WO1992009092A1 - Spulenkörper, insbesondere für klein- und sicherheitstransformatoren - Google Patents

Spulenkörper, insbesondere für klein- und sicherheitstransformatoren Download PDF

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shaped
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Guido Aichner
Herbert Profunser
Carsten Ruchholtz
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Zumtobel Aktiengesellschaft
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    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01F—MAGNETS; INDUCTANCES; TRANSFORMERS; SELECTION OF MATERIALS FOR THEIR MAGNETIC PROPERTIES
    • H01F5/00—Coils
    • H01F5/02—Coils wound on non-magnetic supports, e.g. formers
    • 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
    • H01F27/32—Insulating of coils, windings, or parts thereof
    • H01F27/324—Insulation between coil and core, between different winding sections, around the coil; Other insulation structures
    • H01F27/325—Coil bobbins
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01F—MAGNETS; INDUCTANCES; TRANSFORMERS; SELECTION OF MATERIALS FOR THEIR MAGNETIC PROPERTIES
    • H01F5/00—Coils
    • H01F5/02—Coils wound on non-magnetic supports, e.g. formers
    • H01F2005/025—Coils wound on non-magnetic supports, e.g. formers wound on coaxial arrangement of two or more formers

Definitions

  • Coil formers especially for small and safety transformers
  • the invention relates to a coil former, in particular for small and safety transformers according to the preamble of claim 1.
  • 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.
  • a wall thickness is undesirable, since it runs counter to the existing requirement for size minimization.
  • 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 tape 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, which results in 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.
  • the invention has for its object to provide a coil body according to standards, which has a substantially smaller wall thickness than 1 mm and ensures perfect insulation values, especially in the area of the U-legs.
  • the object is achieved by the feature specified in the characterizing part of claim 1.
  • the bobbin 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.
  • Shells of the same type are preferably used for a coil former. However, this is not absolutely necessary.
  • An embodiment of the coil former according to the invention can consist in that, like the coil former known from DE-A 22 08 457, it is composed of two C-shaped partial bodies, but here each partial body consists of corresponding C-shaped partial shells.
  • Another possibility can be that all shells are ring-shaped so that they have only one interruption.
  • 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 can be designed in such a way that the ends formed by the interruption overlap when the coil former is assembled.
  • 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 ⁇ m, for. 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 with two windings lying one on top of the other on bobbins
  • Figure 2 is a perspective view of the inner bobbin from Figure 1 with the winding thereon and an exploded view of the outer bobbin without winding;
  • Figure 3 shows a first embodiment of the bobbin according to the invention in side view;
  • Figure 4 shows a second embodiment of the bobbin according to the invention in side view.
  • 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 5Bal and 5Ba2 form the partial body 5Ba.
  • the partial shells 5Bbl 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 5Bal and 5Ba2 are pushed on top of one another to form the partial body 5Ba.
  • the partial shells 5Bbl 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 coil body 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 area Ü.
  • the part body 5a consists of three part-shells 5al, 5a2 and 5a3 arranged in a box shape.
  • the partial body 5b consists of three partial shells 5b 1, 5b2 and 5b3 arranged in a box shape.
  • 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 5cl, 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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Abstract

Zur Schaffung eines Spulenkörpers (5C), insbesondere für Klein- und Sicherheitstransformatoren, werden mehrere Schalen (5c1, 5c2, 5c3) aus elektrisch isolierendem Material schichtartig übereinander angeordnet. Jede Schale hat einen U-förmigen Querschnitt. Ferner ist jede Schale ohne Krafteinwirkung formstabil, aber unter Krafteinwirkung elastisch verformbar. Die Schalen bilden einen Ring mit mindestens einer Unterbrechung (18). An der Unterbrechungsstelle überlappen die Enden (15) einander.

Description

Spulenkörper, insbesondere für Klein- und Sicherheitstransformatoren
Die Erfindung betrifft einen Spulenkörper, insbesondere für Klein- und Sicherheitstransformatoren gemäß Oberbegriff des Anspruches 1.
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 mindestens 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. Obwohl hier von einer Randfiederung des Isolierbandes nichts erwähnt ist, muß eine solche wegen der Durchmesserunterschiede zwischen Mittelteil und Rand wohl vorhanden sein, andernfalls wären bezüglich der praktischen Realisierung eines solchen Spulenkörpers Zweifel anzumelden.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, einen 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 das im Kennzeichen des Anspruches 1 angegebene Merkmal gelöst.
Dadurch, daß der erfindungsgemäße Spulenkörper 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.
Vorzugsweise werden für einen Spulenkörper gleichartige Schalen verwendet. Dies ist jedoch nicht zwingend notwendig.
Eine Ausführungsform des erfindungsgemäßen Spulenkörpers kann darin bestehen, daß er wie der nach der DE-A 22 08 457 bekannte Spulenkörper aus zwei C-förmigen Teilkörpern zusammengesetzt ist, wobei jedoch hier jeder Teilkörper aus entsprechenden C-förmigen Teilschalen besteht.
Eine andere Möglichkeit kann darin bestehen, daß sämtliche Schalen ringförmig sind, so daß sie nur eine Unterbrechung aufweisen. 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, können die Schalen so ausgebildet seih, 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.
So besteht eine Möglichkeit zur Herstellung eines Spulenkörpers 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 Teilschalen 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 erfindungsgemäßen Spulenkörpers in Seitenansicht;
Figur 4 eine zweite Ausführungsform des erfindungsgemäßen Spulenkörpers in Seitenansicht.
Figur 1 zeigt einen Transformator 1 mit einem Eisenkern 2, einer ersten Wicklung 3 und einer zweiten Wicklung 4. Die erste Wicklung 3 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 5Bal und 5Ba2 bilden den Teilkörper 5Ba. Die Teilschalen 5Bbl 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 5Bal und 5Ba2 einerseits zur Bildung des Teilkörpers 5Ba übereinandergeschoben. In gleicher Weise werden die Teilschalen 5Bbl 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 5Ä 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 schachteiförmig ineinander angeordneten Teilschalen 5al, 5a2 und 5a3. Der Teilkörper 5b besteht aus drei schachteiförmig ineinander angeordneten Teilschalen 5b 1, 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 5cl, 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

ANSPRUCHE
1. Spulenkörper (5,5A,5B), insbesondere für Klein- und Sicherheitstransformatoren, 5 der a) ringförmig gestaltet ist und einen Hohlraum (10) zur Aufnahme eines Kernschenkels
(6) umschließt, b) bei einer die Ringachse (7) enthaltenden Schnittebene einen etwa U-förmigen
10 Querschnitt hat, wobei die U-Schenkel (11) von der Ringachse (7) wegweisen und
Randflansche für die Wicklung bilden, c) an mindestens einer Stelle des Umfanges eine Unterbrechung (18) aufweist, d) aus elektrisch isolierendem Material besteht, dadurch gekennzeichnet, daß er
15 e) aus mehreren schichtartig übereinander angeordneten Schalen (5Bal, 5Ba2, 5Bbl,
5Bb2, 5al, 5a2, 5a3, 5bl, 5b2, 5b3, 5cl, 5c2, 5c3) besteht, von denen jede für sich ohne Krafteinwirkung formstabil und unter Krafteinwirkung z.B durch Aufbiegen elastisch verformbar ist.
20 2. Spulenkörper nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Schalen gleichartig sind.
3. Spulenkörper nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß er aus zwei C- förmigen Teilkörpern (5Aa, 5Ab; 5Ba, 5Bb; 5a, 5b) zusammengesetzt ist, und daß
25. jeder Teilkörper aus entsprechenden C-förmigen Teilschalen (5Bal, 5Ba2, 5Bbl, 5Bb2, 5al, 5a2, 5a3, 5bl, 5b2, 5b3) besteht.
4. Spulenkörper nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß sich die durch die Unterbrechung (18) gebildeten Enden (15) überlappen.
30
5. Spulenkörper nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, . daß zwischen mindestens zwei Schalen eine Metallfolie, vorzugsweise eine Kupferfolie, eingelegt ist.
35 6. Spulenkörper nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Schalen oder Teilschalen aus thermoplastischem Material bestehen.
7. Verfahren zur Herstellung eines Spulenkörpers nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß aus einem ebenen Folienband durch plastisches Verformen 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 ggf. unter Dazwischenlegen einer Metallfolie, insbesondere einer Kupferfolie, der Spulenkörper zusammengesetzt wird.
8. Verfahren zur Herstellung eines Spulenkörpers nach Anspruch 7, 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.
9. Verfahren nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß bei Verwendung von ringförmigen Schalen diese nacheinander durch plastisches Aufbiegen an den
Unterbrechungen geöffnet und übereinandergeschoben werden.
10. Verfahren nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, daß die ringförmigen Schalen nacheinander so übereinandergeschoben werden, daß die Unterbrechungen wechselweise an gegenüberliegenden Stellen des Spulenkörpers zu liegen kommen.
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