EP0510149B1 - Spulenkörper, insbesondere für klein- und sicherheitstransformatoren - Google Patents
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- H01F2005/025—Coils wound on non-magnetic supports, e.g. formers wound on coaxial arrangement of two or more formers
Definitions
- the invention relates to a transformer, in particular a small or safety transformer according to the preamble of claim 1, and a method for producing a transformer according to the preamble of claim 5.
- the European standard DIN VDE 0551 part 1 / 09.89 for isolating and safety transformers prescribes for a certain transformer output that coil formers of the type described above, i. H. those that are made from plastic by injection molding must have a wall thickness of at least 1 mm for safety reasons.
- coil formers of the type described above i. H. those that are made from plastic by injection molding must have a wall thickness of at least 1 mm for safety reasons.
- the above-mentioned standard allows the wall thickness of the coil body to be made less than 1 mm, even if the power is the same, if the coil body consists of at least three layers or layers and fulfills the required insulating properties.
- the standard recommends, for example, to manufacture a bobbin by winding a film strip that is feathered or perforated on its two longitudinal edges in four layers on a winding core in such a way that the feathered or perforated edge areas bend upwards, thereby creating a U-profile in cross section with side edge flanges for the bobbin. Due to the edge incisions (feathering) or perforation in the edge area, however, there are air gaps in every layer, ie places of reduced insulation. These are the reason why - how Tests have shown - coil bodies produced in this way sometimes do not meet the required insulating properties.
- DE-A-31 07 059 describes a coil former which is made from a multi-layer insulating tape winding and also has a U-profile in cross section.
- the three or more layers of insulating tape winding can be deformed by plastic deformation of its ends and then applied to the primary winding.
- the invention has for its object to provide a transformer with a standard-compliant bobbin, which has a much smaller wall thickness than 1 mm and ensures perfect insulation values especially in the area of the U-legs.
- the outer coil body of the transformer according to the invention consists of several shells, the standard is satisfied.
- the wall thickness of the shells can be chosen so that the total thickness of the shells lying one above the other is considerably less than 1 mm.
- the dimensional stability on the one hand and the plastic deformability on the other hand ensure that the shells can be joined together to form the annular coil former.
- Each of the shells has only one break in its circumference.
- Shells of the same type are preferably used for a coil former. However, this is not absolutely necessary.
- Another expedient development can consist in that a metal foil, preferably a copper foil, is inserted between at least two shells. In this way, electrical shielding of the windings lying one above the other can be ensured.
- the shells are designed in such a way that the ends formed by the interruption overlap in the assembled state of the coil former.
- the shells or partial shells can consist of thermoplastic material, which enables production by plastic deformation.
- annular shells when using annular shells, these can be opened one after the other by plastic bending at the interruptions and pushed over one another. This can be done in such a way that the interruptions all come to lie at the same point on the coil former or alternately at opposite points.
- a film material with a wall thickness of less than 100 microns, z. B. 80 microns are used, so that there is a very thin wall for the bobbin and therefore more space is available for the winding.
- a three-layer coil former for example, a total wall thickness of less than 300 ⁇ m can be achieved.
- This bobbin has the advantage over the bobbin produced by winding from foil tape that is recommended by the standard that gaps in the insulation are excluded.
- FIG. 1 shows a transformer 1 with an iron core 2, a first winding 3 and a second winding 4.
- the first winding 3 is wound on an inner coil former 5A, which encloses an opening 10 through which a leg 6 of the transformer core extends.
- the second winding 4 is located on an outer coil body 5B, which is arranged on the first winding 3. With 7 the winding axis of the two windings 3, 4 is designated.
- Figure 2 shows the inner coil body 5A with the winding 3 in a perspective view.
- this inner coil former 5A is designed as described below in connection with the outer coil former 5B.
- the outer coil body 5B consists of two partial bodies 5Ba and 5Bb.
- the two partial bodies each consist of several partial shells, of which only two are shown in FIG. 2.
- the partial shells 5Ba1 and 5Ba2 form the partial body 5Ba.
- the partial shells 5Bb1 and 5Bb2 form the partial body 5Bb.
- Each of the partial shells consists of a thermoplastic deformable film with a U-shaped cross section, the web of the U-profile being designated 9 and the edge flanges 11.
- the partial shells 5Ba1 and 5Ba2 are pushed on top of one another to form the partial body 5Ba.
- the partial shells 5Bb1 and 5Bb2 are pushed over one another to form the partial body 5Bb.
- the two partial bodies 5Ba and 5Bb then become the formation of the outer bobbin 5B is pushed onto the inner bobbin 5A in such a way that the ends meeting one another overlap.
- FIG. 3 shows a coil former 5 which is constructed in the same way as the coil former 5A and 5B in FIGS. 1 and 2.
- the bobbin 5 here consists of two C-shaped partial bodies 5a and 5b, which are set against one another at their ends 15, in such a way that they overlap in an overlap region U.
- the partial body 5a consists of three partial shells 5a1, 5a2 and 5a3 arranged in a box shape.
- the part body 5b consists of three box-shaped part shells 5b1, 5b2 and 5b3 arranged one inside the other.
- Each of the partial shells in turn has a U-profile and consists of a thermoplastic deformable film.
- the coil former 5 has two interruptions 18 as a result of the C-shaped partial bodies 5a, 5b placed against one another.
- FIG. 4 shows a coil former 5C which has only one interruption 18. It consists of three annular shells 5c1, 5c2 and 5c3 arranged one above the other in layers or one inside the other like boxes. Each of the shells has a U-profile in cross-section and consists of a thermoplastic plastic film. The shells are inherently stable, but plastically deformable. In particular, they can be bent open by moving their ends 15 away from one another. In the shape opened in this way, they can be put over the other shells and nested. As can be seen from FIG. 4, the ends 15 of the shells are alternately plugged together and form an overlap area Ü.
- a metal foil in particular a copper foil, can also be inserted between the shells or partial shells of all embodiments, in order thereby to provide a shield for the windings from other windings or from the iron core.
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Description
- Die Erfindung betrifft einen Transformator, insbesondere einen Klein- oder Sicherheitstransformator gemäß Oberbegriff des Anspruches 1, sowie ein Verfahren zur Herstellung eines Transformators gemäß Oberbegriff des Anspruchs 5.
- Nach der DE-A 22 08 457 ist es bekannt, eine erste Wicklung eines Transformators auf einen durch Spritzgießen aus Kunststoff hergestellten Spulenkörper zu wickeln, der einen Hohlraum für einen Transformatorschenkel einschließt und an seinen Enden mit Rückhalteflanschen für die Wicklung versehen ist. Um eine auf die erste Wicklung aufzubringende zweite Wicklung von der ersten Wicklung zu isolieren, ist ein dazwischen anzuordnender zweiter Spulenkörper vorgesehen, der ebenfalls durch Spritzgießen aus Kunststoff hergestellt ist. Dieser zweite Spulenkörper ist zweiteilig. Jedes seiner beiden Teile hat - in Richtung der Spulenachse gesehen - C-Form. Die beiden C-förmigen Teile werden auf die erste Wicklung geschoben, so daß sich ihre Enden überlappen. Auch die beiden C-förmigen Teile des zweiten Spulenkörpers haben an ihren Enden Rückhalteflansche für die auf Ihnen aufgewickelte zweite Wicklung.
- Die Europa-Norm DIN VDE 0551 Teil 1/09.89 für Trenn- und Sicherheitstransformatoren schreibt für eine bestimmte Transformatorleistung vor, daß Spulenkörper der vorstehend beschriebenen Art, d. h. solche, die durch Spritzgießen aus Kunststoff hergestellt werden, aus Sicherheitsgründen eine Wanddicke von mindestens 1 mm haben müssen. Bei kleinen Transformatoren und Spulen, wie sie z. B für elektrische Geräte, wie Leuchten (insbesondere Halogenlampen), Spielzeuge, Rasierapparate, u.s.w. eingesetzt werden, ist jedoch eine solche Wanddicke unerwünscht, da sie der hier bestehenden Forderung nach Baugrößen-Minimierung entgegensteht.
- Die oben erwähnte Norm erlaubt es auch bei gleicher Leistung, die Wanddicke des Spulenkörpers geringer als 1 mm zu machen, wenn der Spulenkörper aus rnindestens drei Schichten bzw. Lagen besteht und die geforderten Isoliereigenschaften erfüllt. Die Norm empfiehlt beispielsweise einen Spulenkörper dadurch herzustellen, daß ein an seinen beiden längsrändern gefiedertes oder perforiertes Folienband in vier Lagen auf einen Wickelkern gewickelt wird, derart, daß sich die gefiederten bzw. perforierten Randbereiche nach oben biegen, wodurch sich im Querschnitt ein U-Profil mit seitlichen Randflanschen für den Spulenkörper ergibt. Aufgrund der Randeinschnitte (Fiederung) bzw. Perforation im Randbereich ergeben sich jedoch in jeder Lage Luftspalte, d. h. Stellen verminderter Isolation. Diese sind die Ursache dafür, daß - wie Versuche ergeben haben - so hergestellte Spulenkörper die geforderten Isoliereigenschaften bisweilen nicht erfüllen.
- Die DE-A-31 07 059 beschreibt einen Spulenkörper, der aus einem mehrlagigen Isolierbandwickel hergestellt ist und ebenfalls im Querschnitt U-Profil hat.
- Der drei - oder mehrlagig gewickelte Isolierbandwickel kann durch plastische Verformung seiner Enden umgeformt und anschließend auf die Primärwicklung aufgebracht werden.
- Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, einen Transformator mit einem normgerechten Spulenkörper zu schaffen, der eine wesentlich geringere Wandstärke als 1 mm aufweist und vor allem im Bereich der U-Schenkel einwandfrei Isolationswerte gewährleistet.
- Die Aufgabe ist erfindungsgemäß durch die Merkmale des Anspruchs 1 bzw. 5 gelöst.
- Dadurch, daß der äußere Spulenkörper des erfindungsgemäßen Transformators aus mehreren Schalen besteht, wird der Norm genüge getan. Die Wanddicke der Schalen kann so gewählt werden, daß die Gesamtdicke der übereinanderliegenden Schalen erheblich unter 1 mm liegt.
- Die Formstabilität einerseits und die plastische Verformbarkeit andererseits gewährleisten, daß die Schalen zu dem ringförmigen Spulenkörper zusammengefügt werden können. Jede der Schalen weist lediglich eine Unterbrechung an ihrem Umfang auf.
- Vorzugsweise werden für einen Spulenkörper gleichartige Schalen verwendet. Dies ist jedoch nicht zwingend notwendig.
- Eine andere zweckmäßige Weiterbildung kann darin bestehen, daß zwischen mindestens zwei Schalen eine Metallfolie, vorzugsweise eine Kupferfolie eingelegt ist. Auf diese Weise kann eine elektrische Abschirmung der übereinanderliegenden Wicklungen gewährleistet werden. Um eine Luftspaltbildung zu vermeiden sind die Schalen so ausgebildet, daß sich die durch die Unterbrechung gebildeten Enden im zusammengesetzten Zustand des Spulenkörpers überlappen.
- Die Schalen oder Teilschalen können aus thermoplastischem Material bestehen, welches ein Herstellen durch plastisches Verformen ermöglicht.
- Das erfindungsgemäße Verfahren zur Herstellung eines Transformators wird durch die Merkmale des Anspruches 5 beschrieben.
- So besteht eine Möglichkeit zur Herstellung eines Spulenkörpers des Transformators darin, daß aus einem ebenen Folienband durch plastisches Verformen gerade U-Profile hergestellt werden, daß aus den U-Profilen durch plastisches Verformen ringförmige Schalen oder C-förmige Teilschalen hergestellt werden, und daß aus den ringförmigen Schalen oder C-förmigen Teilschalen dann, gegebenenfalls unter Dazwischenlegen einer Metallfolie, insbesondere einer Kupferfolie, der Spulenkörper zusammengesetzt wird.
- Es ist auch möglich, daß gleichzeitig mehrere U-Profile und daraus mehrere ringförmige Schalen oder C-förmige Teil schalen aus mehreren übereinanderliegenden ebenen Folienbändern in einem Arbeitsgang durch plastisches Verformen hergestellt werden.
- Alternativ zu der letztgenannten Möglichkeit können bei Verwendung von ringförmigen Schalen diese nacheinander durch plastisches Aufbiegen an den Unterbrechungen geöffnet und übereinandergeschoben werden. Dies kann dabei so erfolgen, daß die Unterbrechungen alle an der gleichen Stelle des Spulenkörpers zu liegen kommen oder aber wechselweise an gegenüberliegenden Stellen.
- Über das erfindungsgemäße Verfahren kann ein Folienmaterial mit einer Wanddicke von weniger als 100 µm, z. B. 80 µm verwendet werden, so daß sich eine sehr dünne Wandung für den Spulenkörper ergibt und deshalb mehr Raum für die Wicklung zur Verfügung steht. Bei einem dreilagigen Spulenkörper läßt sich somit beispielsweise eine Gesamtwanddicke von weniger als 300 µm erreichen. Dieser Spulenkörper hat gegenüber dem von der Norm empfohlenen durch Wickeln aus Folienband hergestellten Spulenkörper den Vorteil, daß Lücken in der Isolation ausgeschlossen sind.
- Ausführungsbeispiele der Erfindung werden nachfolgend anhand der Zeichnungen beschrieben.
- Es zeigen:
- Figur 1 einen Transformator mit zwei auf Spulenkörpern gewickelten übereinanderliegenden Wicklungen;
- Figur 2 eine perspektivische Darstellung des inneren Spulenkörpers aus Figur 1 mit darauf befindlicher Wicklung sowie einer Explosionsdarstellung des äußeren Spulenkörpers ohne Wicklung;
- Figur 3 eine erste Ausführungsform des Spulenkörpers des erfindungsgemäßen Transformators in Seitenansicht;
- Figur 4 eine zweite Ausführungsform des des erfindungsgemäßen Transformators Spulenkörpers in Seitenansicht.
- Figur 1 zeigt einen Transformator 1 mit einem Eisenkern 2, einer ersten Wicklung 3 und einer zweiten Wicklung 4. Die erste Wicklung3 ist auf einen inneren Spulenkörper 5A aufgewickelt, der eine Öffnung 10 umschließt, durch die sich ein Schenkel 6 des Transformatorkernes erstreckt. Die zweite Wicklung 4 befindet sich auf einem äußeren Spulenkörper 5B, der auf der ersten Wicklung 3 angeordnet ist. Mit 7 ist die Wickelachse der beiden Wicklungen 3, 4 bezeichnet.
- Figur 2 zeigt den inneren Spulenkörper 5A mit der Wicklung 3 in perspektivischer Darstellung. Dieser innere Spulenkörper 5A ist hinsichtlich seines Aufbaus so ausgebildet, wie dies nachfolgend im Zusammenhang mit dem äußeren Spulenkörper 5B beschrieben wird.
- Der äußere Spulenkörper 5B besteht gemäß Figur 2 aus zwei Teilkörpern 5Ba und 5Bb. Die beiden Teilkörper bestehen ihrerseits jeweils aus mehreren Teilschalen, von denen in Figur 2 jeweils nur zwei dargestellt sind. Die Teilschalen 5Ba1 und 5Ba2 bilden den Teilkörper 5Ba. Die Teilschalen 5Bb1 und 5Bb2 bilden den Teilkörper 5Bb.
- Jede der Teilschalen besteht aus einer im Querschnitt U-förmigen thermoplastisch verformbaren Folie, wobei der Steg des U-Profils mit 9 und die Randflansche mit 11 bezeichnet sind. Wie die Pfeile andeuten, werden die Teilschalen 5Ba1 und 5Ba2 einerseits zur Bildung des Teilkörpers 5Ba übereinandergeschoben. In gleicher Weise werden die Teilschalen 5Bb1 und 5Bb2 zur Bildung des Teilkörpers 5Bb übereinandergeschoben. Die beiden Teilkörper 5Ba und 5Bb werden dann zur Bildung des äußeren Spulenkörpers 5B auf den inneren Spulenkörper 5A aufgeschoben, derart, daß sich die aufeinandertreffenden Enden überlappen.
- In Figur 3 ist ein Spulenkörper 5 gezeigt, der in gleicher Weise wie die Spulenkörper 5A und 5B in den Figuren 1 und 2 aufgebaut ist. Der Spulenkörper 5 besteht hier aus zwei C-förmigen Teilkörpern 5a und 5b, die mit ihren Enden 15 gegeneinander gesetzt sind, derart, daß sie sich in einem Überlappungsbereich Ü überlappen. Der Teilkörper 5a besteht aus drei schachtelförmig ineinander angeordneten Teilschalen 5a1, 5a2 und 5a3. Der Teilkörper 5b besteht aus drei schachtelförmig ineinander angeordneten Teilschalen 5b1, 5b2 und 5b3. Jede der Teilschalen hat wiederum U-Profil und besteht aus einer thermoplastisch verformbaren Folie. Der Spulenkörper 5 hat infolge der gegeneinander gesetzten C-förmigen Teilkörper 5a, 5b zwei Unterbrechungen 18.
- Figur 4 zeigt einen Spulenkörper 5C, der nur eine Unterbrechung 18 hat. Er besteht aus drei schichtartig übereinander angeordneten bzw. schachtelartig ineinander angeordneten ringförmigen Schalen 5c1, 5c2 und 5c3. Jede der Schalen hat im Querschnitt U-Profil und besteht aus einer thermoplastisch verformbaren Kunststoffolie. Die Schalen sind in sich formstabil, jedoch plastisch verformbar. Insbesondere können sie aufgebogen werden, indem ihre Enden 15 voneinander wegbewegt werden. In der so geöffneten Form können sie über die anderen Schalen gestülpt und ineinander verschachtelt werden. Wie man der Figur 4 entnehmen kann, sind die Enden 15 der Schalen wechselweise zusammengesteckt und bilden einen Überlappungsbereich Ü.
- Zwischen den Schalen bzw. Teilschalen aller Ausführungsformen kann noch eine Metallfolie, insbesondere eine Kupferfolie eingelegt werden, um dadurch eine Abschirmung für die Wicklungen gegenüber anderen Wicklungen oder gegenüber dem Eisenkern zu schaffen.
Claims (8)
- Transformator, insbesondere Klein- oder Sicherheitstransformator,
mit einem inneren sowie einem äußeren ringförmig gestalteten, aus elektrisch isolierendem Material bestehenden Spulenkörper (5A, 5B), die bei einer die Ringachse (7) enthaltenden Schnittebene einen etwa U-förmigen Querschnitt aufweisen, wobei die U-Schenkel (11) der Spulenkörper (5A, 5B) von der Ringachse (7) wegweisen und Randflansche für eine Transformatorwicklung bilden, der innere Spulenkörper (5A) einen Hohlraum (10) zur Aufnahme eines Kernschenkels (6) umschließt, und der äußere Spulenkörper (5B) formstabil und unter Krafteinwirkung plastisch verformbar ist sowie an mindestens einer Stelle seines Umfanges eine Unterbrechung (18) aufweist, wobei die durch die Unterbrechung (18) gebildeten Enden (15) überlappen, und
mit einer auf den innneren Spulenkörper (5A) aufgewickelten ersten Transformatorwicklung (3) und einer auf den äußeren Spulenkörper (5B) aufgewickelten zweiten Transformatorwicklung (4), wobei die erste Transformatorwicklung (3) durch den äußeren Spulenkörper (5B) von der zweiten Transformatorwicklung (4) elektrisch isoliert ist,
dadurch gekennzeichnet,
daß der äußere Spulenkörper aus mindestens zwei schichtartig übereinander angeordneten ringförmigen Schalen (5Ba1, 5Ba2, 5Bb1, 5Bb2, 5a1, 5a2, 5a3, 5b1, 5b2, 5b3, 5c1, 5c2, 5c3) besteht, von denen jede für sich formstabil und unter Krafteinwirkung z.B. durch Aufbiegen plastisch verformbar ist und jeweils nur eine Unterbrechung (18) an ihrem Umfang aufweist. - Transformator nach Anspruch 1,
dadurch gekennzeichnet,
daß die Schalen (5Ba1, 5Ba2, 5Bb1, 5Bb2, 5a1, 5a2, 5a3, 5b1, 5b2, 5b3, 5c1, 5c2, 5c3) gleichartig sind. - Transformator nach Anspruch 1 oder 2,
dadurch gekennzeichnet,
daß zwischen mindestens zwei Schalen eine Metallfolie, vorzugsweise eine Kupferfolie, eingelegt ist. - Transformator nach einem der vorhergehenden Ansprüche,
dadurch gekennzeichnet,
daß die Schalen aus thermoplastischem Material bestehen. - Verfahren zur Herstellung eines Transformators, insbesondere eines Klein- oder Sicherheitstransformators,
wobei auf einen inneren aus elektrisch isolierendem Material bestehenden und einen Hohlraum zur Aufnahme eines Kernschenkels (6) umschließenden inneren Spulenkörper (5A) eine erste Transformatorwicklung (3) gewickelt wird, ein äußerer Spulenkörper (5B) auf die erste Transformatorwicklung (3) gesetzt wird und auf den äußeren Spulenkörper (5B) eine zweite Transformatorwicklung (4) gewickelt wird, wobei die erste Transformatorwicklung (3) durch den äußeren Spulenkörper (5B) von der zweiten Transformatorwicklung (4) elektrisch isoliert ist, und wobei der äußere Spulenkörper (5B) bei einer die Ringachse (7) enthaltenden Schnittebene einen etwa U-förmigen Querschnitt hat, wobei die U-Schenkel (11) von der Ringachse (7) wegweisen und Randflansche für die Wicklung bilden,
dadurch gekennzeichnet,
daß aus einem ebenen Folienband durch plastisches Verformen U-Profile hergestellt werden,
daß aus den U-Profilen durch plastisches Verformen ringförmige Schalen (5c, 5c1, 5c2, 5c3) oder C-förmige Teilschalen (5Aa, 5Ab, 5Ba1, 5Ba2, 5Bb1, 5Bb2) hergestellt werden, die jede für sich ohne Krafteinwirkung formstabil und unter Krafteinwirkung plastisch verformbar sind,
daß aus den ringförmigen Schalen (5c, 5c1, 5c2, 5c3) oder C-förmigen Teilschalen (5Aa, 5Ab, 5Ba1, 5Ba2, 5Bb1, 5Bb2) der äußere Spulenkörper zusammengesetzt wird, indem mindestens zwei ringförmige Schalen (5c1, 5c2, 5c3) übereinander geschoben werden bzw. mindestens zwei C-förmige Teilschalen (5Aa, 5Ab, 5a1, 5b1) zusammengeschoben werden, so daß ihre Enden (15) überlappen, und anschließend mindestens zwei weitere C-förmige Teilschalen (5Ba1, 5Bb1, 5Ba2, 5Bb2, 5a2, 5b2, 5a3, 5b3) über die ersten C-förmigen Teilschalen (5Aa, 5Ab, 5a1, 5b1) geschoben werden, so daß auch deren Enden (15) überlappen, und
daß die Schalen oder Teilschalen des äußeren Spulenkörpers (5B) über die erste Transformatorwicklung (3) geschoben werden. - Verfahren nach Anspruch 5,
dadurch gekennzeichnet,
daß gleichzeitig mehrere U-Profile und daraus mehrere ringförmige Schalen oder C-förmige Teilschalen aus mehreren übereinanderliegenden ebenen Folienbändern in einem Arbeitsgang durch plastisches Verformen hergestellt werden. - Verfahren nach Anspruch 6,
dadurch gekennzeichnet,
daß bei Verwendung von ringförmigen Schalen diese nacheinander durch plastisches Aufbiegen an den Unterbrechungen geöffnet und übereinandergeschoben werden. - Verfahren nach Anspruch 7,
dadurch gekennzeichnet,
daß die ringförmigen Schalen nacheinander so übereinandergeschoben werden, daß die Unterbrechungen wechselweise an gegenüberliegenden Stellen des äußeren Spulenkörpers zu liegen kommen.
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