Sie haben das vorhin richtig gelesen, die einzelnen Windungen einer Wicklung sind isoliert. Nur so kann die Spule überhaupt funktionieren. Aber Sie haben auch gelesen, dass der Eisenkern keine elektrische Verbindung macht. Daher müssen vermutlich die Spulen gegenüber dem Eisenkern isoliert werden. Daher lohnt es sich, wenn wir kurz auf die Isolation eines Transformators sehen, denn die ist sicherlich nicht zu vernachlässigen.

Auch gekühlt werden mussten Transformatoren und das obwohl sie kaum Lei-stung bezogen. Es ist das Gewicht, Kupfer und Eisen sind schwere Metalle und auch die Isolationen sind nicht so leicht.

Da ist es nur logisch, wenn nach Möglichkeiten gesucht wird, die das Gewicht verringern. Da der Widerstand in den Leitungen aber dazu führt, dass diese er-wärmt werden, musste gekühlt werden. Bevor wir jedoch diese ansehen zur Iso-lation.

Zur Isolation der in einem Transformator eingebauten Leitungen verwendet man unterschiedliche Materialien. Bei den Leitungen ist das noch einfach, denn sie werden mit einem Lack aus Kunststoff beschichtet.

Fachlich werden solche Leitungen oft auch als Lackdraht bezeichnet. Wo dies nicht reicht, werden die Leiter zusätzlichen mit Baumwolle umwickelt. Welche Version verbaut wird, hängt vom Aufbau ab.

Die Wicklungen werden wie beim Nähgarn auf einem Trägermaterial aufgebaut. Die hier verwendeten Stoffe müssen aus Kunststoffen bestehen, die zudem noch eine ausreichende Tragfähigkeit besitzen.

Dazu kommt, dass sie auch einen gewissen mechanischen Widerstand zum Eisenkern haben sollten, denn die Träger durften sich nicht abnutzen. Wichtig ist das, weil sie sich durch die Magnetfelder bewegen konnten.

Ergänzt wurde das noch mit Einlagen, die aus einem speziellen Papier gefertigt wurden. Diese Materialen machten den Transformator schwer, denn gerade das Papier und die Baumwolle waren feucht. Daher mussten diese zu dick ausgeführt werden. Sie sehen, es sind nicht immer ideale Materialen vorhanden und das grosse Gewicht der Metalle bleibt. Aus diesem Grund mussten die Schichten hauchdünn sein.

Um die Isolation zu stabilisieren und um diese besser zu machen, wird ein Verfah-ren angewendet, das Imprägnierung ge-nannt wird.

Bei dieser wird in einem Vakuum das Was-ser entzogen und dann durch einen ande-ren Stoff ersetzt.

Welcher dazu verwendet wurde, hing je-doch davon ab, wie der Transformator gekühlt werden sollte. Letztlich ist die Imprägnierung ein wichtiger Schritt beim Aufbau von Transformatoren.

Die Imprägnierung sorgt in den meisten Fällen dafür, dass die Isolation ausrei-chend war, denn es durfte zwischen den Leitungen keine Überschläge geben.

Diese kleinen Lichtbögen sorgten für einen Defekt der Spule und damit war auch der Transformator verloren. Der Grund ist, dass dieser Windungsschluss nicht so leicht zu finden war. Man musste die Wicklung öffnen um den Schaden zu suchen und das ist mühsam.

Im Aufbau sind die Transformatoren so, dass sie nach Abschluss der Arbeiten nicht mehr so leicht geöffnet werden konnten. Die Imprägnierung verhindert das in den meisten Fällen, denn sie kann die Wicklungen durchaus verkleben. Das ist durchaus gewollt und in der Produktion wird die Funktion davor geprüft, denn das geht auch mit geringeren Spannungen, denn das Verhältnis der Spulen ändert sich damit nicht gross.

So aufgebaute Transformatoren müssen eigentlich nicht mehr unterhalten werden. Sie arbeiten so lange zuverlässig bis es zu einem Defekt bei der Isolation kommt. Hingegen kann es durch den Aufbau der Kühlung dazu kommen, dass eine regelmässige Wartung erforderlich wird. Bei guter Pflege hält ein Transformator ewig und das ist wichtig, weil das Bauteil auch in der Beschaffung teuer ist und dafür ist der Kupfer verantwortlich.

Man kann Transformatoren ganz normal mit Luft kühlen. In diesem Fall werden für die Imprägnierung Kunstharze verwendet. Diese härten nach kurzer Zeit aus und verbinden die Bauteile fest miteinander. So kann in den Spulen die Wärme nach aussen geleitet werden. Es sind daher Harze benutzt worden, die auch die Wärme gut leiten konnten. Erkennen können wir diese Transformatoren daran, das man den Aufbau erkennt.

Diese Art der Kühlung erfolgt bei den kleineren Modellen, wie Sie sie zu Hause verwenden. Wegen den elektrischen Anschlüssen werden solche Transformatoren in ein Ge-häuse eingebaut. Dieses kann dann die Wärme an die Umwelt abgeben.

Das bemerken Sie, wenn Sie das Ladegerät für Ihr Note-book während dem Betrieb in die Hand nehmen, denn es ist leicht erwärmt und das ist kein Schaden, sondern so vom Hersteller gewollt.

Das Material wird daher warm und wird durch die Luft der Umgebung gekühlt. In den meisten Fällen reicht das aus und auch wenn das Bauteil etwas heisser wird, es sind keine Schäden zu erwarten.

Diese ergeben sich erst, wenn das Bauteil so heiss wird, dass die verwendeten Kunststoffe und Harze sich verflüs-sigen, denn dann ist die Isolation auch nicht mehr gegeben und es kann brennen. Zu heisse Ladegeräte sollten daher ausgezogen werden.

Jedoch hat Luft einen Nachteil, denn sie kann unter-schiedlich gut isolieren. Ist die Luft feucht, leitet sie Elektrizität eher, als wenn sie trocken ist.

Das wird bis zu einem bestimmten Wert eingehalten. Es ist jedoch nicht ratsam das Ladegerät des Computers in eine Pütze zu legen, weil es etwas warm geworden ist, denn dieses kann ins Gehäuse eindringen und den Trafo eher beschädigen, als das von Ihnen gewünscht wird.

Transformatoren die in einem Gehäuse eingebaut sind und die durch die normale Luft gekühlt werden, nennt man auch Trockentransformator. Sie sind durch die feste Imprägnierung zu erkennen. Es ist ein trockener Aufbau vorhanden. Es versteht sich, dass diese Transformatoren auch eine solche Umgebung vorziehen, denn zu hoch darf die Feuchtigkeit nicht sein, denn dann gibt es Schäden.

Trockentransformatoren sind sehr schwer. Trotzdem sind sie auch im Ladegerät zum Mobiltelefon vorhanden. Das ist jedoch relativ leicht und klein in den Massen, aber immer noch grösser als jenes vom Handy.

Hier wird mit einer speziellen Schaltung dafür gesorgt, dass die Transformatoren mit einer sehr hohen Frequenz betrieben werden. So kann man viel Eisen beim Aufbau einsparen. Das sorgt für das geringe Gewicht. Trotzdem wird das Gerät immer wieder warm.

Daher ist es wünschenswert, wenn diese besser abgeführt werden kann. Bevor sie jedoch ein Becken mit Wasser holen, sollten Sie hier weiterlesen. Das Becken ist eine sehr dumme Idee.

Trotzdem können Sie Ihr Ladegerät künstlich kühlen und das geht sehr einfach. Benutzen Sie es einfach im einem kühleren Raum, denn dann kann die Luft die Wärme besser aufnehmen, aber Sie frieren dann in Ihrer Wohnung, was auch nicht gut ist.

Dann ist es empfehlenswert, wenn die dem Trockentransformator mehr Luft geben. Ein kleiner Ventilator kann Wunder wirken, oft reicht es auch, wenn Sie etwas blasen, denn auch das kann kühlen.

Das wissen Sie, seit Sie die Finger am heissen Ladegerät verbrannt haben. Sollten Sie nun deswegen das Teil in ein Gehäuse einbauen, dann können Sie sich nicht verbrennen, aber eine gute Idee ist das auch wieder nicht.

Sofern Sie trotzdem ein Gehäuse benutzen wollen, dann müssen Sie dafür sorgen, dass die Wärme abgeführt werden kann, denn ist die Kühlung nicht ausreichend, kann der Transformator beschädigt werden.

Sie müssen dann zum Händler rennen und ein neues Teil kaufen. Der Preis sorgte dann dafür, dass sie in Zukunft etwas besser an die Kühlung denken. Jedoch kann diese Kühlung verbessert werden und dazu benutzt man Öl. Moment, ich habe immer vom Ladegerät gesprochen, aber nie von Lokomotiven, oder gar von Triebwagen. Es gab diese Modelle zu Beginn auch hier.

Mit der Ölkühlung kommen wir in die Welt der mit Flüssigkeiten gekühlten Modelle bei den Transformatoren und sie bilden eine grosse Gruppe, denn hier können auch grössere Leistungen benutzt werden. Das Öl kann mehr Wärme aufnehmen, da es im Gegensatz zu den festen Baustoffen der Trockentransformatoren durch thermische Effekte in Bewegung kommt und sich so wieder abkühlen kann. Es sind gute Lösungen.

Das für die Kühlung mit Öl verwendete Mittel wird wegen dem Zweck als Transformatoröl bezeichnet. Es ist wirklich sehr speziell, denn das hier benutzte Öl wird so ausgelegt, dass es auch die Isolation verbessert.

An Stelle der Imprägnierung mit speziellen Harzen kann hier auf diese verzichtet werden. Dazu wird schlicht das Transformatoröl benutzt. Es wird daher auch zum Mittel für die Imprägnierung.

Da Transformatoröl auch für die Imprägnierung benutzt wird, nennt man es oft auch Isolieröl. Beim Vorgang wird zuerst das Wasser in einem Vakuum entnommen. Danach wird noch im Vakuum das Isolieröl eingefüllt.

Die Baumwolle und das Papier nehmen nun an der Stelle von Wasser das Transformatoröl auf und so wird die Isolationverbessert. Das ist der grosse Vorteil bei dieser Lösung für die Kühlung mit Öl.

Bei den Transformatorölen werden hoch raffinierte Mineralöle verwendet. In einigen Fällen kommen auch Silikonöle zur Anwendung. Wichtig bei diesen ist, dass sie eine sehr gute Isolation ermöglichen und dabei auch viel Wärme aufnehmen können, denn so aufgebaute Transformatoren können dünnere Leiter verwenden, da die Wärme besser abgeführt wird. Das wiederum wirkte sich positiv auf das Gewicht aus.

Transformatoröl wird, weil es zur Kühlung genutzt wird, auch als Kühlöl bezeichnet. Ob wir nun von einem Isolieröl, oder von einem Kühlöl sprechen, es ist ein Öl, das die Wärme von den Wicklungen abführen kann und das die Isolation verbessert. Dieses Öl wird bei solchen Transformatoren direkt am kalten Gehäuse abgekühlt. Diese kann dazu mit Rippen versehen werden, was die Abfuhr der Wärme verbessert.

Dieser Aufbau kann noch etwas leichter werden. Dazu muss aber die Abführung der Wärme aus dem Transformatoröl verbessert werden. Genau genommen muss die Wärme schneller von den Wicklungen abgeführt werden.

Das geht nur, wenn das Kühlöl künstlich beschleunigt wird. So gelangt in kurzer Zeit mehr kühleres Isolieröl zu den Wicklungen und die Wärme wir besser abgeführt, aber dazu muss etwas nachgeholfen werden.

Mit Hilfe einer Umwälzpumpe, also einer einfachen Pumpe, die das Öl künstlich in Bewegung versetzt, kann eine gezielte Kühl-ung im Wandler erreicht werden.

Solche Umwälzpumpen kommen auch bei anderen Ölen, die zur Kühlung genutzt werden, zum Einsatz. Sie sorgen dafür, dass sich kein Kühlmittel an einer Stelle zu stark erwärmen kann. Nun muss aber auch die Wärme besser aus dem Öl genommen wer-den.

Das Transformatoröl wird bei der Beschleunigung mit der Um-wälzpumpe nicht mehr am Gehäuse gekühlt, sondern einem Ölkühler zugeführt.

In diesem fliesst das Öl durch zahlreiche Lamellen. Das erlaubt eine grosse Oberfläche und so kann mehr Wärme an die Luft abgegeben werden. Die Ölkühler unterschieden sich daher im Aufbau nicht von den Ausführungen, die bei Verbrennungsmotoren verwendet werden.

So gut die Kühlung mit Transformatoröl auch funktioniert, sie hat ein Problem. Das Öl muss regelmässig ersetzt werden, weil es sich zersetzt und dann plötzlich leitend werden kann. Ohne diesen Wechsel gäbe es einen Kurzschluss im Transformator. Damit man diese Fristen verlängern konnte, wurde bei besonders stark belasteten Transformatoren der Stoff PCB zugesetzt. So konnte die Zeit bis zum Wechsel vergrössert werden.

PCB steht für Polychloriertes Biphenyl. Dieser spezielle Zu-satz wurde dem Transformatoröl zugegeben um die Le-bensdauer des Öls zu verbessern. Da die Verbindung je-doch Chlor enthält, gilt sie als giftig und ist krebser-regend.

Das führte dazu, dass PCB als Zusatzstoff in Trans-formatoren seit dem 22. Mai 2001 weltweit verboten wurde. Dabei ist nicht nur seine Giftigkeit ein Problem. Man könnte sogar sagen, dass es noch das kleinere Übel ist.

PCB ist wie das Transformatoröl brennbar. Gerät ein solcher Transformator wegen einem Kurzschluss in Brand, entsteht durch die Verbrennung des PCB der Verbrenn-ungsrückstand Dioxin.

Dioxin ist ein hochgiftiger Stoff, der durch die Kata-strophe von Seveso bekannt geworden ist. Das als Seveso-gift bekannte Dioxin ist im direkten Kontakt hoch giftig und gilt als krebsfördernd. Es ist ebenfalls weltweit ver-boten und wird nicht mehr verwendet.

Mittlerweile wurden aber diese Transformatoren ersetzt. Transformatoren auf Lokomotiven gehören aber nicht zu dieser Gruppe von PCB verseuchten Transformatoren. Das heisst, die Öle, die hier verwendet werden, sind nicht mit PCB belastet. Das heisst aber nicht, dass diese Öle, sollten sie in die Umwelt gelangen, harmlos sind. Daher musste man andere Mittel finden, die ähnliche Eigenschaften haben, sich aber besser mit der Umwelt vertragen.

Wenn wir schon bei der Umweltbelastung sind. Isolieröle werden auf der Basis von Rohöl hergestellt. Daher sind sie nicht mit der Umwelt verträglich. Die Öle dürfen nicht ins Wasser geraten. Das kann durchaus passieren, wenn ein Unterflur montierter Transformator beschädigt wird. Das Kühlöl läuft dann aus und muss auf mühsame Weise aus dem Erdreich entfernt werden. Daher sollten wir uns andere Kühlungen auch noch ansehen.

Bei der Esterkühlung wird einfach das Transformatoröl durch ein anderes Mittel ersetzt. Das hat jedoch Auswirkungen auf den Aufbau. So muss die Isolation angepasst werden, denn mit diesem Mittel wird diese nicht so gut verbessert, wie das bei den speziellen Isolierölen der Fall ist. Die Öle sind wirklich ein sehr guter Isolator. Da aber die Konstruktion verbessert werden konnte, sind die Gewicht im gleichen Rahmen geblieben und das ist immer noch ein Thema.

Esterverbindungen sind mehrwertige Alkohole, die aus einer grossen Gruppe von einzelnen Stoffen bestehen. Ester entsteht durch die Verbindung der verwendeten Stoffe und anschliessend der Reduktion des Wassers. Dazu werden eine Säure und Alkohole oder Phenole benötigt. Stoffe, die teilweise aus der Natur, aber auch aus der chemischen Industrie stammten. Das macht sie ver-träglicher als das Öl.

Eine ideal Lösung um das Transformatoröl durch ein anderes Mittel zu ersetzen, ist der Polyolester. Der Stoff wird mit POE abgekürzt und hatte eine sehr grosse Verbreitung bei Kühlgeräten. Bei dieser Esterverbindung werden mehrere Stoffe verbunden und verestert. Dadurch entsteht ein Mittel, das nicht so stark mit den Schmiermitteln reagiert und daher ideal ist, zudem ist eine grosse Verbreitung vorhanden.

Gerade der Einsatz als Kühlmittel bei entsprechenden Geräten macht das Mittel ideal. Es kann sehr viel Wärme aufnehmen und diese abführen. Ein Punkt, bei dem es deutlich besser ist, als das Isolieröl. Die Temperatur kann deutlich höher sein. Daher dürfen bei der Produktion keine Papiere mehr verwendet werden, denn diese beschränken bisher den Höchstwert für den Transformator. Sie konnten leicht in Brand geraten.

Weiter bekannte Polyole sind zum Beispiel Glycerin oder Ethylenglykol, das als Frostschutzmittel verwendet wird. Im Bereich der Transformatoren wird gerade die Eigenschaft genutzt, dass die Esterverbindungen sehr gut die Wärme ableiten und dabei nicht selber gefrieren können. Das Mehrgewicht für die Isolation wird einfach mit einer besseren Kühlung ersetzt. Es ist so, die Wärme wird wie beim Kühlschrank entnommen.

Transformatoren mit Polyolester arbeiten mit einer Umwälzpumpe und einem separaten Kühler. So kann die Wärme abgeleitet und an die Umwelt abgegeben werden.

Es ist wirklich so, man arbeitet nach dem Prinzip von Kühlgeräten, wo auch viel Wärme in kurzer Zeit abge-führt werden muss.

Durch den Betrieb, sind die Werte beim Transfor-mator jedoch nicht so gering, aber es ist eine gute Lösung für die Kühlung.

Der Vorteil dieser Kühlmittel ist die Tatsache, dass sie in der Natur abgebaut werden können. Das ist bei den bisherigen Ölen schlicht nicht der Fall gewesen.

Bei einem Austritt bindet sich Polyolester mit den Erd-reich und kann über einen etwas längeren Zeitraum von der Natur abgebaut werden.

Jedoch gibt es auch hier kein Vorteil, der nicht mit einem Nachteil erkauft werden muss und der ist sogar sehr gross.

Auch wenn es sich nicht mit den Ölen verbindet, Polyolester hat jedoch eine grosse Affinität sich mit Wasser zu verbinden. Was beim Abbau in der Umwelt hilft, kann in einem Transformator gefährlich werden, denn es darf sich wirklich kein Wasser mehr in diesem befinden. Bei der Produktion muss daher mit einer grossen Sorgfalt gearbeitet werden. Doch damit auch die Frage, warum denn Wasser so gefährlich für einen Transformator ist?

Normales Wasser, wie wir es trinken, führt immer einen Anteil von Mineralen und Salzen mit. Diese sind für uns sehr wichtig und daher trinken wir Mineralwasser. Diese Stoffe sind jedoch elektrisch leitend, auch wenn es kein so guter Leiter ist. Daher empfiehlt es sich nicht mit nassen Kleidern mit einem Blitz anzulegen. Jedoch bringt mich das auf eine Idee, denn was wäre, wenn wir mit Wasser kühlen würden?

Wasser ist mit der Umwelt sehr verträglich, kann viel Wärme aufnehmen und ist daher ein ideales Kühlmittel. Jedoch hat es ein Problem, denn es kann bei den normalen Temperaturen der Aussenwelt auch in den festen Zustand wechseln. Trotzdem in einem Transformator hat dieses Wasser nun wirklich nichts verloren. Ich finde, dass wir uns trotzdem damit befassen sollten, es gibt so gekühlter Geräte auch bei Lokomotiven.

Da Wasser für die Kühlung genutzt wird, spricht man von Kühlwasser. Wasser wird schon seit Urzeiten für die Kühl-ung genutzt. Die Menschen lernten, dass damit Feuer ge-löscht werden kann.

Daher kann es sehr viel Wärme aufnehmen und das macht es, in dem es seinen Aggregatszustand ändert. Es verdampft und bindet so die Wärme. Ein Effekt, den man bei Dampf-maschinen durchaus für den Antrieb nutzte.

Kühlwasser für Transformatoren muss mit einem Zusatz versehen, denn es darf auf keinen Fall gefrieren. Zudem ist das aus dem Wasserhahn fliessende Wasser nicht so ideal. In der Emulsion sind leitende Stoffe, wie Mineralien enthalten.

In den Transformator füllt man daher kein Mineralwasser. Wer es versucht, wird mit einem Knall belohnt. Das Wasser, das wir kennen ist schlicht leitend und darf nicht zu nahe an die Leiter kommen.

Wasser, so wie wir es von der Wasserleitung her kennen, kann schlicht nicht in einem Transformator verwendet werden. Dachte man zumindest, bis das erste Modell mit Brauchwasser gekühlt wurde.

Bei diesem wird die Wärme jedoch von den Spulen von einem Isolierharz an das Wasser übertragen. Das Kühlmittel steht daher nicht im Kontakt mit den elektrischen Leitungen und daher funktioniert das Bauteil.

Man muss das Wasser von den Mineralien befreien. In dem Fall ändert sich die elektrische Eigenschaft. Das Wasser wird nun ein guter Isolator und kann daher leicht verwendet werden. Dieses normale Wasser ist chemisch rein und kann keine Elektrizität mehr leiten. Der Grund ist die Zusammensetzung, die nun nur noch aus Wasserstoff und Sauerstoff besteht. Es entsteht durch eine Destillation und ist dann rein.

Eine extrem gute Verträglichkeit mit der Umwelt, billig bei der Anschaffung und schon haben wir das Kühlmittel für den Transformator. Es ist so, jedoch sollte man dann auch dafür sorgen, dass es nicht zu kalt wird.

Ein gefrorener Transformator funktioniert nicht mehr kor-rekt. Aber das kann man ja mit Ester verhindern. Kühlwasser bei den Transformatoren ist deshalb gar nicht mehr so eine blöde Idee, wie gedacht.

Wasser hat jedoch einen grossen Nachteil. Durch die forcierte Kühlung in einem Transformator kann es Metalle auswaschen. Das führt dazu, dass sich im Wasser wieder Spurenelemente bilden. Das ist Eisen, aber auch Kupfer.

Beides sehr gute Leiter und daher nimmt auch Wasser wieder diese Eigenschaft an. Es kommt, was kommen muss, es knallt. Jedoch mit Massnahmen, bei denen das Wasser nicht an die Leitungen kommt, funktioniert es.

Es sind wirklich neuere Transformatoren, die so gekühlt wer-den. Durch das nun vorhandene gute Kühlmittel kann sehr viele Wärme aufgenommen werden.

Das erlaubt es, die Menge beim Metall noch etwas zu senken und mit einer sehr guten Isolation kann so die Reduktion auf-gefangen werden. Damit haben wir endlich die perfekte Kühlung kennen gelernt und erst noch eine, die sich sehr gut mit der Umwelt verträgt.

Noch kann ich aber nicht abschliessen, denn wir müssen den Stromkreis schliessen, denn nur so wird Leistung übertragen. Begonnen hatten wir bei der Kühlung mit der Luft. Luft ist ein Gas und was wäre, wenn wir mit so einem unseren Transformator isolieren und kühlen? Klingt komisch, aber das war beim Wasser auch der Fall und wir wissen nun, dass Wasser durchaus bei den Transformatoren zur Kühlung genutzt wird.