DE102017205751A1

DE102017205751A1 - Elektrisches Gerät mit einem über Jochbolzen am Kessel befestigten Aktivteil

Info

Publication number: DE102017205751A1
Application number: DE102017205751.3A
Authority: DE
Inventors: Markus Baumann; Klaus Delatron; Julian Kraus; Manfred Montag; Erwin Sauer; Christer Vogt; David Weber
Original assignee: Siemens AG
Current assignee: Siemens Energy Global GmbH and Co KG
Priority date: 2017-04-04
Filing date: 2017-04-04
Publication date: 2018-10-04
Also published as: EP3577666A1; WO2018184774A1; CN110476217A

Abstract

Um ein Elektrisches Gerät (1) zum Anschluss an eine Hochspannungsversorgung mit einem magnetisierbaren Kern (2), wenigstens einer am Kern gehaltenen Wicklung (3), die zum Erzeugen eines magnetischen Flusses im Kern (2) eingerichtet ist, einem mit Isolierfluid befüllbaren Kessel, in dem der Kern (2) und jede Wicklung (5) angeordnet sind, und wenigstens einem Pressrahmen, der zum Verspannen des Kerns (2) mit Hilfe von Jochbolzen (11) vorgesehen ist, zu schaffen, dessen Aktivteil schnell und kostengünstig am Kessel befestigt werden kann, wird vorgeschlagen, dass der Kern des Aktivteils über die Jochbolzen (11) fest am Kessel befestigt ist.

Description

Die Erfindung betrifft ein elektrisches Gerät zum Anschluss an eine Hochspannungsversorgung mit einem magnetisierbaren Kern, wenigstens einer am Kern gehaltenen Wicklung, die zum Erzeugen eines magnetischen Flusses im Kern eingerichtet ist, einem mit Isolierfluid befüllbaren Kessel, in dem der Kern und jede Wicklung angeordnet sind, und wenigstens einem Pressrahmen, der zum Verspannen des Kerns mit Hilfe von Jochbolzen vorgesehen ist.
Ein solches elektrisches Gerät ist dem Fachmann aus der Praxis bereits bekannt. Bei dem vorbekannten elektrischen Gerät handelt es sich um einen Bahntransformator, der an einem schienengeführten Fahrzeug befestigt werden kann. Der Bahntransformator weist ein Aktivteil auf, das aus einem magnetisierbaren Eisenkern sowie zwei Wicklungseinheiten besteht, die jeweils eine Ober- sowie eine Unterspannungswicklung aufweisen. Die Ober- und Unterspannungswicklungen sind konzentrisch zueinander angeordnet und umschließen einen Schenkel des Kerns, der sich zwischen einem oberen und einem unteren Joch erstreckt. Der Kern besteht aus flächig aneinander anliegenden Eisenblechen, die durch einen oberen und unteren Pressrahmen miteinander verspannt sind.
In ihrer Längsrichtung sind die Wicklungen horizontal im Kessel angeordnet und über eine separate Kesselbefestigung am Kesselboden fixiert. Hierzu erstreckt sich der untere Pressrahmen, über die Außenkontur des Kerns hinaus in eine Befestigungshülse hinein, die mit einer am Kesselboden verschweißten Kesselbefestigung verbunden ist.
Die zusätzliche Kesselbefestigung ist aufgrund der zusätzlichen Komponenten und dem verlängerten Pressrahmen aufwändig und folglich kostenintensiv.
Aufgabe der Erfindung ist es daher, ein elektrisches Gerät der eingangs genannten Art bereitzustellen, dessen Aktivteil schnell und kostengünstig am Kessel befestigt werden kann.
Die Erfindung löst diese Aufgabe dadurch, dass der Kern über die Jochbolzen am Kessel befestigt ist.
Erfindungsgemäß ist ein elektrisches Gerät, das beispielsweise als Transformator, insbesondere Bahntransformator, oder als Drossel ausgeführt ist, bereitgestellt, das eine einfache Befestigung zwischen Kern und Kessel aufweist. Erfindungsgemäß werden die Jochbolzen des Pressrahmens, die üblicherweise nur zum Verklemmen der Kernbleche dienen, auch zur Befestigung des Kerns am Kessel eingesetzt.
Die Jochbolzen können im Rahmen der Erfindung grundsätzlich beliebig ausgestaltet sein. Bei einer bevorzugten Ausführung der Erfindung sind die Jochbolzen kreiszylindrisch ausgestaltet und an beiden Enden mit einem Außengewinde versehen. Dabei sind im Kern Durchgangsbohrungen vorgesehen, durch welche sich die Jochbolzen erstrecken. Entsprechende Durchführungsöffnungen sind auch in den beiden Pressbalken jedes Pressrahmens vorgesehen, die bevorzugt am oberen beziehungsweise unteren Joch einander gegenüberliegen, wobei das jeweilige Joch zwischen ihnen angeordnet ist. Die Jochbolzen erstrecken sich sowohl durch das jeweilige Joch als auch durch die beiden Pressbalken des Pressrahmens. Durch Aufschrauben von Muttern können die Bleche des Kerns miteinander verklemmt werden.
Im Rahmen der Erfindung erstreckt sich der besagte Jochbolzen darüber hinaus auch in ein fest mit dem Kessel verbundenes Befestigungsmittel. Das Befestigungsmittel kann als einfache Gewindeplatte an der Kesselwandung ausgeführt sein. Das freie Ende der Jochbolzen wird in der Gewindeplatte verschraubt. Es ist selbstverständlich auch möglich, dass der Jochbolzen mehrere Muttern oder entsprechende schraubbare Halter oder Komponenten aufweist. So ist es beispielsweise möglich, dass der Pressrahmen auf dem Kessel nicht aufliegt, sondern eine Zwischenmutter vorgesehen ist, die den Pressrahmen und somit den gesamten Kern mit Abstand zum Boden des Kessels hält.
Bevorzugt ist im Rahmen der Erfindung, dass das Befestigungsmittel eine Befestigungshülse ist, die innen am Kesselboden befestigt ist. Die Befestigungshülse ragt vom Kesselboden auf und ist beispielsweise mit einem Innengewinde ausgerüstet, das mit einem Außengewinde eines der Jochbolzen im Eingriff steht.
Zweckmäßigerweise besteht der Kern aus flächig aneinander anliegenden magnetisierbaren Blechen, die über den Pressrahmen miteinander verspannt sind. Eine solche Ausführung des Kerns ist grundsätzlich bekannt, so dass an dieser Stelle auf weitere Ausführungen hierzu nicht eingegangen zu werden braucht. Unter einem „magnetisierbaren“ Material ist hier ein ferromagnetisches Material zu verstehen.
Grundsätzlich kann sich der Jochbolzen mit seinen beiden Enden über ein Befestigungsmittel am Kessel befestigt sein. So ist es beispielsweise möglich, aneinander gegenüberliegenden Seiten des Kessels den Jochbolzen in Befestigungshülsen zu führen, die an der Kesselwand z.B. angeschweißt sind. Bevorzugt ist im Rahmen der Erfindung jedoch, dass der Kessel eine Kesselwanne und eine fluiddicht mit der Kesselwanne verbundenen Kesseldeckel aufweist, wobei nur die Kesselwanne mit dem Kern über den Jochbolzen verbunden ist. Gemäß dieser vorteilhaften Weiterentwicklung ist der Kesseldeckel ausschließlich an der Kesselwanne befestigt. Der Kessel kann auf diese Weise besser abgedichtet werden. Leckagen sind auf diese Art und Weise vermieden.
Zweckmäßigerweise weist der Kern wenigstens einen Kernschenkel auf, der von wenigstens einer Wicklung umschlossen ist, wobei jeder Kernschenkel über ein unteres und oberes Joch mit einem weiteren Kernschenkel ober einem Rückführungsschenkel verbunden ist, der von keiner Wicklung umschlossen ist. Im Rahmen dieser Weiterentwicklung der Erfindung können entweder mehrere Kernschenkel vorgesehen sein, die jeweils von einer oder mehreren Wicklungen umschlossen sind. Abweichend davon ist es auch möglich, dass lediglich ein Kernschenkel vorgesehen ist, der mit einem oberen und unteren Joch verbunden ist. Auf Rückführungsschenkel kann im Rahmen der Erfindung auch vollständig verzichtet werden.
Abweichend hiervon ist es jedoch auch möglich, dass zwei Rückführungsschenkel vorgesehen sind, die von keiner Wicklung umgeben sind und allein dazu dienen, einen geschlossenen Magnet- oder Eisenkreis bereitzustellen. Wesentlich bei dieser Ausführung der Erfindung ist, dass der Kern ein unteres und oberes Joch aufweist, wobei sich zumindest ein Kernschenkel, der von wenigstens einer Wicklung umschlossen ist, zwischen dem oberen und unteren Joch erstreckt.
Dabei sind sowohl das obere als auch das untere Joch jeweils mit einem Pressrahmen ausgerüstet. Die Pressrahmen sorgen gemeinsam dafür, dass die Bleche des Kernschenkels miteinander verspannt gehalten sind. Im Rahmen der Erfindung ist es nun möglich, dass sowohl die Jochbolzen des oberen Joches als auch die Jochbolzen des unteren Joches zur Befestigung des Kerns beziehungsweise des gesamten aus Wicklung und Kern bestehenden Aktivteils am Kessel eingesetzt werden. Abweichend ist es im Rahmen der Erfindung jedoch auch möglich, dass der Kessel an lediglich einem Joch, beispielsweise dem oberen Joch, mit dem Kessel verbunden ist.
Vorteilhafterweise ist das elektrische Gerät ein Bahntransformator, wobei der Kern zwei Schenkel aufweist, die jeweils von zwei konzentrisch zueinander angeordneten Wicklungen umschlossen sind. Die Kernschenkel und somit die sie umschließenden Wicklungen erstrecken sich jeweils in einer Längsrichtung parallel zueinander, wobei sie sich horizontal erstrecken. Mit anderen Worten liegen die Wicklungen im Kessel. Vorteilhafterweise ist der Kessel mit Anschlussmitteln zur Befestigung des Kessels und somit des gesamten elektrischen Geräts an einem Schienenfahrzeug ausgerüstet. Das Schienenfahrzeug ist beispielsweise eine elektrisch angetriebene Lokomotive oder ein Triebfahrzeug.
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 eine Befestigung eines Aktivteils an einen Kessel eines elektrischen Geräts gemäß dem Stand der Technik und
2 ein Ausführungsbeispiel des erfindungsgemäßen elektrischen Geräts verdeutlichen.

1 zeigt ein elektrisches Gerät 1 gemäß dem Stand der Technik. Das elektrische Gerät 1 weist einen Kern 2 auf, der zwei Kernschenkel 3 umfasst, wobei sich jeder Kernschenkel 3 von einem oberen Joch 4 zu einem figürlich nicht dargestellten unteren Joch erstreckt. In 1 ist nur ein Kernschenkel 3 dargestellt. Jeder Kernschenkel 3 ist von zwei konzentrisch zueinander angeordneten Wicklungen umschlossen, von denen in der 1 lediglich eine äußere Wicklung, die so genannte Oberspannungswicklung 5, erkennbar ist. Der Kern 2 ist aus Eisenblechen 6 zusammengesetzt, die mit ihren Flachseiten aneinander anliegen oder mit anderen Worten gestapelt sind. Um die Eisenbleche aneinander zu halten, ist ein so genannter Pressrahmen 7 vorgesehen, der beidseitig des oberen Joches 4 angeordnet ist und aus zwei Pressbalken besteht, von denen lediglich der untere Pressbalken in 1 erkennbar ist. Der untere Pressbalken erstreckt sich über die Außenkontur des Kerns 2 hinaus in eine Befestigungshülse 8 hinein, wo er mit einer Befestigungsschraube 9 fixiert werden kann. Die Befestigungshülse 8 ist fest an einem Haltebügel 10 montiert, der auf dem figürlich nicht dargestellten Kesselboden angeschweißt ist.
2 zeigt ein Ausführungsbeispiel des erfindungsgemäßen elektrischen Geräts 1, das wieder einen Kern 2 aufweist, wobei der Kern 2 ein oberes Joch 4 sowie ein figürlich nicht dargestelltes unteres Joch umfasst. Das untere und obere Joch 4 sind durch zwei Kernschenkel 3 miteinander verbunden, so dass ein geschlossener Eisenkreis realisiert ist. Wie bei dem in 1 gezeigten Aktivteil besteht der Kern 2 wieder aus Eisenblechen 6, die flächig aneinander anliegen und über einen Pressrahmen 7 miteinander verklemmt sind. Der Pressrahmen 7 besteht aus einem oberen Pressbalken 7a sowie einem unteren Pressbalken 7b. Zwischen den Pressbalken 7a, 7b ist das obere Joch 4 angeordnet. Der obere Pressbalken 7a und der untere Pressbalken 7b sind mit Hilfe von Jochbolzen 11 miteinander verspannt. Dabei erstrecken sich die Jochbolzen 11 jeweils durch eine in dem oberen Joch 4 eingebrachte Durchgangsöffnung, wobei in dem Pressbalken 7a beziehungsweise 7b entsprechende Durchgangsöffnungen 12 vorgesehen sind. In 2 ist erkennbar, dass eine Durchgangsbohrung 12 des oberen Pressbalkens 7a unbenutzt ist. Während die beiden äußeren Jochbolzen 11 lediglich zum Verspannen der Kernbleche 6 des Kerns 2 dienen, erstrecken sich die beiden mittigen Jochbolzen 11 mit ihrem unteren Ende in Gewindehülsen 13 als Befestigungsmittel hinein. Die Gewindehülsen 13 sind fest mit der Innenseite einer Kesselwand verbunden. In dem gezeigten Ausführungsbeispiel sind die Gewindehülsen 13 mit der Kesselwand verschweißt. Die Gewindehülsen 13 sind mit einem Innengewinde versehen, das mit einem Außengewinde der Jochbolzen 11 in Eingriff steht. Somit ist eine Befestigung des Kerns 2 am Kessel auf einfache Art und Weise ohne zusätzliche Komponenten möglich, wobei gleichzeitig eine kompakte Bauweise bereitgestellt ist.
Die Jochbolzen 11 bestehen zweckmäßigerweise aus einem unmagnetischen, also diamagnetischen oder paramagnetischen, Material und verfügen über eine hohe mechanische Festigkeit. Sie dienen im Rahmen der Erfindung sowohl zur Kernpressung als auch der Befestigung des Kerns und somit des gesamten Aktivteils am Kessel des elektrischen Geräts 1.

Claims

Elektrisches Gerät (1) zum Anschluss an eine Hochspannungsversorgung mit - einem magnetisierbaren Kern (2), - wenigstens einer am Kern gehaltenen Wicklung (3), die zum Erzeugen eines magnetischen Flusses im Kern (2) eingerichtet ist, - einem mit Isolierfluid befüllbaren Kessel, in dem der Kern (2) und jede Wicklung (5) angeordnet sind, und - wenigstens einem Pressrahmen, der zum Verspannen des Kerns (2) mit Hilfe von Jochbolzen (11) vorgesehen ist, dadurch gekennzeichnet, dass der Kern (2) über die Jochbolzen (11) fest am Kessel befestigt ist.
Elektrisches Gerät (1) nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Kern (2) aus flächig aneinander anliegenden magnetisierbaren Blechen (6) besteht, die über jeden Pressrahmen (7) miteinander verspannt sind.
Elektrisches Gerät (1) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Kessel eine Kesselwanne und einen fluiddicht mit der Kesselwanne verbundenen Kesseldeckel aufweist, wobei nur die Kesselwanne mit dem Kern (2) verbunden ist.
Elektrisches Gerät (1) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Kern (2) wenigstens einen Kernschenkel (3) aufweist, der von wenigstens einer Wicklung (5) konzentrisch umschlossen ist, wobei jeder Kernschenkel (3) mit unteren und oberen Joch (4) verbunden ist.
Elektrisches Gerät (1) nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass das untere und das obere Joch (4) jeweils mit einem Pressrahmen (7) ausgerüstet ist und sowohl das untere als auch das obere Joch (4) über die Jochbolzen (11) mit dem Kessel verbunden ist.
Elektrisches Gerät (1) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das elektrische Gerät (1) ein Bahntransformator ist, wobei der Kern (2) zwei Schenkel (3) aufweist, die jeweils von zwei konzentrisch zueinander angeordneten Wicklungen (5) umschlossen sind.
Elektrisches Gerät (1) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Kessel mit Anschlussmitteln zum Befestigen des Kessels an einem Schienenfahrzeug ausgerüstet ist.
Elektrisches Gerät (1) nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, dass in der befestigten Stellung die Wicklungen in ihrer Längserstreckung horizontal ausgerichtet sind.