| JP2001085243 | COIL BOBBIN |
| JP2000091131 | GAS INSULATING TRANSFORMER |
| WO/2009/146569 | HIGH-VOLTAGE MEASURING TRANSDUCER WITH FLEXIBLE INSULATION |
PATEL, Bhavesh (Gernandstrasse 21, Brilon, 59929, DE)
ESENLIK, Burak (Hohoffstr. 23, Paderborn, 33102, DE)
CORNELIUS, Frank (Elleringhauser Str. 40, Olsberg, 59939, DE)
BOCKHOLT, Marcos (Sertüner Str. 22, Paderborn, 33104, DE)
TEPPER, Jens (Springstr. 22, Brilon, 59929, DE)
WEBER, Benjamin (Ennertstr. 16, Winterberg, 59955, DE)
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| Patentansprüche 1. Anordnung mit mindestens zwei auf einem gemeinsamen Kernschenkel (7) axial übereinander angeordneten Spulen (1 , 4), wobei jede Spule mindestens zwei radial übereinander angeordnete Wicklungen (2, 3, 5, 6) aufweist und Barrieren zwischen den Wicklungen (2, 3, 5, 6) vorgesehen sind, dadurch gekennzeichnet, dass die Barrieren (9 - 13, 15 - 19) benachbarter Spulen (1 , 4) radial versetzt zueinander angeordnet sind und dass die Randbereiche der Barrieren (9 - 13, 15 - 19) kammartig ineinander greifen. 2. Anordnung mit mindestens zwei auf einem gemeinsamen Kernschenkel (7) axial übereinander angeordneten Spulen (1 , 4), wobei jede Spule mindestens zwei radial übereinander angeordnete Wicklungen (2, 3, 5, 6) aufweist und Barrieren zwischen den Wicklungen (2, 3, 5, 6) vorgesehen sind, dadurch gekennzeichnet, dass die Barrieren (21 - 25, 27 - 31) der einander unmittelbar gegenüberliegenden Bereiche benachbarter Spulen (1 , 4) wechselseitig verkürzt und verlängert sind, so dass stets einer verkürzten Barriere (21 , 23, 25) der einen Spule (1) eine verlängerte Barriere (27, 29, 31) der anderen Spule (4) sowie umgekehrt einer verlängerten Barriere (22, 24) der einen Spule (1) eine verkürzte Barriere (28, 30) der anderen Spule (4) gegenüberliegt und bei jeder Spule (1 , 4) auf eine verlängerte Barriere eine verkürzte Barriere folgt. 3. Anordnung mit mindestens zwei auf einem gemeinsamen Kernschenkel (7) axial übereinander angeordneten Spulen (1 , 4), wobei jede Spule mindestens zwei radial übereinander angeordnete Wicklungen (2, 3, 5, 6) aufweist und Barrieren zwischen den Wicklungen (2, 3, 5, 6) vorgesehen sind, dadurch gekennzeichnet, dass die Barrieren zum Teil in Form von Isolationsringen (34 / 35, 38 / 39, 43 / 44, 47 / 48) ausgebildet sind, welche zusätzlich um die senkrecht zur Wicklungsachse (W) angeordneten Stirnflächen der Wicklungen (2, 3, 5, 6) greifen. 4. Anordnung nach einem der Ansprüche 1 - 3, dadurch gekennzeichnet, dass die Barrieren (9 - 13, 15 - 19, 21 - 25, 27 - 31, 33-40, 42-49) in die Spule (1, 4) mit eingewickelt werden und damit automatisch der Spulenform folgen 5. Anordnung nach einem der Ansprüche 1-3, dadurch gekennzeichnet, dass die Barrieren (9 - 13, 15 - 19, 21 - 25, 27 - 31 , 33 - 40, 42 - 49) als vorgeformte Bauteile - jeweils angepasst an Form und Abmessungen der Spule (1,4)- ausgebildet sind. 6. Anordnung nach einem der Ansprüche 1 -3, dadurch gekennzeichnet, dass zwischen der inneren Wicklung (2, 5), den einzelnen Barrieren (9-13, 15-19, 21 - 25, 27 - 31 , 33 - 40, 42 - 49) und der äußeren Wicklung (3, 6) Leisten angeordnet sind, um längs des Umfangs definierte Abstände zu erhalten. |
Beschreibung
Die Erfindung betrifft eine Anordnung mit mindestens zwei auf einem gemeinsamen Kernschenkel axial übereinander angeordneten Spulen, wobei jede Spule mindestens zwei radial übereinander angeordnete Wicklungen aufweist und Barrieren zwischen den Wicklungen vorgesehen sind.
Eine Anwendung ist bei Spulen und Transformatoren, insbesondere bei Trockentransformatoren gegeben.
Es ist bei Transformatoren üblich, zwei oder mehrere Spulen axial übereinander auf einem Kernschenkel anzuordnen, wobei jede Spule eine innere Wicklung respektive Unterspannungswicklung sowie eine äußere Wicklung respektive Oberspannungswicklung aufweist. Je nach Verschaltung der Spulen berechnet sich der im Hinblick auf eine ausreichende Spannungsfestigkeit erforderliche Abstand zwischen zwei Spulen. Es ist des Weiteren üblich, zwischen der inneren Wicklung und der äußeren Wicklung einer Spule Barrieren anzuordnen, die einen elektrischen Überschlag zwischen den beiden Wicklungen verhindern sollen.
In Fig. 4 ist hierzu ein seitlicher Schnitt durch eine Anordnung mit mindestens zwei Spulen gemäß dem Stand der Technik dargestellt. Es ist ein Kernschenkel 7 zu erkennen, auf welchem eine erste Spule 1 und eine zweite Spule 4 axial übereinander angeordnet sind. Die erste Spule 1 weist zwei radial übereinander angeordnete Wicklungen 2, 3 auf, wobei Wicklung 2 auch als innere Wicklung respektive Unter-
BESTÄTIGU GSKOPIE spannungswicklung und Wicklung 3 auch als äußere Wicklung respektive Oberspannungswicklung bezeichnet werden. Die zweite Spule 4 weist zwei radial übereinander angeordnete Wicklungen 5, 6 auf, wobei Wicklung 5 auch als innere Wicklung respektive Unterspannungswicklung und Wicklung 6 auch als äußere Wicklung respektive Oberspannungswicklung bezeichnet werden.
Zwischen der inneren Wicklung 2 und der äußeren Wicklung 3 der ersten Spule 1 sind mehrere Barrieren 51 angeordnet, um einen elektrischen Überschlag zwischen den beiden Wicklungen 2, 3 zuverlässig zu verhindern. In ähnlicher Art und Weise sind zwischen der inneren Wicklung 5 und der äußeren Wicklung 6 der zweiten Spule 4 mehrere Barrieren 52 angeordnet, um einen elektrischen Überschlag zwischen den beiden Wicklungen 5, 6 zuverlässig zu verhindern.
Der in Abhängigkeit der Verschaltung der Spulen und der Spannungsdifferenzen vorzugebende axiale Abstand zwischen beiden Spulen 1 , 4 ist mit A1 bezeichnet (gemessen zwischen den inneren Wicklungen 2, 5). Der Barrierenüberstand, d. h. der Überstand einer Barriere über die senkrecht zur Wicklungsachse W angeordnete Stirnfläche einer Wicklung, ist mit B bezeichnet (gemessen zwischen Wicklung 3 und Barriere 51 bzw. zwischen Wicklung 6 und Barriere 52).
Speziell für höhere Spannungen respektive Spannungsdifferenzen sind die erforderlichen Barrierenüberstände über die Wicklungen der einzelnen Spulen relativ groß und führen somit zu einer Verlängerung der Kernschenkel - siehe die notwendige Kernschenkellänge L1.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine hinsichtlich der notwendigen Dimensionierung optimierte Anordnung mit mindestens zwei auf einem gemeinsamen Kernschenkel axial übereinander angeordneten Spulen anzugeben.
Diese Aufgabe wird gemäß einer ersten Ausführungsform in Verbindung mit dem Oberbegriff des Anspruchs 1 erfindungsgemäß dadurch gelöst dass die Barrieren benachbarter Spulen radial versetzt zueinander angeordnet sind und dass die Randbereiche der Barrieren kammartig ineinander greifen. Diese Aufgabe wird gemäß einer zweiten Ausführungsform in Verbindung mit dem Oberbegriff des Anspruchs 2 erfindungsgemäß dadurch gelöst, dass die Barrieren der einander unmittelbar gegenüberliegenden Bereiche benachbarter Spulen wechselseitig verkürzt und verlängert sind, so dass stets einer verkürzten Barriere der einen Spule eine verlängerte Barriere der anderen Spule sowie umgekehrt einer verlängerten Barriere der einen Spule eine verkürzte Barriere der anderen Spule gegenüberliegt und bei jeder Spule auf eine verlängerte Barriere eine verkürzte Barriere folgt.
Diese Aufgabe wird gemäß einer dritten Ausführungsform in Verbindung mit dem Oberbegriff des Anspruchs 3 erfindungsgemäß dadurch gelöst, dass die Barrieren zum Teil in Form von Isolationsringen ausgebildet sind, welche zusätzlich um die senkrecht zur Wicklungsachse angeordneten Stirnflächen der Wicklungen greifen.
Die mit der Erfindung erzielbaren Vorteile bestehen insbesondere darin, dass die Kernschenkellänge der Spule oder des Transformators verringert werden kann, was zu einem insgesamt kompakteren Aufbau der Spule oder des Transformators führt. Die Barriereanordnung ist derart gestaltet, dass elektrische Überschläge von der außen liegenden Wicklung zur innen liegenden Wicklung vermieden werden, obwohl der axiale Abstand der Spulen zueinander reduziert ist.
Zweckmäßige Ausgestaltungen der Erfindung sind in den Unteransprüchen dargestellt.
Die Erfindung wird nachstehend an Hand der in der Zeichnung dargestellten Ausführungsbeispiele erläutert. Es zeigen:
Fig. 1 einen seitlichen Schnitt durch eine optimierte Anordnung mit mindestens zwei Spulen gemäß einer ersten Ausführungsform,
Fig. 2 einen seitlichen Schnitt durch eine optimierte Anordnung mit mindestens zwei Spulen gemäß einer zweiten Ausführungsform, Fig. 3 einen seitlichen Schnitt durch eine optimierte Anordnung mit mindestens zwei Spulen gemäß einer dritten Ausführungsform,
Fig. 4 einen seitlichen Schnitt durch eine Anordnung mit mindestens zwei Spulen gemäß dem Stand der Technik.
In Fig. 1 ist ein seitlicher Schnitt durch eine optimierte Anordnung mit mindestens zwei Spulen gemäß einer ersten Ausführungsform dargestellt. Es ist ein Kernschenkel 7 zu erkennen, auf welchem eine erste Spule 1 und eine zweite Spule 4 axial übereinander angeordnet sind. Die erste Spule 1 weist zwei radial übereinander angeordnete Wicklungen 2, 3 auf, wobei Wicklung 2 auch als innere Wicklung und Wicklung 3 auch als äußere Wicklung bezeichnet werden. Die zweite Spule 4 weist zwei radial übereinander angeordnete Wicklungen 5, 6 auf, wobei Wicklung 5 auch als innere Wicklung und Wicklung 6 auch als äußere Wicklung bezeichnet werden. Die Zentralachse des Kernschenkels 7 ist gleichermaßen die Wicklungsachse W.
Zwischen der inneren Wicklung 2 und der äußeren Wicklung 3 der ersten Spule 1 sind Barrieren 9, 10, 11 , 12, 13 angeordnet, um einen elektrischen Überschlag zwischen den beiden Wicklungen 2, 3 zuverlässig zu verhindern. In ähnlicher Art und Weise sind zwischen der inneren Wicklung 5 und der äußeren Wicklung 6 der zweiten Spule 4 Barrieren 15, 16, 17, 18, 19 angeordnet, um einen elektrischen Überschlag zwischen den beiden Wicklungen 5, 6 zuverlässig zu verhindern.
Dabei sind die Barrieren 9 - 13 sowie 15 - 19 auf dem Durchmesser - mit Zentralachse des Kernschenkels = Wicklungsachse W - so angeordnet, dass sich ohne Barrierenberührung eine axiale Annäherung der beiden Spulen 1 , 4 erreichen lässt. Wie zu erkennen ist, sind die Barrieren benachbarter Spulen radial versetzt zueinander angeordnet, und die Randbereiche der Barrieren 9 - 13 sowie 15 - 19 greifen kammartig ineinander. Es ergeben sich Überlappungsbereiche U zwischen den Barrieren der benachbarten Spulen 1 , 4. Die Barrierenüberstände B sind dabei unverändert zur Ausführungsform gemäß Fig. 4. Vorteilhaft ergibt sich ein im Vergleich zum axialen Abstand A1 (siehe Fig. 4) verringerter axialer Abstand A2. Dementsprechend ergibt sich eine reduzierte Kernschenkellänge L2. In Fig. 2 ist ein seitlicher Schnitt durch eine optimierte Anordnung mit mindestens zwei Spulen gemäß einer zweiten Ausführungsform dargestellt. Es ist ein Kernschenkel 7 zu erkennen, auf welchem eine erste Spule 1 und eine zweite Spule 4 axial übereinander angeordnet sind. Die erste Spule 1 weist zwei radial übereinander angeordnete Wicklungen 2, 3 auf, wobei Wicklung 2 auch als innere Wicklung und Wicklung 3 auch als äußere Wicklung bezeichnet werden. Die zweite Spule 4 weist zwei radial übereinander angeordnete Wicklungen 5, 6 auf, wobei Wicklung 5 auch als innere Wicklung und Wicklung 6 auch als äußere Wicklung bezeichnet werden.
Zwischen der inneren Wicklung 2 und der äußeren Wicklung 3 der ersten Spule 1 sind Barrieren 21 , 22, 23, 24, 25 angeordnet, um einen elektrischen Überschlag zwischen den beiden Wicklungen 2, 3 zuverlässig zu verhindern. In ähnlicher Art und Weise sind zwischen der inneren Wicklung 5 und der äußeren Wicklung 6 der zweiten Spule 4 Barrieren 27, 28, 29, 30, 31 angeordnet, um einen elektrischen Überschlag zwischen den beiden Wicklungen 5, 6 zuverlässig zu verhindern.
Dabei sind die Barrieren 21 - 25 sowie 27 - 31 der einander unmittelbar gegenüberliegenden Bereiche beider Spulen 1 , 4 wechselseitig verkürzt und verlängert, so dass einer verkürzten Barriere der einen Spule eine verlängerte Barriere der anderen Spule gegenüberliegt und bei einer Spule auf eine verlängerte Barriere eine verkürzte Barriere folgt. Es ergeben sich Überlappungsbereiche zwischen den Barrieren der benachbarten Spulen 1 , 4. Derart lässt sich ohne Barrierenberührung eine axiale Annäherung der beiden Spulen 1 , 4 erreichen. Der Barrierenüberstand B einer verlängerten Barriere entspricht dabei dem Barrierenüberstand B der Ausführungsform gemäß Fig. 4. Einer verkürzte Barriere 21 , 28, 23, 30, 25 liegt unmittelbar eine verlängerte Barriere 27, 22, 29, 24, 31 gegenüber, ohne dass sich die gegenüberliegenden Barrieren berühren. Vorteilhaft ergibt sich ein im Vergleich zum axialen Abstand A1 (siehe Fig. 4) verringerter axialer Abstand A2. Dementsprechend ergibt sich eine reduzierte Kernschenkellänge L2.
In Fig. 3 ist ein seitlicher Schnitt durch eine optimierte Anordnung mit mindestens zwei Spulen gemäß einer dritten Ausführungsform dargestellt. Es ist ein Kernschenkel 7 zu erkennen, auf welchem eine erste Spule 1 und eine zweite Spule 4 axial übereinander angeordnet sind. Die erste Spule 1 weist zwei radial übereinander an- geordnete Wicklungen 2, 3 auf, wobei Wicklung 2 auch als innere Wicklung und Wicklung 3 auch als äußere Wicklung bezeichnet werden. Die zweite Spule 4 weist zwei radial übereinander angeordnete Wicklungen 5, 6 auf, wobei Wicklung 5 auch als innere Wicklung und Wicklung 6 auch als äußere Wicklung bezeichnet werden.
Zwischen der inneren Wicklung 2 und der äußeren Wicklung 3 der ersten Spule 1 sind Barrieren 33, 36, 37, 40 und Isolationsringe als Barriere 34 / 35, 38 / 39 angeordnet, um einen elektrischen Überschlag zwischen den beiden Wicklungen 2, 3 zuverlässig zu verhindern. In ähnlicher Art und Weise sind zwischen der inneren Wicklung 5 und der äußeren Wicklung 6 der zweiten Spule 4 Barrieren 42, 45, 46, 49 und Isolationsringe als Barriere 43 / 44, 47 / 48 angeordnet, um einen elektrischen Überschlag zwischen den beiden Wicklungen 5, 6 zuverlässig zu verhindern. Die Isolationsringe 34 / 35 greifen zusätzlich um die senkrecht zur Wicklungsachse W angeordneten Stirnflächen der inneren Wicklung 2, die Isolationsringe 38 / 39 greifen zusätzlich um die senkrecht zur Wicklungsachse W angeordneten Stirnflächen der äußeren Wicklung 3, die Isolationsringe 43 / 44 greifen zusätzlich um die Stirnfläche der inneren Wicklung 5, die Isolationsringe 47 / 48 greifen zusätzlich um die Stirnfläche der äußeren Wicklung 6. Vorteilhaft ergibt sich ein im Vergleich zum axialen Abstand A1 (siehe Fig. 4) verringerter axialer Abstand A3. Dementsprechend ergibt sich eine reduzierte Kernschenkellänge L3.
Ganz allgemein gilt für die vorstehend erläuterten Ausführungsformen:
• Die vorstehend beschriebenen Maßnahmen sind für Spulen 1 , 4 mit kreisrundem, ovalem oder rechteckigem Querschnitt anwendbar.
• Die Barrieren 9 - 13, 15 - 19, 21 - 25, 27 - 31 , 33 - 40, 42 - 49 sind aus einem elektrisch isolierenden Kunststoff ausgebildet.
• Die Barrieren 9 - 13, 15 - 19, 21 - 25, 27 - 31 , 33 - 40, 42 - 49 benachbarter Spulen 1 , 4 sollen sich nicht berühren, damit kein durchgehender Kriechweg an dieser Stelle bereitgestellt wird.
• Die Barrieren 9 - 13, 15 - 19, 21 - 25, 27 - 31 , 33 - 40, 42 - 49 können in die Spule 1 , 4 mit eingewickelt werden und folgen damit automatisch der Spulenform. Die Barrieren 9 - 13, 15 - 19, 21 - 25, 27 - 31 , 33 - 40, 42 - 49 können andererseits auch als vorgeformte Bauteile - jeweils angepasst an Form und Abmessungen der Spule 1 , 4 - ausgebildet sein. • Zwischen der inneren Wicklung 2, 5, den einzelnen Barrieren 9 - 13, 15 - 19, 21 - 25, 27 - 31 , 33 - 40, 42 - 49 und der äußeren Wicklung 3, 6 können Leisten angeordnet sein, um längs des Umfangs definierte Abstände zu erhalten.
• Die Zeichnungen sind gewissermaßen verzerrt, um das erfindungsgemäße
Prinzip darzustellen und nicht maßstabsgetreu bezüglich der Abmessungen einer Spule / Wicklung und der dargestellten Abstände zwischen den Wicklungen.
• Bei den vorstehend behandelten Ausführungsformen sind beispielhaft jeweils fünf Barrieren eingesetzt. Der Barrierenanzahl ist nach oben keine Grenze gesetzt. Die Ausführungsform nach Figur 1 ist bereits bei einer einzigen Barriere funktionsfähig, die Ausführungsformen nach den Figuren 2 und 3 sind bereits bei zwei Barrieren funktionsfähig.
• Selbstverständlich sind bei der Konfiguration der Barrieren auch Kombinationen der vorstehenden Ausführungsformen realisierbar. Insbesondere ist die Ausführungsform gemäß Fig. 3 hinsichtlich der im mittleren Bereich zwischen den Wicklungen angeordneten Barrieren mit den Ausführungsformen gemäß Figur 1 oder Figur 2 kombinierbar.
Bezugszeichenliste erste Spule
innere Wicklung der ersten Spule äußere Wicklung der ersten Spule zweite Spule
innere Wicklung der zweiten Spule äußerer Wicklung der zweiten Spule Kernschenkel Barriere
Barriere
Barriere
Barriere
Barriere Barriere
Barriere
Barriere
Barriere
Barriere Barriere
Barriere
Barriere
Barriere
Barriere Barriere
Barriere
Barriere 30 Barriere
31 Barriere
32 -
33 Barriere
34 Isolationsring als Barriere
35 Isolationsring als Barriere
36 Barriere
37 Barriere
38 Isolationsring als Barriere
39 Isolationsring als Barriere
40 Barriere
41 -
42 Barriere
43 Isolationsring als Barriere
44 Isolationsring als Barriere
45 Barriere
46 Barriere
47 Isolationsring als Barriere
48 Isolationsring als Barriere
49 Barriere
50 —
51 Barriere
52 Barriere
A1 , A2, A3 axialer Abstand zwischen zwei Spulen
B Barrierenüberstand
L1 , L2, L3 Kernschenkellänge
U Überlappungsbereiche
W Wicklungsachse