EP1772877B1

EP1772877B1 - Induktives Bauteil mit optimierter Wärmeableitung

Info

Publication number: EP1772877B1
Application number: EP06011057A
Authority: EP
Inventors: Christof Gulden; Wilhelm Krämer; Ulrich Kleineidam
Original assignee: Sts Spezial-Transformatoren-Stockach & Co KG GmbH
Current assignee: Sts Spezial-Transformatoren-Stockach & Co KG GmbH
Priority date: 2005-06-02
Filing date: 2006-05-30
Publication date: 2009-12-09
Anticipated expiration: 2026-05-30
Also published as: EP1729310A1; ES2299118T3; EP1729310B1; DE502006000228D1; DK1729310T3; EP1772877A1; ATE381766T1; DE502006005568D1; ES2337279T3; ATE451703T1; DE202005008757U1; DK1772877T3

Description

Gebiet der Erfindung

Die Erfindung betrifft ein Induktives Bauteil, beispielsweise einen Transformator oder eine Drossel, aber insbesondere einen Mittelfrequenz-Transformator (MF-Transformatoren) mit galvanischer Trennung, wie sie beispielsweise für Anwendungen im Bereich der Schienenverkehrstechnik und der Industrie eingesetzt werden.

Stand der Technik

Transformatoren und Drosseln sind essentielle Bauteile in der Elektrotechnik, im Industrieanlagenbau, im Schienenfahrzeugbau und allgemein in vielen Technologiebereichen (u.a. auch bei Flugzeugen/Satelliten). Dennoch wurden Leistungsverdichtungen bei der Konzeptionierung von Transformatoren und Drosseln in der Vergangenheit in nur begrenztem Umfang realisiert. Bekannte Rechteck- und Zylinderkonstruktionen beispielsweise haben ein Leistungsgewicht von ca. 0,4-0,6 g/W bei 6-12 kHz bei einer Übertragungsleistung zwischen 30 und 50 kVA.
Eine deutliche Verbesserung bezüglich Leistungsgewicht und Verdichtung stellt die Patentschrift DE 102 03 246 B4 dar. Gemäß dieser Erfindung wird eine deutliche Verbesserung der Leistungsdichte von MF-Trafos hier mit einer Wicklung erzielt.
Trotz der in der vorstehend benannten Patentschrift aufgezeigten technischen Fortschritte bezüglich technischen Daten und Einsatzmöglichkeiten sind weitere erfinderische Fortschritte in Richtung Leistungssteigerung unter Beibehaltung von Bauformen und verbesserter Bauformen und Herstellung möglich. Für viele Anwendungen, insbesondere im mobilen Bereich, aber auch bei den meisten industriellen Applikationen, besteht jedoch ein Bedarf an noch höheren Leistungen bei möglichst ähnlichen, besonders aber weiter entwickelter Bauformen.
MF-Transformatoren, auch andere Trafos und Drosseln für Industrie- und Schienenverkehr, werden traditionell nur an der Wicklung oder an Spalten mit Luft oder anderen Medien gekühlt.
Für den magnetischen Kreis werden teilweise zusätzliche Kühlflächen oder indirekte Flüssigkeitskühleinrichtungen installiert, wodurch das Volumen und Gewicht der Transformatoren reduziert werden kann.
Derzeitige Bauformen, wie sie seit Anbeginn der Elektrotechnik üblich sind und wenig verändert gebaut werden, gestatten aber nicht die optimale Nutzung der verwendeten, meist hochwertigen Materialien wie Kupfer, Aluminium oder gar die kostenträchtigen weichmagnetischen Werkstoffe.
Gemäß bisheriger Bauweisen mit den üblichen Mechanismen der Wärmeabflüsse müssen Wicklungen und Kerne deutlich größer im Querschnitt/Volumen konstruiert werden, obwohl die Leiterquerschnitte der Wicklungen, der Ferrite und der Weihmagnetischen Werkstoffe physikalisch höher belastbar wären.
Der Grund hierfür ist das Problem, wie die entstehende Verlustwärme in die Atmosphäre abgeleitet werden kann. Behindert wird die Wärmeableitung in hohem Maße durch die Wärmewiderstände der Zwischen(Lagen)- und Windungsisolationen, besonders in den Mitten der Innenbereiche der Wicklungen, was hohe Temperaturen zur Folge hat. Des Weiteren, die Isolierstoffklassen begrenzen die Ströme der Trafos durch festgelegte Höchsttemperaturen der Isolierstoffe, obwohl in den meisten Fällen höhere Aussteuerungen des Magnetkreises und damit höhere Ströme und Leistungen möglich wären.
In vielen Fällen führt dies wiederum dazu, dass das magnetische Bauteil (Kerne und/oder Joche) größer werden muss. Deshalb muss in der Regel der Leiterquerschnitt und/oder der Kernquerschnitt erhöht werden, auch weil die Funktionskurven der Magnetwerkstoffe (u. a. Induktion) sich bei hohen Temperaturen verschlechtern, d. h. die Kernquerschnitte müssen meist deutlich vergrößert werden, was wegen der größeren Wicklungen (größere Windungslängen) wiederum zu höheren Verlusten führt.
In der Schienenverkehrstechnik - Hilfsbetriebeumrichter (HBU) und bei den Stromrichtergeräten für die Antriebe - wird die nur schleppende Weiterentwicklung von Trafos und Drosseln in zweifacher Hinsicht deutlich. Zum einen klafft die Entwicklung der Leistungselektronik, Halbleiter, und der passiven Magnetkomponenten, bezüglich Gewicht und Volumen zunehmend auseinander. D. h. die deutliche Verkleinerung der HBU oder Antriebs-Stromrichter-Module hat bei den Magnetkomponenten auch nicht ansatzweise ein wünschenswertes dynamisches Äquivalent.
Zum anderen verursachen schwere und volumenintensive Trafos und Drosseln in den Schienenfahrzeugen nicht geringe Kosten. Pro kg Gewicht- und Umfeldkosten in Stromrichtern belaufen sich die Kosten für MF-Trafos auf ca. 30-40 €/kg. Der Transport dieser Gewichte - in 30 Jahren Lebenszeit - erfordert pro Kg Gewicht noch mal 100 -150 € für Energiekosten. Für Flugzeuge und Satelliten sind die adäquaten Werte ungleich höher.
Anlass genug um intensiv nach weiteren erfinderischen Fortschritten zu suchen, um Gewichte und Volumen von MF-Transformatoren und Drosseln noch weiter zu senken und neben Herstellkosten für eine noch effektivere Materialnutzung zu sorgen und den Energieverbrauch direkt und indirekt nochmals zu senken.
Aufgrund der großen Abmessungen und des relativ hohen spezifischen Gewichts sind bekannte, auch neuere MF-Transformatoren und Drosseln den MF-Modulen in HBUs oder Antriebsstromrichter nach- *und vorgeschaltet. Der direkte Einbezug aber von Trafos und Drosseln in die Modulkonstruktionen und die Mitbenutzung dieser meist sehr effektiv ausgelegten atmosphärischen Luftkühlströme und ermöglicht in aller Regel drastische Einsparungen von Bauvolumen und Gewicht der HBU- oder SR-Container. Derzeit sind nicht selten spezielle Luft/Luft oder Luft/Wasser-Rückkühler erforderlich, die zusätzlichen Einbauraum im elektrischen Container oder Stromrichterschrank beanspruchen. Genau dieser technische Aufwand kann vermieden oder deutlich reduziert werden.
Im übrigen ist es eher nachteilig, dass die Anordnung von MF-Transformatoren und Drosseln außerhalb der HBU oder SR-Container oder Schränke und Räume in Atmosphärenluft meist zusätzlichen Schutz gegen Feuchtigkeit, Verschmutzung und Steinschlag erforderlich machen.
EP 0 882 574 A1 offenbart einen Verbundwerkstoff mit hoher Wärmeleitfähigkeit, bestehend aus einem faserförmigen organischen Material, einem anorganischen Füllstoff und einer Harzmatrix. Der Verbundwerkstoff kann zur Wärmeableitung in elektrischen Bauteilen verwendet werden.
EP 1 530 223 A1 offenbart ein hoch wärmeleitendes Isolationsmaterial auf Harzbasis, welches insbesondere in induktiven Bauteilen zur Verbesserung der Wärmeableitung eingesetzt werden kann.

Darstellung der Erfindung

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, bei Transformatoren und Drosseln, insbesondere MF-Transformatoren, eine Leistungsverdichtung, mindestens um den Faktor 1,5 zu erzielen. Das heißt, die erfindungsgemäßen MF-Transformatoren bzw. Drosseln haben im Vergleich zu herkömmlichen MF-Transformatoren, bei gleichem Volumen und Gewicht, eine mindestens um den Faktor 1,5 größer Leistung, oder aber bei gleicher Leistung ein erheblich geringeres Volumen und Gewicht
Bei Drosseln sind die Möglichkeiten der Verdichtungen nicht in gleichen Maße gegeben, aber auch hier sind durch die erfindungsgemäßen Maßnahmen bemerkenswerte Einsparungen von mehr als 30% an Gewicht, Volumen und Energieverbrauch im Betrieb zu erwarten.
Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß gelöst durch ein induktives Bauteil mit den Merkmalen der Patentansprüche 1 und 2.
Vorteilhafte Ausgestaltungen und weitere bevorzugte Merkmale der Erfindung sind in den abhängigen Ansprüchen angegeben, auf deren Offenbarung an dieser Stelle unmittelbar Bezug genommen wird.
Mit der erfindungsgemäßen Lösung wird eine Einsparung von Material und Verkleinerung von MF-Transformators oder Drosseln bei gleicher Leistung erreicht, indem eine drastische Reduktion der inneren Wärmewiderstände zwischen den Windungen - auch über mehrere Primär- und Sekundärteilwicklungen hinweg - vorgenommen wird. Zum anderen wird ein effektiver Transport der Verlustwärme mit reduzierten Temperaturgradienten aus den Wicklungen zunächst an die Oberflächen von Trafos und Drosseln und dann in die Atmosphäre erreicht.
Insgesamt wird eine deutliche Verbesserung der Wärmeausleitung aus den Innenbereichen der Wicklungen und damit eine Ableitung der Verlustwärme über erhöhte Außentemperaturen der Außenflächen/Teilkühler der Trafos in die Atmosphäre erreicht. Ergänzend und alternativ kann der Wärmefluss aus den Wicklungen z. B. aus den "Lagenmitten" der Wicklungen konzentriert werden, und mittels eingefügter Wärmeleitfahnen die Verlustwärme auf prüfspannungsisolierte Wärmerohre, sogenannte Heatpipes, geleitet werden, die ihrerseits die Wärme auf Metallflächen oder spezielle Kühler leiten, die alternativ auch außerhalb des Traforaumes angeordnet sein können.
Damit dies bei teilweise beträchtlichen elektrischen Spannungsunterschieden zwischen Primär- und Sekundärwicklungen möglich ist, werden erfindungsgemäss mittelspannungsfeste Wärmebrücken, z. B. aus flexiblen Keramikisolierungen und anderweitig hergestellten Isolier-Wärmeleitteilen verwendet.
Die Erfindung löst einerseits das Problem der schwierigen Wärmedurchleitung durch die Leiterisolationen, bzw. bei Um-/Einguss der Wicklungen durch die meisten Isolierflächen der Transformatoren oder Drosseln. Zum anderen bestand bisher eine meist ungenügende Wärmeableitung von den Isolier-Oberflächen der Wicklung, die auch einen beträchtlichen Wärmewiderstand darstellen. Erfindungsgemäß werden neu entwickelte Wärmeleitfolien verwendet, die eine um den Faktor 5-20 bessere Wärmeleitfähigkeit als die bisher verwendeten Isolationsmaterialien haben, und es werden galvanisch trennenden prüfspannungssichere Wärmebrücken verwendet, welche die Verlustwärme deutlich effektiver aus Wärmeschwerpunkten ableiten.
Ein weiteres zu lösendes Problem war die schwierige Wärmedurchleitung durch die Zwischenisolationen der primären und sekundären Wicklungen (insbesondere der Innenwicklungen). Diese erschweren erheblich den Wärmefluss nach außen. Physikalisch bedingen Wärmeleitfähigkeit und kleine Leiterquerschnitte meist wenig Wärmeabfluss über die Leitungsquerschnitte zu Außenanschlüssen bzw. deren Oberflächen. Erfindungsgemäß werden neu Wärmebrücken-Zwischenisolationen entwickelt, die den Wärmeabfluss aus den Innenlagen der Wicklungen zu den Außenlagen und zur Trafooberfläche wesentlich verbessern und den Einsatz von dort angeordneten Zusatzkühlern mit geringem Volumen sehr effektiv machen.
Die Erfindung beruht auf einem neuartigen Konzept für die Leiter- und Zwischenisolationen durch Verwendung von wickelfähigen Aluminiumnitrit (AIN) oder Aluminiumoxid-gemagerten Wärmeleit-Isolationsfolien mit geringem Kunststoffanteil, um die Wärmewiderstände zwischen den Folienwindungenund Lagen um den Faktor 3-10 zu vermindern, um damit Gewicht und Volumen der Wicklungen deutlich zu senken, damit auch die Magnetkreise der Trafos - insbesondere Breite und/oder Höhe der Wicklung - deutlich verkleinert werden können.
Bei einem mehrschenkligen Transformator der erfindungsgemäßen Bauart sind die Primär- und Sekundärwicklungen vorzugsweise durch Zwischenisolationen und einen hermetischen Umguß voneinander getrennt, wobei die Kerne thermisch und elektrisch isoliert in entsprechenden Spulendurchdringungen im Spulenumguß gehalten sind.
Der Spulenumguß ist vorzugsweise eine Primär- und Sekundärwicklung hermetisch abschließende und voneinander trennende Vergussmasse. Diese bildet zusammen mit den Wicklungen einen kompakten Block zur Aufnahme der Kerne. Die Vergußmasse ist vorzugsweise wiederum aus einem Harz, vorzugsweise Epoxydharz mit wärmeleitfähigen Füllstoffen, vorzugsweise Aluminiumnitrit und/oder silanisiertem Quarzmehl und/oder isolierten Metallpartikeln zusammengesetzt, soweit die Guß-Isolationseigenschaften dadurch nicht beeinträchtigt werden. Die Erfindung ist aber nicht auf um- oder eingegossene Spulen/Wicklungen begrenzt. Die Wärmebrücken-Zwischenisolation und Wärmebrücken Windungsisolation kann auch für herkömmliche Trafos ohne verwendet werden
Die Primär- und Sekundärwicklungen der Trafos und Drosseln sind vorzugsweise Folienleiter, können aber auch als Hochfrequenzlitze und/oder Profil-Hohlleiter (für direkte/indirekte Flüssigkeitskühlung) ausgebildet sein.

Kurze Beschreibung der Zeichnungen

Figur 1 zeigt schematisch die Wicklung eines einschenkligen oder eines 2 E, oder eines 4U-Transformators in Seitenansicht, vor dem Umguss.
Figur 1a zeigt eine Wicklung wie Fig. 1 jedoch für einen so genannten Topfverguss.
Figur 2 zeigt schematisch einen Querschnitt des Transformators gemäß Figur 1; in Frontansicht.
Figur 2a zeigt analog zu Fig. 1a) eine Wicklung in einem Aluminiumgehäuse für Topfverguss im Querschnitt.
Figur 3 zeigt schematisch eine abgewandelte Ausgestaltung des Transformators gemäß Figur 1.
Figur 4 zeigt schematisch einen Querschnitt des abgewandelten Transformators gemäß Figur 3.
Figur 5 zeigt eine Draufsicht, sowie einen Querschnitt durch eine keramische Wärmebrücke.
Figur 6 zeigt eine Draufsicht sowie einen Querschnitt durch eine Überlappungs-Wärmebrücke z. B. als Spritz-, Guß-, oder Sinterpressteil.
Figur 7 zeigt eine Draufsicht sowie einen Querschnitt durch eine Wärmebrücke aus Keramik für den Außenanbau zur Wärmeableitung.
Figur 8 zeigt eine Frontansicht eines Mittelfrequenztransformators mit Wärmebrücken im Umguss und anderen wärmeableitenden Maßnahmen.
Figur 9 zeigt eine Seitenansicht des Transformators gemäß Fig. 8 mit Kühlelementen.
Figur 10 zeigt eine perspektivische Ansicht des Transformators gemäß Figur 8 von unten.
Figur 11 zeigt eine perspektivische Ansicht des Transformators gemäß Figur 8 von oben.
Figur 12 zeigt eine Draufsicht auf den Transformator gemäß Figur 8.
Figur 13 zeigt eine Geometrie eines Wärmeleitbleches von Wärmebrücken.
Figur 14 zeigt eine andere Ausgestaltung eines Mittelfrequenztransformators in Frontansicht.
Figur 15 zeigt den MF-Transformator von Figur 14 in Seitenansicht.
Figur 16 zeigt einen Querschnitt durch den MF-Transformator von Figur 14.
Figur 17 zeigt eine Draufsicht auf den MF-Transformator von Figur 14.
Figur 18 zeigt einen Querschnitt eines weiteren Ausführungsbeispiels eines MF-Transformators.
Figur 19 zeigt eine Draufsicht auf den MF-Transformators von Figur 18 mit herausgenommenen Kernen.
Figur 20 zeigt eine Darstellung der Kerne des Transformators von Figur 18 in Front- und Seitenansicht.
Figur 21 zeigt eine Darstellung der Joche des Transformators von Figur 18 in Frontal- und Seitenansicht.
Figur 22 zeigt eine Ansicht einer Ausgestaltung eines MF-Transformators mit zum Teil metallischen, elektrisch getrennten Außenflächen.
Figur 23 zeigt eine Seitenansicht des Transformators von Figur 22 mit metallischen Außenflächen und mit Gewinde- oder Nietbohrungen zum Befestigen von Kühlern oder mehrstufigen Kamin- oder Zwangsluft oder Wasserkühler-Kühlkörpern.
Figur 24 zeigt einen Schnitt durch den Transformator gemäß Figur 22 mit innen liegenden Kühlflächen zwischen den Zweischenkel-Wicklungen.
Figur 25 zeigt eine Draufsicht auf den Transformator von Figur 22 mit herausgenommenen Kernen.
Figur 26 zeigt ein Detailschnitt einer außen liegenden Wärmebrücke mit Wärmebrückenkontaktierung und Kühlblech.
Figur 27 zeigt einen Transformator gemäß Figur 22 mit mehreren Kühlelementen.
Figur 28 zeigt eine Seitenansicht des Trafos von Figur 27.
Figur 29 zeigt einen Schnitt durch den Trafo gemäß Figur 27.
Figur 30 zeigt eine Draufsicht auf den Trafo gemäß Figur 27.
Figur 31 zeigt einen Schnitt durch eine Wicklung des Transformators.
Figur 32 zeigt eine Ansicht des Schichtaufbaus der Wicklung des Transformators.
Figur 33 zeigt den Aufbau einer Wärmebrücken-isolierten Wicklung eines MF-Transformators.
Figur 34 zeigt einen Schnitt durch einen MF-Transformator mit Wärmebrücken am Beispiel eines Topftrafos.
Figur 35 zeigt einen Längsschnitt durch den Trafo gemäß Figur 34.
Figur 36 zeigt einen Querschnitt durch den Trafo gemäß Figuren 34 und 35 mit Heatpipes.
Figur 37 zeigt einen Längsschnitt durch den Trafo gemäß Figur 36.
Figur 38 zeigt eine Wärmebrücke zur Anbindung an eine Heatpipe.
Figur 39 zeigt mehrere Wärmebrücken zur Anbindung an eine Heatpipe.
Figur 40 zeigt einen Querschnitt durch einen Transformator mit Wärmebrücken und Heatpipes sowie externen Kühlelementen. Diese Ausgestaltung ist analog auch für Zweischenkel-Transformatoren, Schenkel- und Scheibendrosseln anwendbar.
Figur 41 zeigt eine so genannte Scheibendrossel im X-Schnitt, in der die Windungen mit Wärmebrücken-Isolation gemäß Vorstehendem und die Isolation zum Gehäuse auch als Wärmebrückenisolation ausgebildet sind.
Figur 42 zeigt eine Scheibendrossel im Axialschnitt mit den zylindrischen Isolationen zu Kern und Außenmantel.
Figur 43 zeigt fiktiv eine Schichtung Folienleiter-Windungsisolationen z. B. mit Schichtdicken von 0,08 - 0,15 mm und Wärmeleitfähigkeit z. B: 0,4-0,6 W/m K.
Figur 44 zeigt fiktiv eine Schichtung aus Folienleiter-Windungsisolationen mit Schichtdicken von 0,08 - 0,15 mm aber mit stark erhöhter "Wärmebrücken-Leitfähigkeit" von größer gleich 1,0 W/m K, in der Regel aber zwischen 1 - 10 W/m K, aus Silikonfolien-gemagerten Wärmeleitfolien mit keramischen oder mit Quarzmehlfüllstoffen.
Figur 45 zeigt beispielhaft Leiterfolien, deren Oberfläche mit sehr dünnen keramischen Sinterüberzügen belegt ist, wobei wegen der Haftung und der Isolation die keramischen Feinstkörnergemische in gesinterte dünne Kunststoffschichten eingebettet sind. Diese Isolation hat gegenüber den Beispielen aus den Figuren 43 und 44 nur ca. 50% Isolierdicke, d. h. ca. 0,05 mm hochwärmeleitfähige Isolation, die den Füllgrad der Wicklung und den Wärmeabfluss weiter verbessert.
Figur 46 zeigt analog zu Fig. 45 Leiterisolationen zum Beispiel auch mit Isolierlack, wobei der Isolierlack ebenfalls mit Wärmeleitpulver angereichert sein kann. Zur Sicherung der beschichteten Kanten können z: B. dünne Polyamid-Klebestreifen zwischen die beschichteten Folienleiter gewickelt werden, um eine sichere Langzeitisolation im Kantenbereich der Folienleiter zu gewährleisten, ohne das die Lagen der Wicklung radial merklich dicker werden würden.

Analog gilt vorstehendes natürlich auch für die Imprägnierung von Wicklungen. Auch die lmprägnierharze/Silikone 84 können erfindungsgemäß mit Wärmeleitzusätzen versehen werden, damit die Imprägnierung in die vielen Feinspalte eindringen kann, um die nicht unwesentlichen Spaltwärmewiderstände zu überbrücken.
Es kann aber auch eine Auftragimprägnierung 85 beim Wickeln erfolgen, damit sichergestellt ist, dass trotz optimierter Wärmeleit-Kornmischungen alle Spalte der Wicklung zwischen den Leiterfolien, der Windungsisolation und der Zwischenisolationen gefüllt sind.

Beschreibung von bevorzugten Ausführungsbeispielen der Erfindung

Die Figuren 1 und 2 zeigen einen umgossenen MF-Transformator mit einer Wicklung 50, die von einem Umguß 51 umgeben ist. Zwischen den Lagen der Wicklung 50 sind flexible Wärmebrücken 52 vorgesehen, die beispielsweise aus flexiblen Wärmeleitfolien aus wickelfähigem Aluminiumnitrit oder Aluminiumoxyd bestehen. Ferner sind vorzugsweise keramische Wärmebrücken 53 im Inneren der Wicklung vorgesehen, als auch keramische Wärmebrücken 54 als Außenkühler bzw. als Verbindung zu Außenkühlern. Diese Ausführungen der Wärmebrücken sind starr und müssen deshalb an die Wicklungsformen konstruktiv angepasst werden. Sie haben aber im Vergleich zu den flexiblen Wärmebrücken deutlich höhere Wärmeleitfähigkeiten.
Die Figur 1 a und 2a zeigen (gegenüber den Figuren 1, 2, 3, 4) einen so genannten Topf-Transformator. Die Außen- und Innenkonturen der Wicklung sind mit Wärmeleitkacheln 54; 53 oder mit flexiblen Wärmebrücken 66 versehen, die an das Topfgehäuse spaltfrei bis spaltarm gekoppelt sind und gemeinsam mit den Kernen 69 eingegossen werden. Die Figuren 1 - 4 stellen Wicklungen für Trafos in Umguss- und Nichtumguss-Technologie d.h. Anwendungen ohne Topfgehäuse dar.
Für viele Anwendungen -insbesondere bei kleinen Leistungen- erfolgt der Einguss der Wicklung und der Kerne in Topfgehäusen gemäß den Figuren 1a und 2b.
Im Prinzip ist die Wicklung, bestückt mit Wärmebrücken wie bei 1 und 2. Jedoch werden Wicklung und Kerne wärmetechnisch (wärmeleitend) mit den Wärmebrücken 54 und oder 51 am Topfgehäuse 66 kontaktiert. Innerhalb der Spulendurchdringung geschieht der Wärmetransport über Wärmebrücke 53, 54 sowie wärmeübertragende Bauteile Pos. 67-69.
Analoges geschieht mit den Kernen. Die Verlustwärmen der Kerne/Joche werden über Wärmeleitfahnen oder spezielle Formteile an das Gehäuse abgeleitet, das mit und ohne Kühlrippen 70 ausgestattet sei kann.
Die Figuren 3 und 4 zeigen eine gegenüber den Figuren 1 und 2 abgewandelte Ausführungsform eines Transformators, wobei zwischen jeder Wicklungslage 50 flexible Wärmebrücken 52, die gleichzeitig als Isolation dienen, als auch keramische Wärmebrücken 53 vorgesehen sind, welche die in Wicklung 50 entstehende Verlustwärme effektiv nach außen leiten.
Die Figuren 5, 6 und 7 zeigen verschiedene Möglichkeiten des Aufbaus von festen Wärmebrücken, beispielsweise keramische Wärmebrücken 53 und 54, gemäß den Figuren 5 und 7. Diese Wärmebrücken 53 und 54 sind in ihrer Formgebung -wie erwähnt- an den jeweiligen Einsatzzweck angepasst.
Die Wärmebrücke gemäß Figur 5 wird beispielsweise zwischen den Lagen einer Wicklung angeordnet, während die Wärmebrücke gemäß Figur 7 eine Wärmebrücke zur Außenkühlung darstellen kann.
Figur 6 zeigt eine Wärmebrücke 61 bestehend aus einem Spritzguss-, Guß-, oder Sintermaterial, das sehr günstig und einfach in der Herstellung ist. Das Spritzgussmaterial enthält vorzugsweise Zusätze von sehr gut wärmeleitfähigen Materialien.
Die Figuren 8 bis 13 zeigen MF-Transformatoren mit Wärmebrücken, insbesondere inneren Wärmebrücken 58 zwischen den Wicklungslagen und äußeren Wärmebrücken 57, die mit weiteren Wärmebrücken 59 sowie Kühlerfahnen 55 zur Ableitung der Wärme an die Atmosphäre verbunden sind.
Die Kühlerfahnen sind beispielsweise durch ein Wärmeleitblech 56 realisiert, wie es in Figur 13 gezeigt ist. Der gesamte Wicklungsbereich des Trafos ist beispielsweise von einem Epoxyd-Umguß 60 umgeben, der ebenfalls aus gut wärmeleitfähigem Material bestehen kann aber nicht muss.
Die Figuren 14 bis 17 zeigen eine andere Ausgestaltung eines erfindungsgemäßen Transformators in verschiedenen Ansichten. Der MF-Transformator weist einen Spulenumguß 1 mit einem im Wesentlichen abgeschrägt-rechteckigen Querschnitt auf. In dem Spulenumguß 1 sind eine Primärwicklung 2a sowie eine Sekundärwicklung 2b eingegossen. Es ergibt sich so ein die Wicklungen 2a, 2b hermetisch umschließender Block. Die Front bzw. die Rückseite bilden eine Stirnfläche 3, die z. B. für die Positionierung der Anschlüsse 13, 14 des MF-Transformators verwendet werden kann. Am unteren Ende sind vorzugsweise Trafofüße 4 vorgesehen, die eine Eingußarmatur 6 für Boden- oder Wandbefestigungen aufweisen.
Zwischen den Wicklungslagen 2a bzw. 2b ist eine flexible Zwischenisolation 7 vorgesehen, die gleichzeitig als Wärmebrücke zwischen den Wicklungslagen dient, so dass die in den Wicklungen entstehende Verlustwärme umgehend in Richtung der Kerne bzw. nach Außen befördert wird.
Im Spulenumguß 1 sind beispielsweise zwei Dreilagenwicklungen 2a und 2b eingefügt, wobei die Wicklungen nebeneinander liegend durch einen Isolierzwischenguß 19 voneinander getrennt sind. Alternativ können auf der Front- und Rückseite 3 des Spulenumgußes 1 Aushöhlungen 20 vorgesehen sein, die für eine bessere Abfuhr der Wärme von den Spulen 2a, 2b nach außen in die Umgebung sorgen. Die elektrische Verbindung der Wicklungen 2a und 2b erfolgt in integrierten Verschalträumen 11 bzw. 12, die auch voll-ständig mit Vergußmasse ausgefüllt werden.
Jede hat Spule eine Spulendurchdringung, wobei die Spulendurchdringungen planparallel zueinander angeordnet sind. Die Spulendurchdringungen haben beispielsweise einen rechteckigen Querschnitt, mit abgeschrägten Partien an den Schmalseiten der Durchdringung, wobei jeweils auf einer Längsseite des Rechteckes parallel zueinander angeordnete Rippen 9 vorgesehen sind. Die Rippen 9 zu den Flächen der Spulendurchdringung sind planparallel angeordnet. Ferner sind die Rippen 9 längsseitig vorzugsweise konisch geformt, sowohl seitlich als auch in ihrer Durchbruchbreite.
Die Kerne 21, 22 und Joche 18, wie sie in Figur 20 und 21 angedeutet sind, werden aus I-Kernen oder Schnittbandkernen zu Baugruppen gefügt. Die Kerne 21, 22 bzw. Joche 18 werden dann außen und im Bereich der Klebefugen zu den Rippen 9 des Spulenumgußes 1 mit einer thermischen Isolierschicht 5, vorzugsweise GfK beklebt. Dadurch wird erreicht, dass die Kerne 21, 22 von den Wicklungen 2a, 2b thermisch abgekoppelt werden können. Diese mit der Isolierschicht 5 beklebten Kerne 21, 22 werden nun einseitig durch Verkleben an den Rippen 9 befestigt. Die Kerne 21, 22 haben also nur im Bereich der Rippen 9 Kontakt mit dem Spulenumguß 1. Somit sind erfindungsgemäß keinerlei mechanische Trag- oder Spannelemente für die Kerne 21, 22 und Joche 18 erforderlich, da die Kerne unmittelbar auf den Rippen 9 innerhalb der Spulendurchdringungen aufgebracht werden.
Wie ausgeführt ist mit der vorgeschlagenen Zwei- oder Mehrschenkel-Bauform ist durch Variation der Bauhöhe und/oder Breite und Anpassung an unterschiedliche Kernquerschnitte und Abstände eine breite Variation der Übertragungsleistung möglich. Die Kerne 21, 22 sind allseits frei in den Wicklungen aufgehängt und nur an einer Seite an den Rippen 9 befestigt. Dadurch werden die Kerne 21, 22 aufgrund der Klebung "elastisch-fest" und sehr geräuscharm in dem Spulenumguß 1 gehalten. Sämtliche Teile zur Fixierung der Kerne 21, 22 bestehen aus nicht-leitenden Materialien, so dass die Kerne potentialmäßig frei floaten können. Die Kerne sind im Gegensatz zu herkömmlichen Transformatoren nicht geerdet. Bevorzugt werden Ferritkerne oder nanokristalline oder amorphe Kerne verwendet.
Die Figuren 18 und 19 zeigen ein leicht abgewandeltes Ausführungsbeispiel eines MF-Transformators gemäß der Erfindung, wobei hier etwas schmalere Rippen 9 zur Befestigung der Kerne 21, 22 verwendet werden. Je nach Ausgestaltung der Spulendurchbrüche und der Rippen kann der Trafo entweder in Bezug auf seine Streuinduktivität oder aber seine Geräuschemission optimiert werden. Auch hier werden Wärmebrücken-Zwischenisolationen 7 zwischen den Lagen der Wicklungen 2a und 2b verwendet.
Die Figuren 22 bis 26 zeigen einen Transformator mit Wärmebrücken und Basisflächen für Innen- und Außenkühlung. Der Transformator umfasst sowohl äußere Kühlbleche 25 als auch innere Kühlbleche 26, die über entsprechende Wärmebrückenkontaktierungen 27 wärmeleitend mit den Wicklungen 2a bzw. 2b verbunden sind. Die Wicklungen sind wie weiter oben beschrieben, durch Wärme-Zwischenisolationen 7 voneinander getrennt. Die Kühlbleche 25 und 26 sind beispielsweise mittels einer Hinterschneidung 28 im Gießharz des Transformators befestigt. Die Kühlbleche 25 und 26 können entsprechende Schraubgewinde 29 aufweisen, an welche dann zusätzliche Kühlelemente aufgeschraubt werden können.
Die Figuren 27 bis 30 zeigen den Transformator gemäß den Figuren 22 bis 26 mit externen Kühlelementen 30 und 31, die auf den Kühlblechen 25 und 26 befestigt, vorzugsweise aufgeschraubt, sind. Das Kühlelement 31 weist beispielsweise eine Reihe von Kühlstegen 32 auf, zwischen denen sich Kühlkamine 33 bilden, die für eine gute Wärmeableitung durch Luftzirkulation sorgen. D.h. die Kühler haben die Aufgabe entweder die durch die Flächenreduktion der Trafos, die mit der Volumenreduktion einhergeht, oder die erhöhte Verlustleistung, die mit der möglichen Leistungserhöhung erfolgt, zu kompensieren.
Die Figuren 31 und 32 zeigen beispielhaft einen Querschnitt bzw. eine Draufsicht auf eine der beiden Wicklungen 2a bzw. 2b, beispielsweise der Transformatoren gemäß den Figuren 14 bzw. 22. Die Leiter sind vorzugsweise Kupferfolienleiter 23, die unter Zwischenlage einer Zwischenisolation 24 im Wesentlichen quadratisch oder rechteckig gewickelt sind. Die Cu-Leiter 23 sind extern in den Anschlüssen 13, 14 des Spulenumgußes 1 verschaltet.
Die Wicklungen sind mit einer Vergussmasse aus einem Harz, vorzugsweise Epoxydharz, mit wärmeleitfähigen Füllstoffen fest und hermetisch umschlossen, müssen es aber bei herkömmlichen Trafos nicht sein.
Die Wicklungen können ferner mit einem grobmaschigen Glasseideband umwickelt sein, damit der Wicklungsumguß hochstabil, wärme- und kälteschockfest wird. Die konventionelle Glimmerisolation wird erfindungsgemäß durch Wärmebrücken 34 und gießharzgegossene Zwischenisolationen 7 ersetzt.
Die Magnetkerne sind mit dünnen GfK-Platten für den Spannungsausgleich und als Klebevermittler versehen. Es verbleiben ferner Seitenaussparungen 16 für den Luftblasenaufstieg zur Mitte bzw. außen für die Prozessverbesserung während des Vergußprozesses der Wicklungen.
Figur 33 zeigt ausgehend von dem Beispiel der Figuren 31 und 32 die Herstellung einer Wicklung mit Wärmebrücken, wobei die einzelnen Teile der Wicklungen durch Wärmebrücken 34 bzw. 34a wärmeleitend miteinander verbunden sind.
Die Figuren 34 und 35 zeigen eine weitere Ausgestaltung eines Transformators mit Wärmebrücken in Form eines Topftrafos. Zwischen den Wicklungen 35 befinden sich Wärmebrücken-Isolationen, beispielsweise aus Aluminiumnitrit, und gegossenen Zwischen-Isolationen 38. Es sind sowohl innere Wärmebrücken 36 als auch äußere Wärmebrücken 44 vorgesehen, wobei die inneren Wärmebrücken 36 die Wärme zwischen den Wicklungslagern 35 ableiten und an die äußeren Wärmebrücken 44 abgeben, welche sie dann an Innen-Außen-Wärmeleiter 39 abgeben, welche mit einem entsprechenden Kühlelement 41 verbunden sind. Das Kühlelement 41 ist vorzugsweise im Topfgehäuse 40 des Transformators integriert.
Die Figuren 36 und 37 zeigen ein ähnliches Ausführungsbeispiel wie die Figuren 34 und 35, wobei hier zusätzlich mit den inneren Wärmebrücken 36 verbundene Heatpipes 43 vorgesehen sind, welche die im Inneren der Wicklung 35 entstehende Wärme aufnehmen und nach Außen an die Kühlelemente 41 abgeben.
Die Figuren 38 und 39 zeigen Möglichkeiten der Wärmeableitung und Wärmeabgabe aus dem Inneren des Transformators an die Heatpipe 43. Es werden_®Windungs- und Zwischenisolationen 47 aus Isolier-Wärmeleitmaterial benutzt, um die Wärme zu einer Wärmeleitfahne der Heatpipe zu übertragen. Die Wärme wird über eine Keramikleiste 48 zur Heatpipe 43 geleitet und mit einem Leistenteil aus Metall, beispielsweise Kupfer 49, gleichmäßig an die Heatpipe 43 übertragen.
Figur 40 zeigt schließlich ein Beispiel eines Trafos mit Wärmebrücken und ausleitender Heatpipe an ein externes Kühlelement 45. Die im Inneren des Transformators entstehende Wärme wird über die Heatpipes 43 an das externe Kühlelement 45 geleitet, welches durch einen Kühlluftstrom 46 gekühlt wird. Das externe Kühlelement kann sich beispielsweise in einem separaten Raum befinden, der durch eine Schottwand vom Raum des Transformators getrennt ist.
Die Figuren 41 und 42 zeigen beispielhaft eine Scheibendrossel für Bahn- oder Industrieanwendungen. Die Schemabilder zeigen auf, wie im Sinne der Erfindung grundsätzlich mit den Wicklungen von Transformatoren und Drosseln verfahren wird. Die Windungen 80 der Drosselspule bestehen beispielsweise aus einem Folienleiter, aus Hochfrequenzlitze oder einem Hohlleiter. Die Windungen 80 sind durch Wärmebrücken-Isolationen 76 voneinander elektrisch isoliert. Zwischen dem Außendurchmesser der Wicklung und dem Drosselmantel sind Wärmebrücken 75 vorgesehen, ebenso Wärmebrücken 76 zwischen Kern und dem Innendurchmesser der Spule. Der Verguss 82 der Scheibendrossel besteht aus bevorzugt wärmeleitfähigen Harzen, mit einer spezifischen Wärmeleitfähigkeit von beispielsweise größer gleich 1,6 W/m K. Der Kern 78 und die Scheibe (Joch) 79 bestehen beispielsweise aus Pulververbundwerkstoffen oder anderen weichmagnetischen Werkstoffen.
Wie in Verbindung mit den Figuren 43 bis 46 dargestellt ist, können ferner weitere wärmeleitende Windungsisolationen 81 vorgesehen sein. Beispielsweise Harteloxal 81 a bei Alufolieleitern, Dünnstfolien 81 b, Wirbelsintern keramisches Pulver plus Bindungswerkstoffe, Lackisolationen 81 c mit Wärmeleitpulver oder sehr dünnen ISo-Streifenbeilagen 86 (erhöhter Schutz im Kantenbereich). Die elektrischen Anschlüsse 83 der Drossel sind als Durchführung durch das Scheibengehäuse ausgestaltet.
Ferner kann beim Wickeln zwischen Leiter und Windungsisolation, sowie Leiter und Zwischenisolation (auch Wärmeleitfolien) ein Imprägnierlack 84 bzw. Imprägnierlackauftrag 85 eingesetzt werden, der mit Wärmeleitpulver verschiedener Körnung angereichert wurde.
Die Pos. 75 in Figur 43 symbolisiert eine konventionelle Isolation der Windungen 80. Die Pos 81 a, 81 b und 81 c in den Figuren 44, 45 und 46 zeigen die forcierte Wärmebrückentechnik zwischen Leitern, seien es Folien Hochspannungslitze oder andere Leiter, wobei zu bemerken ist, dass die Windungsisolation mit den relativ geringen Spannungsunterschieden zwischen benachbarten Windungen Folien erlauben mit hoher und spezieller Zufügung von Wärmeleitmaterialien mit bis zu einer spezifischen Wärmeleitfähigkeit von derzeit 8-10 W/m K.
Erd- und Zwischenisolationen erfordern wegen der höheren Spannungswerte Wärmeleitfolien, die auch hohe dielektrische Festigkeiten erfordern. Dies geht in aller Regel zu Lasten des Füllgrades und der Wärmeleitfähigkeit der Wärmeleifolien. D. h. die einsetzbaren Folien für Erd- und Zwischenisolationen haben in aller Regel nur ca. 50% der Werte für die Wärmeleitfähigkeit als die Wärmeleitfolien für Windungsisolationen, was aber immer noch einen um den Faktor 3-10 höheren Wärmeleitfähigkeitswert gegenüber bisherigen Isolationsmaterialien darstellt.
Im Übrigen besteht die Möglichkeit, die Decklagen einer Zwischenisolation aus bisherigem Isoliermaterial z. B. Glimmer Polyamid etc. zu wickeln und die Hauptstärke der Zwischenisolation aus Wärmebrückenfolien zu wickeln, was wegen der proportionalen Schichtdickenverhältnisse den Gesamtwärmewiderstand aber nur unwesentlich erhöht, jedoch den Vorteil hat, jahrzehntelang im Trafobau bewährte Materialien unmittelbar dort zu platzieren, wo die Spannungsbeanspruchung an der Zwischenisolation am höchsten ist.
Ähnliche Kombinationen sind auch bei den Windungsisolationen möglich. Die inneren Windungsisolationen (der inneren Lagen) können mit "WärmebrückenIsolation" 81 hergestellt werden, während z. B. "äußere Windungsisolationen" auch oft aus konventionellen Windungsisolationen hergestellt werden können.
Optimal komplettiert werden Wicklungen mit Imprägnierungen, die bessere Wärmeleiteigenschaften als bisherige Imprägnierungen aufweisen.
Auch die Imprägnierungen 84, 85 können, ähnlich den Wärmebrückenfolien, mit Wärmeleitpulvern angereichert werden, was eine bessere wärmetechnische Gesamtgestaltung von MF-Trafos und Drosseln bedeutet.
Was bezüglich der optimalen wirtschaftlich-technischen Gesamtgestaltung und der Reduktion der Volumen, Gewichte und elektrischen Verluste geeignet erscheint, kann mit den erfindungsgemäßen Instrumentariensicherer und leichter für die optimale Ausführung berechnet, gestaltet und hergestellt werden. In fast allen Fällen profitiert die nächst höhere Einsatz- oder Funktionsstufe. Stromrichter, Umrichter und industrielle Investitionsgüter werden deutlich leichter, kompakter, funktionaler und in vielen Fällen sicherer und kostengünstiger.

Bezugszeichenliste

1: Spulen und Spulen -Umguß für Trafos
2a: Eingegossene Wicklung Topftrafos etc.
2b: Eingegossene Wicklung Topftrafos etc.
3: Stirnfläche (f. Anschlüsse)
4: Trafofuß
5: Isolierungsplatte (auf Kern)
6.: Eingußarmatur (Trafofuß)
7: Zwischenisolation (Spulen)
8.: I-Kerne Parallelklebung
9.: Rippen
10: Zwischenraum (Kaminlüftung)
11: Verschaltraum (Primärwicklung)
12: Verschaltraum (Sekundärwicklung)
13: Anschluss (Sekundär)
14: Anschluss (Primär)
15: Gußverbindung (Spulen)
16: Seitaussparung (Kerne)
17: Isolierungsplatte (Joch)
18: Joch
19: Spulen-Isolierschicht
20: Luftkanal
21: Kern
22: Kern
23: Cu-Wicklung
24: Zwischenisolation (Spulen)
24a: Vergussmasse
25: Kühlblech (außen)
26: Kühlblech (innen)
27: Wärmebrückenkontaktierung
28: Hinterschneidung
29: Schraubgewinde
30: Kühlelement
31: Kühlelement
32: Kühlerstege
33: Kühlkamin
34: Wärmebrücke
35: Wicklung
36: Wärmebrücken (innen)
37: Isolierwärmebrücken
38: Zwischenisolation
39: Innen/Außen-Wärmeleiter
40: Topfgehäuse
41: Kühler
42: Anschlüsse (elektr.)
43: Heatpipe
44: Außen-Wärmebrücken
45: Kühler (extern)
46: Kühlluftstrom
47: Wärmeleitfahne
48: Keramikleiste
49: Metallleiste
50: Wicklung
51: Umguß
52: Wärmebrücke (flexibel)
53: Wärmebrücke (Keramik)
54: Wärmebrücke (Keramik)
55: Kühlerfahnen
56: Wärmeleitblech
57: Wärmebrücke (außen)
58: Wärmebrücke (innen)
59: Wärmebrücke (primär)
60: Epoxydharz - Umguß

61: Wärmebrücke (Spritzguß)

65: Wärmefluß-Kontaktierung Wicklung Kachel P54 zu Topfgehäuse
66: Wärmefluß-Kontaktierung Wicklung flex. Wärmebrücke P57 T.Gehäuse
67: Alu oder CU Metallblock zur Wärmeableitung Kern-Topfgehäuse
68: Wärmefluß über Kachel 53 über AL/CU Ableitfahne zu Topfgehäuse
69: Wärmefluß von Kern zum Topfgehäuse
70: Kühlrippen auf Topfgehäuse
71: MF-Trafo-Harzeinguß im Topfgehäuse

75: Wärmebrücke zwischen Außendurchm. Wicklung zu Drosselmantel
76: Wärmebrückenisolation zwischen den Windungen der Drosselspule
77: Wärmebrücke zwischen Kern und dem Innendurchmesser Spule
78: Kern: Pulververbundwerkstoff (o. andere weichmagnetische Werkst.
79: Scheibe z. B: Pulververbundwerkstoff (sinngemäß, Joche, dito 78
80: Folienleiter oder Hochfrequenzlitze oder Hohlleiter etc.
81: weitere Wärmeleitende Windungsisolation 81a) Harteloxal bei Alufolie Leitern, 81 b) Dünnstfolien, Wirbelsintern keramisches Pulver plus Bindungswerkstoffe, 81 c) Lackisolationen mit Wärmeleitpulver und sehr dünnen Isolations-Streifenbeilagen 86 (erhöhter Schutz im Kantenbereich)
82: Verguss der Scheibendrossel z.B: mit wärmeleitf. Harzen. ≥1,6 W/m K
83: Elektrische Anschlüsse Drossel gleichz. Durchführung Scheibengeh.
84: Imprägnierlack mit Wärmeleitpulver versch. Körnung angereichert
85: Imprägnierlackauftrag beim Wickeln zwischen Leiter und Windungsisolation, sowie Leiter und Zwischenisolation (auch Wärmeleitfolien)
86: Isolations-Streifenbeilage

Claims

Induktives Bauteil mit mindestens einer Wicklung (2a, 2b), wobei zwischen einzelnen Lagen der Wicklung und/oder einer weiteren Wicklung eine oder mehrere Wärmebrücken-Zwischenisolationen (7) angeordnet sind, dadurch gekennzeichnet, dass die Wärmebrücken-Zwischenisolationen flexible Isolierfolien (52) umfassen, in die wärmeleitende keramische oder Quarzmehl enthaltende Füllstoffe eingearbeitet sind, und dass das induktive Bauteil ein Transformator, insbesondere ein Mittelfrequenz-Transformator, ist, mit mindestens einer Primär- und Sekundärwicklung (2a, 2b), die magnetisch gekoppelt sind, und mindestens einen Kern für die Primär- und Sekundärwicklungen haben, der in einer entsprechenden Spulendurchdringung im Spulenumguss gehalten wird, wobei eine oder mehrere Wärmebrücken-Zwischenisolationen (7) zwischen Primär- und Sekundärwicklung, anderen Wicklungen, oder metallischen Innen- und Außenteilen angeordnet sind.
Induktives Bauteil mit mindestens einer Wicklung (2a, 2b), wobei zwischen einzelnen Lagen der Wicklung und/oder einer weiteren Wicklung eine oder mehrere Wärmebrücken-Zwischenisolationen (7) angeordnet sind, dadurch gekennzeichnet, dass die Wärmebrücken-Zwischenisolationen flexible Isolierfolien umfassen, in die wärmeleitende keramische oder Quarzmehl enthaltende Füllstoffe eingearbeitet sind, und dass das induktive Bauteil eine Drossel mit oder ohne Kern ist.
Induktives Bauteil nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Wärmebrücken-Zwischenisolationen (7) im wesentlichen aus flexiblen Silikon-Wärmeleitfolien bestehen.
Induktives Bauteil nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Wärmebrücken-Zwischenisolationen (7) eine spezifische Wärmeleitfähigkeit von größer gleich 1,3 W/m K aufweisen.
Induktives Bauteil nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass bei der Wärmebrücken-Zwischenisolation (7) Erst- und Decklagen der Isolation aus Glimmer, Polyester oder Polyamid/Kapton-Folien vorgesehen sind.
Induktives Bauteil nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Isolation der Primär- und Sekundärwindungen aus Wärmeleitfolien (81) mit gleicher oder höherer spezifischer Wärmeleitfähigkeit als die der Wärmebrücken-Zwischenisolationen besteht, wobei die Dicke dieser Wärmeleitfolien in aller Regel geringer ist als die der Wärmebrücken-Zwischenisolationen.
Induktives Bauteil nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Isolation der Primär- und Sekundärwindungen (81a, 81 b, 81c) aus auf Folien oder anderen Leiter auch aus eloxierter, aufgesinterter, aufgeschichteter und partiell zwischengelegtem Wärmeleit-Isoliermaterial besteht.
Induktives Bauteil nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass kombinierte Windungsisolationen, mit Innenlagen mit meist höherer Wärmeleitfähigkeit und Außenlagen mit niedriger Wärmeleitfähigkeit vorgesehen sind.
Induktives Bauteil nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Isolation (76) der Primär- und Sekundärwindungen aus Polyester, Polyamid, Isolierpapier oder Glimmer Mischisolationen besteht
Induktives Bauteil nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Wärmebrücken-Zwischenisolation (53, 54) Keramikkacheln oder keramische Überlappungsprofile zu Teilen oder ganz umfasst, die an den Umfängen der Zwischenisolationen des Induktiven Bauteils verteilt und/oder in Verbindung mit flexiblen (52) oder gegossenen Zwischenisolationen ausgestaltet ist.
Induktives Bauteil nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass eine zusätzliche Wärmebrücken-Isolation (57) an der Außenfläche der Primär- und/oder Sekundärwicklung vorgesehen ist.
Induktives Bauteil nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass eine zusätzliche Wärmebrücken-lsolation (58) an der Innenfläche der Primär- und/oder Sekundärwicklung vorgesehen ist.
Induktives Bauteil nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Wärmebrücken-lsolation an der Außenfläche der Primär- und/oder Sekundärwicklung angefügte oder eingegossene Metallflächen (25, 26) aufweist, an denen Kühlelemente (30, 31) mit hoher Wärmeleitfähigkeit befestigbar sind.
Induktives Bauteil nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Wärmebrücken (53,54,57-59) und Wärmebrücken-Zwischenisolationen (7) Aluminiumnitrit- (AIN) oder Aluminiumoxyd enthalten.
Induktives Bauteil nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass Erd- und Lagenisolationen zwischen Wicklung, Kernen, Jochen, Scheiben und Außenmänteln wie die so genannten Zwischenisolationen von MF-Trafos ausgestaltet sind.
Induktives Bauteil nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Windungsisolationen wie die Windungsisolationen von MF-Trafos ausgestaltet sind.
Induktives Bauteil nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Imprägnierung der Wicklungen mit wärmeleitenden Zusätzen versehen ist.
Induktives Bauteil nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Umguss der Wicklungen mit wärmeleitenden Zusätzen versehen ist.
Induktives Bauteil nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Wärmebrücken-Zwischenisolation (7) und/oder die Wärmebrücken-Isolation (53, 54, 57-59, 75-83) mit mindestens einem Wärmerohr, Heatpipe (43), wärmeleitend verbunden ist.
Induktives Bauteil nach Anspruch 19, dadurch gekennzeichnet, dass die Heatpipe (43) so angeordnet ist, dass die Wärme des Induktives Bauteils an einen vom Induktives Bauteil beabstandeten externen Kühlelement (45) abgeleitet wird.
Induktives Bauteil nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Wärmebrücken-lsolationen (53, 54, 57-59, 75-83) bestehend aus Erstlage, mehrfach gewickelter Wärmeleitfolie und Decklage eine spezifische Wärmeleitfähigkeit von größer gleich 1,3 W/m K aufweisen.