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Die Erfindung betrifft einen Hochspannungstransformator mit
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Flüssigkeitskühlung, insbesondere zur Verwendung innerhalb einer Baugruppe
aus räumlich eng zusammengefügten elektromechanischen Komponenten, bestehend aus
einem magnetischen Kern mit Wicklung, einer diese umgebenden Kühl flüssigkeit, einem
Gehäuse und isolierten Gehäusedurchführungen für die Anschlußleitungen.
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Kleinere flüssigkeitsgekühlte Transformatoren dieser Art kommen äußerst
selten vor, da das üblicherweise offene Ausdehnungsgefäß für die Kühlflüssigkeit
den Transformator lageabhängig macht, was seinen einsatz in vielen Fällen ausschließt.
Auch sind die hekannten Öltransformatoren sperrig und deshalb für extrem beschränk
te Einbauverhältnisse nicht geeignet.
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Kleine Hochspannungstransformatoren für beschränkte Einbauverhältnisse,
beispielsweise für Röntgengeräte, Kopiergeräte und dergleichen, werden deshalb heute
fast ausnahmslos mit Gießharz vcrgossen und durch Luft gekühlt. Gießharztransformatoren
eignen sich aber nur für sehr niedrige Leistungen bzw. eine niedrige relative Einschaltdauer.
Um die Wärmedehnungen aushalten zu können, müssen die verwendeten Gießharze weich
eingestellt erden. Sie verspröden aber in verhältnismäßig kurzer Zeit, was zur Folge
hat, daß chauerbelastete Transformatoren schließlich infolge Durchschlags ausfallen.
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Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, einen Hochspannunqstrans
formator für extrem beschränkte Einbauverhältnisse zu schaffen,
der
lageunabhängig ist und unter beengten Raumverhältnissen in Daucrbetrieh his zu einer
Leistung von c. 1 kVA betrieben werden kann.
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Diese Aufgabe wird ausgehend von einem flüssigkeitsgekühlten Hochspannungstransformator
der einleitend bezeichneten Art erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß das Gehause
einen Kompensator enthält, der das Ausdehnungsvolumen der Kühl flüssigkeit bei Erwärmung
aufnimmt und daß die Kühlfli.issigkeit bezogen auf den Druck der Umgebungsluft bei
allen Betriebstemperaturen unter Überdruck steht. Ein somit hermetisch dichtes Transformatorgehäuse
ist lageunaShXngiq und es bedarf eines geringeren Einbauraumes durch den Wegfall
des sonst offenen Ausdehnungsgefässes und er zugehörigen Anschluß-Rohrleitungen.
Der Überdruck der Kühlflüssigkeit erhöht die elektrische Drchschlagsfestigkeit und
begünstigt dadurch eine gedrängte Bauform. Bei Betrieb unter Belastung steigt der
Überdruck noch weiter an und das steigert die Sicherheit gegen Durchschläge noch
einmal.
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Der Kompensator wird vorzugsweise als Rollmembran ausgebildet, die
abgedichtet in eine Öffnung der Gehäusewand eingesetzt ist und von außen her unter
Federdruck steht. Dic Federvorspannung bestimmt den Überdruck. Vermindert sich das
Volumen der Kühlflüssigkeit infolge von Erwärmung oder Abkühlung, so bemißt sich
die Druckänderung nach der Federkennlinie. Dem Auf treten von Ühervolunina bei einer
unvorhergesehenen Überlastung des Transformators 1.-ann durch ein Überdruclsventil
oder dergleichen vorgebeugt werden. Ferner ver-
Steht es sich von
selbst, daß die Kühlflüssigkeit, vorzugsweise Siliconöl, sorgfältig entlüftet und
entwässert sein muß.
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Siliconöl ist übrigens lebensmittelrechtlich unbedenklich und nicht
grundwassergefährdend. Deshalb ist die bei bekannten (31-transformatoren unumgängliche
Ölauffangwanne entbehrlich.
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Während Öltransformatoren üblicherweise nach außen abstehende und
einen Sicherheitsabstand erfordernde Durchführungsisolatoren haben, wird in Weiterbildung
der Erfindung vorgeschlagen, daß eine ebene Islierstoffplatte als Gehäusedeckel
und zuglcich als Isolator für wenigstens die hochspannungsseitige Gehäusedurchführung
verwendet ist. Die Isolierstoffplatte wird vorzugsweise aus einem glasklaren Kunststoff
gefertigt, was die Möglichkeit bietet, nicht nur den Verlauf der Anschlußleitunqen
bei geschlossenen Deckel zu beobachten, sondern auch die Schaumbildung beim flinfüllen
und Trocknen der Kühlflüssigkeit. Außerdem ]rann man die Isolierstoffplatte als
Überdruckschutz heranziehen, indem ihre Befestigungsschrauben derart unregelmäßig
er den Umfang verteilt werden. daß ein 9'eil der Isolierstoffplatte sich bei Überdruck
federnd elastisch leicht abhebt und dadurch die Dichtung entlastet wird und Kühlflüsigkeit
tropfenweise austreten kann.
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Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung wird nachstehend anhand der
Zeichnung erläutert. In einzelnen zeigt Fig. 1 die deckelseitige Ansicht eines Transformators
Fi.
2 einen Horizontalschnitt II-T1 des Transformators nach Fig. 1 In einem Gehäuse
1 aus Aluminiumquß, das seitlich mit Kühlrippen versehen ist, befindet sich ein
aus Kern und Wicklungen bestehender Transformatorkörper 2. Das Gehäuse 1 ruht auf
vier Füßen 3 und hat vorne eine Öffnung mit ebener Randfläche zum Einführen des
Transformatorkörpers 2. An die linke Seitenfläche des Gehauses 1 ist ein quadratischer
Stutzen 4 angesetzt, der eine zszlindrische, zum Gehäuseinnenraum offene Bohrung
aufweist.
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Die Einführöffnung des Gehäuses 1 ist mit einer etwa 10 mm staren
Platte 5 aus glasklarem Polyacryl verschlossen. Zur Ahdichtung ist in eine umlaufende
Nut der ebenen Gehäuserandfläche ein Dichtring 6 eingelegt. Von vorne ist auf die
Platte 5 ein Rahmen 7 aufgebracht und mit hilfe von vier durchgehenden Schrauben
8 mit dem Gehäuse 1 verspannt.
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Die Platte 5 dient als Durchführungsisolator für den Hochspannungsanschluß
9 und zugleich auch für mehrere Niederspannungsanschlüsse 10, durch deren Auswahl
die llochspannung zwischen 9 und 12 ]cV eingestellt werden kann. Das andere Ende
der Hochspannungswicklung liegt an Masse. An die Durchführungsstifte sind innenseitig
Scheibenflansche 11 angeformt, die auf der Platte 5 aufliegende Dichtringe 12 enthalten.
Somit ist die Einführöffnung des Gehäuses 1 hermetisch abgedichtet.
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Zur Bildung eines Kompensators ist auf den Stutzen 4 eine Kappe 13
aufgesetzt, die eine Rollmembran 14 einklemmt und mit Hilfe @on vier Schrauben 15
festgezogen wird. Diese somit am Rand abgedichtete Rollmembran 14 schließt die Stutzenöffnung
ab. Die Rollmembran 14 legt sich um einen Stützkörper 16, der sich seinerseits über
eine Druckfeder 17 an der Kappe 13 abstützt, die eine zentrale Bohrung 18 aufweist.
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Das Gehäuse 1 ist mit Siliconöl gefüllt und steht bei Raumtemperatur
von 20° unter einem Überdruck von etwa 0,5 bar. Der Füllvorgang verläuft wie folgt:
Zunächst wird das Gehäuse 1 samt dem darin befindlichen Transformatorkörper 2 evakuiert
und dadurch vorgetrocknet. Dann wird durch ein nicht dargestelltes Ventil langsam
Siliconöl eingelassen. Dabei schäumt dieses stark auf, was vorteilhafterweise durch
die glasklare Platte 5 beobachtet werden kann, wie übrigens auch die richtige Lage
des Transformatorkörpers 2 und der Anschlußleitungen. Geht die Schaumbildung infolge
der weitergeführten Evakuierung zurück, so wird weiteres Siliconöl nachgelassen
bis schließlich der Gehäuseinnenraum vollkommen gefüllt ist und alle Luftblasen
entwichen sind. Jetzt wird weiteres Siliconöl mit Hilfe einer Dosierpumpe nachgefördert
und dadurch der erwähnte Überdruck herbeigeführt. Die Stellung der Rollmembran 14
kann mittels eines nicht dargestellten Stiftes, den man in ein Gewinde 19 des Stützkörpers
16 einschraubt und über die Kappe 13 vorstehen läßt, kontrolliert werden. Bei @emperaturschwankungen
im Betrich werden
die Volumenänderungen durch entsprechende Atembewegungen
der Rollmembran 14 kompensiert. Die Gehäuseinnentemperatur ist auf 80° C ausgelegt.
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Zur Vermeidung von Überdruck im Gehäuse 1 haben die Schrauben 8 zum
Verspannen des Rahmens 7 und der Platte 5 eine besondere Anordnung. Zwei dieser
Schrauben sitzen in den oberen beiden lecken des etwa quadratischen Rahmens 7, während
die beiden anderen mit Hilfe besonderer Befestigungsaugen 20 seitlich nach außen
versetzt und etwa in der Höhe eines Viertels der Gesamthöhe des Rahmens 7 angeordnet
sind. Das hat zur Folge, daß die über diese Befestigungsaugen 20 nach unten überstehenden
Teile der Platte 5 und des Rahmens 7 der bei erhöhtem Innendruck wirksamen Biegebelastung
nachgeben und die Platte sich an ihrem unteren Rand vom Dichtring 6 leicht abhebt
oder diesen nur entlastet.
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Damit ist eine Soll-Leckstelle geschaffen, über die sich der Innendruck
entspannen kann. Zusätzlich oder alternativ könnte auch über den erwähnten Stift
ein elektrisches Warnsignal gegeben werden, sobald die Rollmembran 14 und der Stützkörper
16 eine vorbestimmte Stellung erreichen, die Überdruck signalisiert.
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Der beschriebene Hochspannungstransformator ist für den Betrieb von
Ozongeneratoren bestimmt, die zur Wasseraufbereitung eingesetzt und in räumlich
sehr beengten Gefäßen bzw. Gehäusen unter gebracht sind. In diesem Fall wird eine
Leistung von 800 VA im Dauerbetrieb abgocrchen.
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1 Gehäuse 2 Transformatorkörper 3 Fuß 4 Stutzen 5 Platte 6 Dichtring
7 Rahmen 8 Schraube 9 Hochspannungsanschluß 10 @iederspannungsanschluß 11 Scheibenflansch
12 Dichtring 13 Kappe 14 Rollmembran 15 Schraube 16 Stützkörper 17 Feder 18 Bohrung
19 Gewinde 20 Befestigungsauge
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