DE683915C

DE683915C - Arrangement for cooling self-supporting coils for electrical measuring instruments

Info

Publication number: DE683915C
Application number: DES114929D
Authority: DE
Original assignee: Siemens and Halske AG; Siemens AG
Current assignee: Siemens and Halske AG; Siemens AG
Priority date: 1934-08-01
Filing date: 1934-08-01
Publication date: 1939-11-18

Description

Anordnung zur Kühlung frei tragender Spulen für elektrische Meßinstrumente In der Meßinstrumententedhnik werden in erheblichem Umfange Spulen verwendet, die zweckmäßig als frei tragende Spulen ausgebildet sind, um das von ihnen erzeugte Luftfeld möglichst verzerrungsfrei zu halten. In vielen Fällen ist es erwünscht, diese Spulen hoch belasten zu können. Dieser Forderung glaubte man bisher am besten dadurch entsprechen zu können, daß die Spulen möglichst mit ihrer gesamten Oberfläche der sie umgebenden kühlenden Luft ausgesetzt wurden, zumal- mit Rücksicht auf die bereits oben angeführte Bedingung der Schaffung eines verzerrungsfreien Feldes die bekannte Verwendung zusätzlicher Metallkühlflächen von vornherein unmöglich war.Arrangement for cooling cantilever coils for electrical measuring instruments In the Meßinstrumententedhnik coils are used to a considerable extent, the are expediently designed as self-supporting coils to the generated by them To keep the air field as free of distortion as possible. In many cases it is desirable to be able to load these coils heavily. So far this demand has been best believed to be able to correspond to the fact that the coils as possible with their entire surface were exposed to the surrounding cooling air, especially with regard to the the above-mentioned condition for creating a distortion-free field known use of additional metal cooling surfaces was impossible from the outset.

Es hat sich nun gezeigt, daß 'man derartige Spulen wesentlich höher als bisher belasten kann, wenn man sie in eine das magnetische Feld nicht störend beeinflussen-de Isolierhülle vorzugsweise aus keramischem Material einbettet. Widder Erwarten wirkt eine solche Isolierhülle nicht etwa, wie man auf Grund der schlechten Wärmeleitfähigkeit ihres Materials zunächst annehmen sollte, wärmestauend, sondern vielmehr in sehr erheblichem Maße wärmeableitend, wobei allerdings die Voraussetzung zu machen ist, daß zwischen der Spule und der Hülle große, einen wesentlichen Teil der Spulenoberfläche erfassende Übergangsquerschnittevorhanden sein müssen. Solch- Übergangsquerschnntte kann man bei sehr sorgfältiger Ausführung schon erzielen, wenn die Spulenform und die Form des Isolierkörpers sorgfältig einander angepaßt sind. Wesentlich einfacher und sicherer gelingt die Erzielung derartiger Übergangsquerschnitte aber durch Verwendung einer geeigneten Füllmasse, mit welcher zwischen der Spulenoberfläcihe . unid,dien Isolierkörper verbleibende Zwischenräume ausgefüllt werden.It has now been shown that 'such coils can be much higher than before, if you place them in a non-disturbing magnetic field influencing-de insulating sheath preferably embeds made of ceramic material. Aries Such an insulating cover does not work as expected because of the bad one Thermal conductivity of their material should initially assume heat accumulating, rather rather, it dissipates heat to a very considerable extent, although this is a prerequisite What has to be done is that between the coil and the sheath large, an essential part Transition cross-sections covering the coil surface must be present. Such- Transitional cross sections can be achieved with very careful execution, when the coil shape and the shape of the insulator are carefully matched to each other are. Achieving such transition cross-sections is much easier and safer but by using a suitable filling compound with which between the Spulenoberfläcihe . unid, the insulator remaining gaps are filled.

Es ist zwar bekannt, Spulenträger, insbesondere bei Transformatoren, aus keramischem Material herzustellen, und es ist weiter bekannt, die Spulenwicklungen in ein besonderes Isoliermaterial einzubetten. Es bandelt sich jedoch hierbei immer um sehr große Spulen, deren Masse wesentlich größer ist als die der keramischen Isolierkörper. Demgegenüber gewinnt die Erfindung gerade durch die geringe Spulengröße ihre Bedeutung. Es ist einleuchtend" daß die Umhüllung großer Spulen mit einem Mantel aus keramischem Isoliermaterial zu einer Verbesserung der Wärmeabfuhr nicht führen kann, und zwar aus dem Grunde, weil das keramische Isoliermaterial durch die Herstellung in der Wandstärke begrenzt ist, so daß bei großen Spulen die Wandstärke gegenüber den Spulerndimensionen verhältnismäßig klein bleibt. Daraus ergibt sich aber; daß weder die Wärmekapazität der Wanidung wesentlich zur Verbesserung der Wärmeabfuhr beitragen, noch die Vergrößerung der Kühlfläche auf der Außenseite der Spule wesentliche Dienste in diesem Sinne leisten kann, da die Wärmekapazität klein gegenüber derjenigen der Spule und die Oberfläche der keramischen Isolierhülle nur mäßig größer als diejenige der Spule ist. Infolgedessen wird auch bei großen Spulerndimensionen nicht etwa eine Verbesserung, sondern eine Verschlechterung der Wärmeabfuhr durch die Verwendung eines keramischen Isolierkörpers erreicht.Although it is known to use coil carriers, especially in transformers, made of ceramic material, and it is further known, the coil windings to be embedded in a special insulating material. However, it is always tied up here around very large coils, the mass of which is considerably greater than that of the ceramic ones Insulating body. In contrast, the invention wins precisely because of the small coil size its meaning. It is evident "that the wrapping of large coils with a jacket made of ceramic insulating material do not lead to an improvement in heat dissipation can, for the reason that the ceramic insulating material by the production is limited in the wall thickness, so that with large coils the wall thickness opposite the spooler dimensions remains relatively small. But it follows from this; that neither the heat capacity of the wall is essential to improve the heat dissipation contribute, yet the enlargement of the cooling surface on the outside of the coil is essential Can provide service in this sense, since the heat capacity is small compared to that the coil and the surface of the ceramic insulating sleeve only moderately larger than that the coil is. As a result, the large spooler dimensions not an improvement, but a deterioration in heat dissipation achieved the use of a ceramic insulator.

Ganz anders als bei großen Spulendimep^ sinnen liegen dagegen die Verhältnisse, s bald es sieh um Spulen verhältnismäBie kleiner Abmessungen handelt, wie z. B. bei Spulen für .ein wattmetrisches Meßinstrument. Bei solchen Spulen gibt bereits eine normale Bemessung der Wandstärke eines die Spule umfassenden keramischen Isolierkörpers ein für die Bemessung der Wärmeabfuhr günstiges Verhältnis zwischen Spulenmässe und Masse des Isolierkörpers und auch zwischen Spulenoberfläche und Oberfläche des aus Isoliermaterial bestehenden Trägers. In diesem Fall spielt also schon die @ Wärmekapazität des Isolierkörpers eine beachtliche Rolle, gemessen an der Wärmekapazität der Spule. Ferner wird durch die Hinzufügung des Isolierkörpers die zur Wärmeabfuhr an die umgebendie Luft zur Verfügung stehende Fläche in sehr erheblichem Maße vergrößert, und schließlich besteht noch weiter die Möglichkeit, den isolierenden Tragkörper mit großen Flächen gegen solche metallischen Gehäuseteile zur Anlage zu bringen, die einen Wärmetransport an die Außenseite des Instrumentengehäuses übernehmen können. Alle diese Vorteile . können bereits mit mäßigen Wandstärken und sonstigen Abmessungen des keramischen Isolierkörpers erreicht werden, bei denen die verhältnismäßig schlechte Wärmeleitfähigkeit des Isoliermaterials sich noch nicht allzu ungünstig auswirkt.On the other hand, they are quite different from large coil dimensions Conditions, s soon it is about coils of relatively small dimensions, such as B. with coils for .ein wattmetrisches measuring instrument. With such coils there are already a normal dimensioning of the wall thickness of a ceramic comprising the coil Insulating body a favorable ratio for the dimensioning of the heat dissipation between Coil dimensions and mass of the insulator and also between the coil surface and Surface of the carrier made of insulating material. So in this case it plays the @ heat capacity of the insulator already plays a considerable role, measured by the heat capacity of the coil. Furthermore, the addition of the insulating body the area available for heat dissipation to the surrounding air increased considerably, and finally there is still the possibility of the insulating support body with large areas against such metallic housing parts to bring to the plant, which transports heat to the outside of the instrument housing can take over. All of these advantages. can already with moderate wall thicknesses and other dimensions of the ceramic insulating body can be achieved in which the relatively poor thermal conductivity of the insulating material not too bad.

Zunächst soll an einem Ausführungsbeispiel die Ausführung und Wirkung des Erfindungsgegenstandes erläutert werden. In der Zeichnung ist mit i eine feststechende Spule eines wattmetrischen Meßgerätes bezeichnet. 2 ist ein aus keramischem Material, z. B. Speckstein oder nichtglasiertem Porzellan, bestehender Isolierkörper, der die in ihn eingesetzte Spule im wesentlichen auf der Außenmantelfläche und einer Stirnfläche um-. faßt. Zwei in das Innere der Spule hineinragende- Nasen 3 des Isolierkörpers tragen ebenfalls noch zur Wärmeabführung bei. Die Spule wird in den Isolierkörper unter Verwendung eines geeigneten, beim Einpassen flüssigen oder plastischen Stoffes, wie z. B. eines mit Füllmittel versehernen Harzlackes, Bleiglätte oder eines Isolierkittes, eingesetzt. Das Füllmittel kann dabei nach dem Erstarren gleichzeitig zur festen mechanischen Verbindung zwischen Spule und Isolierkörper dienen. Eine dem in der Zeichnung dargestellten Ausführungsbeispiel in Form und Größe entsprechende Spule zeigte eine etwa 6o°/, betragende Verbesserung der Wärme-Leitung gegenüber einer völlig frei im 'Üm aufgehängten Spule. Dabei war der #,ierkörper Pfür den Versuch auf eine Blecht wärmeleitende Unterlage lose aufgelegt, so daß durch Befestigung .des Isolierkörpers auf wärmeleitenden Tragstützen noch eine weitere Verbesserung der Wärmeabfuhr zu erwarten ist.First of all, the execution and effect of one embodiment of the subject matter of the invention are explained. In the drawing, i denotes a firm stabbing Coil of a wattmetric measuring device called. 2 is one made of ceramic material, z. B. soapstone or unglazed porcelain, existing insulating body, the the coil inserted into it essentially on the outer circumferential surface and one Face around. grasps. Two lugs 3 of the insulating body projecting into the interior of the coil also contribute to heat dissipation. The coil goes into the insulator using a suitable liquid or plastic material when fitting, such as B. a resin varnish provided with filler, black lead or an insulating putty, used. The filler can become solid after solidification mechanical connection between the coil and the insulator. One of the ones in the Drawing illustrated embodiment in shape and size corresponding coil showed an approximately 60% improvement in heat conduction over a completely freely suspended in the coil. The animal body was for the attempt loosely placed on a sheet of thermally conductive pad, so that by fastening .The insulating body on thermally conductive supports is yet another improvement heat dissipation is to be expected.

Die Form des Isolierkörpers wird man von Fall zu Fall den jeweiligen Raumverhältnissenanpassen müssen, insbesondere wird auf den Raumbedarf derjenigen Teile Rücksicht genommen werden müssen, die mit der Spule elektrisch zusammenarbeiten sollen. Wesentlich ist in bezug auf den Isolierkörper lediglich, daß er, zweckmäßig unter Vermittlung eines Bindemittels, einen wesentlichen Teil der Spulenoberfläche, möglichst etwa die Hälfte, berührt und daß er ferner eine verhältnismäßig große eigene Oberfläche und zweckmäßig auch große Auflageflächen für seine Befestigung besitzt.The shape of the insulator will vary from case to case Need to adjust the space, in particular it will depend on the space requirements of those Parts that interact electrically with the coil must be taken into account should. It is only essential with regard to the insulating body that it is expedient with the mediation of a binding agent, a substantial part of the coil surface, if possible about half, and that it also has a relatively large one own surface and expediently also large contact surfaces for its attachment owns.

Die Art dies zur Verwendung kommenden Füllmittels ist weniger von ausschlaggebender Bedeutung für den durch den Erfindungsgegenstand erzielten Erfolg. Es hat sich gezeigt, daß Füllmittel stark verschiedener Wärmeleitfähigkeit nur mäßige Unterschiede in bezug auf ihre Wirkung ausübten. Immerhin kann durch die Verwendung möglichst gut wärmeleitender Füllmittel der Erfolg noch um einiges gesteigert werden.The type of filler used is less of decisive importance for the success achieved by the subject matter of the invention. It has been shown that fillers with widely differing thermal conductivity only have moderate Exerted differences in their effect. After all, by using The best possible heat-conducting filler will increase the success a lot.

Claims

PATENT CLAIMS: i. Arrangement for cooling cantilever coils for electrical measuring instruments, characterized by ones made of ceramic material existing insulating body, the large parts of the coil surface either directly or touched by means of a thin filling layer.

2. Arrangement according to claim i, characterized in that initially liquid or plastic, Later hardening masses are used, which at the same time provide the mechanical connection of coil and insulator.

3. Arrangement according to claim i, characterized characterized in that the serving for fastening the insulating body on a base Parts of the same are designed so that an intense heat flow from the insulating body flows off onto the substrate.