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Die
Erfindung betrifft eine elektrische Wicklung, wobei die elektrische
Wicklung konzentrisch um einen Magnetkern anordbar ist.
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Ebenfalls
betrifft die Erfindung einen Transformator, der mindestens einen
Magnetkern und mindestens eine elektrische Wicklung umfasst, wobei
die elektrische Wicklung konzentrisch um den Magnetkern anordbar
ist.
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Beim
Bau von elektromagnetischen Bauteilen wie Drosseln oder Transformatoren
ist eine exakte Anordnung, Fixierung und mechanischen Stabilisierung
der einzelnen Baugruppenelemente zueinander notwendig. Die relative
Lage des Magnetkernes zu den Wicklungen muss während der Herstellung, des
Transportes und während
des zum Teil jahrzehntelangen Betriebes jederzeit gewährleistet
sein.
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Bei
Gießharztransformatoren
sind die Unterspannungs- und/oder Oberspannungswicklungen mit einer
Gießharzmasse
vergossen und gewährleisten eine
mechanische Stabilität
der so hergestellten Gießharzkörper. Herkömmlicherweise
ist ein entsprechender Gießharztransformator
dergestalt aufgebaut, dass der Magnetkern, insbesondere bei Mehrschenkelmagnetkernen,
mit ober- und unterseitig
angeordneten Pressrahmen zur mechanischen Stabilisierung der zumeist
aus Einzelblechen geschichteten Magnetkernen verwendet wird. Die
innen liegende Wicklung – zumeist
die Unterspannungswicklung – wird
gemäß dem Stand
der Technik durch Distanzelemente und durch unterseitig und gegebenenfalls
oberseitig angeordnete Abstützvorrichtungen
relativ zum Magnetkern fixiert. Die außen liegende Wicklung wird ebenfalls
mittels Abstützvorrichtungen
und gegebenenfalls mit Hilfe von Distanzelementen relativ zur innen
liegenden Wicklung fixiert. Der Magnetkern ist dabei durch außen liegenden Tragegestelle,
wie z.B. umlaufende Bandagen, mechanisch versteift und dient mittels
der Distanzelemente als Abstützung
für die äußeren elektrischen Wicklungen.
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Zur
Gewährleistung
einer auch beim Transport des Transformators relativen Fixierung
der Wicklungen zum Magnetkern wird herkömmlicherweise auf der Magnetkernaußenfläche ein
Pressrahmen angeordnet, der eine Verspannung zwischen den Wicklungen
und dem Pressrahmen mittels entsprechender Abstützvorrichtungen sicherstellt.
Die Abstützvorrichtung
dient zum einen zur elektrischen Isolierung der Wicklungen gegen
das Erdpotential des Pressrahmens und des Magnetkernes und zum anderen
zur Unterstützung
der mittels Distanzelemente vorgenommenen relativen Fixierung der
innen liegenden Wicklung relativ zum Magnetkern, der durch das äußere Tragegestell
mechanisch versteift ist.
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Nachteilig
ist hierbei jedoch, dass die Vorspannung der relativen Fixierung
der innen liegenden Wicklung relativ zum Magnetkern exakt eingestellt werden
muss. Insbesondere beim Transport ist aufgrund der zum Teil hohen
Beschleunigungen des Transformators damit zu rechnen, dass die verwendeten
Keilelemente sich aufgrund des Transportes bei falsch eingestellter
Vorspannung der Keilelemente lösen
können
und damit die Fixierung verloren geht. Zusätzlich müssen bei Einspannung mit Elastomeren
oder Federn diese die Wärmedehnung über die
Lebensdauer des Transformators aufnehmen.
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So
beschreibt die
DE 2 052 611 eine
Wicklungsanordnung für
Kurzschlussbeanspruchungen. Gemäß der dortigen
Erfindung wird die Wicklungsanordnung an einem axialen Ende vollumfänglich gehalten.
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Die
DE 2 002 273 offenbart eine
Wicklungsanordnung für
Transformatoren mit zwei oder mehr koaxialen Wicklungen. Gemäß der dortigen
Erfindung werden die Wicklungen bezüglich der möglichen auftretenden Axialkräfte in axialer
Richtung durch Abstützungen
verkeilt.
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Des
Weiteren offenbart die
DE 196
35 04 eine gießharzisolierte
Trockentransformatorspule, die aus einzelnen Spulensegmenten beziehungsweise
Spulenblöcken
zusammengesetzt ist, wobei die jeweils korrespondierenden Stirnseiten
der Einzelspulen beziehungsweise der Spulenblöcke mittels Aussparungen und
korrespondierender Gegenstücke
ineinander steckbar sind und somit eine koaxiale Positionierung
der Einzelspulen beziehungsweise der Spulenblöcke erlauben.
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Aufgabe
der vorliegenden Erfindung ist es die oben genannten Nachteile des
Standes der Technik zu vermeiden und eine einfache Fixierung der Wicklungen
zu realisieren.
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Gelöst wird
die Aufgabe durch die kennzeichnenden Merkmale der Patentansprüche 1 und 6.
Die Aufgabe wird entsprechend der Merkmale des Anspruchs 1 dadurch
gelöst,
dass die elektrische Wicklung fest mit einer an mindestens einer
Stirnseite der elektrischen Wicklung angeordneten Fixiervorrichtung
verbunden und auf einer radialen Ebene fixierbar ist. Durch die
Integration der Fixiervorrichtung in den Aufbau der elektrischen
Wicklung entfällt
die Notwendigkeit der Verwendung von Verspann- und Distanzelementen
relativ zu einer äußeren Halterung und/oder
zu einem mit Tragegestellen versteiften Magnetkern. Die elektrische
Wicklung wird mittels der fest mit der elektrischen Wicklung verbundenen
Fixiervorrichtung auf einer radialen Ebene fixiert, wobei die elektrische
Wicklung konzentrisch um den Magnetkern angeordnet ist. Eine Nachjustierung
bzw. relative Fixierung zwischen Magnetkern und den äußeren elektrischen
Wicklungen entfällt
bei einer Fixierung auf der radialen Ebene, da der Magnetkern ebenfalls
durch den umgebenden Pressrahmen relativ zu einer radialen Ebene
fixiert ist.
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Im
Gegensatz zu bekannten Abstützvorrichtungen
für die
Fixierung der elektrischen Wicklungen relativ zum Magnetkern wird
gemäß der vorliegenden Erfindung
kein weiteres Halte- oder Verkeilungselement zur nachträglichen
Justierung und Fixierung der Baugruppenelemente benötigt. In
Abhängigkeit
der gewählten
Befestigung auf der radialen Ebene tritt aufgrund der Integration
der Fixiervorrichtung in die elektrische Wicklung keine Relativbewegung
zwischen Fixiervorrichtung und der elektrischen Wicklung auf, so
dass äußere Einflüsse, wie
zum Beispiel Beschleunigungen während
des Transportes des Transformators, die mittels der Fixiervorrichtung
befestigten elektrischen Wicklung nicht verschieben können.
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Eine
vorteilhafte Ausgestaltung der Erfindung sieht vor, dass die Fixiervorrichtung
mit der elektrischen Wicklung zu einer Gießharzwicklung mittels Gießharz vergossen
ist. Die so hergestellte Gießharzwicklung
besitzt eine hohe mechanische Eigenstabilität und gewährleistet gleichzeitig einen
festen Verbund zwischen der Fixiervorrichtung und der elektrischen
Wicklung.
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Erfindungsgemäß ist dabei
vorgesehen, dass mehrere Fixiervorrichtungen äquidistant auf dem Umfang der
elektrischen Wicklung an der unteren Stirnseite angeordnet sind.
Hierdurch wird die mechanische Belastung der Gießharzwicklung weiter minimiert
und genügend
Kontaktflächen
zur Verbindung der jeweiligen Fixiervorrichtungen mit einer äußeren Halterung
auf der radialen Ebene zur Verfügung
gestellt.
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Vorteilhafterweise
weist die Fixiervorrichtung eine Aufnahme für Befestigungsmittel auf. Dies
kann im einfachsten Fall eine Gewindebohrung in der der Stirnseite
abgewandten Seite der Fixiervorrichtung sein, in die ein korrespondierendes
Befestigungsmittel, wie zum Beispiel eine Schraube schraubbar und damit
die Gießharzwicklung
mit einer entsprechenden äußeren Halterung
fest fixierbar ist.
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In
einer vorteilhaften Ausgestaltung der vorliegenden Erfindung wird
die Befestigung der Fixiervorrichtung mit der äußeren Halterung mittels mindestens
eines Kompensationselementes zum Ausgleich einer radialen Bewegung
der Gießharzwicklung
vorgenommen. Aufgrund der zumeist unterschiedlich verwendeten Materialen
für die
Wicklungen und den äußeren Pressrahmen,
kommt es bei einer thermischen Beanspruchung aufgrund der unterschiedlichen
thermischen Ausdehnungskoeffizienten zu unterschiedlichen Materialausdehnungen
und damit Relativverschiebungen zwischen der Gießharzwicklung und der äußeren Halterung.
Aufgrund dieser möglichen
Relativverschiebungen der Gießharzwicklungen
in Bezug auf die äußere Halterung
kann dies bei einer starren Verbindung zwischen Fixiervorrichtung
und äußerer Halterung
und einer hohen thermischen Belastung zu einem Bruch der Fixiervorrichtung
führen.
Durch die Verwendung von Kompensationselementen, wie zum Beispiel
ein relativ zu jeder Fixiervorrichtung radial ausgerichtetes Langloch,
das die beim Betrieb entstehenden Ausdehnungen der Gießharzwicklung
relativ zur äußeren Halterung
ausgleicht, werden diese Relativverschiebungen kompensiert. Ebenfalls
können
elastische Kompensationselemente die auftretenden Relativverschiebungen
aufgrund der unterschiedlichen Wärmeausdehnungskoeffizienten
der Gießharzwicklung
und der äußeren Halterung
kompensieren. Die Kompensationselemente sind dabei entweder direkt
in der Fixiervorrichtung und/oder der äußeren Halterung integriert
sein und/oder als Verbindungselemente zwischen der Fixiervorrichtung
und der äußeren Halterung
angeordnet. Auch die Kombination der oben genannten Lösungen eines
in der Fixiervorrichtung integrierten Kompensationselements mit
einen Kompensationselement als – gleichzeitiges – Verbindungselement
zwischen Fixiervorrichtung und äußerer Halterung
stellt eine vorteilhafte Ausgestaltung der vorliegenden Erfindung
dar. Gleiches gilt für
die Kombination eines in der äußeren Halterung
integrierten Kompensationselements in Verbindung mit einem Kompensationselement
als Verbindungselement zwischen Fixiervorrichtung und äußerer Halterung.
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Die
Aufgabe wird ebenfalls durch die kennzeichnenden Merkmale des Patentanspruchs
6 gelöst.
Der erfindungsgemäße Transformator
zeichnet sich dadurch aus, dass die elektrische Wicklung fest mit
einer an mindestens einer Stirnseite der elektrischen Wicklung angeordneten
Fixiervorrichtung verbunden und diese Fixiervorrichtung bezogen
auf eine radiale Ebene rela tiv zum Magnetkern verbindbar ist. Diese
radiale Ebene kann z.B. der untere Pressrahmen als äußere Halterung
sein.
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Erfindungsgemäß ist vorgesehen,
dass die elektrische Wicklung mit der Fixiervorrichtung zu einer
Gießharzwicklung
mittels eines Gießharzes
vergossen ist. Die so hergestellte Gießharzwicklung, dient bei der
Anordnung um den Transformatorkern als Unterspannungswicklung und/oder
als Oberspannungswicklung. Durch diese erfindungsgemäße Gießharzwicklungen
ist es möglich,
die Unter- und/oder die Oberspannungswicklung als Gießharzwicklung
auszuformen und diese nicht mehr relativ zu einem durch Tragegestelle
versteiften Magnetkern fixieren zu müssen. Durch die Fixierung an
einer äußeren Halterung
und der gleichzeitigen hohen mechanischen Stabilität der so
ausgeformten Gießharzwicklungen
als Unterspannung- und/oder Oberspannungswicklungen erübrigt sich
eine Fixierung mittels Distanzelemente und eines durch Tragegestelle
versteiften Magnetkern gemäß der herkömmlichen
Fertigungsmethode. Gemäß der vorliegenden
Erfindung ist es vielmehr möglich,
auf das herkömmlicherweise verwendete
Tragegestell des Magnetkerns zu verzichten und die Stabilität der erfindungsgemäßen Gießharzwicklungen
mittels Distanzelemente auf den innen liegenden Magnetkern ohne
Tragegestelle zu übertragen
und damit den Magnetkern ohne zusätzliche Hilfsmittel zu fixieren.
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In
einer vorteilhaften Ausgestaltung sind die Fixiervorrichtung und/oder
die äußere Halterung und/oder
ein Verbindungselement zwischen Fixiervorrichtung und äußerer Halterung
mit mindestens einem Kompensationselement zur Aufnahme von radialen
Verschiebungen der Gießharzwicklung
ausgestattet. Dies kann zum einen eine radial ausgerichtete Langlochaussparung
innerhalb der äußeren Halterung
oder der Fixiervorrichtung sein. Ebenfalls können auch elastische Kompensationselemente zwischen
der äußeren Halterung
und der Fixiervorrichtung als Verbindungselemente angeordnet sein.
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Vorteilhafterweise
ist die elektrische Wicklung als Unterspannungswicklung nicht als
voll ausgegossene Gießharzwicklung
konzipiert und relativ zum Magnetkern fixiert. Die Oberspannungswicklung ist
als Gießharzwicklung
um die Unterspannungswicklung und den Magnetkern angeordnet und
mittels der Fixiervorrichtung an der äußeren Haltung, wie zum Beispiel
dem unteren Pressrahmen, befestigt.
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Erfindungsgemäß ist ebenfalls
vorgesehen, dass der obere Pressrahmen als oberes Joch der Transformatorkerne
nur geringfügig
breiter als die Breite des Magnetkernes ist und damit die Zirkulation eines
Kühlmediums,
wie z.B. Luft oder Öl,
zwischen der innen liegenden Wicklung und dem Magnetkern nicht beeinträchtigt.
Dadurch, dass keine abgewinkelten Pressrahmen oberhalb der elektrischen
Wicklung erfindungsgemäß Verwendung
finden, ist die Kühlung
des Transformators nicht mehr beeinträchtigt. Da keine Abstützelemente
in den Zwischenräumen
zwischen dem Magnetkern und der Unterspannungswicklung und/oder
der Unterspannungswicklung und der Oberspannungswicklung genutzt
werden, ist eine ungehinderte Luftzirkulation zwischen diesen elektrischen
Bauelementen gegeben. Ohne einen abgewinkelten oberen Pressrahmen
oberhalb der elektrischen Wicklungen zur Verspannung in axialer
Richtung der Wicklungen kann diese herkömmliche Form des oberen Pressrahmens
durch einen nicht abgewinkelten Pressrahmen ersetzt werden. Hierdurch
zirkuliert dann die Luft zwischen der Ober- und der Unterspannungswicklung
sowie zwischen Magnetkern und Unterspannungswicklung ungehindert,
was einen verstärkten
Durchsatz der Umgebungsluft zwischen den Wicklungen gewährleistet. Dies
führt zu
einer deutlich verbesserten Küh lung
der Wicklungen bei gleichzeitig reduziertem Materialeinsatz für den äußeren Pressrahmen.
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Weitere
erfindungsgemäße Merkmale
sind in den Unteransprüchen
ausgeführt.
Die Erfindung wird anhand der nachfolgenden Figuren näher erläutert.
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Es
zeigen:
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Figur 1a schematische
Seitenansicht der Gießharzwicklung
mit vier Fixiervorrichtungen mit jeweils einer Aufnahme für ein Befestigungselement;
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Figur 1b schematische
Unteransicht der Gießharzwicklung
mit vier Fixiervorrichtungen mit jeweils einer Aufnahme für ein Befestigungselement;
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Figur 2 schematische
Seitenansicht des erfindungsgemäßen Transformators
als Dreischenkelmagnetkernausführung.
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Die
Figur 1a zeigt eine schematische Seitenansicht
der Gießharzwicklung 1 mit
vier Fixierungsvorrichtungen 3 mit jeweils einer Aufnahme
für ein
Befestigungselement 5. Die Gießharzwicklung 1 zeigt
ebenfalls die Oberspannungsanschlüsse 9 in der schematischen
Seitenansicht. Durch die vollständige
Integration der Fixierungsvorrichtungen 3 in die Gießharzwicklung 1 zu
einem gemeinsam vergossenen Gießharzkörper, ist
zum einen eine stabile Form des Gießharzkörpers gegeben. Andererseits
ist durch die Integration der Fixiervorrichtungen 3 in
die Gießharzwicklung 1 gewährleistet,
dass die Gießharzwicklung 1 ausschließlich mittels
der Fixiervorrichtungen 3 und einer korrespondierenden
radialen Ebene 4 (nicht eingezeichnet) fixierbar ist.
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In
der Figur 1b ist eine schematische Unteransicht
der Gießharzwicklung 1 mit
vier Fixiervorrichtungen 3 mit jeweils einer Aufnahme für ein Befestigungselement 5 gezeigt.
Die radiale Ebene 4 befindet sich genau in der Zeichnungsebene.
Diese Gießharzwicklung 1 kann
aufgrund der innen liegenden Aussparungen über einen Transformatorkern 2 (nicht
eingezeichnet) übergestülpt und
auf einer radialen Ebene 4, wie dem unteren Pressrahmen 6,
verbunden werden.
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Zwischen
Transformatorkern 2 und einer so als Unterspannungswicklung
genutzten Gießharzwicklung 1 bleibt
ein vollständig
offener Zwischenraum. Eine bisher notwendige Fixierung der Gießharzwicklung 1 mittels
Distanzelemente zu einem mit einem Tragegestell stabilisierten Magnetkern 2 ist daher
mit der vorliegenden Erfindung nicht mehr notwendig.
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Die
Figur 2 zeigt einen erfindungsgemäßen Transformator 7 als Dreischenkelmagnetkernausführung. In
diesem Falle bildet der untere Pressrahmen 6 die radiale
Ebene 4. Auf dieser radialen Ebene 4 setzen die
die Gießharzwicklung
als Oberspannungswicklung auf und werden nur mittels dieser Verbindung
fixiert. Der sich zwischen Unterspannungswicklung und Oberspannungswicklung
in diesem Falle ausgebildete konzentrische Kühlkanal wird durch keinerlei
Verkeilungselemente reduziert. Um eine weitere verbesserte Kühlung des
so geschaffenen Transformators 7 zu erreichen, wird im
oberen Bereich des Transformators der Pressrahmen 8 mit nicht
abgewinkelten Teilen ausgeführt.
Die herkömmlichen
Abwinklungen der Pressrahmen 8 zur axialen Fixierung des
Magnetkernes 2 sind für
den vorgenannten erfindungsgemäßen Transformator 7 nicht mehr
notwendig und können
daher weggelassen werden. Diese erfin dungsgemäße Vorrichtung bietet daher
eine verbesserte Kühlung
des gesamten Transformators 7.