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Die Erfindung betrifft einen Kern für eine elektrische Induktionseinrichtung mit einer Vielzahl von magnetisierbaren Blechen, die unter Ausbildung eines Blechstapels aneinander anliegen, wobei zwischen zwei Blechen angeordnete Abstandshalter wenigstens einen Kühlkanal ausbilden.
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Ein solcher Kern ist aus der ständigen Praxis bekannt und wird in elektrischen Induktionseinrichtungen, wie beispielsweise Transformatoren oder Drosseln eingesetzt. Zur Unterdrückung von Wirbelströmen weist der Kern eine Vielzahl von flachen magnetisierbaren Blechen auf, die unter Ausbildung eines Blechstapels mit ihren Flachseiten aneinander anliegen. Zwischen zwei Blechen können Abstandshalter angeordnet sein, die mit den beiden Blechen, zwischen denen sie angeordnet sind, gemeinsam Kühlkanäle begrenzen. Diese Kühlkanäle ermöglichen die Abfuhr von im Kern entstehender Verlustwärme. Nachteilig ist jedoch, dass die Abstandshalter zusätzlichen Raum beanspruchen und den Füllfaktor des Kerns herabsetzen. Darüber hinaus decken die Abstandshalter einen großen Teil der Oberfläche der beiden Bleche ab, an denen sie anliegen. Dieser Teil des jeweiligen Bleches steht auf Grund der geringen Wärmeleitfähigkeit des Materials der Abstandshalter für die Wärmekonvektion nicht zur Verfügung.
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Insbesondere im Hinblick auf den Einsatz neuer Isolierfluide zur Isolation und zur Kühlung des Aktivteils einer Induktionseinrichtung ist es wünschenswert, dass der Kern als Bestandteil des Aktivteils möglichst kompakt ausgebildet werden kann, wobei gleichzeitig eine gute Kühlung ermöglicht wird.
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Aufgabe der Erfindung ist es daher, einen Kern der eingangs genannten Art zu schaffen, der thermisch höher belastet werden kann und gleichzeitig eine bessere Kühlung ermöglicht.
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Die Erfindung löst diese Aufgabe dadurch, dass die Abstandshalter zumindest zum Teil aus Metall bestehen. Durch den Einsatz von zumindest abschnittsweise metallischen Abstandshaltern ist für eine größere Wärmeleitfähigkeit im Kern gesorgt.
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Die Anordnung und Gestaltung der Abstandshalter im Kühlkanal des Kernes erfolgt derart, dass zwischen den einen Kühlkanal begrenzenden Kernblechen und den Abstandshaltern Kontaktflächen zur Wärmeübertragung an die metallischen Abstandshalter gebildet werden und die nicht an den Kernblechen anliegenden Außenflächen der Abstandshalter Konvektionsflächen zur Abgabe der Wärme an das im Kühlkanal befindliche Kühlfluid bilden. Somit ist der Wärmeübergang vom Kern zum Isolierfluid erleichtert, so dass sich eine höhere Kühlleistung einstellt. Mit anderen Worten ist im Rahmen der Erfindung die zur Wärmeleitung und Konvektion nutzbare Fläche erhöht. Dies hat eine effizientere Kühlung zur Folge. Der erfindungsgemäße Kern kann bei gleicher Kühlleistung mit kleineren Kühlkanälen oder mit einer verminderten Anzahl von Kühlkanälen versehen sein, so dass der Kern kompakter ausgebildet ist.
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Die gemäß dem Stand der Technik gewählten Materialien der Abstandshalter sind den zulässigen Temperaturen insbesondere beim Einsatz von thermisch höher belastbaren Isolierflüssigkeiten wie Esterölen oft nicht gewachsen. Die metallischen Abstandshalter im Rahmen der Erfindung können höheren Temperaturen ausgesetzt werden, ohne dass es zu Beschädigungen kommt.
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Erfindungsgemäß kann der Kern somit höheren thermischen Belastungen standhalten. Darüber hinaus entfallen die mechanischen weichen und oft aus thermisch wenig belastbarem Material gefertigten Abstandshalter gemäß dem Stand der Technik. Metallische Abstandshalter sind darüber hinaus kostengünstig, so dass die Herstellungskosten des erfindungsgemäßen Kerns im Vergleich zum Stand der Technik verringert sind.
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Die eingesetzten zumindest abschnittsweise metallischen Abstandshalter sind bevorzugt als flache Stäbe ausgestaltet. Im Blechstapel liegen die Abstandshalter mit ihren ebenen Flachseiten an den die Kühlkanäle umschließenden Kernblechen an.
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Vorteilhafterweise sind die Abstandhalter an jeder ihrer Seiten, die einem Blech zugewandt sind, mit einer elektrisch isolierenden Isolationsschicht versehen. Die beiden Seiten des Abstandshalters, die keinem Blech zugewandt sind, weisen hingegen keine Isolationsschicht auf. Auf diese Weise können eine Kreisströme verursachende Brückenbildung zwischen den Kernblechen und Wirbelströme in den Abstandshaltern vermieden werden. Als Isolationsschicht kommt beispielsweise eine Phosphatierungsschicht oder eine Schicht aus Isolierlack mit geringer Schichtdicke in Betracht.
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In einer bevorzugten Ausführung der Erfindung sind die Abstandshalter mit Abstand zueinander angeordnete massive Stäbe, wobei zur Herstellung der Abstandshalter bevorzugt Halbzeuge aus Stahl oder Aluminium eingesetzt werden. Bevorzugt weisen die Abstandshalter einen Überstand über die benachbarten Kernbleche auf, um die zur Konvektion nutzbare Fläche weiter zu vergrößern.
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Gemäß einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung sind die Abstandhalter nicht als durchgehende Stäbe ausgeführt sondern bilden Abstandssegmente aus, die auf einer Blechebene mit Abstand zueinander angeordnet sind.
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Bevorzugt sind diese Abstandssegmente auf der Kernblechoberfläche gegeneinander versetzt angeordnet um eine Verwirbelung der Strömung des Isolierfluides zu erreichen.
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Vorzugsweise sind die Abstandshalter zumindest teilweise als Hohlprofile ausgeführt. Da diese auch an ihrer Innenfläche Kontakt zum strömenden Isolierfluid haben, erhöht sich die zur Konvektion zur Verfügung stehende Oberfläche und damit die Effektivität der Kühlung weiter. Hohlprofile sind kostengünstig am Markt erhältlich.
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Gemäß einer weiteren Variante verfügen die Abstandshalter über eine Vielzahl von mit Abstand zueinander angeordneten Abstandssegmenten, welche über Verbindungsstege miteinander verbunden sind, wobei die Höhe der Verbindungsstege maximal der halben Höhe des Kühlkanales entspricht um die Strömung der Kühlflüssigkeit nicht zu behindern. Vorteilhafterweise sind diese Verbindungsstege derart ausgeführt, dass sie zu einer Verwirbelung der Strömung der Kühlflüssigkeit beitragen.
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In einer weiteren Variante sind die Abstandshalter zumindest teilweise als Rundstangen ausgeführt.
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Gemäß einer bevorzugten Ausgestaltung der Erfindung sind die Abstandshalter zumindest teilweise aus einem magnetisierbaren Material und insbesondere aus geschichteten magnetisierbaren Blechen gefertigt. Magnetisierbare Abstandhalter können so wie die restlichen Bleche des Kerns den magnetischen Fluss aufnehmen und auf diese Weise zur Erhöhung des magnetischen Querschnitts im Kern beitragen. Gemäß dieser Weiterentwicklung der Erfindung ist es besonders vorteilhaft, wenn die Abstandshalter aus geschichteten magnetisierbaren Blechen bestehen. Die geschichtete Ausführung der magnetisierbaren Bleche dient der Unterdrückung von Wirbelströmen in den Abstandshaltern.
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In einer weiteren Ausgestaltung der Erfindung sind nur die jeweils äußeren an die Bleche des Kernes anliegenden Bereiche der Abstandshalter aus einem magnetisierbaren Material gefertigt, während der innere Bereich aus einem weitgehend unmagnetischen metallischen Material besteht.
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Vorzugsweise weist das magnetisierbare Material der Abstandshalter eine magnetische Vorzugsichtung auf.
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In einer bevorzugten Ausgestaltung der Erfindung sind die Bleche der Abstandshalter in gleicher Schichtrichtung und magnetischer Vorzugsrichtung angeordnet, wie die den Kühlkanal umgebenden Kernbleche.
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Bevorzugt werden die geschichteten Bleche der Abstandshalter durch einen Kleber oder Lack zu leistenförmigen Paketen verbunden.
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Die magnetische Vorzugsrichtung ist zweckmäßig ausgerichtet. So verläuft die magnetische Vorzugsrichtung zweckmäßigerweise schräg oder winklig zu einer sich durch den Kern erstreckenden Fuge beispielsweise in einem Kernbereich, in dem Blechkanten aneinander stoßen und die besagte Fuge ausbilden. Dieser Kernbereich wird im Folgenden als Stoßbereich bezeichnet. Die Fugen, die jeweils von zwei aneinander stoßenden Blechen gebildet werden, können von Blechschicht zu Blechschicht versetzt zueinander sein. Durch die magnetischen Abstandshalter wird die Fuge magnetisch überbrückt und der magnetische Widerstand der Fuge herabgesetzt.
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Bevorzugt erstecken sich die Abstandshalter über den Stoßbereich der Kernbleche. Dabei bilden die Abstandshalter und die aneinander anstoßenden Blechkanten des Blechstapels in einer geschnittenen Seitenansicht des Kerns einen Winkel. Dieser Winkel kann unter Berücksichtigung der magnetischen Vorzugsrichtung der Kernbleche sowie der magnetischen Vorzugsrichtung des Abstandshalters im Rahmen der Erfindung so ausgebildet werden, dass sich eine gewünschte magnetische Flussverteilung einstellt.
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In einer bevorzugten Ausgestaltung sind die aus magnetischem Material mit magnetischer Vorzugsrichtung gebildeten Abstandshalter im Bereich der Fuge zwischen einem Schenkelblech und einem Jochblech derart ausgerichtet, dass der Winkel zwischen der magnetischen Vorzugsrichtung des magnetischen Materials der Abstandshalter und der Fuge zwischen 70° und 110° liegt. Durch diese Anordnung lässt sich eine gute Überbrückung der Fugen, sowie eine vorteilhafte magnetische Flussverteilung im den Kühlkanal umgebenden Kernbereich erzielen.
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In einer weiteren Ausgestaltung der Erfindung sind die Abstandshalter mit wenigstens einem Federelement ausgerüstet. Das Federelement stellt eine gewisse Dämpfung bereit. Es erleichtert daher die Fertigung des Kerns und verbessert darüber hinaus die mechanische Lastverteilung innerhalb des Kerns. Dieser Effekt hat eine Dämpfung und damit eine Reduktion der durch Magnetostriktion verursachten Kerngeräusche zur Folge.
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Vorteilhafterweise sind die Abstandshalter aus einem Streckmetallgitter oder einem Drahtgitter ausgebildet. Streckmetall- oder Drahtgitter sind kostengünstig und können bei der Herstellung des Kerns einfach zwischen zwei Kernbleche eingelegt werden. Vorteilhafterweise ist eine nichtleitende Arretierungsvorrichtung in Öffnungen der Streckmetallgitterstruktur integriert. Damit wird die Herstellung des erfindungsgemäßen Kerns noch weiter vereinfacht. So können die Bleche beispielsweise mit von ihrer Stapelfläche aufragenden Haltestiften ausgerüstet sein.
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Vorteilhafterweise ist das Streckmetallgitter in dem Blechstapel elastisch verbogen gehalten. Gemäß dieser Ausgestaltung der Erfindung stellt das Streckmetallgitter eine bereits weiter oben beschriebene vorteilhafte Federwirkung bereit, so dass eine mechanische Dämpfung, eine vereinfachte Fertigung und ein besserer mechanischer Halt des Kerns ermöglicht sind.
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In einer diesbezüglich zweckmäßigen Weiterentwicklung der Erfindung sind die Abstandshalter als Maschendraht ausgeführt. Auch ein Maschendraht ist zu geringen Kosten am Markt erhältlich. Der Draht aus dem der Maschendraht gebildet ist weist vorzugsweise einen runden oder elliptischen Querschnitt auf, so dass Kanten oder Spitzen beim Maschendraht vermieden sind, welche die Isolation des Kernbleches beschädigen können.
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Gewellte Drahtgeflechte können in vielen unterschiedlichen Varianten eingesetzt werden, wodurch eine leichte Anpassung an die geometrischen Verhältnisse des Kernes ermöglicht ist.
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Ein Drahtgitter oder Drahtgeflecht besteht beispielsweise aus zwei miteinander gewobenen Drähten und/oder ggf. zusätzlichen Verstärkungsdrähten. Dabei können beide Drähte wechselseitig gewellt sein. Abweichend hiervon umschließen gewellte Drähte einen geraden ungewellten Draht. Bei einer weiteren Variante sind die Abstandshalter als ein Spiralfederdrahtgewebe ausgeführt.
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Vorteilhafterweise wird ein solches Geflecht derart gestaltet, dass die Wellen von in der späteren Einbaulage des Kernes weitgehend horizontal angeordneten Teildrähten des Drahtgeflechts derart ausgebildet sind, dass die Abdeckung des vertikalen Kühlkanales maximal der halben Kühlkanalbreite entspricht. Vorteilhafterweise sind diese Verbindungsstege derart ausgeführt, dass sie zu einer Verwirbelung der Strömung der Kühlflüssigkeit beitragen.
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Gemäß einer bevorzugten Ausgestaltung der Erfindung weisen die Abstandshalter einen Befestigungsabschnitt auf, mit dem sich der Abstandshalter aus dem Blechpaket heraus erstreckt. Der Befestigungsabschnitt kann zur Befestigung aber auch zum Heben oder zum Transport des Kerns eingesetzt werden. Die Ausbildung eines mechanischen stabilen Befestigungsabschnittes wird erst durch die Auswahl eines metallischen Materials für die Abstandshalter ermöglicht.
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Weitere Vorteile bringt es mit sich, wenn der Befestigungsabschnitt einen Haken, eine Öse oder dergleichen ausbildet, um ein Anheben oder Befestigen des Kerns zu erleichtern.
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Zweckmäßigerweise ist der Befestigungsabschnitt mit einer Anschlusshalterung ausgerüstet. Die Anschlusshalterung ist beispielsweise ebenfalls aus einem metallischen Material gefertigt und fest mit dem Befestigungsabschnitt verbunden, beispielsweise an diesen angeformt. Die Anschlusshalterung dient zur mechanischen Verbindung mit Komponenten der Induktionseinrichtung wie z.B. dem Deckel eines Transformators.
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Bei der Variante der Erfindung, bei der die Abstandshalter aus einem magnetisierbaren Material bestehen, ist es vorteilhaft, dass die Abstandshalter einen inneren Bereich aus einem unmagnetischen metallischen Material aufweisen. In einer Querschnittsansicht des Abstandshalters ist somit eine Sandwichanordnung bereitgestellt, wobei der innere Bereich von zwei äußere magnetisierbaren Abschnitten des Abstandshalters eingebettet ist. Die beiden äußeren magnetisierbaren Abschnitte sind jeweils dem Blechstapel des Kerns zugewandt.
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Bei einer diesbezüglichen Weiterentwicklung bestehen die äußeren magnetisierbaren Bereiche ebenfalls aus geschichteten magnetisierbaren Blechen.
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Zweckmäßigerweisen sind die Abstandshalter des oberen Joches an der Seite, die bei einem Einsatz in einem Transformator einer Hochspannung führenden Wicklung gegenüberliegt, über die Unterkante des Joches verlängert und bilden im Bereich der Überdeckung des Joches (5) über die Wicklung einen Bogen aus, welcher das Joch (5) abschnittsweise überdeckt. Der Bogen dient der Vermeidung hoher elektrischer Feldstärken.
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Weitere zweckmäßige Ausgestaltungen und Vorteile der Erfindung sind Gegenstand der nachfolgenden Beschreibung von Ausführungsbeispielen der Erfindung oder Bezug auf die Figuren der Zeichnung, wobei gleiche Figuren auf gleichwirkende Bauteile verweisen und wobei
- 1 ein Ausführungsbeispiel des erfindungsgemäßem Kerns in einer geschnittenen Seitenansicht schematisch verdeutlicht,
- 2 einen Kern schematisch zeigt, der aus geschichteten flachen Einzelblechen gebildet ist und sowohl Abstandshalter gemäß dem Stand der Technik als auch metallische Abstandshalter gemäß der vorliegenden Erfindung aufweist,
- 3 einen Stoßbereich mit Abstandshaltern in einer Seitenansicht schematisch verdeutlicht,
- 4 einen weiteren Stoßbereich mit Abstandshaltern schematisch zeigt,
- 5 ein weiteres Ausführungsbeispiel des erfindungsgemäßen Kerns zeigt,
- 6 ein weiteres Ausführungsbeispiel des erfindungsgemäßen Kerns verdeutlicht,
- 7 fingerförmige Abstandshalter für den erfindungsgemäßen Kern veranschaulicht,
- 8 einen Kern mit Abstandshalter gemäß 7 zeigt und
- 9 ein Ausführungsbeispiel eines Abstandshalters 9 schematisch verdeutlicht,
- 10 ein Ausführungsbeispiel des Kerns 1 mit einem Abstandhalter gemäß 9 in einer Querschnittsansicht zeigen,
- 11 und 12 weitere Ausführungsbeispiele eines Abstandshalters verdeutlichen und
- 13 und 14 weitere Ausführungsbeispiele des erfindungsgemäßen Kerns verdeutlichen.
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1 zeigt ein Ausführungsbeispiel des erfindungsgemäßen Kerns 1 in einer teilweise geschnittenen Seitenansicht. Der Kern weist drei Kernschenkel 2, 3 und 4 auf. Darüber hinaus verfügt der Kern 1 über ein oberes Joch 5 sowie über ein unteres Joch 6. Der Kern 1 ist aus flachen also ebenen magnetisierbaren Blechen gefertigt, um Wirbelstromverluste bei einem Einsatz in einem Transformator oder in einer Drossel zu vermeiden. Die Bleche liegen mit ihren Flachseiten aneinander an. In 1 ist ein Blech aus der Mitte des Kerns 1 in einer Draufsicht gezeigt. Die Stapelrichtung der Bleche zeigt in die Zeichnungsebene hinein bzw. aus dieser heraus.
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In Stoßbereichen 7 ist das gezeigte Blech des Kernschenkels 2 an seinen beiden Enden V-förmig ausgebildet. Das gezeigte Blech stößt hier an Bleche des oberen oder unteren Jochs 4,5 unter Ausbildung einer Fuge an. Dies gilt entsprechend für die unter bzw. über der Zeichnungsebene liegenden Bleche. Weitere Stoßbereiche 8 ergeben sich zwischen den Kernschenkeln 3 und 4 und dem oberen Joch 5 beziehungsweise dem unteren Joch 6. In den Stoßbereichen 8 bilden die aneinander anliegenden Bleche des Kerns 1 ebenfalls eine schräg verlaufende Fuge aus.
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Zwischen zwei sich parallel zueinander erstreckenden Blechen sind Abstandshalter 9 angeordnet, die aus einem metallischen Material gefertigt sind. Die Abstandshalter 9 des mittleren Kernschenkels 2 sind in dem dargestellten Ausführungsbeispiel als massive Stäbe ausgeführt, wobei sie in dem gezeigten Ausführungsbeispiel im Querschnitt rechteckig ausgestaltet sind. Zwischen den Abstandshaltern 9, die in einer Ebene liegend alle den gleichen Abstand zueinander aufweisen, erstrecken sich Kühlkanäle 10.
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Die Abstandshalter 9 der Kernschenkel 3 und 4 sind hingegen nicht als durchgängige Stäbe ausgestaltet. Vielmehr sind die Abstandshalter in Gestalt von Klötzen ausgeführt, wobei die einzelnen Klötze nicht miteinander verbunden sind sondern Querkanäle begrenzen, über welche die in Längsrichtung der Kernschenkel 3,4 parallel zueinander verlaufenden Kühlkanäle 10 miteinander verbunden sind. Die Strömung eines Isolierfluides in diesem Bereich ist durch die Pfeile 11 schematisch verdeutlicht. Die klotzförmige Ausgestaltung der Abstandshalter 9 kann in einer weiteren Ausgestaltung der Erfindung durch den Einsatz eines Drahtgitters oder dergleichen realisiert werden.
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Verlustwärme wird von den Blechen auf das durch die Kühlkanäle 10 fließende Isolierfluid übertragen und kann so effektiv aus dem Kern 1 abtransportiert werden.
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2 verdeutlicht den Aufbau der Blechpakete des Schenkels eines Kerns 1, der sowohl mit erfindungsgemäßen Abstandshaltern 9 als auch mit Abstandshaltern 12 gemäß dem Stand der Technik ausgerüstet ist. In der gegenüber 1 vergrößerten Darstellung des Kerns 1 sind in der unteren Hälfte metallische Abstandshalter 9 gemäß der Erfindung erkennbar, während die Abstandshalter 12 im oberen Teil der 2 gemäß dem Stand der Technik aus einem isolierenden Material gefertigt sind. Dabei sind die Außenflächen der Bleche 13, die einem Kühlkanal 10 zugewandt sind und die gleichzeitig einen Wärmeaustausch mit dem in dem Kühlkanal 10 fließenden Isolierfluid ermöglichen, durch fette Linien dargestellt. Auf diese Weise ist erkennbar, dass die Kühlkanäle 10 im unteren Teil, wo ein metallischer Abstandshalter 9 eingesetzt ist, vollumfänglich von einer wärmeleitenden Begrenzung umgeben sind. Im Gegensatz dazu findet kein Wärmeübergang zwischen den Flachseiten der Abstandshalter 12 und dem Isolierfluid im Kühlkanal 10 statt. Der Wärmeübergang erfolgt bei einem Kern gemäß dem Stand der Technik ausschließlich über die Flachseiten der den Kühlkanal begrenzenden Bleche 13. Somit ist verdeutlicht, dass der Wärmeaustausch im Rahmen der Erfindung verbessert ist.
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Weiterhin sind die Abstandshalter 9 des gezeigten Ausführungsbeispiels aus geschichteten magnetisierbaren Blechen 13 gebildet. Im Ausführungsbeispiel sind die Bleche 13 der Abstandshalter 9 in gleicher Schichtrichtung und magnetischer Vorzugsrichtung angeordnet, sowie aus dem gleichen Material ausgeführt wie die den Kühlkanal 10 umgebenden Kernbleche 13.
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Im dargestellten Kernabschnitt ist demzufolge der magnetisch aktive Querschnitt des Kernes durch die Abstandshalter 9 erhöht. Die Abstandshalter 9 sind daher ertüchtigt, einen Teil des den Kern 1 durchsetzenden Magnetflusses zu übernehmen. Der Füllfaktor des Kernes erhöht sich. Dieser Effekt kann zur Verminderung der maximalen Induktion, beispielsweise zur Senkung der Kerngeräusche oder zur Verminderung des Durchmessers des Kernschenkels genutzt werden.
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3 zeigt den Stoßbereich 7 des erfindungsgemäßen Kerns 1 genauer. Es ist erkennbar, dass in dem Stoßbereich 7 eine Fuge ausgebildet ist, die von mit ihren Kanten aneinander anstoßenden Blechen gebildet ist. Die Fugen der Blechpaare sind von Schicht zu Schicht zueinander versetzt. Dies ist durch die gestrichelte Linie angedeutet, welche eine hinter der Zeichenebene liegende Fuge andeutet. Im gezeigten Ausführungsbeispiel sind die Abstandshalter 9 des Schenkels 2 aus einem geblechten magnetisierbaren Material gefertigt, das eine magnetische Vorzugsrichtung aufweist. Weiterhin erstrecken sich die geblechten magnetisierbaren Abstandshalter 9 in den oberen und unteren Jochbereich. Die magnetische Vorzugsrichtung der Belche 13 des Kernes und die magnetische Vorzugsrichtung der Abstandshalter 9 ist durch Doppelpfeile verdeutlicht.
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Wesentlich in dem gezeigten Ausführungsbeispiel ist, dass die Abstandshalter 9 sich winklig durch den Stoßbereich 7 und somit den dort ausgebildeten Fugen erstrecken. Die magnetische Vorzugsrichtung der Abstandshalter 9 und die magnetischen Vorzugsrichtung der geschichteten Bleche 13 des Kerns 1 sind zueinander und zur Fuge so ausgerichtet, dass sich eine vorteilhafte magnetische Flussverteilung in dem Kern 1 einstellt, sobald dieser in einem Transformator oder in einer Drossel eingesetzt wird.
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Abschnitte 9.5 der Abstandshalter 9 welche im Jochbereich 5, aber außerhalb des Stoßbereiches angeordnet sind und demzufolge nicht die Fuge zwischen dem Kernblech des Schenkels und dem Kernblech des Joche überstreichen, sind im gezeigten Ausführungsbeispiel nicht aus einem magnetisierbaren Material wie Elektroblech sondern aus einem nicht magnetisierbaren metallischen Material gefertigt. Im Ausführungsbeispiel sind die geschichteten Bleche der Abstandshalter 9 durch einen Kleber oder Lack zu leistenförmigen Paketen verbunden.
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4 zeigt den Stoßbereich 8 zwischen dem oberen Joch und dem Schenkel eines Kernes gemäß 1, wobei sich auch hier die Abstandhalter 9 durch den Stoßbereich 8 hindurch erstrecken. Im gezeigten Ausführungsbeispiel bestehen nur die Abschnitte der Abstandshalter 9, die im Stoßbereich 8 der Kernbleche 13 angeordnet sind, die sich also durch die zwischen Blechen gebildeten Fugen 8.2 erstrecken, aus einem magnetisierbaren Material. Die Bleche 13 des Kernjoches 5,6 und des Kernschenkels 3 weisen zur Senkung der Leerlaufverluste eine magnetische Vorzugsrichtung in Längsrichtung des Bleches auf. An der Fuge 8.2 ergibt sich demzufolge eine Änderung der magnetischen Vorzugsrichtung um einen Winkel von etwa 90 Grad.
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Die Abstandshalter 9 im Stoßbereich 8 sind im Ausführungsbeispiel gemäß 4 ebenfalls durch geschichtete Bleche ausgebildet, die eine magnetische Vorzugsrichtung aufweisen. Die Vorzugsrichtung erstreckt sich, durch entsprechendes Zuschneiden der Abstandshalter 9, parallel zur langen Schnittkante der Abstandshalter 9 oder mit andern Worten in Längsrichtung der Abstandshalter 9. Die Ausrichtung des so ausgebildeten Abstandshalters 9 erfolgt in einem Winkel zwischen 70° und 110° zur Stoßfuge 8.2. Somit ergibt sich jeweils eine Differenz zwischen den magnetischen Vorzugsrichtungen der Abstandshalter 9 zu den Kernblechen zwischen 25° und 65°. Durch diese Anordnung ist eine gute magnetische Überbrückung der Fugen 8.2, sowie eine vorteilhafte magnetische Flussverteilung im den Kühlkanal umgebenden Kernbereich bereit gestellt.
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Durch die Verbindung der äußeren Bereiche von Kern und Schenkel über die im Stoßbereich diagonal angeordneten Abstandshalter kann ein Teil des Magnetflusses einen verkürzten magnetischen Weg nutzen und es kommt zu einer Entlastung des inneren Eckbereiches des Stoßbereiches zwischen Kernschenkel und Kernjoch.
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5 zeigt ein weiteres Ausführungsbeispiel des erfindungsgemäßen Kerns 1, das sich von dem in 1 dargestellten Ausführungsbeispiel dadurch unterscheidet, dass die Abstandshalter 9 in der gezeigten Querschnittansicht nicht rechtwinklig sondern rund ausgebildet sind. Die im Querschnitt runden oder kreisförmigen Abstandshalter 9 weisen den Vorteil auf, dass ihre Abmessung unabhängig von der Dimensionierung des Kerns 1 gewählt werden kann, so dass die Herstellungskosten herabgesetzt sind.
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Im Ausführungsbeispiel sind die Abstandhalter aus Aluminiumscheiben gebildet.
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Vorteilhafterweise sind die Abstandshalter 9 einer Ebene, beispielsweise der Ebene 14, versetzt zu den Abstandshaltern 9 der benachbarten Ebene 15 oder 16 angeordnet. Jeder Abstandshalter 9 der Ebene 14 ist daher einer Lücke zwischen Abstandshalter 9 der Ebene 15 oder 16 gegenüberliegend angeordnet. Auf diese Art und Weise kann die Strömung des Isolierfluides verbessert werden, wie durch die Pfeile 11 dargestellt ist.
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6 zeigt ein Ausführungsbeispiel, bei dem die Abstandshalter 9 kreisförmige metallische Abstandssegmente 24 ausbilden. Diese Abstandssegmente 24 sind auf der Oberfläche der Bleche versetzt angeordnet um eine Verwirbelung der Strömung des Isolierfluides zu erreichen. Die Abstandssegmente 24 sind durch schematisch dargestellte netzförmige Verbindungsstege 25 miteinander verbunden. Diese Verbindungstege 25 weisen eine geringere Höhe als die Abstandssegmente 24 auf, um die Strömung eines Isolierfluids nicht zu behindern. Dadurch entsteht eine Distanzierungsbaugruppe, welche eine einfache Montage ermöglicht.
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7 zeigt die Schnittdarstellung eines Abstandshalters 9 gemäß der 6. Es ist erkennbar, dass zwischen den Blechen 13 durch die Abstandssegmente 9 ein Kühlkanal 10 gebildet ist. Die Abstandssegmente 24 sind über die Verbindungsstege 25 miteinander verbunden, wobei die Verbindungsstege 25 eine maximale Höhe von 50% der Höhe der Abstandssegmente 9 aufweisen, um die Strömung des Isolierfluids im Kühlkanal 10 nicht zu behindern. Die Verbindungsstege 25 sind hier derart ausgeführt, dass sie zu einer Verwirbelung der Strömung des Isolierfluids beitragen.
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8 und 9 zeigen weitere Beispiele eines Abstandhalters 9, der hier durch einen Maschendraht 9.1 und 9.2 realisiert ist. Dieser ist zu geringen Kosten verfügbar und weist auf Grund des verwendeten Runddrahtes 9.1 oder 9.2 keine Kanten oder Spitzen auf, welche die Isolation des Kernbleches 13 beschädigen können. Die Ausführung der Abstandshalter 9 als gewelltes Drahtgeflecht ermöglicht eine hohe Gestaltungsvielfalt und gute Anpassungsmöglichkeiten an die geometrischen Verhältnisse der Kühlkanäle des Kernes.
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10 zeigt ein Ausführungsbeispiel des erfindungsgemäßen Kerns 1 in einer geschnittenen Seitenansicht. Es ist erkennbar, dass die metallischen Abstandshalter 9 als massives Bauteil 9 ausgeführt sind, wobei sie sich mit einem Befestigungsabschnitt 17 aus dem Kern 1 heraus erstrecken. Die Abstandshalter 9 und Befestigungsabschnitte 17 sind im Ausführungsbeispiel aus Stahl gefertigt. Der Befestigungsabschnitt 17 ist mit Elementen zur Befestigung von Anschlagmitten zum Heben und Transportieren des Kernes ausgerüstet. Der gepresste Kern 1 ermöglicht eine gute Übertragung der Gewichtskraft des Kernes über die entsprechend ausgebildeten Abstandshalter 9 und die in diese integrierten Befestigungsabschnitte 17. Die nach dem Stand der Technik üblichen Vorrichtungen zur Befestigung der Anschlagmittel an den Jochpressbalken können entfallen.
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Die Befestigungsabschnitte 17 vergrößern darüber hinaus die Oberfläche der Abstandshalter 9, so dass die Wärmeabfuhr aus dem Kern 1 noch weiter verbessert ist.
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Weiterhin sind im Ausführungsbeispiel die Abstandshalter 9 des oberen Joches 5 an der Seite, die bei einem Einsatz in einem Transformator einer Hochspannung führenden Wicklung 26 gegenüberliegt, über die Unterkante des oberen Joches 5 verlängert und bilden im Bereich der Überdeckung der Wicklung 26 einen Bogen 18 aus, welcher die nächste äußere Kernstufe des Joches 5 überdeckt. Damit werden im Bereich der Überdeckung der Hochspannungswicklung 26 durch das obere Joch 5 im Hinblick auf die Spannungsfestigkeit kritische Ecken des Kernjoches abgeschirmt.
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In 11 sind Ausführungsbeispiele für Abstandshalter 9 dargestellt, welche jeweils mit einem Befestigungsabschnitt 17 für das Heben und den Transport des Kerns 1 ertüchtigt sind. In jedem Befestigungsabschnitt 17 ist eine Öse 19 zur Befestigung von Anschlagmittel vorgesehen. Um das Gewicht des Kerns 1 aufzunehmen sind die Abstandshalter 9 und die zugehörigen Befestigungsabschnitte 17 entsprechend massiv ausgeführt. Die dafür erforderliche Breite führt zu einer teilweisen Abdeckung der am Kühlkanal anliegender Flächen der Kernbleche. Um dies zu vermeiden, sind im Ausführungsbeispiel die betroffenen Abstandshalter mit fingerförmigen Stegen ausgestattet, welche Ausnehmungen 20 trennen.
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Die fingerförmig angeordneten Stege sind mechanisch so ausgestaltet, dass sie die Gewichtskraft des Kernes 1 aufnehmen können. Dabei begrenzen sie Ausnehmungen 20, die sich kanalförmig beidseitig aus den Jochblechen des Kernes 1 heraus erstrecken und somit den Ein- und Austritt eines Kühlfluides ermöglichen.
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12 zeigt den Einsatz dieser fingerförmigen Abstandselemente 9 in einem Kern 1. Die kanalförmigen Ausnehmungen 20 erstecken sich über die gesamte Höhe der benachbarten Stufe 1.3 des Kernjoches und bilden die Kühlkanäle des Kernes 1. Das in 12 rechts dargestellte Abstandselement 9 ist mit einem Befestigungsabschnitt 17 versehen, welcher den Kern 1 überragt. In dem Befestigungsabschnitt 17 ist eine Öse 19 zum Anbringen von Anschlagmitteln ausgebildet, die den Transport und das Heben des Kerns 1 ermöglicht.
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In den 13 und 14 sind Ausführungsbeispiele des erfindungsgemäßen Kerns 1 dargestellt, in denen der metallische Abstandhalter 9 an seinem Befestigungsabschnitt 17 eine Anschlusshalterung 22 ausbildet. In der in 13 dargestellten Ansicht erstreckt sich die Anschlusshalterung 22 an zwei Abstandshaltern 9 jeweils in horizontaler Richtung. Die gezeigte Anschlusshalterung 22 dient der Befestigung eines Gehäuseteils, beispielsweise eines Deckels 21 eines Transformators.
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In 14 erstreckt sich die Anschlusshalterung jeweils senkrecht, wobei der Deckel 21 Befestigungselemente 23 ausbildet, mit der dieser an der Anschlusshalterung 22 befestigt ist. Weiterhin sind auch hier die Abstandshalter des oberen Joches an ihrer Unterkante in dem Bereich, welcher die Wicklung des Transformators überdeckt, gegenüber der benachbarten Kernstufe verlängert 18 und mit einem Radius welcher größer ist als die Breite des Kühlkanales abgerundet, um die Kernecken der Blechpakete des Joches mit der größten Blechbreite gegenüber der Wicklung elektrisch abzuschirmen.
