EP3503134A1 - Haltevorrichtung zum halten eines weichmagnetischen transformatorenstapelkerns sowie transformator - Google Patents

Haltevorrichtung zum halten eines weichmagnetischen transformatorenstapelkerns sowie transformator Download PDF

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EP3503134A1
EP3503134A1 EP17209160.5A EP17209160A EP3503134A1 EP 3503134 A1 EP3503134 A1 EP 3503134A1 EP 17209160 A EP17209160 A EP 17209160A EP 3503134 A1 EP3503134 A1 EP 3503134A1
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holding
transformer
holding device
coil
stack core
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    • H01F—MAGNETS; INDUCTANCES; TRANSFORMERS; SELECTION OF MATERIALS FOR THEIR MAGNETIC PROPERTIES
    • H01F3/00—Cores, Yokes, or armatures
    • H01F3/02—Cores, Yokes, or armatures made from sheets

Definitions

  • the invention relates to a holding device for holding a soft magnetic transformer core stack with layers having an amorphous and / or nanocrystalline microstructure of an iron alloy, in particular a FeSiB alloy, wherein the transformer core has at least two mutually parallel coil legs and two yokes connected to opposite ends of the coil legs , and wherein the holding device at least two holding units, each of which can be arranged on one of the two yokes, that the holding units are arranged at opposite end portions of the transformer stack core, and at least one attacking on the two holding units mechanical fixing means on the two holding units non-destructive releasably connected to each other.
  • the invention relates to a transformer, in particular a three-phase transformer, comprising at least one soft magnetic transformer core with layers having an amorphous and / or nanocrystalline microstructure of an iron alloy, in particular a FeSiB alloy, wherein the transformer stack core at least two mutually parallel coil legs and two opposite each other Ends of the coil legs having connected yokes, and at least one holding device for holding the transformer stack core.
  • a transformer in particular a three-phase transformer, comprising at least one soft magnetic transformer core with layers having an amorphous and / or nanocrystalline microstructure of an iron alloy, in particular a FeSiB alloy, wherein the transformer stack core at least two mutually parallel coil legs and two opposite each other Ends of the coil legs having connected yokes, and at least one holding device for holding the transformer stack core.
  • Transformers convert an AC input voltage into an AC output voltage that deviates from the AC input voltage. Transformers are used, for example, for voltage conversion in power supply systems and in electrical equipment.
  • a transformer has, for each phase of the alternating input voltage to be converted, a primary coil and a secondary coil, which are arranged on a common transformer core, which is made of ferromagnetic materials or ferrites.
  • the transformer core in conjunction with the coils, bundles the magnetic flux and increases the inductance and magnetic flux density of the transformer.
  • the transformer core may be formed from a laminated core of a plurality of transformer plates electrically insulated from one another. As a result, eddy current losses of the transformer can be reduced during the voltage conversion.
  • a three-phase transformer has a soft-magnetic transformer core, which has three mutually parallel coil legs and two respective end connected to the coil legs yokes. At each coil leg, a primary coil and a secondary coil of the same current phase are arranged. One of the yokes may be monolithically connected to the three coil legs, forming an E-shaped portion of the transformer core. After the coils have been arranged on the coil legs, the second yoke can be connected to the free ends of the coil legs.
  • DE 10 2009 048 658 A1 discloses a conventional transformer stack core comprising soft magnetic layers of an electrically conductive core material having an amorphous and / or nanocrystalline microstructure separated by separation layers of an electrically insulating material.
  • the transformer stack core thus consists of a laminated core, the transformer plates each consisting entirely of a monolithic composite of soft magnetic layers and separating layers.
  • a soft magnetic layer of an electrically conductive core material is electrochemically deposited on a base body.
  • An electrically insulating separating layer is produced on the soft magnetic layer.
  • the soft magnetic layer at least one soft magnetic element, in particular one or more of the elements iron (Fe), nickel (Ni) or cobalt (Co), and at least one glass-forming element, in particular phosphorus (P) and / or boron (B), in common deposited.
  • transformer stack core using soft magnetic amorphous layers involves a reduction in losses on the transformer stack core during its use in a transformer. This is due to the lower magnetic coercive field strength, so that hysteresis losses during magnetization reversal of the transformer stack core can be kept small.
  • DE 10 2011 083 521 A1 relates to a conventional press frame structure for a transformer with a plurality of tension elements, with a plurality of struts, which are at least partially designed obliquely projecting from a core of the transformer, and with a plurality of Wernerplatten, which are arranged at or in the vicinity of the core of the transformer.
  • the tension elements are arranged outside windings of the transformer. Based on the struts, the tension elements are connected to the Werpressplatten.
  • the tension elements connect the upper press frame of the transformer to the lower press frame of the transformer.
  • the tension elements cause the core to be clamped between the two press frames.
  • An object of the invention is to provide a more energy efficient transformer, in particular three-phase transformer, of the type mentioned.
  • a holding device is used to hold a soft-magnetic transformer stack core with layers having an amorphous and / or nanocrystalline microstructure of an iron alloy, in particular a FeSiB alloy, wherein the transformer stack core has at least two mutually parallel coil legs and two yokes connected to opposite ends of the coil legs.
  • the holding device has at least two holding units, each of which can be arranged on one of the two yokes, that the holding units are arranged at opposite end portions of the transformer stack core, and at least one acting on the two holding units mechanical fixing means over which the two holding units are non-destructively releasably connected to each other, on.
  • the holding device has at least one spacer clamped between the holding units and at least one spring element which can be arranged between at least one holding unit and the transformer stack core, wherein the holding device is configured such that the spring element is in contact with the transformer stack core arranged on the holding device by an at least indirect contact the transformer stack core is elastically deformed.
  • the holding device according to the invention is designed as a self-stable holding device, which means that the holding device can be brought into its holding state and held therein, without other components, such as the transformer stack core, supportive required to give the holding device stability.
  • the holding device according to the invention is therefore in particular not formed according to a conventional pressing frame, as he, for example, in DE 10 2011 083 521 A1 is disclosed.
  • a conventional pressing frame it is usually necessary to bring the pressing frame by means of the transformer core in a holding state and hold.
  • the transformer core is clamped between two frame elements, whereby relatively high clamping forces, for example in the amount of some 10,000 N, acting on the transformer core, in particular to ensure a sufficient frictional connection or frictional engagement between the layers of a conventional electrical steel core.
  • a transformer stack core ie a transformer core of several stacked layers, which are electrically insulated from each other and are made with an amorphous and / or nanocrystalline microstructure of an iron alloy, in particular a FeSiB alloy
  • mechanical stresses lead to a deterioration in energy efficiency and thus to higher losses of the transformer.
  • the magnetic permeability of the iron alloys decrease.
  • the magnetic permeability is a significant factor influencing the material-specific loss of magnetization loss (hysteresis loss).
  • the very high magnetic permeability of iron alloys with amorphous and / or nanocrystalline microstructure is disproportionately impaired by acting mechanical stresses. This reduces the energy efficiency of the transformer stack core and the efficiency of the transformer. This is avoided with the present invention, since with the holding device according to the invention only the restoring force generated by the elastic deformation of the at least one spring element acts on the transformer stack core, which are significantly reduced in comparison to the described conventional mechanical clamping forces.
  • the holding device due to the inherent stability of the holding device, no frictional engagement required conventionally between the press rims resting on the yoke and at the connection points of the coil legs and the individual layers of the core stacked from grain-oriented electrical steel sheets is necessary.
  • the at least one spring element only specified, preset forces for fixing or holding of transformer stack core or of coil windings are introduced into the inherently stable frame which minimally influence the transformer stack core.
  • the introduction of force for holding the transformer stack core is very small (may be, for example, about 0.5 N / mm 2 ) and is preset via the at least one spring element. Therefore, the energy efficiency of one with a transformer stack core having layers that are electrically insulated from each other and made with an amorphous and / or nanocrystalline microstructure of an iron alloy, in particular a FeSiB alloy, is not affected by the holding device according to the invention.
  • the two holding units for producing the holding state of the holding device by means of at least one acting on the two holding units mechanical fixing means are braced against each other via the at least one rigid spacer, so that the mechanical clamping forces absorbed by the spacer and not be transferred to the transformer stack core.
  • the two holding units can also be clamped against each other via two or more, for example four, mechanical fixing means. Between the two holding units can also be two or more, for example four, spacers clamped accordingly.
  • the spacer can be made, for example, from a metal, a metal alloy or another rigid or dimensionally stable material. The spacer may run in the immediate vicinity of a coil leg or be in contact with a coil leg, or be arranged spaced from the coil leg, that between the spacer and the coil leg a space for the coils to be arranged on the coil leg is present.
  • the only forces acting on the transformer stack core held by the holding device according to the invention are the restoring forces generated by the elastic deformation of the at least one spring element. Such restoring forces are significantly lower than the conventional applied with a press frame mechanical clamping forces.
  • the forces acting on the transformer stack core forces can thus be determined by the choice of the type and design of the spring element, the spring constant or modulus of elasticity causes the desired holding forces according to the present invention.
  • the spring element may in particular have a linear or non-linear force-displacement profile.
  • the transformer stack core can be acted upon by means of corresponding spring elements, for example in the x-direction, y-direction and z-direction with force.
  • a spring element may be arranged in the region of a blunt impact between a coil leg and a yoke.
  • the holding device may also have two or more corresponding spring elements which can be arranged at different locations between the respective holding unit or the holding units and the transformer stack core.
  • the spring element may be, for example, a body formed of an elastomer, which is arranged on a single side of the transformer stack body or on two or more sides of the transformer stack body or adapted to the shape thereof.
  • the elastomeric body may be formed, for example, cuboid, plate-shaped or the like.
  • the spring element as a compression spring for example, coil spring, coil spring or disc spring may be formed.
  • the holding device according to the invention is formed in its holding state such that the transformer core without the at least one spring element with a certain game is arranged on the holding device. Only by arranging the at least one spring element on the holding device and an indirect or at least one further component realized indirect contact of the transformer stack core with the spring element and the associated elastic deformation of the spring element is a positive connection between the transformer stack core and the holding device produced.
  • the at least one mechanical fixing means may be formed, for example, as a screw connection.
  • a threaded shaft of such a screw connection can run through the, for example, sleeve-shaped, spacers or be arranged outside and spaced from the spacer.
  • the sleeve-shaped spacer can be elongated and formed with a polygonal, for example, square or rectangular, or a round, for example, circular, elliptical or oval, cross-sectional area.
  • the holding device according to the invention also has the advantage that a mounting of coils on a transformer stack arranged on the holding device can be relatively easily performed by first the mechanical fixative or be solved so that then a holding unit can be removed, after which with this Holding unit pre-held yoke can be removed from the rest of the transformer stack core. Then, the coils can be applied to the coil legs of the transformer stack core, after which first the previously removed yoke on the rest of the transformer stack core and then again the previously removed holding unit can be arranged on the rest of the holding device. Finally, the mechanical fixing means are tightened again to bring about the holding state of the holding device.
  • the two holding units may each be formed in cross-section substantially U-shaped and arranged on the respective yoke, that they are not arranged exclusively on a side facing away from the respective yoke side of the respective yoke, but in addition a portion of the respective yoke on both sides laterally embrace, but without a positive connection between the respective holding unit and the respective yoke is given.
  • the respective yoke can be laterally supported both on its side facing away from the respective other yoke, and on its two longitudinal sides, in particular via at least one between the respective holding unit and the respective yoke arranged spring element, which is elastically deformed when arranged on the holding device transformer stack core thereby given at least indirect contact with the transformer stack core, in particular with its respective yoke.
  • two or more spring elements may be present for this support of the yoke.
  • the or the spring elements additionally cause a balance of manufacturing tolerances, whereby the required manufacturing accuracy of all components of the holding device and the transformer stack core can be reduced cost-reducing.
  • At least one holding unit has at least two holding elements which can be arranged on opposite yoke end regions of the respective yoke, at least one mechanical fixing means acting on the two holding elements, via which the two holding elements are non-destructively detachably connected to one another, at least one clamped between the holding elements Spacer and at least one can be arranged between at least one retaining element and the respective yoke spring element, wherein the holding unit is formed such that the spring element is elastically deformed when arranged on the holding device transformer stack core thereby given at least indirect contact with the transformer stack core.
  • the respective yoke can be fixed in the transverse direction by the yoke is clamped under elastic deformation of the spring element to the respective holding unit.
  • the at least one spring element between the at least one retaining element and the respective yoke additionally brings about a compensation of manufacturing tolerances, whereby the required manufacturing accuracy of all components of the holding device and the transformer stack core can be reduced to reduce costs.
  • the two holding elements are used to produce the holding state of the holding device by means of the at least one of the two holding elements engaging mechanical fixing means clamped against each other via the at least one rigid spacer between the holding elements, so that the mechanical clamping forces are absorbed by the spacer and not transmitted to the transformer stack core.
  • the two holding elements can also be braced against each other via two or more, for example four, mechanical fixing means. Two or more, for example, four spacers can be clamped accordingly between the two holding elements.
  • the spacer between the holding elements can be produced, for example, from a metal, a metal alloy or another rigid or dimensionally stable material.
  • the forces acting on the transformer stack core forces can be determined by the choice of the type and design of the spring element between the respective holding element and the yoke whose spring constant or modulus of elasticity causes the desired forces.
  • the holding device can also have two or more corresponding spring elements which can be arranged at different locations between the holding elements and the transformer stack core.
  • the spring element may be, for example, a body formed of an elastomer, which is arranged on a single side of the transformer stack body or on two or more sides of the transformer stack body or adapted to the shape thereof.
  • the spring element as a compression spring, for example, coil spring, coil spring or disc spring may be formed.
  • the at least one engaging on the holding elements mechanical fixing means may be formed, for example, as a screw connection.
  • a threaded shank of such a screw connection can run through the, for example, sleeve-shaped, spacers between the holding units or be arranged outside and spaced from this spacer.
  • the two holding elements may each be formed in cross section, for example, substantially S-shaped and arranged on the respective yoke, that they are not arranged exclusively on a side facing away from the other yoke side of the respective yoke, but in addition a portion of the respective yoke on one side embrace laterally.
  • This allows the respective yoke both its side facing away from the other yoke, as well as being laterally supported on its respective longitudinal side, in particular via at least one arranged between the respective holding element and the respective yoke spring element, which is arranged at the holding device transformer stack by a given thereby at least indirect contact with the transformer stack core , in particular with its respective yoke, is elastically deformed.
  • At least one spring element is U-shaped in such a way that it embraces the transformer stack core along at least a portion of the respective yoke such that there is a connection region between at least one coil leg and the respective yoke between parallel legs of the spring element.
  • the U-shaped spring element can embrace the respective yoke, for example, on the side facing away from the other yoke and at portions of the longitudinal sides adjoining it laterally.
  • connection region between the coil leg and the yoke is located between parallel legs of the spring element, this connection region is secured by the spring element in the course of a positive connection, which is particularly advantageous in a connection of the coil leg with the yoke via a blunt impact.
  • the holding device has at least one at least partially disposed between the spacer and the transformer stack core spring element, wherein the holding device is designed such that the spring element elastically deformed when arranged on the holding device transformer core by a given thereby at least indirect contact with the transformer stack core is.
  • a coil leg connected to equilateral end sections of the yokes can be supported laterally.
  • the end portion of one of these yokes can be supported frontally, wherein the spring element extends over a connection region between the yoke and the coil leg.
  • the spring element can be supported directly or indirectly on the spacer and / or the transformer stack core and can in this case form a positive connection with the spacer and / or the transformer stack core.
  • the holding device has at least one spacer which can be arranged between two adjacent mutually arranged coil legs, on which the two coil legs are laterally supported against one another.
  • the coil legs can be indirectly supported on each other, which is particularly advantageous in a blunt impact between the respective coil legs and the respective yoke, since then the, in particular form-fitting, connection between the coil legs and the yoke offers no lateral support.
  • the spacer is preferably made of a non-conductive material.
  • the spacer may be made of a rigid or resilient, in particular elastic, material.
  • the holding device has at least two support elements which can be arranged on opposite sides of a coil leg, which are each connected to the two holding units at the end, in particular in a form-fitting manner.
  • the support elements support the coil legs laterally via a positive connection and in this case transmit the supporting forces to the holding units.
  • Each support member may be formed, for example, plate-shaped or rod-shaped.
  • Recesses are formed on the holding units, in which engage the end portions of the support elements to be laterally supported on opposite sides.
  • the holding device has at least four coil support elements for axially supporting coils arranged on a coil leg, wherein two coil support elements are arranged on the one holding unit and the other two coil support elements on the other holding unit, wherein the coil support elements in pairs on opposite sides of Coil leg can be arranged.
  • the holding device per coil support element has at least one spring element arranged either between the respective holding unit and the respective coil support element or between the respective coil support element and the respective coils, wherein the holding device is designed in such a way that the spring element acts on the Holding device arranged transformer stack core with coils arranged thereon is elastically deformed by a given thereby at least indirect contact with the coils.
  • the spring elements according to this embodiment may each be formed, for example, of bodies made of an elastomer or as a compression spring.
  • the coil support members disposed in the vicinity of the respective holding unit may be connected to each other to form a monolithic Spulenabstütz redesign on which a separate opening is formed for each coil leg.
  • a recoverable force which can be applied with the respective spring element can be set separately.
  • the restoring force can be changed, for example, in hindsight, for example readjusted or increased, or optimized.
  • the spring element can be supported on a component of the holding device whose position is variable relative to the rest of the holding device. This component may for example be a screwed into a screw hole on a holding unit or on a holding element screw body. It can also be two or more, in particular all, be applied separately with the spring elements restoring forces.
  • a transformer according to the invention in particular a three-phase transformer, has at least one soft magnetic transformer core with layers having an amorphous and / or nanocrystalline microstructure of an iron alloy, in particular a FeSiB alloy, the transformer core having at least two mutually parallel coil legs and two opposite ends of the Coil legs connected yokes has. Furthermore, the transformer has at least one holding device for holding the transformer stack core, wherein the holding device according to one of the above-mentioned embodiments or any combination of at least two of these embodiments is formed with each other.
  • the iron alloy preferably contains at least a soft magnetic element, in particular one or more of the elements Fe, silicon (Si), Ni or Co, and at least one glass-forming element, in particular P and / or B.
  • the glass-forming element serves to form the amorphous and / or nanocrystalline microstructure of the respective amorphous Layer.
  • the amorphous layers are preferably electrically separated from each other.
  • At least one coil leg can be materially and / or positively connected to at least one yoke.
  • the transformer stack core it is possible, for example, to produce an E-shaped component which has a section designed as a yoke and three sections designed as coil legs.
  • a separate yoke can be connected after arrangement of the coils on the coil legs with the free ends of the coil legs.
  • the yokes may be cuboid, while the coil legs may each have a stepped cross-sectional area. Due to the rectangular configuration of the yokes they can be produced with less material, which reduces the cost of manufacturing the transformer.
  • At least one coil leg can be connected via an obtuse joint, ie at an angle of intersection of 90 °, with the respective yoke.
  • at least one coil leg may also be connected to the respective yoke using a different cutting angle, for example a cutting angle of 45 °.
  • the connecting portions of the respective coil leg and the respective yoke may be formed such that portions of the coil leg and the yoke overlap each other. The overlapping portions can be materially connected to each other.
  • a connecting portion of a coil leg may have so-called step-lap layering.
  • the individual coil legs of a transformer stack core can be formed in various ways and connected to the respective yoke.
  • at least one coil leg may be connected to at least two different of the mentioned types with at least one yoke.
  • At least one abutting surface of abutting surfaces of a coil leg and a yoke to be joined together may be at least partially physically and / or chemically treated.
  • the impact surface can be provided, for example, with a desired surface roughness.
  • the treatment of the To serve butt surface for producing a plane parallelism between joint surfaces to be joined. It is also possible to treat both joint surfaces to be joined together accordingly.
  • the physical treatment may, for example, be mechanical, in particular machining, and / or thermal and / or chemical, for example etching.
  • the transformer according to the invention it is possible for the assembly of coils on the coil legs first, the mechanical fixing means, over which the two holding units are interconnected to solve, and then after removal of the respective holding unit, the yoke thus held by the remaining transformer stack core to solve. Then the coils can be arranged on the coil legs.
  • This process is much simpler and faster to carry out than a conventional assembly process, in which initially thousands of windings of a transformer core manually laboriously stratified for arranging coils on coil legs and after the arrangement of the coils on the coil legs laboriously re-stacked manually. Due to the significantly faster possible production of the transformer according to the invention, the throughput of a plant for the production of corresponding transformers can be significantly increased.
  • the coil legs and the yokes are each formed by a stack of cohesively interconnected composite bodies, each composite body of cohesively interconnected, cut composite sections of a band-shaped Mehrkomponentenverbunds is formed, wherein the multi-component composite has at least two cohesively interconnected composite layers, each Composite layer is formed from a film composite, each film composite at least two band-shaped, soft magnetic films having an amorphous and / or nanocrystalline microstructure of an iron alloy, in particular a FeSiB alloy, wherein the films are materially interconnected. Each amorphous film forms an amorphous layer of the transformer stack core.
  • the transformer can be made cheaper and faster than, for example, the in DE 10 2009 048 658 A1 disclosed transformer, in particular because the individual layers of a transformer stack core not corresponding DE 10 2009 048 658 A1 be deposited sequentially, which is very time consuming.
  • the respective strip-shaped, soft magnetic film having an amorphous and / or nanocrystalline microstructure of an iron alloy, in particular a FeSiB alloy can be produced continuously using a casting process, which is significantly faster than conventional successive deposition of individual layers of specific shape and size.
  • a melt of the iron alloy can be produced, for example, using an induction melting furnace.
  • the melt can then be poured onto a rotating roll where the melt is progressively cooled to form the amorphous sheet or solidified to form the amorphous and / or nanocrystalline microstructure.
  • the amorphous film thus formed can be removed from the roller and, after possible further processing and / or processing steps, wound up into a film roll. For further process steps, the amorphous film can then be unwound again.
  • the continuous production of the amorphous film means that the amorphous film is not formed in a size and shape adapted to a size and a shape of a soft magnetic component to be manufactured, but is formed into an elongated band having a length of, for example, several tens of thousands m may have.
  • the thickness of the amorphous film may be, for example, in a range of about 20 ⁇ m to about 60 ⁇ m.
  • the maximum width of the amorphous film may, for example, be in a range from about 180 mm to about 300 mm, in particular up to about 400 mm. For example, with a thickness of about 25 ⁇ m, the length of the amorphous film may be 35,000 m.
  • the band-shaped film composite can be produced continuously by continuous, in particular planar or local, integral bonding of the amorphous film with at least one correspondingly produced further amorphous film, which is also significantly faster than the conventional production of a special film composite by depositing individual layers, such as for example DE 10 2009 048 658 A1 disclosed.
  • the two amorphous films can be unwound for continuous production of the band-shaped film composite, for example, simultaneously from different film rolls.
  • an adhesive may be applied to at least one of the two coiled-off film sections to form the material bond between the amorphous films the further unwinding of the amorphous films are applied continuously, for example by means of a job roll or by spraying the adhesive.
  • the adhesive may alternatively be applied in spots or in lines.
  • the adhesive forms an adhesive layer between each two adjacent mutually arranged amorphous films of the film composite, which may be electrically insulating to electrically separate the amorphous films from each other. As a result, eddy current losses at the transformer stack core can be kept as low as possible.
  • the adhesive layer can cause little or no electrical insulation, wherein the electrical separation of the amorphous films with one another can take place in a different manner.
  • at least one major side of an amorphous film for example, by a diffusion process or the like, may be treated such that a portion of the amorphous film adjacent to the main side has reduced electrical conductivity compared to the remaining amorphous film which is interconnected for electrical isolation amorphous films is used.
  • another agent for example an oil
  • another agent may be applied continuously to at least one of the two coiled-off film sections, which creates or reinforces adhesion between the amorphous films.
  • the agent may alternatively be applied punctiform or in lines.
  • the material bond between the amorphous films can be produced by at least one connecting side of at least one amorphous film being heated and thereby partially melted before the amorphous films are combined, so that the molten material of this amorphous film on the other amorphous film solidifies and causes the substance.
  • the amorphous film can also be combined with two or more, for example two to seven, further amorphous films for producing the film composite, the film composite thereby having a corresponding number of film layers.
  • the film composite can then be unwound into a film composite roll in order to be available for further processing and / or processing steps.
  • a film composite with five layers of amorphous films having a respective thickness of about 25 ⁇ m can be produced, for example, with a length of about 7,000 m become.
  • the thickness of the film composite may be, for example, in a range of about 40 microns to about 400 microns.
  • At least one electrically insulating separating layer can be applied to the film composite continuously on at least one side in a continuous manner or formed on the film composite. This is particularly advantageous if the film composite is to be later connected to at least one further film composite produced accordingly, since then the film composites for the reduction of eddy current losses are electrically separated from each other.
  • an electrically insulating adhesive can also be used to connect the film composites. It is also possible to arrange an electrically insulating separating layer on each side of the film composite. The film composite provided with the at least one separating layer can then be unwound into a film composite roll in order to be available for further processing and / or processing.
  • the separating layer can be formed, for example, on one side on the film composite by treating the corresponding main side of the film composite, for example by a diffusion process or the like, such that a section of the film composite adjoining the main side has a reduced electrical conductivity compared to the rest of the film composite which is used for electrical insulation between interconnected film composites.
  • the continuous application or formation of at least one electrically insulating separating layer at least on one side of the sheet on or on the film composite can be carried out much faster than, for example, the deposition of separating layers accordingly DE 10 2009 048 658 A1 .
  • the application of the electrically insulating separating layer to the film composite can be carried out by continuous cohesive bonding, for example using a sprayed-on adhesive or other adhesive, of the film composite with a film forming the separating layer.
  • the formation of the electrically insulating separating layer on the film composite can be carried out, for example, by continuous application, for example by means of a coating roll or by spraying, an insulating material on the film composite which hardens after its application as quickly as possible to form the release layer.
  • the formation of the release layer on the film composite can be effected by the above-described treatment of a main side of the film composite.
  • At least one electrically insulating separating layer can be applied to each of the films at least on one side in a continuous, continuous manner or formed on each of the films. Also, the continuous application or formation of at least one electrically insulating separating layer at least on one side flat on or on the respective amorphous film is much faster feasible than, for example, the deposition of release layers accordingly DE 10 2009 048 658 A1 .
  • the application of the electrically insulating separating layer to the respective amorphous film can be carried out by a continuous material-bonding connection, for example using a sprayed-on adhesive or another adhesive, of the amorphous film with a film forming the separating layer.
  • the formation of the electrically insulating separating layer on the respective amorphous film can be effected, for example, by continuous application, for example by means of an application roller or by spraying, an insulating material onto the amorphous film, which hardens after its application as quickly as possible to form the separating layer.
  • the formation of the release layer on the respective amorphous film may be performed by the above-described treatment of a major side of the amorphous film. It is also possible to arrange or form an electrically insulating separating layer on each side of the respective amorphous film.
  • the respective amorphous film provided with the at least one separating layer can subsequently be unwound into a film roll in order to be available for further processing and / or processing.
  • the continuous cohesive bonding of the film composites to one another can take place by means of an adhesive or another adhesive which is applied continuously to at least one of the film composites by means of an application roller or by spraying.
  • the adhesive or the adhesive may be electrically insulating.
  • the width of the multi-component composite may be, for example, in a range of about 200 mm to about 1000 mm.
  • the thickness of the multi-component composite may, for example, be in a range from about 40 ⁇ m to about 2000 ⁇ m.
  • the thickness of a composite may range from about 3 mm to about 400 mm.
  • the width of a composite body may be, for example, in a range of about 30 mm to 1000 mm.
  • the length of a composite may, for example, be in a range of about 100 mm to 2500 mm.
  • the composite sections For example, they can be selected, stacked and materially connected to one another such that the respective composite body formed therefrom has, for example, a rectangular, trapezoidal or otherwise formed cut surface. Also, at least one groove or the like may be formed on at least one side surface of the respective formed composite body.
  • the composite sections may be of different thickness, long and / or wide to create a step-like taper of the respective composite body formed therefrom.
  • a width and / or length of the composite body is equal over a height of the stack or at least partially decreases toward the free end of the end portion in at least one end region of the stack given the height.
  • the respective coil leg or the respective yoke can be produced by materially joining composite bodies of the same or different width and / or length, wherein a cross-sectional area of the coil leg or yoke by the use of composite bodies of different width or length on at least one corner region with a gradation is trained.
  • the coil leg for example, can be given a cross-sectionally approximately circular, elliptical or oval cross-sectional area, for which purpose each corner area is formed with a corresponding gradation.
  • the yoke may for example have a rectangular cross-sectional area.
  • the composites may be bonded together by an adhesive or other adhesive.
  • the adhesive or the adhesive may be electrically insulating.
  • the composite layers are each formed from a longitudinally split film composite, wherein the one film composite with respect to a cross-sectional width of the respective multi-component composite is at a different location than the adjacent adjacent to the film composite further film composite.
  • the multi-component composite can be achieved by an alternating arrangement of these two composite films be formed, wherein the multi-component composite can also be formed from more than two film composites.
  • the individual film composites can also have a different number of longitudinal divisions.
  • it is essential that longitudinal pitches of adjacently arranged film composites are arranged offset relative to one another with respect to the longitudinal extension of the multi-component composite or are not arranged in alignment with one another in the thickness direction of the multi-component composite.
  • the film composites of the composite layers are not formed correspondingly longitudinally divided.
  • Fig. 1 shows a schematic and perspective view of an embodiment of a transformer 1 according to the invention in the form of a three-phase transformer.
  • the transformer 1 has a soft-magnetic transformer stack core 2 with layers, not shown, having an amorphous and / or nanocrystalline microstructure of an iron alloy, in particular a FeSiB alloy.
  • the transformer stack core 2 has three mutually parallel coil legs 3 and two yokes 4 connected to opposite ends of the coil legs 3. At each coil leg 3, two coils 18 and 19 are arranged.
  • the coil legs 3 and the yokes 4 are each formed by a stack of materially interconnected, not shown composite bodies, each composite body of materially interconnected, cut, not shown composite portions of a band-shaped, not shown Mehrkomponentenverbunds is formed.
  • the respective multi-component composite has at least two composite layers (not shown), each composite layer being formed from a film composite (not shown), each film composite having at least two tape-shaped, soft-magnetic films (not shown) with an amorphous and / or nanocrystalline structure of an iron alloy, in particular a FeSiB alloy, wherein the films are bonded to one another in a material-locking manner.
  • the composite layers of the multi-component composite can each be formed from a longitudinally-divided film composite, not shown, wherein the one film composite is longitudinally spaced at a different location with respect to a cross-sectional width of the respective multi-component composite, than the further film composite arranged adjacent to the film composite.
  • the transformer 1 also has a holding device 5 for holding the transformer stack core 2.
  • the holding device 5 has two holding units 6 and 7, which are each arranged on one of the two yokes 4, that the holding units 6 and 7 are arranged at opposite end portions of the transformer stack core 2.
  • the holding device 5 has four mechanical fixing means 8 acting on the two holding units 6 and 7, via which the two holding units 6 and 7 are detachably connected to one another in a non-destructive manner.
  • Each fixing means 8 is designed as a screw connection.
  • the fixing means 8 are each arranged in a corner region of the holding device 5.
  • the holding device 5 has four clamped between the holding units 6 and 7 spacers 9, which are sleeve-shaped in the embodiment, wherein a threaded shaft 39 of the respective fixing means 8 is passed through the respective spacers 9.
  • the threaded shanks 39 of the fixing means 8 may be extended beyond the holding unit 6 in such an upward direction that they are used in addition to holding a lid, not shown, of a transformer tank, not shown.
  • the holding device 5 has a plurality of spring elements (not shown) arranged between the respective holding unit 6 or 7 and the transformer stack core 2.
  • the holding device 5 is designed such that the spring elements are elastically deformed when arranged at the holding device 5 transformer stack core 2 by a given thereby at least indirect contact with the transformer stack core 2.
  • At least one spring element may be U-shaped in such a way that it embraces the transformer stack core 2 in a form-fitting manner along at least a portion of the respective yoke 4 in such a way that a connecting region (not shown) is provided between at least one coil leg 3 and the respective one Yoke 4 is located between not shown parallel legs of the spring element. A restoring force which can be applied with the respective spring element can be adjusted separately.
  • Each holding unit 6 or 7 has two holding elements 10 and 11, which are arranged on opposite yoke end regions of the respective yoke 4. Furthermore, each holding unit 6 or 7 has two mechanical fixing means 12 acting on the two holding elements 10 and 11, via which the two holding elements 11 and 12 are detachably connected to one another in a non-destructive manner. In addition, each holding unit 6 or 7 has two spacers 13 clamped between the holding elements 10 and 11, which are sleeve-shaped in the exemplary embodiment, wherein a threaded shank 40 of the respective fixing means 12 is passed through the respective spacer 13. Each holding unit 6 or 7 furthermore has a plurality of spring elements (not shown) arranged between the respective holding element 11 or 12 and the respective yoke 4.
  • the respective holding unit 6 or 7 is designed such that the respective spring element is elastically deformed when arranged at the holding device 5 transformer stack core 2 by a given thereby at least indirect contact with the transformer stack core 2.
  • a restoring force which can be applied with the respective spring element can be adjusted separately.
  • the holding device 5 may also comprise at least one, not shown, at least partially between the respective spacer 9 and the transformer stack core 2, not shown spring element, wherein the holding device 5 may be formed such that the spring element at at the holding device 5 arranged transformer stack core 2 by a while given at least indirect contact with the transformer stack core 2 is elastically deformed.
  • the holding device 5 may have at least one spacer (not shown) arranged between two mutually adjacent coil legs 3, on which the two coil legs 3 are laterally supported against one another.
  • spacers are for example in Fig. 6 shown.
  • the holding device 5 also has three pairs of two each on two opposite sides of the respective coil leg 3 arranged supporting elements 14, which are each connected at the end to the two holding units 6 and 7.
  • the holding device 5 per coil leg 3 has four coil support elements 15 for axially supporting the coils 18 and 19 arranged on the respective coil leg 3.
  • Per coil leg 3 two coil support elements 15 are arranged on one holding unit 6 and the other two coil support elements 15 on the other holding unit 7.
  • Per coil leg 3, the coil support members 15 are arranged in pairs on opposite sides of the respective coil leg 3. As indicated on the holding unit 7 by dot-dash lines, coil support elements 15 extending between adjacently arranged coil legs 3 can be monolithically connected to one another.
  • the holding device 5 per coil support member 15 has two arranged between the respective holding unit 6 and 7 and the respective coil support member 15, spring elements, not shown, which engage respectively in an opening 16 on the respective holding unit 6 and 7 respectively.
  • the holding device 5 is designed such that when the transformer stacking core 2 is arranged on the holding device 5, the spring elements are elastically deformed with coils 18 and 19 indicated by dot-dash lines by means of an indirect contact provided via the coil supporting elements 15 with at least one coil 18 or 19 are.
  • Fig. 2 shows a schematic and perspective view of the in Fig. 1 In particular, all four spacers 9 are shown.
  • Fig. 3 shows a schematic and perspective partial sectional view of a portion of the in Fig. 1 1.
  • the coils are omitted, whereby the support elements 14 and their respective arrangement on the respective coil leg 3 can be seen better.
  • Fig. 4 shows a schematic and perspective sectional view of another portion of the in Fig. 1 shown transformer 1 in the region of the holding member 11 of the holding unit 6 in a first variant.
  • An opening 16 formed on the holding element 11 is shown, into which a pin 20 of the spring element 21 shown engages.
  • a support plate 22 which is formed by monolithically connecting between adjacent arranged coil legs 3, not shown coil support elements, as shown in FIG FIGS. 1 and 3 is indicated, a separate recess 23 is formed for each spring element 21, in which the respective spring element 21 partially recorded.
  • a recess 25 is formed, in which engages a further pin 26 of the respective spring element 21.
  • Each spring element 21 is monolithically made of an elastomer.
  • Fig. 5 shows a schematic and perspective sectional view of another portion of the in Fig. 1 shown transformer 1 in the region of the holding member 11 of the holding unit 6 in a second variant.
  • An opening 16 formed on the holding element 11 is shown, into which a pin 17 of the plate-shaped spring element 27 shown engages.
  • the spring element 27 is supported on one side on a support plate 28, which is formed by monolithic connection between adjacently arranged coil legs 3 arranged coil support elements, not shown, as shown in FIG FIGS. 1 and 3 is indicated.
  • Each spring element 27 is monolithically made of an elastomer.
  • Fig. 6 shows a schematic sectional view of another embodiment of a transformer 29 according to the invention in the form of a three-phase transformer.
  • the transformer 29 differs essentially from that in the FIGS. 1 to 5 shown embodiment, that the transformer stack core 2 is supported over large surface formed spring elements 30 and 31 on the holding unit 6 and 7 and via two further spring elements 32 to the spacers 33, which are arranged separately from the fixing means 8.
  • the transformer 29 according to the FIGS. 1 to 5 be formed, which is why to avoid repetition incidentally to the above description of the FIGS. 1 to 5 is referenced.
  • the holding device 5 also has four pairs of spacers 34 arranged in pairs between two mutually adjacent coil legs 3, on which the respective two coil legs 3 are laterally supported against one another.
  • Fig. 7 shows a further schematic sectional view of the in Fig. 7 shown transformer 29 according to the sectional plane AA Fig. 6 , It can be seen that the spring elements 30 and 31 are each formed in cross-section U-shaped. In each case, a connection region 35 between the respective yoke 4 and the respective coil leg 3 is arranged between parallel legs 36 of the respective spring element 36.
  • the respective U-shaped spring element 30 or 31 can three separately produced elements, not shown, may be arranged in a U-shape, wherein a leg forming element as a spring element and the other leg forming element may be formed as a sliding body, while the two elements connecting these elements may be formed as a spring element.
  • Fig. 8 shows a schematic sectional view of another embodiment of a transformer 37 according to the invention in the form of a three-phase transformer.
  • the transformer 35 differs in particular by the in the FIGS. 6 and 7 shown embodiment, that each holding unit 6 and 7 in cross-section U-shaped and thus has two parallel legs 38, between which the respective spring element 30 and 31 is received.
  • the mechanical fixing means of the holding unit 5 are not shown.
  • a spring element 41 is arranged, which is elastically deformed by the contact with the respective coil 18 and 19 respectively.

Landscapes

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  • Power Engineering (AREA)
  • Manufacturing Cores, Coils, And Magnets (AREA)
  • Coils Or Transformers For Communication (AREA)
  • Housings And Mounting Of Transformers (AREA)

Abstract

Die Erfindung betrifft eine Haltevorrichtung (5) zum Halten eines weichmagnetischen Transformatorenstapelkerns (2) mit Schichten mit einer amorphen und/oder nanokristallinen Gefügestruktur aus einer Eisenlegierung, wobei der Transformatorenstapelkern (2) zwei parallel zueinander verlaufende Spulenschenkel (3) und zwei mit einander gegenüberliegenden Enden der Spulenschenkel (3) verbundene Joche (4) aufweist. Die Haltevorrichtung (5) weist zwei Halteeinheiten (6, 7), die jeweils derart an einem der beiden Joche (4) anordbar sind, dass die Halteeinheiten (6, 7) an einander gegenüberliegenden Endbereichen des Transformatorenstapelkerns (2) angeordnet sind, und wenigstens ein an den beiden Halteeinheiten (6, 7) angreifendes mechanisches Fixiermittel (8), über das die beiden Halteeinheiten (6, 7) zerstörungsfrei lösbar miteinander verbunden sind, auf. Um einen energieeffizienteren Transformator (1) bereitzustellen, weist die Haltevorrichtung (5) wenigstens einen zwischen den Halteeinheiten (6, 7) eingespannten Abstandhalter (9) und wenigstens ein zwischen wenigstens einer Halteeinheit (6, 7) und dem Transformatorenstapelkern (2) anordbares Federelement auf, wobei die Haltevorrichtung (5) derart ausgebildet ist, dass das Federelement bei an der Haltevorrichtung (5) angeordnetem Transformatorenstapelkern (2) durch einen dabei gegebenen zumindest mittelbaren Kontakt mit dem Transformatorenstapelkern (2) elastisch verformt ist.

Description

    Technisches Gebiet
  • Die Erfindung betrifft eine Haltevorrichtung zum Halten eines weichmagnetischen Transformatorenstapelkerns mit Schichten mit einer amorphen und/oder nanokristallinen Gefügestruktur aus einer Eisenlegierung, insbesondere einer FeSiB-Legierung, wobei der Transformatorenstapelkern wenigstens zwei parallel zueinander verlaufende Spulenschenkel und zwei mit einander gegenüberliegenden Enden der Spulenschenkel verbundene Joche aufweist, und wobei die Haltevorrichtung wenigstens zwei Halteeinheiten, die jeweils derart an einem der beiden Joche anordbar sind, dass die Halteeinheiten an einander gegenüberliegenden Endbereichen des Transformatorenstapelkerns angeordnet sind, und wenigstens ein an den beiden Halteeinheiten angreifendes mechanisches Fixiermittel, über das die beiden Halteeinheiten zerstörungsfrei lösbar miteinander verbunden sind, aufweist.
  • Des Weiteren betrifft die Erfindung einen Transformator, insbesondere Drehstromtransformator, aufweisend wenigstens einen weichmagnetischen Transformatorenstapelkern mit Schichten mit einer amorphen und/oder nanokristallinen Gefügestruktur aus einer Eisenlegierung, insbesondere einer FeSiB-Legierung, wobei der Transformatorenstapelkern wenigstens zwei parallel zueinander verlaufende Spulenschenkel und zwei mit einander gegenüberliegenden Enden der Spulenschenkel verbundene Joche aufweist, und wenigstens eine Haltevorrichtung zum Halten des Transformatorenstapelkerns.
    • Stand der Technik
  • Transformatoren wandeln eine Eingangswechselspannung in eine von der Eingangswechselspannung abweichende Ausgangswechselspannung. Transformatoren werden beispielsweise zur Spannungswandlung in Energieversorgungsanlagen und in elektrischen Geräten eingesetzt.
  • Ein Transformator weist für jede Phase der zu wandelnden Eingangswechselspannung eine Primärspule und eine Sekundärspule auf, die an einem gemeinsamen Transformatorenkern angeordnet sind, der aus ferromagnetischen Werkstoffen oder Ferriten hergestellt ist. Der Transformatorenkern bündelt in Verbindung mit den Spulen den magnetischen Fluss und vergrößert die Induktivität und die magnetische Flussdichte des Transformators. Der Transformatorenkern kann aus einem Blechpaket aus mehreren elektrisch voneinander isolierten Transformatorblechen gebildet sein. Hierdurch können Wirbelstromverluste des Transformators bei der Spannungswandlung reduziert werden.
  • Ein Drehstromtransformator weist einen weichmagnetischen Transformatorenkern auf, der drei parallel zueinander verlaufende Spulenschenkel und zwei jeweils endseitig mit den Spulenschenkeln verbundene Joche aufweist. An jedem Spulenschenkel sind eine Primärspule und eine Sekundärspule derselben Stromphase angeordnet. Eines der Joche kann monolithisch mit den drei Spulenschenkeln verbunden sein, wodurch ein E-förmig ausgebildeter Abschnitt des Transformatorenkerns gebildet wird. Nachdem die Spulen an den Spulenschenkeln angeordnet worden sind, kann das zweite Joch mit den freien Enden der Spulenschenkel verbunden werden.
  • DE 10 2009 048 658 A1 offenbart einen herkömmlichen Transformatorstapelkern, aufweisend weichmagnetische Schichten eines elektrisch leitfähigen Kernmaterials mit einer amorphen und/oder nanokristallinen Gefügestruktur, die durch Trennschichten eines elektrisch isolierenden Materials voneinander getrennt sind. Mehrere der weichmagnetischen Schichten bilden zumindest mit den zwischen ihnen liegenden Trennschichten einen monolithischen Verbund. Der Transformatorstapelkern besteht also aus einem Blechpaket, wobei die Transformatorbleche jeweils vollständig aus einem monolithischen Verbund weichmagnetischer Schichten und Trennschichten besteht. Zur Herstellung des Transformatorenstapelkerns wird eine weichmagnetische Schicht aus einem elektrisch leitfähigen Kernmaterial elektrochemisch auf einem Grundkörper abgeschieden. Auf der weichmagnetischen Schicht wird eine elektrisch isolierende Trennschicht erzeugt. Diese Vorgänge werden wiederholt, bis der Transformatorstapelkern die vorgesehene Gestalt erreicht hat. Als weichmagnetische Schicht werden mindestens ein weichmagnetisches Element, insbesondere eines oder mehrere der Elemente Eisen (Fe), Nickel (Ni) oder Cobalt (Co), und mindestens ein glasbildendes Element, insbesondere Phosphor (P) und/oder Bor (B), gemeinsam abgeschieden.
  • Die Ausbildung eines Transformatorenstapelkerns unter Verwendung von weichmagnetischen amorphen Schichten geht mit einer Verringerung der Verluste am Transformatorenstapelkern während seines Einsatzes in einem Transformator einher. Dies liegt an der geringeren magnetischen Koerzitivfeldstärke, so dass Hystereseverluste beim Ummagnetisieren des Transformatorenstapelkerns kleingehalten werden können.
  • DE 10 2011 083 521 A1 betrifft eine herkömmliche Pressrahmenstruktur für einen Transformator mit mehreren Zugelementen, mit mehreren Verstrebungen, die zumindest teilweise schräg von einem Kern des Transformators abstehend ausgeführt sind, und mit mehreren Zugpressplatten, die an oder in der Nähe des Kerns des Transformators angeordnet sind. Die Zugelemente sind außerhalb von Wicklungen des Transformators angeordnet. Anhand der Verstrebungen sind die Zugelemente mit den Zugpressplatten verbunden. Die Zugelemente verbinden den oberen Pressrahmen des Transformators mit dem unteren Pressrahmen des Transformators. Die Zugelemente bewirken, dass der Kern zwischen den beiden Pressrahmen eingespannt wird.
    • Offenbarung der Erfindung
  • Eine Aufgabe der Erfindung ist es, einen energieeffizienteren Transformator, insbesondere Drehstromtransformator, der eingangs genannten Art bereitzustellen.
  • Diese Aufgabe wird durch die unabhängigen Patentansprüche gelöst. Vorteilhafte Ausgestaltungen sind in den abhängigen Patentansprüchen, der nachfolgenden Beschreibung und den Figuren wiedergegeben, wobei diese Ausgestaltungen jeweils für sich genommen oder in verschiedener Kombination von wenigstens zwei dieser Ausgestaltungen miteinander einen vorteilhaften und/oder weiterbildenden Aspekt der Erfindung darstellen können. Vorteilhafte Ausgestaltungen der Haltevorrichtung können dabei vorteilhaften Ausgestaltungen des Transformators entsprechen, und umgekehrt, selbst wenn hierauf im Folgenden nicht explizit hingewiesen wird.
  • Eine erfindungsgemäße Haltevorrichtung dient zum Halten eines weichmagnetischen Transformatorenstapelkerns mit Schichten mit einer amorphen und/oder nanokristallinen Gefügestruktur aus einer Eisenlegierung, insbesondere einer FeSiB-Legierung, wobei der Transformatorenstapelkern wenigstens zwei parallel zueinander verlaufende Spulenschenkel und zwei mit einander gegenüberliegenden Enden der Spulenschenkel verbundene Joche aufweist. Die Haltevorrichtung weist wenigstens zwei Halteeinheiten, die jeweils derart an einem der beiden Joche anordbar sind, dass die Halteeinheiten an einander gegenüberliegenden Endbereichen des Transformatorenstapelkerns angeordnet sind, und wenigstens ein an den beiden Halteeinheiten angreifendes mechanisches Fixiermittel, über das die beiden Halteeinheiten zerstörungsfrei lösbar miteinander verbunden sind, auf. Des Weiteren weist die Haltevorrichtung wenigstens einen zwischen den Halteeinheiten eingespannten Abstandhalter und wenigstens ein zwischen wenigstens einer Halteeinheit und dem Transformatorenstapelkern anordbares Federelement auf, wobei die Haltevorrichtung derart ausgebildet ist, dass das Federelement bei an der Haltevorrichtung angeordnetem Transformatorenstapelkern durch einen dabei gegebenen zumindest mittelbaren Kontakt mit dem Transformatorenstapelkern elastisch verformt ist.
  • Die erfindungsgemäße Haltevorrichtung ist als eigenstabile Haltevorrichtung ausgebildet, was bedeutet, dass die Haltevorrichtung in ihren Haltezustand gebracht und in diesem gehalten werden kann, ohne dass anderweitige Bauteile, wie beispielsweise der Transformatorenstapelkern, unterstützend erforderlich sind, um der Haltevorrichtung eine Stabilität zu verleihen. Die erfindungsgemäße Haltevorrichtung ist also insbesondere nicht entsprechend einem herkömmlichen Pressrahmen ausgebildet, wie er beispielsweise in DE 10 2011 083 521 A1 offenbart ist. Bei einem solchen herkömmlichen Pressrahmen ist es in der Regel erforderlich, den Pressrahmen mit Hilfe des Transformatorenkerns in einen Haltezustand zu bringen und zu halten. Hierbei wird der Transformatorenkern zwischen zwei Rahmenelementen eingespannt, wodurch relativ hohe Spannkräfte, beispielsweise in Höhe von einigen 10.000 N, auf den Transformatorenkern einwirken, insbesondere um einen ausreichenden Kraftschluss beziehungsweise Reibschluss zwischen den Lagen eines herkömmlichen Elektroblechpaketes sicherstellen zu können.
  • Entsprechend hohe Spannkräfte führen zu mechanischen Spannungen innerhalb des Transformatorenkerns. Bei einem Transformatorenstapelkern, also einem Transformatorkern aus mehreren gestapelten Schichten, die gegeneinander elektrisch isoliert sind und mit einer amorphen und/oder nanokristallinen Gefügestruktur aus einer Eisenlegierung, insbesondere einer FeSiB-Legierung, hergestellt sind, führen solche mechanische Spannungen zu einer Verschlechterung der Energieeffizienz und somit zu höheren Verlusten des Transformators. Dies ist insbesondere so, da mechanische Spannungen in weichmagnetischen Eisenlegierungen die magnetische Permeabilität der Eisenlegierungen herabsetzen. Die magnetische Permeabilität ist ein wesentlicher Einflussfaktor auf den materialspezifischen Ummagnetisierungsverlust (Hystereseverlust). Insbesondere die sehr hohe magnetische Permeabilität von Eisenlegierungen mit amorpher und/oder nanokristalliner Gefügestruktur wird durch einwirkende mechanische Spannungen überproportional stark beeinträchtigt. Dadurch werden die Energieeffizienz des Transformatorenstapelkerns und der Wirkungsgrad des Transformators reduziert. Dies wird mit der vorliegenden Erfindung vermieden, da mit der erfindungsgemäßen Haltevorrichtung lediglich die durch die elastische Verformung des wenigstens einen Federelements erzeugte Rückstellkraft auf den Transformatorenstapelkern einwirkt, die im Vergleich zu den beschriebenen herkömmlichen mechanischen Spannkräften deutlich reduziert sind. Zudem ist erfindungsgemäß durch die gegebene Eigenstabilität der Haltevorrichtung kein herkömmlich zwischen den am Joch und an den Verbindungsstellen der Spulenschenkel anliegenden Presseisen und den einzelnen Lagen des aus kornorientierten Elektroblechen geschichteten Kerns erforderlicher Reibschluss notwendig. Zudem werden mittels des wenigstens einen Federelements lediglich spezifizierte, voreingestellte Kräfte zur Fixierung bzw. zum Halten von Transformatorenstapelkern bzw. von Spulenwicklungen in den eigenstabilen Rahmen eingeleitet, die den Transformatorenstapelkern minimal beeinflussen. Die Krafteinleitung zum Halten des Transformatorenstapelkerns ist sehr gering (kann beispielsweise etwa 0,5 N/mm2 betragen) und erfolgt voreingestellt über das wenigstens eine Federelement. Daher wird die Energieeffizienz eines mit einem Transformatorenstapelkern mit Schichten, die gegeneinander elektrisch isoliert sind und mit einer amorphen und/oder nanokristallinen Gefügestruktur aus einer Eisenlegierung, insbesondere einer FeSiB-Legierung, hergestellt sind, nicht durch die erfindungsgemäße Haltevorrichtung beeinträchtigt.
  • Dieser Vorteil wird erfindungsgemäß insbesondere dadurch erreicht, dass die beiden Halteeinheiten zur Herstellung des Haltezustands der Haltevorrichtung mittels des wenigstens einen an den beiden Halteeinheiten angreifenden mechanischen Fixiermittels über den wenigstens einen starren Abstandhalter gegeneinander verspannt werden, so dass die mechanischen Spannkräfte von dem Abstandhalter aufgenommen und nicht auf den Transformatorenstapelkern übertragen werden. Die beiden Halteeinheiten können auch über zwei oder mehrere, beispielsweise vier, mechanische Fixiermittel entsprechend gegeneinander verspannt sein. Zwischen den beiden Halteeinheiten können auch zwei oder mehrere, beispielsweise vier, Abstandhalter entsprechend eingespannt sein. Der Abstandhalter kann hierzu beispielsweise aus einem Metall, einer Metalllegierung oder einem anderen starren bzw. formstabilen Werkstoff hergestellt sein. Der Abstandhalter kann in unmittelbarer Nähe eines Spulenschenkels verlaufen bzw. in Kontakt mit einem Spulenschenkel stehen, oder derart beabstandet zu dem Spulenschenkel angeordnet sein, dass zwischen dem Abstandhalter und dem Spulenschenkel ein Bauraum für die an dem Spulenschenkel anzuordnenden Spulen vorhanden ist.
  • Die einzigen Kräfte, die auf den von der erfindungsgemäßen Haltevorrichtung gehaltenen Transformatorenstapelkern einwirken, sind die durch die elastische Verformung des wenigstens einen Federelements erzeugten Rückstellkräfte. Derartige Rückstellkräfte sind deutlich geringer als die herkömmlich mit einem Pressrahmen aufgebrachten mechanischen Spannkräfte. Die auf den Transformatorenstapelkern einwirkenden Kräfte können gemäß der vorliegenden Erfindung also durch die Wahl der Art und Ausgestaltung des Federelements festgelegt werden, dessen Federkonstante bzw. Elastizitätsmodul die gewünschten Haltekräfte hervorruft. Das Federelement kann insbesondere einen linearen oder nichtlinearen Kraft-Weg-Verlauf aufweisen. Der Transformatorenstapelkern kann mittels entsprechender Federelemente beispielsweise in x-Richtung, y-Richtung und z-Richtung mit Kraft beaufschlagt werden. Beispielsweise kann ein Federelement im Bereich eines stumpfen Stoßes zwischen einem Spulenschenkel und einem Joch angeordnet sein.
  • Die Haltevorrichtung kann auch zwei oder mehrere entsprechende Federelemente aufweisen, die an verschiedenen Stellen zwischen der jeweiligen Halteeinheit bzw. den Halteeinheiten und dem Transformatorenstapelkern angeordnet werden können. Das Federelement kann beispielsweise ein aus einem Elastomer gebildeter Körper sein, der an einer einzigen Seite des Transformatorenstapelkörpers oder an zwei oder mehreren Seiten des Transformatorenstapelkörpers angeordnet bzw. an dessen Formgebung angepasst ist. Der Elastomerkörper kann beispielsweise quaderförmig, plattenförmig oder dergleichen ausgebildet sein. Alternativ kann das Federelement als Druckfeder, beispielweise Schraubenfeder, Spiralfeder oder Tellerfeder, ausgebildet sein.
  • Die erfindungsgemäße Haltevorrichtung ist in seinem Haltezustand derart ausgebildet, dass der Transformatorenstapelkern ohne das wenigstens eine Federelement mit einem bestimmten Spiel an der Haltevorrichtung angeordnet ist. Erst durch die Anordnung des wenigstens einen Federelements an der Haltevorrichtung und einen unmittelbaren oder über wenigstens ein weiteres Bauteil realisierten mittelbaren Kontakt des Transformatorenstapelkerns mit dem Federelement und die damit einhergehende elastische Verformung des Federelements wird ein Formschluss zwischen dem Transformatorenstapelkern und der Haltevorrichtung hergestellt.
  • Das wenigstens eine mechanische Fixiermittel kann beispielsweise als Schraubverbindung ausgebildet sein. Ein Gewindeschaft einer solchen Schraubverbindung kann durch den, beispielsweise hülsenförmig ausgebildeten, Abstandhalter verlaufen oder außerhalb und beabstandet zu dem Abstandhalter angeordnet sein. Der hülsenförmig ausgebildete Abstandhalter kann langgestreckt und mit einer polygonalen, beispielsweise quadratischen oder rechteckigen, oder einer runden, beispielsweise kreisrunden, elliptischen oder ovalen, Querschnittsfläche ausgebildet sein.
  • Die erfindungsgemäße Haltevorrichtung bringt zudem den Vorteil, dass eine Montage von Spulen an einem an der Haltevorrichtung angeordneten Transformatorenstapelkern relativ einfach durchgeführt werden kann, indem zunächst das bzw. die mechanischen Fixiermittel gelöst werden, so dass anschließend eine Halteeinheit entfernt werden kann, wonach das mit dieser Halteeinheit vorab gehaltene Joch von dem übrigen Transformatorenstapelkern entfernt werden kann. Dann können die Spulen auf die Spulenschenkel des Transformatorenstapelkerns aufgebracht werden, wonach zuerst wieder das zuvor entfernte Joch an dem übrigen Transformatorenstapelkern und anschließend wieder die zuvor entfernte Halteeinheit an der übrigen Haltevorrichtung angeordnet werden kann. Zuletzt werden die mechanischen Fixiermittel wieder angezogen, um den Haltezustand der Haltevorrichtung herbeizuführen.
  • Die beiden Halteeinheiten können jeweils im Querschnitt im Wesentlichen U-förmig ausgebildet und derart an dem jeweiligen Joch angeordnet sein, dass sie jeweils nicht ausschließlich auf einer dem jeweils anderen Joch abgewandten Seite des jeweiligen Jochs angeordnet sind, sondern zusätzlich einen Abschnitt des jeweiligen Jochs beidseitig seitlich umgreifen, jedoch ohne dass ein Formschluss zwischen der jeweiligen Halteeinheit und dem jeweiligen Joch gegeben ist. Hierdurch kann das jeweilige Joch sowohl an seiner dem jeweils anderen Joch abgewandten Seite, als auch an seinen beiden Längsseiten seitlich abgestützt werden, insbesondere über wenigstens ein zwischen der jeweiligen Halteeinheit und dem jeweiligen Joch angeordnetes Federelement, das bei an der Haltevorrichtung angeordnetem Transformatorenstapelkern durch einen dabei gegebenen zumindest mittelbaren Kontakt mit dem Transformatorenstapelkern, insbesondere mit dessen jeweiligem Joch, elastisch verformt ist. Alternativ können auch zwei oder mehrere Federelemente zu dieser Abstützung des Jochs vorhanden sein.
  • Das bzw. die Federelemente bewirken zusätzlich einen Ausgleich von Fertigungstoleranzen, wodurch die erforderliche Fertigungsgenauigkeit aller Komponenten der Haltevorrichtung und des Transformatorstapelkerns kostensenkend reduziert werden kann.
  • Gemäß einer vorteilhaften Ausgestaltung weist wenigstens eine Halteeinheit wenigstens zwei Halteelemente, die an einander gegenüberliegenden Jochendbereichen des jeweiligen Jochs anordbar sind, wenigstens ein an den beiden Halteelementen angreifendes mechanisches Fixiermittel, über das die beiden Halteelemente zerstörungsfrei lösbar miteinander verbunden sind, wenigstens einen zwischen den Halteelementen eingespannten Abstandhalter und wenigstens ein zwischen wenigstens einem Halteelement und dem jeweiligen Joch anordbares Federelement auf, wobei die Halteeinheit derart ausgebildet ist, dass das Federelement bei an der Haltevorrichtung angeordnetem Transformatorenstapelkern durch einen dabei gegebenen zumindest mittelbaren Kontakt mit dem Transformatorenstapelkern elastisch verformt ist. Hierdurch kann das jeweilige Joch auch in Querrichtung fixiert werden, indem das Joch unter elastischer Verformung des Federelements an der jeweiligen Halteeinheit eingespannt wird. Das wenigstens eine Federelement zwischen dem wenigstens einen Halteelement und dem jeweiligen Joch bewirkt zusätzlich einen Ausgleich von Fertigungstoleranzen, wodurch die erforderliche Fertigungsgenauigkeit aller Komponenten der Haltevorrichtung und des Transformatorenstapelkerns kostensenkend reduziert werden kann.
  • Auch gemäß dieser Ausgestaltung wirkt lediglich die durch die elastische Verformung des wenigstens einen Federelements zwischen wenigstens einem Halteelement und dem jeweiligen Joch erzeugte Rückstellkraft auf den Transformatorenstapelkern ein, die im Vergleich zu den oben beschriebenen herkömmlichen mechanischen Spannkräften deutlich reduziert sind. Die beiden Halteelemente werden zur Herstellung des Haltezustands der Haltevorrichtung mittels des wenigstens einen an den beiden Halteelementen angreifenden mechanischen Fixiermittels über den wenigstens einen starren Abstandhalter zwischen den Halteelementen gegeneinander verspannt, so dass die mechanischen Spannkräfte von dem Abstandhalter aufgenommen und nicht auf den Transformatorenstapelkern übertragen werden.
  • Die beiden Halteelemente können auch über zwei oder mehrere, beispielsweise vier, mechanische Fixiermittel entsprechend gegeneinander verspannt sein. Zwischen den beiden Halteelementen können auch zwei oder mehrere, beispielsweise vier, Abstandhalter entsprechend eingespannt sein. Der Abstandhalter zwischen den Halteelementen kann hierzu beispielsweise aus einem Metall, einer Metalllegierung oder einem anderen starren bzw. formstabilen Werkstoff hergestellt sein.
  • Die auf den Transformatorenstapelkern einwirkenden Kräfte können durch die Wahl der Art und Ausgestaltung des Federelements zwischen dem jeweiligen Halteelement und dem Joch festgelegt werden, dessen Federkonstante bzw. Elastizitätsmodul die gewünschten Kräfte hervorruft. Die Haltevorrichtung kann auch zwei oder mehrere entsprechende Federelemente aufweisen, die an verschiedenen Stellen zwischen den Halteelementen und dem Transformatorenstapelkern angeordnet werden können. Das Federelement kann beispielsweise ein aus einem Elastomer gebildeter Körper sein, der an einer einzigen Seite des Transformatorenstapelkörpers oder an zwei oder mehreren Seiten des Transformatorenstapelkörpers angeordnet bzw. an dessen Formgebung angepasst ist. Alternativ kann das Federelement als Druckfeder, beispielweise Schraubenfeder, Spiralfeder oder Tellerfeder, ausgebildet sein.
  • Das wenigstens eine an den Halteelementen angreifende mechanische Fixiermittel kann beispielsweise als Schraubverbindung ausgebildet sein. Ein Gewindeschaft einer solchen Schraubverbindung kann durch den, beispielsweise hülsenförmig ausgebildeten, Abstandhalter zwischen den Halteeinheiten verlaufen oder außerhalb und beabstandet zu diesem Abstandhalter angeordnet sein.
  • Die beiden Halteelemente können jeweils im Querschnitt beispielsweise im Wesentlichen S-förmig ausgebildet und derart an dem jeweiligen Joch angeordnet sein, dass sie jeweils nicht ausschließlich auf einer dem jeweils anderen Joch abgewandten Seite des jeweiligen Jochs angeordnet sind, sondern zusätzlich einen Abschnitt des jeweiligen Jochs einseitig seitlich umgreifen. Hierdurch kann das jeweilige Joch sowohl an seiner dem jeweils anderen Joch abgewandten Seite, als auch an seiner jeweiligen Längsseite seitlich abgestützt werden, insbesondere über wenigstens ein zwischen der jeweiligen Halteelement und dem jeweiligen Joch angeordnetes Federelement, das bei an der Haltevorrichtung angeordnetem Transformatorenstapelkern durch einen dabei gegebenen zumindest mittelbaren Kontakt mit dem Transformatorenstapelkern, insbesondere mit dessen jeweiligem Joch, elastisch verformt ist.
  • Gemäß einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung ist wenigstens ein Federelement derart U-förmig ausgebildet, dass es den Transformatorenstapelkern entlang zumindest eines Abschnitts des jeweiligen Jochs derart formschlüssig umgreift, dass sich ein Verbindungsbereich zwischen wenigstens einem Spulenschenkel und dem jeweiligen Joch zwischen parallelen Schenkeln des Federelements befindet. Hierdurch kann die Anzahl der erforderlichen Federelemente reduziert werden, was die Montage eines entsprechend ausgestatteten Transformators vereinfacht. Das U-förmig ausgebildete Federelement kann das jeweilige Joch beispielsweise auf der dem jeweils anderen Joch abgewandten Seite und an Abschnitten der sich daran seitlich anschließenden Längsseiten umgreifen. Da der Verbindungsbereich zwischen dem Spulenschenkel und dem Joch zwischen parallelen Schenkeln des Federelements befindet, wird dieser Verbindungsbereich durch das Federelement im Zuge eines Formschlusses gesichert, was insbesondere bei einer Verbindung des Spulenschenkels mit dem Joch über einen stumpfen Stoß von Vorteil ist.
  • Gemäß einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung weist die Haltevorrichtung wenigstens ein zumindest teilweise zwischen dem Abstandhalter und dem Transformatorenstapelkern anordbares Federelement auf, wobei die Haltevorrichtung derart ausgebildet ist, dass das Federelement bei an der Haltevorrichtung angeordnetem Transformatorenstapelkern durch einen dabei gegebenen zumindest mittelbaren Kontakt mit dem Transformatorenstapelkern elastisch verformt ist. Hierdurch kann beispielsweise ein mit gleichseitigen Endabschnitten der Joche verbundener Spulenschenkel seitlich abgestützt werden. Zusätzlich kann der Endabschnitt von einem dieser Joche stirnseitig abgestützt werden, wobei sich das Federelement über einen Verbindungsbereich zwischen dem Joch und dem Spulenschenkel erstreckt. Das Federelement kann sich unmittelbar oder mittelbar an dem Abstandhalter und/oder dem Transformatorenstapelkern abstützen und kann hierbei einen Formschluss mit dem Abstandhalter und/oder dem Transformatorenstapelkern ausbilden.
  • Gemäß einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung weist die Haltevorrichtung wenigstens ein zwischen zwei benachbart zueinander angeordneten Spulenschenkeln anordbares Distanzstück auf, an dem die beiden Spulenschenkel seitlich aneinander abgestützt sind. Hierdurch können sich die Spulenschenkel mittelbar aneinander abstützen, was insbesondere bei einem stumpfen Stoß zwischen dem jeweiligen Spulenschenkel und dem jeweiligen Joch von Vorteil ist, da dann die, insbesondere formschlüssige, Verbindung zwischen dem Spulenschenkel und dem Joch keinen seitlichen Halt bietet. Das Distanzstück ist vorzugsweise aus einem nichtleitenden Werkstoff hergestellt. Das Distanzstück kann aus einem starren oder federnden, insbesondere elastischen, Material hergestellt sein.
  • Gemäß einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung weist die Haltevorrichtung wenigstens zwei auf einander gegenüberliegenden Seiten eines Spulenschenkels anordbare Stützelemente auf, die jeweils endseitig, insbesondere formschlüssig, mit den beiden Halteeinheiten verbunden sind. Die Stützelemente stützen den Spulenschenkel über einen Formschluss seitlich ab und übertragen hierbei die Stützkräfte auf die Halteeinheiten. Jedes Stützelement kann beispielsweise plattenförmig bzw. stabförmig ausgebildet sein. An den Halteeinheiten sind Ausnehmungen ausgebildet, in die die Endabschnitte der Stützelemente eingreifen, um auf einander abgewandten Seiten seitlich abgestützt zu sein.
  • Gemäß einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung weist die Haltevorrichtung wenigstens vier Spulenstützelemente zum axialen Abstützen von an einem Spulenschenkel angeordneten Spulen auf, wobei zwei Spulenstützelemente an der einen Halteeinheit und die beiden anderen Spulenstützelemente an der anderen Halteeinheit angeordnet sind, wobei die Spulenstützelemente paarweise auf einander gegenüberliegenden Seiten des Spulenschenkels anordbar sind. Des Weiteren weist die Haltevorrichtung gemäß dieser Ausgestaltung pro Spulenstützelement wenigstens ein entweder zwischen der jeweiligen Halteeinheit und dem jeweiligen Spulenstützelement oder zwischen dem jeweiligen Spulenstützelement und den jeweiligen Spulen angeordnetes bzw. anordbares Federelement auf, wobei die Haltevorrichtung derart ausgebildet ist, dass das Federelement bei an der Haltevorrichtung angeordnetem Transformatorenstapelkern mit daran angeordneten Spulen durch einen dabei gegebenen zumindest mittelbaren Kontakt mit den Spulen elastisch verformt ist. Hierdurch stützen sich die Spulen separat von dem Transformatorenstapelkern an der Haltevorrichtung ab. Dies ist von Vorteil, da die Spulen, insbesondere wenn es sich um Spulen mit nicht verklebten bzw. losen Wicklungen handelt, im Vergleich zu dem Transformatorenstapelkern mit deutlich höheren mechanischen Spannkräften an der Haltevorrichtung festgelegt werden müssen. Entsprechend hohe mechanische Spannkräfte wirken durch die Entkopplung der mechanischen Fixierungen von Transformatorenstapelkern einerseits und Spulen andererseits an der Haltevorrichtung also nicht auf den Transformatorenstapelkern ein. Die Federelemente gemäß dieser Ausgestaltung können jeweils beispielsweise aus Körpern aus einem Elastomer oder als Druckfeder ausgebildet sein. Alternativ können die Spulenstützelemente, die in der Nähe der jeweiligen Halteeinheit angeordnet sind, miteinander verbunden sein, um einen monolithischen Spulenabstützkörper auszubilden, an dem für jeden Spulenschenkel eine eigene Durchbrechung ausgebildet ist.
  • Gemäß einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung ist eine mit dem jeweiligen Federelement aufbringbare Rückstellkraft separat einstellbar. Hierdurch kann die Rückstellkraft beispielsweise im Nachhinein geändert, beispielsweise nachgestellt oder erhöht, bzw. optimiert werden. Hierzu kann sich das Federelement an einem Bauteil der Haltevorrichtung abstützen, dessen Stellung relativ zu der übrigen Haltevorrichtung variierbar ist. Dieses Bauteil kann beispielsweise ein in eine Schraubbohrung an einer Halteeinheit bzw. an einem Halteelement eingeschraubter Schraubenkörper sein. Es können auch zwei oder mehrere, insbesondere alle, mit den Federelementen aufbringbaren Rückstellkräfte entsprechend separat einstellbar sein.
  • Ein erfindungsgemäßer Transformator, insbesondere Drehstromtransformator, weist wenigstens einen weichmagnetischen Transformatorenstapelkern mit Schichten mit einer amorphen und/oder nanokristallinen Gefügestruktur aus einer Eisenlegierung, insbesondere einer FeSiB-Legierung, auf, wobei der Transformatorenstapelkern wenigstens zwei parallel zueinander verlaufende Spulenschenkel und zwei mit einander gegenüberliegenden Enden der Spulenschenkel verbundene Joche aufweist. Des Weiteren weist der Transformator wenigstens eine Haltevorrichtung zum Halten des Transformatorenstapelkerns auf, wobei die Haltevorrichtung nach einer der oben genannten Ausgestaltungen oder einer beliebigen Kombination von wenigstens zwei dieser Ausgestaltungen miteinander ausgebildet ist.
  • Mit dem Transformator sind die oben mit Bezug auf die Haltevorrichtung genannten Vorteile entsprechend verbunden. Die Eisenlegierung enthält vorzugsweise wenigstens ein weichmagnetisches Element, insbesondere eines oder mehrere der Elemente Fe, Silicium (Si), Ni oder Co, und wenigstens ein glasbildendes Element, insbesondere P und/oder B. Das glasbildenden Element dient der Ausbildung der amorphen und/oder nanokristallinen Gefügestruktur der jeweiligen amorphen Schicht. Die amorphen Schichten sind vorzugsweise elektrisch voneinander getrennt.
  • Wenigstens ein Spulenschenkel kann stoffschlüssig und/oder formschlüssig mit wenigstens einem Joch verbunden sein. Zur Herstellung des Transformatorenstapelkerns kann beispielsweise ein E-förmig ausgebildetes Bauteil hergestellt werden, das einen als Joch ausgebildeten Abschnitt und drei als Spulenschenkel ausgebildete Abschnitte aufweist. Ein separates Joch kann nach Anordnung der Spulen an den Spulenschenkeln mit den freien Enden der Spulenschenkel verbunden werden. Die Joche können quaderförmig ausgebildet sein, während die Spulenschenkel jeweils eine abgestufte Querschnittsfläche aufweisen können. Durch die quaderförmige Ausgestaltung der Joche können diese unter geringerem Materialaufwand hergestellt werden, was die Kosten zur Herstellung des Transformators reduziert.
  • Wenigstens ein Spulenschenkel kann über einen stumpfen Stoß, also bei einem Schnittwinkel von 90°, mit dem jeweiligen Joch verbunden sein. Jedoch kann wenigstens ein Spulenschenkel auch unter Verwendung eines anderen Schnittwinkels, beispielsweise eines Schnittwinkels von 45°, mit dem jeweiligen Joch verbunden sein. Alternativ können die Verbindungsabschnitte des jeweiligen Spulenschenkels und des jeweiligen Jochs derart ausgebildet werden, dass sich Abschnitte von Spulenschenkel und Joch gegenseitig überlappen. Die einander überlappenden Abschnitte können stoffschlüssig miteinander verbunden werden. Alternativ kann ein Verbindungsabschnitt eines Spulenschenkels sogenannte Step-Lap-Schichtung aufweisen. Die einzelnen Spulenschenkel eines Transformatorenstapelkerns können auf verschiedene Art und Weise ausgebildet und mit dem jeweiligen Joch verbunden sein. Zudem kann wenigstens ein Spulenschenkel auf wenigstens zwei verschiedene der genannten Arten mit wenigstens einem Joch verbunden sein.
  • Wenigstens eine Stoßfläche von miteinander zu verbindenden Stoßflächen eines Spulenschenkels und eines Jochs können zumindest teilweise physikalisch und/oder chemisch behandelt sein. Hierdurch kann die Stoßfläche beispielsweise mit einer gewünschten Oberflächenrauhigkeit versehen werden. Zudem kann die Behandlung der Stoßfläche zur Herstellung einer Planparallelität zwischen miteinander zu verbindenden Stoßflächen dienen. Es können auch beide miteinander zu verbindenden Stoßflächen entsprechend behandelt werden. Die physikalische Behandlung kann beispielsweise mechanisch, insbesondere spanend, und/oder thermisch und/oder chemisch, beispielsweise ein Ätzen, sein.
  • Bei dem erfindungsgemäßen Transformator ist es möglich, zur Montage von Spulen an den Spulenschenkeln zunächst, das bzw. die mechanischen Fixiermittel, über die die beiden Halteeinheiten miteinander verbunden sind, zu lösen, und anschließend nach einem Entfernen der jeweiligen Halteeinheit das damit gehaltene Joch von dem übrigen Transformatorstapelkern zu lösen. Dann können die Spulen an den Spulenschenkeln angeordnet werden. Dieser Vorgang ist deutlich einfacher und schneller durchführbar als ein herkömmlicher Montagevorgang, bei dem zum Anordnen von Spulen an Spulenschenkeln zunächst tausende Wicklungen eines Transformatorenkerns mühsam manuell abgeschichtet und nach Anordnung der Spulen an den Spulenschenkeln mühsam manuell wieder aufgeschichtet werden müssen. Durch die deutlich schneller mögliche Herstellung des erfindungsgemäßen Transformators kann der Durchsatz eines Werks zur Herstellung entsprechender Transformatoren deutlich erhöht werden.
  • Gemäß einer vorteilhaften Ausgestaltung sind die Spulenschenkel und die Joche jeweils durch einen Stapel aus stoffschlüssig miteinander verbundenen Verbundkörpern gebildet, wobei jeder Verbundkörper aus stoffschlüssig miteinander verbundenen, abgelängten Verbundabschnitten eines bandförmigen Mehrkomponentenverbunds gebildet ist, wobei der Mehrkomponentenverbund wenigstens zwei stoffschlüssig miteinander verbundene Verbundlagen aufweist, wobei jede Verbundlage aus einem Folienverbund gebildet ist, wobei jeder Folienverbund wenigstens zwei bandförmige, weichmagnetische Folien mit einer amorphen und/oder nanokristallinen Gefügestruktur aus einer Eisenlegierung, insbesondere einer FeSiB-Legierung, aufweist, wobei die Folien stoffschlüssig miteinander verbunden sind. Jede amorphe Folie bildet eine amorphe Schicht des Transformatorenstapelkerns. Hierdurch kann der Transformator kostengünstiger und schneller hergestellt werden, als beispielsweise der in DE 10 2009 048 658 A1 offenbarte Transformator, insbesondere da die einzelnen Schichten eines Transformatorstapelkerns nicht entsprechend DE 10 2009 048 658 A1 nacheinander abgeschieden werden, was sehr zeitaufwändig ist.
  • Die jeweilige bandförmige, weichmagnetische Folie mit einer amorphen und/oder nanokristallinen Gefügestruktur aus einer Eisenlegierung, insbesondere einer FeSiB-Legierung, kann unter Verwendung eines Gießverfahrens kontinuierlich hergestellt werden, was deutlich schneller ist ein herkömmliches sukzessives Abscheiden einzelner Schichten bestimmter Form und Größe. Zum kontinuierlichen Herstellen der amorphen Folie kann zunächst eine Schmelze aus der Eisenlegierung hergestellt werden, beispielsweise unter Verwendung eines Induktionsschmelzofens. Die Schmelze kann anschließend auf eine sich drehende Walze aufgegossen werden, wo die Schmelze unter Bildung der amorphen Folie fortschreitend abgekühlt wird bzw. unter Bildung der amorphen und/oder nanokristallinen Gefügestruktur erstarrt. Die so gebildete amorphe Folie kann von der Walze abgezogen und nach eventuellen weiteren Ver- und/oder Bearbeitungsschritten zu einer Folienrolle aufgehaspelt werden. Für weitere Verfahrensschritte kann dann die amorphe Folie wieder abgehaspelt werden.
  • Dass die amorphe Folie kontinuierlich hergestellt wird, bedeutet, dass die amorphe Folie nicht in bestimmter Größe und Formgebung, die an eine Größe und eine Formgebung eines herzustellenden weichmagnetischen Bauteils angepasst ist, sondern als langgestreckt ausgebildetes Band ausgebildet wird, das eine Länge von beispielsweise mehreren 10.000 m aufweisen kann. Die Dicke der amorphen Folie kann beispielsweise in einem Bereich von etwa 20 µm bis etwa 60 µm liegen. Die maximale Breite der amorphen Folie kann beispielsweise in einem Bereich von etwa 180 mm bis etwa 300 mm, insbesondere bis etwa 400 mm, liegen. Bei einer Dicke von etwa 25 µm kann die Länge der amorphen Folie beispielsweise 35.000 m betragen.
  • Des Weiteren kann der bandförmige Folienverbund durch kontinuierliches, insbesondere flächiges oder lokales, stoffschlüssiges Verbinden der amorphen Folie mit wenigstens einer entsprechend hergestellten weiteren amorphen Folie kontinuierlich hergestellt werden, was ebenfalls deutlich schneller durchführbar ist als die herkömmliche Herstellung eines speziellen Folienverbunds durch Abscheiden einzelner Schichten, wie es beispielsweise DE 10 2009 048 658 A1 offenbart. Die beiden amorphen Folien können zum kontinuierlichen Herstellen des bandförmigen Folienverbunds beispielsweise gleichzeitig von verschiedenen Folienrollen abgehaspelt werden.
  • Auf wenigstens einen der beiden abgehaspelten Folienabschnitte kann zur Ausbildung des Stoffschlusses zwischen den amorphen Folien beispielsweise ein Klebstoff während des weitergehenden Abhaspeln der amorphen Folien kontinuierlich aufgebracht werden, beispielsweise mittels einer Auftragsrolle oder durch Aufsprühen des Klebstoffs. Der Klebstoff kann alternativ punktförmig oder in Linien aufgebracht werden. Der Klebstoff bildet eine Klebstoffschicht zwischen jeweils zwei benachbart zueinander angeordneten amorphen Folien des Folienverbunds, die elektrisch isolierend sein kann, um die amorphen Folien elektrisch voneinander zu trennen. Hierdurch können Wirbelstromverluste an dem Transformatorenstapelkern möglichst geringgehalten werden.
  • Alternativ kann die Klebstoffschicht keine oder nur eine geringe elektrische Isolation bewirken, wobei die elektrische Trennung der amorphen Folien untereinander auf eine andere Art und Weise erfolgen kann. Beispielsweise kann wenigstens eine Hauptseite einer amorphen Folie, beispielsweise durch einen Diffusionsvorgang oder dergleichen, derart behandelt werden, dass ein an die Hauptseite angrenzender Abschnitt der amorphen Folie im Vergleich zu der übrigen amorphen Folie eine reduzierte elektrische Leitfähigkeit aufweist, die zur elektrischen Isolierung zwischen miteinander verbundenen amorphen Folien verwendet wird.
  • Alternativ kann während des weitergehenden Abhaspeln der amorphen Folien ein anderes Mittel, beispielsweise ein Öl, auf wenigstens einen der beiden abgehaspelten Folienabschnitte kontinuierlich aufgebracht werden, das eine Adhäsion zwischen den amorphen Folien erzeugt oder verstärkt. Das Mittel kann alternativ punktförmig oder in Linien aufgebracht werden. Weiter alternativ kann der Stoffschluss zwischen den amorphen Folien dadurch erzeugt werden, dass zumindest eine Verbindungsseite von wenigstens einer amorphen Folie vor dem Zusammenführen der amorphen Folien zumindest bereichsweise erwärmt und dadurch teilweise geschmolzen wird, so dass der geschmolzene Werkstoff dieser amorphen Folie an der anderen amorphen Folie erstarrt und den Stoffschluss bewirkt.
  • Die amorphe Folie kann zur Herstellung des Folienverbunds auch mit zwei oder mehreren, beispielsweise zwei bis sieben, weiteren amorphen Folien verbunden werden, wobei der Folienverbund dadurch eine entsprechende Anzahl von Folienschichten aufweist. Der Folienverbund kann anschließend zu einer Folienverbundrolle aufgehaspelt werden, um für weitere Ver- und/oder Bearbeitungsschritte zur Verfügung zu stehen. Ein Folienverbund mit fünf Schichten aus amorphen Folien mit einer jeweiligen Dicke von etwa 25 µm kann beispielsweise mit einer Länge von etwa 7.000 m hergestellt werden. Die Dicke des Folienverbunds kann beispielsweise in einem Bereich von etwa 40 µm bis etwa 400 µm liegen.
  • Vor dem Aufhaspeln des Folienverbunds kann wenigstens eine elektrisch isolierende Trennschicht zumindest einseitig kontinuierlich flächig auf den Folienverbund aufgebracht oder an dem Folienverbund ausgebildet werden. Dies ist insbesondere vorteilhaft, wenn der Folienverbund später mit wenigstens einem entsprechend hergestellten weiteren Folienverbund verbunden werden soll, da dann die Folienverbunde zur Reduzierung von Wirbelstromverlusten elektrisch voneinander getrennt sind. Alternativ kann auch zum Verbinden der Folienverbunde ein elektrisch isolierender Klebstoff eingesetzt werden. Es kann auch an jeder Seite des Folienverbunds jeweils eine elektrisch isolierende Trennschicht angeordnet werden. Der mit der wenigstens einen Trennschicht versehene Folienverbund kann anschließend zu einer Folienverbundrolle aufgehaspelt werden, um für eine weitere Ver- und/oder Bearbeitung zur Verfügung zu stehen. Die Trennschicht kann beispielsweise derart einseitig an dem Folienverbund ausgebildet werden, indem die entsprechende Hauptseite des Folienverbunds, beispielsweise durch einen Diffusionsvorgang oder dergleichen, derart behandelt werden, dass ein an die Hauptseite angrenzender Abschnitt des Folienverbunds im Vergleich zu dem übrigen Folienverbund eine reduzierte elektrische Leitfähigkeit aufweist, die zur elektrischen Isolierung zwischen miteinander verbundenen Folienverbunden verwendet wird.
  • Das kontinuierliche Aufbringen oder Ausbilden von wenigstens einer elektrisch isolierenden Trennschicht zumindest einseitig flächig auf den bzw. an dem Folienverbund ist deutlich schneller durchführbar als beispielsweise das Abscheiden von Trennschichten entsprechend DE 10 2009 048 658 A1 . Das Aufbringen der elektrisch isolierenden Trennschicht auf den Folienverbund kann durch ein kontinuierliches stoffschlüssiges Verbinden, beispielsweise unter Verwendung eines aufgesprühten Klebstoffs oder anderweitigen Adhäsionsmittels, des Folienverbunds mit einer die Trennschicht bildenden Folie erfolgen. Das Ausbilden der elektrisch isolierenden Trennschicht an dem Folienverbund kann beispielsweise durch ein kontinuierliches Auftragen, beispielsweise mittels einer Auftragsrolle oder durch Aufsprühen, eines Isolationswerkstoffs auf den Folienverbund erfolgen, der nach seinem Auftragen möglichst schnell unter Bildung der Trennschicht aushärtet. Alternativ kann das Ausbilden der Trennschicht an dem Folienverbund durch das oben beschriebene Behandeln einer Hauptseite des Folienverbunds erfolgen.
  • Vor der Herstellung des Folienverbunds kann wenigstens einer elektrisch isolierenden Trennschicht zumindest einseitig kontinuierlich flächig auf jede der Folien aufgebracht oder an jeder der Folien ausgebildet werden. Auch das kontinuierliche Aufbringen oder Ausbilden von wenigstens einer elektrisch isolierenden Trennschicht zumindest einseitig flächig auf die bzw. an der jeweiligen amorphen Folie ist deutlich schneller durchführbar als beispielsweise das Abscheiden von Trennschichten entsprechend DE 10 2009 048 658 A1 . Das Aufbringen der elektrisch isolierenden Trennschicht auf die jeweilige amorphe Folie kann durch ein kontinuierliches stoffschlüssiges Verbinden, beispielsweise unter Verwendung eines aufgesprühten Klebstoffs oder eines anderen Adhäsionsmittels, der amorphen Folie mit einer die Trennschicht bildenden Folie erfolgen. Das Ausbilden der elektrisch isolierenden Trennschicht an der jeweiligen amorphen Folie kann beispielsweise durch ein kontinuierliches Auftragen, beispielsweise mittels einer Auftragsrolle oder durch Aufsprühen, eines Isolationswerkstoffs auf die amorphe Folie erfolgen, der nach seinem Auftragen möglichst schnell unter Bildung der Trennschicht aushärtet. Alternativ kann das Ausbilden der Trennschicht an der jeweiligen amorphen Folie durch das oben beschriebene Behandeln einer Hauptseite der amorphen Folie erfolgen. Es kann auch an jeder Seite der jeweiligen amorphen Folie jeweils eine elektrisch isolierende Trennschicht angeordnet bzw. ausgebildet werden. Die jeweilige mit der wenigstens einen Trennschicht versehene amorphe Folie kann anschließend zu einer Folienrolle aufgehaspelt werden, um für eine weitere Ver- und/oder Bearbeitung zur Verfügung zu stehen.
  • Das kontinuierliche stoffschlüssige Verbinden der Folienverbunde miteinander kann mittels eines Klebstoffs oder eines anderen Adhäsionsmittels erfolgen, der bzw. das mittels einer Auftragsrolle oder durch Aufsprühen kontinuierlich auf wenigstens einen der Folienverbunde aufgetragen wird. Der Klebstoff bzw. das Adhäsionsmittel kann elektrisch isolierend ausgebildet sein. Die Breite des Mehrkomponentenverbunds kann beispielsweise in einem Bereich von etwa 200 mm bis etwa 1000 mm liegen. Die Dicke des Mehrkomponentenverbunds kann beispielsweise in einem Bereich von etwa 40 µm bis etwa 2000 µm liegen.
  • Die Dicke eines Verbundkörpers kann beispielsweise in einem Bereich von etwa 3 mm bis etwa 400 mm liegen. Die Breite eines Verbundkörpers kann beispielsweise in einem Bereich von etwa 30 mm bis 1000 mm liegen. Die Länge eines Verbundkörpers kann beispielsweise in einem Bereich von etwa 100 mm bis 2500 mm liegen. Die Verbundabschnitte können beispielsweise derart ausgewählt, gestapelt und stoffschlüssig miteinander verbunden werden, dass der jeweilig daraus gebildete Verbundkörper beispielsweise eine rechteckige, trapezförmige oder anderweitig ausgebildete Schnittfläche aufweist. Auch kann an wenigstens einer Seitenfläche des jeweilig gebildeten Verbundkörpers wenigstens eine Nut oder dergleichen ausgebildet sein. Die Verbundabschnitte können unterschiedlich dick, lang und/oder breit ausgebildet sein, um eine stufenartige Abschrägung des jeweilig daraus gebildeten Verbundkörpers zu erzeugen. Eine Breite und/oder Länge der Verbundkörper ist über eine Höhe des Stapels gleich oder nimmt in wenigstens einem bezüglich der Höhe gegebenen Endbereich des Stapels zumindest teilweise zu dem freien Ende des Endbereichs hin stufenartig ab.
  • Der jeweilige Spulenschenkel bzw. das jeweilige Joch kann durch stoffschlüssiges Verbinden von Verbundkörpern gleicher oder verschiedener Breite und/oder Länge hergestellt werden, wobei eine Querschnittsfläche des Spulenschenkels bzw. Jochs durch die Verwendung von Verbundkörpern verschiedener Breite bzw. Länge an wenigstens einem Eckbereich mit einer Abstufung ausgebildet wird. Hierdurch kann dem Spulenschenkel beispielsweise eine im Querschnitt annähernd kreisförmige, elliptische oder ovale Querschnittsfläche verliehen werden, wozu jeder Eckbereich mit einer entsprechenden Abstufung ausgebildet wird. Dem Joch kann beispielsweise eine rechteckige Querschnittsfläche aufweisen. Die Verbundkörper können über einen Klebstoff oder ein anderes Adhäsionsmittel miteinander verbunden werden. Der Klebstoff bzw. das Adhäsionsmittel kann elektrisch isolierend ausgebildet sein.
  • Gemäß einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung sind die Verbundlagen jeweils aus einem längsgeteilten Folienverbund gebildet, wobei der eine Folienverbund bezüglich einer Querschnittsbreite des jeweiligen Mehrkomponentenverbunds an einer anderen Stelle längsteilt ist als der benachbart zu dem Folienverbund angeordnete weitere Folienverbund. Durch ein versetztes Anordnen von durch die jeweilige Längsteilung des jeweiligen Folienverbunds erzeugten Verbundabschnitten und stoffschlüssiges Verbinden der Verbundabschnitte kann ein Mehrkomponentenverbund beliebiger Breite hergestellt werden. Der eine Folienverbund kann beispielsweise an einer einzelnen Stelle seiner Querschnittsfläche längsgeteilt sein, während der weitere Folienverbund beispielsweise an zwei Stellen seiner Querschnittsfläche, die der Querschnittsfläche des erstgenannten Folienverbunds entspricht, längsgeteilt sein kann. Der Mehrkomponentenverbund kann durch eine abwechselnde Anordnung dieser beiden Folienverbunde ausgebildet werden, wobei der Mehrkomponentenverbund auch aus mehr als zwei Folienverbunden gebildet sein kann. Die einzelnen Folienverbunde können auch eine andere Anzahl an Längsteilungen aufweisen. Für die Ausbildung des Mehrkomponentenverbunds ist es wesentlich, dass Längsteilungen von benachbart angeordneten Folienverbunden bezüglich der Längserstreckung des Mehrkomponentenverbunds versetzt zueinander angeordnet sind bzw. in Dickenrichtung des Mehrkomponentenverbunds nicht fluchtend zueinander angeordnet sind. Alternativ sind die Folienverbunde der Verbundlagen nicht entsprechend längsgeteilt ausgebildet.
  • Im Folgenden wird die Erfindung unter Bezugnahme auf die beigefügten Figuren anhand bevorzugter Ausführungsformen beispielhaft erläutert, wobei die nachfolgend erläuterten Merkmale sowohl jeweils für sich genommen als auch in unterschiedlicher Kombination miteinander einen vorteilhaften und/oder weiterbildenden Aspekt der Erfindung darstellen können.
    • Kurze Beschreibung der Figuren
  • Es zeigen:
    • Fig. 1
    eine schematische und perspektivische Darstellung eines Ausführungsbeispiels für einen erfindungsgemäßen Transformator;
    Fig. 2
    eine schematische und perspektivische Darstellung der in Fig. 1 gezeigten Haltevorrichtung;
    Fig. 3
    eine schematische und perspektivische Teilschnittdarstellung eines Abschnitts des in Fig. 1 gezeigten Transformators;
    Fig. 4
    eine schematische und perspektivische Schnittdarstellung eines weiteren Abschnitts des in Fig. 1 gezeigten Transformators in einer ersten Variante;
    Fig. 5
    eine schematische und perspektivische Schnittdarstellung eines weiteren Abschnitts des in Fig. 1 gezeigten Transformators in einer weiteren Variante;
    Fig. 6
    eine schematische Schnittdarstellung eines weiteren Ausführungsbeispiels für einen erfindungsgemäßen Transformator;
    Fig. 7
    eine weitere schematische Schnittdarstellung des in Fig. 6 gezeigten Transformators; und
    Fig. 8
    eine schematische Schnittdarstellung eines weiteren Ausführungsbeispiels für einen erfindungsgemäßen Transformator.
    Ausführliche Beschreibung der Figuren
  • In den Figuren sind gleiche bzw. funktionsgleiche Bauteile mit denselben Bezugszeichen versehen. Eine wiederholte Beschreibung dieser Bauteile kann weggelassen sein.
  • Fig. 1 zeigt eine schematische und perspektivische Darstellung eines Ausführungsbeispiels für einen erfindungsgemäßen Transformator 1 in Form eines Drehstromtransformators.
  • Der Transformator 1 weist einen weichmagnetischen Transformatorenstapelkern 2 mit nicht gezeigten Schichten mit einer amorphen und/oder nanokristallinen Gefügestruktur aus einer Eisenlegierung, insbesondere einer FeSiB-Legierung, auf. Der Transformatorenstapelkern 2 weist drei parallel zueinander verlaufende Spulenschenkel 3 und zwei mit einander gegenüberliegenden Enden der Spulenschenkel 3 verbundene Joche 4 auf. An jedem Spulenschenkel 3 sind zwei Spulen 18 und 19 angeordnet.
  • Die Spulenschenkel 3 und die Joche 4 sind jeweils durch einen Stapel aus stoffschlüssig miteinander verbundenen, nicht gezeigten Verbundkörpern gebildet, wobei jeder Verbundkörper aus stoffschlüssig miteinander verbundenen, abgelängten, nicht gezeigten Verbundabschnitten eines bandförmigen, nicht gezeigten Mehrkomponentenverbunds gebildet ist. Der jeweilige Mehrkomponentenverbund weist wenigstens zwei stoffschlüssig miteinander verbundene, nicht gezeigte Verbundlagen auf, wobei jede Verbundlage aus einem nicht gezeigten Folienverbund gebildet ist, wobei jeder Folienverbund wenigstens zwei bandförmige, weichmagnetische, nicht gezeigte Folien mit einer amorphen und/oder nanokristallinen Gefügestruktur aus einer Eisenlegierung, insbesondere einer FeSiB-Legierung, aufweist, wobei die Folien stoffschlüssig miteinander verbunden sind.
  • Die Verbundlagen des Mehrkomponentenverbunds können jeweils aus einem nicht gezeigten längsgeteilten Folienverbund gebildet sein, wobei der eine Folienverbund bezüglich einer nicht gezeigten Querschnittsbreite des jeweiligen Mehrkomponentenverbunds an einer anderen Stelle längsteilt ist als der benachbart zu dem Folienverbund angeordnete weitere Folienverbund.
  • Der Transformator 1 weist zudem eine Haltevorrichtung 5 zum Halten des Transformatorenstapelkerns 2 auf. Die Haltevorrichtung 5 weist zwei Halteeinheiten 6 und 7 auf, die jeweils derart an einem der beiden Joche 4 angeordnet sind, dass die Halteeinheiten 6 und 7 an einander gegenüberliegenden Endbereichen des Transformatorenstapelkerns 2 angeordnet sind.
  • Des Weiteren weist die Haltevorrichtung 5 vier an den beiden Halteeinheiten 6 und 7 angreifende mechanische Fixiermittel 8 auf, über die die beiden Halteeinheiten 6 und 7 zerstörungsfrei lösbar miteinander verbunden sind. Jedes Fixiermittel 8 ist als Schraubverbindung ausgebildet. Die Fixiermittel 8 sind jeweils in einem Eckbereich der Haltevorrichtung 5 angeordnet.
  • Zudem weist die Haltevorrichtung 5 vier zwischen den Halteeinheiten 6 und 7 eingespannten Abstandhalter 9 auf, die in dem Ausführungsbeispiel hülsenförmig ausgebildet sind, wobei ein Gewindeschaft 39 des jeweiligen Fixiermittels 8 durch den jeweiligen Abstandhalter 9 hindurchgeführt ist. Die Gewindeschäfte 39 der Fixiermittel 8 können über die Halteeinheit 6 hinaus derart nach oben verlängert sein, dass sie zusätzlich zum Halten eines nicht gezeigten Deckels eines nicht gezeigten Transformatorenkessels verwendet werden.
  • Des Weiteren weist die Haltevorrichtung 5 mehrere zwischen der jeweiligen Halteeinheit 6 bzw. 7 und dem Transformatorenstapelkern 2 angeordnete, nicht gezeigte Federelemente auf. Die Haltevorrichtung 5 ist derart ausgebildet, dass die Federelemente bei an der Haltevorrichtung 5 angeordnetem Transformatorenstapelkern 2 durch einen dabei gegebenen zumindest mittelbaren Kontakt mit dem Transformatorenstapelkern 2 elastisch verformt sind. Wenigstens ein Federelement kann derart U-förmig ausgebildet sein, dass es den Transformatorenstapelkern 2 entlang zumindest eines Abschnitts des jeweiligen Jochs 4 derart formschlüssig umgreift, dass sich ein nicht gezeigter Verbindungsbereich zwischen wenigstens einem Spulenschenkel 3 und dem jeweiligen Joch 4 zwischen nicht gezeigten parallelen Schenkeln des Federelements befindet. Eine mit dem jeweiligen Federelement aufbringbare Rückstellkraft kann separat einstellbar sein.
  • Jede Halteeinheit 6 bzw. 7 weist zwei Halteelemente 10 und 11 auf, die an einander gegenüberliegenden Jochendbereichen des jeweiligen Jochs 4 angeordnet sind. Des Weiteren weist jede Halteeinheit 6 bzw. 7 zwei an den beiden Halteelementen 10 und 11 angreifende mechanische Fixiermittel 12 auf, über das die beiden Halteelemente 11 und 12 zerstörungsfrei lösbar miteinander verbunden sind. Zudem weist jede Halteeinheit 6 bzw. 7 zwei zwischen den Halteelementen 10 und 11 eingespannte Abstandhalter 13 auf, die in dem Ausführungsbeispiel hülsenförmig ausgebildet sind, wobei ein Gewindeschaft 40 des jeweiligen Fixiermittels 12 durch den jeweiligen Abstandhalter 13 hindurchgeführt ist. Jede Halteeinheit 6 bzw. 7 weist des Weiteren mehrere zwischen dem jeweiligen Halteelement 11 bzw. 12 und dem jeweiligen Joch 4 angeordnete, nicht gezeigte Federelemente auf. Die jeweilige Halteeinheit 6 bzw. 7 ist derart ausgebildet, dass das jeweilige Federelement bei an der Haltevorrichtung 5 angeordnetem Transformatorenstapelkern 2 durch einen dabei gegebenen zumindest mittelbaren Kontakt mit dem Transformatorenstapelkern 2 elastisch verformt ist. Eine mit dem jeweiligen Federelement aufbringbare Rückstellkraft kann separat einstellbar sein.
  • Die Haltevorrichtung 5 kann zudem wenigstens ein zumindest teilweise zwischen dem jeweiligen Abstandhalter 9 und dem Transformatorenstapelkern 2 angeordnetes, nicht gezeigtes Federelement aufweisen, wobei die Haltevorrichtung 5 derart ausgebildet sein kann, dass das Federelement bei an der Haltevorrichtung 5 angeordnetem Transformatorenstapelkern 2 durch einen dabei gegebenen zumindest mittelbaren Kontakt mit dem Transformatorenstapelkern 2 elastisch verformt ist.
  • Des Weiteren kann die Haltevorrichtung 5 wenigstens ein zwischen zwei benachbart zueinander angeordneten Spulenschenkeln 3 angeordnetes, nicht gezeigtes Distanzstück aufweisen, an dem die beiden Spulenschenkel 3 seitlich aneinander abgestützt sind. Entsprechende Distanzstücke sind beispielsweise in Fig. 6 gezeigt.
  • Die Haltevorrichtung 5 weist zudem drei Paare aus jeweils zwei auf einander gegenüberliegenden Seiten des jeweiligen Spulenschenkels 3 angeordneten Stützelementen 14 auf, die jeweils endseitig mit den beiden Halteeinheiten 6 und 7 verbunden sind.
  • Zudem weist die Haltevorrichtung 5 pro Spulenschenkel 3 vier Spulenstützelemente 15 zum axialen Abstützen der an dem jeweiligen Spulenschenkel 3 angeordneten Spulen 18 und 19 auf. Pro Spulenschenkel 3 sind zwei Spulenstützelemente 15 an der einen Halteeinheit 6 und die beiden anderen Spulenstützelemente 15 an der anderen Halteeinheit 7 angeordnet. Pro Spulenschenkel 3 sind die Spulenstützelemente 15 paarweise auf einander gegenüberliegenden Seiten des jeweiligen Spulenschenkels 3 angeordnet. Wie an der Halteeinheit 7 durch strichpunktierte Linien angedeutet, können zwischen benachbart angeordneten Spulenschenkeln 3 verlaufende Spulenstützelemente 15 monolithisch miteinander verbunden sein.
  • Ferner weist die Haltevorrichtung 5 pro Spulenstützelement 15 zwei zwischen der jeweiligen Halteeinheit 6 bzw. 7 und dem jeweiligen Spulenstützelement 15 angeordnete, nicht gezeigte Federelemente auf, die jeweils in eine Durchbrechung 16 an der jeweiligen Halteeinheit 6 bzw. 7 eingreifen. Die Haltevorrichtung 5 ist derart ausgebildet, dass die Federelemente bei an der Haltevorrichtung 5 angeordnetem Transformatorenstapelkern 2 mit daran angeordneten, durch strichpunktierte Linien angedeuteten Spulen 18 und 19 durch einen dabei gegebenen mittelbaren Kontakt über die Spulenstützelemente 15 mit wenigstens einer Spule 18 bzw. 19 elastisch verformt sind.
  • Fig. 2 zeigt eine schematische und perspektivische Darstellung des in Fig. 1 gezeigten Haltevorrichtung 5. Es sind insbesondere alle vier Abstandhalter 9 gezeigt.
  • Fig. 3 zeigt eine schematische und perspektivische Teilschnittdarstellung eines Abschnitts des in Fig. 1 gezeigten Transformators 1. Es sind die Spulen weggelassen, wodurch die Stützelemente 14 und deren jeweilige Anordnung an dem jeweiligen Spulenschenkel 3 besser zu erkennen sind.
  • Fig. 4 zeigt eine schematische und perspektivische Schnittdarstellung eines weiteren Abschnitts des in Fig. 1 gezeigten Transformators 1 im Bereich des Halteelements 11 der Halteeinheit 6 in einer ersten Variante. Es ist eine an dem Halteelement 11 ausgebildete Durchbrechung 16 gezeigt, in die ein Zapfen 20 des gezeigten Federelements 21 eingreift. An einer Stützplatte 22, die durch monolithisches Verbinden von zwischen benachbart angeordneten Spulenschenkeln 3 angeordneten, nicht gezeigten Spulenstützelementen gebildet ist, wie es in Fign. 1 und 3 angedeutet ist, ist für jedes Federelement 21 eine eigene Vertiefung 23 ausgebildet, in der das jeweilige Federelement 21 teilweise aufgenommen ist. An einem Boden 24 der Vertiefung 23 ist eine Ausnehmung 25 ausgebildet, in die ein weiterer Zapfen 26 des jeweiligen Federelements 21 eingreift. Jedes Federelement 21 ist monolithisch aus einem Elastomer hergestellt.
  • Fig. 5 zeigt eine schematische und perspektivische Schnittdarstellung eines weiteren Abschnitts des in Fig. 1 gezeigten Transformators 1 im Bereich des Halteelements 11 der Halteeinheit 6 in einer zweiten Variante. Es ist eine an dem Halteelement 11 ausgebildete Durchbrechung 16 gezeigt, in die ein Zapfen 17 des gezeigten plattenförmigen Federelements 27 eingreift. Das Federelement 27 stützt sich einseitig an einer Stützplatte 28 ab, die durch monolithisches Verbinden von zwischen benachbart angeordneten Spulenschenkeln 3 angeordneten, nicht gezeigten Spulenstützelementen gebildet ist, wie es in Fign. 1 und 3 angedeutet ist. Jedes Federelement 27 ist monolithisch aus einem Elastomer hergestellt.
  • Fig. 6 zeigt eine schematische Schnittdarstellung eines weiteren Ausführungsbeispiels für einen erfindungsgemäßen Transformator 29 in Form eines Drehstromtransformators. Der Transformator 29 unterscheidet sich im Wesentlichen dadurch von dem in den Fign. 1 bis 5 gezeigten Ausführungsbeispiel, dass der Transformatorenstapelkern 2 über großflächiger ausgebildete Federelemente 30 und 31 an der Halteeinheit 6 bzw. 7 und über jeweils zwei weitere Federelemente 32 an den Abstandhaltern 33 abgestützt ist, die separat zu den Fixiermitteln 8 angeordnet sind. Im Übrigen kann der Transformator 29 entsprechend den Fign. 1 bis 5 ausgebildet sein, weshalb zur Vermeidung von Wiederholungen im Übrigen auf die obige Beschreibung zu den Fign. 1 bis 5 verwiesen wird. Die Haltevorrichtung 5 weist zudem vier paarweise zwischen zwei benachbart zueinander angeordneten Spulenschenkeln 3 angeordnete Distanzstücke 34 auf, an dem die jeweiligen beiden Spulenschenkel 3 seitlich aneinander abgestützt sind.
  • Fig. 7 zeigt eine weitere schematische Schnittdarstellung des in Fig. 7 gezeigten Transformators 29 gemäß der Schnittebene A-A aus Fig. 6. Es ist zu sehen, dass die Federelemente 30 und 31 jeweils im Querschnitt U-förmig ausgebildet sind. Jeweils ein Verbindungsbereich 35 zwischen dem jeweiligen Joch 4 und dem jeweiligen Spulenschenkel 3 ist zwischen parallelen Schenkeln 36 des jeweiligen Federelements 36 angeordnet. Statt des jeweiligen U-förmig ausgebildeten Federelements 30 bzw. 31 können drei nicht gezeigte separat hergestellte Elemente entsprechend U-förmig angeordnet sein, wobei ein einen Schenkel ausbildendes Element als Federelement und das andere einen Schenkel ausbildende Element als Gleitkörper ausgebildet sein kann, während das diese beiden Elemente miteinander verbindende Element als Federelement ausgebildet sein kann.
  • Fig. 8 zeigt eine schematische Schnittdarstellung eines weiteren Ausführungsbeispiels für einen erfindungsgemäßen Transformator 37 in Form eines Drehstromtransformators. Der Transformator 35 unterscheidet sich insbesondere dadurch von dem in den Fign. 6 und 7 gezeigten Ausführungsbeispiel, dass jede Halteeinheit 6 bzw. 7 im Querschnitt U-förmig ausgebildet ist und somit zwei parallel verlaufende Schenkel 38 aufweist, zwischen denen das jeweilige Federelement 30 bzw. 31 aufgenommen ist. Die mechanischen Fixiermittel der Halteeinheit 5 sind nicht gezeigt. Zwischen den freien Enden der Schenkel 38 und wenigstens einer Spule 18 bzw. 19 ist jeweils ein Federelement 41 angeordnet, das durch den Kontakt mit der jeweiligen Spule 18 bzw. 19 elastisch verformt ist.
    • Bezugszeichenliste
    • 1
    Transformator
    2
    Transformatorenstapelkern
    3
    Spulenschenkel
    4
    Joch
    5
    Haltevorrichtung
    6
    Halteeinheit
    7
    Halteeinheit
    8
    Fixiermittel von 5
    9
    Abstandhalter von 5
    10
    Halteelement
    11
    Halteelement
    12
    Fixiermittel von 6, 7
    13
    Abstandhalter von 6, 7
    14
    Stützelement
    15
    Spulenstützelement
    16
    Durchbrechung an 10, 11
    17
    Zapfen von 27
    18
    Spule
    19
    Spule
    20
    Zapfen von 21
    21
    Federelement
    22
    Stützplatte
    23
    Vertiefung an 22
    24
    Boden von 23
    25
    Ausnehmung an 23
    26
    Zapfen von 21
    27
    Federelement
    28
    Stützplatte
    29
    Transformator
    30
    Federelement
    31
    Federelement
    32
    Federelement
    33
    Abstandhalter
    34
    Distanzstück
    35
    Verbindungsbereich zwischen 3 und 4
    36
    Schenkel von 30, 31
    37
    Transformator
    38
    Schenkel von 6, 7
    39
    Gewindestange von 8
    40
    Gewindestange von 12
    41
    Federelement

Claims (11)

  1. Haltevorrichtung (5) zum Halten eines weichmagnetischen Transformatorenstapelkerns (2) mit Schichten mit einer amorphen und/oder nanokristallinen Gefügestruktur aus einer Eisenlegierung, insbesondere einer FeSiB-Legierung, wobei der Transformatorenstapelkern (2) wenigstens zwei parallel zueinander verlaufende Spulenschenkel (3) und zwei mit einander gegenüberliegenden Enden der Spulenschenkel (3) verbundene Joche (4) aufweist, aufweisend
    - wenigstens zwei Halteeinheiten (6, 7), die jeweils derart an einem der beiden Joche (4) anordbar sind, dass die Halteeinheiten (6, 7) an einander gegenüberliegenden Endbereichen des Transformatorenstapelkerns (2) angeordnet sind, und
    - wenigstens ein an den beiden Halteeinheiten (6, 7) angreifendes mechanisches Fixiermittel (8), über das die beiden Halteeinheiten (6, 7) zerstörungsfrei lösbar miteinander verbunden sind, gekennzeichnet durch
    - wenigstens einen zwischen den Halteeinheiten (6, 7) eingespannten Abstandhalter (9, 33) und
    - wenigstens ein zwischen wenigstens einer Halteeinheit (6, 7) und dem Transformatorenstapelkern (2) anordbares Federelement (21, 27, 30, 31, 32),
    - wobei die Haltevorrichtung (5) derart ausgebildet ist, dass das Federelement (21, 27, 30, 31, 32) bei an der Haltevorrichtung (5) angeordnetem Transformatorenstapelkern (2) durch einen dabei gegebenen zumindest mittelbaren Kontakt mit dem Transformatorenstapelkern (2) elastisch verformt ist.
  2. Haltevorrichtung (5) nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass wenigstens eine Halteeinheit (6, 7) aufweist
    - wenigstens zwei Halteelemente (10, 11), die an einander gegenüberliegenden Jochendbereichen des jeweiligen Jochs (4) anordbar sind,
    - wenigstens ein an den beiden Halteelementen (10, 11) angreifendes mechanisches Fixiermittel (12), über das die beiden Halteelemente (10, 11) zerstörungsfrei lösbar miteinander verbunden sind,
    - wenigstens einen zwischen den Halteelementen (10, 11) eingespannten Abstandhalter (13) und
    - wenigstens ein zwischen wenigstens einem Halteelement (10, 11) und dem jeweiligen Joch (4) anordbares Federelement (21, 27, 30, 31),
    - wobei die Halteeinheit (6, 7) derart ausgebildet ist, dass das Federelement (21, 27, 30, 31) bei an der Haltevorrichtung (5) angeordnetem Transformatorenstapelkern (2) durch einen dabei gegebenen zumindest mittelbaren Kontakt mit dem Transformatorenstapelkern (2) elastisch verformt ist.
  3. Haltevorrichtung (5) nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass wenigstens ein Federelement (30, 31) derart U-förmig ausgebildet ist, dass es den Transformatorenstapelkern (2) entlang zumindest eines Abschnitts des jeweiligen Jochs (4) derart formschlüssig umgreift, dass sich ein Verbindungsbereich (35) zwischen den Spulenschenkeln (3) und dem jeweiligen Joch (4) zwischen parallelen Schenkeln (36) des Federelements (35) befindet.
  4. Haltevorrichtung (5) nach einem der Ansprüche 1 bis 3, gekennzeichnet durch wenigstens ein zumindest teilweise zwischen dem Abstandhalter (33) und dem Transformatorenstapelkern (2) anordbares Federelement (32), wobei die Haltevorrichtung (5) derart ausgebildet ist, dass das Federelement (32) bei an der Haltevorrichtung (5) angeordnetem Transformatorenstapelkern (2) durch einen dabei gegebenen zumindest mittelbaren Kontakt mit dem Transformatorenstapelkern (2) elastisch verformt ist.
  5. Haltevorrichtung (5) nach einem der Ansprüche 1 bis 4, gekennzeichnet durch wenigstens ein zwischen zwei benachbart zueinander angeordneten Spulenschenkeln anordbares Distanzstück (34), an dem die beiden Spulenschenkel (3) seitlich aneinander abgestützt sind.
  6. Haltevorrichtung (5) nach einem der Ansprüche 1 bis 5, gekennzeichnet durch wenigstens zwei auf einander gegenüberliegenden Seiten eines Spulenschenkels (3) anordbare Stützelemente (14), die jeweils endseitig mit den beiden Halteeinheiten (6, 7) verbunden sind.
  7. Haltevorrichtung (5) nach einem der Ansprüche 1 bis 6, gekennzeichnet durch
    - wenigstens vier Spulenstützelemente (15) zum axialen Abstützen von an einem Spulenschenkel (3) angeordneten Spulen (18, 19), wobei zwei Spulenstützelemente (15) an der einen Halteeinheit (6, 7) und die beiden anderen Spulenstützelemente (15) an der anderen Halteeinheit (6, 7) angeordnet sind, wobei die Spulenstützelemente (15) paarweise auf einander gegenüberliegenden Seiten des Spulenschenkels (3) anordbar sind, und
    - pro Spulenstützelement (15) wenigstens ein entweder zwischen der jeweiligen Halteeinheit (6, 7) und dem jeweiligen Spulenstützelement (15) oder zwischen dem jeweiligen Spulenstützelement (15) und den jeweiligen Spulen (18, 19) angeordnetes bzw. anordbares Federelement (21, 27, 41),
    - wobei die Haltevorrichtung (5) derart ausgebildet ist, dass das Federelement (21, 27, 41) bei an der Haltevorrichtung (5) angeordnetem Transformatorenstapelkern (2) mit daran angeordneten Spulen (18, 19) durch einen dabei gegebenen zumindest mittelbaren Kontakt mit wenigstens einer Spule (18, 19) elastisch verformt ist.
  8. Haltevorrichtung (5) nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, dass eine mit dem jeweiligen Federelement (21, 27, 30, 31, 32, 41) aufbringbare Rückstellkraft separat einstellbar ist.
  9. Transformator (1, 29, 37), insbesondere Drehstromtransformator, aufweisend
    - wenigstens einen weichmagnetischen Transformatorenstapelkern (2) mit Schichten mit einer amorphen und/oder nanokristallinen Gefügestruktur aus einer Eisenlegierung, insbesondere einer FeSiB-Legierung, wobei der Transformatorenstapelkern (2) wenigstens zwei parallel zueinander verlaufende Spulenschenkel (3) und zwei mit einander gegenüberliegenden Enden der Spulenschenkel (3) verbundene Joche (4) aufweist, und
    - wenigstens eine Haltevorrichtung (5) zum Halten des Transformatorenstapelkerns (2), dadurch gekennzeichnet, dass die Haltevorrichtung (5) nach einem der Ansprüche 1 bis 8 ausgebildet ist.
  10. Transformator (1, 29, 37) nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, dass die Spulenschenkel (3) und die Joche (4) jeweils durch einen Stapel aus stoffschlüssig miteinander verbundenen Verbundkörpern gebildet sind, wobei jeder Verbundkörper aus stoffschlüssig miteinander verbundenen, abgelängten Verbundabschnitten eines bandförmigen Mehrkomponentenverbunds gebildet ist, wobei der Mehrkomponentenverbund wenigstens zwei stoffschlüssig miteinander verbundene Verbundlagen aufweist, wobei jede Verbundlage aus einem Folienverbund gebildet ist, wobei jeder Folienverbund wenigstens zwei bandförmige, weichmagnetische Folien mit einer amorphen und/oder nanokristallinen Gefügestruktur aus einer Eisenlegierung, insbesondere einer FeSiB-Legierung, aufweist, wobei die Folien stoffschlüssig miteinander verbunden sind.
  11. Transformator (1, 29, 37) nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, die Verbundlagen jeweils aus einem längsgeteilten Folienverbund gebildet sind, wobei der eine Folienverbund bezüglich einer Querschnittsbreite des jeweiligen Verbundkörpers an einer anderen Stelle längsteilt ist als der benachbart zu dem Folienverbund angeordnete weitere Folienverbund.
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