EP3577664B1

EP3577664B1 - Elektrisches gerät mit einem formkomplementär zum aktivteil ausgestalteten kessel

Info

Publication number: EP3577664B1
Application number: EP18710397.3A
Authority: EP
Inventors: Markus Baumann; Klaus Delatron; Julian Kraus; Manfred Montag; Erwin Sauer; Christer Vogt; David Weber
Original assignee: Siemens AG
Current assignee: Siemens Energy Global GmbH and Co KG
Priority date: 2017-04-04
Filing date: 2018-03-05
Publication date: 2020-12-16
Anticipated expiration: 2038-03-05
Also published as: WO2018184775A1; EP3577664A1; PL3577664T3; CN110462762A; DE102017205752A1; CN110462762B

Description

Die Erfindung betrifft ein elektrisches Gerät zum Anschluss an eine Hochspannung mit einem Aktivteil, das einen magnetisierbaren Kern und wenigstens eine Wicklung aufweist, die zum Erzeugen eines magnetischen Flusses im Kern eingerichtet ist, und einem mit einem Isolierfluid befüllbaren Kessel, in dem das Aktivteil angeordnet ist, wobei der Kessel eine Innenwandung ausbildet, die formkomplementär zur Außenkontur der Wicklung oder der Wicklungen ausgebildet ist.
Ein solches elektrisches Gerät ist beispielsweise aus der JP H02 244703 A bekannt. Das dort beschriebene elektrische Gerät verfügt über einen magnetisierbaren Kern, der einen geschlossenen Magnetkreis ausbildet. Ein Schenkel des Kerns in von einer Wicklung umschlossen, so dass die Wicklung einen magnetischen Fluss im Kern erzeugen kann. Kern und Wicklungen sind in einem Tank angeordnet, der formkomplementär zur außenliegenden Wicklung ausgebildet ist. Der Tank weist also außen rundliche Gestalt auf.
Die JP S 61 135104 A , CN 202 720 994 U , JP H 09 35957 A zeigen ebenfalls eine solches elektrisches Gerät.
Die WO 2016/038222 A1 offenbart einen Bahntransformator mit einem an die Kontur der Wicklungen angepassten Tank, wobei der Kern teilweise außerhalb des Tanks angeordnet ist. Weiterer Stand der Technik ist aus der EP 3 048 623 A1 , CN 204 010 978 U , JP S 61 174704 A , CN 204 204 561 U , CN 104 465 038 A , CN 204 834 288 U , US 2014/075744 A1 , CN 204 651 148 U , GB 1 454 501 A , US 3 366 907 A , CN 204 155 755 U , GB997483 , CH487485 , US2013/0147594 A1 und der US 8,558,651 B2 bekannt.
Im Markt werden Bahntransformatoren angeboten, die zur Montage an einem Schienenfahrzeug, wie beispielsweise an einer Lokomotive oder einem Triebwagen, vorgesehen sind. Bahntransformatoren dienen zur Bereitstellung einer gewünschten Traktionsspannung für den Antrieb der Lokomotive oder des Triebwagens in Abhängigkeit verschiedener Eingangsspannungen. Der vorbekannte Bahntransformator weist einen auf Erdpotenzial liegenden Kessel auf, der mit einem Isolierfluid, beispielsweise einer Esterflüssigkeit, befüllt ist. In dem Kessel ist das so genannte Aktivteil des Transformators angeordnet, das einen aus magnetisierbaren Blechen bestehenden Kern sowie wenigstens zwei einen Abschnitt des Kerns konzentrisch umschließende Wicklungen umfasst. Zum Anschluss des Transformators an eine Hochspannung ist der Kessel mit Durchführungen ausgerüstet.
Dem vorbekannten elektrischen Gerät haftet der Nachteil, dass der Kessel raumgreifend ausgestaltet ist und das elektrische Gerät ein hohes Eigengewicht aufweist. Insbesondere bei Bahnanwendungen ist jedoch ein kompakter, leichter Aufbau wünschenswert.
Aufgabe der Erfindung ist es daher, ein elektrisches Gerät der eingangs genannten Art bereitzustellen, das kompakt ausgestaltet ist und ein geringes Eigengewicht aufweist.
Die Erfindung löst diese Aufgabe dadurch, dass das elektrische Gerät Anschlussleitungen und eine Verteileinrichtung umfasst, wobei die Anschlussleitungen jeweils an ihrem Wicklungsende mit einer Wicklung und an ihrem Verteilerende mit der Verteileinrichtung verbunden sind, wobei der Kern zumindest eine abgeschrägte Kernecke ausbildet und die Verteileinrichtung im Bereich der abgeschrägten Kernecke angeordnet ist.
Im Rahmen der Erfindung ist der Kessel nicht, wie beim Stand der Technik, kastenförmig ausgebildet. Vielmehr ist die Kesselform an die Außenkontur zumindest einer der Wicklungen angepasst. Vorteilhafterweise ist der Kessel formkomplementär zu jeder Wicklung ausgebildet, die die Außenkontur der Wicklungen definiert. Dabei hält der Kessel einen Abstand zu den Wicklungen ein, der ausreichend ist, um die gewünschte Spannungsfestigkeit des elektrischen Geräts sicherzustellen. Aufgrund der über den gesamten Umfang des Kessels hinweg formkomplementären Ausgestaltung des Kessels zumindest im Bereich der Wicklungen weist dieser ein geringeres Innenvolumen auf, so dass der Kessel mit weniger Isolierfluid befüllt werden muss. Aufgrund des geringeren Isolierfluidvolumens ist das elektrische Gerät leichter und kompakter als ein elektrisches Gerät gemäß dem Stand der Technik mit einem kastenförmigen Kessel. Im Hinblick auf die geringere Menge an Isolierfluid ergeben sich auch Kostenvorteile. Die formkomplementäre Ausgestaltung des Kessels ist im Rahmen der Erfindung vollumfänglich und nicht auf Anpassungen im Boden oder Deckelbereich des Kessels beschränkt.
Erfindungsgemäß sind Anschlussleitungen vorgesehen, die jeweils an ihrem Wicklungsende mit einer Wicklung und an ihrem Verteilerende mit einer Verteileinrichtung verbunden sind, wobei der Kern zumindest eine abgeschrägte Kernecke ausbildet und die Verteileinrichtung im Bereich der abgeschrägten Kernecke angeordnet ist. Das Aktivteil des so ausgeführten erfindungsgemäßen elektrischen Geräts verfügt über einen Kern mit abgeschrägten Kernecken. Die abgeschrägten Kernecken stellen im Vergleich zu einem vorbekannten Aktivteil einen zusätzlichen Bauraum für eine Verteileinrichtung bereit. Die Verteileinrichtung ist wiederum mit den Anschlussleitungen verbunden, die sich gemäß dem Stand der Technik oberhalb der Wicklungen erstrecken. Aufgrund der formkomplementären Anpassung des Kessels an zumindest Abschnitte des Aktivteils kann die ansonsten über den Wicklungen angeordnete Verteileinrichtung im Bereich der abgeschrägten Kernecke angeordnet werden, so dass das Aktivteil kompakter ausgestaltet ist und eine formkomplementäre Ausgestaltung des Kessels unterstützt wird. Die Anschlussleitungen sind bevorzugt isolierte Rundleiter.
Bei einer Variante weist das Aktivteil mehrere Wicklungen, beispielsweise vier Wicklungen auf, wobei jeweils zwei Wicklungen konzentrisch zueinander angeordnet sind und einen gemeinsamen Schenkel des Kerns umschließen. Hierbei handelt es sich beispielsweise um eine innere Unterspannungswicklung und um eine die Unterspannungswicklung umschließende Oberspannungswicklung. Der Kern weist zweckmäßigerweise einen weiteren Schenkel auf, der ebenfalls von einer Unter- beziehungsweise Oberspannungswicklung umschlossen ist. Die beiden Unterspannungs- und Oberspannungswicklungen sind dabei beispielsweise in Reihe geschaltet. Bei dieser Ausgestaltung des erfindungsgemäßen elektrischen Geräts definieren lediglich die Oberspannungswicklungen die Außenkontur des Aktivteils. Der Kessel ist in diesem Fall formkomplementär zur Außenkontur der beiden Oberspannungswicklungen ausgestaltet, die beispielsweise nebeneinander angeordnet sind, wobei sich die Schenkel der beiden Oberspannungswicklungen parallel zueinander erstrecken. Die Innenwandung des Kessels folgt mit anderen Worten der Außenkontur der äußeren Wicklungen vollumfänglich.
Selbstverständlich können auch drei oder mehr Schenkel im Rahmen der Erfindung vorgesehen sein, wobei jeder Schenkel mit einer Unter- und Oberspannungswicklung ausgerüstet ist.
Vorteilhafterweise bildet der Kessel eine Innenwandung aus, deren Dimensionierung an Aktivteilabschnitte angepasst ist, mit denen das Aktivteil die Außenkontur der Wicklung oder der Wicklungen überragt. Gemäß dieser Weiterentwicklung der Erfindung schmiegt sich der Kessel zumindest in seiner inneren Ausgestaltung nicht nur an die Außenkontur der äußeren Wicklungen an. Vielmehr ist der Kessel auch formkomplementär zu weiteren Abschnitten des Aktivteils ausgestaltet, die ebenfalls die Außenkontur des Aktivteils festlegen. So verfügt der Kern in der Regel über ein unteres und oberes Joch, die sich oberhalb beziehungsweise unterhalb der Stirnseiten der jeweiligen Wicklungen erstrecken. An dem oberen und unteren Joch ist in der Regel ein Pressrahmen vorgesehen, mit dem flächig aneinander anliegende magnetisierbare Bleche des Kerns gegeneinander gepresst werden. Das obere und untere Joch definieren zusammen mit dem jeweiligen Pressrahmen dann die Außenkontur des Aktivteils, die nicht von den Wicklungen definiert wird. Während die Wicklungen jedoch eine in der Regel zylinderförmige Außenkontur definieren, weicht die restliche Außenkontur des Aktivteils hiervon beträchtlich ab. Die formkomplementäre Anpassung des Kessels an diese etwas komplexere Außenkontur ist daher darauf begrenzt, eine kastenförmige Einhüllende zu bilden. Damit ist gemeint, dass der Kessel in seiner Ausgestaltung nicht jede Schraube oder jeden Bolzen nachbildet, sondern den gesamten Abschnitt mit einer kastenförmigen und teilweise abgerundeten Kontur nachbildet. Diese kastenförmige Kontur begrenzt dann einen Innenraum, der die spannungsfeste Aufnahme der besagten Aktivteilabschnitte ermöglicht, jedoch gleichzeitig das Innenvolumen des Kessels auf ein Minimieren begrenzt.
Vorteilhafterweise bildet der Kessel einen hohlzylindrischen Mittenabschnitt aus, der zur Aufnahme wenigstens einer Wicklung vorgesehen ist. Wird die Außenkontur des Aktivteils abschnittsweise von nur einer Wicklung bestimmt, die eine zylindrische Außenkontur aufweist, bildet der Kessel im Rahmen der Erfindung einen hierzu passenden Hohlzylinder aus, der die Wicklung vollumfänglich umschließt.
Bei einer Weiterentwicklung hierzu bildet der Kessel mehrere hohlzylindrische Mittenabschnitte aus, die jeweils zur Aufnahme wenigstens einer Wicklung vorgesehen ist, wobei die hohlzylindrischen Mittenabschnitte einander überschneiden, so dass ein gemeinsamer Innenraum ausgebildet ist. Diese Variante der Erfindung wird bei einem Aktivteil eingesetzt, das mehrere parallel ausgerichtete und nebeneinander liegende äußere Wicklungen aufweist. Auch hier kann jede äußere Wicklung konzentrisch zu einer inneren Wicklung angeordnet sein. Jede dieser äußeren Wicklungen ist in einem zugeordneten Mittenabschnitt des Kessels angeordnet, wobei jeder einzelne Mittenabschnitt die in ihm gelagerte äußere Wicklung nicht mehr vollumfänglich umschließt, sondern an einer Seite der Wicklung in einen benachbarten Mittenabschnitt übergeht. Die Summe der Mittenabschnitte umschließt alle äußeren Wicklungen vollumfänglich formkomplementär.
Vorteilhafterweise verfügt der Kessel über eine Kesselwanne und einen isolierfluiddicht mit der Kesselwanne verbundenen Kesseldeckel. Dabei sind Kesselwanne und Kesseldeckel wieder formkomplementär zur Außenkontur der äußeren Wicklung und gegebenenfalls formkomplementär zu Aktivteilabschnitten ausgebildet, die darüber hinaus die Außenkontur des Aktivteils festlegen.
Zweckmäßigerweise verfügt der Kessel über Befestigungsmittel zum Befestigen des elektrischen Geräts an einem schienengeführten Fahrzeug. Bei dieser Ausgestaltung der Erfindung ist das erfindungsgemäße elektrische Gerät als Bahntransformator ausgeführt.
Gemäß einer diesbezüglich zweckmäßigen Weiterentwicklung umfassen die Befestigungsmittel zwei sich in Längsrichtung des Aktivteils erstreckende Befestigungsbolzen, die sich an den beiden Außenseiten des Kessels erstrecken. Aufgrund der beiden Befestigungsbolzen kann das erfindungsgemäße elektrische Gerät zuverlässig und leicht am Schienenfahrzeug montiert werden.
Zweckmäßigerweise erstreckt sich das Aktivteil in der befestigten Stellung des elektrischen Geräts in seiner Längsrichtung horizontal, wobei die Kesselwanne unterhalb des Aktivteils und der Kesseldeckel oberhalb des Aktivteils angeordnet ist. Mit anderen Worten ist das hier als Bahntransformator ausgebildete elektrische Gerät horizontal am Schienenfahrzeug verbaut, wobei die Kesselwanne das Aktivteil trägt. So ist beispielsweise das Aktivteil an der Innenwandung der Kesselwanne befestigt, wobei die Befestigung des elektrischen Geräts ebenfalls über Befestigungsmittel erfolgt, die an der Kesselwanne angebracht sind. Der Kesseldeckel dient lediglich zum fluiddichten Abschirmen und Verschließen der Kesselwanne, so dass ein fluiddichter Innenraum bereitgestellt ist. Als Isolierfluid eignet sich beispielsweise eine Flüssigkeit, dessen wesentlicher Bestandteil ein oder mehrere Ester ist bzw. sind.
Vorteilhafterweise ist der Kessel mit einem Durchführungsanschlussfeld ausgerüstet. Das Durchführungsanschlussfeld dient zum einfachen Anschluss des erfindungsgemäßen elektrischen Geräts mit externen Komponenten, wie beispielsweise Umrichtern, Schaltern und dergleichen.
Gemäß einer bevorzugten Ausgestaltung der Erfindung hält der Kessel einen Mindestabstand zu der Außenkontur der Wicklungen und gegebenenfalls auch zu der Außenkontur von Abschnitten des Aktivteils ein, mit welchen das Aktivteil die Außenkontur der Wicklungen überragt, wobei der Mindestabstand im Bereich von 25-50 mm liegt. Es hat sich gezeigt, dass insbesondere bei Bahnanwendungen mit den hierbei auftretenden Hochspannungen ein Abstand von 25-50mm ausreichend ist, um die notwendige Spannungsfestigkeit im Zusammenhang mit den markterhältlichen Isolierfluiden sicherzustellen.
Vorteilhafterweise verläuft jeder Anschlussleiter an einer Außenseite einer Wicklung, die von jeder benachbarten Wicklung abgewandt ist. Die Anschlussleiter verlaufen gemäß dieser vorteilhaften Weiterentwicklung somit nicht länger oberhalb der Wicklungen, so dass das Erfordernis eines zusätzlichen Innenvolumens im Kessel vermieden ist. Die Anschlussleitungen erstrecken sich bei dieser Variante der Erfindung von einer an der Außenseite der Wicklungen angeordneten Wicklungsanzapfung an der besagten Außenseite der Wicklung entlang, die von jeder anderen Wicklung abgewandt ist. An dieser Außenseite ist im Rahmen der Erfindung die abgeschrägte Kernecke ausgebildet, in dessen Umgebung die Verteilereinheit zumindest teilweise angeordnet ist. Ist das Aktivteil beispielsweise mit zwei Wicklungsanordnungen ausgerüstet, weist jede äußere Wicklung der Wicklungsanordnung eine Seite auf, die der anderen parallelen Wicklungsanordnung zugewandt ist. Darüber hinaus bildet die Wicklungsanordnung jedoch auch eine von der anderen Wicklungsanordnung abgewandte Seite aus, die hier als Außenseite der Wicklung oder Wicklungsanordnung bezeichnet wird. Die Anschlussleitungen sind an dieser Außenseite entlang direkt zur Verteileinrichtung geführt, so dass eine aufwändige und raumgreifende Kabelsammlung vermieden ist. Die Anzapfungen der Wicklungen sind ebenfalls an der Außenseite angeordnet. Eine Wicklungsanordnung weist bevorzugt zwei konzentrisch angeordnete Wicklungen auf, beispielsweise eine Ober- und eine Unterspannungswicklung.
Gemäß einer weiteren Variante der Erfindung verfügt das elektrische Gerät über wenigstens einen Pressrahmen, der zum Verspannen des Kerns mit Hilfe von Jochbolzen vorgesehen ist, wobei der Kern über die Jochbolzen fest am Kessel befestigt ist. Das gemäß dieser Variante bereit gestellte elektrische Gerät, das beispielsweise als Transformator, insbesondere Bahntransformator, oder als Drossel ausgeführt ist, ist durch eine einfache Befestigung zwischen Kern und Kessel gekennzeichnet. Hierzu werden die Jochbolzen des Pressrahmens, die üblicherweise nur zum Verklemmen der Kernbleche dienen, auch zur Befestigung des Kerns am Kessel eingesetzt.
Die Jochbolzen können im Rahmen der Erfindung grundsätzlich beliebig ausgestaltet sein. Bei einer bevorzugten Ausführung der Erfindung sind die Jochbolzen kreiszylindrisch ausgestaltet und an beiden Enden mit einem Außengewinde versehen. Dabei sind im Kern Durchgangsbohrungen vorgesehen, durch welche sich die Jochbolzen erstrecken. Entsprechende Durchführungsöffnungen sind auch in den beiden Pressbalken jedes Pressrahmens vorgesehen, die bevorzugt am oberen beziehungsweise unteren Joch einander gegenüberliegen, wobei das jeweilige Joch zwischen ihnen angeordnet ist. Die Jochbolzen erstrecken sich sowohl durch das jeweilige Joch als auch durch die beiden Pressbalken des Pressrahmens. Durch Aufschrauben von Muttern können die Bleche des Kerns miteinander verklemmt werden. Vorteilhafterweise erstrecken sich die besagten Jochbolzen in ein fest mit dem Kessel verbundenes Befestigungsmittel. Das Befestigungsmittel kann als einfache Gewindeplatte an der Kesselwandung ausgeführt sein. Das freie Ende der Jochbolzen wird in der Gewindeplatte verschraubt. Es ist selbstverständlich auch möglich, dass der Jochbolzen mehrere Muttern oder entsprechende schraubbare Halter oder Komponenten aufweist. So ist es beispielsweise möglich, dass der Pressrahmen auf dem Kessel nicht aufliegt, sondern eine Zwischenmutter vorgesehen ist, die den Pressrahmen und somit den gesamten Kern mit Abstand zum Boden des Kessels hält.
Bevorzugt ist jedoch, dass das Befestigungsmittel eine Befestigungshülse ist, die innen am Kesselboden befestigt ist. Die Befestigungshülse ragt vom Kesselboden auf und ist beispielsweise mit einem Innengewinde ausgerüstet, das mit einem Außengewinde eines der Jochbolzen im Eingriff steht.
Gemäß einer weiteren Variante der Erfindung ist eine Klemmeinheit zum Erzeugen einer Klemmkraft vorgesehen, mit der jede Wicklung am Kern verspannt ist, wobei die Klemmeinheit keine Zugmittel aufweist und die von den Klemmeinheit erzeugte Klemmkraft allein über den Kern übertragen und in jede Wicklung eingeleitet wird. Bei dieser Weiterentwicklung ist ein Aktivteil bereitgestellt, bei dem die Klemmkraft allein über den Kern sowie über die mit dem Kern fest verbundenen Spannrahmen in die Wicklung eingeleitet wird. Zugmittel wie Zugstangen oder Zugpressplatten, mit denen eine verspannte Halterung der Wicklungsenden ermöglicht ist, sind im Rahmen der Erfindung überflüssig geworden. Unter einer Zugpressplatte eine am Kernschenkel entlang verlaufendes flächiges Zugmittel zu verstehen. Da die vorbekannten Zugmittel fehlen, ist das erfindungsgemäße Aktivteil in seiner Konstruktion einfacher geworden. Es benötigt weniger Bauteile als ein Aktivteil gemäß dem Stand der Technik und kann somit kompakter, mit anderen Worten platzsparender, ausgebildet sein, so dass die formkomplementäre Ausgestaltung des Kessels erleichtert wird. Darüber hinaus ist eine leichtere Montierbarkeit gewährleistet.
Vorteilhafterweise weist der Kern wenigstens einen Kernschenkel auf, der von wenigstens einer Wicklung umschlossen ist und der sich zwischen einem unteren und einem oberen Joch erstreckt, wobei jede Wicklung zwischen dem oberen und dem unteren Joch mit Hilfe einer Klemmeinheit verspannt gehalten ist. Grundsätzlich kann die Klemmeinheit beliebig ausgeführt sein. So ist es beispielsweise möglich, im Rahmen der Erfindung einen hydraulischen Zylinder als Klemmeinheit zu verwenden. Hydraulische Zylinder weisen jedoch den Nachteil auf, dass diese während der gesamten Betriebszeit des Aktivteils geregelt werden müssen, um bei den wechselnden Temperaturen eines Isolierfluids, in dem das Aktivteil beim Betrieb angeordnet ist, keinen mit der Temperatur des Isolierfluids schwankenden Wicklungsdruck in die Wicklungen einzuleiten.
Gemäß einer bevorzugten Ausgestaltung der Erfindung ist die Klemmeinheit daher ein einfacher, einstückiger Klemmklotz. Der Klemmklotz ist so dimensioniert, dass er den bei dem Verspannen der Wicklung entstehenden zusätzlichen Bauraum, der z.B. von einem auf den Wicklungen aufliegenden Pressring und dem oberen Joch definiert wird, ausfüllt. Die Wicklung kann daher vorgespannt und anschließend der Klemmklotz zwischen Kern und Pressring positioniert werden. Nach dem Entfernen der Mittel zum Vorspannen der Wicklung, verhindert der Klemmklotz ein weiteres Entspannen der Wicklungen und sorgt dafür, dass die Wicklungen verspannt bleiben. Der Klemmklotz ist beispielsweise ein einfacher massiver Festkörper, der aus einem elektrisch nicht leitfähigen und nicht magnetisierbaren Material, beispielsweise einem diamagnetischen Material, einem Isolierstoff aus Kunststoff, Holz oder dergleichen, besteht.
Unter magnetisierbaren Materialien sind hier ferromagnetische Materialien zu verstehen.
Abweichend hiervon umfasst die Klemmeinheit aneinander anliegende und gegeneinander verschiebbare Klemmkeile, die mit Arretierungsmitteln ausgerüstet sind, die ein gegenseitiges Festsetzen der Klemmkeile in einer gewünschten Klemmstellung ermöglichen. Bei dieser im Rahmen der Erfindung bevorzugten Variante kann die Dimensionierung der Klemmeinheit an den beim Verspannen der Wicklungen entstehenden Raum, der jeweils zwischen dem Kern beziehungsweise dem Spannrahmen und der dem auf der Wicklung aufliegenden Wicklungsring entsteht, angepasst werden. So wird beispielsweise zunächst über ein hydraulisches System die Klemmkraft in die Wicklung eingeleitet und anschließend die Klemmeinheit in den zwischen den vom Wicklungsring und dem Spannrahmen beziehungsweise dem oberen oder unteren Joch begrenzten Zwischenraum eingefügt. Hierbei werden die Klemmkeile zunächst so gegeneinander verschoben, dass die Klemmeinheit mit ausreichend Spiel und somit bequem in den besagten Zwischenraum eingeführt werden kann. Anschließend werden die Keile so gegeneinander verschoben, dass sich die Klemmeinheit vergrößert und schließlich den gesamten Zwischenraum ausfüllt. In dieser Stellung der Klemmkeile, also in dieser Klemmstellung, werden die Klemmkeile mit Hilfe der Arretierungsmittel festgesetzt. Anschließend können die Hydraulikmittel entfernt werden, wobei die arretierten Klemmkeile die Wicklungen am Kern beziehungsweise Spannrahmen festklemmen und in der festgeklemmten Position halten.
Weitere zweckmäßige Ausgestaltungen und Vorteile der Erfindung sind Gegenstand der nachfolgenden Beschreibung von Ausführungsbeispielen der Erfindung unter Bezug auf die Figuren der Zeichnung, wobei gleiche Bezugszeichen auf gleich wirkende Bauteile verweisen und wobei

Figur 1: einen vorbekannten Kessel für ein elektrisches Gerät gemäß dem Stand der Technik und
Figur 2: ein Ausführungsbeispiel des erfindungsgemäßen elektrischen Geräts,
Figur 3: eine perspektivische Teilansicht des Aktivteils eines weiteren Ausführungsbeispiel des erfindungsgemäßen elektrischen Geräts und
Figur 4: das Aktivteil gemäß Figur 2 mit Verteilleiste, Anschlussleitungen und Durchführungssystem schematisch verdeutlichen.

Figur 1 zeigt eine Kesselwanne 1 eines vorbekannten Kessels, der quaderförmig ausgestaltet ist, wobei seine beiden unteren Längskanten 2 und 3 abgeschrägt sind. Zur Befestigung der Kesselwanne 1 sind Befestigungsarme 4 vorgesehen, die jeweils mit Befestigungsmitteln 5 ausgerüstet sind. Ferner ist ein Ölablass 6 an der Kesselwanne 1 erkennbar. Im oberen Bereich weist die Kesselwanne 1 einen Befestigungsflansch 7 auf, der zur fluiddichten Befestigung eines figürlich nicht dargestellten Kesseldeckels dient.
Die in Figur 1 gezeigte Kesselwanne 1 ist zur Aufnahme eines Aktivteils eines Bahntransformators eingerichtet, wobei das Aktivteil an der Innenseite des Wannenbodens 8 befestigt wird. Das Aktivteil weist einen Kern mit zwei Kernschenkeln auf, die jeweils von zwei konzentrisch zueinander angeordneten Wicklungen umschlossen sind. An ihrer einander zugewandten Seite bilden die Wicklungen einen so genannten Zwickel aus. Die Befestigung des Aktivteils im Kessel 1 erfolgt in horizontaler Lage. Mit anderen Worten erstrecken sich die Wicklungen in ihrer Längsrichtung parallel zum Wannenboden, so dass eine im Wannenboden vorgesehene Erhebung 9 im Wesentlichen in Richtung des besagten Zwickels, verläuft der von der beiden äußeren Wicklungen begrenzt wird.
Figur 2 zeigt ein Ausführungsbeispiel des erfindungsgemäßen elektrischen Geräts 21, wobei jedoch lediglich der äußere Kessel 10 erkennbar ist. Auch hier ist der Kessel 10 aus einer Kesselwanne 11 sowie aus einem Kesseldeckel 12 zusammengesetzt. Dazu bilden sowohl die Kesselwanne 11 als auch der Kesseldeckel 12 jeweils einen Flansch 13 aus, zwischen denen ein Dichtmittel verklemmt werden kann, so dass innerhalb des Kessels 10 ein fluiddichter Ölraum bereitgestellt ist.
Es ist erkennbar, dass der Kessel 10 abschnittsweise rundlich ausgebildet ist, wobei zwei hohlzylinderförmige Mittenabschnitte 14 und 15 ausgebildet sind. In diesen hohlen zylinderförmigen Mittenabschnitten 14, 15 erstreckt sich jeweils eine Wicklungseinheit. Eine Wicklungseinheit umfasst jeweils zwei konzentrisch zueinander angeordnete Wicklungen, eine äußere Oberspannungswicklung und eine innere Unterspannungswicklung. Beide Wicklungen umschließen einen Schenkel des Kerns. Die Oberspannungswicklungen weisen einen Abstand von 30mm zur Innenwandung des Mittenabschnitts 14 beziehungsweise 15 auf. Auf diese Weise ist eine zur Außenkontur der Wicklungen vollumfänglich formkomplementäre Ausgestaltung des Kessels 10 bereitgestellt.
Darüber hinaus weist der Kessel an jeweils einem Stirnende der Mittenabschnitte 14 und 15 kastenförmige Abschnitte 16 und 17 auf, die an die Außenkontur des Aktivteils angepasst sind, mit denen das Aktivteil die Außenkontur der Wicklungen nach außen überragt. So sind innerhalb der kastenförmigen Abschnitte 16 und 17 das obere beziehungsweise das untere Joch einschließlich der Pressrahmen des Aktivteils angeordnet, wobei sich die kastenförmigen Abschnitte 16 und 17 unter Einhaltung des notwendigen Mindestabstands an die Außenkontur des Aktivteils in diesen Bereich anschmiegen.
Die Kesselwanne 11 ist mit Befestigungsbolzen 18 ausgerüstet, mit denen eine einfache Befestigung des Kessels 10 und somit des gesamten elektrischen Geräts 21 an einem Schienenfahrzeug ermöglicht ist. Im vorderen Bereich des Kessels 10 ist ferner ein Durchführungsanschlussfeld 19 erkennbar, in dem nebeneinander angeordnete Steckbuchsen 20 vorgesehen sind. In die Steckbuchsen 20 können Kabelstecker eingeführt werden, so dass ein einfacher und schneller flexibler Anschluss des erfindungsgemäßen elektrischen Geräts 21 ermöglicht ist. Aufgrund der formkomplementären Ausgestaltung des Kessels 10 ist das elektrische Gerät 21 kompakter und benötigt weniger Ester als ein vorbekanntes elektrisches Gerät mit einem quaderförmigen Kessel, der in Figur 1 dargestellt ist. Erfindungsgemäß ist daher ein kostengünstiges, leichtes, schnell montierbares elektrisches Gerät im Rahmen der Erfindung bereitgestellt.
Figur 3 zeigt das Aktivteil 22 des elektrischen Geräts 21 gemäß Figur 2, das einen Kern 23 umfasst. Der Kern 23 verfügt über zwei äußere Schenkel 24, die jeweils von zwei konzentrisch zueinander angeordneten Wicklungen umschlossen sind. Die Schenkel 24 sind durch ein oberes Joch 29 und ein figürlich nicht dargestelltes unteres Joch miteinander verbunden, so dass ein geschlossener Eisenkreis geschaffen ist. Von den Wicklungen ist jeweils nur die äußere Wicklung, die Oberspannungswicklung 25, 26 erkennbar. Der Kern 23 ist wieder aus flächig aneinander anliegenden Blechen 27 aus einem magnetisierbaren Material, hier Eisen, zusammengesetzt, wobei die Bleche 27 durch einen figürlich nicht dargestellten unteren und einen oberen Pressrahmen 28 miteinander verspannt sind. Der obere Pressrahmen 28 besteht wie der untere Pressrahmen aus zwei beidseitig des oberen Joches 29 angeordneten Pressteilen 28a und 28b, die über Jochbolzen 30 mechanisch miteinander verbunden sind. Die nicht magnetischen Jochbolzen 30 erstrecken sich dabei durch das obere Joch 29 hindurch, wobei auf beiden Endseiten Muttern 33 zum Erzeugen der Klemmkraft vorgesehen sind. Abweichend hiervon können die Jochbolzen 30 zur Befestigung des Kerns 23 an der Kesselwanne 11 dienen.
In Figur 3 ist sehr gut erkennbar, dass jeder äußere Schenkel 24 mit dem oberen Joch 29 eine abgeschrägte Kernecke 31 ausbildet, die aufgrund der fehlenden "Halbecke" jeweils einen zusätzlichen Bauraum bereitstellen. In einer Querschnittsansicht, die figürlich nicht dargestellt ist, bildet die Außenkontur des oberen Joches 29 mit der Außenkontur einer Abschrägung 32 einen Innenwinkel von etwa 135 Grad aus. Entsprechendes gilt für den Winkel, der in der Querschnittsansicht von der Außenkontur der Abschrägung 32 und der Außenkontur des äußeren Schenkels 24 aufgespannt wird, wobei hier jeweils von dem Innenwinkel gesprochen wird. Entsprechendes gilt für die abgeschrägte Kernecke 31 auf der in Figur 3 linken Seite.
In Figur 3 ist ferner erkennbar, dass jedes Pressteil 28a, 28b einen Spannbalken 41a und 41b aufweist, die jeweils an einer Seite des oberen 29 beziehungsweise unteren Jochs anliegen. Durch Anziehen der Jochbolzen 33 werden die Eisenbleche 27 fest miteinander verspannt.
An jedem Klemmbalken 41a beziehungsweise 41b ist sich ein rechtwinklig ein zu diesem erstreckender einen Horizontalabschnitt 42a und 42b vorgesehen, mit dem der oberen Spannrahmen 28 als auch der untere figürlich nicht dargestellte Spannrahmen die Stirnseite der Wicklungseinheiten 25 und 26 überragt. Auch in Figur 3 umfassen die Wicklungseinheiten 25 beziehungsweise 26 zwei konzentrisch angeordnete Wicklungen, die jeweils einen Schenkel 24 beziehungsweise Schenkel 24 des Kerns 23 umschließen.
Zwischen der Stirnseite der Wicklungseinheit 25 beziehungsweise 26 ist ein Wicklungsoberbau 43 erkennbar sowie eine Klemmeinheit 44, die einerseits an den Horizontalabschnitten 42a, 42b und andererseits am Wicklungsoberbau 43 abgestützt ist. In den Horizontalabschnitten 42a und 42b sind Durchführungsbohrungen 45 als Aussparungen erkennbar, durch welche Stempel einer hydraulischen Krafteinheit eingeführt werden können, um eine Wicklungsklemmkraft in die Wicklungen der Wicklungseinheiten 25 beziehungsweise 26 einzuleiten. Nach dem die besagten Wicklungen mit Hilfe der hydraulischen Kraftmittel zusammengepresst worden sind, wird die Dimensionierung der Klemmeinheit 44 an den vom Wicklungsoberbau 43 und dem Horizontalabschnitten 42a und 42b begrenzten Zwischenraum angepasst. Dazu verfügt die Klemmeinheit 44 über zwei mit ihren schrägen Keilseiten aneinander anliegende Klemmkeile, die bei einer Verschiebung gegeneinander die Klemmeinheit 44 vergrößern oder verkleinern. Die Klemmkeile werden so verschoben, dass der Raum zwischen den Horizontabschnitten 42a und 42b und dem Wicklungsoberbau 43 vollständig von der Klemmeinheit 44 ausgefüllt ist. Die Klemmeinheit 44 verfügt weiterhin über figürlich nicht dargestellte Arretierungsmittel, um die Klemmkeile in der gewünschten Klemmstellung festzusetzen. Anschließend kann die hydraulische Krafteinheit entfernt werden, wobei die Klemmeinheit 44 die Wicklungen der Wicklungseinheiten 24 beziehungsweise 26 in der festgeklemmten Stellung hält.
Figur 4 zeigt den Kopfbereich des Aktivteils 22 gemäß Figur 3 in einer Draufsicht. Auch hier sind die abgeschrägten Kernecken 31 erkennbar. Dabei ist in Figur 4 mit Hilfe der gestrichelten Linien 34 die Außenkontur des Kerns 22 ohne abgeschrägte Kernecken 31 verdeutlicht. Die gestrichelte Linie 34 verdeutlicht daher den durch die Abschrägung der Ecken gewonnenen Bauraum, also die fehlenden Halbecken. In diesem Bereich ist jeweils eine als Verteilerleiste 35 ausgebildete Verteileinheit angeordnet. Dabei erstreckt sich jede Verteilleiste 35 in einer Längsrichtung, wobei jede Verteilleiste 35 nebeneinander angeordnete Kabelanschlüsse 20 aufweist. Die Kabelanschlüsse 36 sind hier als Kabelschuhe ausgeführt, die elektrisch mit den Verteilerenden 11 der Anschlussleitern 38 verbunden sind, die hier als isolierte Rundleiter ausgeführt sind. Die Anschlussleiter 38 weisen darüber hinaus wieder ein figürlich nicht dargestelltes Wicklungsende auf, mit dem sie elektrisch mit einer Anzapfung einer zugeordneten Wicklung verbunden sind. Die Kabelanschlüsse 36 sind jeweils mit einer Sammelschiene 39 verbunden, die wiederum an ihrer von dem jeweiligen Kabelanschluss 36 abgewandten Seite an eine Kabelbuchse 40 als Durchführungssystem angeschlossen sind. Jede Kabelbuchse 40 ist nach dem Einbau des Aktivteils 22 in den Kessel 10 in der Kesselwand angeordnet und somit von außen zugänglich, so dass durch Einfügen eines Kabelsteckers in die Kabelbuchse 40 die jeweilige Wicklungsanzapfung mit einer externen Komponente verbunden werden kann.

Claims

Elektrisches Gerät (21) zum Anschluss an eine Hochspannung
- mit einem Aktivteil (22), das einen magnetisierbaren Kern (23) und wenigstens eine Wicklung (25,26) aufweist, die zum Erzeugen eines magnetischen Flusses im Kern (23) eingerichtet ist, und

- mit einem mit einem Isolierfluid befüllbaren Kessel (10), in dem das Aktivteil (22) angeordnet ist, wobei der Kessel (10) eine Innenwandung ausbildet, die formkomplementär zur Außenkontur der Wicklung oder der Wicklungen (25,26) ausgebildet ist,
gekennzeichnet dadurch, dass das elektrische Gerät (21) Anschlussleitungen (38), und eine Verteileinrichtung (35) umfasst, wobei die Anschlussleitungen jeweils an ihrem Wicklungsende mit einer genannten Wicklung (25,26) und an ihrem Verteilerende (37) mit der Verteileinrichtung (35) verbunden sind, wobei der Kern (23) zumindest eine abgeschrägte Kernecke (31) ausbildet und die Verteileinrichtung (35) im Bereich der abgeschrägten Kernecke (31) angeordnet ist.
Elektrisches Gerät (21) nach Anspruch 1,
dadurch gekennzeichnet, dass der Kessel (10) eine Innenwandung ausbildet, deren Dimensionierung an Aktivteilabschnitte angepasst ist, so dass sie diese umgibt, mit denen das Aktivteil (22) die Außenkontur der Wicklung oder der Wicklungen (25,26) überragt.
Elektrisches Gerät (21) nach einem der vorhergehenden Ansprüche,
dadurch gekennzeichnet, dass der Kessel (10) einen hohlzylindrischen Mittenabschnitt (14,15) ausbildet, der zur Aufnahme wenigstens einer genannten Wicklung (25,26) vorgesehen ist.
Elektrisches Gerät (21) nach einem der vorhergehenden Ansprüche,
dadurch gekennzeichnet, dass der Kessel (10) mehrere hohlzylindrische Mittenabschnitte (14,15) ausbildet, die jeweils zur Aufnahme wenigstens einer Wicklung (25,26) vorgesehen sind, wobei die hohlzylindrischen Mittenabschnitte (14,15) einander überschneiden, so dass ein gemeinsamer Innenraum ausgebildet ist.
Elektrisches Gerät (21) nach einem der vorhergehenden Ansprüche,
dadurch gekennzeichnet, dass der Kessel (10) eine Kesselwanne (11) und einen isolierfluiddicht mit der Kesselwanne (1) verbundenen Kesseldeckel (12) umfasst.
Elektrisches Gerät (21) nach einem der vorhergehenden Ansprüche,
dadurch gekennzeichnet, dass der Kessel (10) Befestigungsmittel (18) zum Befestigen des elektrischen Geräts (21) an einem schienengeführten Fahrzeug aufweist.
Elektrisches Gerät (21) nach Anspruch 6,
dadurch gekennzeichnet, dass die Befestigungsmittel (18) zwei sich in Längsrichtung des Aktivteils erstreckende Befestigungsbolzen umfassen, die sich an den Außenseiten des Kessels (10) erstrecken.
Elektrisches Gerät (21) nach einem der vorhergehenden Ansprüche,
dadurch gekennzeichnet, dass der Kessel (10) mit einem Durchführungsanschlussfeld (19) ausgerüstet ist.
Elektrisches Gerät (21) nach einem der vorhergehenden Ansprüche,
dadurch gekennzeichnet, dass die Innenwandung des Kessels (10) mit einem Abstand von 25-50 mm zu der Außenkontur der Wicklungen angeordnet ist.
Elektrisches Gerät (21) nach einem der vorhergehenden Ansprüche,
dadurch gekennzeichnet, dass die Anschlussleiter (38) an einer Außenseite einer genannten Wicklung (25,26), die von jeder genannten benachbarten Wicklung (25,26) abgewandt ist, verlaufen.
Elektrisches Gerät (21) nach einem der vorhergehenden Ansprüche,
gekennzeichnet dadurch, dass das elektrische Gerät (21) wenigstens einen Pressrahmen (28), umfasst, der zum Verspannen des Kerns (23) mit Hilfe von Jochbolzen (30) vorgesehen ist, wobei der Kern (23) über die Jochbolzen (30) fest am Kessel befestigt ist.
Elektrisches Gerät (21) nach Anspruch 11,
gekennzeichnet dadurch, dass das elektrische Gerät (21) eine Klemmeinheit (44), zum Erzeugen einer Klemmkraft umfasst, mit der jede Wicklung (25,26) am Kern (23) verspannt ist, wobei die Klemmeinheit (44) keine Zugmittel aufweist und die von den Klemmeinheit (44) erzeugte Klemmkraft allein über den Kern (23) übertragen und in jede Wicklung (25,26) eingeleitet wird.
Elektrisches Gerät (21) nach Anspruch 12,
dadurch gekennzeichnet, dass die Klemmeinheit (44) ein einstückiger Klemmklotz ist.
Elektrisches Gerät (21) nach Anspruch 12,
dadurch gekennzeichnet, dass die Klemmeinheit (44) aneinander anliegende Klemmkeile umfasst, die mit Arretierungsmitteln ausgerüstet sind, die ein gegenseitiges Festsetzen der Klemmkeile in einer gewünschten Stellung ermöglichen.