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Die Erfindung betrifft Drosselspulen, die aus einer oder aus mehreren konzentrischen, ein- oder mehrlagigen Zylinderspulen, deren Windungen in axialer Richtung aneinandergepresst sind, bestehen und eine hohe Stossstromfestigkeit besitzen, wie sie hauptsächlich in Hochleistungsprüffeldern und in grösseren
Stromversorgungsanlagen benötigt werden. Der Zusammenhalt der Windungen durch Pressung macht deren
Einbettung in Harz oder ihre Einschliessung in einen Zylinder und damit auch die Gefahr des Einknickens der
Leiter infolge thermisch bewirkter Dehnungskräfte vermeidbar. Hingegen besteht auch bei Presskonstruktionen die Gefahr unzulässig hoher axial gerichteter Kräfte. Durch Stossströme entstehen in jeder Windung hohe elektrodynamische Kräfte, die einen Druck auf jene benachbarte Windung, die näher zur axialen Mitte der
Zylinderspule liegt, ausübt.
Dieser Druck sowie die in der erwähnten benachbarten Windung selbst erzeugten elektrodynamischen axialen Kräfte wirken in gleicher Richtung auf die nächste benachbarte Windung, so dass auf letztere die Summe der in den vorerwähnten beiden Windungen erzeugten elektrodynamischen Kräfte ausgeübt wird. Somit nehmen infolge der von Windung zu Windung fortschreitenden Summierung die Kräfte in axialer
Richtung zur Mitte der Zylinderspule hin zu und sind also umso höher, je grösser die in jeder einzelnen Windung elektrodynamisch erzeugte Kraft und je höher die Anzahl der Windungen ist. Sie können solche Werte erreichen, dass eine Deformierung oder Beschädigung der Leiter eintritt, auch wenn diese in aufwendiger Weise mit vorpolymerisiertem Harz oder mit dem sogenannten Backlack umhüllt bzw. verschmolzen sind.
Es ist bekannt, die dargelegte überbeanspruchung der Leiter dadurch zu vermeiden, dass jede Windung einzeln in eine nach innen offene schraubenförmige Rille gelegt wird, die aus dem tragenden Zylinder, der z. B. aus Beton besteht, ausgespart ist. Bei dieser Ausbildung sind die Längskapazitäten von Windung zu Windung infolge deren verhältnismässig grossen Abstandes voneinander sehr klein, so dass die Stossspannungsverteilung sehr ungünstig und demgemäss die Gefährdung der Eingangswindungen gross ist.
Weitere ebenfalls wichtige Nachteile einer solchen
Ausbildung bestehen darin, dass der grosse Windungsabstand zu grossen Abmessungen und damit zwangsläufig zu hohem Materialbedarf führt und dass der Arbeitsaufwand für die Herstellung der schraubenförmigen Rillen und für das schwierige Einfädeln des Leiters in diese sehr gross ist. überdies dürfen wegen der ungünstigen Wärmeabführung nur geringe Stromdichten angewendet werden.
Eine weitere bekannte Drosselspulenausbildung gemäss deutscher Offenlegungsschrift 2138968 weist an
Stelle eines tragenden vollständigen Zylinders nur Teile desselben als kammförmige, gleichmässig verteilte
Stützpfeiler auf, zwischen diesen Stützpfeilern sind die Leiter ohne wärmedämmende Unterlage frei gespannt ; dadurch wird wohl der Nachteil der ungünstigen Wärmeabführung vermieden, jedoch werden die Leiter an den
Stützpfeilern Biegebeanspruchungen ausgesetzt, die die Gefahr ihrer Deformierung besonders an den Spulenenden erhöht.
Die Erfindung vermeidet die Nachteile der bekannten Ausbildungen. Die Drosselspulen bestehen aus einer oder mehreren konzentrischen, ein- oder mehrlagigen Zylinderspulen, deren Windungen in axialer Richtung aneinander gepresst sind, deren hohe Stossstromfestigkeit erfindungsgemäss dadurch erreicht wird, dass zumindest eine dieser Zylinderspulen aus mehr als zwei Teilspulen besteht, dass zwischen den Teilspulen gesonderte, mechanisch feste Stützringe angeordnet sind und dass alle Stützringe einer ganzen Zylinderspule miteinander fest verbunden sind.
Bei einer besonders zweckmässigen Ausbildung der Erfindung sind am Umfang gleichmässig verteilte Stifte vorgesehen, mit welchen jeder Stützring mit dem vorzugsweise aus glasfaserverstärktem Kunststoff bestehenden tragenden Zylinder und/oder mit am Umfang verteilten Leisten in einer dem gepressten Zustand der Wicklung entsprechenden Lage fest verbunden ist.
Weitere Einzelheiten und Vorteile der Erfindung werden an Hand der Zeichnung angeführt, die die Hälfte des durch die Wicklungsachse gehenden Schnittes der Zylinderspule einer beispielsweisen erfindungsgemässen Drosselspule darstellt. Es zeigen-l, 2,3, 4 und 5-die einlagigen, Windung an Windung gewickelten Teilspulen, --6-- die zwischen je zwei Teilspulen vorgesehenen mechanisch festen Stützringe, die zweckmässig der Steigung der Wicklung angepasst sind,--7--einen vorzugsweise aus glasfaserverstärktem Kunststoff bestehenden tragenden Zylinder,--8--eine der am Zylinderumfang gleichmässig verteilten, vorzugsweise mit dem Zylinder--7--verklebten und aus glasfaserverstärktem Kunststoff bestehenden Leisten,
--9--zur Verbindung der Stützringe -6-- mit dem Zylinder--7--und den Leisten --8-- dienende Stifte ; weiters zeigen--10--die Wicklungen abstützende Konstruktionselemente und--11--die mit der Wicklung elastisch verbundenen Anschlüsse. Die auf die Stützringe --6-- wirkenden Kräfte sind mit--P--bezeichnet. Die Stützringe --6-- werden erst nach Fertigstellen der gesamten Wicklung und Abpressen derselben mit den angeführten Konstruktionsteilen verbunden, z. B. durch Kleben, Verdübeln und Herstellen der Bohrungen für die Stifte--9--, in welche diese eingeschlagen werden.
Bei solchen erfindungsgemäss ausgebildeten Zylinderspulen werden die die Leiter gefährdenden Kräfte auf einen Bruchteil vermindert : da jede erste, am von der Zylinderspulenmitte abgewendeten Ende einer Teilspule liegende Windung durch den benachbarten Stützring praktisch vollständig von der Einwirkung der Kräfte der andern Windungen entlastet wird, erstreckt sich die Summierung der elektrodynamisch erzeugten Kräfte nicht auf sämtliche Windungen einer halben Zylinderspule, sondern nur auf die wesentlich geringere Anzahl der Windungen einer Teilspule.
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Die Möglichkeit einer Deformierung oder Beschädigung der Leiter ist also bei den erfindungsgemäss ausgebildeten Zylinderspulen weitgehend vermieden. Weitere wichtige Vorteile bestehen darin, dass die Windung an Windung gewickelten Spulen eine verhältnismässig grosse Längskapazität, daher eine günstige
Stossspannungsverteilung, also eine geringe elektrische Beanspruchung der Eingangswindungen, ausserdem eine vergleichsweise geringe Zylinderlänge, daher eine hohe Induktivität, bzw. geringen Materialaufwand, ergeben.
Auch die Wärmeabführung ist günstig, besonders infolge der zwischen den Leisten --8-- gebildeten nach aussen von den Wicklungen begrenzten Luftschächten. Der Arbeitsaufwand für die in einem normalen Wickelvorgang, der keine Unterbrechung beim übergang von einer Teilspule zur andern erleidet, hergestellten Wicklung und für die Fertigung der einfache Formen aufweisenden Konstruktionsteile ist vergleichsweise gering.
Besonders zweckmässig ist eine solche Unterteilung der ganzen Zylinderspule in Teilspulen, dass die Produkte aus der Windungszahl einer Teilspule und dem Mittelwert der im Bereiche dieser Teilspule auftretenden Radialkomponenten der magnetischen Feldstärke für alle Teilspulen annäherend einander gleich sind. Bei dieser Unterteilung ergibt sich die geringste Gefährdung der Leiter durch mechanische Kräfte bzw. die geringste Anzahl von Teilspulen ; auch ergibt sich, wenn die Zahl der Teilspulen gerade ist, eine Symmetrie der Längen und Windungszahlen der Teilspulen hinsichtlich der Mitte der Zylinderspulenachse.
Es ist in diesem Falle zweckmässig, die beiden mittleren Teilspulen zu einer einzigen Teilspule mit einer Windungszahl gleich der Summe der Windungszahlen der beiden ersetzten Teilspulen zusammenzufassen und somit Aufwand und insbesondere Platzbedarf für einen Stützring zwischen den beiden mittleren Teilspulen zu ersparen ; ein Abstützen der auf die beiden End-Windungen wirkenden Kräfte ist nämlich nicht erforderlich, weil sich diese gegenseitig aufheben.
Bei der erfindungsgemässen Ausbildung von Drosselspulen, die sehr hohen Stossströmen ausgesetzt sind, ist es, insbesondere im Falle höherer Frequenzen der Betriebsströme, im Hinblick auf die Zusatzverluste sehr vorteilhaft, für die Wicklungen feindrahtige Seile oder Drilleiter vorzusehen. Durch die Unterteilung in Teilspulen werden nämlich die Beanspruchungen durch die Stossströme so vermindert, dass auch diese mechanisch wenig widerstandsfähige Leiter den Beanspruchungen standhalten.
PATENTANSPRÜCHE :
1. Drosselspule hoher Stossstromfestigkeit, bestehend aus einer oder mehreren konzentrischen, ein- oder mehrlagigen Zylinderspulen, deren Windungen in axialer Richtung aneinandergepresst sind, dadurch gekennzeichnet, dass zumindest eine dieser Zylinderspulen aus mehr als zwei Teilspulen (1, 2,3, 4,5) besteht, dass zwischen den Teilspulen (1, 2,3, 4,5) gesonderte, mechanisch feste Stützringe (6) angeordnet sind und dass alle Stützringe (6) einer ganzen Zylinderspule miteinander fest verbunden sind.
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