DE69207070T2 - Transformatoren - Google Patents

Description

• Die Erfindung betrifft allgemein Transformatoren und bezieht sich insbesondere auf Transformatoren, die zur Verwendung in eigensicheren Systemen vorgesehen sind, um Steuersysteme, die sich in nicht-explosionsgefährdeten Bereichen befinden, gegen Leitungen und andere Einrichtungen zu isolieren, die sich in explosionsgefährdeten Bereichen befinden, wo z.B. eine zündfähige Atmosphäre vorhanden sein kann. Ein eigensicheres System ist ein solches, das einen Schutz gegen Explosion in einer Gase oder Dämpfe enthaltenden Umgebung durch Begrenzen der elektrischen Leistung vorsieht, so daß die Energie eines jeglichen Funkens oder einer heißen Fläche unzureichend ist, uin ein Zünden zu bewirken.
• Es sind eigensichere Transformatoren bekannt (siehe beispielsweise GB-A-2000384). Derartige Transformatoren erreichen die erforderliche Trennung durch die Verwendung starker Isolierung der Wicklungen auf einem gemeinsamen Magnetkern. Die Erfordernisse für eine Eigensicherung fordern, daß diese Isolierung ein 1 mm dickes Kunststoffmaterial ist, was bedeutet, daß der Transformator ganz voluminös ist und gewöhnlich die Verwendung einer Anzahl von Kunststofformteilen mit sich bringt, die ganz kompliziert sein können.
• Es ist eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung, einen Transformator zu schaffen, der kompakt ist, bei dem verhältnismäßig wenige Teile verwendet werden und der verhältnismäßig billig herzustellen ist.
• Gemäß der Erfindung ist ein Transformator zur Verfügung gestellt, umfassend einen ersten Magnetkern; ein erstes Wicklungsmittel auf dem ersten Kern; einen zweiten Magnetkern, der von dem ersten Kern mit Abstand angeordnet und getrennt ist; ein zweites Wicklungsmittel auf dem zweiten Kern; eine Gehäuseeinrichtung aus elektrisch isolierendem Material, die die Kerne und auch die Wicklungsmittel aufniinmt und auch die Kerne voneinander trennt; und ein elektrisches Leitermittel zur elektromagnetischen Verbindung der ersten und zweiten Kerne, wobei das elektrische Leitermittel eine Länge an Draht umfaßt, der sich durch die Gehäuseeinrichtung und dadurch durch die ersten und zweiten Kerne in einer mit Abstand angeordneten, isolierenden Beziehung dazu erstreckt, wobei sich der Draht außerhalb der Gehäuseeinrichtung erstreckt, um eine geschlossene Leiterschleife zu vollenden.
• Gemäß der Erfindung werden somit zwei Magnetkerne verwendet, die voneinander durch eine Isoliereinrichtung getrennt sind, die auch ein Gehäuse für die beiden Kerne bildet. Die beiden Kerne sind mittels zweckmäßig isolierter elektrischer Leitermittel elektromagnetisch verbunden.
• Ein weiterer Vorteil dieser Konstruktion ist, daß die Wicklungen auf jedem Kern keine spezielle Isolierung benötigen.
• Damit die Erfindung vollständiger verstanden wird, wird nun ein derzeit bevorzugtes Ausführungsbeispiel eines eigensicheren Transformators zu Beispielszwecken und unter Bezugnahine auf die begleitenden Zeichnungen beschrieben, in denen:
• Fig. 1 eine perspektivische Ansicht des gesamten Transformators ist;
• Fig. 2 eine Stirnansicht des Transformators von Fig. 1 ist;
• Fig. 3 eine Schnittansicht, ausgeführt längs Linie III- III von Fig. 2 ist; und
• Fig. 4 eine Längsschnittansicht durch das Gehäuse lediglich des Transformators von Fig. 1 bis 3 ist.
• Wie in den Zeichnungen gezeigt ist, umfaßt der eigensichere Transformator der vorliegenden Erfindung ein Gehäuse 10 aus elektrisch isolierendem Kunststoffmaterial, das vorzugsweise als einstückiges Formteil gebildet ist. Das Gehäuse aus Kunststoffmaterial kann beispielsweise in der Größe von 30 Volumen-% Glas, beispielsweise als Fasern, enthalten. Das Gehäuse 10 umfaßt einen Basisteil 12, Seitenwände 13, 14 und einen Oberteil 16, der mit den Seitenwänden 13, 14 durch schräg verlaufende Teile 17, 18 verbunden ist. Wie am deutlichsten in Fig. 4 gezeigt ist, ist das Gehäuse im wesentlichen ein Materialblock, der zweckmäßig mit Aussparungen versehen ist. Eine zylindrische Bohrung 20 ist in Längsrichtung hindurch gebildet. Eine Aussparung 22a, 22b ist an jedem Ende des Gehäuses vorgesehen, um hierdurch an jedem Ende des Gehäuses einen im wesentlich ringförmigen Schacht um entsprechende Ringzapfen 24a, 24b festzulegen. Der zentrale Abschnitt des Gehäuses zwischen den beiden Schächten ist abgesehen von der hindurchgehenden Bohrung 20 massiv. Bei einem typischen Ausführungsbeispiel ist die Längenabmessung des zentralen Gehäuseabschnittes etwa gleich der Tiefe jedes der Schächte 22a, 22b. Die Länge dieses zentralen Abschnittes ist wichtig, um die Trennung der Kerne zu erreichen.
• Das Gehäuse 10 ist an jedem Ende und vom Basisteil 12 des Gehäuses in Längsrichtung nach außen vorstehend mit einer Anzahl von Anschlüssen 26 versehen. Diese Anschlüsse können wie veranschaulicht Metall oder andere Einrichtungen sein. Bei einem Ausführungsbeispiel sind die Anschlüsse in Kunststoff gebildet, wobei die elektrische Verbindung durch Umwickeln der Wicklungsenden uin die Anschlüsse erreicht wird. Beim veranschaulichten Beispiel sind 5 derartige Metallanschlüsse 26 an jedem Ende vorgesehen. Sie erstrecken sich zueinander parallel und sind typischerweise mit einem Teilabstand von 2 mm mit Abstand angeordnet. Die Anschlüsse 26 sind vorzugsweise in das Gehäuse 10 geformt.
• Innerhalb jedes Schachts 22a, 22b im Gehäuse ist ein entsprechender separater toroidförmiger Magnetkern 28a, 28b angeordnet. Jeder Kern 28a, 28b ist aus schichtweise angeordnetem Eisen oder Ferrit hergestellt. Der Gehäusezapfen 24a, 24b erstreckt sich durch das zentrale Loch im Torus. Jeder Kern 28a, 28b trägt Wicklungen, die lediglich bei 30 für den Kern 28a in den Zeichnungen gezeigt sind. Die Wicklungen auf jedem Kern bilden die Primärwicklung des Transformators und die Wicklungen auf dem anderen Kern bilden die Sekundärwicklung des Transformators. Bei Gebrauch wird Energie eines Wechselstroms in der Primärwicklung durch elektromagnetische Induktion als Wechselstrom in der Sekundärwicklung übertragen. Anzapfpunkte an den Wicklungen sind mit einzelnen der Anschlüsse 26 verbunden, wie durch die Drahtenden 32 in Fig. 1 angegeben ist. Die Wicklungen 30 auf jedem Kern benötigen keine spezielle Isolierung.
• Es wird daher erkannt, daß das einzelne Kunststofformteil 10 sowohl als Gehäuse als auch als Einrichtung zum Trennen der beiden toroidförmigen Magnetkerne dient.
• Ein Metallverbindungsdraht 34 erstreckt sich koaxial durch die Bohrung 20 im Gehäuse und wird um die Außenseite des Gehäuses zurückgeführt, wo die beiden Enden des Drahts in elektrisch leitender Beziehung miteinander verbunden werden, wie am deutlichsten in Fig. 1 gezeigt ist. Die einzelne Windung des Drahts 34 verbindet die beiden Kerne 28a, 28b elektromagnetisch. Der Verbindungsdraht 34 ist mit einem elektrisch isolierenden Schlauch 36 über seine Länge versehen, abgesehen von dem kurzen Übergangsabschnitt, wo die beiden Drahtenden überlappen. Dieser Isolierschlauch 36 ist vorzugsweise wenigstens 0,5 mm dick. Der Draht 34 ist vorzugsweise verzinnter Kupferdraht, mit Isolierüberzug aus Silikonkautschuk versehen, mit verlöteten, gecrimpten oder mittels Wickelverbindung abgeschlossenen Enden.
• Der sich ergebende Transformator, der zur Verwendung in eigensicheren Systemen besonders geeignet ist, ist kompakt, verwendet weniger Teile und ist verhältnismäßig kostengünstig herzustellen.

Claims (9)

1. Transformator, uinfassend einen ersten Magnetkern (28); ein erstes Wicklungsmittel (30) auf dem ersten Kern; einen zweiten Magnetkern (28b), der von dem ersten Kern mit Abstand angeordnet und getrennt ist; ein zweites Wicklungsmittel auf dem zweiten Kern; eine Gehäuseeinrichtung (10) aus elektrisch isolierendem Material, die die Kerne und auch die Wicklungsmittel aufnimmt und ebenfalls die Kerne voneinander trennt; und ein elektrisches Leitermittel (34) zur elektromagnetischen Verbindung der ersten und zweiten Kerne (28a, 28b), wobei das elektrische Leitermittel eine Länge an Draht (34) umfaßt, der sich durch die Gehäuseeinrichtung und dadurch durch die ersten und zweiten Kerne (28a, 28b) in einer mit Abstand angeordneten, isolierenden Beziehung dazu erstreckt, wobei sich der Draht außerhalb der Gehäuseeinrichtung (10) erstreckt, um eine geschlossene Leiterschleife zu vollenden.

2. Transformator nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet , daß die Gehäuseeinrichtung einen Block (10) aus elektrisch isolierendem Material init einer Längsachse und einem Paar koaxialer Aussparungen (22a, 22b) umfaßt, die eines an jedem Ende des Blocks gegenüberliegend angeordnet sind, wobei ein zentraler Abschnitt des Blocks aus isolierendem Material zwischen den gegenüberliegenden Aussparungen angeordnet ist und diese trennt, wobei die Aussparungen die entsprechenden Kerne und Wicklungsmittel aufnehmen.

3. Transformator nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet , daß jede Aussparung (22a, 22b) ein Ringschacht um einen zentralen Zapfen (24a, 24b) ist, wobei der Block eine sich längs erstreckende Bohrung (20) zentral hindurch aufweist, die durch jeden Zapfen hindurch und durch den zentralen Abschnitt des Blocks tritt.

4. Transformator nach einem beliebigen vorhergehenden Anspruch, gekennzeichnet durch eine Hülle (26) aus elektrisch isolierendem Material, die den Draht umfaßt.

5. Transformator nach einem beliebigen vorhergehenden Anspruch, dadurch gekennzeichnet , daß jeder der Kerne (28a, 28b) ein Toroidkern ist, wobei jeder Kern auf einem Zapfen (24a, 24b) der Gehäuseeinrichtung innerhalb eines Schachts (22a, 22b) in der Gehäuseeinrichtung zurückgehalten ist.

6. Transformator nach einem beliebigen vorhergehenden Anspruch, gekennzeichnet durch elektrisch leitende Anschlüsse (26), die in die Gehäuseeinrichtung (10) eingeformt sind, wobei das Primär- und Sekundärwicklungsmittel mit entsprechenden der Anschlüsse verbunden sind.

7. Transformator nach einem beliebigen der Ansprüche 1 bis 5, gekennzeichnet durch nichtleitende Anschlüsse, wobei die Primär- und Sekundärwicklungsmittel abgeschlossen sind, indem sie um die Anschlüsse gewickelt sind.

8. Transformator nach Anspruch 2 oder 3 oder einem beliebigen der Ansprüche 4 bis 7, wenn abhängig vom Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet , daß die axiale Dicke des zentralen Abschnittes der Gehäuseeinrichtung (10) etwa gleich der axialen Abmessung jeder der Aussparungen (22a, 22b) ist.

9. Transformator nach einem beliebigen vorhergehenden Anspruch, dadurch gekennzeichnet , daß die Gehäuseeinrichtung (10) ein einstückiges Kunststofformteil ist.