EP0133220A2

EP0133220A2 - Elektrischer Leiter

Info

Publication number: EP0133220A2
Application number: EP84107968A
Authority: EP
Inventors: Wolfgang Völker; Karl Ing. Grad. Kratzla
Original assignee: Kabel- und Lackdrahtfabriken GmbH
Current assignee: Kabel- und Lackdrahtfabriken GmbH
Priority date: 1983-07-22
Filing date: 1984-07-07
Publication date: 1985-02-20
Also published as: EP0133220A3

Abstract

Die Erfindung betrifft einen elektrischen Leiter mit Teilleiter-Transposition nach Roebel, der aus insbesondere sechs Teilleitern bzw. Elementen kernlos verseilt ist. Die Teilleiter bzw. Elemente bestehen entweder aus einzelnen runden, durchgehend isolierten Lackdrähten (8) oder aus Seilen (7), die sich ihrerseits aus einer Vielzahl von runden durchgehend isolierten Lackdrähten zusammensetzen. Hauptanwendungsgebiet für diese Leiter sind Spulen für Transformatoren, Drosseln und Hochenergie-Magnete.

Description

Die Erfindung betrifft einen elektrischen Leiter mit Roebel-Charakteristik, der aus insbesondere sechs Einzelelementen ohne zentralen Kern verseilt ist.
Solche Leiter sind aus dem deutschen Gebrauchsmuster 6 909 855 bekannt. Dort werden sechs blanke Kupferdrähte mit oder ohne einem thermoplastischen Kern verseilt und anschließend derart verformt, daß sich Segmente bilden, wobei der Kern in die Zwischenräume tritt. Dieser Stand der Technik ist jedoch nicht befriedigend. Wird nämlich mit Kern verseilt, läßt sich der Roebel-Effekt nur unvollkommen verwirklichen. Jeder Einzeldraht müßte möglichst mehrmals,
bezogen auf die Gesamtlänge des Seiles, die Position aller anderen isolierten Einzelleiter einnehmen bzw. durchlaufen, was im Falle der Verwendung eines Zentralseiles nur in sehr beschränktem Maße möglich ist.
Auf der anderen Seite ist die gegenseitige Isolierung der blanken Drähte allein durch die in die Zwischenräume gequetschte Masse keinesfalls ausreichend, so daß jedenfalls für Anwendungen als Spulen und dgl. bei elektrischen Maschinen und Transformatoren erhebliche Wirbelstrcmverluste zu erwarten sind. Wird aber ohne plastischen Kern verseilt, entfällt der Roebel-Effekt deshalb gänzlich, weil die blanken Drähte sich gegenseitig berühren.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, die vorgenannten Nachteile des Standes der Technik zu beseitigen und einen Leiter zu schaffen, bei dem unter Verwendung von preislich günstig zur Verfügung stehenden Elementen selbst bei hohen Frequenzen die Stromverdrängung (Skin-Effekt) und andere magnetische Verluste erheblich reduziert sind.
Diese Aufgabe wird bei einem Leiter der eingangs genannten Art erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß die Elemente einzelne runde durchgehend isolierte Lackdrähte sind oder Seile aus einer Vielzahl von runden durchgehend isolierten Lackdrähten.
Hauptanwendungsgebiet für die Leiter gemäß der Erfindung sind Spulen für Transformatoren, Drosseln und Hochenergie-Magnete.
Bei einer vorteilhaften Ausführungsform der Erfindung setzen sich die Seile aus jeweils 50 bis 150 Einzel-Lackrunddrähten zusammen. Es könnten auch höhere oder niedrigere Werte benutzt werden, jedoch wird bei Verwendung einer Zahl unter 50 der Einzeldraht bei bestimmten Querschnittsanforderungen zu dick und damit das daraus gefertigte Seilelement und der fertige Leiter zu unflexibel. Auf der anderen Seite wird eine Anzahl von über 150 Drähten in den meisten Fällen fertigungstechnisch zu aufwendig sein. Die Verseilart der einzelnen Elemente ist bezüglich des Röbel-Effektes nicht von Bedeutung, die Verseilung kann deshalb auch mit Kern erfolgen und mehrlagig sein.
Weiterhin ist es von Vorteil, Einzeldrähte zu verwenden, die eine mechanisch-resistente Lackisolierung aufweisen. Besonders bewährt hat sich Polyvinylacetal wegen seiner besonders hohen Abriebfestigkeit und einer guten Verträglichkeit für viele Kühlmedien, wie sie für elektrische Spulen üblicherweise verwendet werden. Auch Esterimide sind besonders geeignet, vor allem im Falle höherer Temperaturbelastungen. Der aus den Elementen zusammengefügte elektrische Leiter kann verformt werden. Entsprechend ist die Herstellung segmentförmiger Verformungsquerschnitte möglich, wie z.B. Rechteck-, Trapez- und Dreieckform. Bezüglich der Schichtdicken des Lackes empfiehlt sich eine Größenordnung zwischen 25 und 50 µm.
Schließlich ist es von Vorteil, den fertiggestellten runden oder verformten Leiter zu bewickeln. Besonders empfiehlt sich Glasgewebeband. Die Bewicklung dient als Zusatzisolierung gegenüber spannungführenden Teilen sowie als mechanischer Schutz.
Weitere vorteilhafte Ausführungsformen sind in weiteren Unteransprüchen gekennzeichnet.
Im Rahmen der Erfindung liegt auch die weiterhin bevorzugte Gestaltung, daß mehrere Leiter um einen zentralen vorzugsweise metallischen Kühlkanal herum angeordnet sind, für sich die Forderung der Einzelleiter-Transposition nach Roebel erfüllen, aus Elementen aus einer Vielzahl von Lackdrähten bestehen und nachverformt sind. Dabei ist es von Vorteil, daß die einzelnen Lackdrähte zusätzlich mit einer zunächst elastischen Masse beschichtet sind, die bei Erwärmung aushärtet, so daß die Leiter samt Kühlkanal eine festverbundene, die einmal eingenommene Form beibehaltende Baueinheit bilden. Als zunächst elastische Masse, die bei Erwärmung aushärtet, können sowohl Thermoplaste wie auch Duroplaste in Frage kommen. Im ersteren Falle sind Polyamide bevorzugt, im letzteren Epoxidmassen, wobei jeweils Verträglichkeit mit dem darunter befindlichen Isolierlack bestehen muß.
Im folgenden wird die Erfindung anhand eines Ausführungsbeispieles näher erläutert, aus dem sich weitere Merkmal und Vorteile der Erfindung ergeben.
In der zugehörigen Zeichnung zeigt:

Fig. 1 einen kernlos verseilten Leiter, an verschiedenen Stellen (a bis f) geschnitten;
Fig. 2 einen Querschnitt durch einen Leiter gemäß Figur 1, nach Verformung;
Fig. 3 einen Querschnitt durch einen typischen Leiter nach Verformung;
Fig. 4 einen einzelnen Lackdraht mit zusätzlicher Beschichtung;
Fig. 5 einen Gesamtleiter mit Kühlkanal.

In Figur 1 ist der in der Praxis sich einstellende Zustand bei kernloser Verseilung von sechs Elementen gezeigt, wobei abwechselnd die verschiedenen Elemente 1 bis 6 die Mittellage einnehmen und wo - wie ersichtlich - eine echte Transposition der einzelnen Elemente bzw. Drähte 1 bis 6 im Sinne der Roebel⁼Charakteristik möglich ist. Die Einzelbilder zeigen Querschnitte durch den fertigen Leiter innerhalb einer Schlaglänge (360° Korbdrehung). Figur 1a entspricht dem Ausgangspunkt mit 0° Korbdrehung, Figur 1b einer Drehung um 60°, Figur 1c entsprechend 120°, Figur 1d entsprechend 180°, Figur 1e 240° und Figur 1f schließlich entsprechend 300°, wobei bei 360° Drehung wieder der Ausgangszustand gemäß Figur 1a erreicht wäre. Die Transposition ist durch die Bezifferung 1 bis 6 der einzelnen Elemente deutlich ersichtlich.
Wie schon ausgeführt, kann es sich bei den einzelnen Elementen 1 bis 6 um massive Einzeldrähte oder aber auch um ihrerseits wieder ein- oder mehrlagig verseilte Elemente (ggf. ohne Roebel-Charakteristik) handeln. Bei den Einzeldrähten kann es sich um übliche Lackdrähte mit Leiter aus Kupfer oder NE-Metallen oder NE-Legierungen handeln und einer Isolierschicht vorzugsweise aus geeigneten Duroplasten, insbesondere Polyvinilacetal oder für noch höhere thermische Belastung Polyesterimide.
In den Figuren 2 und 3 ist noch eine Art der Verformung des Leiters gemäß Fiugr 1 gezeigt, nämlich ein Querschnitt durch einen rechteckig verformten fertiggestellten Leiter. Figur 2a zeigt den Ausgangspunkt, Figur 2b den Querschnitt nach einer halben Schlaglänge entsprechend 180° bzw. entsprechend Figur 1d. Figur 2 ist idealisiert, Figur 3 ist praxisgemäß dargestellt.
In Figur 3 ist ein Querschnitt durch einen typischen fertiggestellten Leiter gezeigt. Die Elemente sind nicht Drähte, sondern Seile, mit 7 bezeichnet, wobei jedes Seil wieder aus neun Lackdrähten 8 hergestellt ist. Es versteht sich, daß die Seile 7 in der Regel allerdings aus sehr viel mehr Einzeldrähten 8 hergestellt sind, wobei eine mehrlagige Verseilung mit Kern (ohne Verroebelung) der Normalfall ist.
In Figur 4 ist ein einzelner Lackdraht (8) dargestellt. Der Drahtkern selbst ist mit 11 bezeichnet, die Lackschicht mit 12 bezeichnet. Diese wird in bekannterweise aus Duroplastlösungen bzw. -dispersionen aufgebracht, doch kann in Einzelfällen auch statt dessen eine thermo plastisch extrudierte Schicht als Isolierung aufgebracht sein. Auf die Schicht 12 kann nun zusätzlich eine Schicht 13 aufgebracht, insbesondere aufextrudiert sein, welche aus einer zunächst elastischen Masse besteht, die nach Erwärmung aushärtet. Eine solche zusätzliche Beschichtung, ist dann von Vorteil, wenn der Leiter auf diese Weise fest zusammengehalten werden soll bzw. wenn er nach Verformung vor Ort in einer erwünschten Form gehalten werden soll.
Figur 5 zeigt schließlich einen Leiter mit Kühlkanal 20, wobei es sich z.B. um ein blankes Kupfer-Vierkantrohr handeln kann. Um dieses sind vier rechteckige Leiter 15 angeordnet, deren Aufbau aus Figur 3 hervorgeht. Jeder Leiter besteht aus sechs Elementen 7, wie dies in der Figur angedeutet ist. Die Abmessungen der vier Leiter 15 sind so gewählt, daß der Gesamtaufbau wiederum einen quadratischen Querschnitt aufweist. Die vier Leiter 15 sind mit einem Glasgeflechtband 16 umwickelt. Es versteht sich, daß jeder der Leiter 15 für sich betrachtet veroebelt ist, die Elemente 7 brauchen die Forderung der Transposition nach Roebel nicht zu erfüllen.
Bei den üblichen Herstellungsarten fallen die (einzelnen) Leiter bei der Rundverseilung aus bevorzugt sechs Elemen ten in runder Form an und können anschließend z.B. verformt werden in Rechteckform, quadratische Form, Trapezform, je nach den geometrischen Erfordernissen für den Aufbau von Leitern mit Kühlkanal.

Claims

1. Elektrischer Leiter mit Teilleiter-Transposition nach Roebel, der aus insbesondere sechs Teilleitern bzw. Elementen ohne zentralen Kern verseilt ist, dadurch gekennzeichnet, daß die Elemente (1 bis 6) einzelne runde durchgehend isolierte Lackdrähte sind oder Seile (7) aus einer Vielzahl von runden durchgehend isolierten Lackdrähten (8).

2. Elektrischer Leiter nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Seile (7) sich ihrerseits aus 50 bis 150 runden einzelnen Lackdrähten (8) zusammensetzen.

3. Elektrischer Leiter nach Anspruch 1 oder 2, gekennzeichnet durch Lackdrähte mit einer mechanisch und thermisch resistenten Lackisolierung.

4. Elektrischer Leiter nach einem der vorangehenden Ansprüche, gekennzeichnet durch eine Lackisolierung aus Polyvinylacetal oder Polyesterimid.

5. Elektrischer Leiter nach einem der vorangehenden Ansprüche, gekennzeichnet durch die Verwendung von Lack-Einzeldraht (8) mit einem Leiterdurchmesser von 0,2 bis 2,0 mm.

6. Elektrischer Leiter nach einem der vorangehenden Ansprüche, gekennzeichnet, daß sechs Elemente (1 bis 6) mit einer Schlaglänge von 100 bis 500 mm rundverseilt sind.

7. Elektrischer Leiter nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß er zu einem rechteckigen oder quadratischen Querschnitt nachverformt ist.

8. Elektrischer Leiter nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Dicke der aufgetragenen, isolierenden Lackschicht auf den einzelnen Runddrähten (8) einer Mindestspannungsfestigkeit von 500 V genügt.

9. Elektrischer Leiter nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß der Leiter eine äußere Wickelisolierung aufweist.

10. Elektrischer Leiter nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die einzelnen Lackdrähte (8) zusätzlich zur Isolierschicht (12) mit einer Schicht (13) aus einer zunächst elastischen Masse versehen sind, die bei Erwärmung aushärtet, so daß der Leiter eine einmal angenommene Form beibehält.

11. Elektrischer Leiter, aufgebaut aus mehreren Leitern gemäß einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet. daß die Leiter (15) um einen zentralen vorzugsweise metallischen Kühlkanal (20) herum angeordnet sind, für sich die Forderung der Einzelleiter-Transposition nach Roebel erfüllen, aus Elementen (7) aus einer Vielzahl von Lackdrähten bestehen und nachverformt sind.

12. Elektrischer Leiter nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, daß der Kühlkanal ein quadratisches oder rechteckiges Rohr (20) ist, um das vier vorzugsweise identische rechteckig nachverformte Leiter (15) angeordnet sind, deren Verbund einen geschlossenen quadratischen oder rechteckigen Körper bildet.

13. Elektrischer Leiter nach Anspruch 11 oder 12, dadurch gekennzeichnet, daß die einzelnen Lackdrähte (8) zusätzlich mit einer zunächst elastischen Masse beschichtet sind, die bei Erwärmung aushärtet, so daß die Leiter (15) samt Kühlkanal (20) eine festverbundene, die einmal eingenommene Form beibehaltende Baueinheit bilden.