Elektrische Wickelanordnung, insbesondere für Transformatoren und Kondensatoren Die vorliegende Erfindung betrifft eine elektrische Wickelanordnung, insbesondere für Transformatoren und Kondensatoren.
Die Erfindung ist besonders geeignet für aus auf gewickelten Folien bestehende Induktionsspulen. Unter aus aufgewickelten Folien bestehende Induk tionsspulen soll eine Spule verstanden werden, die eine gewisse axiale Länge aufweist und aus einem isolierenden Band oder einem Streifen mit geringem spezifischem Widerstand und einer Folie gewickelt ist, wobei die axiale Länge der Spule gleich der Breite des Bandes ist und die Dicke der Spule der Folien stärke entspricht und jede Windung eine vollständige Lage der Spule ausmacht.
Es ist ein Zweck der vorliegenden Erfindung, elektromagnetische Induktionsspulen und kapazitive Wickel zu schaffen, welche für hohe Ströme bestimmt sind, praktisch frei von Lufteinschlüssen sind, welche Einschlüsse unerwünschte Entladung verursachen können und bei welchen Wickelanschlussenden leicht angebracht werden können.
Die elektrische Spulen anordnung gemäss der vorliegenden Erfindung ist dadurch gekennzeichnet, dass ein Band aus isolieren dem Material, das auf beiden einander gegenüber liegenden Flächen metallisiert ist, mit einem elek trisch leitenden Streifen zusammengewickelt ist, der sich praktisch in gleicher Richtung erstreckt wie die metallasierten Oberflächen, so dass der leitende Strei fen zwischen den metallisierten Oberflächen benach barter Windungen liegt und gemeinsam mit diesem einen Leiter bildet, wobei der leitende Streifen haupt sächlich den Strom leitet.
Die Erfindung soll anschliessend anhand der bei liegenden Zeichnungen beispielsweise näher erläutert werden, wobei im einzelnen darstellen: Fig.1 Teile eines Transformators, Fig. 2 eine Teilansicht des Transformators gemäss Füg.
1 entlang der Schnittlinie 2-2 in Fig. 3, Fig. 3 einen Querschnitt durch den Transformator gemäss Fig.1, senkrecht zu dem Schnitt der Fig. 2, Fig. 4, 5 und 6 weitere Ausführungsbeispiele der Spulenanordnung und Fig.7 einen elektrischen Kondensator.
Fig. 1 zeigt einen Transformator, dessen Kern 1 durch eine Spulenanordnung umgeben ist. Die Spu- lenanordnung besteht aus einem Zylinder 2 aus iso lierendem Material, beispielsweise aus Kunstharz oder einem mit Kunstharz imprägnierten Papier, um wel chen eine aus einer Folie gewickelte Spule 3 ange ordnet ist. Die eine Folie enthaltende Spule 3 kann entweder die primäre oder die sekundäre Wicklung des Transformators sein.
Die zweite Wicklung kann entweder auf einen anderen Schenkel des Transfor- matorkernes 1 aufgebracht sein oder konzentrisch über der ersten Wicklung. Die Wicklung ist aus Grün den der übersichtlichkeit nicht massstabsgetreu; auch die relativen Ausdehnungen einschliesslich derjenigen der Anschlussenden, Abgriffe und Spulen müssen nicht notwendigerweise wie dargestellt ausgebildet sein.
Die Spule 3 besteht aus einem Band 6 aus iso lierendem Material-, welches Band an beiden einander gegenüberliegenden Flächen 7 und 8 metallisiert ist, und ist mit einem sich in gleicher Richtung erstrek- kenden leitenden Streifen 9 aus Aluminium, Kupfer oder einem anderen elektrisch gut leitenden Material zusammen aufgewickelt. Das Band 6 kann aus jedem Isoliermaterial bestehen, welches die Erfordernisse bezüglich Temperatur- und Spannungsfestigkeit des Transformators erfüllt.
Es hat sich herausgestellt, dass Polyäthylenterephthalatfilme besonders geeignet sind, wenngleich auch andere Isoliermaterialien, wie Zel- luloseazetat, regenerierte Zellulose, Polyvinylalkohol, Polysteren und dergleichen sowie mit einem Kunst harz imprägniertes Papier oder Gewebe verwendet werden können.
Die Spule 3 besitzt weiterhin Anschlussenden 4 und 4cc sowie Anzapfungen 4b, welche mit dem Leiter 9 an Punkten verbunden sind, an denen die Windungen einen gewissen Abstand voneinander aufweisen. Die Anschlüsse bzw. Abgriffe ragen axial aus der Wick lung heraus.
Die Lagen 7 und 8 sind dadurch gebildet, dass die Oberflächen des dielektrischen Materials 6 metal lisiert worden sind, im Gegensatz zu metallischen Folien, die lediglich an das Isoliermaterial, angelagert sind. Die metallisierten Lagen 7 und 8 können auf dem Film in Form von feinverteilten Metallpartikeln, beispielsweise durch Aufsprühen, Aufstreichen, Ein tauchen in eine die Metallpartikel enthaltende Flüs sigkeit, durch Vakuumaufdampfen, durch thermi sches Aufdampfen, durch elektrische Ablagerung oder :
irgendeinen anderen Prozess aufgebracht sein, durch welchen die metallischen Partikel gut zum Haf ten gebracht werden können, so dass ein durchgehen der metallischer Überzug auf dem dielektrischen Iso liermaterial entsteht. Der Metallüberzug kann aus irgendeinem geeigneten, elektrisch leitenden Material bestehen, wie beispielsweise Aluminium, Kupfer, Zinn, Silber oder einem anderen Metalle. Da weiterhin die leitende Folie 9 vorgesehen ist, welche in erster Linie den Strom leitet, müssen die Überzüge 7 und 8 keine grosse Stromleitkapazität besitzen. Sie können daher sehr dünn sein, wobei lediglich darauf geachtet werden muss, dass sie einen durchgehenden Überzug auf der Oberfläche des dielektrischen Filmes dar stellen.
Aus den gleichen Gründen ist es auch mög lich, Überzugsmaterialien zu verwenden, welche nur schlechte Leiter oder Halbleiter sind; es können da her Kohlenstoffdispersionen auf dem dielektrischen Film zur Bildung der Lagen 7 und 8 aufgebracht werden. Der Ausdruck metallisiert soll daher be deuten, dass irgendein Leitermaterial, sei es ein guter oder ein schlechter Leiter, einschliesslich Kohlenstoff, auf den isolierenden Streifen aufgebracht ist.
Der durch eines der oben erwähnten Verfahren aufgebrachte und aus metallischen oder einem an deren leitenden Material bestehenden Partikeln ge bildete Überzug lässt keine Lufteinschlüsse zu und ist daher viel. wirksamer, als eine mit dem dielektrischen Streifen lediglich verbundene Folie. Die einzigen Lufteinschlüsse, welche bei der beschriebenen Anord nung auftreten können, befinden sich zwischen der Folie 9 und den angrenzenden metallischen überzö gen;
da jedoch die metallischen Überzüge 7 und 8 in elektrischem Kontakt mit der Folie 9 stehen, be finden sich beide auf dem gleichen elektrischen Poten tial, so dass zwischen beiden auch keine Spannung entstehen kann, welche eine Ionisation oder einen Koronadurchschlag hervorrufen könnte.
Das zusammengesetzte Blattmaterial 5 ist vor zugsweise so dünn und flexibel, dass es ohne Schwie rigkeiten zu Spulen gewickelt werden kann, bei wel- chen die Lagen aneinander anliegen, ohne dass die Überzüge brechen. Dies ist ohne weiteres möglich, da die metallisierten Lagen 7 und 8 ausserordentlich dünn sein können, sogar nur eine molekulare Stärke aufweisen können, soweit die Lagen nur durchgehend sind.
Wie aus den Fig. 2 und 3 zu ersehen ist, ist das zusammengesetzte Blattmaterial 5 mit der Folie 9 gemeinsam und konzentrisch aufgewickelt, so dass ein zusammengesetzter spulenförmig aufgewickelter Leiter entsteht, der aus den metallischen Lagen 7 und 8 und der zwischen ihnen liegenden Folie 9 besteht. Wie aus den Zeichnungen entnommen werden kann, ist die innere isolierende Schicht 6 des zusammen gesetzten Blattmaterials etwas breiter als die Lagen 7, 8 und die Folie 9, so dass der hervorspringende Teil der Lage 6 eine isolierende Abschirmung dar stellt, welche einen Funken- oder Lichtbogenüber- schlag zwischen den Kanten der metallischen Lage und der Folie verschiedener Windungen verhindert.
Zu diesem Zweck können die Randzonen des Aus gangsmateriales für das Isoliermaterial 6 abgedeckt werden, so dass die metallischen überzüge auf die gewünschte Breite beschränkt bleiben. Anderseits kann besonders in den Fällen, wo aus wirtschaftlichen Gründen das metallisierte Blattmaterial relativ breit hergestellt wird und dann zu Streifen geschnitten wird, der Metallüberzug zunächst auf das gesamte Blattmaterial aufgetragen werden und anschliessend, das heisst nach dem Schneiden in Streifen, entlang den Randzonen beispielsweise durch Ätzen in dem gewünschten Ausmass entfernt werden.
Bei dem fertigen elektrischen Gerät können sich axial erstreckende Kanäle vorgesehen sein, durch welche ein Kühlmedium, wie beispielsweise Öl oder Luft, zur Kühlung des Transformators während des Betriebes hindurchströmt. Zur Bildung dieser Kühl kanäle können Abstandsteile 13 (Fig.3) vorgesehen sein, welche in Intervallen von einigen Windungen eingeführt werden und Kühlkanäle 10 in der Spulen anordnung bilden. In diesem Zusammenhang sei er wähnt, dass die Metallagen und das Folienmaterial an den beiden Seiten der Kühlkanäle 10 auf glei chem Potential liegen, so dass keine elektrischen Felder in den Kühlkanälen auftreten können.
Einige Kanäle 10 können dazu verwendet wer den, Abgriffe an gewünschten Punkten des folien- förmigen Leiters 9 anzubringen; in den Fig. 2 und 3 ist ein Abgriff 11 gezeigt, welcher axial aus einem Kühlkanal 10 herausragt. Der Abgriffleiter 11 ist durch Schweissen oder ein anderes Verfahren vor dem Wickeln mit dem Leiter 9 elektrisch verbunden wor den. Es können jedoch auch Abgriffsleiter verwendet werden, welche eine andere Form besitzen als der im Querschnitt rechteckige Leiter 11.
Die Abgriffe könen auch anstelle der in den Kühlkanälen befind lichen Leitern aus folienförmigen Streifen bestehen, die zwischen einander berührenden Teilen des folien- förmigen Leiters 9 und des benachbarten metallischen Überzuges eingewickelt sind. Wenngleich die beschriebene Anordnung vor zugsweise bei Transformatorspulen verwendet wer den kann, kann sie auch bei anderen elektrischen Geräten, wie beispielsweise Kondensatoren, Anwen dung finden.
Fig. 7 zeigt einen elektrischen Konden sator, bei welchem folienartige Leiter 20 und 21 mit zwischen ihnen liegenden, mit metallischen Überzügen versehenen dielektnischen Streifen 22 und 23 gemein sam aufgewickelt sind, so dass ein gewickelter Kon densator 24 gebildet ist, von welchem Anschlusslei- tungen 25 und 26 axial abragen, die mit den Folien 20 und 21 verbunden sind.
In ähnlicher Weise wie bei dem oben beschriebenen Transformator, bildet jeder folienartige Leiter 20, 21 gemeinsam mit den benachbarten metallischen Lagen einen zusammen- gesetzten Leiter, der um die Spulenachse gewickelt ist. Auch in diesem Fall tritt das Problem von Luft einschlüssen zwischen dem Leiter und dem dielektri- schen Blattmaterial nicht auf, trotzdem relativ grosse Ströme durch die Anordnung geführt werden kön nen.
Wie bei dem oben beschriebenen Transformator erstreckt sich das dielektrische Blattmaterial in seit licher Richtung über die seitlichen Begrenzungskan ten der metallischen Schichten und der fohenartigen Leiter 20 und 21 hinaus, wie dies aus Fig.7 er sehen werden kann.
Weiterhin kann der beschriebene Aufbau auch auf andere Formen von aufgewickelten Leitern an gewendet werden, wie dies in den Fig.4, 5 und 6 dargestellt ist.
In Fig. 4 ist ein rechteckiger metallisierter dielek- trischer Streifen 27 mit metallisierten L7berzügen 27a, 27b, gemeinsam mit einem dazwischen liegenden Streifen 28 aus leitendem Material schraubenlinien förmig um einen isolierenden Zylinder 2a gewickelt, so dass der Leiter 28 gemeinsam mit den metallischen Schichten<I>27a</I> und<I>27b</I> einen zusammengesetzten spulenförmigen Leiter bildet, wobei zwischen den Schichten und dem Streifen keine Spannung besteht.
Die Anordnung gemäss Fig. 5 ist ähnlich wie die jenige der Fig.4, wobei jedoch der metallisierte dielektrische Streifen 29 und der leitende Streifen 30 je einen rechteckigen Querschnitt besitzen und so gewickelt sind, dass eine 'Schmalseite des rechteckigen Querschnitts auf den isolierenden Zylinder 2a zu lie gen kommt.
Fig. 6 zeigt eine Anordnung konzentrisch mitein ander aufgewickelter Streifen aus einem Leiter 31 und einem metallisierten dielektrischen Streifen 32 in Form von axial voneinander getrennten, scheiben artig ausgebildeten Spulenkörpern, wobei in gleicher Weise wie bei den bisher beschriebenen Anordnun gen die Leiter 31 mit den auf den Isolierstreifen 32 aufgebrachten leitenden Schichten in Kontakt stehen.