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Wicklung für elektrische Spulen mit mehreren Lagen Die Erfindung betrifft
eine Wicklungsart für elektrische Spulen mit mehreren Lagen und eignet sich besonders
für Spulen von Transformatoren und ähnlichen elektrischen Apparaten. Bisher wurden
derartige Spulen meistens so gewickelt, daß die elektrisch unmittelbar aufeinanderfolgenden
Windungen auch räumlich unmittelbar nebeneinanderlagen, und daß eine Lage Windungen
auf die andere aufgewickelt wurde. Da bei einer solchen Anordnung. das Ende einer
Lage auf den Anfang der vorhergehenden Lage zu liegen kommt, ergibt sich zwischen
der Eingangswindung der einen Lage und der Endwindung der folgenden Lage ein Spannungsunterschied,
der gleich der Summe der Spannungen sämtlicher Windungen beider Lagen ist. Bei Hochspannungsspulen
ist die Windungszahl pro Lage sehr groß, so daß auch ein sehr großer Spannungsunterschied
zwischen der Anfangswindung der einen Lage und der Endwindung der folgenden Lage
entsteht. Bei dieser Art der Spulenwicklung hat man auch bereits die Windungen einer
folgenden Lage jeweils in die zwischen den unmittelbar aneinanderliegenden Windungen
der vorhergehenden Lage befindlichen Vertiefungen gewickelt, um Platz zu sparen..
Mit Rücksicht auf die großen Spannungsunterschiede zwischen Anfang und Ende zweier
aufeinanderfolgenden Lagen hat man vielfach die einzelnen Lagen durch Isolierzylinder
gegeneinander isoliert. Das Zwischenfügen von Isolierzylindern hat jedoch große
Nachteile. Es wird hierdurch einmal die Streuung der Spule sehr stark vergrößert,
und ferner wird durch den Isolierzylinder die mechanische Festigkeit der Spule herabgesetzt,
denn die Windungen haben an den glatten Zylindern nur wenig Halt gegen seitliche
Verschiebung.
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Gemäß der Erfindung sind diese Nachteile dadurch beseitigt, daß die
beim Wickeln unmittelbar aufeinanderfolgenden Windungen jeder Lage einen gewissen
Abstand voneinander besitzen, in den die Wicklungen der nächstfolgenden Lage hineingreifen.
Durch diese Art der Spulenanordnung wird erreicht, daß die Spannung der aneinanderliegenden
Drähte gegenüber der bisher üblichen Wicklungsart wesentlich herabgesetzt ist, während
gleichzeitig doch die gleiche günstige Raumausnutzung wie bei den bekannten Spulenausführungen
beibehalten ist.
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In den Abbildungen sind Ausführungsbeispiele der Erfindung dargestellt.
Abb. i zeigt eine Wicklung gemäß der Erfindung, wobei die Lagen konzentrisch zur
Spulenachse gewickelt sind. Es ist hierbei ein isolierter
elektrischer
Leiter io in mehreren aufeinanderfolgenden Lagen i i auf einen Spulenkörper 12 aufgewickelt.
Die Wicklungsoberfläche i2a des Spulenkörpers, auf welche die erste Lage der Windungen
gewickelt ist, ist aufgerauht, damit beim Wickeln der ersten Lage die einzelnen
Windungen sich nicht seitlich verschieben können. Man kann zu diesem Zwecke auf
dem Spulenkörper eine Lage Sandpapier mit seiner rauhen Seite nach außenhin aufbringen.
Die erste Wicklungslage ist in dem Ausführungsbeispiel von sechs Windungen gebildet:
14, 14a, 141, 14e, 14d und i4e. Die Windungen sind so aufgewickelt, daß sie sich
nicht gegenseitig berühren, sondern einen gewissen Abstand zwischeneinander haben.
Die zweite Lage wird von einer gleichen Zahl von Windungen 14!.... i4h gebildet.
Die Windungen der zweiten Lage legen sich so auf die erste Lage, daß sie in die
Zwischenräume zwischen den Windungen der ersten Lage hineingreifen. Die dritte Lage
wird von den Windungen 141.... 14° gebildet. Durch Keilwirkungen halten sich
die einzelnen Windungen an den Windungen der vorhergehenden Lage fest, so daß mechanische
Verschiebungen nicht mehr auftreten können. Die gestrichelten Linien in Abb. i stellen
die Mittellinien der Leiterquerschnitte der einzelnen Lagen dar.
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Aus Abb. i ist zu ersehen, daß die Windungen 14, i4a.... i4@ der ersten
Lage einen Abstand voneinander haben, der annähernd gleich 0,73 mal dem Durchmesser
des Leiters ist. Mit dieser Anordnung ist es möglich, daß die Windungen der nächsten
Lage sehr tief in die vorhergehende Lage eingreifen und dadurch fest verankert sind.
Wenn, wie in dem Ausführungsbeispiel, der Abstand der Windungen der einzelnen Lagen
0,73 mal dem Durchmesser des Leiters beträgt, so besitzen die Mittellinien
der Leiterquerschnitte der einzelnen Lagen einen Abstand, der gleich der Hälfte
des Leiterdurchmessers ist.
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Es ist für das Wickeln zweckmäßig, ein Abstandsstück zwischen die
aufeinanderfolgendenWindungen der ersten Lage zu legen. Das Abstandsstück kann aus
irgendeinem passenden Material, z. B. aus einer Papierschnur oder einem isolierten
Leiter, bestehen. Dieses Abstandsstück ist derart ausgebildet, daß es dicht angeschmiegt
an den benachbarten Windungen und der unteren Kurvenform derWindungen der zweiten
Lage anliegt. Man wickelt (las Abstandsstück zweckmäßig gleichzeitig mit dem Leiter
beim Wickeln der ersten Lage auf. Man kann die Zwischenräume zwischen den Windungen
der ersten Lage dadurch ausnutzen, daß man in ihnen einen elektrischen Leiter parallel
zu den Windungen wickelt und mit den Endwindungen der Lage in geeigneter Weise,
z. B. durch Verlöten, verbindet. In derselben Weise können auch die Zwischenräume
zwischen den Windungen der letzten Lage ausgenutzt werden.
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Um eine gleichmäßige und kompakte Wicklung zu erhalten, ist es zweckmäßig,
die Windungen nicht in Form einer Schnecke, sondern in einer zur Spulenachse senkrechten
Ebene aufzuwickeln. Am Ende jeder Windung ist der Leiter dann, wie in Abb.2 zu sehen
ist, nach der Ebene der nächsten Windung hin abgekröpft. Am Ende jeder Lage wird
die Richtung der Kröpfung für die nächste Lage umgekehrt. Es ergibt sich also für
jede Lage eine Längsreihe von Kröpfungsstellen i6. Liegen die Reihen der Kröpfungsstellen
der verschiedenen Lagen alle in einer radialen Ebene untereinander, so ergibt sich
ein etwas unsymmetrischer Spulenaufbau. Es ist deshalb zweckmäßiger, die Längsreihen
der Kröpfungsstellen für die einzelnen Lagen derart gegeneinander zu versetzen,
daß sie gleichmäßig über den Umfang der Spule verteilt sind.
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Wenn die Windungen einer Lage wie in dem Ausführungsbeispiel einen
Abstand von 0,73
mal dem Leiterdurchmesser besitzen, wird die Zahl der Leiter
einer Lage auf 58 °t, derjenigen Leiterzahl heruntergesetzt, die vorhanden wäre,
wenn die Leiter einer Lage dicht aneinander anliegen würden. Infolgedessen beträgt
bei der neuen Anordnung die Spannung j e Lage auch nur 58 °/o von derjenigen bei
der bekannten Wicklung. In Abb. i sind fünf Lagen zu je sechsWindungen gezeichnet.
Insgesamt sind also dreißig Windungen vorhanden. Der maximal auftretende Spannungsunterschied
zwischen zwei benachbarten Leitern ist die Spannung von zwölf Windungen. Diese Spannung
tritt z. B. zwischen der Windung 14 der ersten Lage und der Windung 14b der dritten
Lage auf. Wäre die Spule nach der üblichen Art mit dicht aneinanderliegenden Windungen
je Lage gewickelt -worden, so hätte man drei Lagen zu je zehn Windungen erhalten,
und die maximal auftretende Spannungsdifferenz wäre gleich der Spannung von ig Windungen
gewesen. Demgegenüber ist also die maximal elektrische Beanspruchung bei der neuen
Wicklungsart wesentlich niedriger.
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Trotzdem die neue Wicklung bei dreißig Windungen fünf Lagen gegenüber
drei Lagen bei der bekannten Wicklungsart hat, ist die Wicklungstiefe der neuen
Wicklung nicht größer, sondern eher noch kleiner als diejenige der bekannten Wicklung.
Dies ergibt sich daraus, daß die Windungen einer Lage in die Zwischenräume der vorhergehenden
Lage hineingreifen. Sie pressen sich infolgedessen schon beim Wickeln infolge ihrer-Keilwirkung
gailz
fest und tief in die vorhergehende Lage ein, so daß der benötigte Wicklungsraum
sehr gering wird. Hierzu kämmt noch, daß infolge der geringen elektrischen Beanspruchung
auch die Isolation verringert werden kann. Eine besondere Lagenisolation ist .im
allgemeinen ganz . unnötig. Es ergibt sich infolgedessen ein.:sehr großer kaumausnutzungsfaktor.
Infolge der vergrößerten Isolation wird die Geschwindigkeit des automatischen Wickelns
vergrößert. Da die einzelnen Windungen sich durch Keilwicklung gegenseitig festhalten,
eignet sich die Spule ganz besonders für das automatische Wickeln.
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In Abb. 3 ist ein etwas abgeändertes Ausführungsbeispiel dargestellt.
Es ist auch hier wieder jede Lage 21 aus Windungen gebildet, die einen gewissen
Abstand voneinander haben. Die erste Lage besitzt die Windungen 22, 22a.
, ,.,22e.- Die Abstände zwischen den Windungen sind jedoch ein wenig kleiner
als o,73 mal dem Durchmesser des Leiters. Der Vorteil dieser Anordnung besteht darin,
daß die jeweils übernächsten Lagen sich nicht berühren wie bei dem Ausführungsbeispiel
der Abb. i. Auf diese Weise wird der zwischenzwei sich berührenden Windungen maximal
auftretende Spannungsunterschied noch ein wenig weiter heruntergesetzt gegenüber
dem Ausführungsbeispiel nach Abb. i, denn er tritt nicht zwischen 22 und 221, sondern
zwischen 22 und 22k auf. Ferner kommt er nur jeweils bei den am Ende einer Lage
sich berührenden Windungen zur Wirkung.
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Bei den bis jetzt beschriebenen Wicklungen sind die Lagen konzentrisch
zu der Spulenachse angeordnet. Derartige Spulen eignen sich besonders für mäßige
Spannungen, beispielsweise bis zu 13 000 Volt. Für höhere Spannungen, z.
B. zwischen 13 000 und 66 ooo Volt, ist es zweckmäßig, die Lagen schräg konisch
zur Spulenachse anzuordnen, wie es in Abb. 4 dargestellt ist. Bei diesem Ausführungsbeispiel
ist der Leiter 30 in schrägen Lagen 31 auf dem Spulenkörper 32 aufgewickelt.
Der Spulenkörper besitzt wieder eine gerauhte Oberfläche 3211, damit die Windungen
der ersten Lage sich seitlich nicht verschieben können. Als Neigungswinkel eignet
sich besonders der Winkel von 30°. Die erste Windung 33, welche die erste Lage bildet,
ist mit einem Abstand gegenüber der linken Kopfseite des Spulenkörpers angeordnet.
Die zweite Windung 33a ist neben sie auf der inneren Wicklungsfläche des Spulenkörpers
aufgewickelt. Die dritte Windung 33b ist mit einem Abstand gegenüber der Windung
33a an die linke Kopfseite des Spulenkörpers gelegt. Die Windungen 33" und
33b bilden somit die zweite Lage. Man sieht, daß die erste Windung 33 einen solchen
Abstand von.. der linken Kopfseite des Spulenträgers besitzen muß, daß die Mittellinie
des Querschnittes der zweiten Lage um etwa 30° geneigt ist. Die vierte Windung 33e,
d. h. die erste Windung der dritten. Lage, greift in den Zwischenraum zwischen den
Windungen 33"
und 33b der zweiten Lage ein. Die nächste Windung 33d liegt
neben der Windung 33a. Die sechste. Windung 33e liegt neben der fünften Windung
33d und bildet mit den Windungen 33" und 339 die vierte Lage. Sämtliche
Lagen bilden einen Konus mit etwa 30° Neigung. Da die einzelnen Windungen jeweils
in die Abstände zwischen den Windungen der vorhergehenden Lage eingreifen, halten
sie sich beim Wickeln selbst sehr gut fest. Infolge der Neigung der Mittellinie
der Querschnitte gegen die Spulenachse ist die Zahl der in .einer Lage liegenden
Windungen kleiner, als wenn die genannte Mittellinie parallel zur Spulenachse verliefe.
Es ist infolgedessen auch die maximale Spannungsdifferenz kleiner als bei der in
Abb. i dargestellten Anordnung.
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Für noch höhere Spannungen eignet sich besonders die Wicklungsanordnung
nach Abb: 5. Die einzelnen Lagen liegen hierbei in Ebenen, die senkrecht zur Spulenachse
stehen. Die innere Oberfläche 40a der linken Kopfseite des Spulenkörpers 40 ist
angerauht. Auf dieser Fläche liegen die Windungen 41, 41a und 41b der ersten Lage.
In ihren Abstand greifen die Windungen 4ie und 41d der zweiten Lage ein usf. 42
ist wieder ein Abstandsstück, wie es auch bei den Anordnungen nach den Abb. i und
3 angegeben war.