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Die vorliegende Erfindung betrifft Gefäße für elektrische
Tauchtransformatoren.
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Genauer betrifft die Erfindung die Herstellung von
Wärmetauschern, die die Wand dieser Gefäße bilden oder auf diesen
angebracht sind und die die Kühlung der Isolierflüssigkeit
sicherstellen sollen, in die der elektrische Teil des
Transformators in dem Gefäß eingetaucht ist.
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Es sei daran erinnert, daß ein 'Tauchtransformator' ein
Transformator ist, dessen elektrischer Teil (Primär- und
Sekundärwicklungen sowie der magnetische Kreis) durch
Eintauchen in eine hoch dielektrische Flüssigkeit, im allgemeinen
ein mineralisches öl, gekühlt wird, die in einem dichten
Gefäß enthalten ist, dessen mit Hohlrippen versehene
Seitenwände als Wärmetauscher mit dem Außenmedium dienen.
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Zu diesem Zweck bestehen die Wände nun gewöhnlich aus
Rippenplatten, wobei jede Platte eine Seite des Gefäßes bildet.
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Im Fall von Transformatoren mit hoher Leistung sind
zusätzliche Wärmetauscher, die als Abstrahler bezeichnet werden und
die oftmals selbst aus Rippenplatten gebildet sind, mit
Abstand auf dem Gefäß angebracht. Damit die Isolierflüssigkeit
zwischen dem Gefäß und diesen äußeren Abstrahlern zirkulieren
kann, sind Verbindungsstutzen ausgebildet.
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Im folgenden wird aus Gründen der Vereinfachung das Wort
'Tauscher' als Bezeichnung sowohl für die aufgesetzten
Abstrahler, als auch für die Gefäßseitenwände mit Kühlrippen
verwendet.
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Klassischerweise werden die Rippenplatten, die die Tauscher
von Tauchtransformatoren bilden, aus einem einzigen Stück und
in einem einzigen Bearbeitungsschirtt hergestellt, wobei ein
Metallband (im allgemeinen ein Stahlband) in regelmäßigen
Abständen so gebogen wird, daß es in parallele und tiefe Falten
gelegt wird. Die einzelnen Falten werden an ihren Rändern
zusammengefaßt, die dann durch dichte Schweißung zu einer Rippe
geschlossen werden.
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Diese Bauteile werden, wenn sie gefaltet und arn Rand
verschweißt sind, als 'Rippenplatte' bezeichnet.
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Eine Rippenplatte ist also ein Bauelement zur Herstellung von
Tauchtransformatoren, das im wesentlichen aus einer Reihe
paralleler Rippen besteht, die entlang einer gemeinsamen Basis
aufgereiht sind und, wenn sie auf dem Gefäß angebracht sind,
Hohlrippen bilden, die in direkte Verbindung mit dem
Innenraum des Gefäßes gesetzt werden, das die Isolierflüssigkeit
enthält.
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Vier Rippenplatten, die im rechten Winkel aneinander
angebracht sind, bilden so die Seitenwand eines
Transformatorgefäßes.
Im Fall von Transformatoren reduzierter Größe kann die
gesamte äußere Begrenzung des Gefäßes von nur einer
Rippenplatte gebildet werden, die in vier Teile gefaltet ist. Ein
äußerer Abstrahler besteht dagegen klassischerweise aus zwei
identischen Rippenplatten, die in der Symmetrieebene des
Aufbaus aneinander angebracht und in dichter Weise
zusammengefugt sind. Nach der Fertigstellung wird der Abstrahler
gegenüber einer der Gefäßseiten mit Abstand auf dem Gefäß
angebracht. Im allgemeinen sind die zwei langen Seiten oder sogar
die vier Seiten des Gefäßes so mit Abstrahlern versehen.
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Unabhängig vom Verwendungszweck einer Rippenplatte
(Abstrahler oder Wandtauscher) bestehen also ihre Enden jeweils aus
einer Rippe, deren eine Fläche nach außen gedreht ist,
während die andere Fläche der vorletzten Rippe zugewandt ist.
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Bei der Herstellung von Transformatoren des obengenannten
Typs stellt sich ein Problem, das von der Galvanisierung
herrührt. Die Schritt der Galvanisierung, die zum Schutz des
Gefäßes und der Abstrahler vor dem Anstrich wünschenswert ist,
wird vom Abnehmer immer öfter verlangt. Das Verfahren besteht
darin, das Gefäß und die gegebenenfalls vorhandenen
Abstrahler in ein Bad aus Zink oder einer Zinklegierung, das eine
Temperatur von 450ºC und mehr aufweist, einzutauchen und
anschließend, nach Entnahme aus dem Bad, im Freien abkühlen zu
lassen.
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Während dieser Abkühlung verformen und verziehen sich die
Rippen. Die Verformung bleibt nach Rückkehr zur
Umgebungstemperatur bestehen. Es scheint gesichert, daß der Grund dafür
die Überschreitung der Elastizitätsgrenze des Metalls, aus
dem diese Platten bestehen (im allgemeinen kohlenstoffarmern
Stahl), während des Eintauchens in dem Galvanisierbad ist.
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Dieses pHänomen stellt auf technischer Ebene kein wirkliches
Handikap dar, obwohl es ein erhöhtes Fassungsvermögen des
Gefäßes für die Kühlflüssigkeit und damit Mehrkosten bedingt.
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Die gut sichtbare Rippe an den Enden jeder Platte weist
dagegen eine wenig ästhetische Verzerrung auf ihrer nach außen
gedrehten Fläche auf, die durch das Anstreichen noch zunimmt
und verschlimmert wird, wodurch eine Auslieferung des Gefäßes
oder des Abstrahlers an den Abnehmer kaum annehmbar ist.
Diese Schwierigkeiten könnten gelöst werden, indern die
Verformung durch eine frühere Herstellungstechnik für Abstrahler
im Baukastensystem verhindert wird, die darin besteht, daß
die Kühlrippen durch Zusammenschluß von identischen,
aneinandergereihten Einzelbauteilen hergestellt werden, deren Anzahl
die gewünschte Länge des Abstrahlers definiert.
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Dieses Standardeinzelbauteil wird durch nicht sehr tiefes
Pressen mit einer Stahlblechpresse hergestellt und
anschließend so mit einem zweiten Teil zusammengepaßt, daß diese
Preßstücke paarweise innere Hohlräume des so hergestellten
Bauteils abgrenzen, in denen die Kühlflüssigkeit zirkulieren
kann. Die entsprechenden Ränder auf der Außenfläche spielen
dann wahrscheinlich eine Rolle als Versteifungsrippen, die
ausreichen, um das Auftreten permanenter Verformungen nach
der Galvanisierung zu verhindern.
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Diese Herstellungstechnik erfordert jedoch spezielle Geräte,
die in den aktuellen Produktionslinien von Transformatoren
zusätzliche Investitionen bedeuten würden, wodurch sich ohne
Zweifel erklärt, warum sie immer weniger gebräuchlich ist.
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JP-A-63246808 beschreibt ferner einen Wärmetauscher, der aus
einer Rippenplatte besteht, auf deren Hauptrippen
Sekundärrippen ausgebildet sind. Um eine Verformung der endständigen
Rippen zu verhindern, werden sie von dem Kühlsystem isoliert.
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Hier soll also eine Lösung des Problems der permanenten
Verformung der Endflächen der Rippenplatten nach der
Galvanisierung gefunden werden, und zwar durch ein für den Hersteller
wenig kostspieliges Mittel, das industriell leicht einsetzbar
ist und das die Herstellungskosten von Transformatoren nicht
maßgeblich erhöht.
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In Hinblick auf diese Ziele ist ein Gegenstand der Erfindung
ein Herstellungsverfahren für einen Wärmetauscher, der
galvanisiert (oder allgemeiner durch Eintauchen in ein Bad aus
einer bei hoher Temperatur schmelzflussigen Substanz überzogen)
werden soll, wobei der Tauscher die Seitenwand eines Gefäßes
eines elektrischen Tauchtransformators oder einen äußeren,
auf dieser Seitenwand angebrachten Abstrahler bildet und aus
einer Rippenplatte mit Hohlrippen besteht, wobei dieses
Herstellungsverfahren dadurch gekennzeichnet ist, daß es darin
besteht, daß die an jedem Ende der Rippenplatte angeordnete
letzte Rippe durch eine Struktur ersetzt wird, die selbst
eine Rippenplatte in verkleinertem Maßstab ist und die eine
ebene, zu den anderen Rippen parallel angeordnete Hauptrippe
aufweist und die wenigstens auf ihrer Außenfläche mit
Tochterrippen versehen ist, die jeweils in einem Abstand von etwa
3 bis 6 cm voneinander angeordnet sind und eine Breite im
Bereich von etwa 3 bis 6 cm aufweisen.
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Tochterrippen sind vorzugsweise auf den beiden Flächen der
Hauptrippe ausgebildet.
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Ein weiterer Gegenstand der Erfindung ist eine so
hergestellte Rippenplatte gemäß der Kennzeichnungen von Anspruch 3
sowie beliebige Transformatorgefäße oder damit verbundene
äußere Abstrahler, die daraus gebildet werden.
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Diese Tochterrippen, die auf die gleiche Weise wie die
anderen Rippen der Platte und gleichzeitig mit ihnen auf der
Rippenfaltmaschine der Produktionsanlage durch Faltung
hergestellt werden, erfüllen zwei Funktionen:
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Insbesondere bilden sie Versteifungsrippen, die die
Freifläche der Rippe, auf der sie angeordnet sind, verkleinern und
so deren spätere Verzerrung nach der auf die Entnahme aus dem
Galvanisierbehälter folgenden Abkühlung verhindern.
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Da sie hohl sind, besteht eine weitere Funktion darin, daß
sie Isolierflüssigkeit aufnehmen können, womit sie durch
Erhöhung der Gesamtoberfläche für den Wärmetausch zu einer
Steigerung der Kühleffizienz beitragen.
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In Anbetracht der folgenden Beschreibung, die sich auf die
beigefügten Abbildungstafeln bezieht, wird die Erfindung gut
verständlich und weitere Aspekte und Vorteile werden klarer
ersichtlich. In den Abbildungen stellen där:
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- Figur 1 eine perspektivische Ansicht eines leeren
Transforrnatorgefäßes vom bekannten, herkömmlichen Typ,
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- Figur 2 eine der in Figur 1 dargestellten analoge Ansicht,
die jedoch ein erfindungsgemäßes Gefäß zeigt,
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- Figur 3 ein Schema, das ein Ende einer erfindungsgemäßen
Rippenplatte in einem Zwischenstadium ihrer Herstellung
zeigt,
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- Figur 4 die Rippenplatte von Figur 3 nach Fertigstellung,
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- Figur 5 eine Teilansicht der Seitenwand eines
Transformatorgefäßes gemäß einer Ausführungsform der Erfindung und
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- Figur 6 schematisch eine Ecke des Gefäßes gemäß einer
speziellen Verwendung dieser Ausführungsform
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In den Figuren sind die gleichen Bauteile mit identischen
Bezugszahlen bezeichnet.
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Wie in Figur 1 zu sehen, weist ein herkömmliches
Tauchtransformatorgefäß auf seiner Seitenwand 1 longitudinale
Kühlrippen 3 auf, deren mechanische Stabilität durch transversale
Verbindungsstangen 2 sichergestellt ist.
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Es sei daran erinnert, daß die wesentliche Funktion dieser
Rippen die Sicherstellung des thermischen Gleichgewichts des
Transformators in Betrieb auf einem gegebenen
Temperaturniveau ist.
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Zur Verbesserung der Kühleffizienz sind diese Rippen hohl und
ihr Innenraum 4 steht in unmittelbarer Verbindung mit dem
Innenraum 5 des Gefäßes, so daß sie Isolierflüssigkeit
aufnehmen können, wobei diese Flüssigkeit eingefüllt wird, nachdem
der aktive, nicht abgebildete Teil des Transformators
(elektrische Wicklungen und magnetischer Kreis) eingesetzt
wurde.
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Diese Hohlrippen werden vorzugsweise dadurch hergestellt, daß
jede der Seiten des Seitenwand 1 durch eine Rippenplatte
ausgeführt wird. Sie werden deshalb als 'Rippen' bezeichnet.
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Es sei daran erinnert, daß eine solche Platte aus einem
Stahlband 12 hergestellt wird, dessen Breite die Höhe der
Rippen bestimmt und das in dicht aufeinanderfolgenden
Abständen - klassischerweise ungefähr alle 4 bis 8 cm - gefaltet
wird, um es in parallele und tiefe Falten zu legen. Wenn die
Ränder 6 dieser Falten durch Schweißung dicht verschlossen
sind, bilden diese Falten Rippen, die dann die angestrebten
hohlen Kühlrippen bilden, wenn die Rippenplatte auf dem Gefäß
montiert ist.
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Die geeignete Technik zur Herstellung dieser Rippenplatten
ist kein Bestandteil der vorliegenden Erfindung. Bei Bedarf
kann eine ausführlichere Beschreibung hierzu beispielsweise
in der Druckschrift FR-A-92.13299 gefunden werden.
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Die Erfindung betrifft dagegen speziell eine neue
Konstruktion der Endrippen dieser Platten, die die Endrippen 7 der
Seiten der Seitenwand 1 des Gefäßes bilden sollen und die
deshalb viel stärker als die zentralen Rippen 3 nach außen
freistehen.
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Wie bereits erklärt, verlieren die Rippen ihre Planheit unter
der Wirkung der thermomechanischen Spannungen, die durch den
Vorgang der Galvanisierung nach dem Anstreichen erzeugt
werden,
wodurch insbesondere auf den nach außen gedrehten
Flächen 8 der endständigen Rippen 7 gut sichtbare ästhetische
Schwachstellen entstehen.
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Um diesem Mangel abzuhelfen, besteht die Erfindung, wie es
klar ersichtlich in Figur 2 dargestellt ist, darin, die
Außenfläche wenigstens der endständigen Rippen, die in dieser
Figur mit der Bezugszahl 9 bezeichnet sind, mit Tochterrippen
10 auszustatten. Vorzugsweise sind auch auf der Innenfläche,
die den zentralen Rippen 3 zugewandt ist, Tochterrippen 11
ausgebildet.
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Diese Tochterrippen 10 (oder 11) sind longitudinal auf ihrer
Mutterrippe 9 angeordnet und aufeinanderfolgend im Abstand
von etwa 3 bis 6 cm aneinandergereiht, ohne daß dies für die
Bewahrung der Planheit kritisch wäre. Auch ihre Breite ist
kein kritischer Parameter. Sie kann aus dem Bereich von
ungefähr 3 bis 6 cm gewählt sein.
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Die einzigen Zwänge sind gegebenenfalls diejenigen, die mit
den Aspekten der Abmessung in Zusammenhang stehen: Die Größe
der äußeren Tochterrippen 10 muß möglicherweise an dem
Ausgangsmaß des Gefäßes ausgerichtet sein, während bei den
inneren Tochterrippen 11 gegebenenfalls die Nähe der
Nachbarrippen 3 zu berücksichtigen ist.
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Auch diese Tochterrippen sind, wie bereits erlutert,
vorzugsweise hohl. Auf diese Weise ist ihr Innenraum mit dem
Innenraum ihrer Mutterrippe 9 und damit mit dem Innenraum des
Gefäßes in Verbindung gesetzt, was dazu beiträgt, die
Kühleffizienz durch Erhöhung der Gesamtoberfläche für den
Wärmetausch mit dem Außenmedium zu steigern.
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Eine bevorzugte Ausführungsform der erfindungsgemäßen
Rippenplatten ist in den Figuren 3 und 4 dargestellt, die
nacheinander in dieser Reihenfolge zu verstehen sind:
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Es wird mit einer Rippenplatte im Stadium der Fertigstellung
begonnen, wobei nur die Endrippe noch nicht ausgebildet ist.
Figur 3 zeigt nur den Endabschnitt dieser Platte im Profil in
einer sehr schematischen Darstellung, in der einzig und
allein die Formen der Elemente gut zu sehen sind.
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Die Rippen 3 sind als tiefe und parallele Falten zu erkennen,
die sich aus dem Grundband 12 emporheben.
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Im Unterschied zu dem herkömmlichen Herstellungsverfahren
wird die endständige Rippe nicht wie die anderen Rippen 3
gebildet, sondern sie wird durch mehrere Falten ersetzt, die
weniger tief als die Falten der Rippen 3 sind, jedoch auf die
gleiche Weise und auf dem gleichen Gerät hergestellt werden.
In dem betrachteten Beispiel sind diese Falten in zwei
aufeinanderfolgenden Reihen 13 und 14 angeordnet, wobei die
erste drei Falten umfaßt, die die inneren Tochterrippen 11
bilden sollen, und die zweite die vier Falten aufweist, die die
äußeren Tochterrippen 10 der Mutterrippe 9 bilden.
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Auf dem Grundband 12 sind drei Punkte A&sub5; B und C
eingezeichnet, die die Achsen der Faltung dieses Bandes sind, durch die
die Mutterrippe 9 hergestellt werden kann, indem von der
Ausgangsform der Rippenplatte von Figur 3 zu der
fertiggestellten Rippenplatte von Figur 4 übergegangen wird.
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Dieser Übergang vollzieht sich gemäß den drei folgenden,
nacheinander ausgeführten Faltungsschritten, die in einer
nicht festgesetzten Reihenfolge aufgeführt sind:
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1.Faltung des Bandes 12 in einem rechten Winkel um den Punkt
A gegen den Uhrzeigersinn. So wird die Innenfläche 15 der
tragenden Mutterrippe 9 gebildet.
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2.Faltung in einem Winkel von 1800 um den Punkt B mit dem
Uhrzeigersinn. So wird die Außenfläche 8' der Mutterrippe 9
gebildet.
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3.Zuletzt Faltung in einem Winkel von 900 um den Punkt C
gegen den Uhrzeigersinn, um das verbleibende Ende des
Grundbandes 12 in die Horizontale zurückzubringen, bevor es in
der Länge zugeschnitten wird.
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Nach dem Verschließen der freien Ränder der in dem Band 12
gebildeten Falten durch dichtes Verschweißen ist die
Rippenplatte für die Montage auf den Rahmen des Gefäßes
fertiggestellt, um eine der Seiten der Seitenwand zu bilden, deren
Ästhetik auch nach dem Eintauchen in ein Galvanisierbad
erhalten bleibt.
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Die Tochterrippen der Innenseite können eine Höhe von
ungefähr 3 bis 5 cm aufweisen. Das Faltgerät für das Stahlband,
aus dem die Rippenplatte besteht, benötigt also einen
entsprechend bernessenen Raum, um die rechtwinklige Biegung der
mit den Tochterrippen versehenen Endrippe durchführen zu
können, ohne daß die Faltung durch die vorher hergestellte Rippe
behindert wird.
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Es ist verständlich, daß die Tochterrippen 10 auf der
Außenfläche der Hauptrippe 9 für die Herstellung einer nicht
verformten Endrippe, also einer Endrippe mit erhaltener
Ästhetik, unbedingt notwendig sind.
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Es ist aber auch zweckmäßig, wenn auf der Innenfläche
ebenfalls Tochterrippen 11 ausgebildet sind&sub1; da andernfalls diese
Fläche, wenn sie maximalen Verformungsspannungen unterzogen
wird, stark verformt werden kann, wenngleich in diesem Fall
der ästhetische Aspekt nur mäßig in Mitleidenschaft gezogen
würde, da diese Fläche wenig sichtbar, in jedem Fall aber
wesentlich weniger sichtbar ist als die gegenüberliegende
Fläche.
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Der Abstand zwischen den Tochterrippen, der in der
Größenordnung von ungefähr 4 bis 6 cm liegt, kann auf jeder Seite
gleich groß sein.
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So wird dann beispielsweise die Außenfläche 8' der Endrippe 9
auf einem Gefäß eines Transformators mit einer Leistung von
500 bis 1.000 KVA mit 4 oder 5 Tochterrippen versehen sein.
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Wie in Figur 5 dargestellt kann die Mutterrippe 9 gemäß einer
Ausführungsform der Erfindung nicht nur durch Faltung um die
Linie B, sondern auch aus zwei Halbrippen 16 und 17 gebildet
werden, die durch eine dichte Schweißnaht 18 an ihrem Rand
miteinander verbunden sind. Wie zu sehen ist, kann das Ende
der Halbrippen vorzugsweise in einern Winkel von 900
abgewinkelt sein, um die Positionierung der Stücke vor dem Schweißen
zu erleichtern.
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Die innere Halbrippe 17 trägt die inneren Tochterrippen 11,
die aus den Falten 13 hervorgegangen sind, während die äußere
Halbrippe 16 mit äußeren Tochterrippen 10 versehen ist, die
aus den Falten 14 entstanden sind.
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Durch diese Vorgehensweise kann, wie in Figur 6 dargestellt,
auf ein und demselben Grundband 19 aus Metall, also einem
einzigen Stück, ein Aufbau 20 hergestellt werden, der aus
zwei äußeren Halbrippen 16 und 16' besteht, die nebeneinander
in einem rechten Winkel angeordnet sind. Dieses Stück 20
bildet vorzugsweise eine Ecke der Seitenwand des Gefäßes, da es
auf die entsprechenden inneren Halbrippen 17 und 17' paßt,
die zur Aufnahme an den benachbarten Enden zweier
angrenzender Seiten ausgebildet sind. Der Aufbau ist fertiggestellt,
nachdem dichte Schweißwülste 18 und 18' entlang der Ränder
ausgebildet sind.
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Die Erfindung trifft auf beliebige Wärmetauscher mit Rippen
zu, die eine Seite der Seitenwand eines Transformatorgefäßes
oder einen auf diesem Gefäß angebrachten Abstrahler bilden
sollen und die mit einem Schutzmaterial, wie einem
Zinküberzug, durch Eintauchen in ein bei hoher Temperatur
schmelzflüssiges Bad dieses Materials überzogen werden sollen.
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Durch die Erfindung kann die Ästhetik des Tauschers nach dem
Eintauchen erhalten werden, die andernfalls durch permanente
Verformung der Planheit der Rippenflächen, die von außen zu
sehen sind, herabgesetzt würde.
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Selbstverständlich ist die Erfindung nicht auf die eben
beschriebenen Beispiele beschränkt, sondern sie deckt
vielfältige Varianten oder Äquivalente ab, soweit sie von der durch
die nachfolgenden Ansprüche gegebenen Definition der
Erfindung erfaßt sind.