DE3625964A1 - Transformator - Google Patents

Description

Die Erfindung bezieht sich auf einen Transformator für sicherheitstechnische Anforderungen, insbesondere Kleintransformator für Büro- und Haushaltsmaschinen, mit auf einem Kern im wesentlichen konzentrisch angeordneten Wicklungen, von denen jede auf einem einen Flansch aufweisenden Spulenkörper aus Isoliermaterial aufgebracht ist.

Bei solchen Transformatoren war bisher vorgesehen, die Spulenkörper hinsichtlich der sich in deren Längsrichtung erstreckenden Abmessungen der Wickelräume gleich auszubilden. Dabei mußte, um die von den Sicherheitsvorschriften z. B. DIN IEC 380/VDE 0806 bei einer solchen Konstruktion verlangte doppelte Isolation bzw. verstärkte Isolation zu erfüllen zwischen den Wicklungen eine überstehende Isolation eingelegt werden, wodurch aber das Verhältnis von Wickelraum zur überstehenden Isolation sehr ungünstig wird. Das Hochziehen bzw. Aufklappen dieser überstehenden Isolation entlang des Wickelflansches ist überdies, abgesehen von der Materialbeanspruchung, nur sehr aufwendig fertigbar. Eine andere Möglichkeit besteht in der Verwendung einer verstärkten Isolation statt der zuvor erwähnten doppelten Isolation. Dabei ergibt sich aber der Nachteil, daß relativ große Wandstärken von z. B. 2 mm vorgesehen werden müßten, wodurch sich bei kleinen Baugrößen ebenfalls ein sehr ungünstiges Verhältnis für den verbleibenden Wickelraum ergibt. Dabei fällt besonders störend der Umstand ins Gewicht, daß sich dadurch der Durchmesser der Wicklungen erhöht.

Ziel der Erfindung ist es, diese Nachteile zu vermeiden und einen Transformator der eingangs erwähnten Art vorzuschlagen der einfach herstellbar ist und bei dem sich ein relativ großer Wickelraum ergibt.

Erfindungsgemäß wird dies dadurch erreicht, daß die sich in Längsrichtung der Spulenkörper erstreckende Länge des Wickelraumes zweier benachbarter Spulenkörper unterschiedlich ist, und daß zwischen den aufeinanderfolgenden Wicklungen jeweils eine gesonderte Isolation vorgesehen ist.
Damit wird auf sehr einfache Weise erreicht, daß die erforderliche Isolationsstrecke auch bezüglich der an den Flanschen anliegenden innersten Windungen selbst dann sichergestellt ist, wenn die gesonderte Isolation, die z. B. durch eine oder mehrere Lagen eines Isolierbandes gebildet sein kann, aufgrund von unvermeidlichen Herstellungstoleranzen nicht exakt mit den Flanschen abschließt. Durch den vorgeschlagenen Aufbau wird der bereits erwähnten Vorschrift in der Weise entsprochen, daß in den Randbereichen der Wickelräume aufgrund ihrer unterschiedlichen Längen eine verstärkte Isolation vorhanden ist, wogegen in dem durch den kürzeren Wickelraum begrenzten Bereich eine doppelte Isolation vorhanden ist. Dadurch kann mit relativ kleinen Wandstärken der Spulenkörper das Auslangen gefunden werden. Es weist zwar jeder zweite Spulenkörper einen verkürzten Wickelraum auf, doch fällt dies verglichen mit den herkömmlichen Konstruktionen nicht ins Gewicht, da auch das Hochziehen den überstehenden Lagenisolation den möglichen Wickelraum einengt.

Durch die vorgeschlagenen Maßnahmen wird die Herstellung der Transformatoren wesentlich vereinfacht, da die zumindest in den Flanschbereichen vorgesehene gesonderte Isolation ohne großen Aufwand einfach auf den Spulenkörper, z. B. in Form eines Isolierbandes, aufgewickelt werden kann. Dabei entfällt das bisher erforderliche Hochziehen dieser Isolation.

Eine Weiterbildung eines erfindungsgemäßen Transformators kann darin bestehen, daß bei von innen nach außen abwechselnd aufeinanderfolgenden Spulenkörpern mit größerer und kleinerer Wickelraumlänge bei einem auf einen Spulenkörper mit größerer Wickelraumlänge folgenden Spulenkörper mit kleinerer Wickelraumlänge die gesonderte Isolation zumindest auf die Wicklung im Spulenkörper mit der größeren Wickelraumlänge aufgelegt und bei einem auf einen Spulenkörper mit kleinerer Wickelraumlänge folgenden Spulenkörper mit größerer Wickelraumlänge die gesonderte Isolation in den Spulenkörper mit der größeren Wickelraumlänge eingelegt ist u.s.f.. Hierdurch kann in besonders einfacher Weise das eingangs dargelegte Isolationsproblem bei Transformatoren für sicherheitstechnische Anforderungen gelöst werden, welche untereinander verschachtelte Wicklungen aufweisen.

Nach einem weiteren Merkmal der Erfindung kann vorgesehen sein, daß sich die Länge der Wickelräume zweier benachbarter Spulenkörper um den Wert k voneinander unterscheiden wobei

k = 2 · d ² - W ²

ist und d der, z. B. durch die Norm vorgegebene Wert für die gesamte Isolationsdicke der verstärkten Isolation in mm zwischen diesen beiden Spulenkörpern und W die Wandstärke in mm des hülsenformigen Bereiches jenes Spulenkörpers bedeutet, der einen Teil dieser verstärkten Isolation bildet, und daß die Wickelräume benachbarter Spulenkörper hinsichtlich ihrer senkrecht zur Längsachse des Spulenkörpers verlaufenden Mittelebene symmetrisch angeordnet sind.

Bei den für die üblichen Netzspannungen vorgesehenen Geräten sind aufgrund der bestehenden Vorschriften bei Ausführungen mit doppelter Isolation für die Spulenkörper meist Wandstärken von 1 mm erforderlich, wogegen bei Ausführungen mit verstärkter Isolation Isolierstrecken von 2 mm vorgeschrieben sind. Durch die Einhaltung der angegebenen Beziehung ist es möglich mit einer minimalen Wandstärke des Spulenkörpers das Auslangen zu finden und trotzdem in den kritischen Randbereichen der Wickelräume die bei verstärkter Isolation gestellten Forderungen zu erfüllen.

Die Erfindung wird nun an Hand der Zeichnung näher erläutert. Dabei zeigt:

Fig. 1 schematisch die Wicklungsanordnung eines erfindungsgemäßen Transformators mit nicht isoliertem Eisenkern und zwei Wicklungen,

Fig. 2 schematisch die Wicklungsanordnung eines anderen erfindungsgemäßen Transformators mit isoliertem Eisenkern und gleichfalls zwei Wicklungen und

Fig. 3 schematisch die Anordnung der Spulenkörper eines weiteren als Lufttransformator ausgebildeten erfindungsgemäßen Transformators mit vier, miteinander verschachtelten Wicklungen.

Auf einen Schenkel 1 eines nicht isolierten Eisenkern 2 ist in üblicher Weise ein Spulenkörper 3 aufgeschoben. Der hülsenförmige Abschnitt 4 des Spulenkörpers 3 ist mit einer Isolierung 5, z. B. in Form eines aufgewickelten Isolierbandes, umwickelt, die im Sinne der Vorschrift DIN IEC 380/VDE 0806 die Basisisolation der Wicklung gegenüber den Eisenkern darstellt. Der Spulenkörper 3 selbst stellt in diesem Sinne der Vorschrift DIN IEC 380/VDE 0806 die zusätzliche Isolation dar. Die Flansche 6 dieses Spulenkörpers 3 weisen eine größere Wandstärke als dessen hülsenförmiger Abschnitt 4 auf.

Auf diesen Spulenkörper 3, dessen Wickelraum 7 von einer nicht dargestellten Wicklung erfüllt ist, ist ein Spulenkörper 8 ohne weitere Zwischenisolierung aufgeschoben. Dessen hülsenförmiger Abschnitt 9 ist zusätzlich mit einer Isolierung 10 umwickelt. Der Wickelraum 11 dieses Spulenkörpers 8 weist aufgrund der gegenüber den Flanschen 6 des Spulenkörpers 3 dünneren Flanschen 12, deren Wandstärke etwa gleich jener des hülsenförmigen Abschnittes 9 ist, gegenüber dem Wickelraum 7 des Spulenkörpers 3 eine größere Länge auf. Dadurch wird im Sinne einer Erhöhung der Isolation zwischen den beiden Wicklungen erreicht, daß die Strecke d von dem dem Inneren des Wickelraumes zugekehrten stirnseitigen Rand 17 eines jeden Flansches 6 des Spulenkörpers 3 zur inneren Kante 18 eines jeden Flansches 12 des darauffolgenden Spulenkörpers 8 größer als die Strecke b ist, die der Normalabstand des Randes 17 des Flansches 6 vom Boden des Wickelraumes 11 des Spulenkörpers 9 ist. Für den Fall von Mann an Mann liegenden Spulenkörpern ist der Normalabstand b identisch mit der Wandstärke w in mm des hülsenförmigen Bereiches des Spulenkörpers 8, und a ist identisch mit der z. B. durch die Norm DIN IEC 380/VDE 0806 vorgeschriebenen gesamten Isolationsdicke d der verstärkten Isolation in mm. Durch diese beiden Maßnahmen - unterschiedliche Wickelraumlänge einerseits und Aufbringen einer gesonderten Isolation 10 andererseits - wird die bei Transformatoren für sicherheitstechnischen Anforderungen, z. B. gemäß DIN IEC 380/VDE 0806, erforderliche gegenseitige Isolierung der Wicklungen, insbesondere in dem Bereich der aneinandergrenzenden Flansche der Spulenkörper, sichergestellt. Als Basisisolation für den nicht isolierten Eisenkern 2 sind noch Isolierscheiben 13 und eine auf den zweiten Schenkel 14 des Kerns 2 aufgeschobene Isolierhülse 15, sowie eine Isolation 16 vorgesehen. Diese Teile 13, 15 und 16 sind einfach herstellbar und können auch durch einfaches Überschieben bzw. Auflegen auf den Kern 2 aufgebracht werden, wodurch sich ein entsprechend geringer Montageaufwand ergibt.

Fig. 2 zeigt eine weitere mögliche Ausführungsform eines erfindungsgemäßen Transformators, welcher unter Verwendung eines isolierten metallischen Kernes aufgebaut ist. Zufolge der bereits auf dem isolierten Kern 21 vorhandenen Isolation erübrigt es sich die Isolationen 5, 13, 15 und 16 gemäß Fig. 1 vorzusehen. Bei dieser Ausführungsform weist der innerste Spulenkörper 22 die größere Wickelraumlänge und der konzentrisch hierzu angeordnete darauffolgende äußere Spulenkörper 23 die kleinere Wickelraumlänge auf. Die zur Sicherstellung der gegenseitigen Isolation der beiden von den Wickelräumen 24 und 25 aufgenommenen Wicklungen erforderliche gesonderte Isolation 27 ist bei diesem Ausführungsbeispiel auf die Außenseite der im inneren Spulenkörper mit der größeren Wickelraumlänge angeordneten Wicklung aufgelegt.

Alternativ könnte die gesonderte Isolation auch, z. B. bei einer bündig mit den Flanschen 28 abschließenden Wicklung, auf den inneren Spulenkörper - von einem Flansch zum anderen - aufgelegt sein.

Bei dem Ausführungsbeispiel gemäß Fig. 2 wird gleichfalls im Sinne einer Erhöhung der Isolation zwischen den beiden Wicklungen erreicht, daß die dort mit a bezeichnete Strecke von dem dem Inneren des Wickelraumes zugekehrten stirnseitigen Rand 29 eines jeden Flansches 28 des inneren Spulenkörpers 22 zur inneren Kante 30 eines jeden Flansches 31 des darauffolgenden Spulenkörpers 23 größer als die Strecke b ist, die der Normalabstand des Randes 29 des Flansches 28 vom Boden des Wickelraumes 25 des Spulenkörpers 23 ist. Auch hier gilt, daß für den Fall von Mann an Mann liegenden Spulenkörpern 22, 23 der Normalabstand b identisch mit der Wandstärke W in mm des hülsenförmigen Bereiches des Spulenkörpers 23 und a identisch mit der z. B. durch die Norm DIN IEC 380/VDE 0806 vorgeschriebenen gesamten Isolationsdicke d der verstärkten Isolation in mm ist.

Fig. 3 zeigt im Schnitt schematisch eine Hälfte eines Lufttransformators mit vier Spulenkörpern 30, 40, 50, 60, die für die Aufnahme von miteinander verschachtelten Wicklungen bestimmt sind. Es wechseln sich hier Spulenkörper mit größerer und kleinerer Wickelraumlänge ab. Die Anordnung der erfindungsgemäß vorzusehenden gesonderten Isolation 70 ist hierbei so getroffen, daß bei einem auf einen Spulenkörper 30, 50 mit größerer Wickelraumlänge folgenden Spulenkörper 40, 60 mit kleinerer Wickelraumlänge die gesonderte Isolation 70 auf in den Spulenkörper 30, 50 mit der größeren Wickelraumlänge jeweils die Außenseite der Wicklung aufgelegt und bei einem auf einen Spulenkörper 40 mit kleinerer Wickelraumlänge folgenden Spulenkörper 50 mit größerer Wickelraumlänge die gesonderte Isolation 70 in den Spulenkörper 50 mit der größeren Wickelraumlänge eingelegt ist. Diese Ausführungsform ist nicht auf einen Lufttransformator beschränkt, sondern kann in der gleichen Weise auch zusammen mit einem isolierten bzw. unisolierten metallischen Kern Verwendung finden.

Gleiches gilt auch für die Ausführungsform gemäß Fig. 2, welche auch zusammen mit einem nichtisolierten metallischen Kern Verwendung finden kann, wobei aber dann die Isolierungen 5, 13, 15 und 16 gemäß Fig. 1 Verwendung finden müssen. Prinzipiell können die Isolierungen 15 und 16 auch aus einem Stück bestehen.
Auch bei dem Ausführungsbeispiel gemäß Fig. 3 gilt für die Größe a = d und b = W das in Zusammenhang mit dem Ausführungsbeispiel gemäß Fig. 1 und Fig. 2 Gesagte.

Als besonders vorteilhaft hat es sich bei konzentrisch angeordneten Spulenkörpern erwiesen, wenn sich die Wickelraumlängen zweier benachbarter Spulenkörper um den Wert unterscheiden. Hierbei bedeutet d den im allgemeinen durch die Norm DIN IEC 380/VDE 0806 vorgegebenen Wert für die gesamte Isolationsdicke der verstärkten Isolation in mm zwischen den beiden Spulenkörpern und W die Wandstärke in mm des hülsenförmigen Bereiches jenes Spulenkörpers der einen Teil dieser verstärkten Isolation bildet. Bei dem Ausführungsbeispiel gemäß Fig. 1 handelt sich hierbei um die Spulenkörper 3 und 8, bei dem Ausführungsbeispiel gemäß Fig. 2 um die Spulenkörper 22 und 23 und bei dem Ausführungsbeispiel gemäß Fig. 3 um die Aufeinanderfolge der Spulenkörper 30, 40 bzw. 40, 50 bzw. 50, 60. Bei einem praktischen Ausführungsbeispiel beträgt d gleich 2 mm und W gleich 1 mm, sodaß sich die Wickelraumlängen zweier benachbarter Spulen um den Faktor k = 2 · √3 unterscheiden.

Claims (3)

1. Transformator für sicherheitstechnische Anforderungen, insbesondere Kleintransformator für Büro- und Haushaltsmaschinen, mit im wesentlichen konzentrisch angeordneten Wicklungen, von denen jede auf einem einen Flansch aufweisenden Spulenkörper aus Isoliermaterial aufgebracht ist, dadurch gekennzeichnet, daß die sich in Längsrichtung der Spulenkörper (3, 8; 22, 23; 30, 40, 50, 60) erstreckende Länge des Wickelraumes (7, 11) zweier benachbarter Spulenkörper (3, 8; 22, 23; 30, 40, 50, 60) unterschiedlich ist, und daß zwischen den aufeinanderfolgenden Wicklungen jeweils eine gesonderte Isolation (10; 27; 70) vorgesehen ist.

2. Transformator nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß bei von innen nach außen abwechselnd aufeinanderfolgenden Spulenkörpern (30, 40, 50, 60) mit größerer und kleinerer Wickelraumlänge bei einem auf einen Spulenkörper (30, 50) mit größerer Wickelraumlänge folgenden Spulenkörper (40, 60) mit kleinerer Wickelraumlänge die gesonderte Isolation (70) zumindest auf die Wicklung im Spulenkörper (30, 50) mit der größeren Wickelraumlänge aufgelegt und bei einem auf einen Spulenkörper (40) mit kleinerer Wickelraumlänge folgenden Spulenkörper (50) mit größerer Wickelraumlänge die gesonderte Isolation (70) in den Spulenkörper (50) mit der größeren Wickelraumlänge eingelegt ist, u.s.f..

3. Transformator nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß sich die Länge der Wickelräume (7, 11) zweier benachbarter Spulenkörper (3, 8; 22, 23; 30, 40, 50, 60) um den Wert k voneinander unterscheiden, wobei ist und d der, z. B. durch die Norm vorgegebene Wert für die gesamte Isolationsdicke der verstärkten Isolation in mm zwischen diesen beiden Spulenkörpern und W die Wandstärke in mm des hülsenformigen Bereiches jenes Spulenkörpers (8; 23; 40 bzw. 50 bzw. 60) bedeutet, der einen Teil dieser verstärkten Isolation bildet, und daß die Wickelräume benachbarter Spulenkörper (6, 8; 22, 23, 30, 40, 50, 60) hinsichtlich ihrer senkrecht zur Längsachse des Spulenkörpers verlaufenden Mittelebene symmetrisch angeordnet sind.