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DE2830757A1 - Als lagenwicklung ausgebildete transformatorwicklung und verfahren zur herstellung einer derartigen lagenwicklung - Google Patents

Als lagenwicklung ausgebildete transformatorwicklung und verfahren zur herstellung einer derartigen lagenwicklung

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DE2830757A1
DE2830757A1 DE19782830757 DE2830757A DE2830757A1 DE 2830757 A1 DE2830757 A1 DE 2830757A1 DE 19782830757 DE19782830757 DE 19782830757 DE 2830757 A DE2830757 A DE 2830757A DE 2830757 A1 DE2830757 A1 DE 2830757A1
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winding
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insulating tape
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Otto Graul
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Messwandler Bau GmbH
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Description

Als Lagenwicklung ausgebildete Transformatorwicklung und Verfahren zur Herstellung einer derartigen Lagenwicklung
Die Erfindung betrifft eine als Lagenwicklung, vorzugsweise Hochspannungslagenwicklung, ausgebildete Transformatorwicklung mit bandförmigem Leiter, dessen Isolation im Zuge des lageweisen Wickeins des Leiters aufbringbar ist, sowie mit einem Isolierband, das etwa der dreifachen Leiterbreite entspricht, so daß das Isolierband um den Leiter doppelt faltbar ist.
Ein Verfahren zur Isolierung von bandförmigen Leitern für Drossel- oder Transformatorspulen der eingangs angeführten Art ist beispielsweise durch die DE-OS 15 63 458 bekanntgeworden. Nachteilig an diesem bekannten Verfahren ist, daß zur Verfestigung der Leiterisolation und gleichzeitig der einzelnen Papierlagen jeweils vor den Faltvorrichtungen Klebstoff zugeführt wird. Diese Maßnahme führt zwar zu einer ausreichenden Verklebung der um den Leiter gefalteten Papierisolation, jedoch ist eine Verfestigung der Wicklungslagen nur dann gewährleistet, wenn der Klebstoff im Überschuß auf das Isolierpapier aufgebracht wird, so daß ein Teil des Klebstoffes durch die Faltungsfugen hindurchquillt und damit auch ein Verkleben der entsprechenden Windung der nächsten Lage ermöglicht. Ein derartiges Verfahren ist nicht geeignet, einer
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aus vielen lagen bestehenden Lagenwicklung, insbesondere Hochspannungslagenwicklung, die notwendige mechanische Festigkeit zu verleihen. Auch wird eine gezielte Imprägnierung erschwert, weil die Klebestellen zwischen den einzelnen Lagen weitgehend Undefiniert sind.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine als Lagenwicklung, vorzugsweise Hochspannungslagenwicklung, ausgebildete ,Transformatorwicklung der eingangs erwähnten Art so zu verbessern, daß die mechanische Festigkeit auch bei großen Lagenzahlen ausreichend hoch ist. Auch soll die Imprägnierung durch die Maßnahmen zur Verfestigung der einzelnen Wicklungslagen nicht behindert sein. Insbesondere soll aber eine vollautomatische, vorzugsweise programmgesteuerte, Wickeltechnik ermöglicht werden.
Diese Aufgabe wird gemäß der Erfindung dadurch gelöst, daß das Isolierband neben der Leiterisolation gleichzeitig auch die Lagenisolation bildet, daß über dem Umfang einer Wicklungslage in vorbestimmtem Abstand punktförmige Klebestellen lediglich auf der Außenseite der Leiterisolation aufgebracht sind, die zur Befestigung der darauffolgenden Wicklungslage dienen, und daß die Länge der Wicklungslagen von Lage zu Lage so verkürst ist, daß der Querschnitt der Lagenwicklung zunächst trapezförmig oder wenigstens annähernd trapezförmig ausgebildet ist, während der Übergang zum freien äußeren Ende der Lagenwicklung aus einem oder mehreren kreisförmigen Bögen mit unterschiedlichen Radien besteht.
Für den vollautomatischen Wicklungsprozeß wichtig ist, daß die Leiterisolation gleichzeitig auch die Lagenisolation darstellt. Dadurch entfällt das mühsame Einwickeln bzw. Einschießen der Lagenisolationen, was die Herstellung bekannter Lagenwicklungen
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erheblich erschwert und verteuert hat. Günstig ist auch, daß die auf der Außenseite der Leiterisolation gezielt aufgebrachten punktförmigen Klebestellen eine hervorragende Verfestigung der einzelnen Wicklungslagen und damit einen kompakten Wicklungsaufbau ergeben. Gleichzeitig ermöglichen die verbleibenden Spalträume zwischen den Klebestellen eine ausreichende Imprägnierung mit flüssigen oder gasförmigen Imprägniermitteln. Günstig ist auch, daß aufgrund des kreisbogenförmigen Überganges von dem trapezförmigen oder annähernd trapezförmigen Teil der Wicklung zum freien äußeren Ende der Lagenwicklung die vorzugsweise auf Hochspannungspotential liegende Abschirmelektrode sehr einfach ausgebildet werden kann. Durch den gewählten Wicklungsaufbau erhält man darüber hinaus eine ausgezeichnete Lagensteuerung.
Von Vorteil ist es ferner, wenn die von dem bandförmigen Leiter zusammen mit deren Isolation gebildeten Einzelwindungen einer Lage stirnseitig abstandslos aneinandergrenzen. Die Verwendung bandförmiger Leiter mit einer wesentlich größeren Bandbreite als Banddzcke ermöglicht das abstandslose Wickeln Lage an Lage, ohne daß die Lagenspannung trotz des Fehlens einer zusätzlichen Lagenisolation zu groß werden würde. Auch die Imprägnierung mit flüssigen oder gasförmigen Imprägniermitteln erfordert keinen stirnseitigen Abstand der einzelnen Windungen einer lage. Andererseits sind etwa fertigungsbedingte Spaltbreiten von Bruchteilen eines Millimeters zwischen den einzelnen Windungsstirnseiten nicht störend und können den Imprägnierungsprozeß noch fördern.
Der Hinweis im Anspruch 1, daß der Querschnitt der Lagenwicklung "wenigstens annähernd trapezförmig" ausgebildet ist, bedeutet, daß die Gestalt der Lagenwicklung im Querschnitt nicht
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π?, thematisch genau ein Trapez darstellen muß. So können die freien Stirnseiten der Lagenwicklung im Querschnitt nach Art einer e-Funktion beginnen und dann in einen geradlinigen Teil übergehen, an den sich dann der kreisförmige Abschlußbogen anschließt (Fig. 4a). Auch ein unmittelbarer Übergang von einer nach Art einer e-Funktion gekrümmten Seitenfläche in den kreisförmigen Abschlußbogen ist möglich (Fig. 4b).
Die Erfindung bezieht sich ferner auf ein Verfahren zur Herstellung einer als Lagenwicklung, vorzugsweise Hochspannungslagenwicklung, ausgebildeten Transformatorwicklung mit bandförmigem Leiter, dessen Isolation im Zuge des lageweisen Wickelns des Leiters aufgebracht wird, wobei ein Isolierband mit einer Breite verwendet wird, das etwa der dreifachen Leiterbreite entspricht, so daß das Isolierband um den Leiter doppelt gefaltet werden kann. Dieses Verfahren ist dadurch gekennzeichnet, daß die Faltung des Isolierbandes um den bandförmigen Leiter in mehreren Stufen vorgenommen wird, daß der isolierte Leiter über eine Umlenkrolle so geführt wird, daß der auf die Umlenkrolle zulaufende und der von der Umlenkrolle weglaufende .Leiterteil einen spitzen Winkel bilden πηά daß die Klebepunkte auf der Außenseite der entsprechenden Windung der bereits vorhandenen Lage in der Wicklungsrichtung kurz vor dem Aufwickeln der neuen Windung aufgebracht v/erden.
Die Faltung des Isolierbandes um den bandförmigen Leiter in mehreren Stufen ermöglicht die Verwendung einer vergleichsweise einfach herstellbaren FaIteinrichtung. Durch die Ablenkung des isolierten bandförmigen Leiters über die Umlenkrolle wird erreicht, daß sich das Isoliermaterial fest um den Leiter schließt, so daß eine Verklebung der sich überlappenden Isclierbandteile entfallen kann.
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V/eitere Einzelheiten und Vorteile der Erfindung werden an Ausführungsbeispielen an Hand der Zeichnung näher erläutert. Es zeigen:
Fig. 1 eine Prinzipskizze zur Herstellung einer aus bandförmigem Leitermaterial herstellbaren Lagenwicklung gemäß der Erfindung;
Fig. 2 in perspektivischer Darstellung eine mehrstufige Faltvorrichtung für die Aufbringung der Leiterisolation;
Fig. 3 einen Querschnitt durch eine Lagenwicklung gemäß der Erfindung;
Fig. 4a - 4c im Teilschnitt Abwandlungen der Lagenwicklung gemäß Fig. 3 und
Fig. 5a u.5b im vergrößerten Maßstab Querschnitte durch den bandförmigen Leiter mit einem bzw. zwei doppelt gefalteten Isolierbändern.
Fig. 1 zeigt die beiden Vorratsrollen 1, 2 für den bandförmigen Leiter 3, vorzugsweise aus Aluminium, und für das um den Leiter 3 zu wickelnde Isolierband 4. Das Isolierband 4 kann je nach dem Imprägnierungsmittel aus Kunststoffolie oder aus organischen Stoffen, wie Kabelpapier od. dgl., bestehen. Geeignete Imprägnierungsmedien sind insbesondere Öl oder Gas, vorzugsweise Schwefelhexafluorid. Über Einlaufrollen 5, 6 werden der Leiter 3 und das Isolierband 4 einer mehrstufigen Faltvorrichtung 7 zugeführt. Die Faltvorrichtung 7 bewirkt zusammen mit der nachgeschalteten Umlenkrolle 8, daß sich das Isolierband 4, dessen Breite etwa der dreifachen Leiterbreite entspricht, unter dem Wickelzug fest um den Leiter 3 schließt. Die Umlenkrolle 8 ist etwa senkrecht über der Wickelachse A des Wickelkörpers 9 angeordnet, so daß der auf die Umlenkrolle 8 zulaufende isolierte Leiterteil 3, 4 und der von der Umlenk-
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rolle 8 weglaufende isolierte iieiterteil 3, 4 einen spitzen Winkel zwischen 40 und 70 einschließen» Durch, diese Zuordnung von" IMLenkroIIe 8 und Wickelkörper 9 wird die feste Ummantelung des Leiters 3 durch das Isolierband 4 begünstigt. In Aufwickelrichtung kurz vor der Stelle, an der der isolierte Leiterteil 3» 4 tangential auf die bereits vorhandene Wicklungslage aufläuft, ist mindestens eine Hebeeinrichtung 10 angeordnet, mit der auf der Außenseite der bereits vorhandenen Isolation der Windung einer früheren Wicklungslage über den Umfang einer Wicklung verteilt .mehrere Klebepunkte 10a aufgebracht werden können. Torzugsweise können drei bis sieben Klebepunkte über den Umfang einer Windung vorgesehen werden, einen kompakten Wicklungsaufbau zu erhalten.
Die PIg. 2 verdeutlicht den Aufbau und die Wirkungsweise der mehrstufigen Faltvorrichtung 7· Biese besteht aus einer gelenkig gelagerten Einlaufrolle 11, der der bandförmige Leiter 3 und das Isolierband 4, wie aus Fig. 1 ersichtlich, gemeinsam zugeführt werden. Eine Grundplatte 12 ist mit mehreren Querträgern 13, 14, 15 mit sich stetig verkleinernden Durchtrlttsöffnungen 16» 17, 18 für das isolierte Leiterteil 5» 4 versehen« Ferner sind In der Grundplatte 12 sich stetig verkleinernde Führungsnuten 19 r 20, 21 vorgesehen, die das Umschließen des Isolierbandes 4 um den Leiter 5 begünstigen. Über eine Auslaufrille 22 und eine Auslaufrolle 25 verläßt der vollständig mit Isoliermaterial ummantelte Leiter die Faltvorrichtung 7.
In den Flg. 3f 4a Ms 4c Ist der" Wickelkörper der dargestellten Lagenwicklung jeweils mit 24 und die Wickelachse jeweils mit A bezeichnet. BIe einzelnen Windungen 25 der verschiedenen Wicklungslagen L·, L^, 1·* ... L grenzen stirnseitig abstands-
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los oder mit kaum sichtbaren geringfügigen Spalten aneinander. Die einzelnen Windungen 25 sind lediglich von dem Isolierband 4 umgeben, wie dies in Fig. 5a verdeutlicht ist. Eine lagenisolation zwischen den Lagen L1, Lp, L, ... L ist nicht vorhanden.
Die Windungsisolation 4 des Leiters 3 ist so ausgeführt, daß die in bezug auf die Wickelachse A außenliegende Leiterflachseite 26 den doppelten Isolierbandauftrag 28, 29 wie die innenliegende Leiterflachseite 27 (Isolierbandauftrag 30) enthält.
Da die Relation Leiterbreite/Leiterdicke B/D relativ groß ist, sich beispielsweise wie 50 : 1 bis 100 : 1 verhält, ist ersichtlich, daß die Breite des Isolierbandes 4 wenigstens annähernd dreimal so groß ist wie die Breite des bandförmigen Leiters 3- Die Leiterdicke D kann praktisch vernachlässigt werden.
Die Lagenwicklung gemäß Fig. 3 ist als an sich bekannte Trapezwicklung ausgebildet, deren seitliche Stirnflächen 31, 32 jedoch in ausgeprägten Bögen mit dem Radius R in die letzten Wicklungslagen übergehen. Die äußerste V/icklungslage L ist etwa über deren zylindrisch verlaufenden Teil von einem eine Ringelektrode 35 bildenden geschlitzten Metallband umgeben.
Wie die Fig. 4a — 4c zeigen, kann die Lagenwicklung gemäß der Erfindung auch ein von einer Trapezfoim etwas abweichendes Profil aufweisen.
So kann die seitliche Stirnfläche 34 zunächst nach Art einer e-Funktion verlaufen, dann in einen geradlinigen Teil übergehen, bevor der bogenförmige Teil mit dem Radius R zu den letzten Wicklungslagen überleitet.
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IvBch der Ausführungsform gemäß Fig. 4b kann die seitliche Stirnfläche 35 auch so ausgebildet sein, daß der nach Art einer e-Funktion verlaufende Wicklungsteil unmittelbar in den bogenförmigen Teil mit dem Radius R übergeht.
Bie Fig. 4c zeigt eine Ausführungsform, bei der die seitliche Stirnfläche 36 zunächst genau trapezförmig verläuft, wobei sich an diesen Wicklungsteil dann ein bogenförmiger Teil mit unterschiedlichen abnehmenden Radien R.., Rp, R, anschließt.
Wie Fig. 5b zeigt, kann die Isolation des bandförmigen Leiters 3 auch von zwei Isolierbändern 4a, 4b gebildet werden, die zum einen um die in bezug auf die Wickelachse A außenliegende Leiterflachseite 37 und zum anderen um die innenliegende Leiterflachseite 38 gefaltet sind.
Zur Erhöhung der mechanischen Festigkeit der Lagenwicklung gemäß der Erfindung kann es insbesondere bei größeren Lagenzahlen vorteilhaft sein, die Klebepunkte von Windung zu Windung an unterschiedlichen Stellen eines Windungsumfanges aufzubringen.
Die die kreisbogenförmigen Übergänge zum freien äußeren Ende der Lagenwicklung bestimmenden Radien betragen vorzugsweise zwischen 20 und TOO mm.
Nach der Erfindung hergestellte Lagenwicklungen eignen sich für alle Arten von Transformatoren, insbesondere Keß- und Prüftransformatoren, vorzugsweise für induktive Spannungswandler. Eines der Hauptanwendungsgebiete stellen SFg-isolierte induktive Spannungswandler dar.
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Die erfindungsgemäße Lagenwicklung ermöglicht eine erhebliche Rationalisierung des Fertigungsprozesses, weil der gesamte Isolier- und WiekelVorgang von der ersten Windung der ersten Lage bis zur letzten Windung der letzten Lage durch eine entsprechende Programmsteuerung vollautomatisiert werden kann.
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Claims (1)

  1. MESSWANDLER-BAU GMBH
    Eacberg
    Patentansprüche
    ( 1.J Als Lagenwicklung, vorzugsweise Hochspannungslagenwicklung, ausgebildete Transformatorwicklung mit bandförmigem Leiter, dessen Isolation im Zuge des lageweisen Wickeins des-Leiters aufbringbar ist, sowie mit einem Isolierband, das etwa der dreifachen Leiterbreite entspricht, so daß das Isolierband um den Leiter doppelt faltbar ist, dadurch gekennzeichnet, daß das Isolierband (4) neben der Leiterisolation gleichzeitig auch die Lagenisolation bildet, daß über dem Umfang einer Wicklungslage (L1, L2, L^ ... Lx) in vorbestimmtem Abstand punktförmige Klebestellen (10a) lediglich auf der Außenseite der Leiterisolation aufgebracht sind, die zur Befestigung der darauffolgenden Wicklungslage dienen, und daß die Länge der Wicklungslagen (L1, L9, L, ... L) von Lage zu Lage so verkürzt ist, daß der Querschnitt der Lagenwicklung zunächst trapezförmig oder wenigstens annähernd trapezförmig ausgebildet ist, während der Übergang zum freien äußeren Ende der Lagenwicklung aus einem oder mehreren kreisförmigen Bögen mit unterschiedlichen Radien (R; R^, Rpι R3) besteht.
    2, Lagenwicklung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die von dem bandförmigen Leiter (3) zusammen mit deren Isolation (4) gebildeten Einzelwindungen (25) einer Lage (L1, L9, L, ... L) stirnseitig abstandslos aneinandergrenzen.
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    Lagenwicklung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß das Isolierband (4) so um den bandförmigen Leiter (?) gelegt ist, daß die in bezug auf die Wickelachse (A) außenliegende Leiterflachseite (26) den doppelten Isolierbandauftrag besitzt wie die innenliegende Leiterflachseite (27).
    4. lagenwicklung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Isolation (4) des bandförmigen Leiters (3) von zv/ei Isolierbändern (4a, 4b) gebildet ist, die zum einen um die in bezug auf die Wickelachse (A) außenliegende Leiterflachseite (37) und zum anderen um die innenliegende Leiterflachseite (38) gefaltet sind.
    5· Lagenwicklung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Wicklungslagen (L-, Lp, L, ... L) vom innenliegenden Ende der Lagenwicklung ausgehend so verkürzt sind, daß die Stirnseiten (34) der Lagenwicklung zunächst die Gestalt einer e-Funktion aufweisen, an die sich der geradlinige, trapezförmige Teil der Lagenwicklung anschließt.
    6. Lagenwicklung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Wicklungslagen (L-, L2, L, ... L) vom innenliegenden Ende der Lagenwicklung ausgehend so verkürzt sind, daß die Stirnseiten (35) der Lagenwicklung zunächst die Gestalt einer e-Funktion aufweisen, an die sich unmittelbar der oder die kreisförmigen Bögen als Übergang zum freien äußeren Ende der Lagenwicklung anschließen.
    7. Lagenwicklung nach einem oder mehreren der Ansprüche 1-6, dadurch gekennzeichnet, daß die äußerste Wicklungslage (L ) im Bereich des zylindrischen Wicklungsteiles von einem eine Ringelektrode (33) bildenden, geschlitzten Metallband umgeben ist.
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    :-.. Verfahren"cur Herstellung einer als lagenwicklung, vorzugsweise Hochspannungslagenwicklung, ausgebildeten Transformat οrwicklung mit bandförmigem Leiter, dessen Isolation im- Zuge des lageweisen Wickelns des Leiters aufgebracht wird, wobei ein Isolierband mit einer Breite verwendet wird, das etwa der dreifachen Leiterbreite entspricht, so daß das Isolierband um den Leiter doppelt gefaltet werden kann, dadurch gekennzeichnet, daß die Faltung des Isolierbandes um den bandförmigen Leiter in mehreren Stufen vorgenommen wird, daß der isolierte Leiter über eine Umlenkrolle so geführt wird, daß der auf die Umlenkrolle zulaufende und der von der Umlenkrolle weglaufende Leiterteil einen spitzen Winkel bilden und daß die Klebepunkte auf der Außenseite der entsprechenden Windung der bereits vorhandenen Lage in der Wicklungsrichtung kurz vor dem Aufwickeln der neuen Windung aufgebracht werden.
    9. Verfahren nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, daß je Windung einer Wicklungslage mehrere Klebepunkte aufgebracht werden.
    10, Verfahren nach Anspruch 8 oder 8, dadurch gekennzeichnet, daß die Klebepunkte von Windung zu Windung an unterschiedlichen Stellen eines Windungsumfanges aufgebracht werden.
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    ORIGINAL INSPECTED
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