Amorpher Transformatorkern

Abstract

 Die Erfindung betrifft einen amorphen Transformatorkern (20, 40, 60), umfassend wenigstens eine Transformatorkernscheibe (10, 32, 34, 42, 44, 62, 64, 80) mit einer Vielzahl an konzentrisch um wenigstens ein Wickelfenster (14, 16, 82, 84, 86, 88) angeordneten Lagen aus einem bandartigen amorphen Kernmaterial (12, 22, 24, 90). Wenigstens ein Wärmeableitblech (26, 30, 46, 66, 68) reicht in das Innere des amorphen Transformatorkerns (20, 40, 60) hinein und ist von dort in wenigstens einen Wärmetauschbereich (28, 48, 50, 74) außerhalb des amorphen Transformatorkerns (20, 40, 60) geführt. Dadurch ist eine verbesserte Ableitung von innerhalb des amorphen Transformatorkerns (20, 40, 60) anfallender Wärmeenergie ermöglicht.

Beschreibung

[0001] Die Erfindung betrifft einen amorphen Transformatorkern, umfassend wenigstens eine Transformatorkernscheibe mit einer Vielzahl an konzentrisch um wenigstens ein Wickelfenster angeordneten Lagen aus einem bandartigen amorphen Kernmaterial.

[0002] Es ist allgemein bekannt, dass Transformatoren für Energieübertragung, beispielsweise in einer Spannungsebene von 10kV bis 110kV und darüber, im laufenden Betrieb Kernverluste produzieren. Diese Verluste sind überwiegend auf die Ummagnetisierungsverluste oder auch Hystereseverluste des üblicherweise verwendeten geblechten Eisenkerns zurückzuführen und verursachen eine Erwärmung desselben. Um diese unerwünschten Verluste zu reduzieren werden seit kürzerem auch Transformatoren mit Kernen aus amorphem Material gebaut, welche sich durch reduzierte Kernverlustleistungen auszeichnen.

[0003] Allerdings erfordert die Verwendung von amorphen Werkstoffen neue Konstruktionen und Verarbeitungsweisen, da einerseits aufgrund der im Vergleich zu einem konventionellen Transformatorkern geringeren Flussdichte größere Kernquerschnitte notwendig sind, und andererseits ein amorphes Kernmaterial empfindlicher gegenüber höheren Temperaturen ist als ein kornorientiertes Kernblech.

[0004] Üblicherweise werden derartige Transformatorkerne aus einem dünnen amorphen Bandmaterial gefertigt, welches in einer Vielzahl von Lagen, beispielsweise einige tausend, konzentrisch um ein beziehungsweise auch um mehrere Wickelfenster angeordnet ist, wobei ein Blech üblicherweise eine Lage, also einen Umlaufwinkel von etwa 360°, abdeckt, wobei bedarfsweise auch eine geringfügige Überlappung realisiert ist. Hierbei ist zumeist eine Stützkonstruktion erforderlich, durch welche der Kernaufbau stabilisiert wird. Zudem ist das üblicherweise als Flachbandmaterial lieferbare amorphe Material mechanisch sehr empfindlich. Die lieferbaren Breiten des Bandmaterials sind begrenzt, beispielsweise auf 200mm. Auch die mechanisch realisierbaren Baugrößen eines Transformatorkerns sind somit beschränkt. Daher können zur Realisierung größerer amorpher Transformatorkerne mehrere kongruente Transformatorkernscheiben, deren Breite durch die Breite des verfügbaren Bandmaterials begrenzt ist, nebeneinander angeordnet und miteinander verbunden werden.

[0005] Nachteilig ist jedoch, dass bei amorphen Kernen die Kühlung des Kerns von größerer Bedeutung ist als bei Kernen aus kornorientiertem Kernblech, da die Sättigungsinduktion und somit die Nenninduktion von der Betriebstemperatur stark abhängt. Mit steigender Temperatur sinkt die mögliche Nenninduktion. Dies muss dann durch einen erhöhten Materialeinsatz kompensiert werden.

[0006] Ausgehend von diesem Stand der Technik ist es Aufgabe der Erfindung, einen amorphen Transformatorkern mit verbesserter Kühlung beziehungsweise Wärmeableitfähigkeit bereitzustellen, um einen solchen erhöhten Materialeinsatz zu vermeiden.

[0007] Diese Aufgabe wird gelöst durch einen amorphen Transformatorkern der eingangs genannten Art. Dieser ist dadurch gekennzeichnet, dass wenigstens ein Wärmeableitblech in das Innere des amorphen Transformatorkerns hineinreicht und dass dieses von dort in wenigstens einen Wärmetauschbereich außerhalb des amorphen Transformatorkerns geführt ist, so dass eine verbesserte Ableitung von innerhalb des amorphen Transformatorkerns anfallender Wärmeenergie ermöglicht ist.

[0008] Die Grundidee der Erfindung besteht darin, einen während des Betriebes eines amorphen Transformatorkerns in dessen Innerem entstehenden Wärmestau, welcher dort zu einer unerwünschten Temperaturerhöhung mit einer damit einhergehenden Verschlechterung der Materialeigenschaften führt, durch in das Innere des Kerns eingebrachte Wärmeableitbleche nach außen abzuleiten. Die Wärmeableitbleche sind aus einem Material mit hoher Wärmeleitfähigkeit, welche in jedem Fall höher ist als die des amorphen Bandmaterials. Je nach Anordnung und Verteilung der Wärmeableitbleche im Kerninneren werden damit eine bessere Kühlung und eine homogenere Temperaturverteilung im Kerninneren erreicht. Der Kernquerschnitt kann dadurch in vorteilhafter Weise geringer ausgeführt werden. Wärmeableitbleche sind aufgrund des Aufbaus eines amorphen Transformatorkerns aus einem viellagigen dünnen amorphen Bandmaterial mit einer limitierten Breite während dessen Fertigung besonders gut in das Innere des Transformatorkerns einzubringen, weil dieser nicht quasi-monolithisch aufgebaut ist wie ein geblechter Standardtransformatorkern.

[0009] Wenigstens ein Ende eines solchen Wärmeableitbleches ist zu einem, vorzugsweise kernnahen, Wärmetauscherbereich geführt. Dieser ist idealerweise derart gestaltet, dass eine möglichst hohe Oberfläche zum Wärmetausch bereitgestellt ist, beispielsweise durch eine kühlrippenähnliche Ausgestaltung. Selbstverständlich ist es auch denkbar, die Wärmeableitbleche mit einem Kühlkörper zu verbinden. Vorzugsweise erfolgt die Wärmeabgabe vom Wärmetauscherbereich an die Umgebung mittels natürlicher Konvektion. Selbstverständlich ist aber auch eine forcierte Kühlung denkbar.

[0010] Entsprechend einer bevorzugten Ausgestaltung des erfindungsgemäßen amorphen Transformatorkerns ist das wenigstens eine Wärmeableitblech zumindest abschnittsweise zwischen zwei benachbarten Lagen des bandartigen amorphen Kernmaterials angeordnet und aus wenigstens einer Seitenfläche des amorphen Transformatorkerns beziehungsweise der amorphen Transformatorkernscheibe herausgeführt. Eine amorphe Transformatorkernscheibe ist zumeist aus einer Vielzahl von Lagen amorphen bandartigen Kernmaterials vorkonfektioniert. Diese ist bei der Fertigung eines Transformators zu öffnen, um die Transformatorwicklungen über aus dem Bandmaterial gebildete Kernschenkel anzuordnen. Wie eingangs erwähnt umfasst ein amorphes Kernblech üblicherweise einen Umlauf von 360°. Die Stossstellen der jeweiligen Bleche sind zumeist in einem der gebildeten Joche vorgesehen, welches auch die jeweilige Öffnungsstelle darstellt. Beim Schließen des Transformatorkerns beziehungsweise der Transformatorkernscheibe werden Pakete von einigen 10 bis 100 und auch mehr Lagen wechselseitig zugeschichtet, so dass bei diesem Vorgang einfach Wärmeableitbleche zwischen die Lagenpakete eingefügt werden können. Durch die flächige Kontaktierung der jeweiligen Wärmeableitbleche mit den angrenzenden Lagen des bandartigen amorphen Kernmaterials ist ein guter Wärmeübergang sichergestellt. Insofern ein Material für die Wärmeableitbleche verwendet wird, welches magnetische Eigenschaften aufweiset, und derartige Wärmeleitbleche in den Stossbereich von jeweiligen Lagenpakten angeordnet werden, werden dort eventuell vorhandene magnetische Schwachstellen des amorphen Kernes in vorteilhafter Weise kompensiert. Zur Verringerung eventueller Wirbelstromverluste in den Wärmeableitblechen ist es möglich, diese geschlitzt oder in Form von mehreren, elektrisch gegeneinander isolierten, aneinandergrenzenden Streifen aufzubauen. Deren Wärmeleitfähigkeit wird dadurch nicht signifikant beeinflusst. So ist auf einfache Weise ein amorpher Transformatorkern mit einer verbesserten Wärmeabfuhr aus dessen Innerem gefertigt.

[0011] Gemäß einer weiteren Erfindungsvariante ist das wenigstens eine Wärmeableitblech an wenigstens einer Seitenfläche der Transformatorkernscheibe abgewinkelt. Dies ermöglicht eine platzsparende Führung der Wärmeableitbleche zu einer ebenfalls platzsparend oberhalb des Transformators vorgesehenen Wärmetauschzone.

[0012] Einer besonders bevorzugten Variante des erfindungsgemäßen Transformatorkerns folgend umfasst dieser wenigstens zwei parallel und zumindest annährend kongruent benachbart zueinander angeordnete Transformatorkernscheiben, wobei wenigstens ein Wärmeableitblech zumindest abschnittsweise zwischen den benachbarten Transformatorkernscheiben angeordnet ist. Transformatorkerne für höhere Nennleistungen, beispielsweise im Bereich von 1 MVA und auch deutlich höher, sind aufgrund der begrenzten Breite des verfügbaren bandartigen amorphen Kernmaterials zumeist aus mehreren Kernscheiben zusammenzusetzen. Zudem sind hier die Kühlproblematik und insbesondere auch eine inhomogene Temperaturverteilung von besonderer Bedeutung.

[0013] Idealerweise sind Wärmeableitbleche zwischen zwei jeweiligen schenkelähnlich ausgeprägten Bereichen von benachbarten Transformatorkernscheiben angeordnet. Üblicherweise ist der Transformator im späteren Betrieb mit stehendem Kern angeordnet. In diesem Fall sind auch die Kernscheiben senkrecht angeordnet, so dass auch die dazwischen angeordneten Wärmeableitbleche senkrecht verlaufen und in eine oberhalb des Transformators vorgesehene Wärmetauschzone münden. Selbstverständlich ist ein Transformator aber auch mit liegendem amorphem Kern anordenbar. Unter Voraussetzung von ebenen Seitenflächen der Transformatorkernscheiben erfolgt ein flächiger Wärmeübergang über die Seitenflächen des bandartigen amorphen Bandmaterials auf das jeweils angrenzende Wärmeableitblech.

[0014] In einer weiteren Ausgestaltungsmöglichkeit des erfindungsgemäßen amorphen Transformatorkerns ist dieser durch das wenigstens eine zwischen den kongruent benachbarten Transformatorkernscheiben angeordnete Wärmeableitblech mechanisch stabilisiert. Hierzu ist es erforderlich, dass das Wärmeleitblech eine bestimmte Dicke, beispielsweise 1mm bis 15mm aufweist, je nach Größe und Gewicht des amorphen Transformatorkerns. Übliche Wärmeableitbleche können auch durchaus im Bereich einer Dicke von 0,5mm und darunter liegen. So ist es beispielsweise möglich, ein senkrecht in einem Schenkelbereich angeordnetes Wärmeableitblech im unteren Bereich mit einem quer verlaufenden Trägerblech zu versehen, so dass sich eine T-Form ergibt. Dies würde beispielsweise ermöglichen, die jeweiligen angrenzenden Transformatorkernscheiben von unten auf den so gebildeten Querbalken abzustützen. Ebenso ist es aber ohne weiteres denkbar, ein derartiges Wärmeableitblech mit den angrenzenden Seitenflächen der Transformatorkernscheiben zu verkleben und diese so zu stabilisieren. Hierzu ist vorzugsweise ein Klebstoff mit einer hohen Wärmeleitfähigkeit zu verwenden, beispielsweise mit einem Zusatz an Bornitrid, welches ein hervorragender Wärmeleiter ist. Entsprechend einer weiteren Erfindungsvariante ist es auch vorgesehen, im oberen Bereich des Wärmeableitbleches eine Haltevorrichtung vorzusehen, beispielsweise eine Öse, mittels welcher der Transformator durch einen Kran oder eine ähnliche Hebevorrichtung angehoben werden kann. Hierdurch wird die Handhabung des Transformatorkerns vereinfacht.

[0015] Gemäß einer weiteren Ausführungsvariante sind mehrere zumindest abschnittsweise benachbart angeordnete Wärmeableitbleche vorgesehen. Die Verwendung mehrerer Wärmeableitbleche ermöglicht einerseits deren möglichst homogene Verteilung innerhalb des amorphen Transformatorkerns, womit auch eine weiter homogenisierte Temperaturverteilung im Betrieb erreicht ist. Vorzugsweise sind diese Bleche aber zu einem gemeinsamen Wärmetauschbereich oberhalb des Transformatorkerns zu führen, wofür sich insbesondere bei Vorhandensein von mehreren Transformatorkernscheiben der Bereich zwischen den Kernscheiben anbietet, der senkrecht nach oben verläuft. Um einen möglichst kompakten Strang zu bilden, innerhalb dessen die Wärmeableitbleche nach oben geführt sind, sind diese demgemäß parallel zueinander zu führen.

[0016] Ein gemeinsamer Wärmetauschbereich ermöglicht nämlich gemäß einer weiteren Erfindungsvariante insbesondere eine einfache forcierte Kühlung, beispielsweise mittels eines Gebläses oder eines Wärmetauschers. In diesem Fall reicht ein einziges Gerät, um den einzigen Wärmetauschbereich forciert zu kühlen.

[0017] Zur weiteren Steigerung der Wärmeabfuhr aus dem Inneren des amorphen Transformatorkerns ist es vorgesehen, das wenigstens eine Wärmeableitblech überwiegend aus dem Metall Kupfer oder Aluminium zu fertigen, welche sich durch eine besonders hohe Wärmeleitfähigkeit auszeichnen und zudem noch eine genügend hohe mechanische Stabilität aufweisen.

[0018] Insbesondere für den Fall, dass zwischen einer Vielzahl einzelner Lagen des band-ähnlichen amorphen Materials ein jeweiliges Wärmeableitblech vorgesehen ist, wird vorgeschlagen, dieses folienartig, also besonders dünn auszuführen, beispielsweise mit einer Dicke von 50µm. Hierdurch wird eine besonders homogene Wärmeableitung aus dem Inneren des amorphen Transformatorkerns ermöglicht. Insoweit die folienartigen Wärmeleitbleche mit einer elektrischen Isolationsschicht versehen sind, werden hierdurch in vorteilhafter Weise eventuelle ― wenn auch ohnehin bereits marginale ― Wirbelstromverluste weiter reduziert.

[0019] Eine nochmalige Steigerung der Wärmeableitung wird erfindungsgemäß dadurch erreicht, dass das wenigstens eine Wärmeableitblech in einem flächigen Kontaktflächenbereich mit dem bandartigen amorphen Kernmaterial mit einer Wärmeleitpaste versehen ist oder auch dadurch, dass wenigstens ein Wärmeableitblech in einem flächigen Kontaktflächenbereich mit dem bandartigem amorphen Kernmaterial mittels eines vorzugsweise gut wärmeleitfähigen Klebstoffes verbunden ist. In beiden Fällen wird der Wärmeübergang von der jeweiligen Transformatorkernscheibe zum Wärmeableitblech in vorteilhafter Weise verbessert.

[0020] Auch die Integration wenigstens eines vertikal den Transformatorkern durchlaufenden Kühlkanals, welcher vorzugsweise in einem schenkelähnlichen Bereich zwischen benachbarten Transformatorkernscheiben integriert ist, sorgt durch den Durchfluss eines Kühlmediums, beispielsweise Luft, in Kombination mit den Wärmeableitblechen für eine besonders vorteilhafte Wärmeabfuhr.

[0021] Die zuvor genannten Vorteile der verbesserten Wärmeabfuhr aus dem Inneren des amorphen Transformatorkerns erschließen sich auch und insbesondere für einen Transformator, umfassend einen Transformatorkern nach einem der Ansprüche 1 bis 14, wenigstens eine hohlzylindrisch ausgeformte elektrische Wicklung mit einer Unter- und einer Oberspannungsseite, wobei wenigstens ein schenkelähnlich ausgeprägter Bereich des amorphen Transformatorkerns die wenigstens eine Wicklung im hohlzylindrischen Innenraum durchgreift und diese zumindest teilweise in dem wenigstens einen Wickelfenster angeordnet ist. Durch den elektrischen Betrieb der Wicklungen, beispielsweise mit einer primären Nennspannung von 20kV, einer sekundären Nennspannung von 400V bei einer Netzfrequenz von 50Hz, erfolgt im amorphen Transformatorkern aufgrund von Hystereseverlusten ein Wärmeeintrag, welcher allerdings geringer ist bei einem vergleichbaren konventionellen Transformatorkern. Diese Wärme kann dann in besonders effektiver Weise mit den erfindungsgemäßen Wärmeableitblechen aus dem Inneren des Transformatorkerns geleitet werden, so dass sich eine niedrigere und homogenere Kerntemperatur einstellt, welche letztendlich zu verbesserten magnetischen Betriebseigenschaften des amorphen Kernmaterials führt.

[0022] Weitere vorteilhafte Ausgestaltungsmöglichkeiten sind den weiteren abhängigen Ansprüchen zu entnehmen.

[0023] Anhand der in den Zeichnungen dargestellten Ausführungsbeispiele sollen die Erfindung, weitere Ausführungsformen und weitere Vorteile näher beschrieben werden.

[0024] Es zeigen:

Fig. 1

eine exemplarische erste Transformatorkernscheibe in einer dreidimensionalen Ansicht,

Fig. 2

einen Schnitt durch einen ersten exemplarischen amorphen Transformatorkern,

Fig. 3

eine Seitenansicht auf einen zweiten exemplarischen Transformatorkern,

Fig. 4

eine Draufsicht auf einen dritten exemplarischen Transformatorkern mit Wicklungen sowie

Fig. 5

eine exemplarische zweite Kernscheibe.

[0025] Fig. 1 zeigt eine exemplarische erste Transformatorkernscheibe 10 in einer dreidimensionalen Ansicht. Eine Vielzahl an Lagen 12 aus einem bandartigem amorphen Kernmaterial sind ist konzentrisch um zwei Wickelfenster 14 und 16 angeordnet. Abweichend zur Fig. sind jedoch mehrere tausend solcher Lagen vorgesehen, welche jeweils eine Dicke im Bereich von beispielsweise 0,05mm bis 0,1mm aufweisen. Die Abmessungen des Kerns können eine Breite im Bereich von 1,5m bis 4m und eine Höhe von 1 m bis 2,5m und darüber aufweisen, wobei dies selbstverständlich abhängig von der zu erzielenden Nennleistung eines entsprechenden Transformators abhängt, welche durchaus auch 10MVA und höher betragen kann. Die Breite 18 der Transformatorkernscheibe hängt in Wesentlichen von der Breite des zur Verfügung stehenden amorphen Bandmaterials ab und ist aufgrund der kommerziell erhältlichen Bandbreiten und deren hoher mechanischer Empfindlichkeit auf beispielsweise 20cm begrenzt. Die Kernscheibe 10 ist für einen dreiphasigen Transformator mit drei Wicklungen vorgesehen, weshalb in diesem Fall aufgrund der zwei Wickelfenster 14, 16 drei schenkelähnliche Bereiche ausgeprägt sind, welche zur Aufnahme der drei Wicklungen vorgesehen sind. Abweichend von der Zeichnungen sind die Kanten der Transformatorkernscheibe nicht scharfkantig, sie sind vielmehr als rund anzunehmen, beispielsweise mit einem inneren Biegeradius von 1cm und einem äußeren Biegeradius, welche etwas höher als eine Schenlekbreite ist. Diese Kernbauform bedingt es, dass letztendlich drei ringähnliche Strukturen aus amorphen bandähnlichem Kernmaterial gebildet sind, nämlich je eine Ring um eines der beiden Wickelfenster 14, 16 und ein dritter äußerer Ring, welcher die beiden inneren Ringe umschließt. Die Stossstellen der jeweiligen Lagen sind im unteren Jochbereich angedeutet, wo die Transformatorkernscheibe 10 auch geöffnet werden kann, um beispielsweise darauf die Transformatorwicklungen darauf anzuordnen. Hierzu müsste die Kernscheibe entsprechend der Fig. hängend angeordnet sein, wobei aber auch durchaus mechanische Haltekonstruktionen denkbar sind, welche eine Öffnung der dann umgedrehten Transformatorkernscheibe im dann oberen Jochbereich ermöglichen.

[0026] Fig. 2 zeigt einen Schnitt 20 durch ersten exemplarischen amorphen Transformatorkern mit zwei kongruenten benachbart angeordneten Transformatorkernscheiben 32, 34. Diese sind identisch aufgebaut und entsprechen in etwa der in der Fig. 1 gezeigten Transformatorkernscheibe, es sind jedoch zwischen benachbarten Lagen 24 beziehungsweise zwischen mehrere Lagen umfassenden Lagenpaketen mehrere Wärmeleitbleche 26 angeordnet. Durch die jeweils planen Kontaktflächen ist ein guter Wärmeübergang von den Lagen 22, 24 des bandartigen amorphen Kernmaterials auf die Wärmeableitbleche 26 gewährleistet. Dieser ist jedoch bedarfsweise durch den Einsatz einer flächig verteilten Wärmeleitpaste steigerbar. Die gleichmäßige Verteilung der Wärmeableitbleche 26 innerhalb der Transformatorkernscheiben 32, 34 ermöglicht eine homogenere Temperaturverteilung innerhalb des Transformatorkerns, wenn dieser im Betrieb ist. Zwischen den Transformatorkernscheiben 32, 34 ist ein kanalartiger Bereich ausgebildet, in welchen die seitlich aus den Transformatorkernscheiben 32, 34 austretenden Wärmeableitbleche 26 münden und nach oben hin abgewinkelt sind. Am oberen Ende des kanalartigen Bereiches treten die Wärmeableitbleche aus dem Transformatorkern aus und münden in einen Wärmetauschbereich 28. Dieser ist dazu vorgesehen, die Wärmeenergie an die Umgebung abzugeben, beispielsweise mittels natürlicher Konvektion. Selbstverständlich ist dieser Bereich auch forciert kühlbar, beispielsweise durch Belüftung, auch mit ihrerseits bereits gekühlter Luft. Um diesen Effekt zu steigern, sind die Enden der Wärmeableitbleche 30 kühlrippenähnlich aufgebogen. Ein zusätzlicher Kühleffekt tritt durch den Kontakt der nach oben geführten Wärmeableitbleche mit den inneren Seitenflächen der Transformatorkernscheiben 32, 34 auf, welcher wiederum durch den Einsatz einer Wärmeleitpaste in eventuellen Hohlräumen verbessert werden kann. An den beiden Außenseiten des zwei Transformatorkernscheiben 32, 34 aufweisenden Transformatorkerns sind jeweils Seitenplatten 36, 38 vorgesehen. Diese dienen in diesem Beispiel primär der mechanischen Stabilisierung des Transformatorkerns und sind beispielsweise zumindest bereichsweise mit einer jeweiligen Seitenfläche einer Transformatorkernscheibe verklebt. Selbstverständlich ist es aber möglich, deren natürliche Wärmeableitfunktionalität dadurch zu verstärken, dass auch die Seitenplatten 36, 38 in einen außerhalb des eigentlichen Transformatorkerns liegenden Wärmetauschbereich verlängert sind.

[0027] Fig. 3 zeigt eine Seitenansicht 40 auf einen zweiten exemplarischen Transformatorkern. Auch hier umfasst der Transformatorkern zwei kongruent benachbarte Transformatorkernscheiben 42, 44, wobei zwischen beiden ein kanalähnlicher Bereich ausgebildet ist. Quer durch diesen Bereich und vorzugsweise zwischen zwei schenkelähnlich ausgeprägten Bereichen der Transformatorkernscheiben 42, 44 sind parallel zueinander mehrere Wärmeableitbleche 46 vorgesehen, welche den Kanal zumindest im schenkelähnlichen Bereich komplett ausfüllen, so dass ein guter Wärmeübergang von den betreffenden Bereichen der Seitenflächen der Transformatorkernscheiben auf die plan angrenzenden Wärmeableitbleche 46 gewährleistet ist. Dennoch ist es denkbar, den Wärmeübergang durch den Einsatz einer Wärmeleitpaste zu verbessern. Ebenso ist es aber auch möglich, die Wärmeleitbleche 46 mechanisch besonders stabil auszuführen, beispielsweise mit einer Dicke von 10mm, und diese bereichsweise mit den Transformatorkernscheiben 42, 44 zu verkleben. Dies erhöht einerseits die Stabilität der eigentlich materialbedingt labilen Transformatorkernscheiben 42, 44 und verbessert bei Einsatz eines Klebstoffes mit besonders hoher Wärmeleitfähigkeit auch die Wärmeableitung. Ein solcher Klebstoff könnt beispielsweise auf einem Epoxidharz basieren, welchem ein gut wärmeleitfähiger Füllstoff wie beispielsweise Bornitrid beigemengt wurde. Zeichnungstechnisch bedingt ist nur ein senkrecht verlaufendes Paket von Wärmeableitblechen 46 dargestellt, es ist jedoch davon auszugehen, dass für jeden schenkelähnlichen Bereich ein separates Paket von Wärmeableitblechen 46 vorgesehen ist. Die Wärmeableitbleche 46 münden im oberen und im unteren Transformatorkernbereich in einen jeweiligen Wärmetauschbereich 50.

[0028] Fig. 4 zeigt eine Draufsicht 60 auf dritten exemplarischen Transformatorkern mit Wicklungen. Dieser entspricht ― abgesehen von der geänderten Perspektive ― im Wesentlichen dem in Fig. 3 gezeigten Transformatorkern. Der Transformatorkern umfasst zwei kongruent benachbarte Transformatorkernscheiben 62, 64, zwischen welchen ein Spalt ausgebildet ist. In den Jochbereichen sind in diesem Spalt paketartig Wärmeableitbleche 66, 68 angeordnet, welche in einen jeweiligen Wärmetauschbereich 74 münden. Innerhalb der jeweiligen Schenkelbereiche sind jedoch zusätzliche Kühlkanäle 70 vorgesehen, welche wiederum für eine verbesserte Wärmeableitung sorgen. Gerade hier ist es vorteilhaft, wenn die Kühlkanäle forciert von einem Kühlmittel durchströmt werden. Die Konturen von auf den jeweiligen Kernschenkeln befindlichen Wicklungen sind mit der Bezugsziffer 72 angedeutet. Selbstverständlich ist auch die Verwendung von drei, vier oder mehr kongruent benachbarten Transformatorkernscheiben möglich.

[0029] Fig. 5 zeigt eine exemplarische zweite Transformatorkernscheibe 80 mit vier Wickelfenstern 82, 84, 86, 88 und konzentrisch darum angeordneten Lagen 92 aus bandähnlichem amorphem Material. Es sind drei schenkelähnliche Bereiche 92 angedeutet, welche zur Aufnahme einer jeweiligen Wicklung vorgesehen sind. Die beiden äußeren schenkelähnlichen Bereiche sind für den magnetischen Rückschluss vorgesehen, so dass diese Form der Form eines Fünfschenkelkerns ähnelt.

Bezugszeichenliste

[0030] 

10

exemplarische erste Transformatorkernscheibe

12

erste Lagen aus bandartigem amorphen Kernmaterial

14

erstes Wickelfenster

16

zweites Wickelfenster

18

Breite der ersten Transformatorkernscheibe

20

Schnitt durch ersten exemplarischen amorphen Transformatorkern

22

zweite Lagen aus bandartigem amorphen Kernmaterial

24

benachbarte Lagen aus bandartigem amorphen Kernmaterial

26

erste Wärmeableitbleche

28

erster Wärmetauschbereich

30

Kühlrippenähnliche Enden von ersten Wärmeableitblechen

32

erste Transformatorkernscheibe von erstem Transformatorkern

34

zweite Transformatorkernscheibe von erstem Transformatorkern

36

erste Seitenplatte von erstem Transformatorkern

38

zweite Seitenplatte von erstem Transformatorkern

40

Seitenansicht auf zweiten exemplarischen Transformatorkern

42

erste Transformatorkernscheibe von zweitem Transformatorkern

44

zweite Transformatorkernscheibe von zweitem Transformatorkern

46

zweite Wärmeableitbleche

48

zweiter Wärmetauschbereich

50

dritter Wärmetauschbereich

60

Draufsicht auf dritten exemplarischen Transformatorkern mit Wicklungen

62

erste Transformatorkernscheibe von drittem Transformatorkern

64

zweite Transformatorkernscheibe von drittem Transformatorkern

66

abgewinkelte Enden von dritten Wärmeableitblechen

68

drittes Wärmeableitblech

70

Kühlkanäle

72

Wicklungen

74

vierter Wärmetauschbereich

80

exemplarische zweite Kernscheibe

82

drittes Wicklungsfenster

84

viertes Wicklungsfenster

86

fünftes Wicklungsfenster

88

sechstes Wicklungsfenster

90

dritte Lagen aus bandartigem amorphen Kernmaterial

92

schenkelähnlich ausgeprägter Bereich

Ansprüche

1. Amorpher Transformatorkern (20, 40, 60), umfassend wenigstens eine Transformatorkernscheibe (10, 32, 34, 42, 44, 62, 64, 80) mit einer Vielzahl an konzentrisch um wenigstens ein Wickelfenster (14, 16, 82, 84, 86, 88) angeordneten Lagen aus einem bandartigen amorphen Kernmaterial (12, 22, 24, 90), dadurch gekennzeichnet,
dass wenigstens ein Wärmeableitblech (26, 30, 46, 66, 68) in das Innere des amorphen Transformatorkerns (20, 40, 60) hineinreicht und dass dieses von dort in wenigstens einen Wärmetauschbereich (28, 48, 50, 74) außerhalb des amorphen Transformatorkerns (20, 40, 60) geführt ist, so dass eine verbesserte Ableitung von innerhalb des amorphen Transformatorkerns (20, 40, 60) anfallender Wärmeenergie ermöglicht ist.

2. Amorpher Transformatorkern nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das wenigstens eine Wärmeableitblech (26, 30, 46, 66, 68) zumindest abschnittsweise zwischen zwei benachbarten Lagen (24) des bandartigem amorphen Kernmaterials angeordnet und an wenigstens einer Seitenfläche des amorphen Transformatorkerns (20, 40, 60) aus diesem herausgeführt ist.

3. Amorpher Transformatorkern nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass das wenigstens eine Wärmeableitblech (26, 30, 46, 66, 68) an der wenigstens einen Seitenfläche abgewinkelt ist.

4. Amorpher Transformatorkern nach einem der vorherigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass dieser wenigstens zwei parallel und zumindest annährend kongruent benachbart zueinander angeordnete Transformatorkernscheiben (32, 34; 42, 44; 62, 64) umfasst und dass wenigstens ein Wärmeableitblech (26, 30, 46, 66, 68) zumindest abschnittsweise zwischen den benachbarten Transformatorkernscheiben (32, 34; 42, 44; 62, 64) angeordnet ist.

5. Amorpher Transformatorkern nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet dass dieser durch das wenigstens eine zwischen den kongruent benachbarten Transformatorkernscheiben (32, 34; 42, 44; 62, 64) angeordnete Wärmeableitblech (26, 30, 46, 66, 68) mechanisch stabilisiert ist.

6. Amorpher Transformatorkern nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass das wenigstens eine zwischen den kongruent benachbarten Transformatorkernscheiben (32, 34; 42, 44; 62, 64) angeordnete Wärmeableitblech (26, 30, 46, 66, 68) in einem Wärmetauschbereich (28, 48, 50, 74) eine Haltevorrichtung aufweist.

7. Amorpher Transformatorkern nach einem der vorherigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass mehrere zumindest abschnittsweise benachbart angeordnete Wärmeableitbleche (26, 30, 46, 66, 68) vorgesehen sind.

8. Amorpher Transformatorkern nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, dass mehrere Wärmeableitbleche (26, 30, 46, 66, 68) in einen gemeinsamen Wärmetauschbereich (28, 48, 50, 74) geführt sind.

9. Amorpher Transformatorkern nach einem der vorherigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das wenigstens eine Wärmeableitblech (26, 30, 46, 66, 68) überwiegend aus Kupfer oder Aluminium gefertigt ist.

10. Amorpher Transformatorkern nach einem der vorherigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass wenigstens ein Wärmeableitblech (26, 30, 46, 66, 68) folienartig ausgeführt ist.

11. Amorpher Transformatorkern nach einem der vorherigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das wenigstens eine Wärmeableitblech (26, 30, 46, 66, 68) in einem flächigen Kontaktflächenbereich mit dem bandartigem amorphen Kernmaterial (12, 22, 24, 90) mit einer Wärmeleitpaste versehen ist.

12. Amorpher Transformatorkern nach einem der vorherigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass wenigstens ein Wärmeableitblech (26, 30, 46, 66, 68) in einem flächigen Kontaktflächenbereich mit dem bandartigem amorphen Kernmaterial (12, 22, 24, 90) mittels eines Klebstoffes verbunden ist.

13. Amorpher Transformatorkern nach einem der Ansprüche 4 bis 12, dadurch gekennzeichnet, dass zwischen benachbarten Transformatorkernscheiben (32, 34; 42, 44; 62, 64) Kühlkanäle (70) ausgebildet sind.

14. Amorpher Transformatorkern nach einem der vorherigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass eine Kühlvorrichtung zur forcierten Kühlung wenigstens eines Wärmetauschbereiches (28, 48, 50, 74) vorgesehen ist.

15. Transformator, umfassend

• einen Transformatorkern (20, 40, 60) nach einem der Ansprüche 1 bis 14,

• wenigstens eine hohlzylindrisch ausgeformte elektrische Wicklung (70) mit einer Unter- und einer Oberspannungsseite, wobei wenigstens ein schenkelähnlich ausgeprägter Bereich (92) des amorphen Transformatorkerns (20, 40, 60) die wenigstens eine Wicklung (70) im hohlzylindrischen Innenraum durchgreift und diese zumindest teilweise in dem wenigstens einen Wickelfenster (14, 16, 82, 84, 86, 88) angeordnet ist.

Zeichnung