DE1276189B - Regeltransformator in Sparschaltung - Google Patents

Description

BUNDESREPUBLIK DEUTSCHLAND

DEUTSCHES

PATENTAMT

AUSLEGESCHRIFT

Int. CL:

HOIf

Deutsche KL: 21d2-50

Nummer: 1 276 189

Aktenzeichen: P 12 76 189.6-32 (G 35669)

Anmeldetag: 8. August 1962

Auslegetag: 29. August 1968

Die Erfindung bezieht sich auf einen Regeltransformator in Sparschaltung mit einem Kern von ringförmigem Querschnitt und einer auf diesen aufgewickelten Ringwicklung, deren unmittelbar nebeneinander angeordnete Windungen auf der oberen Stirnseite des zylinderförmigen Regeltransformators eine Kontaktfläche bilden, auf der ein Stromabnehmer gleitend bewegbar ist, und bei dem zwischen der Ringwicklung und dem Kern im Bereich der ringförmigen Kontaktfläche ein ringförmiges, eine flache, ebene Oberfläche aufweisendes - Formzwischenstück angeordnet ist.

Die Schwierigkeiten, die bei solchen Transformatoren auftreten, bestehen darin, daß durch den Stromübergang in der Kontaktfläche, wo der Stromabnehmer die Kontaktfläche der Wicklung berührt, sehr hohe Temperaturen entstehen. Diese heißeste Stelle im Spartransformator stellt den begrenzenden Faktor beim Bau und beim Betrieb eines solchen Transformators dar. Die hohen Temperaturen können nämlich zu Isolationsfehlem in der Nähe der Kontaktfläche oder gar zu einem Verbrennen der Kontakte führen. Weiterhin besteht die Gefahr, daß es zu schädlichen mechanischen Deformationen kommt.

Der Kern eines mit einem gleitenden Stromabnehmer versehenen Spartransformators arbeitet im allgemeinen bei einer wesentlich niedrigeren Temperatur als die Kontaktfläche zwischen der Wicklung und dem Stromabnehmer. Infolgedessen könnte der Kern als Wärmesenke herangezogen werden und Wärme von der Kontaktfläche abführen. Bei den üblichen Ausführungsformen der Spartransformatoren mit gleitendem Stromabnehmer kann jedoch der Kern nicht als Wärmesenke wirksam werden. Die auf einen ringförmigen Kern gewickelte Ringspule eines derartigen Spartransformators muß nämlich in der Nähe des äußeren Umfangs des Kerns angehoben werden, um zur Ausbildung der Kontaktfläche, über die der Stromabnehmer gleitet, eine flache und bearbeitbare Fläche zu bilden. Die Wicklung wird üblicherweise dadurch angehoben, daß eine Kunststofform auf den Kern aufgesetzt wird, die einen flachen verdickten äußeren Umfang aufweist. Um die Kunststofform und den Kern wird dann ein die Wicklung bildender isolierter Draht gewickelt. Der verdickte Teil der Kunststofform liegt dabei zwischen der Wicklungskontaktfläche und dem Kern. Die Wicklung und der Kern sind daher durch eine schlecht wärmeleitende Schicht gerade an derjenigen Stelle getrennt, an der die größte Wärme erzeugt wird. Der Kern kann daher nicht als Wärmesenke für die Kontaktfläche hoher Temperatur wirksam werden.

Regeltransformator in Sparschaltung

Anmelder:

General Electric Company,
Schenectady, N. Y. (V. St. A.)

Vertreter:

Dr.-Ing. W. Reichel, Patentanwalt,
ίο 6000 Frankfurt, Parkstr. 13 ^ ,

Als Erfinder benannt:
Clarence Andrew Neumann,
Pittsfield, Mass.;

Henry John Heiberg, Stockbridge, Mass.;
Burnice Doyle Bedford, Scotiy, N. Y. (V. St. A.)

Beanspruchte Priorität:

V. St. v. Amerika vom 9. August 1961 (130 364)

as Infolge der hohen Temperatur der Kontaktfläche müssen daher Spartransformatoren mit gleitendem Stromabnehmer bei einem Belastungsstrom arbeiten, der wesentlich geringer ist als der für die übrigen Materialien und Bauelemente maximal zulässige Strom. Dadurch wird die Vorrichtung größer, schwerer und aufwendiger als es im Hinblick auf die thermischen und elektrischen Belastungen der anderen Teile notwendig wäre. Ferner ist es nicht sinnvoll, beim Bau des Spartransformators eine höhere Isolationsklasse zu verwenden, da infolge der hohen Temperatur an der Kontaktfläche in jedem Fall elektrische Isolationsfehler und Verwerfungen auftreten, während bei den übrigen Teilen die höhere Isolationsklasse überhaupt nicht ausgenutzt wird.

Um diese Schwierigkeiten zu beheben, ist es bereits bei einem Regeltransformator der eingangs beschriebenen Art bekannt, durch eine optimale Dimensionierung des Schleifers bezüglich seines Widerstandes und seiner Abmessungen den Kurzschlußstrom, der beim Kurzschließen nebeneinanderliegender Wicklungen auftritt, innerhalb solcher Werte zu halten, daß die Wärmeentwicklung im Schleifkontakt möglichst klein wird. Diese Maßnahme allein reicht jedoch nicht aus, um auch die übrigen Teile und Materialien des Transformators bis an ihre zulässige Beanspruchungsgrenze auszunutzen. Dieser Transformator ist daher immer noch unter Berücksichti-

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gung seiner maximal abgebbaren Leistung zu groß und zu schwer. So wird beispielsweise der Kern zur Wärmeabfuhr und -verteilung nicht herangezogen, da er von der ebenen Kontaktfläche an seiner Stirnseite durch ein schlecht wärmeleitendes Isolierstück getrennt ist.

Weiterhin ist ein luftgekühlter Regeltransformator bekannt, bei dem der bewegliche Stromabnehmer und auch die mit diesem in Berührung stehende Kontakt-

Wärmeableitung an den Kern durch das Formzwischenstück hindurchgehen und mit dem Kern in Berührung stehen.

£ur Verringerung der Wirbelstromverluste ist der Metallbauteil vorteilhafterweise aus einem spiralförmig aufgewickelten Metallstreifen hergestellt, so daß die Wärmesenke lamelliert ist.

Bei Verwendung von Aluminium als Material für

Ausgehend von einem Regeltransformator der eingangs erwähnten Art wird diese Aufgabe dadurch gelöst, daß das Formzwischenstück einen unmittelbar unter der Kontaktfläche angeordneten ringförmigen Bauteil aus Metall mit geringem elektrischem Widerstand und hoher Wärmeleitfähigkeit enthält, das von den die Kontaktfläche bildenden Windungen durch elektrisches Isolationsmaterial getrennt ist.

Auf diese Weise kann der als Wärmesenke diefläche des Transformators durch vom Stromabnehmer io nende, ringförmige Metallbauteil die an einer Stelle mitgeführte Luftdüsen gekühlt werden. Diese Maß- der Kontaktfläche entstehende Wärme gleichmäßig nähme erfordert jedoch zusätzliche aufwendige Vor- über die gesamte Kontaktfläche verteilen und zum richtungen, wie ein Gebläse, Kühlschläuche usw. Kern des Transformators ableiten. Dadurch wird eine Ferner wird bei luftgekühlten Transformatoren die nahezu gleichförmige Wärmeverteilung im gesamten Korrosion der Kontaktfläche bei höheren Tempera- 15 Spartransformator erreicht. Der metallische Bauteil türen infolge des erhöhten Luftstromes gefördert. weist vorzugsweise Ansätze auf, die zur besseren

Bei einem anderen bekannten Regeltransformator erfolgt die Stromabnahme nicht über die Wicklung, sondern über getrennte Kontaktstücke, die über Strombegrenzungswiderstände an Anzapfungen der Transformatorwicklung angeschlossen sind. Um die Wärme von den Kontaktstücken und den Strombegrenzungswiderständen ableiten zu können, sind diese in einen Isolierstoff eingebettet, der die Wärme

an das Transformatorgehäuse ableitet. Bei diesem be- 25 den ringförmigen Bauteil kann die Isolationsschicht kannten Regeltransformator wurde zwar die Schwie- zwischen den die Kontaktflächen bildenden Windunrigkeit der Wärmeabfuhr gelöst, jedoch in einer sehr gen eine durch Eloxieren hergestellte Aluminiumkomplizierten Weise, nämlich durch die Trennung oxidschicht sein.

von Wicklung und Kontaktfläche, Verwendung von Im folgenden werden Ausführungsbeispiele der

niederohmigen Kontakten und durch die Aufnahme ₃₀ Erfindung an Hand von Figuren näher beschrieben, zusätzlicher Strombegrenzungswiderstände. Damit ist Es zeigt

eine wesentliche Erhöhung der Größe, des Gewichts F i g. 1 eine isometrische, zum Teil im Querschnitt

und des Aufwandes verbunden. gezeigte schematische Ansicht eines einstellbaren

Die Vorrichtung zum Abführen der Wärme von Spartransformators mit gleitendem Stromabnehmer der Kontaktfläche hoher Temperatur muß die Wärme ₃₅ nach der Erfindung,

nicht unbedingt direkt in die freie Atmosphäre ab- F i g. 2 eine vergrößerte, im Querschnitt gezeigte

führen. Die wärmeabführende Vorrichtung braucht Teilansicht der Wärmesenke nach F i g. 1, die Wärme nur von der heißen Stelle der Kontakt- Fig. 3 eine vergrößerte, zum Teil im Querschnitt

fläche zu absorbieren und sie zu Stellen geringerer dargestellte Teilansicht entsprechend der Fig. 2 Temperatur im Spartransformator zu führen. Damit ₄₀ eines anderen Ausführüngsbeispiels der Erfindung, ergibt sich eine gleichmäßigere Temperaturverteilung F i g. 4 eine vergrößerte, isometrische, zum Teil

geöffnet dargestellte, schematische Ansicht eines weiteren Ausführungsbeispieles nach der Erfindung,

F i g. 5 eine schematische, im Querschnitt dargestellte Ansicht, der die Nachteile bekannter Anordnungen entnommen werden können, in vergrößertem Maßstab, und

F i g. 6 im Querschnitt und in vergrößertem Maßstab einen Teil der Anordnung nach den F i g. 1 so weit erhöht, daß eine derartige Anordnung prak- 50 und 2, woraus sich im Vergleich zu der bekannten tisch uninteressant wird. Ferner ist dabei die wärme- Anordnung nach F i g. S die Vorteile gemäß der Erabsorbierende Kapazität der Wärmesenke nicht bei findung ergeben.

allen Schleifkontaktstellungen gleichmäßig, so daß In der Zeichnung und insbesondere in den F i g. 1

die Fläche des Rohres zur wirksamen Ableitung der und 2 ist ein Ausführungsbeispiel eines einstellbaren Wärme sehr groß gehalten werden muß, wenn der ₅₅ Spartransformators 10 mit gleitendem Stromabneh-Stromabnehmer an einem Ende der Wicklung an- mer dargestellt. Der Spartransformator 10 weist einen

im gesamten Transformator, so daß die Isolation an allen Stellen voll ausgenützt wird und der Transformator mit größerer Belastung für eine gegebene Größe betrieben werden kann.

Es ist bereits bekannt, ein geschlitztes Rohr, das den Kern umgibt, als Wärmesenke zu benutzen. Diese Anordnung hat aber den Nachteil, daß das geschlitzte Rohr die Größe und den Aufwand der Vorrichtung

gelangt ist. Ein weiterer Nachteil der bekannten Vorrichtung besteht darin, daß das Rohr über seine gesamte Länge geschlitzt werden muß, so daß es keine kurzgeschlossene Windung darstellt.

Die Aufgabe der Erfindung besteht nun darin, die bei den bekannten Regeltransformatoren in Verbindung mit der Wärmeabfuhr aus der heißen Kontaktfläche auftretenden Nachteile und Schwierigkeiten zu

ringförmigen lamellierten Kern 11 auf, der aus einem spiralförmig gewickelten Eisen- oder Stahlband besteht. Der Kern 11 ist in zwei U-förmige Wicklungsformen 12 eingeschlossen, die aus Isoliermaterial, ζ. B. Kunststoff, bestehen. Die Wicklungsformen können Verzahnungen (nicht dargestellt) an ihren äußeren Kanten aufweisen, welche als Führungen zum Einsetzen und Haltern des isolierten Leiters, der

beseitigen und eine einfachere und wirksamere War- 65 die Ringwicklung 13 bildet, dienen. Die obere Wickmesenke zu schaffen. Hierdurch soll die zulässige lungsform 12 besitzt einen verstärkten Verbindungs-Belastung des Transformators bei gegebener Größe steg zwischen den beiden U-Schenkeln, der ein Formund gegebenem Gewicht erhöht werden. zwischenstück 14 zwischen der oberen Wicklungs-

Stirnseite des Spartransformators und dem Kern darstellt. Das Formzwischenstück 14 erhöht den radial außenliegenden Teil der Wicklung gegenüber dem radial innenliegenden Teil dieser Wicklungsstirnseite. Damit wird gewährleistet, daß die Isolierung nur von dem erhöhten Teil der Wicklung entfernt wird, wenn die kommutatorähnliche Kontaktfläche 15 durch Verfahren, wie sie weiter unten beschrieben sind, hergestellt wird.

Die Wicklung 13 besteht aus isoliertem Draht, der um den Kern 11 gewickelt ist und aufeinanderfolgende benachbarte Windungen darstellt. Eine äußere Fläche der Wicklung 13 ist mit einer kommutatorähnlichen Kontaktfläche 15 versehen. Die Fläche 15 liegt an einer Stelle etwa senkrecht zur Längsachse 23 der Wicklung und stellt eine kreisförmige Bahn für den gleitenden elektrischen Kontakt mit einem Stromabnehmer 16 hohen Widerstandes dar. Die Kontaktfläche 15 kann durch Entfernung der Isolation von der Oberfläche des Drahtes, der die Wicklung 13 bildet, ausgebildet werden, indem der Draht flach geschliffen wird, so daß eine verhältnismäßig glatte Oberfläche entsteht, über die der Stromabnehmer 16 gleitet. Eine andere Anordnung kann in der Weise vorgesehen werden, daß auf der bearbeiteten flachen Kontaktfläche eine Schicht eines an sich bekannten Materials aufgebracht wird, wie es für Stromabnehmer - Kommutieroberflächen verwendet wird. Die verwendeten Materialien sind üblicherweise Metalle oder Metallegierungen, die eine hohe Korrosionsfestigkeit und einen geringen elektrischen Widerstand aufweisen.

Der Stromabnehmer 16 besteht üblicherweise aus einem kohlenstoff- oder graphithaltigen Material hohen Widerstandes, so daß zu hohe Ströme unterbunden werden, wenn benachbarte Windungen der Wicklung kurzgeschlossen sind. Der Stromabnehmer kann in einer Halterung 17 befestigt sein, die in einer Kühlplatte 18 ruht, welche auf einer durch die Öffnung im Kern verlaufenden drehbaren Welle 19 angebracht ist. Der Stromabnehmer 16 wird mit Hilfe einer Feder 20 gegen die Kontaktfläche 15 gedrückt, so daß dazwischen ein vorbestimmter Druck aufrechterhalten wird. Die Welle 19 weist einen Einstellknopf 21 auf, der an der Welle befestigt ist und eine Drehung der Welle 19 von Hand erleichtert, durch die die Stellung des Stromabnehmers 16 auf der Kontaktfläche 15 verändert wird. Die Platte 18 trägt dazu bei, die durch den Spartransformator und insbesondere in dem Stromabnehmer erzeugte Wärme abzuleiten. Kern- und Wicklungsanordnungen können auf einer Grundplatte 22 angebracht sein.

Um den Spartransformator 10 anzuschalten, werden die Enden der Wicklung 13 mit einer äußeren Wechselstromquelle E verbunden, z. B. indem sie, wie schematisch durch die Leitungen 24 und 25 angedeutet, an 120 V geschaltet werden. Die Ausgangsklemmen 26, 27 des Spartransformators sind an den Stromabnehmer 16 und eine Eingangsleitung 24 angeschlossen, wie schematisch in F i g. 1 gezeigt ist. Eine äußere Belastung 31 kann parallel zu den Ausgangskiemen 26 und 27 gelegt sein, und Spannung und Strom, die von der Belastung aufgenommen werden, werden durch die Stellung des Stromabnehmers 16 auf der kommutatorartigen Kontaktfläche 15 der Wicklung 13 bestimmt.

An der Kontaktstelle zwischen dem Stromabnehmer 16 und der Kontaktfläche 15 ist die erzeugte Wärme sehr hoch, so daß dies die heißeste Stelle im Spartransformator ist. Dies hat dazu geführt, daß Spartransformatoren mit einer elektrischen Isolierung der unteren Güteklasse isoliert wurden, so daß nur ein Temperaturanstieg von 55° C mittlerer Wicklungstemperatur gegenüber der Umgebungstemperatur vorgesehen ist. Bei bekannten Spartransformatoren wurde von der Verwendung höherwertiger Isolierungen, mit denen die Spartransformatoren höhere Temperaturen aushalten könnten und damit bei gegebener Größe in der Lage wären, höhere Belastungen aufzunehmen, abgesehen, da die hohe Temperatur an der Kontaktfläche eine Zerstörung der nicht isolierten Kontaktfläche 15, ein Schmelzen der Wicklungsform 12, ein Anheben der Windungen der Wicklung unterhalb des Stromabnehmers 16 oder ein Durchbrennen der Isolierung auf der Wicklung 13 in der Fläche in der Nähe des Stromabnehmers 16 bewirkt, bevor die elektrische Belastung an der Vorrichtung einen Schaden der Isolierung in anderen Flächen verursacht. Es ergibt sich somit, daß bei bekannten Spartransformatoren die Wicklungs- und Kernanordnungen bei wesentlich geringerer Belastung betrieben werden als dies möglich ist, wenn die hohe Temperatur an der Kontaktfläche herabgesetzt ist.

Um dies zu erreichen, ist bei Spartransformatoren gemäß der Erfindung eine kreisförmige, ringähnliche metallische Wärmesenke unterhalb der Wicklung 13 in der Fläche unmittelbar in der Nähe der Kontaktoberfläche 15 der Wicklung vorgesehen. Die Längsschwerpunktachse der Wärmesenke soll dabei mit der Längsschwerpunktachse 23 der Spartransformatorwicklung zusammenfallen, so daß eine symmetrische Anordnung entsteht. In den Ausführungsbeispielen nach den F i g. 1 und 2 ist die Wärmesenke ein ringförmiger Bauteil 30, der aus einem Metall besteht, das eine verhältnismäßig hohe thermische Leitfähigkeit und einen verhältnismäßig geringen elektrischen Widerstand aufweist. Der ringförmige Bauteil 30 soll wenigstens so breit sein wie der Stromabnehmer 16. Silber, Kupfer und Aluminium (in der Reihenfolge der Zweckmäßigkeit) sind als Material für die Wärmesenke geeignet. Andere Metalle mit niedrigerer thermischer Leitfähigkeit können ebenfalls verwendet werden, wie auch Legierungen der obenerwähnten Metalle, insbesondere Messing und Bronze als Material für die Wärmesenke geeignet sind. Es ist auch möglich, ein Metall zu verwenden, das mit einem anderen Metall plattiert ist. So ergibt Messing mit Silber plattiert die hohe Leitfähigkeit von Silber an der äußeren Oberfläche, ohne daß ein zu hoher Aufwand entsteht, wie dies bei einem Vollsilberring der Fall ist. Eine sehr dünne Schicht einer elektrischen Isolierung soll zwischen der Wicklung 13 und den die Wärmesenke bildenden ringförmigen Bauteil 30 vorgesehen werden. Wenn z. B. die Wärmesenke aus Aluminium besteht, ergibt ein eloxierter Überzug von einigen tausendstel Millimeter Stärke eine ausreichende elektrische Isolierung.

Die Verwendung eines etwa kreisförmigen, ringförmigen Bauteils 30 als Wärmesenke ergibt den zusätzlichen Vorteil, daß die Wärme etwa gleichförmig in beiden Richtungen von der Grenzfläche hoher Temperatur zwischen dem Stromabnehmer 16 und der Wicklungskontaktfläche 15 fortgeleitet wird, unabhängig von der Stellung des Stromabnehmers längs seines Bewegungsverlaufes. Da der Ring kontinuierlich und kreisförmig ausgebildet ist, wird ein konti-

nuierlicher Metallpfad auf beiden Seiten des Stromabnehmers ausgebildet, der Wärme in beiden Richtungen längs des Umfanges um den ringförmigen Bauteil 30 leitet, gleichgültig, wo der Stromabnehmer angeordnet ist.

Ein weiterer Vorteil einer Wärmesenke gemäß der Erfindung besteht darin, daß die Wärmesenke keine Kurzschlußwindung für den Fluß im Kern darstellt. Bei manchen bekannten Wärmesenken müssen nämlich komplizierte und aufwendige Konstruktionen vorgesehen werden, um zu verhindern, daß die Wärmesenke den Magnetfluß kurzschließt und bereits nach kurzer Einschaltdauer ausbrennt. Bei der Erfindung umfaßt der als Wärmesenke dienende Bauteil

masse, die eine zusätzliche Masse für die Wärmesenke zum Abführen der Wärme von der Kontaktfläche darstellt. Das Ausführungsbeispiel nach F i g. 4 kann dadurch hergestellt werden, daß Löcher in das Formzwischenstück 14 gebohrt werden, durch die die Vorsprünge 41 hindurchreichen, oder daß das Formzwischenstück 14 als Bestandteil der oberen U-förmigen Wicklungsform 12 um den die Wärmesenke bildenden ringförmigen Bauteil 40 herumgegossen wird. Versuche haben gezeigt, daß. bei Anwendung der erfindungsgemäßen Wärmesenken die hohen Temperaturen zwischen der Kontaktfläche und dem Stromabnehmer keine Zerstörung der Kontaktfläche 15 oder der Isolation im Bereich des Kontaktes ergeben,

nicht den Magnetkern, sondern ist senkrecht dazu 15 bevor die Wicklungsisolation in anderen Flächen be

angeordnet. Dies ist in F i g. 1 dargestellt, in der die Querschnittsebene des vom Magnetfluß durchsetzten Kernes und die Querschnittsebene des die Wärmesenke bildenden ringförmigen Bauteils 30 gezeigt sind. Die Querschnittsebene des Bauteils 30 verläuft senkrecht zur Ebene der Kontaktfläche 15, in der der Stromabnehmer 16 den elektrischen Kontakt mit der Wicklung 13 herstellt.
In der Wärmesenke treten Wirbelstromverluste schädigt wird. Bei den Versuchen wurden Spartransformatoren mit und ohne Aluminiumwärmesenken der in F i g. 1 und 2 gezeigten Art mit Überlastströmen von mehr als dem Doppelten ihrer Nennlastkapazität betrieben, bis irgendwelche Schaden auftraten. In solchen Spartransformatoren mit einer Wärmesenke traten Schäden in der Wicklungsisolation auf, aber nicht an der Kontaktfläche zwischen Stromabnehmer und Wicklung. Bei Spartransforma-

wegen des Streuflusses von den Wicklungen und 25 toren ohne Wärmesenken hingegen trat der Fehler dem Kern auf. Die Metallfläche in der obenerwähn- stets in der Kontaktfläche auf, bevor die Wicklungsten Querschnittsebene der Wärmesenke, in der die
Wirbelströme erzeugt werden, ist jedoch verhältnis

mäßig klein. Infolgedessen werden die Wirbelstromisolation Schaden aufwies.
Diese Versuche zeigen, daß durch Verwendung

einer Wärmesenke gemäß der Erfindung die hohen

Verluste in der Wärmesenke auf einem niedrigen 30 Temperaturen zwischen dem Stromabnehmer und der Wert gehalten. Ferner können Spartransformatoren, Kontaktfläche nicht die Engstelle für die Konstrukdie mit dieser verbesserten Einrichtung ausgerüstet tion und Wirkungsweise der Spartransformatoren darsind, bei wesentlich höheren Temperaturen betrieben stellen. Vielmehr ist die elektrische Isolation in andewerden als solche, die nach bisher bekannten Ge- ren Teilen der Einrichtung nunmehr das schwächste Sichtspunkten ausgelegt sind. Damit werden die Wir- 35 Glied in der Kette, und die Belastungsfähigkeit des belstromverluste weiter verringert, da der Widerstand Spartransformators kann durch Verwendung höherer der Wärmesenke mit höher werdender Temperatur
ansteigt.

In dem in F i g. 3 gezeigten Ausführungsbeispiel ist im Gegensatz zu der in den F i g. 1 und 2 dargestellten Anordnung des Spartransformators, der die Wärmesenke bildende ringförmige Bauteil 35 lamelliert. Dieser kann durch Wickeln einer bestimmten Länge oder eines Streifens aus Metall hoher Leit-Isolationsklassen wesentlich erhöht werden. Dies war in früher vorgeschlagenen Einrichtungen nicht möglich.

Bei der Konstruktion kommerzieller Ausführungsformen für Spartransformatoren mit gleitendem Stromabnehmer, bei denen Wärmesenken der in F i g. 1 und 2 gezeigten Art Verwendung finden, wurden unerwartet gute Resultate erzielt, die eine

fähigkeit um sich selbst ausgebildet werden, so daß 45 Schwierigkeit lösten, die in anderem Zusammenhang eine Spirale entsteht, oder er kann in der Weise her- auftrat. Dies läßt sich am besten an Hand der F i g. 5 gestellt werden, daß kreisförmige Ringe konzentrisch und 6 erläutern. F i g. 5 zeigt eine Schwierigkeit, die ineinander angeordnet werden. Diese Art der Anord- bei der Herstellung bekannter Spartransformatoren nung verringert die Wirbelstromverluste, da Wirbel- ohne Wärmesenke unterhalb der Wicklung 13 aufströme nur in jeder einzelnen Lamellierung 36 ent- 50 trat. Bei der Herstellung des Spartransformators

stehen können und nicht in der gesamten Querschnittsfläche der Wärmesenke.

F i g. 4 zeigt ein weiteres Ausführungsbeispiel der Erfindung, bei der der Spartransformator identisch mit dem in den F i g. 1 und 2 gezeigten ist, bei dem der die Wärmesenke bildende ringförmige Bauteil 40 jedoch anders ausgebildet ist. Der ringförmige Bauteil 40 weist hierbei Vorsprünge 41 auf, die durch das Formzwischenstück 14 hindurch in Kontakt mit wurde der Draht 59, der die Wicklung 13 bildet, um den Kern 11 gewickelt, nachdem die U-förmige Wicklungsform 12 aufgebracht worden war. Im Anschluß daran wurde mit Hilfe eines Schleifrades 60 die Isolation von der Wicklung entfernt und die obere Fläche benachbarter Windungen glattgeschliffen, so daß die Kontaktfläche 15 der Wicklung 13 entstand. Die gestrichelte Linie 61 zeigt die Orientierung der Kontaktfläche 15, wenn die obere Fläche des Form-

dem Kern 11 stehen. Diese Anordnung ergibt einen 60 Zwischenstücks 14, die den Draht 59 trägt, tatsächlich

Metallpfad zwischen der Kontaktfläche 15 der Wicklung 30 und dem Kern 11, durch den Wärme auf den Kern geleitet werden kann, der nur durch die dünne Isolationsschicht zwischen Wicklung 13 und dem ringförmigen Bauteil 40 unterbrochen ist. Da der Kern auf einer niedrigeren Temperatur als die Kontaktstelle zwischen der Kontaktfläche und dem Stromabnehmer liegt, wirkt der Kern als eine Metallflach ist. Man hat jedoch festgestellt, daß ein hoher Prozentsatz der U-förmigen Wicklungsformen 12 am äußeren Umfang des mittleren als Formzwischenstück 14 bezeichneten Teiles abgeschrägt ist, so daß sie eine Tragfläche ausbilden, auf der der Draht 59 gewickelt ist, die in der durch die gestrichelte Linie 62 angedeuteten Weise abgeschrägt ist. Wenn die abgeschrägte Fläche am Formzwischenstück 14 durch

das Schleifrad 60 bearbeitet wird, wird der Draht 59 am in Umfangsrichtung inneren Ende 64 tiefer eingeschnitten als am äußeren Ende 65. Damit wird die Querschnittsfläche des Drahtes mehr als erforderlich verringert, so daß sein Widerstand wesentlich erhöht und seine mechanische Festigkeit verringert wird. Deshalb wird die Wicklung häufig bei einer verhältnismäßig geringen Belastung durchbrennen oder in manchen Fällen kann das Schleifrad den Draht vollständig durchtrennen. Die gleiche Schwierigkeit tritt auf, wenn das innere Ende der U-förmigen Wicklungsform 12 bis unter das äußere Ende abgeschrägt wird, in diesem Fall wird das äußere Ende 65 des Drahtes 59 tiefer eingeschnitten als das innere Ende 64.

In F i g. 6 ist die Anordnung der Teile ähnlich wie in F i g. 5 gewählt, mit der Ausnahme, daß die U-förmige Wicklungsform 12 eine Nut 66 aufweist, die den die Wärmesenke bildenden ringförmigen Bauteil 30 aufnimmt. Das in Umfangsrichtung äußere Ende der U-förmigen Wicklungsform 12 kann etwas schräg ausgebildet sein, so daß es von einer genau ebenen Fläche um den Unterschied zwischen den Linien 61 und 62, wie im Falle nach der F i g. 5, abweicht. Unabhängig vom Wert der Abschrägung oder Ungleichmäßigkeit in der oberen Fläche des Formzwischenstückes 14 liegt der ringförmige Bauteil 30 selbst in der Nut 66, sobald eine Kante, z. B. bei 67, einen Teil der Nut berührt. Der kreisförmige ringförmige Bauteil 30 ist sehr steif und infolgedessen wird dieser nicht so weit deformiert, daß er sich der Kontur der Nut 66 anpaßt. Deshalb wird der Draht 59 um die flache ebene Fläche 68 am oberen Teil der Wärmesenke in einer Ebene etwa senkrecht zur Längsachse der Wicklung gewickelt. Wenn das Schleifrad 60 die Isolation entfernt und benachbarte Wicklungen abflacht, trennt es den Draht 59 gleichmäßig durch und erzeugt keine Teile mit wesentlich geringerer Querschnittsfläche, wie das in der Anordnung nach F i g. 5 der Fall ist. Bei der praktischen Durchführung der Erfindung wurden unerwartete Ergebnisse erreicht, die sich nicht auf die Wärmeübertragung beziehen, sondern die ein anderes Problem lösen, das bei bisherigen Anordnungen auftrat.

Die große Wärmemenge, die zwischen dem Stromabnehmer und der kommutatorähnlichen Kontaktfläche der Wicklung erzeugt wird, ist bei einem nach der Erfindung aufgebauten einstellbaren Spartransformator mit gleitendem Stromabnehmer nicht mehr der kritische Punkt bei der Konstruktion und beim Betrieb. Damit wird die Verwendung einer besseren Isolationsklasse ermöglicht, die wiederum eine Erhöhung der Betriebstemperatur für den Spartransformator zuläßt. Insgesamt gesehen, kann somit bei einer gegebenen Größe des Kernes und der Wicklung der Spartransformator mit höherer Belastung arbeiten als dies bisher bei vorgegebener Größe möglich war.

Claims (4)

Patentansprüche:

1. Regeltransformator in Sparschaltung mit einem Kern von ringförmigem Querschnitt und einer auf diesen aufgewickelten Ringwicklung, deren unmittelbar nebeneinander angeordnete Windungen auf der oberen Stirnseite des zylinderförmigen Regeltransformators eine Kontaktfläche bilden, auf der ein Stromabnehmer gleitend bewegbar ist, und bei dem zwischen der Ringwicklung und dem Kern im Bereich der ringförmigen Kontaktfläche ein ringförmiges, eine flache, ebene Oberfläche aufweisendes Formzwischenstück angeordnet ist, dadurch gekennzeichnet, daß das Formzwischenstück (14) einen unmittelbar unter der Kontaktfläche (15) angeordneten ringförmigen Bauteil (30, 35, 40) aus Metall mit geringem elektrischem Widerstand und hoher Wärmeleitfähigkeit enthält, das von den die Kontaktfläche bildenden Windungen durch elektrisches Isolationsmaterial getrennt ist.

2. Regeltransformator nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der ringförmige Bauteil (35) aus Metall aus einem Metallstreifen besteht, der spiralförmig gewickelt ist und eine Vielzahl von fortlaufenden Lamellierungen (36) aufweist.

3. Regeltransformator nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß das Formzwischenstück (14) aus thermisch und elektrisch isolierendem Material besteht und daß der metallische Bauteil (40) Ansätze (41) besitzt, die durch das Formzwischenstück hindurch mit dem Kern (11) in Berührung stehen.

4. Regeltransformator nach einem der Ansprüche 1, 2 oder 3, dadurch gekennzeichnet, daß bei der Verwendung von Aluminium als Material für den ringförmigen Bauteil (30, 35, 40) die Isolationsschicht zwischen diesem Bauteil und den die Kontaktflächen (15) bildenden Windungen eine durch Eloxieren hergestellte Aluminiumoxidschicht ist.

50 In Betracht gezogene Druckschriften:
Deutsche Patentschriften Nr. 422 266, 593 732,
780;

österreichische Patentschrift Nr. 99 867;
schweizerische Patentschrift Nr. 299 490;
USA.-Patentschriften Nr. 2 009 013, 2 555 103.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen

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