Elektromagnetisches Induktionsgerät. Elektromagnetische Induktionsgeräte, wie z, B. Transformatoren, Drosselspulen, Elektro magneten, weisen in der Regel einen magne tisch gut leitenden, z. B. aus Eisenblechen zu sammengesetzten Kern auf, welcher mit min destens einer aus elektrisch gut leitendem Ma terial, wie Kupfer oder Aluminium, hergestell ten Wicklung versehen ist. Die vorliegende Erfindung betrifft nun ein elektromagneti- sches Induktionsgerät, dessen Bewicklung wenigstens zum Teil aus Eisenbandmaterial besteht, das sowohl den magnetischen Fluss als auch einen elektrischen Strom führt.
Das erfindungsgemässe Induktionsgerät ist dadurch gekennzeichnet, dass der aus Eisen bandmaterial bestehende Teil der Bewicklung aus mindestens einem Paar Spiralwickeln be steht, wobei die Wickel jedes Paares entgegen gesetzten Wickelsinn besitzen und ihre einen Enden in der Wickelmitte elektrisch leitend miteinander verbunden sind.
Einige Ausführungsbeispiele der Erfin dung sind in den beigelegten Zeichnungen in Fig. 1 bis 19 dargestellt.
Fig. 1 stellt eine Säule einer Drosselspule dar, die aus den in axialer Richtung überein- andergeschiehteten Spiralwickelpaaren zusam mengesetzt ist.
Fig. 2 ist ein schematischer Schnitt eines Spiralwickelpaares.
Fig. 3 stellt schematisch einen Grundriss desselben Spiralwickelpaares dar, wobei die Spiralen zerlegt nebeneinander gezeichnet sind. In Fig. 4 ist in Ansicht ein Transformator gemäss vorliegender Erfindung dargestellt.
Fig. 5 zeigt einen Teil einer Drosselspule in ringförmiger Ausführung.
Fig. 6 ist ein Zwischenstück zur Ausfül lung der keilförmigen Luftspalte für das Aus- führungsbeispiel gemäss Fig. 5.
Fig. 7 bis 12 stellen hohlzylinderförmige .lochkonstrukt.ionen, namentlich für Drossel spulen, einerseits in axialen, anderseits in zur Achse senkrechten Schnitten dar. Fig. 13 ist in axialem Schnitt eine Aus führungsart einer Transformatorwieklung mit Eisenbandeinlage und mit zusätzlichen Draht windungen dargestellt.
Fig. 14 zeigt einen Grundriss derselben Wieklung.
Fig. 15 stellt ein Diagramm des Verlaufes einerseits des magnetischen Feldes, anderseits der magnetomotorischen Kraft längs der in Fig. 13 und 14 dargestellten Windungen dar.
Fig. 16 ist ein Schaltschema und Fig. 17 ein schematischer Schnitt durch die Säule eines Transformators gemäss vorlie gender Erfindung mit Eisenbandspiralwickeln und zusätzlichen zylinderförmigen Kupfer- oder Aluminiumwieklungen. Fig. 18 zeigt eine Ausführung eines läng lichen Wickels, der zur Herstellung von Jochen verwendet wird.
Fig. 19 zeigt schliesslich schematisch den Herstellungsvorgang beim Isolieren und Wickeln der Wickel. In Fig. 1 der Zeichnung ist als [email protected] magnetisches Induktionsgerät eine Drossel spulensäule dargestellt, welche aus Spiral- wickelpaaren 1 zusammengesetzt ist, die aus isolierten Bändern 2 hergestellt sind. Die Spiralwickelpaare 1 sind in Aehsenriehtung aufeinandergereiht. Die innern Enden der Wickel eines Paares sind mit einer nachgiebi gen oder elastischen Verbindung versehen z.
B. in der Form von Bolzen 4, deren Enden geschlitzt sind (siehe unteres Wickelpaar auf Fig. 1). Die benachbarten Wickel zweier Wickelpaare sind leitend am Umfange mitein ander verbunden, wie schematisch auf der rechten Seite der Fig. 1 angedeutet ist.
Das in Fig. 2 dargestellte Spiralwickel- paar besteht aus einem obern Wickel ca und einem untern Wickel b, welche je aus isolier tem Eisenband spiralförmig gewickelt sind, wobei die Mitten der beiden Wickel leitend mittels des Bolzens 4 miteinander verbunden sind.
Der elektrische Strom tritt. in den obern Wiekel a (siehe auch Fig. 3) in Richtung des Pfeils d ein, durchläuft alle Windungen dieses Wickels und fliesst durch den Bolzen 4 in den untern Wickel b, aus dem er nach Durchlau fen aller -Windungen in Richtung des Pfeils e austritt. Um zu verhindern, dass das durch die Amperewindungen erzeugte Feld der beiden Wickel gegeneinander wirken, sind die beiden Wiekel in entgegengesetzter Richtung gewun den. Die Spirale des obern Wickels a ist rechtsgängig und die des untern Wickels b linksgängig gewickelt.
Die Säulen nach Fig. 1 können zu Drossel spulen zusammengebaut werden, wobei z. B. zwei solcher Säulen oben und unten mittels Jochen, welche vorteilhaft ebenfalls aus ge wickelten Eisenbändern bestehen, miteinander verbunden sind. Nach Anschluss der Drossel spule an die Spannungsquelle durchläuft der elektrische Strom die Bänder 2 und erzeugt parallel zu den Säulen und in denselben den magnetischen Fluss, so dass in diesem Falle das gleiche Material zur Leitung des elektri schen Stromes und zur Bildung des magneti schen Kreises verwendet wird.
Der in Fig. 4 dargestellte Transformator besteht aus zwei Säulen 5, welche aus Spiral- wickelpaaren 1 entsprechend der Fig. 1 zu sammengestellt sind, wobei eurige der Hoch spannungsseite und andere der Niederspan nungsseite des Transformators angehören, je nach dem gewünschten Übersetzungsverhältnis des Transformators.
Der magnetische Kreis ist durch Joche 8, die ebenfalls aus spiralförmig gewickelten Eisenbändern bestehen, geschlossen.
Fig. 5 zeigt eine Anordnung, welche sich besonders für Drosselspulen mit mehreren Luftspalten zwischen den einzelnen Wickeln eignet. Die Eisenbandspiralwickel 8, von wel chen je zwei in der Mitte leitend miteinander verbundene Spiralen ein Paar bilden, sind so angeordnet, dass ihre Achsen 9 die Tangenten eines Kreises bilden (siehe Verbindungsbolzen und die ganze Drosselspule einen Ring bildet. Da. jedoch der gesamte Luftspalt, wel- eher sich aus einzelnen keilförmigen Luft spalten 10 zwischen den kreisförmigen Grund platten der Wickel 8 zusammensetzt, zu gross ist, sind die Luftspalte 10 mit.
Zwischen stücken 11, welche ganz oder teilweise aus magnetisch gilt leitendem Material bestehen ausgefüllt. In Fig. 6 ist. ein solches Zwischen stück 11 dargestellt, das zweckmässig aus einer Hülle aus Pressisolierstoff herge stellt ist, das zur Vergrösserung der magne tischen Leitfähigkeit Eisenpulver oder Eisen späne 12 enthält, oder welche Hülle einen Eisenkörper oder ein Blechpaket umschliesst.
Hohlzylinderförmige Konstruktionen, wel che sich insbesondere im Vorschaltgerätebau für Rg-l@lischlichtlampen, Natriumdampflam- pen, für Luminiszenzröhren und andern Ent ladungslampen gut bewährt haben, sind in Fig. 7 bis 12 dargestellt.
Hier umschliesst das hohlzvlinderförmige Gehäuse aus ferromagne- tisehem Material hoher Permeabilität sehaeh- telförmig sämtliche stromführenden Eisen- wiekelpaare, so dass die aus den Endwiekeln austretenden Kraftlinien auf kürzestem Wege von einem Ende der Wiekelsäule zum andern geleitet werden.
Der magnetische Mantel des Hohlzylinders kann entweder aus Eisenband material gewickelt werden oder aus magne- tiseh gut leitendem Eisen oder aus ferro- magnetischen Pressstoffen bestehen.
In Fig. 7 ist im axialen und in Fig. 8 im Querschnitt die Ausführung einer solchen Drosselspule dargestellt, welche aus zwei zwi schen den Jochen angeordneten Paaren Spi- ralwickel 13 zusammengesetzt ist.. Der Mantel des Gehäuses besteht aus den Eisenbändern, die einen Hohlzylinder 14 bilden, und die kreisförmigen Grundplatten 15 aus Eisenble chen bilden die Joche. Ein zentrischer, die Wickel 13 und die Grundplatten 15 durch setzender Bolzen 16 hält mittels der Schrau benmuttern 17 die gesamte Drosselspule zu sammen.
Die Einrichtung kann leicht zur \Änderung der Indukt.ivität der Drosselspule verwendet werden, wenn die elektrische Iso lation zwischen den Wickeln aus elastischem Material besteht. In diesem Falle kann man durch zweckentsprechende Umdrehung des Bolzens 16 mit den Muttern 17 die Luftspalte zwischen den Wickeln 13 ändern und dadurch eine Änderung der Induktiv ität und somit auch des Stromes hervorrufen. Zur Vergrö sserung des Bereiches der Stromregulierung können die beiden Grundplatten 15 aus federndem, geschichtetem Blech gebildet wer den, welche gegen die Eisenwickel konkav durchgebogen sind, wie in Fig. 7 strichliert angedeutet ist.
Eine Drosselspule, wiederum mit zwei Paaren Spiralwickeln 13, jedoch mit einem Joch 18 aus ferromagnetischem Pressstoff, ist in Fig. 9 und 10 dargestellt.
Fig. 11 und 12 zeigen eine ähnliche Aus führung, wobei zur Erhöhung der Permeabi- lität des Joches in den Pressstoff 18 noch siliziumhaltige Eisenbleche, einerseits in der Form eines Zylindermantels 19, anderseits als kreisförmige Grundplatten 20 eingelegt sind.
Eine weitere Ausführung, die eine bessere Ausnützung der stromführenden Eisenbänder ermöglicht, ist in Fig. 13 und 14 dargestellt. Die Spiralwickel 21 werden normalerweise vom Radius r der mittleren leitenden Einlage 22 bis zum Aussenradius R gewickelt. Wäh rend des Stromdurchganges durch einen sol- chen 'NViekel nehmen die Amperewindttngen von der Oberfläche zur Mitte des Wickels längs des Radius R bis zum Radius r linear zu, wie im rechten Teil des Diagrammes (Fig. 15) durch die Strecke I bezeichnet ist.
Das bedeu tet aber, dass die innern Windungen des Spi- ralwickels stärker magnetisiertwerdenund dort starke Hysteresis- und Wirbelstromverluste auftreten können, während die dem Umfang näher liegenden Windungen magnetisch nicht genügend ausgenützt erscheinen.
Dies kann man durch Einlegen einiger mit dem Radius r beginnenden Windungen verbessern, die bis ungefähr zur halben Entfernung (R-r) reichen und aus siliziumhaltigem Eisenband 23 von grösserer Stärke und höherer Permea- bilität bestehen, als das Material des erwähn ten Eisenbandes aufweist, wie in Fig. 13 und 7.4 dargestellt ist. Dadurch kann das über mässige Ansteigen der Amperewindungen in der Nähe der Wickelmitte vermieden werden; im Diagramm der Amperewindungen (Fig. 15) macht sich dies durch den Ersatz des obern Teils der Strecke I durch die Strecke I' be merkbar.
Um nun auch die äussern Windungen der Spiralwickel magnetisch besser auszunützen, ist es vorteilhaft, in einer an sich bekannten Weise, um den Spiralwickel 21 eine Zusatz wicklung 24 im gleichen Windungssinn aus isoliertem Draht anzuordnen, welche mit dem Wickel in Reihe geschaltet ist.
Infolgedessen beginnen die Amperewindtingen beim Radius R gleich mit dem Betrag PZ, wie im Dia gramm angedeutet. ist, zu dem beim Fort schreiten gegen die innern "V#Tindungen hin noch der frühere Betrag Z hinzukommt, so dass im Windungssehwerpunkt des Eisen wickels bereits eine hohe magnetische Induk tion entsteht und der grösste Teil des Wickels magnetisch gut ausgenützt erscheint.
In der linken Hälfte des angeführten Diagrammes ist mit der Kurve B1 der Verlauf der magne tischen Induktion (in Gauss) längs radialer Richtung des Wickels ohne Zusatzwindungen 24 und mit der Kurve B#> der entsprechende Verlauf der Induktion nach der Bewieklung mit den Zusatzspannwindungen bezeichnet. Aus dem Diagramm ist der grosse Vorteil dieser Anordnung ersichtlich.
Da es zur Erreichung der günstigen Be dingungen ausreicht, wenn die Zusat.zwiek- lung nur einen Bruchteil der Windungszahl der Eisenspiralen enthält, brauchen die Zu satzwindungen gewöhnlich in einer oder höchstens in zwei bis drei Lagen angeordnet zu werden, so dass man den Leiter wesent lich stärker belasten kann als bei bisher ge bräuchlichen Transformatoren oder Drossel spulen. Meist wiegen diese Zusatzwindungen nur wenige Prozente des Gewichtes der Eisen zviekel, so dass man dieselben aus isoliertem Kupfer-, Aluminium-, Zinkdraht oder sogar aus isoliertem Eisendraht ausführen kann.
Durch Anbringung der Zusatzwindungen kann man nicht nur das Cresamtgewieht der Eisenwickel erheblich verringern, sondern darüber hinaus ermöglichen sie eine Feinbe stimmung des Kurzsehlussstromes, der von einer bestimmten magnetischen Sättigung des Eisens abhängig ist, was besonders z. B. hei Vorsehaltgeräten wichtig ist.
Die Säulen 5 nach Fig. 4, die aus Primär und Sekunclärwiekelpaaren 1 aufgebaut sind, können auch mit einer oder mehreren Zusatz spulen umhüllt werden, wie dies in Fig. 17 dargestellt ist. Hier ist. die aus den Eisen windungen 1 aufgebaute Säule entweder mit Scheibenspulen 25 oder mit. Zylinderspulen 26 versehen, die z. B. aus isoliertem Kupfer oder Aluminiumdraht hergestellt werden. Die Drahtspule 25 bzw. 26 können mit den Eisenbandwindungen in Reihe oder parallel geschaltet werden.
In Fig. 16 sind Beispiele einer Parallel- Und Serienschaltung der Zusatzspule 26 evtl. 25 zur Eisenbandwindung 2 schematisch dar gestellt. Die Zusatzwicklung hat Einfluss auf die Verteilung des magnetischen Flusses im -\@'ickelsinnern, ähnlich den Wirkungen wie bereits im Zusammenhang mit den Fig. 13 und 14 erläutert würde. Bei Verwendung einer über der Eisenbandwieklung angeordne ten selbständigen Zusatzwicklung kann fast.
gleichmässige magnetische Induktion im magnetisch leitenden Wickelquerschnitt- und volle Ausnützung des Materials erreicht wer den.
In Fig. 18 ist. ein länglicher Spiralwickel dargestellt. Diese gepressten Wickel werden insbesondere für die Herstellung von Jochen verwendet. Alle elektrisch aktiven Teile der beschrie benen Geräte können mit relativ einfachen Fabrikationseinrichtungen hergestellt wer den. Die Wickel können aus isolierten Eisen bändern gewickelt erden. Das Isolieren der Bänder kann z. B. durch Papier oder Folien isolierband geschehen.
In diesem Falle kann das Isolieren und das Aufwinden der Bänder zweckmässig in einem Arbeitsgang vereinigt werden unter Verwendung eines Isolierban des, dessen Breite etwa dem Querschnittsum- fang des Eisenbandes entspricht. Ein solcher Herstellungsvorgang ist in Fig. 19 angedeu tet. Das Eisenband ?7 wird vor dem Auf winden mit Isolierband 28 umfasst, und zwar derart, da.ss die Sehliessfuge 29 des Isolier bandes auf der äussern Seite des Wickels liegt. Das Eisenband 27 und das Isolierband 28 werden beim Arbeitsgang zweckmässiger weise durch nicht gezeichnete Rollen und Schlitten geführt.
Das Zusammenlegen des Isolierbandes kann z. B. unter Zuhilfenahme von mehreren Rollen erfolgen, deren Rota tionsachsen im Verhältnis zu den Zufüh rungsrollen mehr und mehr schräg liegen, so dass sie die Ränder 30 und 31 des Isolierban des 28 um die Ränder des Eisenbandes 27 allmählich bis um 1.80 oder nahezu um diesen wert, Umfalten, wie in der angeführten Fig. 19 angedeutet. ist. An Stelle von Rollen kann zum Umfalten der Isolierbandränder auch eine düsenartige Form verwendet wer den, in der durch in geeigneter Weise ange- passte Kanten das Isolierband an den Rän dern umgefaltet wird.
Ferner kann das Um falten der Ränder durch teilweises Vorfalten noch vor der Verbindung der Ränder mit dein Eisenband erleichtert werden, in wel- eliem Falle keine oder nur sehr einfache Um- falteinriehtungen an der Wickelmaschine not wendig sind. Eine weitere sehr vorteilhafte Eisenband isolierung ist eine chemisch oder anderswie aufgetragene homogene Isolationsschicht, wel che gleichzeitig das Eisen vor Verrosten schützt. Dies wird z. B. mittels einer Phos phat- oder Oxydschicht erreicht.
Durch solche Isolationsschichten wird nicht nur die elek trische Isolation der Bänder, sondern auch eine Konservierung des Eisens gegen Witte rungseinflüsse erzielt.
In besonderen Fällen, wo eine erhöhte elektrische Durchschlagfestigkeit gefordert wird, kann die Isolationsfähigkeit, der Phos phat- oder einer andern Schicht dadurch erhöht werden, dass nachträglich Isolierstoffe, z. B. Isolationslack und dergleichen, auf diese Schicht aufgetragen werden. Das in dieser Weise auf die Unterlage naehträglieh aufge tragene Isoliermittel haftet. bedeutend besser und bildet mit der Unterlage eine homogene Schicht, welche vorteilhafter zur Wirkung kommt, als wenn die Isolierung direkt auf das blanke Eisen aufgetragen würde.
In gewissen Fällen ist es vorteilhaft, die betreffenden Spiralwickel gemeinsam aus Eisenbändern und Folien aus einem andern elektrisch gutleitenden Material oder aus mit. einem elektrisch gutleitenden Material metal lisierten Eisenbändern zu wickeln.