REACTANCE WITH PLUNGER-TYPE MAGNETIC CORE

Abstract: 1. A reactance for use as an earth-leakage breaker coil in supply networks, with a single plunger (5) arranged axially to one side of and adjustable in the axial direction in a winding (6) of circular cross-section which is embraced by outer return members (2) and yokes (3, 4) of an iron circuit, with a winding cylinder (7) which consists of insulating material, firmly clamped in the static part (2, 3, 4) of the iron circuit, and whose inside serves as a sliding track and guide for the free end of the plunger (5) which moves into the winding (6), and with a spindle (17) mounted on one side coaxial with the plunger (5) to drive the plunger (5), characterised in that - all those boundary surfaces of the static component (3) of the iron circuit which lie opposite the end of the winding (6) into which the plunger (5) enters lie outside of the space surrounded by the winding (6) ; - the spindle (17) which consists of metallic material does not project into the space between the plunger (5) and yokes (2) ; and - that end of the plunger (5) which projects out of the winding (6) and out of the static part (2, 3, 4) of the iron core is guided by spring-loaded rollers (14).

Description: Tauchkernspule mit einem Tauchkern Die Erfindung betrifft eine einstellbare Induktivität in Tauchkernspulenbauweise mit nur einem axial einseitig angeordneten in Achsrichtung verstellbaren Tauchkern in einer auf ihren Aussenseiten von Rückschlussschenkeln und Jochen eines Eisenkreises umfassten Wicklung mit kreisringförmigem Querschnitt. Zerstörerische Auswirkungen von Erdschlüssen zwischen Spannung führenden Leitern und Erde in elektrischen Mer- sorgungsnetzen auf nur mittelbar beteiligte Bauteile und Geräte werden üblicherweise durch den Einsatz von Induktivitäten, sogenannten Erdschlusslöschspulen gemildert oder ganz vermieden. Die Erdschlusslöchspulen werden auf die Erdkapazitäten des zu schützenden elektrischen Versorgungsnetzes so abgestimmt, dass an der Erdschlüssstelle der kapazitive Erdschlussstrom durch den induktiven Strom kompensiert ist. Sofern der Lichtbogen an der Fehlerstelle durch die Kompensation nicht erlischt, fliessen dort nur relativ leicht beherrschbare Restströme, bestehend aus dem Wirkstromanteil des Erdschlussstromes, den Ableitungsverlusten über die Isolierung gegen Erde und den Oberschwingungsströmen. Versorgungsnetze mit veränderlicher Ausdehnung und mit daher unterschiedlichem Erdschlussstrom werden zweckmässigerweise mit stufenlos veränderbaren Induktivitäten in Tauchkernbauweise ausgerüstet. Gesteuert von einer entsprechenden zusätzlichen Beschaltung wird die Induktivität der Tauchkernspule auf den dem jeweiligen Netzzustand entsprechenden Kompensationsstrom eingestellt. In der bisher üblichen Bauweise für derartige Tauchkernspulen werden Anordnungen mit zwei Tauchkernen verwendet, von denen einer in einer mittleren Stellung fest eingebaut und der andere zwischen Grenzwerten in Achsrichtung verschiebbar ist. Durch Verschieben dieses einen Tauchkerns wird der Abstand der beiden Tauchkerne voneinander und damit die Grösse der Induktivität der Tauchkernspule insgesamt verändert. Nachteilig ist bei dieser Anordnung, dass der fest eingebaute Tauchkern unabhängig von der jeweiligen Einstellung in die Wicklung hineinragt und dadurch besonders in den Tauchkerneinstellungen für niedrige Ströme eine ungünstige magnetische Feldverteilung hervorruft und damit eine ungünstige Beaufschlagung des Eisenkernes zur Folge hat. Nachteilig ist weiterhin, dass dabei die metallische Spindel zur Bewegung des oberen Tauchkernes bis in den unteren feststehenden Kernstumpf geführt ist und bei ausgezogenem oberen Tauchkern dem Hauptmagnetfeld ausgesetzt und dadurch mit hohen Wirbelstromverlusten behaftet ist. Der Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, für Tauchkernspulen der eingangs genannten Art eine Anordnung zu schaffen, die trotz sehr einfachem Aufbau betriebssicher arbeitet und dabei einerseits die elektromagnetisch ausgenutzte Werkstoffmenge des Aktivteils auf möglichst vielen Tauchkernstellungen weitgehend gleichmässig belastet und Wirbelstromverluste in Konstruktionsteilen weitgehend vermeidet. Erfindungsgemäss wird diese Aufgabe durch eine Anordnung gelöst, bei der ein die Wicklung tragender Wickelzylinder aus Isolierwerkstoff in den unbeweglichen Teil des Eisenkreises fest eingespannt ist, bei der die Innenseite des Wickelzylinders selbst als Gleitbahn und Führung für das in die Wicklung eintauchende freie Ende des beweglichen Tauchkernes dient, bei der alle der Stirnseite des in die Wicklung eintauchenden Endes dieses Tauchkernes gegenüberliegende Begrenzungsflächen des unbeweglichen Teiles des Eisenkernes ausserhalb des von der Wicklung umfassten Raumes liegen und bei der Teilquerschnitte des Wickel leiters jeder Windung wenigstens annähernd gleichmässig über die gesamte Wicklungslänge verteilt sind. Nach zweckmässigen Weiterbildungen der Erfindung ist vorgesehen, dass der Tauchkern mit Kufen aus Kunstharz auf der Innenseite des Wickelzylinders gleitet und dass der Wickelzylinder durch auf seinen Aussenmantel aufgepasste Halteplatten geführt ist, die gleichzeitig Druckplatten für die axiale Pressung der Wicklung sind und sich in axialer und radialer Richtung an der Kernpress- einrichtung abstützen. Vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung bestehen auch darin, dass die dem in die Wicklung eintauchenden Ende des Tauchkernes gegenüberliegenden Begrenzungsflächen des unbeweglichen Teiles des Eisenkreises in einer Ebene liegen, dass mindestens die Enden der Blechlamellen in dem dem freien Ende des Tauchkernes gegenüberliegenden Teil des unbeweglichen Eisenkreises miteinander verklebt sind und dass der Tauchkern aus radial angeordneten Blechlamellen zusammengsetzt ist. Dabei besteht der unbewegliche Teil des Eisenkreises aus mehreren Rückschlussschenkeln und mit diesen verbundenen oberen und unteren Jochstümpfen, wobei die unteren Jochstümpfe mit grober Verzahnung ineinandergreifen. Nach weiteren Ausgestaltungsmerkmalen der Erfindung ist vorgesehen, dass das über die oberen Jochstümpfe hinausragende Ende des Tauchkernes zwischen federnd gelagerten Rollen geführt ist und dass zum Antrieb des Tauchkerns eine einseitig gelagerte Spindel aus metallischem Werkstoff vorgesehen ist, die nicht in das Hauptmagnetfeld zwischen Tauchkern und unteren Jochen hineinragt, oder dass der Tauchkern dadurch bewegt wird, dass ein in ihn eingebauter Zylinder einen Kolben enthält, der über eine Kolbenstange zum Deckel geführt ist und hydraulisch beidseitig beaufschlagt werden kann, oder dass der von dem Wickelzylinder umfasste Raum druckdicht verschlossen ist und der Wickelzylinder als Hydraulikzylinder für den äls Hydraulikkolben ausgebildeten Tauchkern dient. Nach anderen zweckmässigen Weiterbildungen der Erfindung besteht die Wicklung aus spiralig aufgewickelter Folie, deren Breite gleich der axialen Wicklungslänge ist oder besteht die Wicklung aus axial übereinander angeordneten elektrisch parallel geschalteten Wicklungsgruppen. Die erfindungsgemässe Anordnung und Ausgestaltung einer Tauchkernspule ist sehr vorteilhaft, denn sie ermöglicht eine gleichmässige Ausnutzung des eingesetzten Werkstoffes und eine im Sinne einer rationellen Fertigung günstige Gestaltung der einzelnen Bauteile und Baugruppen. Dies ist insbesondere durch den Verzicht auf einen zweiten, feststehenden Tauchkern und die Verwendung des Wickelzylinders gleichzeitig als Gleitbahn und Führung für den beweglichen Tauchkern gewährleistet. Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung wird anhand einer Zeichnung näher erläutert. In einem ölgefüllten Kessel 1 ist der Aktivteil einer Tauchkernspule aufgestellt. Ein Eisenkreis des Aktivteiles besteht aus Rückschlussschenkeln 2, unteren Jochen 3, oberen Jochen 4 sowie einem Tauchkern 5 und steht mit Füssen 9 auf dem Boden des Kessels 1. Der unbewegliche Teil des Eisenkreises aus den Rückschlussschenkeln 2 sowie den Jochen 3 und 4 umfasst räumlich eine Wicklungsanordnung aus Wicklungsgruppen 6, die axial übereinander fest auf einen Wickelzylinder 7 aufgebracht sind. Dabei sind vier Rückschluss schenkel 2 gleichmässig auf den Umfang der Wicklungsanordnung verteilt, deren Stirnseiten von den rechtwinkelig mit den Rückschlussschenkeln 2 verbundenen Jochen 3 und 4 überdeckt werden. Die freien Enden der unteren Joche 3 sind stufenförmig ausgebildet und greifen mit grober Verzahnung ineinander. Sowohl die Rückschlussschenkel 2 als auch die Joche 3 und 4 sind aus in achsparallelen Ebenen geschichteten Blechlamellen zusammengesetzt, die durch eine nicht näher dargestellte Pressvorrichtung zusammengehalten sind. Zur Entlastung dieser Pressvorrichtung und gleichzeitig zur Unterdrückung von Geräuschen sind die Enden der Blechlamellen in den freien Enden der Joche 3 und 4 miteinander verklebt. Die von dem unbeweglichen Teil des Eisenkreises umfassten Wicklungsgruppen 6 sind elektrisch parallel geschaltet und enthalten alle eine gleiche Anzahl von Windungen. Durch die elektrische Parallelschaltung sind praktisch die Querschnitte der Leiter in den einzelnen Wicklungsgruppen 6 jeweils lediglich als Teilquerschnitte eines entsprechend der Anzahl von Wicklungsgruppen 6 aufgeteilten Wickelleiters. In Achsrichtung auf die Wicklungsgruppen 6 einwirkende Kräfte werden von Halteplatten 8 aufgenommen, die ihrerseits in nicht dargestellter Weise von der Pressvorrichtung für den unbeweglichen Teil des Eisenkreises gehalten sind. Anstelle der dargestellten Wicklungsanordnung aus Wicklungsgruppen 6 kann auch eine aus einer spiralig aufgewickelten Folie bestehende Wicklung eingesetzt werden, in der die Folienbreite gleich der axialen Wicklungslänge ist Diese sogenannte Folienwicklung ist besonders in den Fällen zweckmässig, in denen -verhältnis- mässig kleine Nennspannungen der Wicklung vorhanden sind, so dass nur r-elativ wenige Windungen vorzusehen sind und damit der zur Isolierung der Windungen voneinander erforderliche Raum nicht zu unwirtschaftlich niedriger Belegung des Wickelraumes mit Wickelleiter selbst führt. Der in die beim dargestellten Ausführungsbeispiel in die Wicklungsanordnung aus den Wicklungsgruppen 6 eintauchende Tauchkern 5 ist an seinem unteren Ende unmittelbar von der Innenseite des Wickelzylinders 7 geführt. Dabei dienen zur Verminderung der Reibkräfte und der hierzu proportionalen Verschleisserscheinungen Kufen 10 aus Kunstharz, die in Aussparungen am unteren Ende des Tauchkernes 5 eingesetzt sind und durch einen Sicherungsring 11 in ihrer Einbaulage festgehalten sind. Die Kufen 10 ragen in radialer Richtung geringfügig aus der Kontur des vorzugsweise radial geblechten Tauchkernes 5 heraus und verhindern dadurch unmittelbare Berührungen zwischen der Oberfläche des Tauchkernes 5 und dem in üblicher Weise aus Hartpapier hergestellten Wickelzylinder 7. Der die Öffnung zwischen den freien Enden der oberen Joche 4 durchsetzende Tauchkern 5 ist oberhalb der Joche 4 zwischen kugelgelagerten Rollen 14 geführt, die von Führungsbolzen 13 getragen sind. Die Führungsbolzen 13 ihrerseits sind in Lagerböcken 12 gelagert und drücken die kugelgelagerten Rollen 14 durch entsprechend vorgespannte Tellerfedern 16 gegen den Tauchkern 5. Die Lagerböcke 12 sind in nicht näher dargestellter Weise ebenso wie die Halteplatten 8 für den Wickelzylinder 7 mit der Pressvorrichtung für den unbeweglichen Teil des Eisenkreises verbunden. Der mechanische Antrieb des Tauchkernes 5 erfolgt über eine nur oben gelagerte, zur Vermeidung von Wirbelstromverlusten nicht in den Raum zwischen dem Tauchkern 5 und den unteren Jochen 3 hineinragende Spindel 17 mit Trapezgewinde, die in eine entsprechend gestaltete und fest in den Tauchkern 5 eingepasste Mutter 18 eingreift. Das freie Ende der Spindel 17 ist bis über den Deckel des Kessels 1 geführt und dort mit einem vorzugsweise elektromotorischen Antrieb gekuppelt, der durch Drehen der Gewindespindel 17 den Tauchkern 5 in die jeweils erforderliche Stellung innerhalb der Wicklungsanordnung und dem unbeweglichen Teil des Eisenkernes bringt. Dabei sind im wesentlichen lediglich die den Luftspalt zwischen dem unteren Ende des Tauchkernes 5 und dem unteren Joch 3 flankierenden Wicklungsgruppen 6 stromführend, weil der magnetische Spannungsfall im wesentlichen in diesem Bereich auftritt. 10 Patentansprüche 1 Figur

Claims: Patentansprüche 1. Tauchkernspule mit nur einem axial einseitig angeordneten in Achsrichtung verstellbaren Tauchkern in einer auf ihren Aussenseiten von Rückschlussschenkeln und Jochen eines Eisenkreises umfassten Wicklung mit kreisringförmigem Querschnitt, d a d u r c h g e kennzeichnet, - dass ein die Wicklung tragender Wickelzylinder 7 aus Isolierwerkstoff in den unbeweglichen Teil (2, 3, 4) des Eisenkreises fest eingespannt ist, - dass die Innenseite des Wickelzylinders (7) selbst als Gleitbahn und Führung für das in die Wicklung (6) eintauchende freie Ende des Tauchkernes (5) dient und - dass alle der Stirnseite des in die Wicklung (6) ein tauchenden Endes des Tauchkernes (5) gegenüberliegenden Begrenzungsflächen des unbeweglichen Teiles (3) des Eisenkreises ausserhalb des von der Wicklung (6) um fassten Raumes-liegen. 2. Tauchkernspule nach Anspruch 1, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t , dass Teilquerschnitte des Wickelleiters jeder Windung wenigstens annähernd gleichmässig über die gesamte Wicklungslänge verteilt sind. 3. Tauchkernspule nach Anspruch 1 und 2, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t , dass der Tauchkern (5) mit Kufen (10) aus Kunstharz auf der Innenseite des Wickelzylinders (7) gleitet. 4. Tauchkernspule nach Anspruch 1 bis 3, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t , dass der Wickelzylinder (7) durch auf seinen Aussenmantel aufgepasste Halteplatten (8) geführt ist, die gleichzeitig Druckplatten für die axiale Pressung der Wicklung (6) sind und sich in axialer und radialer Richtung an der Kernpresseinrichtung abstützen. 5. Tauchkernspule nach Anspruch 1 bis 4, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t , dass die dem in die Wicklung (6) eintauchenden Ende des Tauchkernes (5) gegenüberliegenden Begrenzungsflächen des unbeweglichen Teiles (3) des Eisenkreises in einer Ebene liegen. 6. Tauchkernspule nach Anspruch 1 bis 5, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t , dass mindestens die Enden der Blechlamellen in den dem freien Ende des Tauchkerns (5) gegenüberliegenden Teil (3) des unbeweglichen Eisenteiles miteinander verklebt sind. 7. Tauchkernspule nach Anspruch 1 bis 6, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t , dass der unbewegliche Teil des Eisenkrelses aus mehreren Rückschlussschenkeln (2) und mit diesen verbundenen oberen (4) und unteren (3) Jochen besteht urid dass die freien Enden der unteren Joche (3) mit grober Verzahnung ineinandergreifen. 8. Tauchkernspule nach Anspruch 1 bis 7, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t , dass der Tauchkolben (5) über eine einseitig gelagerte Spindel (17) aus metallischem Werkstoff angetrieben ist, die nicht in den Raum zwischen Tauchkern und unteren Jochen hineinragt. 9. Tauchkernspule nach Anspruch 1 bis 7, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t , dass in den Tauchkolben (5) ein Hydraulikzylinder eingebaut ist und dass eine ei nen zugehörigen, beidseitig beaufschlagten Kolben tragende Kolbenstange zum Kesseldeckel geführt ist. 10 Tauchkernspule nach Anspruch 1 bis 7, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t , dass der von dem Wickelzylinder (7) umfasste Raum druckdicht verschlossen ist und dass der Wickelzylinder (7) als Hydraulikzylinder für den als Hydraulikkolben ausgebildeten Tauchkern (5) dient.

Inventors: LUBNAU, GUNTER, MATTHES, WOLFGANG, DR., Lubnau, Günter
Applicants: TRANSFORMATOREN UNION AKTIENGESELLSCHAFT
Application year: 1981
Main classification: H01F29
IPC codes: H01F29