DE2500034B2 - Transformator mit einem einteiligen, hochspannungsfesten Isolierkörper und Verfahren zu seiner Herstellung - Google Patents

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft einen Transformator gemäß dem Oberbegriff des Patentanspruchs 1.

Ferner betrifft die Erfindung ein Verfahren zum Herstellen eines solchen Transformators.

Hochspannungsisolierte Transformatoren werden zur Übertragung elektrischer Energie oder Signale über hohe Potentialdifferenzen benötigt Sie enthalten mindestens zwei induktiv miteinander gekoppelte Wicklungen, zwischen denen im Betrieb eine hohe Potentialdifferenz herrscht und die dementsorechend ausreichend gegeneinander elektrisch isoliert sein müssen. Um die erforderliche elektrische Isolation zu gewährleisten, ist es bekannt. Transformatoren unter öl zu betreiben und/oder mit einer isolierenden Vergußmasse zu vergießen. In beiden Fällen muß gewährleistet sein, daß die flüssige oder feste Isolation keine Hohlräume oder Luftblasen enthält, die das Isoliervermögen schwächen. Es ist weder bei ©!transformatoren noch bei vergossenen Transformatoren einfach, dies mit Sicherheit zu erreichen und es ist noch schwieriger, festzustellen, ob die Isolation wirklich einwandfrei ist

Es ist ferner aus der DE-AS H 49 104 ein Stromwandler mil einem einteiligen Querrohr-isoüerkörper bekannt, der einen ringförmigen Hohlraum enthält, der einen Querdurchgang umfaßt und eine Primärwicklung enthält, während das Innnere des Querdurchganges von einem Schenkel eines mit einer Sekundärwicklung versehenen Eisenkerns durchsetzt ist Bei diesem Transformator ist zwar eine einwandfreie Isolation gewährleistet, der Isolierkörper hat jedoch eine verhältnismäßig komplizierte Form, so daß seine

^Μ Herstellung und damit die des Transformators schwierig und kostspielig ist Ein ähnlicher Transformator ist auch aus der US-PS 17 78 253 bekannt.

Der vorliegenden Erfindung liegt dementsprechend die Aufgabe zugrunde, einen Transformator für hohe Potentialunterschiede anzugeben, der einen einfach und . zweckmäßig geformten Isolierkörper enthält und dadurch einfach und preiswert hergestellt werden kann.

Diese Aufgabe wird durch einen Transformator mit

den Merkmalen des Patentanspruchs ! gelöst

Ein vorteilhaftes Verfahren zum Herstellen eines solchen Transformators ist im Anspruch 7 angegeben.

Da der Isolierkörper des erfindungsgemäßen Transformators aus einem unabhängig vom Transformator selbst hergestellten und prüfbaren Stück Isoliermaterial hergestellt werden kann, läßt sich die Gefahr von Isolationsfehlern durch Luftciaschlüsse und dgl. einfach und sicher vermeiden. Sei Verwendung von isolierenden Kunststoffen, wie Acrylharzen, Polystyrol, Polytetrafluoräthylen und dgl. für den Isolierkörper, ergibt sich

^>i0 der Vorteil einer billigen Fertigung, die durch einfaches Bohren und gegebenenfalls Fräsen erfolgen kann, ohne daß dabei besondere Sorgfalt aufgewendet zu werden braucht, um die gewünschte Spannungsfestigkeit zu gewährleisten. Für höhere Ansprüche, z. B. einen Betrieb bei höheren Temperaturen, können jedoch auch andere Werkstoffe, z. B. Keramik, verwendet werden. Auch keramische Isolierkörper für den Transformator gemäß der Erfindung lassen sich preiswert fertigen, da die Formen einfach sind und enge Toleranzen im allgemeinen nicht eingehalten zu werden brauchen. Komplizierte, teuere Gießformen werden nicht benötigt.

Weiterbildungen und vorteilhafte Ausgestaltungen des Transformators gemäß der Erfindung sind in den Unteransprüchen 2 bis 6 gekennzeichnet.

Im folgenden werden Ausführungsbeispiele der Erfindung unter Bezugnahme auf die Zeichnung näher erläutert. Es zeigt

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Fig. la und Ib eine Seitenansicht bzw, eine Draufsicht eines Transformators gemäß einem ersten Ausführungsbeispiel der Erfindung;

F ι g. 2a, b und c Ansichten eines Isolierkörpers des Transformators gemäß F i g. 1 von drei verschiedenen Seiten und

F i g. 3a, b und c Ansichten entsprechend F i g. 2 einer anderen Ausführungsform eines Isolierkörpers für einen Transformator gemäß der Erfindung.

Der in Fig. 1 als Ausführungsbeispiel der Erfindung dargestellte Transformator hat eine Primärwicklung 10 und £ine auf einem Wickelkörper 11 angeordnete Sekundärwicklung 12, die durch einen Magnetkern 14 induktiv miteinander gekoppelt sind. Zur elektrischen Isolation zwischen Primär- und Sekundärwicklung dient ι s ein Isolierkörper 16, der an eine Metallschiene 18 angeschraubt ist und außer zur elektrischen Isolation auch zur mechanischen Halterung des Transformators dient.

Der Isolierkörper besteht aus einem isolierenden Werkstoff, z. B. einem polymeren Kunststoff, wie Acrylharz.

Wie aus F i g. 2 am deutlichsten ersichtlich ist, hat der Isolierkörper 16 die Form eines Quaders mit zwei parallelen Hauptflächen 20 und 22, zwei senkrecht zu diesen verlaufende lange Schmalseiten 24,26 sowie zwei senkrecht zu den vorgenannten Flächen bzw. Seiten verlaufende kurze Schmalseiten 28, 30 von der kurzen Schmalseite 28 aus, an der die Metallschiene 18 befestigt ist, erstrecken sich zwei in Abstand voneinander und parallel zueinander verlaufende Sack- oder Blindbohrungen 32, 34 parallel zu den Hauptflächen 22 und 24 sowie den langen Schmalseiten 24 und 26 in den Isolierkörper 16. P-ese Blindbohrungen enden im Abstand vor der kurzen Schmalseite 30. Die Enden der J5 Blindbohrungen 32 und 34 sind durch eine dritte Blindbohrung 36 miteinander verbunden, die sich von der langen Schmalseite 26 aus parallel zur kurzen Schmalseite 30 in den Isolierkörper erstreckt und im Abstand voi Jer langen Schmalseite 24 endet.

Die ersten beiden Blindbohrungen 32 und 34 sind in Teilen, die an ihre Mündung, also an die kurze Schmalseite 28 angrenzen, d'irch eine ausgefräste Ausnehmung 38 miteinander verbunden, die, wie insbesondere Fig.2b zeigt, im Abstand vor der dritten Blindbohrjng 36 endet, so daß ein von den Blindbohrungen 3?, 34 und 36 sowie der Ausnehmung 38 begrenzter, in Draufsicht vorzugsweise quadratischer Bereich 40 stehenbleibt Die Mitte des Bereiches wird von einer Bohrung 42 durchsetzt, Jie die beiden Hauptflächen 20 w und 22 miteinander verbindet und bei fertig montiertem Transformator(Fig. l)den Magnetkern 14aufnimmt.

Die Primärwicklung 10 umschlingt den stehengebliebenen Bereich 40, wie aus Fig. Ib und 2b ersichtlich ist. Ihre Anschlüsse sind durch die Blindbolirungen 32 und 34 bzw. die Ausnehmung 38 zur kurzen Schmalseite 28 herausgeführt.

Zur Herstellung der Primärwicklung wird ein entsprechender, vorzugsweise aus Litze bestehender Draht um den stehengebliebenen Bereich 40 gefädelt, f.o was durch die dritte Blindbohrung 36 erleichtert wird.

Der Magnetkern 14 kann ein geteilter Ferrit- oder Schnittbandkern sein, er kann jedoch aus E- und I-förmigen Blechen geschichtet sein.

Bei dem beschriebenen Ausführungsbeispiel war angenommen worden, daß sich die Metaüschiene 18 und die Primärwicklung 10 im wesentlichen auf Erdpotential befinden, während die Sekundärwicklung 12 auf einer hohen Spannung, z.B. 100 bis 15OkV liegt. Solche Verhältnisse liegen z. B. bei der Wehnelt-Spannungsversorgung von Elektronenmikroskopen und technischen Elektronenstrahlgerätcn vor.

Die Isolationsfähigkeit des Transformators wird durch die Größe des Isolierkörpers, das verwendete Material sowie die Lage und den Durchmesser der Bohrungen bestimmt. Zwischen Primär- und Sekundärwicklung und zwischen Primärwicklung und Magnetkern befindet sich lediglich das Isoliermaterial des Isolierkörpers lh. Die Bohrungen des Isolierkörpers sind so angeordnet, daß eine direkte öffnung weder zur Sekundärwicklung noch zum Magnetkern hin weist Da der Isolierkörper aus einem vorgefertigten Kunststoffblock oder dergl. hergestellt werden kann, besteht keine Gefahr von Lufteinschlüssen, die d^:; Spannungsfestigkeit beeinträchtigen könnten. Die Isolierkörper enthalten keine Klebestellen, geschichtete Isoliermaterialien oder dergl. zwischen Primär- und Sekundärwicklung.

F i g. 3 zeigt einen gegenüber F i g. 2 etwas abgewandelten isolierkörper 16', der sich vom isolierkörper 16 nur dadurch unterscheidet, daß an die Stelle der bis zur kurzen Schmalseite 28 reichenden, gefrästen Ausnehmung 38 eine vierte Blindbohrung 44 tritt, die parallel zur dritten Blindbohrung 36 verlauf· und von dieser vorzugsweise den gleichen Abstand hat, wie die Blindbohrungen 32 und 34 voneinander. Es wird also auch hier wieder ein in Draufsicht quadratischer Bereich 40 gebildet, der von Hvr Primärwicklung 10 umfaßt und von der Bohrung 42 für den Magnetkern durchsetzt wird.

Die beschriebenen Transformatoren können in Luft oder gewünschtenfalls auch unter öl betrieben werden. Bei der zusätzlichen Verwendung von Öl pls Isoliermaterial bestehen jedoch praktisch keine Probleme durch Lufteinschlüsse, und der Transformator kann daher oh .e weiteres erst nach der Montage am Verwendungsort mit öl gefüllt werden.

In Spezialfällen, wie bei Transformatoren für höhere Frequenzen, kann man einen stabförmigen Magnetkern, z. B. aus Ferrit, verwenden oder ganz olme Magnetkern arbeiten. Man kann in solchen Fällen dann die Wicklung 12 ( die vorzugsweise scheibenförmig ausgebildet wird) koaxial zur Primärwicklung 10 an der einen der Hauptflächen 22 oder 24 des Isolierkörpers anordnen. Die Wicklung 12 kann auch geteilt werden, so daß an bei Jen Hauptflächen 22 und 24 je eine von zwei in Reihe geschalteten Wicklungshälften angeordnet ist.

Mnn kann auch zwei Isolierkörper der in F i g. 2 oder j dargestellten Art mit durchgefädelter Wicklung nebeneinander so anordnen, daß sie sxh mit den Hauptflächen berühren und die Wicklungen entsprechend der Wicklung 10, koaxial zueinander liegen. Die Bohrungen 32 und 34 sowie 36 der beiden Isolierkörper weisen vorzugsweise in entgegengesetzte Richtungen, in beiden Fällen können die Wicklungen z. B. durch einen stabförmigen Ferritkern miteinander gekoppelt werden. Gewünschtenfalls kann der Kern ganz entfallen, in diesem Falle ist dann auch die Bohrung 42 nicht nötig.

Hierzu 2 BIaU Zeichnungen

Claims (7)

1. Patentansprüche:

   !.Transformator mit einem einteiligen, hochspannungsfesten Isolierkörper, in dem sich ein von außen durch eine öffnung zugänglicher ringförmiger Kanal zur Aufnahme einer Primärwicklung befindet, und mit einem Magnetkreis, der einen vom ringförmigen Primärwicklungskanal umfaßten Bereich des Isolierkörpers quer durchsetzt und mit mindestens einer Sekundärwicklung induktiv gekoppelt ist, dadurch gekennzeichnet, daß zur Vereinfachung der Herstellung des Isolierkörpers der den Bereich (40) umfassende Primärwicklungskanal durch zwei im Abstand voneinander verlaufende und im Isolierkörper (16, 16') endende Blindbohrungen (32, 34), eine quer zu diesen verlaufende und ihre inneren Enden verbindende dritte Blindbohrung (36) und eine im Abstand von der dritten Blindbohrung verlaufende, die ersten beiden Blindbohrungen (32, 34) verbmuende Ausnehmung (38,44) gebildet ist
2. 2. Transformator nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Isolierkörper (16, 16') die Form eines länglichen Quaders mit zwei rechteckigen Hauptflächen (20, 22) sowie zwei kurzen und zwei langen Schmalseiten (28, 30 bzw. 24, 36) hat, daß die ersten beiden Blindbohrungen (32,34) an der einen der beiden kurzen Schmalseiten münden, daß die dritte Blindbohrung in einem der anderen Schmalseite (30) benachbarten Teil der einen langen Schmalseite (26) mündet, und daß der Magnetkreis eine von de/ dnen zur anderen Hauptfläche (20,22) durchgehende Bohrung (42) durchsetzt.
3. 3. Transformator nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die die ers'sn beiden Blindbohrungen (32, 34) verbindende Ausnehmung (38) von der Oberfläche des Isolierkörpers (16, 16') bis zu dem genannten Bereich (40) reicht.
4. 4. Transformator nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Ausnehmung aus einer vierten Blindbohrung (44) besteht, die im Abstand von der dritten Blindbohrung (36) verläuft.
5. 5. Transformator nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß die dritte und die vierte Blindbohrung (36 bzw. 44) parallel zueinander verlaufen.
6. Ö.Transformator nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die erste und die zweite Blindbohrung (32, 34) parallel zueinander verlaufen.
7. 7. Verfahren zum Herstellen eines Transformators nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß in einen hohlraumfreien Block aus isolierendem Werkstoff, wie Acrylharz, zwei nebeneinander verlaufende Blindbohrungen, eine die Enden dieser Blindbohrungen verbindende dritte Blindbohrung und eine Ausnehmung, die im Abstand von der dritten Blindbohrung verläuft und mit den drei Blindbohrungen den vom Primärwicklungskanal umfaßten Bereich begrenzt, hergestellt werden und daß zur Herstellung der Primärwicklung ein Draht, insbesondere eine Litze, um den vom Primärwicklungskanal umfaßten Bereich gefädelt wird.