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Die Erfindung betrifft ein Aktivteil für ein elektrisches Gerät mit einem Kern und einer einen Abschnitt des Kerns umgebenden Wicklung.
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Die Erfindung betrifft ferner ein elektrisches Gerät sowie ein Verfahren zum Verklemmen einer Wicklung an einem Kern eines elektrischen Geräts.
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Ein solches Aktivteil, elektrisches Gerät und ein solches Verfahren sind aus der
US 2014/0075744 A1 bereits bekannt. Bei der Herstellung eines Aktivteils für einen Transformator werden dort die Wicklungen mit einem Wicklungsdruck beaufschlagt. Der Wicklungsdruck verhindert ein Verrutschen oder Verbiegen der Wicklungsleiter beim Heben oder Transport der Wicklung. Nach der Fertigstellung des Aktivteils und dessen Positionierung im Kessel des Transformators soll der Wicklungsdruck jedoch aufrecht erhalten werden, um auch während des Betriebs des elektrischen Geräts ein Verschieben der Wicklungen beispielsweise in Folge elektromagnetischer Krafteinwirkungen zu verhindern. In der besagten Druckschrift wird daher vorgeschlagen, den Wicklungsdruck beim Trocknen der Wicklungen im Vakuumofen durch hydraulische Druckerzeugungsmittel, beispielsweise einen Hydraulikzylinder, zu erzeugen, wobei die Hydraulikpumpe und Regelung außerhalb des Trocknungsofens verbleiben. Nach der Trocknung wird zwischen dem Pressrahmen des Kerns und dem jeweils oberen Rand der Wicklung ein festes Isoliermaterial eingefügt, so dass der Hydraulikzylinder anschließend entfernt werden kann. Durch dieses Verkeilen der Wicklung am Kern wird der Wicklungsdruck aufrecht erhalten. Das so hergestellte Aktivteil wird anschließend in einem mit Isolierfluid befüllten Kessel angeordnet.
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Dem vorbekannten Aktivteil, dem vorbekannten elektrischen Gerät und dem vorbekannten Verfahren haftet der Nachteil an, dass zum Ersatz des Hydraulikzylinders, also des hydraulischen Krafterzeugungsmittels, zusätzliches Isoliermaterial benötigt wird. Darüber hinaus kann die durch den Hydraulikzylinder erzeugte Klemmkraft von dem verkeilenden Isoliermaterial nicht genau genug aufrecht erhalten werden. Vielmehr kommt es beim Verkeilen und dem Entfernen des Hydraulikzylinders zu einem leichten Druckabfall in der Wicklung. Dem kann zwar dadurch begegnet werden, dass durch den Hydraulikzylinder vor dem Verkeilen eine höhere Klemmkraft eingestellt wird, so dass nach dem Ersatz des Hydraulikzylinders die letztendlich gewünschte Klemmkraft bereitgestellt wird. Dies birgt jedoch die Gefahr, dass vom Hydraulikzylinder eine zu hohe Klemmkraft erzeugt und die Wicklung beschädigt wird.
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Aufgabe der Erfindung ist es daher, ein Aktivteil, ein elektrisches Gerät und ein Verfahren der eingangs genannten Art bereitzustellen, die es ermöglichen, den durch ein Krafterzeugungsmittel bei der Herstellung erzeugten Wicklungsdruck nach der Entfernung des Wicklungserzeugungsmittels kostengünstig und auf einfache Art und Weise aufrecht zu erhalten, ohne dass eine überhöhte Klemmkraft benötigt wird.
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Ausgehend von dem eingangs genannten Aktivteil löst die Erfindung die Aufgabe durch einen Kolben, der in einer Klemmrichtung beweglich am Kern gehalten und an der Wicklung abgestützt ist, und durch Arretierungsmittel zum Feststellen des Kolbens in einer gewünschten Klemmstellung.
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Ausgehend von dem eingangs genannten Gerät löst die Erfindung die Erfindung dadurch, dass dieses einen mit einem Isolierfluid befüllten Kessel aufweist, in dem das oben genanntes Aktivteil angeordnet ist.
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Ausgehend von dem eingangs genannten Verfahren löst die Erfindung die Aufgabe dadurch, dass ein Kolben in einer Klemmrichtung beweglich von dem Kern eines Aktivteils des elektrischen Geräts geführt und mittels eines Klemmkrafterzeugungsmittels gegen eine Wicklung des besagten Aktivteils gepresst wird, der Kolben bei Erreichen einer gewünschten Klemmstellung am Kern mittels Arretierungsmittel fixiert und anschließend das Klemmkrafterzeugungsmittel entfernt wird.
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Im Rahmen der Erfindung ist wenigstens ein Kolben bereitgestellt, über den die gewünschte Klemmkraft in die zugeordnete Wicklung des Kerns eingeleitet wird. Zum Erzeugen der Klemmkraft ist ein Klemmkrafterzeugungsmittel vorgesehen, das bei der Herstellung des Aktivteils und insbesondere beim Trocknen der Wicklungen im Ofen seine Wirkung entfaltet. Das Krafterzeugungsmittel ist einerseits an einem freien Ende des besagten Kolbens und andererseits an dem Kern des Aktivteils des elektrischen Gerätes abgestützt. Dabei ist es keinesfalls erforderlich, dass der Kolben oder das Klemmkrafterzeugungsmittel unmittelbar an der Wicklung oder am Kern anliegen oder in Kontakt mit diesen sind. Vielmehr ist es im Rahmen der Erfindung auch möglich, dass imkompressible Teile zwischen dem Kolben beziehungsweise dem Krafterzeugungsmittel und Kern beziehungsweise Wicklung angeordnet sind. Wesentlich in diesem Sinne ist jedoch, dass die vom Krafterzeugungsmittel bereitgestellte Klemmkraft über den Kolben in die Wicklung eingeleitet wird.
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Ist der gewünschte Wicklungsdruck und somit die gewünschte Klemmstellung erreicht, sind im Rahmen der Erfindung Arretierungsmittel vorgesehen, mit denen der Kolben in der besagten Klemmstellung festgesetzt oder mit anderen Worten fixiert werden kann. Ist der Kolben in der Klemmstellung fixiert, kann anschließend das Krafterzeugungsmittel entfernt werden. Hierzu wird beispielsweise ein hydraulischer Druck in einer Kammer des Krafterzeugungsmittels verringert, so dass ein einfaches Entfernen des Krafterzeugungsmittels ermöglich ist. Zusätzliche Isoliermaterialien, Keile oder dergleichen zum Verkeilen und zum Ersatz des Krafterzeugungsmittels sind im Rahmen der Erfindung überflüssig geworden. Darüber hinaus vermeidet die Fixierung eines beim ursprünglichen Druckaufbau beteiligten Kolbens einen Druckabfall beim Entfernen des Krafterzeugungsmittels. Das Erzeugen von zu hohen Klemmkräften ist im Rahmen der Erfindung somit ebenfalls vermieden. Beschädigungen der Wicklungsisolierungen oder der Wicklungsleiter können im Rahmen der Erfindung somit nahezu ausgeschlossen werden.
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Der Kolben kann im Rahmen der Erfindung grundsätzlich beliebig ausgeführt sein. Vorteilhafterweise weist der Kolben einen sich in Klemmrichtung erstreckenden Längsabschnitt auf. Dieser Längsabschnitt ist zweckmäßigerweise zylindrisch ausgestaltet. Der zylinderförmige Längsabschnitt kann im Querschnitt kreisförmig, quadratisch oder beispielsweise auch prismatisch sein.
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Im Rahmen der Erfindung sind zweckmäßigerweise für jede Wicklung mehrere Kolben, die mit Arretierungsmitteln ausgerüstet sind, vorgesehen. Die besagten Kolben sind umfänglich gleichmäßig verteilt oberhalb der Wicklung angeordnet. Die Klemmkraft wird daher an mehreren Stellen von oben in die jeweilige Wicklung eingeleitet. Bevorzugt wird bei jeder Wicklung des elektrischen Geräts die Klemmkraft über mehrere der besagten arretierbaren Kolben eingeleitet.
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Vorteilhafterweise weisen die Arretierungsmittel eine Arretierungsschulter, die fest mit dem Kolben verbunden ist und diesen quer zur Klemmrichtung überragt, und Stellschrauben auf, durch die der Kern mit der Arretierungsschulter in der Klemmstellung fixierbar ist. Die Stellschrauben erstrecken sich in der Klemmstellung zwischen Arretierungsschulter und dem Kern und Halten die Arretierungsschulter in der zuvor erreichten Klemmstellung. Die Stellschrauben werden zum Fixieren entweder formschlüssig mit der Arretierungsschulter verbunden. So werden die Stellschrauben beispielsweise mit der Arretierungsschulter verschraubt. Abweichend hiervon bilden die Stellschrauben einen einfachen Anschlag mit ihren freien Enden aus, so dass eine Bewegung der Arretierungsschulter entgegen der eingeleiteten Klemmkraft verhindert ist.
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In diesem Sinne ist es zweckmäßig, dass die Stellschrauben ein Gewinde aufweisen, so dass durch Drehen der Stellschrauben der Abstand zwischen der Arretierungsschulter und der Wicklung feststellbar ist. Aufgrund der festen Verbindung zwischen Arretierungsschulter und Kolben hat ein kleinerer Abstand zwischen Arretierungsschulter und Wicklung einen erhöhten Wicklungsdruck in der Wicklung des Aktivteils zur Folge.
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Vorteilhafterweise weist der Kolben einen Federabschnitt auf. Abweichend hiervon ist der Kolben starr ausgeführt.
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Gemäß einer bevorzugten Ausgestaltung weist der Kern einen Pressrahmen auf, wobei der Kolben fest an dem Pressrahmen befestigt ist. Vor dem Fixieren der Arretierungsschulter am Pressrahmen ist der Kolben an dem Pressrahmen in einer Richtung, die vorzugsweise die Längsrichtung des Kolbens ist, die hier als Klemmrichtung bezeichnet wird, beweglich geführt. Hierzu weist der Pressrahmen beispielsweise eine oder vorteilhafterweise zwei Führungsöffnungen auf, wobei alle Führungsöffnungen fluchtend zueinander und somit in Klemmrichtung fluchtend angeordnet sind.
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Hierbei erstreckt sich der Kolben zweckmäßigerweise durch eine oder jede im Pressrahmen vorgesehene Führungsöffnung. Die Führungsöffnung ist vorteilhafterweise als Durchgangsöffnung ausgeführt.
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Gemäß einer bevorzugten Ausgestaltung der Erfindung weist der Pressrahmen an seiner von der Wicklung abgewandten Seite einen oberen Klemmrahmen auf, der in Klemmrichtung jeder Führungsöffnung gegenüber liegt, und in der Klemmstellung mit Abstand zu dem ihm zugewandten freien Ende des Kolbens angeordnet ist. Aufgrund des Abstandes kann das Klemmkrafterzeugungsmittel zwischen dem oberen Klemmrahmen und dem Kolben angeordnet werden.
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Zweckmäßigerweise ist der Abstand so groß, dass dieser der Dimensionierung eines Krafterzeugungsmittels in Klemmrichtung des Krafterzeugungsmittels entspricht. Mit anderen Worten muss ausreichend Platz zwischen dem freien Ende des Kolbens und einem von der Wicklung abgewandten Teil des Pressrahmens vorhanden sein, so dass das Klemmkrafterzeugungsmittel beispielsweise ein Hydraulikzylinder hier eingefügt und später wieder entfernt werden kann.
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Gemäß einer bevorzugten Ausführung des erfindungsgemäßen Verfahrens wird der Kolben durch Drehen von Stellschrauben in der Klemmstellung fixiert. Die Fixierung kann durch die Begrenzung der Bewegung des Kolbens in einer Richtung erfolgen. Mit anderen Worten bilden die freien Enden der Stellschrauben einen Anschlag aus, gegen den die vorgenannte Wicklung die Arretierungsschulter presst.
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Gemäß einer weiteren Ausgestaltung des erfindungsgemäßen Verfahrens wird der Kolben durch wenigstens eine Führungsöffnung geführt, die im Pressrahmen des Kerns ausgebildet ist, wobei der Pressrahmen magnetisierbare Kernbleche des Kerns gegeneinander presst. Der Pressrahmen dient allein der mechanischen Halterung, so dass das Einbringen von Führungsöffnungen die elektromagnetischen Eigenschaften des Kerns nicht beeinflussen.
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Bei der Herstellung des Aktivteils wird zunächst der Kolben, der erfindungsgemäß ein zylindrischer Kolben mit einem kreisförmigen Querschnitt ist und der an seinem der Wicklung zugewandten Ende einen den zylindrischen Abschnitt des Kolbens umfänglich überragenden Abstützfuß ausbildet, durch die Führungsöffnungen mit seinem zylindrischen Längsabschnitt geführt. Innerhalb der Führungsöffnungen ist der Kolben somit in beiden Richtungen frei beweglich. An seinem vom Abstützfuß abgewandten Ende ist der Kolben einem bestimmten Abschnitt des Kerns, insbesondere einem Abschnitt des Pressrahmens, zugewandt. Dabei ist dieser Abschnitt des Pressrahmens oder des Kerns mit Abstand zu diesem angeordnet, so dass im Rahmen des Verfahrens dort das Krafterzeugungsmittel, beispielsweise der Hydraulikzylinder, eingeführt werden kann. Anschließend wird im Hydraulikzylinder ein Druck aufgebaut, der über den Kolben in die Wicklung eingeleitet wird. Dabei ist es im Rahmen der Erfindung keineswegs erforderlich, dass der Kolben direkt auf der Wicklung aufliegt und in Kontakt mit der Wicklung oder der Isolierung der Wicklung ist. Vielmehr ist es im Rahmen der Erfindung auch möglich, dass imkompressible in Klemmrichtung bewegliche Teile fest zwischen Kolben und der Wicklung angeordnet sind. Wesentlich ist im Rahmen der Erfindung, dass die vom Krafterzeugungsmittel originär erzeugte Kraft über den Kolben in die Wicklung eingeleitet wird und somit sicherstellt, dass die Wicklung beim Bewegen, Transport und Bearbeiten in ihrer ursprünglichen Lage verbleibt und nicht verrutscht.
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Wird im Hydraulikzylinder somit ein Druck aufgebaut, kann dadurch der gewünschte Wicklungsdruck in der Wicklung erzeugt werden. Ist der gewünschte Wicklungsdruck erzeugt, hat der Kolben seine Klemmstellung erreicht. In dieser Klemmstellung kann er nun zu jedem gewünschten Zeitpunkt fixiert werden. Die Fixierung oder das Festsetzen des Kolbens in der Klemmstellung erfolgt im Rahmen der Erfindung durch Stellschrauben, die beispielsweise mit einem Außengewinde versehen sind. Die Stellschrauben erstrecken sich jeweils durch eine Durchführungsbohrung des Pressrahmens, die mit einem Innengewinde ausgerüstet ist. Durch Verdrehen der Stellschrauben können diese somit mit ihrem freien Ende in Kontakt mi der Arretierungsschulter gebracht werden, die dazu den länglichen Kolbenabschnitt umfänglich überragt und den Durchführungsbohrungen im Pressrahmen oder Kern gegenüberliegt. Die Stellschrauben werden somit so eingestellt, dass diese den Kolben in der Klemmstellung fixieren, mit anderen Worten festhalten. Der Druck des Krafterzeugungsmittels kann dann abgelassen und die Krafterzeugungsmittel entfernt werden.
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Weitere zweckmäßige Ausgestaltungen und Vorteile der Erfindung sind Gegenstand der nachfolgenden Beschreibung eines Ausführungsbeispiels der Erfindung unter Bezug auf die Figur der Zeichnung, wobei die
- Figur ein Ausführungsbeispiel des erfindungsgemäßen Aktivteils in einer Detailansicht schematisch verdeutlicht.
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Die Figur zeigt ein Detail eines Ausführungsbeispiels des erfindungsgemäßen Aktivteils 1 in einer schematischen Darstellung. Das Aktivteil 1 verfügt über ein oberes Joch 2, das aus flächig aneinander anliegenden magnetisierbaren Kernblechen besteht, die in der Figur nicht weiter verdeutlicht sind. Die aneinander anliegenden Kernbleche sind durch einen oberen Pressrahmen 3 miteinander verpresst, wobei der obere Pressrahmen in dem dargestellten Beispiel aus zwei einander gegenüberliegenden Profilen besteht, von dem eines in der Figur gezeigt ist. Das zweite U-Profil des Pressrahmens ist auf der anderen Seite des oberen Joches 2 angeordnet. Die beiden U-Profile sind über nicht gezeigte Spannmittel miteinander verspannt.
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Der obere Spannrahmen 3 und das obere Joch 2 sind Bestandteil eines ansonsten nicht weiter dargestellten Kerns des Aktivteils 1, das darüber hinaus Wicklungen aufweist, die einen ebenfalls aus magnetisierbaren Blechen bestehenden Schenkel des Kerns umschließen. In der Figur ist das Aktivteil 1 für einen Transformator als elektrisches Gerät vorgesehen, der über zwei konzentrisch zueinander und zum besagten Schenkel angeordnete Wicklungen verfügt. Bei einer der Wicklungen handelt es sich um eine Oberspannungswicklung, wohingegen die andere Wicklung eine so genannte Unterspannungswicklung ist. Die Wirkungsweise eines Transformators mit Ober- und Unterspannungswicklungen wird jedoch an dieser Stelle als bekannt vorausgesetzt, so dass Ausführungen hierüber entfallen können.
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In der gezeigten Figur ist lediglich ein oberer Wicklungsring 4 verdeutlicht, der beweglich auf der zu komprimierenden und mit Wicklungsdruck zu beaufschlagenden Wicklung aufliegt. An dem Wicklungsring 4 und somit an der Wicklung ist ein Kolben 5 abgestützt, der einen Kolbenfuß 6 und einen sich in einer Längsrichtung erstreckenden kreiszylindrischen Kolbenlängsabschnitt 7 aufweist. Der Kolbenfuß 6 liegt direkt am oberen Wicklungsring 4 an. Der Kolbenlängsabschnitt 7 erstreckt sich durch zwei Führungsöffnungen 8 und 9, die in dem Pressrahmen 3 ausgebildet sind und sich in Längsrichtung des Kolbens 5 beziehungsweise Kolbenlängsabschnitts 7, also in der späteren Klemmrichtung, einander fluchtend gegenüberliegen.
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Der Kolben 5 verfügt ferner über eine Arretierungsschulter 10, die fest mit dem Kolbenlängsabschnitt 7 verbunden ist. Dabei überragt die Arretierungsschulter 10 den Kolbenlängsabschnitt 7 umfänglich, so dass dieser Fixierungsbohrungen 15 gegenüberliegt, die in dem oberen freien Schenkel des U-förmigen Pressrahmens 3 ausgebildet und in der Nähe der Führungsöffnungen 9 angeordnet sind. Die Fixierungsbohrungen 15 sind mit einem Innengewinde versehen, wobei sich durch die Fixierungsbohrungen 15 Stellschrauben 11 erstrecken, die mit einem Außengewinde ausgerüstet sind. Durch Verdrehen der Stellschrauben 11 in den Fixierungsbohrungen 15 werden diese unter Formschluss mit dem Pressrahmen allmählich mit ihrem freien Ende in Kontakt mit der Arretierungsschulter 10 gebracht. Sie bilden dann einen Anschlag für eine Bewegung entgegen der Klemmrichtung aus.
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An dem oberen freien Schenkel des Pressrahmens 3 ist ferner ein oberer Klemmrahmen 12 erkennbar, der den Führungsöffnungen 8 und 9 gegenüberliegt und mit Abstand zum oberen freien Ende des Kolbenlängsabschnitts 7 angeordnet ist. Der obere Klemmrahmen 12 ist über Verbindungsbolzen 13 ortsfest mit dem oberen Pressrahmen 3 verbunden.
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Zwischen dem oberen Klemmrahmen 12 und dem oberen freien Ende des Kolbenlängsabschnitts 7 ist ein Hydraulikzylinder 14 als Klemmkrafterzeugungsmittel angeordnet, dessen Dimensionierung in Klemmrichtung dem Abstand zwischen dem oberen Klemmrahmen 12 und dem freien Ende des Kolbenlängsabschnitts 7 entspricht. Mit anderen Worten ist zwischen dem Kolben und dem oberen Pressrahmen ausreichend Platz, so dass der Hydraulikzylinder 14 zwischen dem Kolben 5 und dem oberen Klemmrahmen 12 geschoben werden kann.
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Der Hydraulikzylinder 14 verfügt über einen inneren figürlich nicht dargestellten beweglichen Hydraulikkolben, der eine mit Druck beaufschlagte Hydraulikkammer begrenzt. Die Hydraulikkammer ist über nicht gezeigte Hydraulikverbindungen mit einer Hydraulikpumpe und einer Steuerung verbunden, so dass der Hydraulikdruck in der Hydraulikkammer über eine ebenfalls nicht dargestellte Regelung von außen einstellbar ist.
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Bei der Herstellung des Aktivteils 1 werden zunächst die Wicklungen und der Kern des Aktivteils 1 hergestellt. Wie bereits weiter oben ausgeführt wurde, werden die Bleche des Kerns durch den Pressrahmen 3 fest aneinander gedrückt, wobei zwei Wicklungen jeweils einen Schenkel konzentrisch umschließen, so dass ein von einer der Wicklungen erzeugtes magnetisches Feld sich im Wesentlichen innerhalb des besagten Schenkels verläuft.
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Zur Erzeugung des notwendigen Wicklungsdrucks wird zunächst der Kolben 5 durch die Führungsöffnungen 8, 9 geführt und anschließend über den Hydraulikzylinder 14 die notwendige Klemmkraft über den Wicklungsring 4 in die Wicklung eingeleitet. Ist ein ausreichend großer Wicklungsdruck bereitgestellt, befindet sich der Kolben 5 in seiner Klemmstellung. Nunmehr werden die Stellschrauben 11 soweit verdreht, dass diese die Arretierungsschulter 10 und somit den gesamten Kolben in der Klemmstellung festsetzen. Der Hydraulikzylinder 14 kann somit entfernt werden, ohne das es zu einem Nachlassen der Klemmkraft und somit des Wicklungsdrucks kommt, da die Stellschrauben 11 eine Bewegung des Kolbens 5 entgegen der Klemmrichtung zum oberen Rahmen 12 hin verhindern.
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Zusätzliches Isoliermaterial zwischen Kern und Wicklung ist im Rahmen der Erfindung überflüssig geworden. Somit ist im Rahmen der Erfindung ein einfaches Konzept und Verfahren bereitgestellt, das kostengünstig realisiert werden kann.
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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- US 2014/0075744 A1 [0003]
