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Die Erfindung betrifft ein Aktivteil für ein elektrisches Hochspannungsgerät mit einem magnetisierbaren Kern, wenigstens einer Wicklung zum Erzeugen eines Magnetfelds im Kern und einer Klemmeinheit zum Erzeugen einer Klemmkraft, mit der jede Wicklung am Kern verspannt ist.
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Ein solches Aktivteil ist dem Fachmann aus der Praxis bereits bekannt. So weisen beispielsweise markterhältliche Bahntransformatoren ein Aktivteil auf, das einen magnetisierbaren Kern umfasst. Der Kern bildet einen Kernschenkel aus, der sich zwischen einem oberen und einem unteren Joch erstreckt. Dabei ist der Kernschenkel von zwei konzentrisch zueinander angeordneten Wicklungen umschlossen, die ein Magnetfeld in dem magnetisierbaren Kern erzeugen. Insbesondere bei Kurzstrombelastungen können an der Wicklung hohe mechanische Kräften auftreten. Um die Wicklungen des Transformators sicher an ihrem Montageort zu halten, sind die Wicklungen am Kern verklemmt.
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Zum Verklemmen der Wicklungen werden in der Regel Zugstangen eingesetzt, die sich zwischen einem oberen und einem unteren Spannrahmen erstrecken, zwischen denen die Wicklungen angeordnet sind. Mit Hilfe der Zugstangen werden die Spannrahmen stirnseitig gegen die Wicklungen gepresst, bis die gewünschte Klemmkraft bereitgestellt ist.
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Dem vorbekannten Aktivteil haftet jedoch der Nachteil an, dass es in seiner Konstruktion aufwändig und daher kostenintensiv ist.
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Aufgabe der Erfindung ist es daher, ein Aktivteil der eingangs genannten Art bereitzustellen, das in seinem Aufbau einfach und somit kostengünstig ist.
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Die Erfindung löst diese Aufgabe dadurch, dass die Klemmeinheit keine Zugstange aufweist und die von der Klemmeinheit erzeugte Klemmkraft allein über den Kern übertragen und in jede Wicklung eingeleitet wird.
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Erfindungsgemäß ist ein Aktivteil bereitgestellt, bei dem die Klemmkraft allein über den Kern sowie über die mit dem Kern fest verbundenen Spannrahmen in die Wicklung eingeleitet wird. Zugstangen, mit denen ein Zusammenpressen der Wicklungsenden ermöglicht ist, sind im Rahmen der Erfindung überflüssig geworden. Das erfindungsgemäße Aktivteil ist daher in seiner Konstruktion einfacher geworden. Es benötigt weniger Bauteile als ein Aktivteil gemäß dem Stand der Technik und kann somit kompakter ausgebildet sein. Darüber hinaus ist eine leichtere Montierbarkeit gewährleistet.
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Vorteilhafterweise weist der Kern wenigstens einen Kernschenkel auf, der von wenigstens einer Wicklung umschlossen ist und der sich zwischen einem unteren und einem oberen Joch erstreckt, wobei jede Wicklung zwischen dem oberen und dem unteren Joch mit Hilfe einer Klemmeinheit verspannt gehalten ist. Grundsätzlich kann die Klemmeinheit beliebig ausgeführt sein. So ist es beispielsweise möglich, im Rahmen der Erfindung einen hydraulischen Zylinder als Klemmeinheit zu verwenden. Hydraulische Zylinder weisen jedoch den Nachteil auf, dass diese während der gesamten Betriebszeit des Aktivteils geregelt werden müssen, um bei den wechselnden Temperaturen eines Isolierfluids, in dem das Aktivteil beim Betrieb angeordnet ist, keinen mit der Temperatur des Isolierfluids schwankenden Wicklungsdruck in die Wicklungen einzuleiten.
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Gemäß einer bevorzugten Ausgestaltung der Erfindung ist die Klemmeinheit daher ein einfacher, einstückiger Klemmklotz. Der Klemmklotz ist so dimensioniert, dass er den bei dem Verspannen der Wicklung entstehenden zusätzlichen Bauraum, der z.B. von einem auf den Wicklungen aufliegenden Pressring und dem oberen Joch definiert wird, ausfüllt. Die Wicklung kann daher vorgespannt und anschließend der Klemmklotz zwischen Kern und Pressring positioniert werden. Nach dem Entfernen der Mittel zum Vorspannen der Wicklung, verhindert der Klemmklotz ein weiteres Entspannen der Wicklungen und sorgt dafür, dass die Wicklungen verspannt bleiben. Der Klemmklotz ist beispielsweise ein einfacher massiver Festkörper, der aus einem elektrisch nicht leitfähigen und nicht magnetisierbaren Material, beispielsweise einem diamagnetischen Material, einem Isolierstoff aus Kunststoff, Holz oder dergleichen, besteht.
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Unter magnetisierbaren Materialien sind hier ferromagnetische Materialien zu verstehen.
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Abweichend hiervon umfasst die Klemmeinheit aneinander anliegende und gegeneinander verschiebbare Klemmkeile, die mit Arretierungsmitteln ausgerüstet sind, die ein gegenseitiges Festsetzen der Klemmkeile in einer gewünschten Klemmstellung ermöglichen. Bei dieser im Rahmen der Erfindung bevorzugten Variante kann die Dimensionierung der Klemmeinheit an den beim Verspannen der Wicklungen entstehenden Raum, der jeweils zwischen dem Kern beziehungsweise dem Spannrahmen und der dem auf der Wicklung aufliegenden Wicklungsring entsteht, angepasst werden. So wird beispielsweise zunächst über ein hydraulisches System die Klemmkraft in die Wicklung eingeleitet und anschließend die Klemmeinheit in den zwischen den vom Wicklungsring und dem Spannrahmen beziehungsweise dem oberen oder unteren Joch begrenzten Zwischenraum eingefügt. Hierbei werden die Klemmkeile zunächst so gegeneinander verschoben, dass die Klemmeinheit mit ausreichend Spiel und somit bequem in den besagten Zwischenraum eingeführt werden kann. Anschließend werden die Keile so gegeneinander verschoben, dass sich die Klemmeinheit vergrößert und schließlich den gesamten Zwischenraum ausfüllt. In dieser Stellung der Klemmkeile, also in dieser Klemmstellung, werden die Klemmkeile mit Hilfe der Arretierungsmittel festgesetzt. Anschließend können die Hydraulikmittel entfernt werden, wobei die arretierten Klemmkeile die Wicklungen am Kern beziehungsweise Spannrahmen festklemmen und in der festgeklemmten Position halten.
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Zweckmäßigerweise weist der Kern Kernbleche auf, die flächig aneinander anliegen, wobei das untere und das obere Joch jeweils mit einem Spannrahmen ausgerüstet sind, der die Kernbleche miteinander verspannt. Die gegeneinander isolierten Kernbleche unterdrücken das Entstehen von Wirbelströmen und verringern somit die Verlustleistungen des Aktivteils beim Betrieb.
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Zweckmäßigerweise sind die Kernbleche mit einer Oberbeschichtung versehen, durch die der Reibwiderstand der aneinander anliegenden Kernbleche erhöht ist. Aufgrund des erhöhten Reibwiderstandes können größere Klemmkräfte über den Kern übertragen werden. Als Oberflächenbeschichtung eignen sich Kunststoffbeschichtungen mit einer körnigen Oberfläche.
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Vorteilhafterweise weist jeder Spannrahmen zwei Klemmstücke auf, wobei jedes Klemmstück einen an dem Kern anliegenden Klemmbalken und einen sich rechtwinklig dazu oberhalb beziehungsweise unterhalb der Wicklung erstreckenden Horizontalabschnitt ausbildet. Der Klemmbalken liegt fest an dem oberen oder unteren Joch an. Der Horizontalabschnitt überragt in der eingespannten Stellung des Spannrahmens die Stirnseite der Wicklungen. An der besagten Stirnseite der Wicklung sind bei einer Variante der Erfindung ein Wicklungsunter- beziehungsweise ein Wicklungsaufbau vorgesehen. Auf dem Wicklungsaufbau kann ein Wicklungsring angeordnet sein. Wicklungsauf- beziehungsweise -unterbau und gegebenenfalls die Wicklungsringe sind jedoch in Richtung der Klemmkraft beweglich gelagert, so dass eine axial gerichtete Kraft als Klemmkraft stirnseitig in die Wicklungen eingeleitet werden kann.
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Zweckmäßigerweise sind in dem Horizontalabschnitt des Spannrahmens Aussparungen zum Durchführen von hydraulischen Pressstempeln vorgesehen. Gemäß dieser vorteilhaften Weiterentwicklung können die Wicklungen auf einfache Art und Weise durch hydraulische Kraftsysteme vorgespannt werden und anschließend ein Klemmmittel in den Zwischenraum zwischen Kern beziehungsweise Spannrahmen und der jeweiligen Wicklungsstirnseite eingefügt werden.
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Gemäß einer diesbezüglich zweckmäßigen Weiterentwicklung ist die Außenkontur der Horizontalabschnitte in einer Draufsicht an die Außenkontur der Wicklungen angepasst. Gemäß dieser vorteilhaften Weiterentwicklung der Erfindung ist zum einen dafür gesorgt, dass der Horizontalabschnitt flächig über der Stirnseite jeder Wicklung angeordnet ist, so dass die Klemmkraft großflächig übertragen werden kann. Auf der anderen Seite ist darüber hinaus ein kompaktes Aktivteil bereitgestellt. Horizontalabschnitte, die die Außenkontur des Aktivteils vergrößern, sind gemäß dieser vorteilhaften Weiterentwicklung vermieden.
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Weitere zweckmäßige Ausgestaltungen und Vorteile der Erfindung sind Gegenstand der nachfolgenden Beschreibung von Ausführungsbeispielen der Erfindung unter Bezug auf die Figuren der Zeichnung, wobei gleiche Bezugszeichen auf gleich wirkende Bauteile verweisen und wobei
- 1 ein vorbekanntes Aktivteil in einer Seitenansicht und
- 2 ein Ausführungsbeispiel des erfindungsgemäßen Aktivteils in einer perspektivischen Ansicht schematisch verdeutlichen.
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1 zeigt ein Aktivteil 1 gemäß dem Stand der Technik, das einen magnetisierbaren Kern aufweist, der aus flächig aneinander anliegenden Eisenblechen besteht. Der Kern umfasst ein oberes sowie unteres Joch, zwischen denen sich zwei Kernschenkel erstrecken. Am oberen beziehungsweise unteren Joch ist der Kern mit einem oberen 2 und unteren Spannrahmen 3 ausgerüstet, mit denen flächig aneinander anliegende Kernbleche gegeneinander gepresst und der Kern somit verspannt wird. Die Kernschenkel erstrecken sich jeweils durch eine Wicklungseinheit 4 und 5, die jeweils aus zwei konzentrisch zueinander angeordneten Wicklungen bestehen.
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In 1 ist lediglich die Oberspannungswicklung 6 beziehungsweise 7 erkennbar, wobei die Unterspannungswicklung im Inneren der Oberspannungswicklung 6 und 7 angeordnet ist. Jeder Spannrahmen 2, 3 verfügt über zwei jeweils flächig am oberen beziehungsweise unteren Joch anliegenden Spannbalken 8, die über Jochbolzen 9 miteinander verspannt sind. Zwischen den Spannbalken 8 sind die miteinander zu verspannenden Kernbleche angeordnet.
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Um ein Verschieben des Spannbalkens in Längsrichtung der Wicklung 6 beziehungsweise 7 zu ermöglichen, sind Langlöcher 10 vorgesehen, durch die sich die Jochbolzen 9 erstrecken. Im Wesentlichen rechtwinklig zu jedem Spannbalken 8 erstreckt sich ein Horizontalabschnitt 11, mit dem jeder Spannrahmen 2, 3 die Wicklungseinheiten 4 beziehungsweise 5 stirnseitig überragt. Die Wicklungen sind zylinderförmig ausgebildet, so dass die Stirnseiten der Wicklungen in einer Draufsicht kreisförmig ausgebildet sind.
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Zwischen dem Horizontalabschnitt 11 des Spannrahmens 2 und dem Horizontalabschnitt 11 des Spannrahmens 3 erstrecken sich Zugstangen 12. Darüber hinaus ist zwischen der Stirnseite der Wicklungseinheiten 4, 5 und dem jeweiligen Spannrahmen 2, 3 ein Druckring 13 erkennbar sowie ein Wicklungsunterbau 14 beziehungsweise ein Wicklungsoberbau 15. Der Wicklungsunterbau 14, der Wicklungsoberbau 15 sowie der Druckring 13 sind in Längsrichtung der Wicklung verschiebbar, d.h. diese Bauteile sind axial verschiebbar auf der Stirnseite der jeweiligen Wicklungseinheit 4 beziehungsweise 5 gelagert.
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Zum Verspannen der Wicklungseinheiten 4 und 5 werden die Muttern der Zugstangen angezogen, so dass sich der Spannbalken 8 des oberen Spannrahmens 2 in Richtung des unteren Spannrahmens 3 verschiebt, wobei das Langloch 10 die Bewegung des Spannrahmens 2 in dieser Richtung zulässt. Ist eine ausreichend große Klemmkraft erreicht, werden die Muttern der Jochbolzen 9 festgezogen werden, so dass der Spannrahmen 2 ausreichend fest am oberen Joch gehalten ist.
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2 zeigt ein Ausführungsbeispiel des erfindungsgemäßen Aktivteils 1 in einer Teilansicht des oberen Bereichs des Aktivteils 1, in der ein Kern 16 mit seinem oberen Joch 17 sowie seinen Schenkeln 18 und 19 erkennbar ist. Auch hier erstrecken sich die Schenkel 18 und 19 von dem oberen Joch 17 zu einem figürlich nicht dargestellten unteren Joch des Kerns 16, wobei die Joche 17 und Kernschenkel 18 und 19 aus flächig aneinander anliegenden Eisenblechen 20 bestehen. Zum Verspannen der Eisenbleche 20 ist wieder ein oberer Spannrahmen 2 vorgesehen, der aus zwei einander gegenüberliegenden Spannbalken 8a und 8b zusammengesetzt ist, die über Jochbolzen 9 miteinander verbunden sind. Die Spannbalken 8a und 8b liegen jeweils an einer Seite des oberen 17 beziehungsweise unteren Jochs an. Durch Anziehen der Jochbolzen 9 werden die Eisenbleche 20 fest miteinander verspannt.
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An jedem Klemmbalken 8a beziehungsweise 8b ist sich ein rechtwinklig ein zu diesem erstreckender einen Horizontalabschnitt 11a und 11b vorgesehen, mit dem der oberen Spannrahmen 2 als auch der untere figürlich nicht dargestellte Spannrahmen die Stirnseite der Wicklungseinheiten 4 und 5 überragt. Auch in 2 umfassen die Wicklungseinheiten 4 beziehungsweise 5 zwei konzentrisch angeordnete Wicklungen, die jeweils einen Schenkel 18 beziehungsweise Schenkel 19 des Kerns 16 umschließen.
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Zwischen der Stirnseite der Wicklungseinheit 4 beziehungsweise 5 ist ein Wicklungsaufbau 21 erkennbar sowie eine Klemmeinheit 22, die einerseits an den Horizontalabschnitten 11a, 11b und andererseits am Wicklungsoberbau 21 abgestützt ist. In den Horizontalabschnitten 11a und 11b sind Durchführungsbohrungen 23 als Aussparungen erkennbar, durch welche Stempel einer hydraulischen Krafteinheit eingeführt werden können, um eine Wicklungsklemmkraft in die Wicklungen der Wicklungseinheiten 4 beziehungsweise 5 einzuleiten. Nach dem die besagten Wicklungen mit Hilfe der hydraulischen Kraftmittel zusammengepresst worden sind, wird die Dimensionierung der Klemmeinheit 22 an den vom Wicklungsaufbau 21 und dem Horizontalabschnitten 11a und 11b begrenzten Zwischenraum angepasst. Dazu verfügt die Klemmeinheit 22 über zwei mit ihren schrägen Keilseiten aneinander anliegende Klemmkeile, die bei einer Verschiebung gegeneinander die Klemmeinheit 22 vergrößern oder verkleinern. Die Klemmkeile werden so verschoben, dass der Raum zwischen den Horizontalbschnitten 11a und 11b und dem Wicklungsaufbau 21 vollständig von der Klemmeinheit 22 ausgefüllt ist. Die Klemmeinheit 22 verfügt weiterhin über figürlich nicht dargestellte Arretierungsmittel, um die Klemmkeile in der gewünschten Klemmstellung festzusetzen. Anschließend kann die hydraulische Krafteinheit entfernt werden, wobei die Klemmeinheit 22 die Wicklungen der Wicklungseinheiten 4 beziehungsweise 5 in der festgeklemmten Stellung hält.
