DE7238883U

DE7238883U - PIPE COIL WITH COOLING AND INSULATING CHANNELS AND DEVICE FOR PRODUCING THE SAME

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Publication number: DE7238883U
Application number: DE19727238883
Authority: DE
Original assignee: BERTOS AG
Current assignee: BERTOS AG
Priority date: 1972-10-23
Filing date: 1972-10-23
Publication date: 1973-06-14

Description

PATENTANWALT DIPL-ING. J. WENZEL 7 STUTTGART HAUPTMANNSREUTE 46PATENT Attorney DIPL-ING. J. WENZEL 7 STUTTGART HAUPTMANNSREUTE 46

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Bertos AG, Glarus/SchweizBertos AG, Glarus / Switzerland

Röhrenspule mit Kühl- und IsolierkanäleJiund Vorrichtung zur Herstellung derselbenTubular coil with cooling and insulating channels and device for Manufacture of the same

Die Neuerung bezieht sich auf eine Röhrenspule und eine Vorrichtung zur Herstellung derselben mit Kühl- und Isolierkanälen durch Umgießen von Kernen angeordnet, und die einzelnen Lagen durch Zwischenstege verbunden.The innovation relates to a tubular coil and a device for producing the same with cooling and insulating channels arranged by casting around cores, and the individual layers are connected by intermediate webs.

Derartige Röhrenspulen sind bereits bekannt, wobei die erwähnten innerhalb der Wicklungsverbände zusätzlich angeordneten Kühl-und Isolierkanälen die Verlustwärme in größerem Umfang als bisher abführen. Dadurch erzielt man höhere Einheit sleisrungen.Such tubular coils are already known, the mentioned ones additionally being arranged within the winding associations Cooling and insulating channels dissipate the heat loss to a greater extent than before. Thereby one achieves higher unity sleisrungen.

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Netztransfonnatoren mit öl- oder Askarelfüllung müssen nach den einschlägigen Vorschriften zum hochspannungsseitigen Anschluß an Freileitungen geeignet sein, weshalb mit atomsphärischen Überspannungen gerechnet werden muß. Den verschiedenen Reihenspannungen sind deshalb spezifische Isolationspegel für die Nenn-Stehspannungen zugeordnet worden und zwar der untere Stoßpegel für die volle Stoßspannung und der obere Stoßpegel für die abgeschnittene Stoßspannung.Network transformers with oil or ascarel filling must according to the relevant regulations on the high-voltage side Connection to overhead lines should be suitable, which is why atomic overvoltages are expected got to. The various series voltages are therefore specific insulation levels for the nominal withstand voltages has been assigned, namely the lower surge level for the full surge voltage and the upper surge level for the cut off impulse voltage.

Es ist bekannt, daß die Isolierung von Röhrenspulen bei Transformatoren und Drosseln, welchen eine Stoßspannungsbeanspruchung entsprechend ausgelegt werden muß, da sie in den meisten Fällen wesentlich kritischer ist als die Beanspruchung durch die netzfrequente Wechselspannung. Wie der Literatur ai entnehmen ist, erfordert die Einhaltung der Stehstoßspannung in öl-und askarelgefüllten Transformatoren einen beträchtlichen technischen und wirtschaft-It is known that the insulation of tube coils in transformers and chokes, which are subjected to surge voltage must be interpreted accordingly, since it is in most cases much more critical than that Stress from the mains frequency alternating voltage. As can be seen from the literature ai, compliance is required the impulse withstand voltage in oil and askarel-filled transformers a considerable technical and economic

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liehen Aufwand. Die Einhaltung der Nennstehstoßspannung bei trockenisolierten Transformatoren ist aber mit noch wesentlich größerem Aufwand verbunden, so daß man bei internationalen Vorschriften Trockentransformatoren entweder keine Nennstehstoßspannung oder einen gegenüber öltransformatoren wesentlich reduzierter Stoßspannungspegel augeordnet hat. Es ist klar, daß der Isolierstoff Luft wesentlich geringere Spannungen aufnehmen kann als eine vergleichbare Anordnung unter öl. Die druckschriftlichen Veröffentlichungen befassen sich deshalb nahezu ausschließlich mit Wicklungen und Schirmanordnungen unter öl bzw. Askarelνborrowed effort. Compliance with the nominal withstand voltage in the case of dry-insulated transformers, however, is still associated with much greater effort, so that one with international regulations dry-type transformers either no rated impulse voltage or one opposite oil transformers has arranged a significantly reduced surge voltage level. It is clear that the insulating material Air can absorb significantly lower stresses than a comparable arrangement under oil. The printed Publications therefore deal almost exclusively with windings and screen arrangements under oil or Askarelν

Nun gibt es aber eine ganze Reihe von Verwendungszweckehn, bei denen öl- bzw. Askarelgefüllte Transformatoren bzw. Drosseln wegen bestimmter Nachteile nur ungern eingesetzt werden, so daß eine trockenisolierte Anordnung vorzuziehen ist.But there is a whole range of uses in which oil- or ascarel-filled transformers or chokes are only reluctantly used due to certain disadvantages so a dry-insulated arrangement is preferable.

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Der Neuerung liegt daher die Aufgabe zugrunde, stoßspannungsfeste und stoßkruzschlußfeste trockenisolierte Wicklungen dieser Art so zu vebessern, daß ihnen die gleiche oder eine nur geringfügig herbagesetzte Nennstehstoßspannung wie öltrarisformatoren zugeordnet werden kann.The innovation is therefore based on the task of providing shock-proof and shock-joint-proof dry-insulated To improve windings of this type so that they have the same or only a slightly reduced nominal impulse voltage how oil transformers can be assigned.

Die Neuerung geht dabei von der Erkenntnis aus, daß die Spannungsfestigkeit der Luft auch durch Homogenisierung des Feldes nicht wesentlich verbessert werden kann. Gemäß dem Neuerungsgedanken werden daher die auftretenden Spannungsbeanspruchungen durch eine geeignete Anordnung der Wicklung auf ein Minimum herabgesetzt.The innovation is based on the knowledge that the dielectric strength of the air can also be achieved through homogenization of the field cannot be improved significantly. According to the idea of innovation, the occurring Voltage stresses reduced to a minimum by a suitable arrangement of the winding.

Die Lösung dieser Aufgabe durch die Neuerung besteht darin, daß der jeweilige Abstand zwischen zwei Wickeldrähten oder· zwei Einzellagen innerhalb der Einzelspule möglichst klein ist und etwa ο,5 bis l,o mm beträgt.The solution to this problem by the innovation is that the respective distance between two winding wires or two individual layers within the individual coil is as small as possible and is about 0.5 to 1.0 mm.

Andererseits kann der Abstand zwischen zwei Hauptlagen bzw. zwischen der inneren Haupt lUage der oberen Spannungswicklung und der äußeren Hauptlage der Unterspannungswicklung möglichst groß gewählt werden, wobei darüber hinaus die dort befindliche Luft eine kleine Dielektrizitätskonstante zeigt. Dadurch kann das Verhältnis^j^On the other hand, the distance between two main layers or between the inner main layer of the upper voltage winding and the outer main layer of the low voltage winding be chosen as large as possible, with the air located there also having a small dielectric constant shows. This allows the ratio ^ j ^

K einen kleinen Zahlenwert erreichen, wodurch die Wicklung fast schwingungsfrei wird. Hierbei ist unter Ne die Kapazität gegen Erde und K die Serienkapazität zwischen zwei Windungen oder zwischen einer Doppellage der Einzelspule zu verstehen. Diese pro Längeneinheit wirkende Kapazität Ce setzt sich us den Ersatzkapazitäten C_er bis K reach a small numerical value, as a result of which the winding is almost vibration-free. Here, Ne is to be understood as the capacitance to earth and K is the series capacitance between two turns or between a double layer of the individual coil. This capacitance Ce acting per unit length is made up of the substitute capacitances C _er bis

C ⁿ zusammen und ist rechnersich nur sehr schwer z\Jerer C ⁿ together and is very difficult to calculate

fassen.grasp.

Es zeigt sich jedoch in den Fachmann überraschender Weise, daß schon Luftabstände von einigen Millimetern und Abstände^ im festen Dielektrikum von etwa o,5 nun ein ausgezeichnetes Ergebnis liefern, wie durch Versuche nachgewiesen ist.It turns out, however, surprisingly for the person skilled in the art, that air gaps of a few millimeters and distances ^ in the solid dielectric of about 0.5 now deliver an excellent result, as has been proven by tests.

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In weiterer Ausgestaltung der Neuerung ist eine Vorrichtung vorgesehen, die darin besteht, daß die Kerne eine aus Metall bestehende glatte oberfläche mit abgerundeten Kanten aufweisen und im Querschnitt kreisringförmig sind oder Teile eines Kreisringes bilden. Durch die glatte Oberfläche lassen sich die Kerne leichter als bisher aus der Röhrenspule nach dem Aushärten der Gießharzmasse entfernen. Außerdem, ist hierdurch die optimale Form der Röhrenspule erreicht.In a further embodiment of the innovation, a device is provided which consists in that the cores are made of metal have existing smooth surface with rounded edges and are circular in cross-section or parts form a circular ring. Due to the smooth surface, the cores can be removed from the tubular coil more easily than before remove after the resin has hardened. In addition, the optimal shape of the tubular coil is achieved in this way.

Gemäß einer weiteren Ausführungsform der Neuerung ist darüber hinaus vorgesehen, daß die Röhrenspule im Querschnitt etwa rechteckig mit stark abgerundeten Kanten ausgebildet ist und zu den Seitenflächen parallel lverlaufende Isolier- und Kühlkanäle mit abgerundeten an die Stege angrenzenden Längsflächen aufweist. Dadurch wird die Prrm der Kerne wesentlich vereinfacht und verbilligt. Wenn auch die meachanische Kurzschlußfestigkeit nicht im gleichen Maße gegeben ist wie bei kreisrunden Wicklungen, so kann si.ch dieseAccording to a further embodiment of the innovation it is also provided that the tubular coil in cross section is approximately rectangular with strongly rounded edges and oil running parallel to the side surfaces Has insulating and cooling channels with rounded longitudinal surfaces adjoining the webs. This will make the prrm of the Cores significantly simplified and cheaper. Even if the mechanical short-circuit strength is not to the same extent is given as with circular windings, si.ch can do this

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mm 7 Mt mm 7 Mt

Ausführungsform bei kleineren Leistungen als zweckmäßig erweisen.Embodiment for smaller services than appropriate prove.

Weitere Virteile und Einzelheiten der Neuerung ergeben sich aus der nun folgenden Beschreibung einiger Ausführungsbeispiele unter Hinweis auf die Zeichnung. In dieser zeigen: Further parts and details of the innovation emerge from the following description of some exemplary embodiments with reference to the drawing. In this show:

Fig. 1 einen schematischen Schnitt senkrecht zur Achse auf die Röhrenspule nach der Neuerung;Fig. 1 is a schematic section perpendicular to the axis the tubular coil after the innovation;

Fig. 2 eine Draufsicht auf die Röhrenspule nach Fig. 1;FIG. 2 is a plan view of the tube coil of FIG. 1;

Fig. 3 eine schematische Darstellung mit einem Ersatzschaltplan und denABständen der Spulenwicklungen bei einer Einzelspulen-Wicklung;3 shows a schematic representation with an equivalent circuit diagram and the spacing of the coil windings in a Single coil winding;

Fig. 4 eine Ansicht ähnlich Fig. 3 bei einer Hochkant- oder Flachwicklung;Fig. 4 is a view similar to FIG. 3 in an edgewise or Flat winding;

Fig. 5 ein Spannungs-Diagramm;Fig. 5 is a voltage diagram;

Pig. 6 eine schematische Darstellung der abgegriffenen Spannungen undPig. 6 a schematic representation of the tapped voltages and

Fig. 7 eine Ansicht ähnlich Fig. 1, jedoch bei einer abgewandelten Ausführungsform.FIG. 7 is a view similar to FIG. 1, but with one modified embodiment.

Figur 1 zeigt die fertige Spule, die durch das neuerungsgemäße Verfahren hergestellt ist, als mehrlagige Röhrenspule mit den geschilderten Eigenschaften. Die Fertigung erfolgt in der Weise, daß zunächst beim Wickeln der Wickeldrähte vier auf ein metallisches glattes Formrohr auch das gewebeartige Füllmaterial wie Kunststoff, Baumwolle, Glasfäden oder Vlies aufgewickelt wird. Hierbei werden die erwähnten metallischen glatten, im Querschnitt kreisringförmig oder Teile eines Kreisringes bildenden Kerne mit der Dicke d mit den abgerundeten Längskanten eingewickelt. Dabei nehmen die Kerne die Lage ein, an denen später diese Luftkanäle (2) angeordnet sein sollen. Danach iird die Spule als Ganzes inFigure 1 shows the finished coil, which is produced by the method according to the innovation, as a multi-layer tubular coil with the properties described. The production takes place in such a way that initially when winding the winding wires four on a metallic smooth shaped tube also the fabric-like filling material such as plastic, cotton, or glass threads Fleece is wound up. Here, the mentioned metallic smooth, circular in cross-section or parts of a circular ring forming cores with the thickness d with the rounded longitudinal edges wrapped. They take Cores the position at which these air ducts (2) are to be arranged later. After that, the coil as a whole is put in

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einer Gußform zweckmäßigerweise im Vakuum in einem Gießvorgang vergossen. Nach dem Aushärten werden die metallischen Kerne entfernt und hinterlassen eine glatte Oberfläche. Dabei sind die verbleibenden Stege (3) ein homogener Teil der Isolierung und gegen die Luftkanäle (2) abgerundet, so daß keine hohen Tangentifialfeldstärken entstehen können. Außerdem verbinden diese Stege (3) die einzelnen Hauptlagen (*») der Wicklung zu einer kompakten Röhrenspule, so daß die gesamte Spule in sehr hohem Maße duch diese Maßnahmen kurzschlußfest ist. Alle innerhalb der Spule auftretenden Kräfte werden vollständig intern aufgenommen, so daß die Abstützengen lediglich die zwischen zwei getrennten Wicklungen, z.B. zwischen der Oberspannungs- und der Unterspannungswicklung - falls sich diese nicht innerhalb der Spule befinden- resultierenden Kräfte aufnehmen muß.a casting mold expediently cast in a vacuum in a casting process. After hardening, the metallic Removes pits and leaves a smooth surface. The remaining webs (3) are more homogeneous Part of the insulation and rounded against the air ducts (2) so that no high tangentifial field strengths can arise. In addition, these webs (3) connect the individual main layers (* ») of the winding to form a compact tubular coil, so that the entire coil is short-circuit proof to a very high degree due to these measures. All forces occurring within the coil are completely taken up internally, so that the support legs are only those between two separate windings, e.g. between the high-voltage and low-voltage windings - if these are not located within the coil - resulting Must absorb forces.

Falls alle auf einem Schenkel befindlichen Wicklungen zusammen in einer Röhrenspule mit mehreren Hauptlagen gemäß Fig. 1 vergossen werden, bleibt die Abstützung im Falle einesIf all windings located on one leg together in a tubular coil with several main layers according to Fig. 1 are potted, the support remains in the case of a

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kurzschlusses praktisch unbeansprucht. Diese Abstützung wird vorteilhafterweise über dem Steg (3) angebracht.short circuit practically unstressed. This support is advantageously attached over the web (3).

Derartige Röhrenspulen werden mit großen Vorteil in stoßspannungsfesten und stoßkruzschlußfesten Trockentransformatoren und /oder Drosseln eingebaut. Sie können aber auch als kurzschlußfeste Luftdrosseln verwendet werden oder in eine Kühlflüssigkeit getaucht weden.Such tube coils are used with great advantage in surge-proof and surge-tight dry-type transformers and / or chokes built in. But they can also be used as short-circuit-proof air chokes or immersed in a coolant.

Die Enden der Wicklung oder Teile der Wicklung und /oder Anzapfungen werden gemäß der Neuerung in einer im gleichen Gießvorgang angegossenen Anschlußplatte (6) verlegt, und auf Anschluß-Kegelstümpfen (5) geführt, siehe auch Fig. 2. Dementsprechend ist die Gießform zu gestalten. Die außen zugänglichen Anschluß-Kegelstümpfe (5) können dann so angeordnet werden, daß das Anschließen oder Umklemmen mittels Schalt laschen (7),, siehe Fig. 2, auch bei extremen Umschaltverhältnissen wie z.B. 6.0OO V - 5 % auf lo.ooo V - 5 % oder 15.000 V - 5 % auf 20.000 V + 5 % oder ähnliche völlig unkompliziert ist.The ends of the winding or parts of the winding and / or taps are laid according to the innovation in a connection plate (6) cast in the same casting process, and guided on connection truncated cones (5), see also Fig. 2. The mold must be designed accordingly . The externally accessible terminal-truncated cones (5) can then be arranged so that the connecting or reconnecting tabs switching means (7) ,, see Figure 2, even under extreme Umschaltverhältnissen such as 6.0OO V -. 5% on lo.ooo V - 5 % or 15,000 V - 5 % to 20,000 V + 5 % or similar is completely uncomplicated.

Fig. 7 zeigt eine weitere Ausführungsform, bei der die Spule nicht kreisrund sondern etwa rechteckig mit sehr stark ab-Fig. 7 shows a further embodiment in which the coil is not circular but approximately rectangular with very strongly

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gerundeten Kanten ausgebildet ist. Dadurch kann man die Form der Kerne (2) wesentlich vereinfachen und verbilligen. Allerdings ist die mechanische Kurzschlußfestigkeit nicht ebenso hoch wie bei kreisrunden Wicklungen nach Fig. 1 und 2. Außerdem ist die Herstellung der Wicklung §n wenig umständlicher. Für kleine Leistungen kann sich diese Ausführungsform aber durchaus als vorteilhaft erweisen. Die Bezugszeichen sind hier die gleichen wie in Fig. 1 und 2.rounded edges is formed. This allows the shape of the cores (2) to be simplified and made cheaper. However, the mechanical short-circuit strength is not as high as in the case of circular windings Fig. 1 and 2. In addition, the manufacture of the winding §n is not much more complicated. For small achievements can this embodiment, however, prove to be advantageous. The reference numerals here are the same as in FIG Figs. 1 and 2.

Fig. 3 zeigt ein Ersatzschaltbild mit einer Einzelspulenwicklung. Hierbei ist die Breite der Kühl- und Isolierkanäle mit d bezeichnet. Gemäß der Neuerung soll dieses Maß möglichst groß gewählt werden, um die Feldstärke herabzusetzen. Das führt aber dazu, daß die Isolierstärke s zwischen dem Leitermaterial und dem Luftkanal klein gewählt werden muß, was auch eine bessere Kühlung bewirkt.3 shows an equivalent circuit diagram with a single coil winding. Here, the width of the cooling and insulating channels is denoted by d. According to the innovation, this measure should be be chosen large in order to reduce the field strength. But this leads to the fact that the insulation thickness s between the Conductor material and the air duct must be chosen to be small, which also causes better cooling.

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Um dennoch die mechanische Festigkeit zu erreichen, wird als Füllmaterial das erwähnte Gewebe verwendet.In order to still achieve the mechanical strength, the aforementioned fabric is used as a filler material.

Was die Spannung im Innern der Peststoffisolation betrifft, z.B. die Beanspruchungen zwischen zwei Einzelspulen, so werden diese von der elektrischen Festigkeit des Gießharzes ohne Schwierigkeit aufgenommen. Letdiglich die Überleitung von einer Hauptlage in die andere erfordert sorgfältige Verlegung in einem Pestdielektrikum hoher elektrischer Güte und ohne in der Nähe befindliche Spitzen, Hohlräumen usw.Concerning the tension inside the pesticide insulation, e.g. the stresses between two individual coils, so these are absorbed by the electrical strength of the cast resin without difficulty. Only The transition from one main layer to the other requires careful installation in a plague dielectric high electrical quality and with no nearby peaks, voids, etc.

Gemäß der Neuerung wird der jeweilige Abstand^ zwischen zwei Wicklungen nach den Figuren 3 oder 4 möglichst klein gewählt, und zwar vorzugweise etwa o,5 bis 1 mm. ferner zeigt sich in überraschender Weise, daß schon Luftabstände d von einigen mm im Zusammenhang hiermit sehr gute Ergebnisse liefern, wie Fig. 5 zu entnehmen ist. In den Figuren 3 undAccording to the innovation, the respective distance ^ between two windings according to FIGS. 3 or 4 selected as small as possible, preferably about 0.5 to 1 mm. further It is found in a surprising manner that air gaps d of a few mm in connection with this give very good results deliver, as shown in FIG. 5. In Figures 3 and

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PATENTANWALT DIPL-INQ. J. WENZEL 7 STUHQART HAUPTMANN8REUTE 4ΘPATENT Attorney DIPL-INQ. J. WENZEL 7 STUHQART HAUPTMANN8REUTE 4Θ

sind mit 8 die äußere Hauptlage und mit 9 die Innere
Hauptlage bezeichnet.with 8 the outer main layer and with 9 the inner layer
Designated main location.

Fig. 5 zeigt, daß die Spannung gegen Erde in keinem
Punkt der Wicklung mehr die angelegte Spannung erreicht, und die höchste Spannung liegt zwischen zwei Einzelspulen etwa bei 14 % der angelegten Spannung. Im Vergleich dazu sind in Fig. 5 die Verhältnisse bei einer 25o kVA, 2o KV öltransformatoreneinrichtung dargestellt, welche jedoch
nur acht Einzelspulen enthält, was aber auf die symptomatische Spannungsverteilung keinen Einfluß hat.Fig. 5 shows that the voltage to earth in none
At the point of the winding, the applied voltage is reached, and the highest voltage between two individual coils is around 14 % of the applied voltage. In comparison to this, FIG. 5 shows the conditions for a 25o kVA, 2o KV oil transformer device, which however
contains only eight individual coils, but this has no influence on the symptomatic stress distribution.

Wie man sieht, zeigt die beschriebene neuerungsgemäße
Röhrenspule eine verhältnismäßig niedrige Stoßspannungsbeanspruchung durch di3 schwingungsfreide Wicklungsanordnung. Demgegenüber steht die geringe Spannungsfestigkeit der Luft, was die Spannung gegen Erde betrifft. In
Fig. 6 ist der Spannungsabgriff dargestellt. Die Ergebnisse der Vergleichsversuche zeigen somit die klare Überlegenheit oder mindestens die Gleichwertigkeit des Neuerungsgegen-As you can see, the described innovation shows
Tubular coil a relatively low surge voltage stress due to the vibration-free winding arrangement. On the other hand, there is the low dielectric strength of the air, which concerns the voltage to earth. In
Fig. 6 shows the voltage tap. The results of the comparison tests thus show the clear superiority or at least the equivalence of the innovation

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Standes im Vergleich zu einer öltransformatorenwicklung. Hiermit ist somit der Beweis geliefert, d|aß die erwähnte gestellte Aufgabe gelöst ist.Compared to an oil transformer winding. This provides the proof that the stated problem has been solved.

Claims

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1. Tubular coil with two or more layers, between which cooling and insulating channels are arranged by overmolding cores, and the individual layers connected by intermediate webs, characterized in that the respective Distance (/) between two winding wires or two single layers is as small as possible within the single coil and is about 0.5 to 1.0 mm.

2. Device for the production of tube coils according to claim 1, characterized in that the cores (2) have a smooth surface made of metal with rounded edges and circular in cross section are or form parts of a circular ring.

3. Tubular coil according to claim 1, characterized in that it is approximately rectangular in cross section, with strong rounded edges and insulating and cooling channels (2) running parallel to the side surfaces

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with rounded longitudinal surfaces adjoining the webs atheist.

4. tubular coil according to claim 2 or 3, characterized in that the flat transitions in one or more Web (3) are arranged.

5. Tubular coil according to one or more of the preceding claims, characterized in that the ends and / or taps of the windings are laid in a connection plate (6).

6. Tubular coil according to one or more of the preceding claims', characterized in that it is lightweight Exchangeable, short-circuit-proof and surge voltage-proof winding for air or liquid-cooled transformers and / oc \ er throttles are used.