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Jocheinrichtung für Transformatoren mit in der Höhenrichtung unterteiltem
Joch Bei sehr großen Transformatoren ist es üblich; die Joche als von den Säulen
(Kernen) getrennte Teile zu bauen, weil das nachträgliche Einsetzen der einzelnen
umfangreichen Jochbleche zwischen die Säulenbleche auf bedeutende Schwierigkeiten
stößt. Andererseits paßt der fertige Kern samt Joch häufig auch in das Eisenbahnprofil
nicht hinein.
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Aus diesen Gründen ist es üblich, die getrennt angefertigten Jochstücke
großer Transformatoren an geraden Berührungsflächen stumpf gegen die Säulen stoßen
zu lassen, obwohl die Einschichtung der Jochbleche zwischen die Säulenbleche gerade
bei großen Transformatoren von erheblichem Vorteil wäre, denn diese Ausführungsart
gewährleistet eine innigere Verbindung der beiden Teile. Bei stumpf aufeinanderstoßenden
Flächen ist man gezwungen, längs der ganzen Fläche den zwangsweise auftretenden
Luftspalt durch kräftiges Gegeneinanderpressen der Joche und Säulen möglichst zu
beheben. Bei großen Jochen ist dies außerordentlich umständlich, wenn nicht unausführbar.
Es entstehen hierbei Spannungen in den Jochteilen, wozu sieh im Betrieb noch die
Wärmespannungen addieren, so daß die derart belasteten Teile den magnetischen Kraftwirkungen,
die beim Betrieb auf eine Verlagerung der Bleche hinwirken und damit das Summen
und Wandern sowie Anwachsen der Leerlaufverluste des Transformators bedingen, nicht
mehr standhalten können. Die den Kraftfluß aus den Säulen in das Joch überleitende
Stoßfläche muß mit der größten Sorgfalt sowohl in magnetischer wie in mechanischer
Hinsicht ausgeführt werden, d. h. eine innige Verbindung der Säulen und Jochbleche
ist die Vorbedingung für das günstige Arbeiten des Transformators. Bei großen Transformatoren
begegnet es aber Schwierigkeiten, die Jochstücke großer Abmessungen auf die Kernbleche
so aufruhen zu lassen, daß ihre gegenseitige Verbindung während des Betriebes sich
nicht lockert und sowohl in mechanischer wie in magnetischer Hinsicht eine sichere
Übergangsstelle bildet. Bei Lockerung der Stoßflächen tritt ein Wandern der Jochbleche
in bezug auf die Säulenbleche ein, der Transformator summt, und seine Leerlaufverluste
erhöhen sich infolge der sich ändernden Luftspalte an der Überleitungsstelle beträchtlich.
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Die Erfindung betrifft eine Jocheinrichtung für Transformatoren, bei
denen das Joch in der Höhenrichtung unterteilt ist.
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Transformatoren mit in der Höhenrichtung unterteiltem Joch sind bereits
bekannt; bei diesen ist jedoch nicht bloß das Joch, sondern die aktive Blechbreite
sowohl der Kerne als der Jochbleche unterteilt, so daß zwei ineinanderliegende,
geschlossene Transformatoreisenbleche entstehen, welche voneinander durch einen
entsprechenden Luftraum getrennt sind. Diese Anordnung hat den Zweck, die Auflagefläche
zwischen den Joch-und Eisenkernblechen zu verkleinern, so daß zwischen den Eisenblechen
auf der Stumpfstoßoberfläche
infolge der entstehenden niedrigen
elektrischen Spannung Brandstellen nicht entstehen können.
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Auch sind Drehstromtransformatoren mit zweifensterigem Kern bekannt,
die aus zwei in einer Ebene nebeneinander angeordneten inneren Rahmen und einen
sie umschließenden äußeren Rahmen zusammengesetzt sind, wobei die Zwischenräume
zwischen den drei Rahmen als Kühlschlitze ausgenutzt sind. Bei diesen Einrichtungen
kommt es also in erster Reihe darauf an, die Oberfläche der Stoßflächen tunlichst
gering zu halten und eine möglichst große Kühlwirkung zu sichern.
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Von Einrichtungen dieser Art unterscheidet sich der Gegenstand der
Erfindung dadurch, daß lediglich die Jochbleche unterteilt sind, und zwar derart,
daß der den Kernblechen benachbarte Jochteil eingeschichtet und mit dem Kern zu
einem Körper vereinigt ist, während der von den Kernblechen entfernte, gegebenenfalls
auch eingeschichtete Jochteil unter Vermeidung der Verringerung der Auflagefläche
und unter Belassung eines möglichst geringen Luftspaltes gegen den eingeschichteten
Jochteil angepreßt wird, so daß er zwischen sämtlichen Säulen eine magnetische Verbindung
herstellt und durch den eingeschichteten Teil zwischen allen drei Säulen eine feste
mechanische Verbindung geschaffen ist, welche eine durch die Vibration bedingte
Verschiebung der Säulen mit Sicherheit verhindert. Dadurch wird nämlich die Masse
des auf dem Kerneisen zu befestigenden Jochteiles vermindert, das Joch läßt sich
viel leichter einpassen, seine Formänderungen bei Betrieb infolge der Wärmeausdehnung
werden geringer, wobei die Einschichtung des unteren Jochteiles infolge der schmäleren
Jochbleche einfach ausgeführt .werden kann. Das Joch ruht somit in seiner ganzen
Länge gleichmäßig auf den Säulen auf. Das Einschichten des unteren Jochteils ergibt
eine wesentlich günstigere Übergangsfläche für die Kraftlinien als eine Stumpfstoßverbindung.
Die magnetische Verbindung der Teile ist vollkommen, trotzdem bildet das Joch kein
vollkommen starres Gebilde, was in bezug auf dieWärmeausdehnung von großem Vorteil
ist.
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An der Unterteilungsstelle können die beiden Jochteile längs von ebenen
Berührungsflächen stumpf aneinandergefügt werden, denn der Luftschlitz zwischen
den Paßflächen wird bloß von einem Bruchteil des Feldes durchsetzt,. wodurch die
das Summen des Transformators verursachenden Kräfte sehr stark verringert werden,
weil die Anziehungskraft dem Quadrat der Induktion proportional ist.
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Aus diesem Grunde ist es viel vorteilhafter, die Fläche möglichst
groß zu halten und den Kraftfluß zu reduzieren, was erfindungsgen ia äß dadurch
geschieht, daß der größere Z, Teil des Kraftflusses den eingeschichteten Jochteil
durchsetzt, anstatt die Fläche bei gleichbleibender Induktion zu verringern.
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Bei der Unterteilung der Fläche nach den bekannten Vorrichtungen wird
die gesamte Anziehungskraft überhaupt nicht verringert, während nach der Erfindung
die Kraft wenigstens auf ein Viertel reduziert wird. Dadurch wird nicht nur das
Summen geringer, sondern alle betriebsstörenden Nebenerscheinungen der Vibration,
wie Lösung der Schrauben, Eisenschlüsse, verursacht z. B. durch schwingende Bolzen
usw., vermieden.
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Die Verbindung der beiden Jochteile kann mittels kurzer Verbindungsorgane,
z. B. Schraubenspindeln, erfolgen, bei denen die Wärmeausdehnung belanglos und die
Schwingungskräfte ungefährlich sind.
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Die Zeichnung veranschaulicht eine beispielsweise Ausführungsform
des Erfindungsgegenstandes, und zwar zeigt Abb. i eine Ausführungsform der Jocheinrichtung
in Ansicht, bei der die Bleche der beiden Jochteile einander überdecken, Abb. 2
einen Querschnitt nach Linie I-I der Jocheinrichtung nach Abb. i, Abb.3 eine Jocheinrichtung,
bei der die beiden Jochteile längs ebener Stoßflächen einander berühren, Abb. q.
einen Querschnitt nach Linie II-II der Abb.3. Abb.5 eine Abänderung der Einrichtung
nach Abb. 3.
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Die Abb. 6 und 7 stellen eine Anpreßvorrichtung zur Erleichterung
des Einsetzens des Joches dar.
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Abb. ß zeigt eine zweckmäßige Ausbildung der Paßfläche des Joches
in größerem Schnitt. Bei der Ausführungsform nach Abb. i und 2 stehen jeweils die
Bleche i der die Säulen bildenden Bleche über die Wicklungsstirnfläche um ein Stück
x hervor, das einen Bruchteil der ganzen Jochhöhe y beträgt- Die zwischen den Blechen
i liegenden Bleche 2 sind kürzer als die Bleche i, z. B. derart, daß ihr Ende mit
dem Ende der Wicklungen nahezu bündig liegt. Zwischen die vorstehenden Enden der
Bleche i werden die Jochbleche 3 eingesetzt, deren Breite z kleiner als die gesamte
Jochhöhe y, aber größer als der Vorsprung x der Säulenbleche i ist: Die verhältnismäßig
schmalen Bleche 3 können leicht zwischen die vorspringenden Enden der Bleche i eingetrieben
werden. Die vorspringenden Enden der Bleche i bilden mit den Blechen 3 den an die
Transformatorsäulen angrenzenden Jochteil b. Der obere Jochteil c hingegen wird
aus den breiteren und schmäleren Blechen .4. bzw. 5 derart zusammengesetzt.
claß
man zwischen die vorstehenden Enden 3a der Bleche 3 die Bleche 4 und sodann die
Bleche 5 zwischen die vorstehenden Enden .1a der Bleche 4 einschichtet. Die Blechpakete
können mittels durch die eiii7elnen Jochteile gehende Schrauben d oder in anderer
Weise- zusammengefaßt werden.
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Gemäß Abb. 3 und .4 stoßen die Jochteile b und c längs ebener Berührungsflächen
stumpf gegeneinander.
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Teil b ist in die Säulen normal eingeschichtet, während der besondere
Teil c auf der oberen Fläche des Jochteils b aufliegt und gegen diese gepreßt ist.
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Mit Rücksicht darauf, daß sich ein großer Teil des Feldes über den
Innenteil b des Joches schließt und die die Jochschwingungen verursachende Kraft
dem Quadrat der die einander berührenden Flächen durchsetzenden Induktion proportional
ist und z. B. bei Unterteilung des Joches in zwei gleiche Teile auf ein Viertel,
infolge Verteilung der Kraftlinien auf eine größere Berührungsfläche sogar noch
tiefer sinkt, wird das Summen abgeschwächt; auch der Leerlaufstrom und auch der
durch die Stoßflächen bedingte Mehrverlust wird wesentlich geringer. Dadurch, daß
auch die die beiden Jochteile miteinander verbindenden Schrauben 1a kürzer werden
als bei der Verbindung des Joches mit den Säulen, kann die Wärmeausdehnung der Schraubenspindeln
vernachlässigt werden.
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An den Stoßflächen zwischen den beiden Jochteilen b und c können beide
Jochteile, zweckmäßig aber nur der äußere Jochteil c, zwischen den Säulen mit Ausschnitten
e versehen werden, um auf diese Weise bei den Säulen ein besseres Aufliegen zu erzielen.
Diese Ausschnitte begünstigen auch die Kühlung Nachdem bei Dreiphasen-Transformatoren
die die Mittelebene g der mittleren Säule schneidende Kraftlinienzahl höchstens
der Gesamtkraftlinienzahl beträgt, kann man auch den besonderen Tochteil in der
Längsrichtung unterteilen (Abb. 5). Dadurch wird ein besseres Aufliegen des äußeren
Jochteiles an dem inneren Jochteil gewährleistet.
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Gemäß Abb. r ist der Transformator sowohl an seinem oberen als auch
an seinem unteren Teil mit unterteiltem Joch versehen, doch ist beim unteren Jochteil,
wo die nachträglichen Schichtungsschwierigkeiten nicht vorhanden sind, da dort die
Wicklungen in zusammengestelltem Zustande des Joches und der Säulen von der freien,
oberen Seite der Säulen leeraufgeschoben werden können, eine Unterteilung nicht
erforderlich, und das Joch kann mit normaler Schichtung gebaut werden.
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Gemäß Abb. 3 und 4. sind die die beiden Jochteile miteinander verbindenden
Schrauben lt zu beiden Seiten des Joches angeordnet und fassen durch Vermittlung
der Laschen i die beiden Jochteile zusammen, während gemäß Abb. 5 die Schrauben
h' das Joch durchsetzen. Dabei übergreifen ferner die Jochenden gemäß Abb. 3 und
d. die Säulen, um das Anbringen der Verbindungsschrauben zu ermöglichen, während
gemäß Abb. 5 . zum selben Zwecke der Innenteil. des Joches bei j ausgeschnitten
ist, so daß das Joch die Säulen nicht übergreifen muß.
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Die beiden Jochteile können anstatt durch Schrauben eventuell auch
durch Keile miteinander verbunden werden.
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Um das Einsetzen des oberen Joches zu erleichtern, kann man die letzten
Säulenpreßschrauben derart fertigen, daß sie bei der Schichtung nachträglich gelockert
und nach dem Einsetzen der Jochbleche wieder angezogen werden können, " um diese
Bleche zusammenzupressen.
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Zur Erleichterung des Einsetzens der Jochbleche dient z. B. .die in
Abb. 6 und 7 dargestellte Einrichtung, die es ermöglicht, die von der Mittelebene
der Säule eingesetzten Bleche, wenn die Paketstärke etwa die Hälfte der Gesamtstärke
der Säule erreicht, mittels einer Spannvorrichtung zusammenzupressen und die außerhalb
der zusammengedrückten mittleren Gruppe fallenden übrigen Bleche nachträglich einzusetzen.
Zu diesem Zwecke sind die Transformatorsäulen, wie aus Abb.6 und 7 ersichtlich,
an der Eingriffsstelle des Jochteils b mit zur Aufnahme der Schraubenspindeln -dl
und d2 dienenden Löchern versehen.
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Obwohl es bei Transformatorsäulen mit stufenartigem Querschnitt zweckmäßiger
ist, die Druckschrauben so anzuordnen, daß sie wie Schraube dl nur einen Teil der
Säulenbleche durchsetzen, können sie auch so angeordnet werden, daß sie, wie z.
B. Schraube d2, alle Säulenbleche durchsetzen.
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Die Jochbleche sind an den Stellen der Schraubend, und d2 mit Schlitzen
k versehen, die Raum für die Schraubenspindeln dl, d2 frei lassen.
Nachdem man, von der Mittelebene der Transformatorsäulen ausgehend, so viel Jochbleche
b1 eingesetzt hat, als man ohne Schwierigkeiten anzuordnen imstande ist, wird das
Blechpaket von der Stärke x mittels der auf die Schraubenspindeln dl, d2 geschobenen
Rohre o und der Schraubenmuttern in zusammengepreßt. Sodann kann man weitere Jochbleche
zwischen die äußeren Schenkelbleche t2 der Transformatorsäulen leicht einsetzen.
Die Schlitze k der letzteren Bleche sind weiter, weil sie nicht bloß die Schraubenspindeln
dl, d2, sondern auch die zu ihrer Umhüllung dienenden Rohre o umfassen müssen.
Anstatt
die Rohre o aufzuschieben, kann der kopfseitige Teil der Schraubenspindeln mit einer
das Rohr o ersetzenden Schulter und die Schraubenmuttern in mit einem das Rohr o
ersetzenden hülsenartigen Ansatz versehen sein.
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"'ach erfolgtem Einsetzen sämtlicher Jochbleche werden die Schraubenspindeln
dl; cl-
und die Rohre o entfernt und durch die üblichen Druckschrauben ersetzt.
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Wenn die Jochbleche mit ebener Auflagefläche aufliegen, dann kann
-der Spaltverlust durch Bearbeitung der Auflageflächen verringert werden. Die bei
der Bearbeitung entstehenden Grate verursachen jedoch zwischen benachbarten Blechen
einen Eisenschluß, der Überverluste verursacht. Zur Vermeidung dieses Übelstandes
kann in an sich bekannter Weise an den Paßflächen der Jochteile jedes zweite Blech
etwas länger bemessen werden als die zwischenliegenden Bleche, wodurch zwischen
den bis an die Paßebene reichenden Blechen so große Spalte entstehen, daß sie durch
die bei der Bearbeitung entstehenden Grate nicht überbrückt werden können.
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Aus Abb. 8, die den schematischen Querschnitt einer solchen Paßfläche
zeigt, geht hervor, daß jedes zweite Blech i um ein gewisses, zweckmäßig um ein
kurzes Stück, z. B. o,5 bis 2 mm, länger ist als die dazwischenliegenden Bleche
2, so daß zwischen den vorstehenden Enden der Bleche i-i Spalte p entstehen, die
erfindungsgemäß mit nicht magnetisierbarem Material ausgefüllt oder mit schmelzbarer
Masse ausgegossen werden. Obwohl die Auflagefläche dadurch etwa auf die Hälfte sinkt,
wird die Induktion an dieser Fläche nicht größer sein als in den übrigen Eisenquerschnitten,
weil ein Teil der magnetischen Kraftlinien in der in Abb.5 veranschaulichten Weise
durch den den Säulen näher liegenden Jochteil geschlossen wird.
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Die Einrichtung gemäß der Erfindung ermöglicht beim Transport den
Außenteil der geteilten Joche abzumontieren,- wodurch das Eisenbahnverladeprofil
für fertiggewickelte Transformatoren großen Umfanges besser ausgenutzt wird.