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Verfahren zur Herstellung von gießharzisolierten elektrischen Apparaten
Bei der Herstellung von gießharzisolierten Apparaten, insbesondere von Strom- und
Spannungswandlern, ist es bekannt, für die Imprägnierung einer viellagigen dünndrähtigen
Wicklung ein dünnflüssiges Imprägnierharz und für die Hauptisolation dieser Wicklung
gegen benachbarte Teile bzw. Erde ein Gießharz, welches vorzugsweise mit Mineralien
wie Quarzmehl oder Schiefermehl versetzt bzw. »gemagert« ist, zu verwenden.
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Zur Herstellung solcher Wandler ist es weiterhin bekannt, die Fabrikation
in zwei verschiedenen Vakuumprozessen vorzunehmen: Zunächst wird die dünndrähtige
viellagige Wicklung in einem besonderen Vakuumgefäß nach Trocknung im Vakuum mit
dem dünnflüssigen Imprägnierharz getränkt und dann das Imprägnierharz so ausgehärtet,
daß es möglichst nicht wieder auf den Lagen bzw. den einzelnen Zwischenräumen zwischen
den Windungen herauslaufen kann.
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Sodann wird die imprägnierte und ausgehärtete Wicklung in den Apparat
bzw. die Gießform eigebaut, und nunmehr erfolgt der Umguß mit dem »gemagerten« Harz,
welches anschließend ausgehärtet wird.
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Es hat sich nun herausgestellt, daß es schwierig ist, die obenerwähnte
Forderung, das Imprägnierharz so auszuhärten, daß es aus den Räumen innerhalb der
Lagen nicht herauslaufen kann, zu erfüllen.
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Fernerhin ist es störend, wenn eine viellagige Wicklung in bereits
imprägniertem und ausgehärtetem Zustand umgossen werden muß, da dann beim Aushärten
der Ummantelung Schrumpfrisse auftreten können. Bei einem bekannten Verfahren werden
diese Nachteile dadurch vermieden, daß die Transformatorspule zusammen mit dem Kern
durch Eintauchen in eine dickflüssige Harzverbindung bis auf eine Einfüllöffnung
mit einer äußeren Hülle versehen wird, welche nach ihrer Härtung als Tränkgefäß,
in welches das dünnflüssige Imprägnierharz eingefüllt wird, dient. Nach der Härtung
des Imprägnierharzes wird die Einfüllöffnung in einem gleichen Verfahren, wie die
äußere Hülle, mit einer dickflüssigen Harzverbindung verschlossen und das Harz gehärtet.
Dieses bekannte Verfahren benötigt also für die Einkapselung eines Transformators
drei Verfahrensstufen mit jeweiligem Verguß und anschließender Härtung des verwendeten
Harzes. Es ist daher sehr aufwendig und hat sich auch in der Praxis nicht durchsetzen
können.
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Zur Behebung der geschilderten Schwierigkeiten ist schon vorgeschlagen
worden, den Umguß und die Imprägnierung in einem einzigen Vakuumprozeß vorzunehmen,
wobei zumindest ein großer Teil der Trennfläche zwischen den Stoffen unterschiedlicher
Zusammensetzung, d. h. zwischen dem Imprägnierharz und dem gemagerten Umgußharz,
aus einer Filtersubstanz besteht, die für Gas- und Wasserdampf durchlässig und mit
Gießharz durchtränkbar, dagegen für die Füllstoffe nicht durchlässig ist. Als Filtersubstanz
wird dabei Filterpapier oder Textil-bzw. Glasgewebe verwendet.
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Bei der Herstellung solcher gießharzisolierten Apparate in nur einem
Vakuumprozeß soll erreicht werden, daß der Wicklungsblock, der aus einer viellagigen
dünndiähtigen Wicklung besteht, von dünnflüssigem Imprägnierharz satt durchtränkt
ist, daß ferner das gemagerte Umgußharz sich dicht an diesen Wicklungsblock anlegt
und daß bei der Polymerisation in zeitlicher Reihenfolge zuerst der Wicklungsblock
mit dem Imprägnierharz und anschließend der Umguß mit dem gemagerten Harz anhärtet.
Dabei soll, um die eingangs geschilderten Schrumpfungsrisse zu verhindern, der Vorgang
zeitlich so ablaufen, daß die beiden Polymerisationsstufen teilweise gleichzeitig
erfolgen, d. h., daß sich die Polymerisationszeiten überschneiden. Dieser Ablauf
der Polymerisation soll nun durch eine geeignete technologische Behandlung sichergestellt
werden.
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Hierbei ist es jedoch ungünstig, daß die Polymerisationstemperatur
des Imprägnierharzes in vielen Fällen niedriger liegt als die Vergußtemperatur des
Umgußharzes. Ferner ist es in vielen Fällen hinderlich, wenn sich bei einer getrennten
Imprägnierung des dünndrähtigen Wicklungsblocks mit Imprägnierharz und vorheriger
Aushärtung an seiner Oberfläche, insbesondere über die Stirnseiten der Lagenenden
hinaus, ein mehr oder weniger starker Imprägnierharzscherben anlagert, da der Ausdehnungskoeffizient
des ausgehärteten klaren Imprägnierharzes ein anderer ist als der Ausdehnungskoeffizient
des für
den Umguß verwendeten gemagerten Harzes und somit in dieser
an sich schon gefährdeten Trennschicht beider Harze zusätzlich noch durch die verschiedenen
Ausdehnungskoeffizienten mechanische Spannungen entstehen können. - Erwünscht ist,
daß das gemagerte Umgußharz unmittelbar an das Ende der Lagenisolation anschließt
und mit den Faserstoffen der Lagenisolation eine gute Bindung eingeht.
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Diese Nachteile werden durch ein Verfahren zur Herstellung von gießharzisolierten
elektrischen Apparaten, insbesondere Strom- und Spannungswandlern unter Verwendung
von Gießharzen verschieden hoher Gieß- und/oder Härtetemperaturen für Imprägnierung
und Ummantelung gemäß der Erfindung dadurch vermieden, daß zunächst das Gießharz
höherer Gießtemperatur für die Ummantelung in die Form eingebracht wird, wobei Einfüllkanäle
zum Wicklungsblock für das Imprägnierharz frei gehalten werden und daß vor Einbringen
des Imprägnierharzes mit seiner niedrigeren Gieß- und Härtetemperatur die Form mit
dem Ummantelungsharz abgekühlt wird. Es wird dabei vorgesehen, den Imprägnier- und
den Umgußgrozeß in einem ununterbrochenen Vakuumprozeß vorzunehmen. Für die Abkühlung
des zuerst in die Form eingebrachten Umgußharzes einschließlich der Form selber
und der aktiven Teile des Wandlers wird als Kühlmittel Luft oder Öl verwendet, welches
durch in der Formwandung angebrachte Röhren hindurchströmt.
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In den Abbildungen sind Ausführungsbeispiele von Vorschlägen zur Ausübung
des erfindungsgemäßen Verfahrens dargestellt.
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A b b. 1 zeigt im schematischen Aufbau eine Form 10, in welche ein
Spannungswandler eingeformt ist. Der Abschluß der Oberfläche des Kerns 11 gegen
das ihn nach dem Verguß umgebende Gießharz ist der Einfachheit halber nicht dargestellt.
Mit 12 ist die Niederspannungswicklung des Spannungswandlers bezeichnet,
die auf einem (nicht dargestellten) Wicklungsträger angeordnet sein kann. Die einzelnen
Lagen dieser Niederspannungswicklung brauchen nicht sehr sorgfältig imprägniert
zu werden, weil sie in sich nur geringe Potentialunterschiede aufweisen. Ein Trägerrohr
13, das beispielsweise aus Kupferblech gewickelt ist, wird zur Vermeidung
einer Kurzschlußwindung mit einem Schlitz oder einer isolierten überlappung versehen.
Auf diesem Wicklungsträger 13 sind lagenweise zwei trapezförmige Hochspannungswicklungen
14, 15 aufgebracht. Diese Hochspannungswicklungen sind in an sich bekannter Weise
von der Filtersubstanz 16 umgeben. Die Filtersubstanz 16 bildet einen zylindrischen
Beutel, der zusammengerafft und mit den Enden des Wicklungsträgers 13 verklebt ist.
Die Filtersubstanz 16 besitzt ferner einen Schlauchansatz 17, durch den das Imprägnierharz
18 eingefüllt werden kann. Der Verguß geht nun so vor sich, daß zunächst das gemagerte
Gießharz 20 in die Form 10 eingegossen wird, und zwar durch die besondere
Eingußöffnung 21. Während des gleichen Vakuumprozesses wird dann mittels
der Kühlschlange 22, die in der A b b. 1 im Schnitt gezeigt ist, die Form so weit
unterkühlt, daß das anschließend zu vergießende Imprägnierharz keine unzulässig
hohen Polymerisationstemperaturen erhält. Man kann den Kühlschritt und die Härtetemperaturen
beider Harze so wählen, daß bei dieser Unterkühlung das gemagerte Gießharz
20 bereits in den festen kristallisierten Zustand zurückgeführt wird, so
daß es also als Festkörper den Wicklungsblock 14, 15, das Trägerrohr 13, die Filtersubstanz
16 und den Schlauch 17 umgibt. Dabei ist es wichtig, daß der aus Filtersubstanz
bestehende Schlauch 17 durch entsprechende Vorrichtungen aufgespreizt wird,
damit er anschließend das Imprägnierharz dem Wicklungsblock 14, 15 zuleiten kann.
Nach der Unterkühlung der Form 10 und damit des Ummantelungsharzes wird durch den
Schlauch 17 das Imprägnierharz 18 eingefüllt, welches nunmehr den Wicklungsblock
14, 15 satt imprägniert. Anschließend wird bei der ihm zugeordneten Temperatur das
Imprägnierharz angehärtet. Sodann wird durch Beheizung des Ofens bzw. durch Beheizung
der Rohrschlange 22 die Temperatur der Form 10 so weit gesteigert, daß das imprägnierte
Umgußharz 20 zunächst aufgetaut (vom kristallisierten in den flüssigen Zustand gebracht)
wird und sodann ebenfalls polymerisiert. Die Zeiten und Temperaturen werden dabei
so gewählt, daß unerwünschte Formänderungen und mechanische Spannungen zwischen
dem imprägnierten Wicklungsblock 14, 15 und dem umgebenden Block aus gemagertem
Gießharz 20 vermieden werden.
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Ein weiteres Anwendungsbeispiel des erfindungsgemäßen Verfahrens zeigt
A b b. 2. Die bereits eingeführten Bezugsbezeichnungen sind die gleichen wie in
A b b.1 und werden nicht mehr einzeln erläutert. Der in dieser Abbildung gezeigte
Wicklungsblock weist einen Trägerzylinder 31 auf, der beispielsweise aus Kupferblech
besteht und am Umfang zur Vermeidung einer Kurzschlußwindung einmal unterbrochen
ist. Mit 32 sind Lagenisolationsschichten, beispielsweise aus Papier, bezeichnet.
Ihre Schichtung nimmt vom Anfang 33 der ersten Wickellage bis zum Ende 34 der ersten
Wickellage stufenweise zu. In der Wicklung sind scheibenförmige Spalte 35, 36, 37
frei gelassen, die am äußeren Umfang durch die aus steifer Filtersubstanz bestehenden
Begrenzungen 40, 41 und 42 abgeschlossen sind, welche als Halbringprofile
um die Wicklung herumlaufen. Die drei Ringkanäle werden durch die Zuführungen
43, 44
miteinander verbunden und durch den Füllschlauch 17 mit dem Einguß
für das Imprägnierharz verbunden. Das Gieß- und Imprägnierverfahren wird analog
dem zu A b b. 1 beschriebenen durchgeführt: Zunächst wird nach Trocknung und Aufheizung
der Form mit Inhalt im Vakuum das gemagerte Umgußharz 20 durch die Eingußöffnung
21 eingegossen. Sodann wird im gleichen Vakuumprozeß mittels der Kühlschlange
22, die in der Abbildung im Schnitt gezeigt ist, die Form so weit unterkühlt, daß
das anschließend zu vergießende Imprägnierharz keine unzulässig hohen Polymerisationstemperaturen
erhält. Bei dem in A b b. 2 geschilderten Verfahren muß der Kühlschritt und die
Härte- und Kristallisierungstemperatur so gewählt sein, daß nach erfolgter Kühlung
das gemagerte Umgußharz 20 in den festen kristallinen Zustand zurückgegangen ist,
so daß also auch die Lagenenden 45, 46 durch das kristallisierte feste Umgußharz
20 abgeschlossen sind, ehe das dünnflüssige Imprägnierharz in den Lagenenden ansteht.
Das Imprägnierharz 18 wird durch den Einfülltrichter 17 eingefüllt und angehärtet.
Der übrige Ablauf des Prozesses verläuft wie beim Anwendungsbeispiel 1 geschildert.
Der Vorteil einer Anordnung des erfindungsgemäßen Verfahrens bei einer Anordnung
gemäß A b b. 2 liegt darin, daß das gemagerte Umgußharz 20 unmittelbar am Ende der
Faserstoffbahnen
der Lagenisolation anhärten kann und somit ein
enger Verbund zwischen imprägniertem Wicklungsblock und Umgußharz gegeben ist.