DE10117846C1 - In einem Gehäuse angeordnetes elektrisches Bauteil in Form eines Transformators oder einer Drosselspule - Google Patents

In einem Gehäuse angeordnetes elektrisches Bauteil in Form eines Transformators oder einer Drosselspule

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Abstract

Um elektrische Bauteile an Transformatoren oder Drosselspulen größerer Leistung kühlen zu können, werden diese in einem von einem flüssigen Kühlmittel durchströmten kesselartigen Gehäuse angeordnet. Bestimmte Anwendungen wie z. B. bei Bahnen in Unterflurmontage erfordern einen möglichst kompakten Aufbau des elektrischen Bauteiles, in diesem Fall eines Transformators. Um dessen Gehäuse (13) bei möglichst kleiner Wandstärke eine möglichst große mechanische Stabilität zu geben, sind die beiden Gehäusewände (14, 15), zwischen denen sich ein Fenster des Transformators befindet, mittels eines auf Zug beanspruchbaren Versteifungselementes (8) durch das Transformator-Fenster hindurch miteinander verbunden. Das Versteifungselement kann aus einer an den beiden Wänden verankerten (11, 12; 16, 17 und 18, 19) isolierenden Platte bestehen.

Description

Die Erfindung liegt auf dem Gebiet der grundlegenden elektri­ schen Bauteile und ist bei der konstruktiven Ausgestaltung eines Transformators oder einer Drosselspule anzuwenden, der bzw. die zur Kühlung der Wicklungen bzw. der Wicklung und des magnetischen Kernes in einem von einem flüssigen Kühlmittel durchströmten kesselartigen Gehäuse angeordnet ist.
Aus dem DDR-Wirtschaftspatent DD 117 765 C ist ein Bahntrans­ formator mit drei Wicklungen bekannt, die jeweils einen Kern­ schenkel eines Transformatorkerns umschließen. Die Kernschen­ kel sind über stirnseitig zu den Wicklungen angeordneten Kernjochen magnetisch miteinander verbunden. Zum axialen Pressen der Wicklungen sind stirnseitig zu diesen angeordnete Profile vorgesehen, die über axial verlaufende Zuganker miteinander verbunden und verspannt sind. Der bekannte Bahntransformator ist in einem Kessel angeordnet, der mit Kühlöl aufgefüllt ist.
Aus der deutschen Patentanmeldung R 12922 vom 09.11.1953 ist ein Gehäuse für Transformatoren bekannt, das aus einem zy­ lindrischen Isoliermantel mit jeweils aufgesetztem metalli­ schen Boden bzw. Deckel besteht. Zur mechanischen Halterung von dem Boden und dem Deckel an dem zylindrischen Isolierkör­ per ist ein vom Boden ausgehendes und das Isolierrohr zentral durchlaufendes Zugseil vorgesehen, das mit dem Deckel über ein Federelement zur Verspannung von Boden und Deckel gegen­ einander verbunden ist.
Bei der Aufstellung eines elektrischen Bauteils in Form eines Transformators oder einer Drosselspule unter beengten Raum­ verhältnissen ist es in aller Regel erforderlich, die Wärme­ abfuhr von dem elektrischen Bauteil mittels einer forcierten Flüssigkeitskühlung zu gewährleisten. Hierzu wird das elekt­ rische Bauteil in einem als Kessel ausgebildeten Gehäuse an­ geordnet, dessen Innenraum von einem flüssigen Kühlmittel durchströmt wird. Als Kühlmittel wird üblicherweise ein Iso­ lieröl verwendet. Bei elektrischen Bauteilen mit supraleiten­ den Wicklungen dient dagegen ein verflüssigtes Gas als Kühl­ mittel.
Bei Transformatoren liegen beengte Raumverhältnisse bei­ spielsweise bei Bahnanwendungen vor, insbesondere dann, wenn der Transformator unterhalb des Bodens des Triebwagens oder eines Waggons (Unterflurmontage) angeordnet wird. Hier wird eine möglichst niedrige Bauhöhe bei liegender Anordnung des Transformators gefordert. Insoweit kommen hier dünnwandige Transformator-Kessel zum Einsatz.
Die Aufgabe der Erfindung ist es, dem Gehäuse bei möglichst kleiner Wandstärke der Wandung eine möglichst große mechanische Stabilität zu geben.
Die Aufgabe wird erfindungsgemäß gelöst mit einem in einem kesselartigen Gehäuse angeordneten elektrischen Bauteil in Form eines Transformators oder einer Drosselspule mit Flüssigkeitskühlung der Wicklungen und des magnetischen Kernes, bei dem der magnetische Kern ein unteres Joch, wenigstens zwei Schenkel und ein oberes Joch aufweist und wenigstens einem Schenkel eine Wicklung zugeordnet ist, wobei zwischen zwei Schenkeln ein Fenster gebildet ist, und bei dem das Gehäuse zwei parallel zum Fenster des magnetischen Kernes verlaufende, einander gegenüber liegende Gehäusewände aufweist und die mittels wenigstens eines isoliert angeordneten, auf Zug beanspruchbaren Versteifungselementes verbunden, welches das zwischen zwei Schenkeln befindliche Fenster durchgreift.
Bei einer derartigen Ausgestaltung können für die mittels des Verstärkungselementes mechanisch stabilisierten Wände des Ge­ häuses relativ dünne Wandstärken vorgesehen werden, ohne dass es infolge des Druckes, unter dem das den Innenraum des Ge­ häuses durchströmenden Kühlmittel steht, zu Ausbauchungen der Gehäusewände kommt. Dies gilt insbesondere auch für Transfor­ matoren und Drosselspulen, die mit supraleitenden (HTSL) Wicklungen ausgestattet sind und bei denen wegen der erfor­ derlichen Wärmeisolierung an der Außenwand des Gehäuses ein sehr geringer Druck (Vakuum) anliegt. - Bei Verwendung dünner Wandstärken für die Gehäusewände wird auch das Gewicht des Gehäuses reduziert.
In weiterer Ausgestaltung der Erfindung besteht das Verstei­ fungselement zweckmäßig aus einer Platte, die mit zwei zuein­ ander parallelen Kanten mit den Gehäusewänden verbunden ist. Diese Verbindung erfolgt zweckmäßig mittels ineinander grei­ fender Schienen, die einerseits an den Gehäusewänden und an­ dererseits an den zueinander parallelen Kanten der Platte an­ geordnet sind. Beim Einsetzen des elektrischen Bauteiles in das Gehäuse werden die Schienen der das Fenster des magneti­ schen Kernes durchgreifenden Platte in die entsprechenden Schienen an den Gehäusewänden eingefädelt.
Die gemäß der Erfindung vorgesehene Ausgestaltung kann sowohl bei Drosselspulen als auch bei zweischenkligen Transformato­ ren, wie sie für Bahnanwendungen üblich sind, als auch für dreischenklige Transformatoren zur Anwendung kommen. Im letztgenannten Fall ist es sinnvoll, zwei die Fenster des Transformators durchgreifende Verstärkungselemente vorzuse­ hen. - Um aufwändige Isolierstellen am Übergang von dem Ver­ steifungselement auf die Gehäusewände und eventuelle Wirbel­ ströme in dem Versteifungselement auszuschließen, empfiehlt es sich, als Material für das Versteifungselement einen iso­ lierenden glasfaserverstärkten Kunststoff vorzusehen.
Ein Ausführungsbeispiel des neuen elektrischen Bauteiles in Form eines Transformators ist in der Figur dargestellt.
Die Figur zeigt in räumlicher Darstellung einen Transforma­ tor, der aus einem magnetischen Kern 1 mit den beiden Jochen 2 und 3 und den beiden Schenkeln 4 und 5 sowie den auf den beiden Schenkeln angeordneten Wicklungen 6 und 7 besteht. Das zwischen den Wicklungen befindliche Fenster des Transforma­ tors wird von einem Versteifungselement 8 in Form einer rechteckigen Platte aus einem glasfaserverstärkten Kunststoff durchgriffen. Die parallel zu den Schenkeln 11 und 12 verlau­ fenden Kanten 9 und 10 der Platte 8 sind mit Profilschienen 11 und 12 bestückt.
Unterhalb des Transformators ist ein kesselartiges, noch nicht verschlossenes Gehäuse 13 angeordnet, in das der Trans­ formator eingesetzt werden soll. An zwei einander gegenüber­ liegenden, parallel zum magnetischen Kern 1 und damit des Fensters des Transformators verlaufenden Wänden 14 und 15 sind Schienen 16 und 17 bzw. 18 und 19 befestigt, die ein zum Profil der Schienen 11 und 12 der Platte 8 korrespondierendes Profil aufweisen. Beim Einsetzen des Transformators greifen die Profilschienen 11 und 12 der Platte 8 gemäß den Pfeilen 20 in die Schienen 16, 17 bzw. 18, 19 ein, wodurch die beiden Wände 14 und 15 miteinander verbunden und mechanisch stabili­ siert werden.

Claims (4)

1. In einem kesselartigen Gehäuse (13) angeordnetes elektri­ sches Bauteil in Form eines Transformators oder einer Dros­ selspule mit Flüssigkeitskühlung der Wicklung bzw. der Wick­ lungen (6, 7) und des magnetischen Kernes (2, 3, 4, 5),
bei dem der magnetische Kern ein unteres Joch (2), wenigstens zwei Schenkel (4, 5) und ein oberes Joch (3) aufweist und we­ nigstens einem der Schenkel eine Wicklung (6, 7) zugeordnet ist, wobei zwischen zwei Schenkeln (4, 5) ein Fenster gebildet ist,
und bei dem das Gehäuse (13) zwei parallel zum Fenster des magnetischen Kernes verlaufende, einander gegenüberliegende Gehäusewände (14, 15) aufweist,
die mittels wenigstens eines isoliert angeordneten, auf Zug beanspruchbaren Versteifungselementes (8) verbunden sind, welches das zwischen zwei Schenkeln (4, 5) befindliche Fenster durchgreift.
2. Elektrisches Bauteil nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das Versteifungselement (8) aus einer Platte besteht.
3. Elektrisches Bauteil nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Platte (8) mittels ineinander greifender Schienen (11, 12; 16-19) an den beiden Gehäusewänden (14, 15) fixiert ist.
4. Elektrisches Bauteil nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass das Versteifungselement (8) aus einem isolierenden, glasfaserverstärkten Kunststoff besteht.
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