EP2304744B2 - Drosselspule für elektrische energieversorgungsnetze mit reduzierten schallemissionen - Google Patents

Drosselspule für elektrische energieversorgungsnetze mit reduzierten schallemissionen Download PDF

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EP2304744B2
EP2304744B2 EP09771828.2A EP09771828A EP2304744B2 EP 2304744 B2 EP2304744 B2 EP 2304744B2 EP 09771828 A EP09771828 A EP 09771828A EP 2304744 B2 EP2304744 B2 EP 2304744B2
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EP
European Patent Office
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winding
winding layers
inductance coil
coil
connecting brackets
Prior art date
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EP09771828.2A
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EP2304744B1 (de
EP2304744A1 (de
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Alexander Grisenti
Josef Eder
Johann MÜLLEDER
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Coil Holding GmbH
Original Assignee
Coil Holding GmbH
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Publication of EP2304744B1 publication Critical patent/EP2304744B1/de
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    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01F—MAGNETS; INDUCTANCES; TRANSFORMERS; SELECTION OF MATERIALS FOR THEIR MAGNETIC PROPERTIES
    • H01F27/00—Details of transformers or inductances, in general
    • H01F27/33—Arrangements for noise damping
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01F—MAGNETS; INDUCTANCES; TRANSFORMERS; SELECTION OF MATERIALS FOR THEIR MAGNETIC PROPERTIES
    • H01F27/00—Details of transformers or inductances, in general
    • H01F27/28—Coils; Windings; Conductive connections
    • H01F27/30—Fastening or clamping coils, windings, or parts thereof together; Fastening or mounting coils or windings on core, casing, or other support
    • H01F27/303—Clamping coils, windings or parts thereof together
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01F—MAGNETS; INDUCTANCES; TRANSFORMERS; SELECTION OF MATERIALS FOR THEIR MAGNETIC PROPERTIES
    • H01F37/00—Fixed inductances not covered by group H01F17/00
    • H01F37/005—Fixed inductances not covered by group H01F17/00 without magnetic core

Definitions

  • the invention relates to a choke coil, in particular a choke coil without an iron core for use in electrical power supply networks, with at least two cylindrical winding layers which are arranged concentrically with respect to a central coil axis and are electrically connected in parallel, and with at least one means for reducing or minimizing during operation of the choke coil resulting noise emissions, as specified in claim 1.
  • the U.S. 4,477,792 describes a modular reactor for electrical power transmission networks.
  • a plurality of coil formers are assembled in a modular manner, with the individual coil modules being able to be lined up in a row in the axial direction or in the radial direction in relation to a coil center axis of the ultimate inductor coil.
  • the individual coil modules can be electrically connected in parallel or in series.
  • the aim of this modular structure is to provide a choke coil which has a high inductance and a high current carrying capacity.
  • a plurality of the coil modules arranged radially or axially next to one another are electrically connected in parallel and the maximum current carrying capacity of the inductor coil is evenly divided between the individual coil modules.
  • each of the coil modules to be loaded as evenly as possible is loaded with approximately 12.5% of the total current of the choke coil.
  • the number of turns of the radially outermost coil module is selected to be larger than the number of turns of the immediately adjacent coil module.
  • the number of turns of the remaining coil modules, starting from the radially innermost coil module is steadily reduced compared to the number of turns of the coil modules lying radially further out.
  • the Figures 1 and 2 show the basic structural design of such winding layers 1 or coil windings constructed therewith.
  • the holding elements 2 arranged in the two distal end sections of the coil are held together by a tensioning structure, for example by a number of tension elements 3 made of impregnated glass fibers, which are attached along the winding.
  • Insulation elements 4 are usually fitted between the holding elements 2 and the coil or winding ends, especially when the holding elements 2 are electrically conductive.
  • the winding layers 1 arranged concentrically within one another are spaced apart in the radial direction, preferably by further insulating elements 5, for example electrically insulating gap strips, in order to produce vertical gaps for the natural air cooling of the entire inductor coil winding.
  • further insulating elements 5 for example electrically insulating gap strips, in order to produce vertical gaps for the natural air cooling of the entire inductor coil winding.
  • the extent to which conductors or bundles of conductors 6 made from a plurality of isolated individual conductors are used depends on the expected eddy current losses, which must be kept within economic limits.
  • the number of turns of the winding layers 1 or the electrical coils to be produced are determined in such a way that both the desired inductance is achieved and the desired current and operating temperature distribution over the winding layers 1 connected in parallel—see FIG 1 - is achieved. This requirement results in different numbers of turns, which decrease predominantly from the inside outwards, for the winding layers 1 that are electrically connected in parallel.
  • An axial voltage gradient that is as uniform as possible in all winding layers 1 and thus the avoidance of significant voltage differences between the opposite turns of adjacent winding layers 1 is ensured by achieving the same heights or the same axial lengths of the individual winding layers 1, i.e. by maintaining axial winding layer heights H that are as equal as possible. This is achieved by adapting the height GH1, GH2, GH3 of the conductor or conductor bundle 6 measured in the axial direction of the winding layers 1 to the different numbers of turns of the winding layers 1 electrically connected in parallel.
  • the height GH1, GH2, GH3 of the conductor or conductor bundle 6 measured in the axial direction of the winding layers 1 in the individual winding layers 1 is also referred to as pitch, which defines the dimensions of the conductor or conductor bundle 6 in the direction of the winding or coil axis. Because the number of turns decreases predominantly from the inner winding layers 1 to the outer winding layers 1, the conductors or conductor bundles 6 in the outer winding layers 1 have larger dimensions in the axial direction.
  • the conductors or conductor bundles 6 of the outer winding layers 1 have greater heights GH2, GH3 in a direction parallel to the coil longitudinal or central axis 7 than the heights GH1 of the conductors or conductor bundles 6 of the inner winding layer 1 of the coil.
  • the adjustment of the axial height GH1, GH2 or GH3 of the conductor or the conductor bundle 6 to the respectively required conductor or conductor bundle 6 with an approximately or largely rectangular cross-sectional shape takes place by pressing a round conductor or a rope-like conductor material.
  • the required dimensions of the conductors or the conductor bundle 6, in particular the previously mentioned pitches GH1, GH2, GH3, are calculated in accordance with the number of turns for the concentrically arranged winding layers 1 determined in the course of the electrical or thermal design of the choke coil.
  • the increase due to the electrical external insulation of the conductor or conductor bundle 6 to be subsequently applied is taken into account when determining the required dimensions.
  • the conductors which have a circular cross-section in their original state, or the rope-like conductor bundle strands, are formed or pressed to a largely rectangular cross-sectional shape with the fixed, pre-calculated dimensions.
  • the outer insulation is then applied to these conductors or conductor bundles applied, which is usually formed by high-temperature resistant insulation films and / or impregnable fabric tapes.
  • Air choke coils ie choke coils with an air core or without an iron core
  • Air choke coils are mainly used in electrical systems for power transmission and power distribution, as well as in power supply systems of industrial plants. Due to the increasing density and meshing of electrical energy supply networks, electrical medium and high-voltage systems have to be erected more and more often in the immediate vicinity of residential areas, which entails an increasing demand for particularly low-noise choke coils. This is also increasingly reflected in the legal requirements regarding permissible noise emissions from electrical equipment.
  • a property of the choke coils known from the prior art is, among other things, that they emit noise, depending on the type power and current spectrum, especially when loaded with high alternating currents or with a combined load with high direct current and alternating current, which is emitted by people, especially in those adjacent to the choke coil installation Living areas, is perceived as disturbing.
  • the problem of noise emissions is mainly countered by ensuring that when designing the inductance coil, the frequencies of specific, pronounced oscillation forms do not coincide with the frequency spectrum of the essential exciting forces. This avoids unfavorable increases in noise due to mechanical resonance vibrations. If the overall noise level is still too high, further measures are taken to reduce the noise emissions from the choke coil. This can be, for example, a strategically favorable positioning of the choke coil within the high-voltage system.
  • a conventional measure is to encapsulate the choke coil with as little noise as possible, which can have a negative effect on the required air cooling. It is also known, as in 3 was indicated schematically to assign the choke coils a soundproof housing 8 or to arrange the choke coils in a separate building 9. Also a formation of noise barriers 10 next to the inductors represents a conventional measure.
  • openings 13, 14 in a soundproof housing 8 for carrying out the electrical connections must have the necessary or at least necessary voltage clearances 15, 16, which can lead to a significant deterioration in the efficiency of the sound shielding effect.
  • the object of the invention is to create choke coils with reduced noise emissions or the lowest possible noise emissions, with the measures for reducing or minimizing the noise emissions being as economical and effective as possible.
  • the object of the invention is achieved by a choke coil according to claim 1.
  • the advantage here is that those noise emissions which emanate from the support or holding clement for mechanical stabilization or electrical connection of the winding layers are significantly reduced.
  • a vibration excitation in a holding or connecting element according to the invention is reduced, since lateral buckling of the legs of the bracket-like connecting element is eliminated or minimized.
  • This buckling or vibration of the arms of a conventional holding element is primarily caused by the pump-like movements of the winding layers during operation of the choke coil.
  • the holding elements which represent a not inconsiderable source of noise and are also referred to as winding columns in practice, are therefore replaced by the specified connecting bracket, which emits comparatively less noise, or substituted by connecting brackets, which cause less sound power.
  • the configuration according to claim 2 avoids diametrically or rectilinearly running connections over the entire cross section of the inductance coil.
  • the angled connecting brackets can on the one hand fulfill the desired electrical connections between the winding layers and also at the lowest possible level or contribute to reduced noise emissions after the respective legs of the connecting brackets do not or hardly buckle in their central sections or vibrate relatively little.
  • Claim 3 specifies a bracket shape that is advantageous in terms of statics and possibly installation-related aspects.
  • the design according to claim 4 also allows the requirements for a connection or electrical tapping of various fractions of a complete winding to be taken into account without any problems. At the same time, the required mechanical stability of the choke coil is achieved and the retention of the cylindrical or circular shape of the choke coil is ensured.
  • the embodiment in claim 5 has the advantage that the buckling of the legs of the connecting brackets due to electromagnetic pumping or vibration movements of the choke coil is eliminated or greatly reduced. In particular, as a result, a mechanical vibration of the connecting brackets or their legs is reduced to a significant extent or avoided altogether.
  • Tensile stress or compressive stress-related vibrations of the connecting bracket’s legs which can be different due to production and occur in different ways, for example due to temperature changes during operation of the choke coil, have no or only marginal influence on the vibration behavior of these connecting brackets due to the configuration according to claim 6. In particular, this creates particularly low-oscillation or low-vibration connecting brackets.
  • the configuration according to claim 7 is extremely low in vibration and noise.
  • operational thermal expansions can be easily compensated for by such a construction. Temperature-influenced vibrations and noise sources or sound developments, which were previously caused by the front-side holding or connecting elements, are largely avoided as a result.
  • FIG. 4 shows a schematic longitudinal section through a choke coil with several measures to reduce the noise emissions that occur during active operation, ie when current flows through the choke coil.
  • the measures described for reducing noise emissions can be used in combination and can also be used independently.
  • the individual measures for noise reduction or noise suppression can each represent independent inventive solutions.
  • This choke coil has a plurality of winding layers 1 which are arranged concentrically with respect to its coil center axis 7 and are electrically connected in parallel.
  • a choke coil is also referred to as a multi-layer choke coil, with up to 20 winding layers 1 or individual coils being able to be formed in practice. At least two such cylindrical winding layers 1 form a choke coil, the diameter of the concentrically arranged winding layers 1 being dimensioned in such a way that between the lateral surfaces of the individual winding layers 1, i.e. between the individual coil windings, there are defined free spaces or gaps 17 for air to flow around the winding layers 1, are designed in particular as air flow channels.
  • the winding layers 1 of the choke coil are distributed over the circumference of the winding layers or spaced apart from one another by means of insulation elements 5 - 2 - Mutually supported in the radial direction.
  • insulation elements 5 - 2 - are often also referred to as gap strips.
  • the current distribution over the winding layers 1 connected in parallel has hitherto been selected in such a way that a largely uniform temperature distribution over the individual winding layers 1 of the multi-layer inductor is achieved.
  • the comparatively better cooling properties of the innermost and in particular the outermost winding layer 1 of the inductor were thereby taken into account accordingly.
  • the outermost winding layer 1 and/or the innermost winding layer 1 therefore carried a higher current than the remaining winding layers 1, ie the adjacent or intermediate winding layers 1 or individual coils.
  • the desired current distribution between the parallel-connected winding layers 1 is controlled essentially via the number of turns of the individual winding layers 1, as is known per se.
  • At least the outermost winding layer 1 and, if necessary, the innermost winding layer 1 are in the form of an acoustic shield winding 18 or 18', which carries comparatively less current in comparison to the winding layer adjacent in the direction of the coil central axis 7 or in comparison to the closest winding layer 1 has to transfer.
  • At least the outermost winding layer 1 of the choke coil thus forms a current-carrying, acoustic shielding winding 18 .
  • this shielding winding 18 is dimensioned such that it is provided or designed to transmit a current intensity that is only a fraction of the current intensity that is to be transmitted by the immediately adjacent or nearest winding layer 1 .
  • the innermost winding layer 1 of the choke coil is also designed as a quasi-inner acoustic shield winding 18'.
  • this inner acoustic shielding winding 18' transmits only a fraction of the current intensity which is to be transmitted by the adjacent winding layer 1, i.e. by the winding layer 1 which is comparatively larger in diameter.
  • the choke coil is designed such that the outermost winding layer 1 forms an outer acoustic shield winding 18 and the innermost winding layer 1 of the multi-layer choke coil composed of several individual coils forms an inner acoustic shield winding 18'.
  • the shield windings 18, 18' are thus formed by electrical winding layers 1 which are structurally largely unchanged, which are also current-carrying or which are also used for current transmission parallel to the inner or central winding layers 1 of the inductor. At least the outermost and possibly the innermost winding layer 1 of the choke coil thus forms an acoustic shield winding 18, 18' on the choke coil, to which current and voltage are applied.
  • the acoustic shield winding 18, 18' represents a sound barrier for sound emissions which are generated or emitted by the inner winding layers 1 or by the inner partial or individual coils of the choke coil.
  • an inner lateral surface 19 of the shield winding 18 and, if applicable, an outer lateral surface 19' of an inner shield winding 18' - with reference to the coil center axis 7 - act as a sound barrier, with the acoustic, current-carrying shield winding 18, 18' itself, due to the relatively low currents or power transmission, causes only a relatively small amount of noise or represents a marginal and relatively uncritical source of noise.
  • the acoustic shielding winding 18 is dimensioned in such a way that it is provided or designed to transmit a current intensity that is between 0.1% and a maximum of 50% of the current intensity that is to be transmitted from the winding layer 1 adjacent in the direction of the coil central axis 7 .
  • An advantageous dimensioning or current distribution within the choke coil is also given when the current intensity to be transmitted by the acoustic shielding winding 18 and/or 18' is between 0.1% and 5% of the current intensity which the choke coil as a whole, i.e. from all Winding layers 1, in particular of the shield winding 18, 18' and of the other winding layers 1, is to be transmitted.
  • the outer shield winding 18 and the optionally additionally formed inner shield winding 18' carry relatively low currents in comparison to the adjacent winding layers 1 and thus offer an effective effect as an acoustic shield winding 18 and/or 18'.
  • the same or at least approximately the same voltage potentials are present on the shield winding 18 and/or 18' as on the immediately adjacent winding layers 1, which are electrically connected in parallel.
  • the acoustic shielding winding 18, 18' has a higher electrical impedance Z, i.e. a higher AC resistance, than the winding layer 1 adjacent in the direction of the coil central axis 7.
  • a further measure for minimizing or reducing noise emissions consists in mechanically decoupling the cylindrical lateral surface 19, 19' of the acoustic shielding winding 18, 18' from the nearest cylindrical lateral surface 20 of the adjacent winding layer 1 or the lateral surfaces 19, 19' of the to isolate the acoustic shield winding 18, 18' from the cylindrical lateral surface 20 of the adjacent winding layer 1 in terms of vibrations.
  • vibrations or vibration-damping connections for example using elastomeric elements.
  • a continuous air gap or gap 17 with a preferably uninterrupted, hollow-cylindrical shape is formed.
  • a radial distance 21, 21' between the lateral surface 19, 19' of the acoustic shielding winding 18, 18' and the lateral surface 20 of an adjacent winding layer 1 is larger than a radial distance 22 between two adjacent winding layers 1 arranged concentrically to the acoustic shielding winding 18, 18'.
  • the distance 22 is usually around 2 to 4 cm, preferably around 3 cm. Ie that the insulation elements 5 - according 2 - Between the inner winding layers 1 of the choke coil, have a support width or strip width of usually approx. 3 cm.
  • the individual winding layers 1 or the at least one shield winding 18, 18' are each designed as hollow cylinders.
  • the expression lateral surface or cylindrical lateral surface 19, 19', 20 means the inner and/or outer lateral surfaces of these hollow or hollow-cylindrical bodies.
  • At least one acoustic shielding winding 18, 18' i.e. at least the outermost and possibly the innermost winding layer 1 of the choke coil, has a hollow-cylindrical or polygonal extension section running in the axial direction on at least one end 23, 23'.
  • This extension section 23 , 23 ′ which has a hollow-cylindrical cross-section or a hollow-body-like polygon cross-section, adjoins at least one front end of the outermost and/or innermost winding layer 1 .
  • this extension section 23, 23' represents a structural extension of the current-carrying acoustic shielding winding 18, 18' in the axial direction of the choke coil.
  • extension section 23, 23' protrudes beyond the front ends of the winding layers 1 in the axial direction.
  • the extension sections 23, 23' thus represent a kind of extension of the electrical section of the inductor coil.
  • the hollow-cylindrical extension section 23, 23' is preferably made of electrically insulating material, for example glass-fibre-reinforced plastics or resin-impregnated strips, which are wound into a hollow-cylindrical shape.
  • the extension section 23, which is preferably formed at least on the outermost shield winding 18, is therefore preferably not live.
  • a hollow-cylindrical, electrically insulating and therefore non-current-carrying extension section 23' is also formed on the inner shield winding 18', in particular on the innermost winding layer 1.
  • the hollow-cylindrical extension section 23 and/or 23' forms an electrically non-conductive end ring 24 and/or 24' on the choke coil, which is attached to at least one end of the electrically conductive section of the choke coil, in particular to at least one end of the shield winding 18, 18'. connects.
  • An end ring 24, 24' is preferably provided at least at the upper front end of the shield winding 18, 18', in particular at the upper end of the outermost and/or innermost winding layer 1.
  • an axial length or the winding layer height H of the current-carrying section of the acoustic shielding winding 18, 18' corresponds at least approximately to an axial length or winding layer height H of the winding layers 1 electrically connected in parallel.
  • the outer and inner acoustic shielding winding 18, 18' each have an outer and inner hollow-cylindrical or polygonal extension section 23, 23' in plan view. These respective extension sections 23, 23' extend the outer and inner shield windings 18, 18' in the axial direction in relation to the front ends of the winding layers 1 arranged between them.
  • an acoustic near-field zone is thus formed, in which the sound occurring at the front ends of the winding layers 1 is reduced or damped.
  • sound waves which arise in the gaps 17, ie in the air gaps between the winding layers 1 are deflected in the axial direction and guided to the front ends of the winding layers 1.
  • the mixing and extinction zone 25 for the sound waves is formed in these end regions, in which at least one extension section 23, 23' is formed.
  • the mixing and extinction zone 25 due to anti-phase sound waves in the area of the mixing and extinction zone 25, at least some sound waves are canceled or compensated, which reduces the sound emission of the inductance coil.
  • the compensation or extinction effect of the mixing and extinction zone 25 can be increased by forming both an outer extension section 23 and an inner extension section 23', since this results in a spatially delimited or defined mixing and extinction zone 25.
  • such a mixing and extinction zone 25 also occurs if an extension section 23 is formed only on the outer shield winding 18 or winding layer 1 .
  • passive and/or reactive sound-absorbing elements 26 for example blocks or plate elements made of foamed plastic or fibers, such as fleece or Rockwool, trained.
  • the sound absorbing elements 26 can also be formed by knitted packages, fiber mats and/or sound absorber panels with a relatively high mass, such as tar panels.
  • the sound absorbing elements 26 are preferably arranged at a distance from the front ends of the winding layers 1 in the axial direction.
  • the mixing and extinction zone 25 for axially exiting, anti-phase sound waves is formed in the free space between the sound absorbing elements 26 and the front ends of the winding layers 1 .
  • the outwardly directed sound radiation of the outer winding layer 1 is reduced in that it is designed as a mechanically decoupled or vibration-insulated shielding winding 18 and, compared to the winding layer 1 adjacent in the direction of the coil central axis, carries a relatively low current, as a result of which it itself is hardly excited to vibrate.
  • the current flow in the shielding winding 18 or 18′ results in a controlled voltage reduction, as a result of which this has approximately the same voltage potential as the adjacent winding layer 1, which eliminates the risk of voltage flashovers. Since the ends of the shield winding 18 or 18' have the same electrical potential as the holding elements 2 or the electrical connections of the choke coil, the electrical connection of the choke coil is unproblematic despite the acoustic shield winding 18 or 18'.
  • FIGS Figures 6a to 6c are known from the prior art examples of four-armed holding elements 2, as based on the Figures 1 and 2 have been described, illustrated. In practice, these holding elements 2 can also have only two or three or more than four arms running in a star shape. In particular, holding elements 2 with up to twelve arms arranged in a star shape are known from the prior art. These holding elements 2, which are often also referred to as winding stars, have, among other things, the task of giving the inductor sufficient mechanical stability or robustness.
  • the holding elements 2 often also serve to distribute the total current to be fed via the inductor coil to the winding layers 1 connected in parallel.
  • the holding elements 2 are usually arranged on the top and bottom of the choke coil, as shown in 1 is evident.
  • a holding element 2 arranged on the upper side and on the lower side of the inductor coil thus usually also forms the respective electrical connections for supplying and discharging the coil current, as is shown in FIGS Figures 6a to 6c was schematically illustrated by ring symbols.
  • the holding elements 2 are therefore star-shaped structures, which are often formed from an aluminum profile.
  • the individual arms of these star-shaped holding elements 2 can also be used to achieve the desired or required current distribution between the winding layers.
  • fractions of a complete turn can also be tapped off or made available via the arms of the holding element 2 .
  • certain or selected arms of a holding element 2 are used in order to be able to activate fractions of a turn in the individual winding layers connected in parallel. For example, according to the embodiment according to Figure 6b 25%, 50% or 75% of the last turn in the various winding layers 1 can be used.
  • the individual winding layers 1 are electrically connected in the embodiment according to FIG Figure 6a each at a uniform position in relation to the circumference of the choke coil. The same applies to the exemplary embodiment according to Figure 6c .
  • the electrical connection between the individual winding layers 1 and the holding element 2 has been illustrated by symbolic nodes.
  • insulation elements 4 can be formed, which can also have a mutual support or stabilization function, as is based on FIG Figures 1, 2 was described.
  • an electrically conductive holding arm 2 is preferably supported with the interposition of at least one electrical insulation element 4 against the front ends of the winding layers 1, as is the case above all in 2 is illustrated schematically.
  • the arms of conventional holding elements 2 are connected to one another either directly or via a central hub 27, in particular welded or screwed to one another.
  • a central hub 27 in particular welded or screwed to one another.
  • these conventional holding elements 2 on the top and bottom of the coil can represent a disruptive or problematic source of noise.
  • these noise sources act independently of one another and produce a disadvantageous, locally different noise spectrum.
  • the applicant has recognized that the known constructions of holding elements 2 are exposed to alternating tensile and compressive stresses due to the pump-like movement of the inductance coil through which alternating current flows.
  • these arms buckle alternately laterally, as a result of which they vibrate accordingly and can be a strong or annoying source of noise.
  • the arms of the holding elements 2 can represent a type of membrane which generates unwanted noise.
  • the holding element 2 is also used for current distribution, then different mechanical forces occur in the different arms, which are caused on the one hand by the different current intensities and on the other hand by the different intensities of vibration excitation.
  • the rigid connection of the individual arms in the center of the star-shaped holding element 2 causes forces or vibrations to also be transmitted to other arms, as a result of which these are also excited to vibrate and also generate noise.
  • the applicant has a relatively economical and effective.
  • Solution for reducing or minimizing the noise emissions created starting from the holding elements 2, as is based on the Figures 7a to 7c is exemplified.
  • the configurations according to Figures 7a to 7c can represent an independent inventive or inventive solution.
  • the holding element 2 is designed in several parts.
  • at least two structurally independent holding elements 2 are designed on the axial front ends of the inductor coil such that they are not connected to one another in the central area of the inductor coil, ie in the area around the central axis 7 of the coil.
  • the individual winding layers 1 of the choke coil can represent a kind of pulsating tube with correspondingly high current flows, which transmits mechanical vibrations to the holding elements 2 .
  • two legs 29, 30 each form a mechanical and/or electrical connecting clip 31 for at least one winding layer 1. It is essential that the two legs 29, 30 of such a connecting bracket 31 run at an angle to one another, i.e. that an angle 32 is enclosed between the two legs 29, 30 of the connecting bracket 31.
  • This angle 32 between the two legs 29, 30 of the connecting bracket 31, which assumes electrical and/or mechanical functions, is less than 180°, preferably 90°.
  • This angle 32 essentially depends on which stabilization effect is to be achieved by means of the connecting bracket 31 and/or which partial angles or partial sections of a complete turn of the winding layers 1 are required. Especially when it is necessary to achieve relatively small partial turns, the angle 32 can also be less than 90°.
  • At least one angled connecting bracket 31 is formed on at least one axial end face of the choke coil the legs 29, 30 of this connecting bracket 31 extend at a predetermined angle 32 to one another, which is less than 180°, when the choke coil is viewed from above.
  • the connecting bracket 31, which fulfills a mechanical support function and/or an electrical conduction function does not extend diametrically or continuously over the inductor coil, which is circular or hollow-cylindrical in plan view. Rather, the at least one electrical and/or mechanical connecting bracket 31 is angled in such a way that a diametral, straight extension across the cross-sectional area of the inductor is avoided.
  • the connecting bracket 31, which is formed at least once and preferably several times, defines or delimits the geometric shape of a circular segment in a plan view of the front end of the inductance coil.
  • the connecting bracket 31 is intended to fulfill an electrical connecting function between the electrically parallel, concentrically arranged winding layers 1, a plurality of connecting brackets 31 distributed within the circumference of the inductance coil are formed. Selected distal ends of the individual connecting brackets 31 are provided for the electrical connection to selected winding layers 1 . It is expedient here if the individual connecting brackets 31 are not mechanically connected to one another in the area around the central axis 7 of the coil, in particular run independently of one another and do not form a central or common hub 27 . According to an advantageous embodiment, the individual connecting brackets 31 are mechanically and electrically connected to one another only in the distal end sections, in particular in the area of the winding layers 1 .
  • a defined angle can also be provided between immediately adjacent legs 29, 30 of two adjacent connecting brackets 31, as is shown in Figure 7b was indicated with dashed lines.
  • the legs 29, 30 preferably make contact with one another at the front ends or near the front ends, or the legs 29, 30 merge into one another in the region of the winding layers 1.
  • Connection brackets 31 that are not required for power distribution can be omitted, even if they are not required mechanically, as shown in Figures 7b, 7c was illustrated.
  • the forces arising from the current flow and/or from the mechanical vibrations of the winding layers 1 in one connecting bracket 31 are not transmitted to the other connecting brackets 31, or only to a greatly reduced extent.
  • the individual connecting brackets 31 of the inventive holding element 2 are mechanically and/or electrically connected to one another only in the area of the winding layers 1 or the entire winding of the inductor coil. Vibrations between the distal ends of the connecting bracket 31 and the winding layers 1 are suppressed or almost non-existent due to the rigid connection of the distal ends of the connecting bracket 31 or the connecting brackets 31 to the winding layers 1 .
  • the individual connecting brackets 31 are preferably electrically insulated from one another in the area between their distal ends, so that no circulating current can form as a result of electromagnetic induction.
  • the connecting brackets 31 are preferably clamped only at the winding or front end sections, i.e. connected to the winding layers 1. As a result, no power transmission can take place between the individual connecting brackets 31, as a result of which this construction is relatively low in vibration and noise.
  • thermal expansions can be easily compensated by this construction of the holding element 2 consisting of at least one angled connecting bracket 31 .
  • the exemplary embodiments show possible design variants of a low-noise choke coil, it being noted at this point that the invention is not limited to the specifically illustrated design variants of the same, but rather that various combinations of the individual design variants are also possible with one another and these possible variations are based on the teaching of technical action through concrete Invention is within the skill of those skilled in the art in this technical field.

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Description

  • Die Erfindung betrifft eine Drosselspule, insbesondere eine Drosselspule ohne Eisenkern zur Verwendung in elektrischen Energieversorgungsnetzen, mit zumindest zwei zylindrischen, in Bezug auf eine Spulenmittelachse konzentrisch angeordneten und elektrisch parallel geschalteten Wicklungslagen, und mit wenigstens einem Mittel zur Reduzierung oder Minimierung von während des Betriebs der Drosselspule entstehenden Schallemissionen, wie dies in Anspruch 1 angegeben ist.
  • Die US 4,477,792 beschreibt eine modular aufgebaute Drosselspule für elektrische Energieübertragungsnetze. Dabei sind mehrere Spulenkörper modular zusammengesetzt, wobei die einzelnen Spulenmodule in Bezug auf eine Spulenmittelachse der letztendlichen Drosselspule in axialer Richtung oder in radialer Richtung aneinander gereiht werden können. Die einzelnen Spulenmodule können dabei elektrisch parallel oder in Serie geschaltet sein. Ziel dieses modularen Aufbaus ist es, eine Drosselspule bereitzustellen, welche eine hohe Induktivität besitzt und eine hohe Strombelastbarkeit aufweist. Zur Lösung dieser Aufgabenstellung ist vorgesehen, eine Mehrzahl der radial oder axial nebeneinander angeordneten Spulenmodule elektrisch parallel zu schalten und die maximale Strombelastbarkeit der Drosselspule auf die einzelnen Spulenmodule gleichmäßig aufzuteilen. So ist beispielsweise bei einer Drosselspule mit acht Spulenmodulen vorgesehen, dass jede der möglichst gleichmäßig zu belastenden Spulenmodule in etwa mit 12,5% des Gesamtstroms der Drosselspule belastet wird. Um ein möglichst ausgeglichen aufgeteiltes Stromverhältnis zwischen den einzelnen Spulenmodulen zu erzielen, wird die Windungszahl des radial äußersten Spulenmodules im Vergleich zur Windungszahl des unmittelbar benachbarten Spulenmoduls größer gewählt. Außerdem werden die Windungszahlen der restlichen Spulenmodule ausgehend vom radial innersten Spulenmodul gegenüber den Windungszahlen der radial weiter außen liegenden Spulenmodule stetig reduziert. Mit diesem variablen Windungsverhältnis wird eine möglichst gleichmäßige Stromverteilung über die jeweils ausgebildeten Spulenmodule der Drosselspule erzielt, sodass eine hohe Induktivität und eine hohe Strombelastbarkeit der modular zusammengesetzten Drosselspule erreicht wird. Maßnahmen zur Reduzierung der Schallemissionen von Drosselspulen mit zumindest zwei zylindrischen, in Bezug auf eine Spulenmittelachse konzentrisch angeordneten und elektrisch parallel geschalteten Wicklungslagen, sind dieser Druckschrift nicht zu entnehmen.
  • Bei Spulen, insbesondere bei trockenisolierten Drosselspulen ohne Eisenkern mit zwei oder mehreren, unter Freilassung von Spalten, konzentrisch ineinander angeordneten, elektrisch parallel geschalteten zylindrischen Wicklungslagen, ist es bekannt, die Wicklungslagen aus rechteckig geformten Leitern oder Leiterbündeln zu wickeln, wobei die Wicklungslagen unterschiedliche, vorwiegend von innen nach außen abnehmende Windungszahlen aufweisen. Der grundsätzliche Aufbau von konzentrisch ineinander angeordneten, elektrisch parallel geschalteten Wicklungslagen ist aus dem Stand der Technik, beispielsweise dem europäischen Patent EP 0 092 018 B1 bekannt.
  • Die Figuren 1 und 2 zeigen den grundsätzlichen konstruktiven Aufbau derartiger Wicklungslagen 1 bzw. damit aufgebauter Spulenwicklungen. Die konzentrisch ineinander um eine gemeinsame Spulenmittelachse 7 angeordneten Wicklungslagen 1, die aus weitgehend rechteckig geformten Leitern oder Leiterbündeln 6 hergestellt sind, werden über Halteelemente 2 an den Spulenenden, beispielsweise sogenannte Wicklungssterne aus Metall oder Kunststoff, zusammengehalten. In der Regel werden die in den beiden distalen Endabschnitten der Spule angeordneten Halteelemente 2 über eine Spannkonstruktion, z.B. durch mehrere Zugelemente 3 aus imprägnierten Glasfasern, die entlang der Wicklung angebracht werden, zusammengehalten. Zwischen den Halteelementen 2 und den Spulen- bzw. Wicklungsenden werden üblicherweise vor allem dann, wenn die Halteelemente 2 elektrisch leitend sind, Isolationselemente 4 angebracht. Die konzentrisch ineinander angeordneten Wicklungslagen 1 sind in radialer Richtung bevorzugt durch weitere Isolationselemente 5, beispielsweise elektrisch isolierende Spaltleisten, distanziert, um vertikale Spalte für die natürliche Luftkühlung der gesamten Drosselspulenwicklung zu erzeugen. Inwieweit Leiter oder Leiterbündel 6 aus mehreren isolierten Einzelleitern eingesetzt werden, hängt von den zu erwartenden Wirbelstromverlusten ab, die in wirtschaftlichen Grenzen zu halten sind.
  • Die Windungszahlen der Wicklungslagen 1 bzw. der zu fertigenden, elektrischen Spulen werden so festgelegt, dass sowohl die gewünschte Induktivität erzielt wird als auch die gewünschte Strom- und Betriebstemperaturverteilung über die parallel geschalteten Wicklungslagen 1 - siehe Fig. 1 - erreicht wird. Mit dieser Forderung ergeben sich unterschiedliche, vorwiegend von innen nach außen abnehmende Windungszahlen für die elektrisch parallel geschalteten Wicklungslagen 1.
  • Ein möglichst gleichmäßiger axialer Spannungsgradient in allen Wicklungslagen 1 und damit die Vermeidung wesentlicher Spannungsdifferenzen zwischen den gegenüberliegenden Windungen benachbarter Wicklungslagen 1 ist durch die Erzielung gleicher Höhen bzw. gleicher axialer Längen der einzelnen Wicklungslagen 1, also durch die Einhaltung möglichst gleicher axialer Wicklungslagenhöhen H sichergestellt. Dies wird durch Anpassung der in axialer Richtung der Wicklungslagen 1 gemessenen Höhe GH1, GH2, GH3 des Leiters oder Leiterbündels 6 an die unterschiedlichen Windungszahlen der elektrisch parallel geschalteten Wicklungslagen 1 erzielt. Die in axialer Richtung der Wicklungslagen 1 gemessene Höhe GH1, GH2, GH3 des Leiters oder Leiterbündels 6 in den einzelnen Wicklungslagen 1 wird auch als Ganghöhe bezeichnet, welche die Abmessung des Leiters oder Leiterbündels 6 in Richtung der Wicklungs- bzw. Spulenachse definiert. Aufgrund der vorwiegend von den inneren Wicklungslagen 1 zu den äußeren Wicklungslagen 1 abnehmenden Windungszahlen, weisen die Leiter oder Leiterbündel 6 in den äußeren Wicklungslagen 1 in Achsrichtung größere Abmessungen auf. Insbesondere weisen die Leiter oder Leiterbündel 6 der äußeren Wicklungslagen 1 in paralleler Richtung zur Spulenlängs- bzw. Spulenmittelachse 7 größere Höhen GH 2, GH3 auf, als die Höhen GH1 der Leiter oder Leiterbündel 6 der inneren Wicklungslage 1 der Spule.
  • Die Anpassung der axialen Höhe GH1, GH2 oder GH3 des Leiters oder des Leiterbündels 6 zum jeweils benötigten Leiter oder Leiterbündel 6 mit annähernd bzw. weitgehend rechteckiger Querschnittsform erfolgt durch Pressen eines Rundleiters oder eines seilförmigen Leitermaterials. Entsprechend der im Zuge der elektrischen bzw. thermischen Auslegung der Drosselspule ermittelten Windungszahlen für die konzentrisch angeordneten Wicklungslagen 1 werden die erforderlichen Abmessungen der Leiter oder der Leiterbündel 6, insbesondere die zuvor erwähnten Ganghöhen GH1, GH2, GH3, berechnet. Der Zuwachs durch die in der Folge aufzubringende, elektrische Außenisolation des Leiters oder Leiterbündels 6 wird bei der Festlegung der erforderlichen Abmessungen berücksichtigt.
  • Nach dem bekannten Stand der Technik werden die im ursprünglichen Zustand einen kreisförmigen Querschnitt aufweisenden Leiter oder die seilartigen Leiterbündelstränge auf eine weitgehend rechteckige Querschnittsform mit den fix vorausberechneten Abmessungen umgeformt bzw. gepresst. Auf diese Leiter bzw. Leiterbündel wird dann die Außenisolation aufgebracht, welche üblicherweise durch hochtemperaturbeständige Isolationsfolien und/oder imprägnierfähige Gewebebänder gebildet ist.
  • Ein vorteilhafter Fertigungsprozess für eine vorhergehend beschriebene Drosselspule ist im Detail in der AT 501 074 A1 , welche auf die Anmelderin zurückgeht, beschrieben.
  • Luftdrosselspulen, d.h. Drosselspulen mit Luftkern bzw. ohne Eisenkern, werden vorwiegend in elektrischen Systemen zur Energieübertragung und Energieverteilung, sowie in Stromversorgungssystemen von Industrieanlagen eingesetzt. Durch die zunehmende Dichte bzw. Vermaschung elektrischer Energieversorgungsnetze müssen elektrische Mittel- und Hochspannungsanlagen immer öfter in unmittelbarer Umgebung von Wohngebieten errichtet werden, was eine steigende Nachfrage nach besonders geräuscharmen Drosselspulen nach sich zieht. Dies spiegelt sich zunehmend auch in den gesetzlichen Auflagen hinsichtlich zulässiger Schallemission von elektrischen Betriebsmitteln wider.
    Eine Eigenschaft der aus dem Stand der Technik bekannten Drosselspulen ist unter anderem, dass diese je nach Typenleistung und Stromspektrum, insbesondere bei Belastung mit hohen Wechselströmen oder bei kombinierter Belastung mit hohem Gleichstrom und Wechselstrom, Schall emittieren, der von Menschen, insbesondere in zur Drosselspuleninstallation angrenzenden Wohnbereichen, als störend empfunden wird.
  • Nach dem Stand der Technik wird dem Problem der Schallemissionen hauptsächlich damit begegnet, dass bei der Auslegung der Drosselspule darauf geachtet wird, dass die Frequenzen bestimmter, ausgeprägter Schwingungsformen nicht mit dem Frequenzspektrum der wesentlichen anregenden Kräfte zusammenfallen. Damit werden ungünstige Geräuscherhöhungen aufgrund von mechanischen Resonanzschwingungen vermieden. Ist der Gesamtschallpegel dennoch zu hoch, werden weitere Maßnahmen ergriffen, um die Schallemission der Drosselspule zu reduzieren. Dies kann zum Beispiel eine strategisch günstige Positionierung der Drosselspule innerhalb der Hochspannungsanlage sein. Eine konventielle Maßnahme besteht auch darin, die Drosselspule möglichst schalldämmend einzukapseln, was sich nachteilig auf die erforderliche Luftkühlung auswirken kann, So ist es auch bekannt, wie in Fig. 3 schematisch angedeutet wurde, den Drosselspulen ein Schallschutzgehäuse 8 zuzuordnen oder die Drosselspulen in einem eigenen Gebäude 9 anzuordnen. Auch eine Ausbildung von Schallschutzwänden 10 neben den Drosselspulen stellt eine konventionelle Maßnahme dar.
  • Diese herkömmlichen Methoden können hohe Zusatzkosten und darüber hinaus technische Probleme mit den elektrischen Zu- und Ableitungen 11, 12 zu den Hochspannungsanschlüssen der Drosselspule verursachen. Beispielsweise müssen Öffnungen 13, 14 in einem Schallschutzgehäuse 8 zur Durchführung der elektrischen Anschlüsse die erforderlichen bzw. mindestens notwendigen Spannungsabstände 15, 16 aufweisen, was zu einer deutlichen Verschlechterung der Effizienz der Abschirmungswirkung des Schalls führen kann.
  • Ausgehend von diesem Stand der Technik liegt der Erfindung die Aufgabe zugrunde, Drosselspulen mit reduzierter bzw. möglichst niedriger Schallemission zu schaffen, wobei die Maßnahmen zur Reduzierung oder Minimierung der Schallemissionen möglichst wirtschaftlich und effektiv sein sollen.
  • Die Aufgabe der Erfindung wird durch eine Drosselspule nach Anspruch 1 gelöst.
  • Vorteilhaft ist dabei, dass jene Schallemissionen, welche vom Stütz- bzw. Halteclement zur mechanischen Stabilisierung bzw. elektrischen Verbindung der Wicklungslagen ausgehen, deutlich reduziert sind. Insbesondere wird eine Schwingungsanregung in einem erfindungsgemäßen Halte- bzw. Verbindungselement reduziert, da ein seitliches Ausknicken der Schenkel des bügelartigen Verbindungselementes eliminiert bzw. minimiert ist. Dieses Ausknicken bzw. Vibrieren der Arme eines konventionellen Halteelementes wird vor allem durch die pumpenartigen Bewegungen der Wicklungslagen während des Betriebs der Drosselspule verursacht. Die eine nicht unbeträchtliche Schallquelle darstellenden Halteelemente, welche in der Praxis auch als Wicklungssteme bezeichnet werden, werden also durch den angegebenen, vergleichsweise weniger Schall emittierenden Verbindungsbügel ersetzt bzw. durch Verbindungsbügel substituiert, welche weniger Schallleistung verursachen.
  • Durch die Ausgestaltung nach Anspruch 2 werden diametral bzw. geradlinig verlaufende Verbindungen über den gesamten Querschnitt der Drosselspule vermieden. Die abgewinkelten Verbindungsbügel können dabei einerseits die gewünschten elektrischen Verbindungen zwischen den Wicklungslagen erfüllen und zudem zu einer möglichst geringen bzw. reduzierten Schallemission beitragen, nachdem die jeweiligen Schenkel der Verbindungsbügel in ihren Mittelabschnitten nicht oder kaum ausknicken bzw. relativ wenig vibrieren.
  • Eine in statischer und gegebenenfalls installationstechnischer Hinsicht vorteilhafte Bügelform ist in Anspruch 3 angegeben.
  • Durch die Ausgestaltung nach Anspruch 4 kann auch den Anforderungen an einen Anschluss bzw. elektrischen Abgriff diverser Bruchteile einer ganzen Windung problemos Rechnung getragen werden. Gleichzeitig wird die geforderte mechanische Stabilität der Drosselspule erreicht bzw. die Beibehaltung der Zylinderform bzw. Kreisform der Drosselspule gewährleistet.
  • Bei der Ausgestaltung in Anspruch 5 ist von Vorteil, dass das Ausknicken der Schenkel der Verbindungsbügel aufgrund von elektromagnetischen Pump- bzw. Vibrationsbewegungen der Drosselspule entfällt bzw. stark reduziert ist. Insbesondere wird dadurch eine mechanische Schwingung der Verbindungsbügel bzw. deren Schenkel in deutlichem Ausmaß reduziert bzw. überhaupt vermieden.
  • Zugspannungs- bzw. druckspannungsbedingte Vibrationen der Schenkel des Verbindungsbügels. welche produktionsbedingt unterschiedlich sein können und beispielsweise aufgrund von Temperaturveränderungen während des Betriebs der Drosselspule verschiedenartig auftreten, haben durch die Ausgestaltung nach Anspruch 6 keinen bzw. nur marginalen Einfluss auf das Schwingungsverhalten dieser Verbindungsbügel . Insbesondere werden dadurch besonders schwingungs- bzw. vibrationsarme Verbindungsbügel geschaffen.
  • Schließlich ist die Ausgestaltung nach Anspruch 7 extrem schwingungs- bzw. geräuscharm. Darüber hinaus können betriebsbedingte Wärmedehnungen von einer solchen Konstruktion problemlos ausgeglichen werden. Temperaturbeeinflußte Vibrationen und Geräuschquellen bzw. Schallentwicklungen, welche bislang von den stirnseitigen Halte- bzw. Verbindungselementen hervorgerufen wurden, werden dadurch weitestgehend vermieden.
  • Zum besseren Verständnis der Erfindung wird diese anhand der nachfolgenden Figuren näher erläutert.
  • Es zeigen jeweils in stark schematisch vereinfachter Darstellung:
    • Fig. 1 einen Ausschnitt einer Drosselspule aus drei koaxial angeordneten, zylindrischen Wicklungslagen nach dem Stand der Technik;
    • Fig. 2 einen Detailausschnitt aus Fig. 1 in vergrößertem Maßstab;
    • Fig. 3 konventionelle Maßnahmen zur Reduzierung von während des Betriebs einer Drosselspule entstehenden Schallemissionen;
    • Fig. 4 eine Drosselspule im Längsschnitt, mit Maßnahmen zur Reduzierung ihrer Schallemissionen;
    • Fig. 5 die Drosselspule nach Fig. 4 in Draufsicht;
    • Fig. 6a bis 6cstirnseitige Halteelemente an Drosselspulen gemäß dem Stand der Technik;
    • Fig. 7a bis 7c Drosselspulen mit stirnseitigen, erfindungsgemäßen Halteelementen in verschiedenen Anordnungs- und Ausführungsformen.
  • Einführend sei festgehalten, dass in den unterschiedlich beschriebenen Ausführungsformen gleiche Teile mit gleichen Bezugszeichen bzw. gleichen Bauteilbezeichnungen versehen werden, wobei die in der gesamten Beschreibung enthaltenen Offenbarungen sinngemäß auf gleiche Teile mit gleichen Bezugszeichen bzw. gleichen Bauteilbezeichnungen übertragen werden können. Auch sind die in der Beschreibung gewählten Lageangaben, wie z.B. oben, unten, seitlich usw. auf die unmittelbar beschriebene sowie dargestellte Figur bezogen und sind diese Lageangaben bei einer Lageänderung sinngemäß auf die neue Lage zu übertragen.
  • Sämtliche Angaben zu Wertebereichen in gegenständlicher Beschreibung sind so zu verstehen, dass diese beliebige und alle Teilbereiche daraus mit umfassen. z.B. ist die Angabe 1 bis 10 so zu verstehen, dass sämtliche Teilbereiche, ausgehend von der unteren Grenze 1 und der oberen Grenze 10 mitumfasst sind, d.h. sämtliche Teilbereich beginnen mit einer unteren Grenze von 1 oder größer und enden bei einer oberen Grenze von 10 oder weniger, z.B. 1 bis 1,7, oder 3,2 bis 8,1 oder 5,5 bis 10.
  • Der grundsätzliche Aufbau von Drosselspulen und Maßnahmen zur Reduzierung der Schallemissionen, wie sie aus dem Stand der Technik bekannt sind, wurden vorhergehend anhand der Fig. 1 bis 3 beschrieben.
  • Fig. 4 zeigt einen schematischen Längsschnitt durch eine Drosselspule mit mehreren Maßnahmen zur Reduzierung der Schallemissionen, welche während des aktiven Betriebs, d.h. bei Stromfluss durch die Drosselspule auftreten. Die nachfolgend anhand der Fig. 4 und 5 beschriebenen Maßnahmen zur Reduzierung der Schallemissionen können dabei kombinatorisch verwendet werden und auch jeweils für sich eigenständig eingesetzt werden. Die einzelnen Maßnahmen zur Schallreduzierung bzw. Schallunterdrückung können dabei jeweils für sich eigenständige erfinderische Lösungen darstellen.
  • Diese Drosselspule weist mehrere, in Bezug auf ihre Spulenmittelachse 7 konzentrisch angeordnete und elektrisch parallel geschaltete Wicklungslagen 1 auf. Eine solche Drosselspule wird auch als mehrlagige Drosselspule bezeichnet, wobei in der Praxis bis zu 20 Wicklungslagen 1 bzw. Einzelspulen ausgebildet sein können. Zumindest zwei solche zylindrischen Wicklungslagen 1 bilden eine Drosselspule, wobei die Durchmesser der konzentrisch ineinander angeordneten Wicklungslagen 1 derart bemessen ist, dass zwischen den Mantelflächen der einzelnen Wicklungslagen 1, d.h. zwischen den einzelnen Spulenwicklungen, definierte Freiräume bzw. Spalte 17 zur Luftumspülung der Wicklungslagen 1, insbesondere als Luftströmungskanäle ausgebildet sind. Üblicherweise sind die Wicklungslagen 1 der Drosselspule mittels über den Kreisumfang der Wicklungslagen verteilt bzw. distanziert zueinander angeordnete Isolationselemente 5 - Fig. 2 - in radialer Richtung gegenseitig abgestützt. Diese Isolationselemente 5 - Fig. 2 - werden häufig auch als Spaltleisten bezeichnet.
  • Die Stromverteilung über die parallel geschalteten Wicklungslagen 1 wurde bisher so gewählt, dass eine weitgehend gleichmäßige Temperaturverteilung über die einzelnen Wicklungslagen 1 der mehrlagigen Drosselspule erzielt wird. Die vergleichsweise besseren Kühleigenschaften der innersten und insbesondere der äußersten Wicklungslage 1 der Drosselspule wurden dabei entsprechend berücksichtigt. Bei konventionellen Drosselspulen führte daher die äußerste Wicklungslage 1 und/oder die innerste Wicklungslage 1 einen höheren Strom als die übrigen Wicklungslagen 1, d.h. die benachbarten bzw. dazwischen liegenden Wicklungslagen 1 bzw. Einzelspulen. Die gewünschte Stromverteilung zwischen den parallel geschalteten Wicklungslagen 1 wird dabei - wie an sich bekannt - im Wesentlichen über die Windungszahl der einzelnen Wicklungslagen 1 gesteuert.
  • Dem gegenüber ist vorgesehen, zumindest die äußerste Wicklungslage 1 und ggf. die innerste Wicklungslage 1 als akustische Schirmwicklung 18 bzw. 18' auszubilden, welche im Vergleich zu der in Richtung zur Spulenmittelachse 7 benachbarten Wicklungslage bzw. im Vergleich zur nächstliegenden Wicklungslage 1 vergleichsweise weniger Strom zu übertragen hat. Zumindest die äußerste Wicklungslage 1 der Drosselspule bildetdadurch eine stromführende, akustische Schirmwicklung 18 aus. Diese Schirmwicklung 18 ist dabei hinsichtlich ihrer elektrischen Eigenschaften derart dimensioniert, dass sie zur Übertragung einer Stromstärke vorgesehen bzw. ausgebildet ist, die nur einen Bruchteil jener Stromstärke beträgt, welche von der unmittelbar benachbarten bzw. nächstliegenden Wicklungslage 1 zu übertragen ist. Entsprechend einer vorteilhaften Weiterbildung ist vor allem dann, wenn zumindest drei konzentrisch angeordnete, elektrisch parallel geschaltete Wicklungslagen 1 bzw. Einzelspulen ausgebildet sind, auch die innerste Wicklungslage 1 der Drosselspule als quasi innere akustische Schirmwicklung 18' ausgeführt. Zu diesem Zweck überträgt diese innere akustische Schirmwicklung 18' nur einen Bruchteil jener Stromstärke, welche von der benachbarten, d.h. von der in ihrem Durchmesser vergleichsweise größeren Wicklungslage 1 zu übertragen ist. Entsprechend einer vorteilhaften Ausführungsform ist die Drosselspule also derart ausgeführt, dass die äußerste Wicklungslage 1 eine äußere akustische Schirmwicklung 18 bildet und innerste Wicklungslage 1 der mehrlagigen bzw. aus mehreren Einzelspulen zusammengesetzten Drosselspule eine innere akustische Schirmwicklung 18' bildet.
  • Die Schirmwicklungen 18, 18' sind also durch baulich weitestgehend unveränderte elektrische Wicklungslagen 1 gebildet, welche ebenso stromführend sind, bzw. welche ebenso zur Stromübertragung parallel zu den inneren bzw. zentralen Wicklungslagen 1 der Drosselspule dienen. Zumindest die äußerste und ggf. die innerste Wicklungslage 1 der Drosselspule bildet also eine akustische, mit Strom und Spannung beaufschlagte Schirmwicklung 18, 18' an der Drosselspule aus. Die akustische Schirmwicklung 18, 18' stellt dabei eine Schallbarriere für Schallemissionen dar, welche von den inneren Wicklungslagen 1 bzw. von den inneren Teil- bzw. Einzelspulen der Drosselspule generiert bzw. emittiert werden. Insbesondere wird jener Schall, welcher von den inneren Wicklungslagen 1 der Drosselspule zwangsweise erzeugt wird, in vorteilhafter Weise nur mehr in deutlich reduziertem Ausmaß in die Umgebung der Drosselspule emittiert bzw. abgestrahlt. Insbesondere fungiert dabei eine innere Mantelfläche 19 der Schirmwicklung 18 und ggf. eine äußere Mantelfläche 19' einer inneren Schirmwicklung 18' - bezugnehmend auf die Spulenmittelachse 7 - als Schallbarriere, wobei die akustische, stromführende Schirmwicklung 18, 18' selber, aufgrund der relativ niedrigen Ströme bzw. Leistungsübertragung, nur eine relativ geringe Schallentwicklung verursacht bzw. eine marginale und relativ unkritische Schallquelle darstellt.
  • Die akustische Schirmwicklung 18 ist derart dimensioniert, dass sie zur Übertragung einer Stromstärke vorgesehen bzw. ausgebildet ist, die zwischen 0,1 % bis maximal 50 % jener Stromstärke beträgt, welche von der in Richtung zur Spulenmittelachse 7 benachbarten Wicklungslage 1 zu übertragen ist.
  • Eine vorteilhafte Dimensionierung bzw. Stromverteilung innerhalb der Drosselspule ist auch dann gegeben, wenn die von der akustischen Schirmwicklung 18 und/oder 18' zu übertragende Stromstärke zwischen 0,1 % bis 5 % jener Stromstärke beträgt, welche von der Drosselspule insgesamt, d.h. von sämtlichen Wicklungslagen 1, insbesondere von der Schirmwicklung 18, 18' und von den weiteren Wicklungslagen 1, zu übertragen ist.
  • Die äußere Schirmwicklung 18 und die ggf. zusätzlich ausgebildete, innere Schirmwicklung 18' führen im Vergleich zu den benachbarten Wicklungslagen 1 relativ geringe Ströme und bieten somit eine effektive Wirkung als akustische Schirmwicklung 18 und/oder 18' . An der Schirmwicklung 18 und/oder 18' liegen dabei die gleichen oder zumindest annähernd gleiche Spannungspotentiale vor, wie an der unmittelbar benachbarten, elektrisch parallel geschalteten Wicklungslagen 1.
  • Zur Erzielung der gewünschten Stromverteilungsverhältnisse weist die a-kustische Schirmwicklung 18, 18' eine höhere elektrische Impedanz Z, d.h. einen höheren Wechselstromwiderstand auf als die in Richtung zur Spulenmittelachse 7 benachbarte Wicklungslage 1.
  • Eine weitere Maßnahme zur Minimierung bzw. Reduzierung von Schallemissionen besteht darin, die zylindrische Mantelfläche 19, 19' der akustischen Schirmwicklung 18, 18' gegenüber der nächstliegenden zylindrischen-Mantelfläche 20 der benachbarten Wicklungslage 1 mechanisch zu entkoppeln bzw. die Mantelflächen 19, 19' der akustischen Schirmwicklung 18, 18' gegenüber der zylindrischen Mantelfläche 20 der benachbarten Wicklungslage 1 schwingungstechnisch zu isolieren. Hierfür können vor allem in den Stimendabschnitten zwischen der Schirmwicklung 18, 18' und der benachbarten Wicklungslage 1 schwingungs-bzw. vibrationsdämpfende Verbindungen, beispielsweise unter der Verwendung von elastomeren Elementen, ausgebildet sein. Insbesondere ist zwischen der inneren bzw. der äußeren Mantelfläche 19, 19' der akustischen Schirmwicklungen 18, 18' und der nächstliegenden Mantelflä-che 20 der benachbarten Wicklungslage 1 ein durchgängiger Luftspalt bzw. Spalt 17 mit bevorzugt ununterbrochener, hohlzylindrischer Form ausgebildet. Insbesondere sind im Spalt 17 zwischen der Schinnwicklung 18, 18' und der benachbarten Wicklungslage 1 keinerlei radial wirkende Stützelemente, insbesondere keine leistenförmigen Isolationselemente 5 - wie sie aus dem Stand der Technik gemäß Fig. 2 bekannt sind - angeordnet. D.h. dass sich die Mantelflächen 19, 19' gegenüber den Mantelflächen 20 in radialer Richtung der Drosselspule nicht gegenseitig abstützen können. Somit ist eine Übertragung mechanischer Schwingungen bzw. Vibrationen via die Mantelflächen 19, 19', 20 auf die Außenseite der Drosselspule stark minimiert bzw. reduziert, wodurch die Schallemissionen einer derartigen Drosselspule gesenkt werden können. Die an den innen liegenden Wicklungslagen 1 auftretenden Vibrationen bzw. Schwingungen, welche durch die von hohen Wechselströmen durchflossenen Wicklungslagen 1 verursacht werden, werden dadurch kaum noch bzw. deutlich reduziert auf die äußerste bzw. innerste Wicklungslage 1 der Drosselspule übertragen.
  • Eine effiziente Maßnahme zur Reduzierung von Schallemissionen liegt auch darin, dass ein radialer Abstand 21, 21' zwischen der Mantelfläche 19, 19' der akustischen Schirmwicklung 18, 18' und der Mantelfläche 20 einer benachbarten Wicklungslage 1 größer bemessen ist, als ein radialer Abstand 22 zwischen zwei benachbarten, konzentrisch zur akustischen Schirmwicklung 18, 18' angeordneten Wicklungslagen 1. Zweckmäßige Verhältnisse bzw. effektive Wirkungen liegen dann vor, wenn der Abstand 21, 21' bis zu zehnmal größer, bevorzugt in etwa zwei- bis viermal größer bemessen ist, als der Abstand 22 zwischen den inneren Wicklungslagen 1. Der Abstand 22 beträgt in der Regel in etwa 2 bis 4 cm, bevorzugt ca. 3 cm. D.h. dass die Isolationselemente 5 - gemäß Fig. 2 - zwischen den inneren Wicklungslagen 1 der Drosselspule ein Stützbreite bzw. Leistenbreite von üblicherweise ca. 3 cm aufweisen.
  • Die einzelnen Wicklungslagen 1 bzw. die zumindest eine Schirmwicklung 18, 18' sind jeweils als Hohlzylinder ausgeführt. Unter dem Ausdruck Mantelfläche bzw. zylindrische Mantelfläche 19, 19', 20 sind die inneren und/oder äußeren Mantelflächen dieser hohlen bzw. hohlzylindrischen Körper zu verstehen.
  • Eine weitere, insbesondere eigenständige Maßnahme zur Reduzierung der Schallemissionen liegt darin, dass zumindest eine akustische Schirmwicklung 18, 18', d.h. zumindest die äußerste und ggf. die innerste Wicklungslage 1 der Drosselspule an zumindest einem Stirnende einen in axialer Richtung verlaufenden, hohlzylindrischen oder polygonen Verlängerungsabschnitt 23, 23' aufweist. Dieser im Querschnitt hohlzylindrische bzw. im Querschnitt polygone, hohlkörperartige Verlängerungsabschnitt 23, 23' schließt an zumindest ein Stirnende der äußersten und/oder innersten Wicklungslage 1 an. D.h. dass dieser Verlängerungsabschnitt 23, 23' eine bauliche Verlängerung der stromführenden akustischen Schirmwicklung 18, 18' in axialer Richtung der Drosselspule darstellt. Insbesondere überragt der Verlängerungsabschnitt 23, 23' die Stirnenden der Wicklungslagen 1 in axialer Richtung. Die Verlängerungsabschnitte 23, 23' stellen somit quasi eine Verlängerung des elektrischen Abschnitts der Drosselspule dar. Bevorzugt ist der hohlzylindrische Verlängerungsabschnitt 23, 23' aus elektrisch isolierendem Material, beispielsweise aus glasfaserverstärkten Kunststoffen oder harzgetränkten Bändern, welche zu hohlzylindrischer Form gewickelt werden, gebildet. Der bevorzugt zumindest an der äußersten Schirmwicklung 18 ausgebildete Verlängerungsabschnitt 23 ist somit bevorzugt nicht stromführend. Entsprechend einer vorteilhaften Ausführungsform ist auch an der inneren Schirmwicklung 18', insbesondere an der innersten Wicklungslage 1, ein hohlzylindrischer, elektrisch isolierender und somit nicht stromführender Verlängerungsabschnitt 23' ausgebildet. D.h. dass der hohlzylindrische Verlängerungsabschnitt 23 und/oder 23' einen elektrisch nicht leitenden Endring 24 und/oder 24' an der Drosselspule ausbildet, der an wenigstens einem Stirnende des elektrisch leitenden Abschnitts der Drosselspule, insbesondere an wenigstens einem Stirnende der Schirmwicklung 18, 18' anschließt. Bevorzugt ist zumindest am oberen Stirnende der Schirmwicklung 18, 18', insbesondere am oberen Ende der äußersten und/oder innersten Wicklungslage 1 ein Endring 24, 24' ausgeführt.
  • Eine axiale Länge bzw. die Wicklungslagenhöhe H des stromführenden Abschnitts der akustischen Schirmwicklung 18, 18' entspricht zumindest annähernd einer axialen Länge oder Wicklungslagenhöhe H der elektrisch parallel geschalteten Wicklungslagen 1. Entsprechend einer besonders effektiven Ausführungsform ist zumindest an den oberen Stirnenden der äußeren und der inneren akustischen Schirmwicklung 18, 18' jeweils ein äußerer und innerer hohlzylindrischer bzw. in Draufsicht polygoner Verlängerungsabschnitt 23, 23' ausgebildet. Diese jeweils ausgebildeten Verlängerungsabschnitte 23, 23' verlängern die äußere und die innere Schirmwicklung 18, 18' in axialer Richtung gegenüber den Stirnenden der dazwischen angeordneten Wicklungslagen 1.
  • Durch einen solchen Verlängerungsabschnitt 23, der zumindest an der äußeren Schirmwicklung 18, ausgebildet ist, entsteht eine akustische Misch- und Auslöschungszone 25 für Schallwellen, welche in Axialrichtung der Drosselspule aus dem Spalt 17 bzw. aus den Spalten 17 austreten. Im Bereich des Verlängerungsabschnittes 23 bzw. 23' bildet sich also eine akustische Nahfeldzone aus, in welcher der an den Stirnenden der Wicklungslagen 1 auftretende Schall reduziert bzw. gedämpft wird. Insbesondere werden Schallwellen, welche in den Spalten 17, d.h. in den Luftspalten zwischen den Wicklungslagen 1 entstehen, in Axialrichtung umgelenkt und zu den Stirnenden der Wicklungslagen 1 geführt. In diesen Stirnendbereichen, in welchen zumindest ein Verlängerungsabschnitt 23, 23' ausgebildet ist, entsteht die Misch- und Auslöschungszone 25 für die Schallwellen. Insbesondere werden aufgrund gegenphasiger Schallwellen im Bereich der Misch- und Auslöschungszone 25 zumindest einige Schallwellen ausgelöscht bzw. kompensiert, wodurch sich die Schallemission der Drosselspule reduziert. Die Kompensations- bzw. Auslöschungswirkung der Misch- und Auslöschungszone 25 kann dadurch gesteigert werden, dass sowohl ein äußerer Verlängerungsabschnitt 23 als auch ein innerer Verlängerungsabschnitt 23' ausgebildet ist, da dadurch eine räumlich abgegrenzte bzw. definierte Misch- und Auslöschungszone 25 entsteht. Eine solche Misch- und Auslöschungszone 25 entsteht aber auch dann, wenn lediglich an der äußeren Schirmwicklung 18 bzw. Wicklungslage 1 ein Verlängerungsabschnitt 23 ausgebildet ist.
  • Entsprechend einer vorteilhaften Weiterbildung sind im Anschluss an die Misch- und/oder Auslöschüngszone, insbesondere oberhalb und/oder unterhalb der Misch- und Auslöschungszone 25 passive und/oder reaktive Schallabsorbierungselemente 26, beispielsweise Blöcke oder Plattenelemente aus Schaumkunststoff oder aus Fasern, wie z.B. Vliese oder Steinwolle, ausgebildet. Die Schallabsorbierungselemente 26 können auch durch Gestrickpakete, Fasermatten und/oder Schallbsorberplatten mit relativ hoher Masse, wie z.B. Teerplatten, gebildet sein. Die Schallabsorbierungselemente 26 sind bevorzugt in axialer Richtung zu den Stirnenden der Wicklungslagen 1 distanziert angeordnet. Die Misch- und Auslöschungszone 25 für axial austretende, gegenphasige Schallwellen bildet sich dabei im Freiraum zwischen den Schallabsorbierungselementen 26 und den Stirnenden der Wicklungslagen 1 aus.
  • Günstig ist es, in den Schallabsorbierungselementen 26 eine Mehrzahl von Durchbrüchen auszubilden und/oder im Falle der Ausbildung mehrerer Schallabsorbierungselemente 26 diese zueinander distanziert anzuordnen, wie dies in Fig. 5 beispielhaft ersichtlich ist. Dadurch wird zwischen den Wicklungslagen 1 eine Luftströmung in paralleler Richtung zur Spulenmittelachse 7 gewährleistet. Die einzelnen Schallabsorbierungselemente 26 sind dabei über den Kreisumfang der Drosselspule verteilt und zueinander beabstandet angeordnet. Insbesondere ermöglichen diese Schallabsorbierungselemente 26 einen Austritt von der durch die Wicklungslagen 1 erwärmten Luft innerhalb derSpalten 17 aus dem Inneren der Drosselspule.
  • Bei der beschriebenen Drosselspule ist vorteilhaft, dass die nachaußen gerichtetete Schallabstrahlung der äußeren Wicklungslage 1 dadurch reduziert wird, dass diese als mechanisch entkoppelte oder schwingungsisolierte Schirmwicklung 18 ausgeführt ist und im Vergleich zu der in Richtung Spulenmittelachse benachbarten Wicklungslage 1 einen relativ niedrigen Strom führt, wodurch sie selbst kaum zu Schwingungen angeregt wird. Durch den Stromfluss in der Schirmwicklung 18 bzw. 18' kommt es zu einem kontrollierten Spannungsabbau, wodurch diese annähernd gleiche Spannungspotentiale wie die benachbarte Wicklungslage 1 aufweist, was die Gefahr von Spannungsüberschlägen eliminiert. Nachdem die Enden der Schirmwicklung 18 bzw. 18' das gleiche elektrische Potential aufweisen wie die Halteelemente2 bzw. die elektrischen Anschlüsse der Drosselspule, ist der elektrische Anschluss der Drosselspule trotz der akustischen Schirmwicklung 18 bzw. 18' unproblematisch.
  • In den Fig. 6a bis 6c sind aus dem Stand der Technik bekannte Beispiele für vierarmige Halteelemente 2, wie sie anhand der Fig. 1 und 2 beschrieben wurden, veranschaulicht. Diese Halteelemente 2 können in der Praxis auch nur zwei oder drei bzw. mehr als vier sternförmig verlaufende Arme aufgewiesen. Insbesondere sind aus dem Stand der Technik Halteelemente 2 mit bis zu zwölf sternförmig angeordneten Armen bekannt. Diese Halteelemente 2, welche häufig auch als Wicklungssterne bezeichnet werden, haben unter anderem die Aufgabe, der Drosselspule eine ausreichende mechanische Stabilität bzw. Robustheit zu verleihen. Die Halteelemente 2 dienen häufig auch zur Verteilung des insgesamt über die Drosselspule zu fürrenden Stroms auf die parallel geschalteten Wicklungslagen 1. Hierfür ist das Halteelement 2 aus elektrisch leitfähigem Material, insbesondere aus Metall, wie z.B. Aluminium oder Edelstahl, gebildet. Die Halteelemente 2 sind zumeist an der Ober- und an der Unterseite der Drosselspule angeordnet, wie dies in Fig. 1 ersichtlich ist. Ein an der Oberseite und an der Unterseite der Drosselspule angeordnetes Halteelement 2 bildet somit zumeist auch die jeweiligen elektrischen Anschlüsse zur Zu- und Ableitung des Spulenstroms aus, wie dies in den Fig. 6a bis 6c durch Ringsymbole schematisch veranschaulicht wurde.
  • Nach dem Stand der Technik sind die Halteelemente 2 also sternförmige Konstruktionen, welche häufig aus einem Aluminiumprofil gebildet werden. Die einzelnen Arme dieser sternförmigen Halteelemente 2 können auch zur Erzielung der gewünschten bzw. benötigten Stromverteilung zwischen den Wicklungslagen dienen. Insbesondere dann, wenn man für die Feinabstimmung der Stromverteilung in den parallel geschalteten Wicklungslagen 1 mit einer ganzzahligen Windungszahlabstufung nicht auskommt, können über die Arme des Halteelementes 2 auch Bruchteile einer ganzen Windung abgegriffen bzw. bereitgestellt werden. D.h., dass bestimmte bzw. ausgewählte Arme eines Halteelements 2 dazu verwendet werden, um Bruchteile einer Windung in den einzelnen, parallel geschalteten Wicklungslagen aktivieren zu können. Beispielsweise entsprechend der Ausführung gemäß Fig. 6b können 25 %, 50 % bzw. 75 % der letzten Windung in den diversen Wicklungslagen 1 genutzt werden. Selbstverständlich können auch 100% einer Windung genutzt werden. Dem gegenüber erfolgt der elektrische Anschluss der einzelnen Wicklungslagen 1 bei der Ausgestaltung gemäß Fig. 6a jeweils an einheitlicher Position in Bezug auf den Kreisumfang der Drosselspule. Entsprechendes gilt für das Ausführungsbeispiel gemäß Fig. 6c. Die elektrische Verbindung zwischen den einzelnen Wicklungslagen 1 und dem Halteelement 2 ist durch symbolische Knotenpunkte veranschaulicht worden.
  • In jenen Abschnitten des Halteelementes 2, in denen keine elektrische Verbindung mit den Wicklungslagen 1 vorgesehen ist, können Isolationselemente 4 ausgebildet sein, welche auch eine gegenseitige Stütz- bzw. Stabilisierungsfunktion aufweisen können, wie dies anhand der Fig. 1, 2 beschrieben wurde. Insbesondere ein elektrisch leitender Haltearm 2 stützt sich bevorzugt unter Zwischenschaltung von wenigstens einem elektrischen Isolationselement 4 gegenüber den Stirnenden der Wicklungslagen 1 ab, wie dies vor allem in Fig. 2 schematisch veranschaulicht ist.
  • Die Arme konventioneller Halteelemente 2 sind entweder direkt oder über eine zentrale Nabe 27 fest miteinander verbunden, insbesondere miteinander verschweißt oder verschraubt. Somit liegt bei den bekannten Halteelementen 2 bzw. Wicklungssternen eine mechanisch starre Verbindung zwischen den Armen bzw. Sternarmen vor.
  • Die Anmelderin hat erkannt, dass diese konventionellen Halteelemente 2 an der Spulenoberseite und an der Spulenunterseite eine störende bzw. problematische Schallquelle darstellen können. Insbesondere bei trockenisolierten Luftdrosselspulen, welche Abmessungen von bis zu einigen Metern erreichen können, wirken diese Schallquellen unabhängig voneinander und erzeugen ein nachteiliges, lokal unterschiedliches Geräuschspektrum. Insbesondere hat die Anmelderin erkannt, dass die bekannten Konstruktionen von Halteelementen 2 aufgrund der pumpenartigen Bewegung der von Wechselstrom durchflossenen Drosselspule einer wechselnden Zug- bzw. Drückspannung ausgesetzt sind. Unter anderem aufgrund der starren Verbindung der Arme im Sternmittelpunkt bzw. Zentrum des Halteelements 2 knicken diese Arme wechselweise seitlich aus, wodurch sie entsprechend schwingen und eine starke bzw. störende Geräuschquelle sein können. Das Ausmaß des durch diesen Effekt erzeugten Geräusches ist nur schwer abschätzbar und nur schwer kontrollierbar, weil dabei mechanische Verspannungen aus dem Produktionsprozess und Wärmedehnungen während dem Betrieb der Drosselspule eine Einflussgröße darstellen. Insbesondere hat die Anmelderin erkannt, dass die Arme der Halteelemente 2 eine Art Membran darstellen können, welche unerwünschten Schall erzeugt.
  • Wenn das Halteelement 2 zusätzlich zur Stromverteilung verwendet wird, dann treten dadurch in den unterschiedlichen Armen unterschiedliche mechanische Kräfte auf, welche einerseits aufgrund der unterschiedlichen Stromstärken und anderseits aufgrund der unterschiedlich intensiven Schwingungsanregung verursacht werden. Die starre Verbindung der einzelnen Arme im Zentrum des sternförmigen Haltelements 2 verursacht dabei eine Übertragung von Kräften bzw. Vibrationen auch auf andere Arme, wodurch diese ebenfalls zu Schwingungen angeregt werden und ebenso Geräusche erzeugen.
  • Man hatte bisher versucht, die mechanischen Vibrationen der Arme der Halteelemente 2 durch Abstützungen bzw. Versteifungen 28 zwischen den Armen zu vermindern, wie dies in Fig. 6a veranschaulicht wurde. Daraus resultiert aber das Problem, dass dadurch Arme, durch die wenig oder kein Strom fließt, und welche daher von sich aus wenig Vibrationen erzeugen würden, ebenso zu Schwingungen angeregt werden.
  • Ausgehend von diesem Stand der Technik hat die Anmelderin eine relativ wirtschaftliche und effektive. Lösung zur Reduzierung bzw. Minimierung der Schallemissionen ausgehend von den Halteelementen 2 geschaffen, wie dies anhand der Fig. 7a bis 7c beispielhaft veranschaulicht wird. Die Ausgestaltungen gemäß den Fig. 7a bis 7c können dabei eine für sich eigenständige erfinderische bzw. erfindungsgemäße Lösung darstellen. Entsprechend dieser Ausgestaltung ist das Halteelement 2 mehrteilig ausgebildet. Insbesondere sind an den axialen Stirnenden der Drosselspule zumindest zwei, baulich voneinander unabhängige Halteelemente 2 derart ausgeführt, dass sie im Zentrumsbereich der Drosselspule, d.h. im Bereich um die Spulenmittelachse 7 nicht' miteinander verbunden sind. D.h., dass eine starre Verbindung zwischen den zumindest annähernd radial oder radial verlaufenden Armen im Zentrumspunkt der in Draufsicht kreisförmigen Drosselspule vermieden ist. Dadurch entfällt bzw. vermindert sich das schwingende Ausknicken der Arme zufolge der pumpenartigen Bewegung bzw. Vibration der Drosselspule. Insbesondere können die einzelnen Wicklungslagen 1 der Drosselspule bei entsprechend hohen Stromflüssen eine Art pulsierendes Rohr darstellen, welches mechanische Vibrationen auf die Halteelemente 2 überträgt.
  • Erfindungsgemäß bilden jeweils zwei Schenkel 29, 30 einen mechanischen und/ oder elektrischen Verbindungsbügel 31 für zumindest eine Wicklungslage 1 aus. Wesentlich ist, dass die beiden Schenkel 29, 30 eines solchen Verbindungsbügels 31 zueinander abgewinkelt verlaufen, d.h., dass zwischen den beiden Schenkeln 29, 30 des Verbindungsbügels 31 ein Winkel 32 eingeschlossen wird. Dieser Winkel 32 zwischen den beiden Schenkeln 29, 30 des elektrische und/oder mechanische Funktionen übernehmenden Verbindungsbügels 31 beträgt weniger als 180°, bevorzugt 90°. Dieser Winkel 32 hängt im Wesentlichen davon ab, welche Stabilisierungswirkung mittels dem Verbindungsbügel 31 erzielt werden soll und/oder welche Teilwinkel bzw. Teilabschnitte einer ganzen Windung der Wicklungslagen 1 benötigt werden. Vor allem dann, wenn es erforderlich ist, relativ kleine Teilwindungen zu erzielen, kann der Winkel 32 auch weniger als 90° betragen.
  • Eine vorteilhafte Maßnahme zur Reduzierung bzw. Minimierung der Schallemissionen der Drosselspule besteht also darin, dass an wenigstens einem axialen Stirnende der Drosselspule wenigstens ein abgewinkelt verlaufender Verbindungsbügel 31 ausgebildet ist, wobei die Schenkel 29, 30 dieses Verbindungsbügels 31 bei Draufsicht auf die Drosselspule zueinander in einem vorbestimmten Winkel 32 verlaufen, welcher weniger als 180° beträgt. D.h., dass der eine mechanische Stützfunktion und/oder eine elektrische Leitungsfunktion erfüllende Verbindungsbügel 31 sich nicht diametral bzw. nicht durchgängig über die in Draufsicht kreisförmige bzw. hohlzylindrische Drosselspule erstreckt. Vielmehr wird der zumindest eine elektrische und/oder mechanische Verbindungsbügel 31 derart abgewinkelt, dass eine diametrale, geradlinige Erstreckung über die Querschnittsfläche der Drosselspule vermieden ist. D.h., dass der zumindest einmal, bevorzugt mehrfach ausgebildete Verbindungsbügel 31 in Draufsicht auf das Stirnende der Drosselspule die geometrische Form eines Kreissegments definiert bzw. umgrenzt.
  • Vorallem dann, wenn der Verbindungsbügel 31 eine elektrische Verbindungsfunktion zwischen den elektrisch parallel geschalteten, konzentrisch angeordneten Wicklungslagen 1 erfüllen soll, sind mehrere, innerhalb des Kreisumfangs der Drosselspule verteilt angeordnete Verbindungsbügel 31 ausgebildet. Ausgewählte, distale Enden der einzelnen Verbindungsbügel 31 sind dabei zur elektrischen Verbindung mit ausgewählten Wicklungslagen 1 vorgesehen. Zweckmäßig ist es dabei, wenn die einzelnen Verbindungsbügel 31 im Bereich um die Spulenmittelachse 7 mechanisch nicht miteinander verbunden sind, insbesondere jeweils unabhängig voneinander verlaufen und keine zentrale bzw. keine gemeinsame Nabe 27 bilden. Entsprechend einer vorteilhaften Ausführungsform sind die einzelnen Verbindungsbügel 31 nur in den distalen Endabschnitten, insbesondere im Bereich der Wicklungslagen 1 mechanisch und elektrisch miteinander verbunden.
  • Vor allem bei der Ausbildung mehrer abgewinkelter bzw. bügelartiger Verbindungsbügel 31 ist es zweckmäßig, wenn die einander nächstliegenden Schenkel 29, 30 zweier benachbarten Verbindungsbügel 31 zueinander distanziert angeordnet sind, sodass unmittelbar benachbarte Schenkel 29, 30 mechanisch voneinander entkoppelt, insbesondere schwingungstechnisch voneinander isoliert sind.
  • Zwischen unmittelbar benachbarten Schenkeln 29, 30 zweier benachbarter Verbindungsbügel 31 kann auch ein definierter Winkel vorgesehen sein, wie dies in Fig. 7b mit strichlierten Linien angedeutet wurde. Diese winkelig zueinander ausgerichteten Schenkel 29, 30 sind im Nahbereich der Wicklungslagen 1 zueinander am nächsten. Bevorzugt an den Stirnenden bzw. nahe der Stirnenden kontaktieren die Schenkel 29, 30 einander bzw. gehen die Schenkel 29, 30 im Bereich der Wicklungslagen 1 ineinander über.
  • Anstelle von runden Übergangsabschnitten zwischen den beiden Schenkeln 29, 30 eines Verbindungsbügels 31 ist es auch möglich, schräg verlaufende Übergänge zwischen den beiden Schenkeln 29, 30 vorzusehen, wie dies in Fig. 7c mit strichlierten Linien beispielhaft angedeutet wurde.
  • Nicht zur Stromverteilung benötigte Verbindungsbügel 31 können, wenn sie auch mechanisch nicht erforderlich sind, weggelassen werden, wie dies in Fig. 7b, 7c veranschaulicht wurde.
  • Durch die beschriebene Ausgestaltung werden die durch den Stromfluss und/oder durch die mechanischen Vibrationen der Wicklungslagen 1 in einem Verbindungsbügel 31 entstehenden Kräfte nicht bzw. nur in stark reduziertem Ausmaß auf die anderen Verbindungsbügel 31 übertragen. Dies vor allem deshalb, weil die einzelnen Verbindungsbügel 31 des erfinderischen Halteelements 2 nur im Bereich der Wicklungslagen 1 bzw. der Gesamtwicklung der Drosselspule mechanisch und/oder elektrisch miteinander verbunden sind. Vibrationen zwischen den distalen Enden des Verbindungsbügels 31 und den Wicklungslagen 1 sind aufgrund der starren Verbindung der distalen Enden des Verbindungsbügels 31 bzw. der Verbindungsbügel 31 mit den Wicklungslagen 1 unterbunden bzw. nahezu nicht existent.
  • Die einzelnen Verbindungsbügel 31 sind im Bereich zwischen ihren distalen Enden bevorzugt voneinander elektrisch isoliert, sodass sich kein Kreisstrom zufolge elektromagnetischer Induktion bilden kann. Die Verbindungsbügel 31 sind bevorzugt nur an den wicklungs- bzw. stirnseitigen Endabschnitten eingespannt, d.h. mit den Wicklungslagen 1 verbunden. Dadurch kann zwischen den einzelnen Verbindungsbügeln 31 keine Kraftübertragung stattfinden, wodurch diese Konstruktion relativ schwingungs- und geräuscharm ist. Darüber hinaus können Wärmedehnungen von dieser Konstruktion des Halteelements 2 bestehend aus zumindest einem abgewinkelten Verbindungsbügel 31 problemlos ausgeglichen werden.
  • Zwischen den einzelnen Verbindungsbügeln 31 können sich also keine wesentlichen bzw. keine kritischen Kräfte ausbilden bzw. übertragen. Gegebenenfalls können Versteifungen 28 ausgebildet sein, welche sich nur innerhalb eines Verbindungsbügels 31 erstrecken und keinen mechanischen Einfluss auf andere bzw. benachbarte Verbindungsbügel 31 aufweisen, wie dies am besten aus der beispielhaften Darstellung gemäß Fig. 7c ersichtlich ist.
  • Die Ausführungsbeispiele zeigen mögliche Ausführungsvarianten einer geräuscharmen Drosselspule wobei an dieser Stelle bemerkt sei, dass die Erfindung nicht auf die speziell dargestellten Ausführungsvarianten derselben eingeschränkt ist, sondern vielmehr auch diverse Kombinationen der einzelnen Ausführungsvariänten untereinander möglich sind und diese Variationsmöglichkeit aufgrund der Lehre zum technischen Handeln durch gegenständliche Erfindung im Können des auf diesem technischen Gebiet tätigen Fachmannes liegt.
  • Der Ordnung halber sei abschließend daraufhingewiesen, dass zum besseren Verständnis des Aufbaus der Drosselspule diese bzw. deren Bestandteile teilweise unmaßstäblich und/oder vergrößert und/oder verkleinert dargestellt wurden.
    • Bezugszeichenaüfstellung
    • 1
    Wicklungslage
    2
    Halteelement
    3
    Zugelement
    4
    Isolationselement
    5
    Isolationselement
    6
    Leiterbündel
    7
    Spulenmittelachse
    8
    Schallschutzgehäuse
    9
    Gebäude
    10
    Schallschutzwand
    11
    Zuleitung
    12
    Ableitung
    13
    Öffnung
    14
    Öffnung
    15
    Spannungsabstand
    16
    Spannungsabstand
    17
    Spalt
    18, 18'
    Schirmwicklung
    19, 19'
    Mantelfläche
    20
    Mantelfläche
    21, 21'
    Abstand
    22
    Abstand
    23, 23'
    Verlängerungsabschnitt
    24, 24'
    Endring
    25
    Misch- und Auslöschungszone
    26
    Schallabsorbierungselement
    27
    Nabe
    28
    Versteifung
    29
    Schenkel
    30
    Schenkel
    31
    Verbindungsbügel
    32
    Winkel
    H
    Wicklungslagenhöhe
    GH1
    Höhe des Leiters/Leiterbündels
    GH2
    Höhe des Leiters/Leiterbündels
    GH3
    Höhe des Leiters/Leiterbündels

Claims (7)

  1. Drosselspule, insbesondere Drosselspule ohne Eisenkern zur Verwendung in elektrischen Energieversorgungsnetzen, mit zumindest zwei zylindrischen, in Bezug auf eine Spulenmittelachse (7) konzentrisch angeordneten und elektrisch parallel geschalteten Wicklungslagen (1), mit wenigstens einem Halteelement (2) zur mechanischen Stabilisierung und gegebenenfalls elektrischen Verbindung der Wicklungslagen (1), und mit wenigstens einem Mittel zur Reduzierung oder Minimierung von während des Betriebs der Drosselspule entstehenden Schallemissionen, dadurch gekennzeichnet, dass das Halteelement (2) durch einen abgewinkelt ausgebildeten, an wenigstens einem axialen Stirnende der Drosselspule angeordneten Verbindungsbügel (31) gebildet ist, und dass dieser Verbindungsbügel (31) durch zwei winkelig zueinander ausgerichtete, zumindest annähernd radial zur Spulenmittelachse (7) verlaufende Schenkel (29, 30) gebildet ist.
  2. Drosselspule nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Verbindungsbügel (31) elektrisch leitend ausgebildet und zur elektrischen Parallelschaltung von Wicklungslagen (1) vorgesehen ist, wobei ein zwischen den beiden Schenkeln (29, 30) des Verbindungsbügels (31) eingeschlossener Winkel (32) weniger als 180°, bevorzugt 90°, beträgt.
  3. Drosselspule nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Verbindungsbügel (31) in Draufsicht auf das Stirnende der Drosselspule die geometrische Form eines Kreissegments definiert.
  4. Drosselspule nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass mehrere innerhalb des Kreisumfangs der Drosselspule verteilt angeordnete Verbindungsbügel (31) ausgebildet sind und dass ausgewählte, distale Enden der einzelnen Verbindungsbügel (31) zur elektrischen Verbindung mit ausgewählten Wicklungslagen (1) vorgesehen sind.
  5. Drosselspule nach Anspruch 1 dadurch gekennzeichnet, dass mehrere Verbindungsbügel (31) ausgebildet sind und die einzelnen Verbindungsbügel (31) im Nahbereich um die Spulenmittelachse (7) oder im Bereich des Zentrums der in Draufsicht kreisförmigen Wicklungslagen (1) jeweils unabhängig voneinander verlaufen und mechanisch nicht miteinander verbunden sind, insbesondere keine zentrale Nabe (27) ausbilden.
  6. Drosselspule nach Anspruch 1 , dadurch gekennzeichnet, dass mehrere Verbindungsbügel (31) ausgebildet sind und die einzelnen Verbindungsbügel (31) nur in den distalen Endabschnitten, insbesondere im Bereich der Wicklungslagen (1) mechanisch und elektrisch miteinander verbunden sind.
  7. Drosselspule nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass mehrere Verbindungsbügel (31) ausgebildet sind und die einander nächstliegenden Schenkel (29, 30) zweier benachbarter Verbindungsbügel (31) zumindest annähernd parallel verlaufen und zueinander distanziert angeordnet sind, sodass unmittelbar benachbarte Schenkel (29, 30) voneinander mechanisch entkoppelt sind.
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