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Die Erfindung bezieht sich auf einen Schnurleiter mit
rechteckigem oder quadratischem Querschnitt.
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Bekanntlich haben Stromleiter die Aufgabe,
Wechselstrom zu leiten, und zwar bei Verringerung der durch
Wirbelströme verursachten Erscheinungen, und müssen leicht
nebeneinander anzuordnen zu sein, um besonders bei Wicklungen
elektrischer Maschinen den geringstmöglichen Raumbedarf in
Anspruch zu nehmen.
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Bekanntlich weist ein elektrischer Leiter, wenn Wechselstrom
(der auschließlich Wechselstrom sein oder auch einer
Gleichstromkomponente überlagert werden kann) durch ihn
fließt, einen Querschnitt mit ungleichmäßiger Verteilung der
einzelnen Stromfäden und dementsprechender Steigerung der
chemischen Verluste und Verringerung des mit dem Leiter
selbst zusammenhängenden Gesamtmagnetflusses auf.
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Bekanntlich verringert sich infolge dieses Phänomens der
Induktivitätswert eines Induktors bei Zunahme der Frequenz.
Diese Wirkung ist umso stärker, je größer das rechtwinklige
Maß im Verhältnis zum Durchfluß ist. Aus diesem Grund werden
seit längerer Zeit parallel in mehrere Elemente unterteilte
Leiter mit entsprechenden Lagewechseln oder Schnurleiter
verwendet, die aus zahlreichen elementaren Drähten kleiner
Durchmesser bestehen, die untereinander isoliert sind und
für die die Verseilung selbst einen ständigen Lagewechsel
darstellt. Die einzelnen Drähte sind symmetrisch verlegt und
der Wechselstrom verteilt sich gleichmäßig auf die einzelnen
Drähte. Die Wirbelstromphänomene im Innern der einzelnen
Drähte sind im Verhältnis zu denen, die in einem massiven
Leiter des gleichen Gesamtquerschnitts der Schnur vorhanden
sind, stark reduziert.
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Bei der heute üblichen Technologie besteht die Schnur aus
einem geraden Mitteldraht, dann aus einer Schicht, die den
Mitteldraht schraubenförmig umhüllt, und eventuell aus
weiteren konzentrischen Außenschichten.
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Daher erscheint es vorteilhaft, zwecks Verringerung des
Raumbedarfs der Leiter deren Nebeneinanderverlegung bei
Wicklungen von elektrischen Maschinen und zur Steigerung
ihres Füllkoeffizienten so flachzudrücken, daß ein
quadratischer oder schwach rechteckiger Querschnitt erzielt
wird.
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Die Unterlage GB-A-14380 betrifft Wicklungen für Maschinen
mit Elektromagneten.
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Um die Biegung der Leiterlitzen durch die magnetischen
Zugkräfte zu vermeiden, wird die Bildung der Wicklungen durch
die Verbindung von festen oder verstärkenden Elementen und
Metalldrahtlitzen hergestellt.
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Diese festen oder verstärkenden Elemente können innen oder
außen liegen, durch die gegenseitige Verbindung von
Litzenleitern - mit Schweißnähten oder anderem, durch
Schläuche, "C"-Kanäle in Stangenform, Einsätze bzw. Teile
gewonnen werden, die ganz oder teilweise im Innern der Leiter
angeordnet werden können, wie Stangen o.a.
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Diese festen Elemente können auch aus Messing oder anderem
weniger leitfähigen Material als Kupfer oder aus einem
beliebigen anderen geeigneten Material bestehen.
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Ein Flachdrücken der Wicklungen, um den Füllkoeffizienten zu
erhöhen, scheint nur gelegentlich möglich zu sein bzw. ist
nicht vorgesehen.
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Sollten die festen, beispielsweise stangenförmigen Elemente
innen liegen, gestattet dieser Kern die Unterteilung der
Stange in einzelne, parallel zur größeren Seite verlaufende
Schichten zwecks Verringerung der Wirbelströme nicht.
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In der Tat würde diese Unterteilung durch Verringerung der
auf die Biegung reagierenden Schnitthöhe die Erreichung der
"Starrheit" verhindern, die das einzige Ziel der Erfindung
GB-A-14380 ist.
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Das Kabel, das den Gegenstand der Erfindung SIRTEN bildet,
weist einen Außenteil auf, der aus einer oder mehreren
Schichten Drähte oder Litzen oder Flachleitungen, die
schraubenförmig gewickelt sind, und aus einem Innenteil oder
Kern besteht, der gerade ist; dieser Kern besteht jedoch aus
einem oder mehreren dünnen Bändern oder Drähten, elektrischen
Leitern gleicher Stärke und Breite, die übereinanderliegen.
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Diese Bänder können elektrisch isoliert werden, und zwar mit
dem Ziel, durch einen quadratischen oder schwach rechteckigen
Querschnitt sowohl dem Raumbedarf des Kabels wie die
Wirbelströme zu verringern und die Kühlung zu erleichtern,
wobei gleichzeitig eine derartige Anordnung der Kühlkanäle
ermöglicht wird, daß sie mit den größeren Seiten der Bänder
aufeinanderpassen.
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Die Stärke der Bänder kann vorteilhafterweise dem Durchmesser
der Drähte oder der Litzen, die sie schraubenförmig umhüllen,
entsprechen, während die Breite dieser Bänder ein Mehrfaches
dieses Draht- oder Litzendurchmessers betragen kann.
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Diese Bänder können die gleiche Breite aufweisen und werden
den breiteren Seiten überlagert.
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Das Kabel kann entsprechend flachgedrückt werden, so daß es
einen quadratischen oder rechteckigen Querschnitt annimmt und
sich eine weitere Erhöhung des Füllkoeffizienten bei
gleichzeitiger Verringerung des Raumbedarfs ergibt.
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Die Vorteile der Erfindung liegen auf der Hand.
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Die Erzielung von auch stark abgeflachten Kabeln mit
quadratischem oder rechteckigem Querschnitt mit beliebigem
Verhältnis zwischen den beiden Seiten, großer Verringerung
des Raumbedarfs und erheblicher Erhöhung des
Füllkoeffizienten wird vereinfacht.
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Ordnet man die Kabel in den Wicklungen so an, daß die
Hauptdurchflußkomponente, die in einer kreisförmigen Spule
axial verläuft, sich parallel zur größeren Seite der Bänder
verhält, ist das sich rechtwinklig zum Durchfluß verhaltende
Maß das kleinere und die Wirbelstromwirkungen werden auf ein
Mindestmaß reduziert.
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So können auch die Kühlkanäle parallel zur größeren Seite der
Bänder verlaufen, damit die Wärme der Leiter durch die
Durchquerung der geringeren Stärke zerstreut und auf diese
Weise die Betriebstemperatur gesenkt wird.
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Die aus stark abgeflachten Querschnitten entstehenden
Vorteile sind bei Leitern mit großer Stärke besonders
offensichtlich. Bei Wechselströmen, die Komponenten mit
höherer Frequenz zusammen mit solchen mit niedrigerer
Freuqenz in Gleichstrom enthalten, laufen die Ströme mit
höherer Frequenz durch die dünnen Drähte und die mit
niedrigerer Frequenz durch die Flachleitungen.
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Die Eigenschaften und Zwecke der Erfindung werden durch die
folgenden, mit schematischen Abbildungen verdeutlichten
Anwendungsbeispiele noch klarer.
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Abb. 1) elektrischer Leiter, Gegenstand der Erfindung, mit
mittlerer Flachleitung und einer Schicht äußerer Drähte in
der Perspektive
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Abb. 2) Querschnitt des Leiters auf Abb. 1
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Abb. 3) Elektrischer Leiter, Gegenstand der Erfindung, mit
drei mittleren Flachleitungen und einer Schicht äußerer
Drähte in der Perspektive
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Abb. 4) Der Leiter aus Abb. 3) im Querschnitt
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Abb. 5) Elektrischer Leiter, Gegenstand der Erfindung, mit
mittlerer Flachleitung und zwei Schichten äußerer Drähte in
der Perspektive
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Abb. 6) Der Leiter aus Abb. 5) im Querschnitt. Der
elektrische Leiter 10) aus Schnur umfaßt einen mittleren Kern
11) in Form einer Flachleitung, die von einer Schicht aus
zwölf 12) Drähten in Form einer Schraube mit großer
Gewindesteigung (Abbildungen 1 und 2) umgeben ist.
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Die Flachleitung erstreckt sich im Körper des Leiters, ohne
sich um ihre eigene Achse zu drehen.
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Ihre Stärke entspricht in etwa dem gleichbleibenden
Durchmesser der die Außenschicht bildenden Drähte, während
die Breite etwa drei dieser Durchmesser entspricht.
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Wie die Abbildungen verdeutlichen, weist der Querschnitt des
Leiters eine im wesentlichen rechteckige Form auf.
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Der Schnurleiter 15) der Abbildungen 3) und 4) umfaßt einen
Mittelkern, der aus einem Paket mit drei Flachleitungen 16),
17), 18) besteht, das durch eine Schicht von sechzehn Drähten
19) umgeben ist, die in Form einer Schraube mit großer
Gewindesteigung gewickelt sind.
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Auch dieses Paket Flachleitungen erstreckt sich im Körper des
Leiters, ohne sich um seine eigene Achse zu drehen.
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Die Stärke jeder Flachleitung entspricht im wesentlichen dem
gleichbleibenden Durchmesser der Drähte, die die Außenschicht
bilden, während die Breite der Flachleitung selbst der Summe
der drei Durchmesser dieser Drähte entspricht.
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Wie aus der Abbildung deutlich hervorgeht, weist der
Schnurleiter einen im wesentlichen quadratischen Querschnitt
auf.
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Die Abbildungen 5) und 6) zeigen einen Schnurleiter (20), der
eine mittlere Flachleitung 21) umfaßt, die von einer Schicht
Drähte 22) umgeben ist, um die eine zweite Schicht Drähte 23)
angeordnet ist.
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Die Stärke der Flachleitung entspricht in etwa dem
gleichbleibenden Durchmesser der Drähte, während ihre Breite
der Summe von vier dieser Durchmesser entspricht.
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Der Leiter weist im wesentlichen einen rechteckigen
Querschnitt auf.
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Bekanntlich weist der Leiter, der den Gegenstand dieser
Erfindung bildet, einen annähernd rechteckigen oder
quadratischen Querschnitt auf, je nach der Form des aus einer
oder mehreren Flachleitungen bestehenden Kerns.
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Der so gewonnene Leiter wird von Fall zu Fall mehr oder
weniger flachgedrückt, um den Füllkoeffizienten durch die
Betonung seiner rechteckigen oder quadratischen geometrischen
Form zu erhöhen.
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Die Leiter werden so in den Wicklungen der elektrischen
Maschinen angeordnet, daß die Hauptkomponente des
Durchflusses, der in einer Spule eine axiale Richtung
aufweist, parallel zur größeren Seite der Flachleitung
verläuft.
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Auf diese Weise ist das sich rechteckig zum Durchfluß
verhaltende Maß, das der Stärke der Flachleitungen
entspricht, das kleinere und die Wirbelströme werden auf ein
Mindestmaß reduziert.