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Hochspannungstransformator mit Flüssigkeitsisolation Die Erfindung
betrifft einen Hochspannungstransformator mit Plüssigkeitsisolation, insbesondere
für Weltraumeinsatz, bei dem mindestens eine BTiedersprnnungssicklung und mindestens
eine Eochspannungsswicklung im Innern eines dichten Gehäuses angeordnet sind.
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Transformatoren dieser Bauweise sind in vielfachen Ausführungen bekannt,
vergleiche hierzu beispielsweise die deutsche Patentschrift 439 502. Bei großen
elektrischen Belastungen hat sich die Verwendung von Plüssigkeiten wie beispielsweise
Silikonöl oder Fluorkohlenstoff zur Isolation und Kühlung bestens bewährt, denn
diese Stoffe zeigen eine hohe DurchschlagsSestigkeit, können nach unvermeidlichen
Überschlägen wieder regenerieren und verfügen über eine recht gute Wärmeleitfähigkeit0
Diesen Vorzügen stehen allerdings eine Reihe von vielfach erheblich ins Gewicht
fallenden Nachteilen gegenüber: So enthalten die Gehäuse von flüssigisolierten Übertragern
stets komeliziert gestaltete wnd Platz beanspruchende Durchführungen bzwO Isolatoren
für die HochSrequen2-leitungen Da außerdem die Temperaturausdehnungskoeffizienten
der Isolierflüssigkeit einerseits und der übrigen festen Materialien andererseits
erheblich von einander abweichen, muß man Wärmebeanspruchungen, die bei einem
großen
fljemperaturschwankungen ausgesetzten Transformator auftreten können, durch Anbau
eines mehr oder weniger großvolumigen Ausgleichsgefäßes entgegenwirken.
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Das Wärmeausdehnungsverhalten von Isoliermaterial und aktiven Transformatorteilen
ließe sich zwar durch tw7ahl von festen Isolierstoffen wie beispielsweise Kunstharz
aneinander anpassen, es hat sich jedoch gezeigt, daß ein Gießharzverguß eine auch
langzeitlich befriedigende Hochspannungsfestigkeit nicht immer verbürgen kann.
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Abgesehen davon, daß in Harzumhüllungen Gaseinschlüsse nahezu unvermeidlich
sind, erzeugt die Polymerisationsschrumpfung beim Aushärten bekanntlich Materialspannungen,
die insbesondere bei thermischen Belastungen zu Rißbildungen führen. Fiir Überlegungen,
diesen memperaturschwund unschädlich zu machen, sei auf die deutsche Auslegeschrift
1 147 684 verwiesen. Erfolgt erst einmal ein Uberschiag, so ist ein kunstharzisolierter
Hochspannungstransformator zerstört.
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Die Erfindung steht vor der Aufgabe, einen kompakten Xochspannungstransformator
anzugeben, der auch unter starken TemperaturSechselbelastungen und hohen Spannungen,
wie sie beispielsweise im Satelliteneinsatz unter Weltraumbedingungen auftreten,
sehr zuverlässig arbeitet, Diesen Anforderungen genügt ein Transformator der eingangs
Oenannten Art, bei dem erfindungsgemäß das Gehäuse aus Kunststoff besteht, die Isolierflüssigkeit
lediglich den die Hochspannungswicklung umgebenden Raum (Hochspanntzngsraum) ausfüllt
und die Niederspannungewicklung mit Kunstharz umgossen ist.
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Die Erfindung vereinigt in sich folgende wesentliche Vorteile: Ein
Kunststoffgehäuse macht zunächst sperrige und die Fertigung belastende Durchführungsisolatoren
überflüssig. Die die Wicklungen umgebende Karnner ist zweigeteilt, der Hochspannungsraum
wird dabei von einer Isolationsflüssigkeit angefüllt, um eine Überschlagsgefahr
bei den besonders kritischen aktiven Transformatorenteilen zu beseitigen; bei unvermeidlichen
Überschlägen werden die dabei gebildeten Zersetzungsprodukte in der Flüssigkeit
gelöst, der Tranforator ist dann wieder betriebsbereit.
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Die Wiederspannungswicklung ist mit Kunstharz umhüllt, weil einmal
an Orten geringerer Feldstärken zerstörende Überschläge nicht zu befürchten sind
und zum anderen auf diese Weise das Flüssigkeitsvolumen klein gehalten werden kann.
Somit ist nur bei extremen Demperaturunterschieden ein mit dem Hochspannungsraum
in Druckausgleich stehendes, stets vergleichsweise kleines husgleichsgeIäß erforderlich.
Der Kunstharzverguß trägt überdies zur mechanischen Festigkeit der gesamten Baueinheit
bei. Insgesamt erhält man durch die vorgeschlagene Maßnahmenkombination einen auch
unter extremen Beanspruchungen zuverlässig arbeitenden Hochspannungstransformator
von besonders gedrungenen Abmessungen. Ein solcher Transformatot eignet sich deshalb
besonders für die 3 oromZe>~ sorgung einer t*'landerfeldröhre in einem Funkeatellit.
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Sollte die Isolationsflüssigkeit zu schädlicher Blasenbildung neigen,
beispielsweise im Weltraum infolge der fehlenden Schwerkraft, so kann dem durch
Entgasung und/oder durch Einfüllen unter Druck entgegengewirkt werden.
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In Ausgestaltung der Erfindung ist vorgesehen, daß das Transformatorgehäuse
eine wärmeleitfähige, vorzugsweise metallische Grundplatte oder/und wärmeleitfähige,
vorzugsweise metallische Deckplatte aufnimmt, die einen Teil der Gefäßaußenfläche
bildet. Derart in die Gehäuse-Wandung einbezogene Platten leiten die im Transformator
entwickelte Betriebswärme, soweit sie zu Übertemperaturen führt, entweder durch
direkte Leistung an die Unterlage (Grundplatte) oder durch Abstrahlung (Deckplatte)
wirksam nach außen ab. Ein solcher Wärmeausgleich empfiehlt sich insbesondere dann,
wenn der Hochspannungstransformator in Vakuum-Umgebung betrieben wird, da hier über
die Seitenwände ein nur geringer Wärmeübergang erfolgen kann0 Sind die Grundplatte
und/oder Deckplatte u-förmig mit zwei in sich gegenüber liegenden Seitenwänden des
Gehauses verlaufenden Schenkelplatten ausgebildet, so wird auch die in die Seitenwände
abfließende Wärme zur Grundplatte tra.nsportiert.
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Die inneren Transformatorteile lassen sich besonders bequem zusammensetzen
und vergießen bzw. mit Isolierflüssigkeit umgeben, wenn das Gehäuse aus zwei Teilen,
einem Bodenteil und einem Kopfteil, besteht.
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Die Erfindung soll nun an Hand eines bevorzugten Auszührungsbeispiels
in 5ZerW,ir.du. den Figuren der Zeichnung näher erläutert werden. In den Figuren
sind einander entsprechende Teile mit den gleichen Bezugszeichen versehen. Es zeigen:
Fig. 1 die erfindungsgemäße Ausführung eines Hochspannungstransformators in einer
teilweise aufgeschnittenen Seitenansicht, Fig. 2 eine Aufsicht auf das Bodenteil
der Ausführung der Fig. 1, in Pfeilrichtung II - II gesehen.
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Der in den Figuren dargestellte Transformator ist als teistungsübertrager
für die Stromversorgung eines Satelliten gedacht. Er enthält im einzelnen ein aus
einem Bodenteil 1 und einem Kopfteil 2 bestehendes Gehäuse 3. In das Bodenteil 1
ist eine u-förmige Grundplatte 4 und in das Kopfteil 2 eine ebenfalls u-förmige
Deckplatte 5 eingebettet. Beide Platten stehen über ihre Schenkel miteinander in
Verbindung. Die Bodenplatte 4 trägt zwei Aluminiumstützen 6, auf denen mit Spannbändern
7 zusammengehaltene Trsnsformatorkerne 8 ruhen, Die Kerne 8 sind somit sowohl geerdet
als auch an einen wirksamen Wärmeleitpfad angeschlossen. Auf ihrem in den Figuren
nicht erkennbaren Innenschenkel sind eine Primärwicklung und eine Sekundärwicklung
(Hochspannungswicklung) als Scheibenwicklung aufgebracht. Beide Wicklungen sind
in den Figuren nicht eingezeichnet, der vom gesamten Wickelpaket eingensmmene Raum
(Wickelraum) ist mit dem Bezugszeichen 9 versehen. Ein Verguß 11 aus Epoxydharz
füllt d-en um die Primärwicklung verbliebenen Raum, der die Hochspannungswicklung
umgebende Raum (Hochspannungsraum) ist mit einem mit 12 bezeichneten Silikonöl ausgefüllt
(Fig0 2). Der Hochspannungsraum kommuniziert über eine Öffnung 13 im Kopfteil 2
des Gehäuses 3 mit einer balgartig gearbeiteten Ausdehnungskammer (Ausdehnungsgefäß)
14. Statt eines außen angebrachten Ausdehnungsgefäßes könnte man auch ein Organ
im Gehäuseinneren vorsehen, sas für Druckausgleich sorgt, beistielsweise eine Appendixkammer
mit druckabhängigem Passungsvermögen oder einen elastischen Körper mit druckabhängigem
Volumen, Im vorliegenden Fall enthält das Kopfteil 2 noch zwei aus vergießfähigem
Isolierstoff bestehende, nur für die Giaßform erforderliche Stütznocken 16, sowie
- nicht dargestellt - eine weitere Öffnung mit einem Pumpstutzen.
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Außerdem sind den beiden nichtmetallischen C-ehäuseseitenwänden zwei
Kunstharzleisten 17 angeformt, in deren Bereich die (nicht dargestellten) elektrischen
Anschlüsse einfach herausgeführt werden können Die geschilderte Ausführung kann
wie folgt sehr rationell usammengebaut werden: Zunächst werden die beiden Gehäuseteile
1 und 2 aus Epoxydharz um die jeweiligen metallischen Platten gegossen und an ihren
späteren Berührungsflächen plangefräst. Danach wird der eigentliche Beistungsübertrager
(Kern mit Wicklungen) in das Bodenteil 1 eingesetzt.
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Alle nun verbliebenen Räume, außer dem Hochspannungsraum, werden mit
einem kalt härtenden Epoxydharz ausgefüllt, beispielsweise indem man das Gehäuse
um 90 Grad verkippt. Damit ist auch die Primärwicklung vergossen.
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In das Kopfteil werden nach dem Planfräsen die beiden Öffnungen gebohrt,
dann werden der Pumpstengel und das Ausde1inunggefäF3 14 eingesetzt und mit Epoxydharz
befestigt. Danach verfestigt man beide Gefäß teile mit einander. Die so gefertigte
Einheit wird dann evakuiert, beispielsweise einige Stunden in einem Exsikkator aufbewahrt,
dann gegebenenfalls mit einem Edelgas wie Helium nachgespült und schließlich mit
Silikonöl gefüllt. Der Füllvorgang.soll zur optimalen Ölentgasung mit einem sehr
geringen Durchsatz erfolgen.
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g Patentansprüche 2 Piguren