Drossel mit Wicklungen um Kernschenkel aus Eisenkernscheiben

Abstract

 Eisenkernscheiben (2), die mit zwischen ihnen angeordneten Zwischenlagen (5) und sie stirnseitig abdeckenden Jochen (3) den Eisenkern von mehrphasigen Drosseln bilden, werden häufig durch die Eisenkernscheiben (2) achsmittig durchsetzende metallische Zugelemente (4) zusammengehalten. Erfindungsgemäß sind die metallischen Zugelemente (4) zur Verringerung der in ihnen auftretenden magnetischen Wechselfeldstärke von einem Mantel (6) aus Werkstoff mit sehr guter elektrischer Leitfähigkeit umfaßt. Dabei reduzieren die in dem Mantel (6) erzeugten Wirbelströme die Magnetfeldstärke im Inneren des Zugelementes (4) auf einen Teilbetrag, der gerade ausreicht, um die Wirbelströme im Mantel (6) aufrechtzuerhalten. Erfindungsgemäß ummantelte Zugelemente (4) ermöglichen besonders wirtschaftliche Anordnungen.bei Drosseln mit großen elektrischen Leistungen.

Beschreibung

[0001] Die Erfindung betrifft Drosseln für große elektrische Leistungen mit Wicklungen um Kernschenkel aus in Achsrichtung mit Abständen übereinandergestapelten Eisenkernscheiben und mit stirnseitig über und unter den Wicklungen angeordneten Jochen, die durch die Eisenkernscheiben achsmittig durchsetzende, metallische Zugelemente fixiert sind.

[0002] Mit Rücksicht auf die Reduzierung von magnetisch bedingten Geräuschen müssen das obere und das untere Joch bei derartigen Drosseln mechanisch miteinander verspannt sein. Die Abstützung der Joche erfolgt dabei über die Kernblechpakete und über Beilagen aus hartem Werkstoff in den Spalten zwischen übereinander angeordneten Kernblechpaketen. Durch die Spannkraft werden die durch die magnetischen Zugkräfte an den Grenzflächen der Kernblechpakete auftretenden Schwingungsamplituden klein gehalten.

[0003] Für die Verspannung der Joche sind unterschiedliche Anordnungen bekannt. Beispielsweise ist durch die US-Patentschrift 2 909 742 eine Anordnung bekannt, bei der im Zentrum jedes Kernschenkels ein mechanisches Zugelement vorgesehen ist, das die Joche durchstößt und über verhältnismäßig einfache stern- oder scheibenförmige Verbindungselemente die Zugkraft auf die Joche überträgt.

[0004] Als Werkstoff für die im Zentrum des magnetischen Wechselfeldes liegenden Zugelemente sind glasfaserverstärkte Kunststoffstangen oder unmagnetischer Stahl verwendet worden. Bei der vorgenannten bekannten Anordnung bestehen die Zugelemente aus Stahl und sind durch eine Muffe aus Isolierwerkstoff elektrisch isoliert. Der Einsatz von glasfaserverstärkten Kunststoffstangen hat den Nachteil, daß dieser Werkstoff während seiner Alterung fließt und der Einsatz von elektrisch isolierten metallischen Bolzen als Zugelement läßt mit Rücksicht auf die Wirbelstromerwärmung im Magnetfeld nur sehr niedrige magnetische Längsfeldstärken zu.

[0005] Der Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, für die Verspannung der Joche einer Drossel mit den zugehörigen Kernschenkeln und Wicklungen ausgehend von die Kernschenkel zentral durchsetzenden Zugstangen eine Anordnung zu schaffen, die die volle Ausnutzung der erreich-baren Längsfeldstärken im Kernschenkel und gleichzeitig die Ausnutzung der mechanischen Festigkeit der übrigen Bauteile, insbesonder der Zugstangen, auf wirtschaftliche Art und Weise gewährleistet.

[0006] Erfindungsgemäß wird diese Aufgabe dadurch gelöst, daß die Zugelemente aus hochfestem Stahl hergestellt und ausschließlich unter Berücksichtigung der mechanischen Belastung dimensioniert sind, daß die Zugelemente im Bereich der Eisenkernscheiben und der Joche von einem geschlossenen Mantel aus Werkstoff mit sehr guter elektrischer Leitfähigkeit, beispielsweise aus Kupfer oder Aluminium, umgeben sind und daß in diesem Mantel erzeugte Wirbelströme das Magnetfeld im Inneren des Zugelementes auf einen Teilbetrag reduzieren, der gerade ausreicht, um die Wirbelströme im Mantel aufrecht zu erhalten.

[0007] Nach zweckmäßigen Ausgestaltungen der Erfindung ist vorgesehen, daß die elektrische Leitfähigkeit des Werkstoffes für den Mantel mindestens 5-mal, vorzugsweise mehr als 25-mal, so groß ist wie die des hochfesten Stahles der Zugelemente, und daß die elektrische Leitfähigkeit des hochfesten Stahles kleiner als 2 m/Ω mm² ist.

[0008] Nach zweckmäßigen Weiterbildungen der Erfindung ist das Zugelement einstückig und weist einen kreisförmigen Querschnitt auf oder ist das Zugelement im Querschnitt rechteckig und die längere Seite des Querschnitts liegt parallel zur Schichtrichtung der Bleche im Joch. Dabei besteht das Zugelement aus mehreren parallel aneinanderliegenden Bändern, von denen jedes für sich von einem Mantel aus Werkstoff mit sehr hoher elektrischer Leitfähigkeit umfaßt ist.

[0009] Eine besonders wirksame Weiterbildung der Erfindung besteht darin, daß der Mantel jedes Zugelementes aus einer oder aus mehreren axial parallelen, elektrisch kurzgeschlossenen Spulen aus folienartigem Blechband gewickelt ist.

[0010] Erfindungsgemäß gestaltete Zugelemente mit einem Mantel aus elektrisch sehr gut leitendem Werkstoff sind sehr vorteilhaft, weil sie eine achsmittig in den Kernschenkeln angeordnete Zentralverspannung für die Joche bei beliebig hohen magnetischen Wechselfeldstärken und damit auch bei beliebig hohen Drosselnennleistungen erlauben.

[0011] Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung wird anhand einer Zeichnung näher erläutert, wobei in der Zeichnung ein Längsschnitt durch eine Drossel mit erfindungsgemäß von einem Mantel umgebenen Zugelement in den Kernschenkeln dargestellt ist.

[0012] Wicklungen 1 einer mehrphasigen Drossel umfassen jeweils einen Kernschenkel aus in Achsrichtung übereinandergestapelten Eisenkernscheiben 2. Zwischen jeweils aufeinanderfolgenden Eisenkernscheiben 2 ist je eine Zwischenlage 5 aus unmagnetischem Werkstoff mit sehr hohem Elastizitätsmodul angeordnet, so daß dieser Kernschenkel für sich eine starre feste Säule darstellt. Die einzelnen Eisenkernscheiben 2 sind in bekannter Weise aus Transformatorblechlamellen zusammengesetzt und weisen ebenso, wie die Zwischenlagen 5, einen achsparallelen zentralen Durchbruch auf.

[0013] Unter Zwischenschaltung von weiteren Zwischenlagen 5 liegen auf den Stirnflächen der von den Eisenkernscheiben 2 gebildeten Kernschenkel Joche 3 auf, die vorzugsweise als gerade Balken gestaltet sind und ebenfalls aus Transformatorblechlamellen zusammengesetzt sind. Über den in den Eisenkernscheiben 2 und den Zwischenlagen 5 der einzelnen Kernschenkel vorgesehenen Durchbrüchen sind in den beiden Jochen 3 ebenfalls Durchbrüche vorgesehen, die mit den erstgenannten deckungsgleich sind.

[0014] Die Durchbrüche in den Jochen 3, den Eisenkernscheiben 2 und den Zwischenlagen 5 werden je Kernschenkel von einem metallischen Zugelement 4 in Längsrichtung durchsetzt, das an seinen Enden Muttern 8 trägt, die nach ihrem Anziehen über Scheiben 7 die den Eisenkreis der Drossel bildenden Eisenkernscheiben 2 und die Joche 3 fest aufeinanderpressen. Die Zwischenlagen 5 dienen in dieser Anordnung im wesentlichen zur Einstellung des magnetischen Widerstandes des Eisenkreises.

[0015] Zur Abschirmung der in den Jochen 3 sowie den Eisenkernscheiben 2 durch die Wicklungen 1 erzeugten sehr hohen magnetischen Wechselfeldstärke von den metallischen Zugelementen 4 sind diese im Bereich der Eisenkernscheiben 2 und der Joche 3 praktisch lückenlos von je einem Mantel 6 aus elektrisch sehr gut leitendem Werkstoff umgeben. Die im Mantel 6 an jeder Stelle fliessenden Wirbelströme reduzieren das Magnetfeld im Innenraum des Mantels 6 auf einen Teilbetrag, der gerade ausreicht, um die Wirbelströme im Mantel 6 aufrecht zu erhalten.

[0016] Durch die Herstellung der Zugelemente 4 aus hochlegiertem, hochfestem Stahl mit gegenüber der elektrischen Leitfähigkeit des Mantels 6 wesentlich niedrigerer elektrischer Leitfähigkeit ist die Erwärmung in jedem einzelnen der Zugelemente 4 durch das verbleibende Restfeld vernachlässigbar klein. Dabei ist der Strombelag in dem Mantel 6 und die erforderliche Wandstärke desselben von dem umschlossenen Querschnitt abhängig. Bei einer Unterteilung des Zugelementes 4 in ein Bündel von parallelen Bändern ist es deshalb vorteilhaft, jedes einzelne der Bänder mit einem eigenen Mantel 6 mit entsprechend kleiner Wandstärke zu umgeben.

[0017] Als Werkstoff für den Mantel 6 eignen sich insbesondere Kupfer oder Aluminium, deren elektrische Leitfähigkeit 20- bis 30-mal so groß ist wie die elektrische Leitfähigkeit eines hochfesten mit Nickel, Chrom und/oder Molybdän hochlegierten Stahles. Zur Verhinderung von Korrosion zwischen den unterschiedlichen Metallen ist es häufig zweckmäßig, die Berührungsflächen der Zugelemente 4 und des jeweils zugehörigen Mantels 6 galvanisch zu behandeln oder mit einer korrosionsneutralen Folie, beispielsweise mit Papier, abzudecken.

Ansprüche

1. Drossel für große elektrische Leistungen mit Wicklungen um Kernschenkel aus in Achsrichtung mit Abständen übereinandergestapelten Eisenkernscheiben und mit stirnseitig über und unter den Wicklungen angeordneten Jochen, die durch die Eisenkernscheiben achsmittig durchsetzende, metallische Zugelemente fixiert sind, dadurch gekennzeichnet ,

- daß die Zugelemente (4) aus hochfestem Stahl hergestellt und ausschließlich unter Berücksichtigung der mechanischen Belastung dimensioniert sind,

- daß die Zugelemente (4) im Bereich der Eisenkernscheiben (2) und der Joche (3) von einem geschlossenen Mantel (6) aus Werkstoff mit sehr guter elektrischer Leitfähigkeit, beispielsweise aus Kupfer oder Aluminium, umgeben sind und

- daß in diesem Mantel (6) erzeugte Wirbelströme das Magnetfeld im Inneren des Zugelementes (4) auf einen Teilbetrag reduzieren, der gerade ausreicht, um die Wirbelströme im Mantel (6) aufrecht zu erhalten.

2. Drossel nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet , daß die elektrische Leitfähigkeit des Werkstoffes für den Mantel (6) mindestens 5-mal, vorzugsweise mehr als 25-mal, so groß ist wie die des hochfesten Stahles der Zugelemente (4).

3. Drossel nach Anspruch 1 und 2, dadurch gekennzeichnet , daß die elektrische Leitfähigkeit des hochfesten Stahles kleiner als 2 m/Ω mm² ist.

4. Drossel nach Anspruch 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet , daß das Zugelement (4) einstückig ist und einen kreisförmigen Querschnitt aufweist.

5. Drossel nach Anspruch 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet , daß das Zugelement (4) im Querschnitt rechteckig ist und die längere Seite des Querschnitts parallel zur Schichtrichtung der Bleche im Joch (3) liegt.

6. Drossel nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet , daß das Zugelement (4) aus mehreren parallel aneinanderliegenden Bändern besteht, von denen jedes für sich von einem Mantel (6) aus Werkstoff mit sehr hoher elektrischer Leitfähigkeit umfaßt ist.

7. Drossel nach einem oder mehreren der Ansprüche bis 6, dadurch gekennzeichnet , daß der Mantel (6) jedes Zugelementes (4) aus einer oder aus mehreren axial parallelen, elektrisch kurzgeschlossenen Spulen aus folienartigem Blechband gewickelt ist.

Zeichnung