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Wassergekühlter Scheibentransformator Die Erfindung bezieht sich auf
einen wassergekühlten Scheibentransformator, bei dem die Primär-und Sekundärscheiben
der Transformatorwicklung aneinandergepreßt sind und die Sekundärwicklung Ringräume
zur Aufnahme der Primärwicklung aufweist.
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Transformatoren für große Stromstärken und geringe Spannung, wie sie
beispielsweise zum elektrischen Widerstandsschweißen, für Induktionsschmelzöfen
od. dgl. gebraucht werden, sind normalerweise mit nur einer Windung im Sekundärspannungskreis
ausgeführt. Es ist bekannt, derartige Transformatoren in der Weise direkt durch
Wasser zu kühlen, daß die aus einer Windung bestehende Sekundärwicklung als Scheibenwicklung
ausgeführt ist und geeignete Kühlkanäle enthält. Die Primärscheiben sind dabei an
die gekühlten Sekundärscheiben angepreßt und erhalten von dort her durch eine zwischengelegte
Isolierscheibe hindurch ihre Kühlung. Eine solche indirekte Kühlung erfordert bekanntlich
einen gewissen Kontaktdruck, der bei den bisher bekanntgewordenen Transformatoren
durch seitliches Eintreiben von Keilen erreicht wurde. Auf diese Weise konnte daher
nur eine Seitenfläche der Primärspulen gekühlt werden.
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Derartige Transformatoren werden ihrer Bestimmung gemäß meistens in
einer stark eisenstaubhaltigen Luft verwendet. Der Eisenstaub setzt sich, teils
durch natürliche Ablagerung, teils durch die magnetischen Streulinien des Eisenkerns
angezogen, auf den Wicklungen ab und gefährdet sie. Zur Abhilfe dagegen werden solche
Transformatoren entweder mit Isoliermasse od. dgl. vergossen oder in viskose Dichtungsmittel
eingebettet. Das hat jedoch zwei große Nachteile: Eine notwendig werdende Reparatur
wird dadurch zumindest sehr erschwert, wenn nicht gar unmöglich gemacht. Auch besteht
bei vergossenen oder verschmierten Transformatoren die große Gefahr, daß der nötige
Wärmekontakt zwischen Primär- und Sekundärwicklung im Laufe der Zeit sich in unkontrollierbarer
Weise verschlechtert, was dann mit Sicherheit zu einem Ausfall des Transformators
durch überhitzung führt.
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Es ist zwar bereits ein Transformator für kurze Spannungsstöße vorgeschlagen
worden, dessen scheibenartige Hochstromwindungen allseitig geschlossene ringförmige
Kammern bilden, welche die Primärwicklung aufnehmen. Diese Ringräume kommen dadurch
zustande, daß jeweils ein innerer und ein äußerer Rand einer Sekundärscheibe umgebördelt
sind und mit den Stirnseiten der so umgebördelten Stege an die glatte Oberfläche
der gegenüberliegenden, benachbarten Sekundärscheibe anstoßen. Da die Scheiben relativ
dünn sind, ist die abdichtende Wirkung der Stegstimseiten gering. Die Primärwicklung
weist zur Sekundärwicklung einen Luftspalt auf, der wärmeisolierend wirkt. Es sind
auch keine ausreichenden Mittel zwischen oder in den Wicklungen für eine Wasserkühlung
vorgesehen. Außerdem besteht die Gefahr, daß durch die einseitige axiale Verspannung
mittels eines einzigen Gewindebolzens auf die stirnseitigen Andruckplatten Kräfte
übertragen werden, die ein zur Verkantung der Stegstirnseiten der Sekundärscheiben
führendes Biegemoment erzeugen.
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Weiterhin ist es bekannt, Scheibenspulenwicklungen für Transformatoren
mit Halterungen zu versehen, welche über die Spulen hinausragende Halterteile aufweisen.
Diese Halter sind mit Löchern zur Aufnahme von Verspannungsbolzen versehen. Eine
gegebenenfalls notwendig werdende Versteifung dieser Halter ist nicht vorgesehen,
vielmehr werden die Transformatorwicklungen mittels aus Textilstoff oder Papier
oder einem anderen Faserstoff hergestellten Bandageringen zusammengehalten.
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Die Erfindung vermeidet wirksam die vorstehend angeführten Nachteile
und schafft einen nahezu völlig staubgeschützten Transformator, der zwecks Reparatur
auseinandergebaut werden kann und einen besseren Wärmekontakt in nachprüfbarer Weise
zwischen Primär- und Sekundärscheiben schafft. Erfindungsgemäß sind die Ringräume
der Sekundärscheiben durch etwa senkrecht von den Sekundärscheiben abstehende, aneinander
mit enger Passung gleitend geführte innere und äußere Paare von Rippen abgeschlossen,
welche einander staubdicht übergreifen, wobei die Primär- und Sekundärscheiben bei
axialer
Verspannung an beiden Seiten kraftschlüssig aneinandergepreßt sind. Die Außenscheiben
der Wicklung sind zweckmäßig mit im wesentlichen quer zur Windungs- und Kernachse
auf dem Umfang verlaufenden Versteifungsrippen versehen. Weiter wird die an den
Anschlußstellen der beiden Stromleitungen vorhandene Trennfuge durch eingeschobene,
vornehmlich weit überstehende Isolierleisten geschlossen. In vorteilhafter Weise
sind die Wicklungen und/oder Anzapfungen der Primärscheiben durch vorgearbeitete
Nuten oder Öffnungen in. den Sekundärscheiben herausgeführt und durch weiche Packungen
oder Tüllen abgedichtet. Somit kann in einfacher Weise die Zusammenschaltung der
Primärverbindungen außerhalb des abgedichteten Sekundärspulenpaketes bzw. Scheibenpaketes
erfolgen.
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Die Erfindung wird an Hand der Fig. 1 bis 3 erläutert, die schematische
Ausführungsbeispiele darstellen.
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Fig. 1 zeigt eine stirnseitige Ansicht auf die Transformatorwicklung,
Fig.2 eine Ansicht der Wicklung in Richtung senkrecht auf eine Achse des Eisenkerns
mit einem teilweisen Schnitt durch die Wicklung und Fig. 3 eine vergrößerte Darstellung
des Schnittes in Fig. 2.
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Auf einen Eisenkern 1 sind in an sich bekannter Weise die scheibenförmigen
Primär- und Sekundärwicklungen aufgeschoben. Die Sekundärwicklung besteht aus einer
Anzahl von nebeneinanderliegenden, vorzugsweise einteiligen, homogenen Sekundärscheiben
2, welche mit Anschlußflächen 3 versehen sind bzw. in solche Flächen
auslaufen. Für jede Sekundärscheibe ist eine Wasserkühlung vorgesehen, indem eine
in Scheibenschlitze eingelötete, eingepreßte od. dgl. eingelassene Rohrschlange
4, z. B. aus Kupfer, vorhanden ist. Ferner enthalten die Sekundärscheiben 2 auf
beiden Seiten am Umfang umlaufende Rippen 5, 6, 7, 8, welche mechanisch derart bearbeitet
sind, daß sie sich mit Passung übereinander schieben lassen und so einen geschlossenen
Ringraum 20 zusammen mit der seitlichen Wandung der Sekundärscheiben 2 bilden. Der
Ringraum 20 nimmt die scheibenförmigen Primärspulen 9 auf. Die zunächst als volle,
geschlossene Ringe hergestellten Scheibenspulen werden nachträglich mit einem Schlitz
an den Anschlußflächen versehen, z. B. durch Einfräsung.
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Eine dünne Isolierfolie 10 liegt zwischen Primärspule und Sekundärscheibe.
Die Anschlußenden der Primärspulen werden durch Schlitze in den äußeren Rippen 5,
die mit weichen Tüllen 11 abgedichtet werden, herausgeführt. Werden alle Primärspulen
als Doppelspulen ausgebildet, so ist die Wicklungsanordnung wie Fig. 3 zeigt. Wenn
Spulenanzapfungen nötig werden oder bei Einfachspulen der Spulenanfang von innen
herausgeführt werden muß, ist es zweckmäßig, an der zum Herausführen bestimmten
Stelle eine flache, radial verlaufende Einfräsung in die Sekundärscheibe zu machen,
damit die Primärspule trotz der an der Seite der Spule radial herausgeführten Leitung
mit ihrer ganzen Seitenfläche an der Sekundärscheibe anliegt. Die dadurch bewirkte
geringe Querschnittsveränderung ist im allgemeinen unschädlich.
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Wenn der Spulenaufbau durch abwechselndes Aufstecken von Sekundärscheiben
und Primärspulen auf den Eisenkern vollendet ist, wird das ganze Wicklungspaket
unter axialen Druck gesetzt. Zu diesem Zwecke werden Schraubenbolzen 12 durch die
dafür vorgesehenen Befestigungsaugen 22 gesteckt und gleichmäßig angezogen. Dabei
erweist es sich als zweckmäßig, die beiden außenliegenden Sekundärscheiben. mit
Versteifungsrippen 21 auszuführen, um ein Verbiegen möglichst zu vermeiden.
Da die beiden äußeren Sekundärscheiben 2' ohnehin von den inneren Scheiben in der
Form verschieden sind (sie tragen die umlaufenden Rippen zur Aufnahme der Primärspulen
nur auf einer Seite), bedeutet das keine besonderen Umstände. Nach dem Zusammenbau
der Wicklung wird der zwischen den Anschlußflächen der Sekundärscheiben noch verbleibende
Schlitz durch Einschieben von oberen, unteren bzw. seitlichen Isolierleisten 13,
14 bzw. 15 verschlossen. Es können dazu auch Isolierleisten aus weichgummiähnlichenWerkstoffen
verwendet werden, die in den Spalt eingezogen werden und sich dann bei Nachlassen
der Zugkraft durch ihre Elastizität dicht in den Spalt einfügen.
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Das Zusammenschalten der Spulenanschlüsse und eventueller Anzapfungen
erfolgt außerhalb des Spulenpaketes, ebenso das Verbinden der Kühlschlangenenden
durch Schläuche. Um ein Aufgeben des Schlitzes zwischen den Isolierleisten 13, 14,
15 bei starken Belastungsstößen zu verhindern und um einem nicht staubdichten Abschluß
der Spulenkästen infolge Auffederns der Sekundärscheiben nach dem Auffräsen des
Schlitzes entgegenzuwirken, werden in kräftigen Spannleisten 16 sitzende Sperrschrauben
17 von beiden Seiten an die Sekundärscheiben angepreßt. Die Spannleisten 16 aus
unmagnetischem Werkstoff können dabei zu einem geschlossenen Rahmen vereinigt oder
aber an der Tragkonstruktion des Eisenkerns verankert werden. Die Schrauben 17 sind
aus Isoliermaterial, z. B. Nylon.
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Auf diese Weise ist das ganze Wicklungspaket ohne Benutzung von Vergußmassen
gegen Verschmutzung hermetisch abgeschlossen und kann trotzdem leicht wieder auseinandergebaut
werden. Die Anpressung und damit der Wärmekontakt zwischen Primärspulen und Sekundärscheiben
ist nachprüfbar und ständig gesichert, wenn die Schraubenbolzen 12 über federnde
Elemente angezogen werden. Durch den axialen Kraftschluß über die Primärspulen werden
diese zweiseitig und daher intensiv gekühlt.