-Anschlussauge 20b in
elektrischer Verbindung mit einem Leiterbahn-Segment 22b und
eine Anschluss-Kontaktfläche 24b auf.
Daher ist es möglich, eine
elektrische Verbindung mit der einzelnen Lage 30 des Drahtes 15 über die
Anschluss-Kontaktflächen 24a und 24b herzustellen.
Hierbei ergibt jeder Satz von Leitungsende-Herausführungen 36 Anbringungspunkte
für das
erste Ende 32 und das zweite Ende 34 der Drahtlage 30.
Wie dies zu erkennen ist, ist es durch die Verwendung der Anschlussaugen 24a, 24b zur
Anbringung der jeweiligen Enden 32, 34 des Drahtes 15 möglich, ein
Brechen des Drahtes 15 zu vermeiden, der aus dem Einkapselungs-Material des
Transformators 10 austritt.
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Bei
der bevorzugten Ausführungsform
der vorliegenden Erfindung wird der Transformator durch Anbringen
des Spulenkörpers 12 auf
einen Wickeldorn und Wickeln einer ersten Drahtlage 15 um
den Spulenkörper 12 herum
hergestellt. Das erste Ende 32 der ersten Drahtwicklung
wird mit einem jeweiligen einen der Draht-Anschlussaugen 20a für einen jeweiligen
Leitungsende-Herausführungs-Satz 36 verlötet. Das
Ende der ersten Drahtwicklung bleibt unverbunden. Als nächstes werden
zusätzliche Wicklungen
(das heißt
Sekundärwicklungen)
des Drahtes auf der Oberseite der vorhergehenden Wicklungen gewickelt.
Der Anfang (das heißt
das erste Ende 32) jeder nachfolgenden Wicklung wird mit
einem jeweiligen Draht-Anschlussauge 20a verlötet. Um
einen Kurzschluss zwischen Lagen der Wicklungen zu vermeiden, wird
eine Isolation während
des Wickelns hinzugefügt.
Sobald die Lagen gewickelt wurden, wird das abschließende Ende
(das heißt
das zweite Ende 34) jeder Lage mit einem jeweiligen Draht-Anschlussauge 20b verlötet. Wie
dies in 3 zu erkennen ist sind die zweiten
Enden 34 der Draht-Anschlussaugen 20b in
einer allgemein gleichen radialen Beziehung zueinander derart angeordnet,
dass ein Zugang an diese möglich
ist, nachdem die Drahtwicklung 14 um den Spulenkörper 12 herum gewickelt
wurde. Sobald die Drähte 15 der
Drahtwicklung 14 mit den jeweiligen der Draht-Anschlussaugen 20a, 20b verlötet wurden,
wird die Drahtwicklung 14 eingekapselt, um die Drahtwicklung 14 abzudecken,
nicht jedoch die frei liegenden Anschluss-Kontaktflächen 24a, 24b.
Schließlich
wird die eingekapselte Drahtwicklung 14 mit dem Kern 28 zusammengeführt, und
der Transformator 10 ist fertig.
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Durch
die Verwendung der Endplatte 16 mit den Leitungsende-Herausführungen 18 werden
bei der Herstellung eines Transformators 15 mit einer eingekapselten
Drahtwicklung 14 die Probleme vermieden, die bei bekannten
Transformatoren aufgrund eines Leitungsbruches auftreten. Zusätzlich ermöglicht die
Endplatte 16 eine automatische Drahtverbindung des Transformators 10,
wodurch die Herstellungskosten verringert werden. Daher ist es möglich, den
Transformator der vorliegenden Erfindung unter Verwendung automatisierter
Techniken herzustellen, wodurch die Kosten des Transformators verringert werden.
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Zusätzliche
Modifikationen und Verbesserungen der vorliegenden Erfindung können ebenfalls für den Fachmann
erkennbar sein, wie z. B. die Verwendung von zwei Endplatten 16 zur
Erleichterung des Anschlusses der Drahtwicklung 14. Somit soll
die spezielle Kombination von Teilen, die hier beschrieben und gezeigt
wurde, lediglich eine bestimmte Ausführungsform der vorliegenden
Erfindung darstellen und soll nicht als Beschränkung alternativer Vorrichtungen
innerhalb des Schutzumfanges der Erfindung dienen, wie er in den
beigefügten
Ansprüchen
definiert ist.