Druckvorrichtung und Aktivteil eines Transformators

Die Erfindung betrifft eine Druckvorrichtung zum gleichmäßi gen Pressen von Wicklungen eines Aktivteils eines Leistungs transformators, die übereinander angeordnete und miteinander verbundene Druckeinheiten aufweist, wobei die Druckeinheiten umfänglich geschlossen sind und eine innere Durchgangsöffnung begrenzen und wobei sie ihre Dicke betreffend aus übereinan derliegenden zellulosebasierten Schichten aufgebaut sind.

Die Erfindung betriff ferner ein Aktivteil für einen Leis tungstransformator mit einem Kern, wenigstens einer Wicklung, die einen Abschnitt des Kerns umschließt, einer am Kern abge stützten Spannvorrichtung, die zum Erzeugen einer Spannkraft eingerichtet ist, und einer Druckvorrichtung, über welche die Spannkraft gleichmäßig verteilt in wenigstens eine Wicklung eingeleitet wird.

Ein solches Aktivteil und eine solche Druckvorrichtung sind beispielsweise aus der WO 2010/102659 Al bekannt. Dort ist ein Leistungstransformator beschrieben, der in der Elektro energieübertragung eingesetzt wird. Der besagte Leistungs transformator verfügt über einen Kessel, der mit einem Iso lierfluid wie beispielsweise einem mineralischen Öl befüllt ist. In dem Kessel ist ferner ein Aktivteil angeordnet. Das Aktivteil verfügt über einen Eisenkern, der mehrere Schenkel ausbildet. Dabei erstreckt sich jeder Schenkel durch eine zy linderförmige Wicklungsanordnung, die aus zwei konzentrisch zueinander angeordneten Wicklungen besteht. Eine innere Wick lung der Wicklungsanordnung ist die Unterspannungswicklung, die innerhalb einer Oberspannungswicklung angeordnet ist. Die Schenkel des Kerns sind durch ein oberes und unteres Joch des Kerns miteinander verbunden, so dass ein geschlossener Mag netkreis ausgebildet ist. Der Kern selbst wird insgesamt durch flächig aneinander an liegende Eisenbelche gebildet, wobei ein oberer und unterer Pressrahmen bereitstellt ist, mit dessen Hilfe die Eisenble che am oberen und unteren Joch aneinandergepresst werden. Ei ne Wicklungsspannvorrichtung ist am oberen Pressrahmen abge stützt und erzeugt eine Presskraft, die in axialer Richtung in die Wicklungsanordnung eingeleitet wird, so dass die Wick lungsanordnung ortsfest am Schenkel verpresst ist. Zur gleichmäßigen Verteilung der Presskraft über die obere Stirn seite hinweg dient eine ringförmige Druckvorrichtung, die konzentrisch zum Kernschenkel angeordnet ist. Dabei erstreckt sich die Druckvorrichtung ringförmig in radialer Richtung über die gesamte Stirnseite der Wicklungsanordnung hinweg.

Beim Pressen der Wicklungen mit Hilfe einer solchen aus Zel luloseschichten aufgebauten Druckvorrichtung kommt es häufig zu Delaminationsrissen in der Druckvorrichtung. Diese Delami- nationen oder mit anderen Worten diese Schichtabtragungen treten auf, weil die Schubspannungen aus der Pressbelastung in verschiedenen horizontalen Ebenen der Druckvorrichtung, die verhältnismäßig niedrige Scherfestigkeit des Materials längs zur Schichtrichtung überschreiten. Auf Grund der Dela- minationsrisse nimmt jedoch die Biegesteifigkeit der Druck vorrichtung stark ab, so dass diese bei einer entsprechend hohen Belastung unzulässig hohe Biegungen erfährt. Dadurch wiederum wird deren Einspannwirkung beeinträchtigt, so dass die geforderte Kurzschlussfestigkeit der Wicklungsanordnung nicht mehr gewährleistet werden kann.

Um dem abzuhelfen wird gemäß dem Stand der Technik die be schädigte Druckvorrichtung ausgetauscht, wodurch sich die ge samte Herstellung des Aktivteils verzögert. Hierdurch werden hohe Kosten ausgelöst.

Aufgabe der Erfindung ist es eine Druckvorrichtung und ein Aktivteil der eingangs genannten Art bereitzustellen, bei de nen Delaminationsrisse an der Druckvorrichtung beim Pressen der Wicklung möglichst vermieden werden. Ausgehend von der eingangs genannten Druckvorrichtung löst die Erfindung diese Aufgabe dadurch, dass die Druckeinheiten zumindest teilweise ein Profil aufweisen, wobei die Profile aneinander anliegender Druckeinheiten formkomplementär zuei nander ausgestaltet und die besagten Druckeinheiten form schlüssig miteinander verbunden sind.

Ausgehend von dem eingangs genannten Aktivteil löst die Er findung diese Aufgabe dadurch, dass dieses eine solche Druck vorrichtung aufweist.

Erfindungsgemäß weisen die Druckeinheiten als Bausteine der Druckvorrichtung zumindest teilweise ein Profil auf. Dabei können die außen liegenden Druckeinheiten an ihrer von den anderen Druckeinheiten abgewandten Außenseite eine flache Oberfläche aufweisen, die also kein Profil aufweist. Abwei chend hiervon ist jede Druckeinheit an ihren beiden Seiten mit einem Profil versehen. Die Profile der Druckeinheiten, die aneinander anliegen, sind formkomplementär zueinander ausgebildet, so dass neben der üblichen Verbindung - bei spielsweise durch Kleben - auch eine formschlüssige Verbin dung ermöglicht ist. Dabei greifen die Profile ineinander ein. Ist das Profil beispielsweise durch Nuten und Vorsprünge ausgebildet, sind die Nuten der einen Druckeinheit passend zu den Vorsprüngen der unmittelbar benachbarten Druckeinheit ausgebildet, so dass die Vorsprünge von den Nuten passgenau aufgenommen werden können.

Die Druckeinheiten sind umfänglich geschlossen ausgestaltet und begrenzen eine innere Durchgangsöffnung. Von dieser inne ren Durchgangsöffnung oder mit anderen Worten ihrer inneren Kante erstreckt sich jede Druckeinheit in radialer Richtung zu einer äußeren Kante. Im Rahmen der Erfindung muss die äu ßere Kante nicht zwangsläufig kreisförmig ausgestaltet sein. Im Rahmen der Erfindung sind sowohl eine eckige oder ovale Kontur der inneren als auch der äußeren Kante einer Druckein heit möglich. Bevorzugt ist jedoch die innere Kante in einer Draufsicht kreisförmig ausgeführt. Vorteilhafterweise ist in einer Draufsicht auch die äußere Kante der Druckeinheiten kreisförmig ausgebildet.

In axialer Richtung ist jede Druckeinheit aus Schichten auf gebaut, die flächig übereinander liegen und miteinander ver bunden sind. Die Schichten einer Druckeinheit sind vorzugs weise aus einem Zellulosematerial und einem Bindemittel ge bildet.

Die Verbindung der Schichten der Druckeinheiten wird durch die Profile und deren formschlüssige Verbindung zusätzlich zum Kleben stabilisiert, wodurch die Delaminationsgefahr deutlich herabgesetzt wird.

Ein weiterer Vorteil für die Verwendung von Profilschichten ergibt sich aus der Tatsache, dass die Scherfestigkeit quer zur Schichtung viel höher ist als in Schichtrichtung. Somit wird durch Verwendung von Profilschichten erreicht, dass die Scherspannungen in den horizontalen Ebenen nicht vollständig in der scherempfindlichen Schichtrichtung wirken, sondern auch quer zur Schichtrichtung, worauf später noch genauer eingegangen wird.

Untersuchungen haben ergeben, dass die Druckspannungen aus Presskräften die Materialschichten komprimieren und damit die Festigkeit erhöhen. Analog dazu wirken die Schubspannungen in den horizontalen Ebenen beim Auftreffen auf die Profilschich ten in Querrichtung wie Druckspannungen und pressen die Schichten zusammen, wodurch eine zusätzliche Festigkeitsstei gerung erzielt wird.

Erfindungsgemäß ist die mechanische Festigkeit der Druckvor richtung erhöht, so dass dessen Beschädigung beim Pressen und die daraus entstehenden Kosten vermieden sind. Darüber hinaus ist das Biegewiderstandsmoment der Profilschichten größer als das von flachen Schichten. Dies erhöht die Biegesteifigkeit der Druckvorrichtung gemäß der vorliegenden Erfindung, wodurch die Einspannwirkung verbessert und die Kurzschlusssi cherheit der darüber verspannten Wicklungen erhöht ist. Die Profile wirken ähnlich wie Versteifungsrippen in einem Bau teil.

Ferner sind die mechanischen Eigenschaften in der Klebe schicht gegenüber flachen Materialschichten verbessert. Die Profilschichten stellen vergrößerte Klebeflächen bereit und verbessern die mechanischen Eigenschaften der Druckvorrich tung insgesamt.

Vorteilhafterweise bestehen die Druckeinheiten aus Profilt ransformerboard oder Profilschichtholz. Diese Materialien ha ben sich als besonders geeignet bei der Herstellung von Leis tungstransformatoren herausgestellt.

Bei einer bevorzugten Variante der Erfindung sind durch das Profil Nuten und Vorsprünge ausgebildet, wobei die Vorsprünge auf beiden Seiten einer Ringeinheit in Nuten der darüber oder der darunter liegenden Druckeinheiten eingreifen. Auf diese Weise ist für eine besonders einfache Herstellung gesorgt, wobei gleichzeitig der gewünschte Formschluss ermöglicht ist.

Weitere Vorteile ergeben sich bei einer Ausführung der Erfin dung, bei der das Profil ein kreisförmiges Profil ist.

Vorteilhafterweise bilden die Nuten und Vorsprünge konzentri sche Kreise aus, deren Mittelpunkt mit dem Mittelpunkt der Druckeinheiten zusammenfällt.

Weitere zweckmäßige Ausgestaltungen und Vorteile der Erfin dung sind Gegenstand der nachfolgenden Beschreibung von Aus führungsbeispielen der Erfindung unter Bezug auf die Figuren der Zeichnung, wobei gleiche Bezugszeichen auf gleich wirken de Bauteile verweisen und wobei Figur 1 ein Ausführungsbeispiel des erfindungsgemäßen Aktivteils in einer perspektivischen Darstel lung,

Figur 2 ein Ausführungsbeispiel einer Druckeinheit für die Herstellung einer erfindungsgemäßen Druck vorrichtung,

Figur 3 eine perspektivische Teilansicht von drei übereinander liegenden Druckeinheiten,

Figur 4 die Druckeinheiten gemäß Figur 3 in einer ver größerten Ansicht,

Figur 5 ein Ausführungsbeispiel einer erfindungsgemä ßen Druckvorrichtung in einer perspektivischen Ansicht von oben,

Figur 6 ein Ausführungsbeispiel einer erfindungsgemä ßen Druckvorrichtung in einer perspektivischen Ansicht von unten und

Figur 7 ein Ausführungsbeispiel der erfindungsgemäßen Druckvorrichtung in einer quer geschnittenen Ansicht schematisch verdeutlichen.

Figur 1 zeigt ein Ausführungsbeispiel des erfindungsgemäßen Aktivteils 1. Das Aktivteil 1 verfügt über einen Kern 2, der drei Kernschenkel 3 ausbildet, die jeweils von einer Wick lungsanordnung 4 umschlossen sind. Dabei umfasst jede Wick lungsanordnung 4 eine innere Unterspannungswicklung und eine äußere Oberspannungswicklung, wobei die Unter- und Oberspan nungswicklungen konzentrisch zueinander angeordnet sind. Fer ner sind zwei äußere Rückführungsschenkel 5 erkennbar, die von keiner Wicklungsanordnung umschlossen sind.

Die Rückführungsschenkel 5 sowie die Schenkel 3 sind durch ein oberes Joch 6 und ein unteres Joch 7 miteinander verbun- den, so dass ein geschlossener Magnetkreis ausgebildet ist. Der Kern 2 und damit die Schenkel 3, die Rückführungsschenkel 5 sowie das obere 6 und untere Joch 7 sind aus flächig anei nander anliegenden Eisenblechen gebildet. Zum Aneinanderpres sen der Eisenbleche dienen zwei Spannrahmen 8, 9, die am obe ren 6 und unteren Joch 7 angebracht sind. Jeder Spannrahmen 8, 9 verfügt über zwei Spannbalken, die auf unterschiedlichen

Seiten des Jochs angeordnet sind. Die Spannbalken sind durch eine Zugstange miteinander verbunden. Durch Drehen der Zug stange werden die Spannbalken aufeinander zu bewegt, wodurch die in Figur 1 nicht referenzierten Eisenbleche des Kerns 2 gegeneinander gepresst werden.

Eine an dem oberen Pressrahmen 8 abgestützte Spannvorrichtung 10 erzeugt eine Presskraft, die über eine erfindungsgemäß ausgeführte Druckvorrichtung 11 in axialer Richtung in die Wicklungsanordnung 4 eingeleitet wird. Auf diese Weise wird jede Wicklungsanordnung 4 fest am jeweiligen Schenkel 3 ver klemmt. Dabei erstreckt sich die Druckvorrichtung über die gesamte Stirnseite der ihr jeweils zugeordneten Wicklungsan ordnung hinweg.

Figur 2 zeigt die Vorstufe einer Druckeinheit 12, die zum Aufbau der erfindungsgemäßen Druckvorrichtung 11 gemäß Figur 1 dient. Es ist erkennbar, dass die Vorstufe der Druckeinheit

12 plattenförmig ausgebildet ist und noch keine mittlere Durchgangsöffnung ausgebildet ist. Erkennbar ist jedoch, dass die Dicke der Vorstufe der Druckeinheit von der Anzahl der in axialer Richtung übereinander liegenden Schichten 13 abhängig ist. Je mehr Schichten 13 übereinander liegen, desto dicker wird die Vorstufe der Druckeinheit 12 sowie die spätere Druckeinheit 12 selbst.

Bei den Schichten 13 der Druckeinheit 12 handelt es sich um kleine Holzteile, die über ein Bindemittel miteinander ver bunden sind. Holzteile und Bindemittel sind zu einer Schicht

13 gepresst. Dabei liegen die einzelnen Schichten flächig an- einander an und sind über das Bindemittel miteinander ver klebt.

In Figur 2 ist ebenfalls erkennbar, dass die Vorstufe der Druckeinheit 12 ein Profil aufweist. Das Profil besteht aus konzentrisch angeordneten kreisförmigen Nuten 14, wobei die Nuten 14 durch Vorsprünge 15 voneinander getrennt sind. Zur Ausbildung der Druckeinheit 12 wird in die gezeigte platten förmige Vorstufe eine kreisförmige Durchgangsöffnung in die Mitte der gezeigten Platte eingebracht, wobei der Mittelpunkt dieser Durchgangsöffnung mit dem Mittelpunkt der Nuten 13 zu sammenfällt .

Figur 3 zeigt drei übereinander angeordnete Vorstufen einer Druckeinheit 12. Die mittlere Vorstufe der Druckeinheit 12 weist wiederum mehrere Schichten 13 auf und verfügt auf bei den Seiten über ein kreisförmiges Profil, das bereits im Zu sammenhang mit Figur 2 beschrieben wurde. Die obere und die untere Vorstufe der Druckeinheit 12 weisen jeweils nur an ei ner ihrer Seiten ein Kreisprofil auf. Ferner bestehen sie aus nur einer Schicht 13.

Figur 4 zeigt die Anordnung der drei Vorstufen einer Druck einheit in vergrößerter Darstellung. Insbesondere ist erkenn bar, dass die einander gegenüberliegenden Profile formkomple mentär zueinander ausgeführt sind. Auf diese Weise ist es möglich, die späteren Druckeinheiten 12 zusammenzufügen, so dass eine formschlüssige Verbindung zwischen der Druckeinhei ten entsteht. Insbesondere wird jeder Vorsprung 15 passgenau von einer Nut 14 in der jeweils gegenüberliegenden Druckein heit 12 ausgenommen.

Figur 5 zeigt ein Ausführungsbeispiel der erfindungsgemäßen Druckvorrichtung 11 in einer perspektivischen Darstellung von oben. Es ist erkennbar, dass eine mittige Durchgangsöffnung in die übereinander angeordneten Druckeinheiten 12 einge bracht wurde. Die Druckvorrichtung 11 ist daher ringförmig ausgebildet. In der oberen Druckeinheit 12, deren Außenseite kein Profil aufweist, sind zwei Ausnehmungen 16 erkennbar. Diese gewähren Einblick auf das Profil der darunter liegenden Druckeinheit 12. Insbesondere ist deren Kreisprofil mit den Nuten 14 und Vorsprüngen 15 erkennbar.

Figur 6 zeigt die Druckvorrichtung gemäß Figur 5 in einer perspektivischen Ansicht von unten. Auch die unterste Druck einheit weist Ausnehmungen auf, die den Blick auf das Profil der darüberliegenden Druckeinheit 12 freigeben. Die Ausneh mungen dienen der Befestigung der Druckvorrichtung 11 am Kernschenkel 2.

Figur 7 zeigt schematisch eine quer geschnittene Ansicht ei ner Druckvorrichtung 11, aus der die Profilstruktur aus Nuten 14 und Vorsprüngen 15 wieder erkennbar wird. Wie bereits aus geführt wurde, tritt beim Einleiten der axialen Presskraft in die Wicklungsanordnung 4 und somit in die Druckvorrichtung 11 eine Scherkraft 16 auf, die horizontal in den Schichten der Druckvorrichtung 11 verläuft und in Figur 7 mit einem hori zontalen Pfeil verdeutlicht ist. Durch Verwendung von Profil schichten wird erreicht, dass die Scherspannung 16 in den ho rizontalen Schichten 13 nicht vollständig in der scheremp findlichen Schichtrichtung wirken, sondern auch schräg zur horizontalen Richtung. Auf diese Weise werden Deliminations- prozesse unterdrückt.