DE10114744B4

DE10114744B4 - Anordnung von Kühlluft-Kanälen und Verfahren zur Herstellung

Info

Publication number: DE10114744B4
Application number: DE2001114744
Authority: DE
Inventors: Josef Bohn
Original assignee: MDEXX GmbH
Current assignee: MDEXX GMBH, 28199 BREMEN, DE
Priority date: 2001-03-20
Filing date: 2001-03-20
Publication date: 2014-05-28
Anticipated expiration: 2021-03-21
Also published as: DE10114744A1

Abstract

Anordnung von Kühlluft-Kanälen (6, 7) an induktiven Bauelementen unter Verwendung von Distanzhaltern (11, 21, 31, 41), Kernelementen (4) und Wicklungen (5), wobei die Distanzhalter (11, 21, 31, 41) aus isolierendem, wärmefestem, nicht magnetischem Werkstoff bestehen, wobei die Distanzhalter (11, 21, 31, 41), zur Aufnahme von Wicklungen (5), um die Längskanten der Kernelemente (4) oder um die Längskanten von die Kernelemente umgreifenden Wicklungslagen greifen und wobei auf die Distanzhalter (11, 21, 31, 41) mindestens eine Wickellage aufgebracht ist, dadurch gekennzeichnet, dass die Distanzhalter (1) im Querschnitt L-förmig ausgebildet sind, mit einem kürzeren Schenkel (2) von rechteckigem Profil und einem längeren Schenkel (3) mit gegenüber dem kürzeren Schenkel geringerer Dicke.

Description

Die Erfindung bezieht sich auf eine Anordnung nach dem Oberbegriff des Anspruches 1. Eine derartige Anordnung ist aus der DE 81 08 092 U1 bekannt. Dort wird über einen Spulenkörper für luftgekühlte elektrische Wicklungen berichtet, bei dem vier sich in Längsrichtung der Schenkel des Magnetkreises erstreckende Profilstabe dafür sorgen, dass die Wicklungen nicht direkt auf den Kernelementen des Magnetkerns aufliegen.
Die Profilstäbe besitzen auf ihren den Kernelementen zugewandten Innenseiten rechtwinkelige Ausnehmungen, die als formschlüssige Halterungen an einer Längskante des jeweils zugehörigen Kernelementes dienen. Auf ihren der Wicklung zugewandten Seiten sind die Profilstäbe mit Abrundungen versehen, die ein beschädigungsfreies Aufbringen der inneren Wicklungslage auf die Profilstäbe ermöglichen. Zwischen den Kernelementen der Magnetkerne und den inneren Wicklungslagen der Wicklungen entstehen Kühlluft-Kanäle, deren Querschnitt durch die Formgestaltung der Profilstabe bestimmt ist.
Werden auch zwischen einzelnen Wicklungslagen Kühlluft-Kanäle benötigt, so ist dies nach dem vorliegenden Gebrauchsmuster erreichbar durch Verwendung von Distanzstäben zwischen den Wicklungslagen. Diese Distanzstäbe sind in Führungen gelagert, über die sie abhängig davon, zwischen welchen Wicklungslagen weitere Kühlluft-Kanäle vorzusehen sind, verschiebbar sind und so positioniert werden können, dass sie auf den Kanten der jeweils inneren Wicklung aufliegen.
Diese Anordnung von Distanzstäben ist konstruktiv aufwendig und erschwert in Verbindung mit der Festlegung der Profilstäbe und der Führungen auf den Kernelementen den Wickelprozess erheblich.
Aus den DE 36 32 439 A und DE 196 38 955 C2 sind Distanzhalter in Form von endseitig eingerollten oder in geschlitzte Leisten eingesteckten Blechen bekannt, die für den Aufbau von Kühlluft-Kanälen keine speziell ausgestalteten Spulenkörper benötigen, dabei aber für jeden Typ von Transformator oder Drossel in ihren Abmessungen verschieden sind. Das erfordert einen erheblichen Logistikaufwand für die auftragsbezogene Bereitstellung der jeweils geeigneten Distanzhalter.
DE 196 38 955 C2 beschreibt eine Anordnung von Kühlluftkanälen, wobei Eckleisten aus elektrisch isolierendem und wärmefestem Material wie beispielsweise einem glasfaserverstärkten iso-Polyester auf den Längskanten des Kerns oder einer Wicklungslage aufgesetzt werden und auf die Eckleisten ein Distanzhalter aus nichtmagnetischem Material, wie beispielsweise V2A-Stahl oder Kunststoff aufgesetzt wird, der mindestens die folgende Wicklungslage trägt.
DE 15 14 555 A lehrt den Aufbau einer Anordnung von Kühlluftkanälen mit einem Spulentragkörper aus vier Profilleisten, aus isolierendem, festen Kunststoff und vier rechteckigen Platten. Dabei stehen die gleich langen Schenkel einer Profilleiste rechtwinklig zueinander und die äußeren und gegebenenfalls inneren Ecken der Profilleiste sind abgerundet, wobei die Ecke, an der die Wicklung aufliegt, mit einem größeren Radius versehen ist. Außerdem lehrt die D2 Profilleisten in Stangen herzustellen und die Profilleisten für den Aufbau der Spule in entsprechender länge zuzuschneiden.
AT 98 114 B und DD 01 52 021 A1 lehren den Aufbau einer Anordnung von Kühlluftkanälen mit isolierenden Profilleisten, deren Schenkel unterschiedliche Dicke aufweisen. Dabei stehen die Schenkel der jeweiligen Profilleiste rechtwinklig zueinander und die Ecke, an der die Wicklung aufliegt, ist mit einem Radius versehen.
Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, eine Anordnung nach dem Oberbegriff des Anspruches 1 anzugeben, mit dem es möglich ist, Kühlluft-Kanäle zwischen den Kernelementen und den inneren Lagen von Wicklungen oder an beliebiger Stelle innerhalb benachbarter Wicklungslagen anzubringen, ohne dass es hierzu spezieller Führungen für Distanzhalter bedarf. Für Transformatoren und Drosseln unterschiedlicher Baugröße soll nur noch ein einziger Typ von Distanzhaltern vorgehalten werden. Um möglichst flache Transformatoren und Drosseln schaffen zu können, sollen die Luftkanäle nur auf zwei sich gegenüberliegenden Seiten eines Kernteils angeordnet sein.
Die Erfindung löst diese Aufgabe durch die Anwendung der kennzeichnenden Merkmale bei einer gemäß dem Oberbegriff des Anspruches 1 ausgeführten Anordnung. Danach sollen die Distanzhalter von L-förmigem Querschnitt sein mit einem kürzeren Schenkel für die Vorgabe des Kühlluft-Kanalquerschnittes und mit einem längeren Schenkel geringer Dicke, der sich an das Kernelement bzw. eine darunterliegende Wicklungslage direkt anlegt. Durch die Verwendung von zweischenkligen Distanzhaltern ist eine automatische Positionierung der Distanzhalter unabhängig von ihrem Einbauort gegeben, wobei der längere Schenkel zusätzlich noch der Isolation benachbarter Wicklungslagen bzw. einer innerer Wicklung gegenüber einem Kernelement des Magnetkreises dient. Als besonders vorteilhaft wird angesehen, dass die Distanzhalter als stangenförmige Halbfabrikate vorgegebener Lange ausgeführt sein können, die für den Aufbau von Transformatoren und Drosseln entsprechend deren Abmessungen auftragsbezogen auf Länge gebracht werden können. Diese Ausprägung der erfindungsgemäßen Einrichtung ermöglicht die preiswerte Herstellung und Lagerhaltung der Distanzhalter.
Die Erfindung betrifft ferner ein Verfahren zur Herstellung der Anordnung.
Vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung sind in den Unteransprüchen angegeben.
Die Erfindung ist nachstehend anhand eines in der Zeichnung dargestellten Ausführungsbeispiels näher erläutert. Die Zeichnung zeigt in
1 in ausschnittsweiser perspektivischer Darstellung einen erfindungsgemäßen Distanzhalter und in
2 in einer Schnittdarstellung die Draufsicht auf einen Transformator mit zwei Kühlluft-Kanälen.
Der in 1 dargestellte Distanzhalter 1 besteht in an sich bekannter Weise aus einem elektrisch isolierenden, wärmefesten, nicht magnetischen Werkstoff. Er hat die Form eines L, dessen kürzerer Schenkel 2 ein im Wesentlichen rechteckiges Profil aufweist und dessen längerer Schenkel 3 mit einer Außenseite des Rechteckes fluchtet und sehr viel dünner ist als der kürzere Schenkel 2. Die Ecken des Rechteckes sind mit Ausnahme derjenigen Ecke, an der der längere Schenkel 3 ansetzt, abgerundet. Dabei ist der Krümmungsradius derjenigen Ecke, an der sich die Außenseiten der beiden Schenkel schneiden, größer als der der übrigen Ecken. Diese Abrundung soll das Überdehnen von Wicklungsdrahten beim Aufbringen einer Wicklung verhindern. Mit der nicht abgerundeten Ecke zwischen beiden Schenkeln 2 und 3 zentriert sich der Distanzhalter 1 selbsttätig auf dem Kernelement oder einer darunter liegenden Wicklung im Eckbereich des Kernelementes bzw. der Wicklung.
Diese Wirkungsweise lässt sich der 2 entnehmen. Dort ist ein quaderförmiges Kernelement 4 dargestellt, das als Träger für eine ein- oder mehrlagige Wicklung 5 dienen soll. Auf die vier Längskanten des Kernelementes 4 sind vier Distanzhalter 11 bis 41 aufgesetzt, wobei diese mit ihren Schenkelinnenseiten jeweils eine der vier Kanten des Kernelementes 4 umschließen. Die Distanzhalter sind so angeordnet, dass ihre kurzen Schenkel und ihre langen Schenkel jeweils paarweise aufeinander weisen. Zwischen den kurzen Schenkeln der jeweils zusammenwirkenden Distanzhalter 11 und 21 bzw. 31 und 41 entsteht beim Aufbringen der Wicklung 5 jeweils ein Luftkanal 6 bzw. 7 für die Kühlung der Wicklung 5 und des Kernes. Die langen Schenkel der Distanzhalter 11 und 31 bzw. 21 und 41 legen sich direkt an das Kernelement 4 an. Die Länge der langen Schenkel ist so bemessen, dass sie sich endseitig überlappen. Dadurch wird die innenliegende Windung der Wicklung 5 zusätzlich gegenüber dem Kernelement 4 elektrisch isoliert. Die Mindestdicke der langen Schenkel ist bestimmt durch die Isolationseigenschaften des verwendeten Werkstoffes und die geforderten Isolationseigenschaften zwischen den Wicklungen bzw. einer Wicklung und dem Magnetkern. Im Bereich der Kühlluft-Kanäle übernimmt die Luftstrecke zwischen dem Kernelement und der Wicklung 5 die Aufgaben einer zusätzlichen Isolation der Wicklung gegenüber dem Kernelement.
Die Distanzhalter werden beim Aufbringen einer Wicklung durch diese kraft- und formschlüssig am darunter liegenden Kernelement bzw. der darunter liegenden Wicklung fixiert. Sie sind vorzugsweise als stangenförmige Halbfabrikate vorgegebener Länge ausgeführt, die für den Aufbau von Transformatoren und Drosseln z. B. durch Sägen oder Brechen an vorgegebenen Soll-Bruchstellen auf die entsprechenden Abmessungen gebracht werden. Dieses Bearbeiten der Distanzhalter bezieht sich ausschließlich auf die Länge der Distanzhalter in Längsrichtung des abzudeckenden Kernelementes bzw. der abzudeckenden Wicklung. Die Distanzhalter bestehen mindestens im Bereich ihrer längeren Schenkel aus einem ein- oder mehrlagigen, ein- oder mehrfach mit Gießharz getränkten Glasfasermaterial.
Soll auf die Wicklung 5 eine wettere Wicklung oder eine weitere Wicklungslage aufgebracht werden, die von der darunter liegenden Wicklung durch weitere Kühlluft-Kanäle getrennt sein soll, so werden auf die vier Ecken der Wicklung 5 weitere erfindungsgemäß ausgestalteten Distanzhalter aufgesetzt und dann die neue Wicklungslage aufgetragen. Die Distanzhalter zentrieren sich selbst an den Kanten der Wicklung 5 und richten damit die aufzubringende Wicklung gegenüber der Wicklung 5 aus. Durch Einfügen weiterer Distanzhalter lassen sich weitere Kühlluft-Kanäle bilden, die zwar zu einer Vergrößerung des Volumens in X-Richtung aber nicht zu einer Vergrößerung in Y-Richtung führen. Damit ist es möglich, auch besonders schmale Transformatoren und Drosseln (mit kleinem Kernfenster) zu kühlen, ohne dass sich dabei ihre Einbautiefe wesentlich verändert.

Claims

Anordnung von Kühlluft-Kanälen (6, 7) an induktiven Bauelementen unter Verwendung von Distanzhaltern (11, 21, 31, 41), Kernelementen (4) und Wicklungen (5), wobei die Distanzhalter (11, 21, 31, 41) aus isolierendem, wärmefestem, nicht magnetischem Werkstoff bestehen, wobei die Distanzhalter (11, 21, 31, 41), zur Aufnahme von Wicklungen (5), um die Längskanten der Kernelemente (4) oder um die Längskanten von die Kernelemente umgreifenden Wicklungslagen greifen und wobei auf die Distanzhalter (11, 21, 31, 41) mindestens eine Wickellage aufgebracht ist, dadurch gekennzeichnet, dass die Distanzhalter (1) im Querschnitt L-förmig ausgebildet sind, mit einem kürzeren Schenkel (2) von rechteckigem Profil und einem längeren Schenkel (3) mit gegenüber dem kürzeren Schenkel geringerer Dicke.
Anordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Ecken der rechteckigen Querschnitts-flächen des kürzeren Schenkels (2) mit Ausnahme derjenigen, an der der längere Schenkel (3) ansetzt, abgerundet sind.
Anordnung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass der Krümmungsradius derjenigen Ecke, an der sich die von den Kernelementen (4) abgewandten Außenseiten der beiden Schenkel (2, 3) schneiden, größer ist als der der übrigen Ecken.
Anordnung nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass je Kernelement (4) bzw. Wicklungslage (5) zwei oder vier Distanzhalter (11, 21, 31, 34) vorgesehen und so angeordnet sind, dass sie paarweise mit ihren kürzeren Schenkeln (2) jeweils aufeinander weisen, wobei zwischen den kürzeren Schenkeln (2) der Distanzhalter (11, 21; 31, 41) die Kühlluft-Kanäle (6; 7) entstehen, wahrend die längeren Schenkel (3) der Distanzhalter (11, 31; 21, 41) direkt auf den Kernelementen (4) bzw. den Wicklungslagen aufliegen.
Anordnung nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass die Länge der längeren Schenkel (3) der Distanzhalter mindestens gleich der halben Höhe der Kernelemente (4) bzw. Wicklungslagen (5) ist.
Anordnung nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass mindestens der längere Schenkel der Distanzhalter aus mindestens einer harzgetränkten Glasfasermatte besteht.
Verfahren zur Herstellung einer Anordnung von Kühlluft-Kanälen (6, 7) an induktiven Bauelementen unter Verwendung von Distanzhaltern (11, 21, 31, 41), Kernelementen (4) und Wicklungen (5) nach einem der vorstehenden Ansprüche, mit den Schritten. Vorsehen von Distanzhaltern (11, 21, 31, 41), die aus isolierendem, wärmefestem, nicht magnetischem Werkstoff bestehen, Anordnen der Distanzhalter (11, 21, 31, 41), zur Aufnahme von Wicklungen (5), so dass die Distanzhalter (11, 21, 31, 41) um die Längskanten der Kernelemente (4) oder um die Längskanten von die Kernelemente umgreifenden Wicklungslagen greifen, und Aufbringen mindestens einer Wickellage auf die Distanzhalter (11, 21, 31, 41), dadurch gekennzeichnet, dass die Distanzhalter (1) im Querschnitt L-förmig ausgebildet sind, mit einem kürzeren Schenkel (2) von rechteckigem Profil und einem längeren Schenkel (3) mit gegenüber dem kürzeren Schenkel geringerer Dicke.
Verfahren nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, dass die Distanzhalter (11, 21, 31, 41) als stangenförmige Halbfabrikate vorgegebener Länge ausgeführt und bei der Herstellung der Anordnung für den Aufbau von Transformatoren und Drosseln entsprechend deren Abmessungen auf Länge gebracht werden.