DE1287201B - Verfahren zur Herstellung von Transformatorspulenkoerpern - Google Patents

Description

• Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Herstellung von Transformatorspulenkörpern.
• Ein wichtiges Problem bei der Herstellung von Trockentransformatoren besteht darin, die Wicklungen aus Kupfer in einen elektrisch isolierenden Werkstoff derart einzubringen, daß auch nach längerer Betriebsdauer und unabhängig von sonstigen Einflüssen eine hohe elektrische Durchschlagfestigkeit erhalten bleibt, die Isolierung von Spule zu Spule also einen hohen Isolationswert aufweist. Diese Anforderungen werden von bekannten Trockentransformatoren bisweilen nocht nicht in ausreichendem Maße erfüllt.
• Bekannt ist ein Hochfrequenztransformator, dessen Primärspule in eine Kunststoffarmmasse, wie Polyäthylen oder Polystyrol, eingebettet ist. Die Sekundärspule ist konzentrisch um die Fr%märspule angeordnet und besteht aus einer einzigen in Form eines Metallzylinders ausgebildeten Windung. Außerhalb in der unmittelbaren Umgebung der Sekundärwindung sind Vorrichtungen vorgesehen, durch welche ein Kühlmittel zirkuliert, so daß die im Betrieb des Transformators entstehende Wärme laufend abgeführt werden kann. Dieser bekannte Hochfrequenztransformator mit in Kunststofformmasse eingebetteter Primärwicklung erfordert also zusätzliche Kühlvorrichtungen zur Wärmeabfuhr.
• Es ist zwar bekannt, Spulen in Gießharz allseitig einzubetten. In der Praxis hat jedoch die Verwendung von Gießharz als Isoliermittel, beispielsweise auf dem Gebiet der Trockentransformatoren, auch erhebliche Nachteile. Um eine ausreichende elektrische Isolation, d. h. eine hohe Durchschlagspannung, zu erzielen, muß man eine verhältnismäßig dicke Isolationsschicht vorsehen. Eine solche Isolationsschicht hat aber den Nachteil, daß ohne Verwendung besonderer Kühlvorrichtungen die bei Transformatoren hoher Leistung auftretende Wärme nicht mehr in genügendem Maße abgeführt werden kann.
• Die Erfüllung der Bedingung einer ausreichenden Wärmeabfuhr zwingt somit zu sehr dünnen Gießharzschichten. Bei diesen vermindert sich aber die Höhe der Durchschlagsspannung bei längerer Betriebsdauer. Dünne Gießharzschichten besitzen zudem nur eine geringe mechanische Festigkeit, so daß durch Stoß od. dgl. leicht Risse entstehen, durch welche die elektrische Isolierung der Spulen erheblich herabgesetzt wird. Begünstigt wird die Rissebildung außerdem noch durch einen häufigen Wechsel von warm und kalt. Rissebildung ist somit eine bei Transformatoren unbedingt zu vermeidende Gefahrenquelle.
• Aus diesen Betrachtungen ergibt sich, daß bei Verwendung von Gießharz als elektrisches Isoliermittel Durchschlagsspannung und elektrische Leistung des zu isolierenden Teiles einander entgegengesetzte Bedingungen hinsichtlich der Wandstärke der Isolationsschicht stellen. Daher wurde Gießharz beispielsweise für Trockentransformatoren, bei denen keine besonderen Kühlvorrichtungen vorgesehen sind, bisher nur bei kleineren elektrischen Leistungen und hoher Durchschlagsspannung oder bei großer elektrischer Leistung und kleinerer Durchschlagsspannung verwendet.
• Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, Transformatorspulenkörper herzustellen, bei denen einerseits die Durchschlagsspannung auch im Dauerbetrieb genügend hoch bleibt und andererseits eine ausreichende Wärmeabfuhr selbst bei hohen elektrischen Leistungen gewährleistet ist. Außerdem sollen die Spulenkörper eine hohe Kurzschlußfestigkeit besitzen.
• Diese Aufgabe wird durch ein Verfahren zur Herstellung von Transformatorspulenkörpern gelöst, welches erfindungsgemäß auf einen Stützkörper, wie z. B. einen Metallzylinder, eine elektrisch isolierende, im ungehärteten Zustand weiche bzw. verformbare Werkstoffschicht und auf dieser eine Mehrzahl von scheiben- oder plattenförmigen, einander schuppenförmig überlagernden Druckkörpern, wie Blechstreifen, die sieh über die ganze Länge des Spulenkörpers erstrecken, ausbringt; um diese Druckkörper wird ein biegsames Spannelement, wie ein Draht oder ein Seil, ein- oder mehrmals herumgeführt und an einem Ende an einem Festpunkt befestigt, am anderen Ende aber mit einem Zugorgan, wie mit einem Gewicht, versehen; nach Aushärtung der Werkstoffschicht werden die Druckkörper samt Zubehör wieder abgenommen und dann die Spulenwicklung aufgebracht. Hierdurch wird es möglich, Transformatorspulenkörper mit einer relativ dünnen Isolierstoffschicht herzustellen, bei denen sowohl eine ausreichende Abfuhr der beim Betrieb des Transformators entstehenden Wärme gewährleistet ist als auch darüber hinaus die Isolierstoffschicht trotz ihrer Dünnwandigkeit eine hohe Durchschlagsspannung hat bzw. beibehält sowie eine hohe mechanische Festigkeit besitzt, so daß Rissebildungen durch Stöße od. dgL sowie auch durch Temperaturwechsel praktisch vermieden sind. Nach dem erfindungsgemäßen Verfahren hergestellte Transformatorspulenkörper weisere ferner eine hohe Stoßfestigkeit bei relativ kleiner Wandstärke des Isolierstoffes sowie große Betriebssicherheit auf: Es ist weiterhin beachtenswert, daß zur Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahrens keine komplizierten und aufwendigen Mittel erforderlich sind.
• Die Isolierstoffschicht kann ein- oder beiderseitig der Wicklung aufgebracht werden (Halbfabrikat). In der Regel geht man so vor, daß auf einem Stützkörper eine erste verdichtete Isolierschicht hergestellt wird, auf die die Wicklung aufgebracht wird; auf der Wicklung wird dann eine zweite verdichtete Isolierschicht hergestellt.
• Der mit den dem Zug unterworfenen Druckkörpern versehene Spulenkörper wird daraufhin erwärmt, insbesondere in einem Ofen, während ein gleichmäßiger Zug auf die Druckkörper ausgeübt wird.
• Man geht zweckmäßigerweise so vor, daß man auf die erste, vorzugsweise aus Polyester und Glasmatten bestehende untere Schicht vor dem Aufbringen der Wicklung in an sich bekannter Weise, z. B. durch Einpinseln, eine Polyesterh2rmchicht aufträgt, auf die dann die Wicklung zu liegen kommt. Anschließend wird die Kupferwicklung dick mit Polyesterharz eingepinselt, wodurch eine weitere Schicht gebildet wird. Das Polyesterharz wird im flüssigen oder weichen Zustand verwendet. Danach wird eine weitere Schicht, z. B. aus Glasmatte oder eine Mischung von Glasmatte und Polyester, aufgetragen und das Ganze mit Hilfe der Druckkörper durch Zuganwendung, vorzugsweise unter Erwärmung, verdichtet.
• Statt der Seile können auch Drahtschlingen oder Bänder verwendet werden. Die Druckkörper erstrekken sich über die ganze Länge der Zylinderspule. In vorteilhafter Weise ist der den Spulenkörper aufnehmende Stützkörper z. B. ein Stahlzylinder, mit Zapfen od. dgl. versehen, so daß er drehbar ist. Dieser Stahlzylinder kann leicht konisch ausgebildet sein. Hierdurch wird erreicht, daß der fertige Spulenkörper nach seiner Verdichtung leichter vom Zylinder gelöst werden kann.
• Das erfindungsgemäße Verfahren wird an Hand der Zeichnungen näher erläutert, die schematische Ausführungsbeispiele darstellen. Es zeigt F i g. 1 eine Aufsicht auf den Spulenkörper sowie den Metallzylinder mit den ausschnittsweise dargestellten Blechstreifen, F i g. 2 einen Schnitt durch F i g. 1, aus dem die schuppenförmige Anordnung der Blechstreifen ersichtlich ist, F i g. 3 einen sektorförmigen Ausschnitt einer fertigen Transformatorspule.
• Auf einen Eisen- oder Stahlzylinder 10, welcher leicht konisch ausgeführt ist, werden mit Polyesterharz vorimprägnierte Glasfasermatten ein- oder mehrmals herumgewickelt, wodurch eine Isolierstoffschicht 11 gebildet wird. Diese Glasfasermatten können je nach der Leistung oder Konstruktion der herzustellenden Transformatorspule vor dem Auftragen fertig zugeschnitten sein. Alsdann (vgl. F i g. 2) werden streifenförmige Bleche 12 schuppenförmig übereinander auf die Schicht 11 gelegt. Ihre Länge entspricht der Länge des Spulenkörpers. Die Blechstreifenlänge kann auch von Fall zu Fall unterschiedlich sein, ebenso die Breite der Blechstreifen; diese richtet sich nach dem Radius des Stahlzylinders 10 bzw. der Spule, ferner nach der Blechstärke und der hiervon abhängigen Biegsamkeit, gegebenenfalls auch nach dem Werkstoff. Wie aus F i g. 2 ersichtlich, umgeben die Blechstreifen 12 den Spulenkörper vollständig.
• Es schließt sich nun der Erwärmungs- und Verdichtungsvorgang an. Der Stahlzylinder wird an den Enden mit Flanschen versehen, aus denen in der Längsachse Drehzapfen hervorragen. Der Stahlzylinder wird in einem Ofen in Drehlagern aufgehängt. Bevor jedoch die Erwärmung erfolgt, werden auf die Blechstreifen 12 in bestimmten, sich nach der jeweiligen Spulenlänge richtenden Abständen, Drahtseile, Bänder od. dgl. 13 in einer oder mehreren Windungen herumgelegt. Das eine Ende 14 des Drahtseiles 13 wird beispielsweise am Ofen 15 (Festpunkt) befestigt, das andere Ende 16 wird mit einem Gewicht 17 versehen, dessen Größe von der Spulenlänge abhängt. Danach wird der Spulenkörper samt Stahlzylinder in dem Ofen auf eine Temperatur von z. B. 140F C erwärmt, der die Schicht 11 erweicht. Die Schuppenbleche 12 üben unter der gleichmäßigen Zugwirkung des Zugorgans, z. B. des Gewichtes 17, einen allseitigen, im wesentlichen gleichmäßigen Druck auf die erweichte Isolierschicht 11 aus, die dadurch zusammengepreßt bzw. verdichtet wird. Die Temperatur des Ofens wird hierbei so gesteuert, daß je nach den Eigenschaften der Schicht 11 bzw. ihres Polyesterharzes, vorzugsweise unter Verwendung eines Härterzusatzes, eine Aushärtung erfolgt und die Schicht 11 somit zu einer festen Masse verbacken wird.
• Anschließend wird der Stahlzylinder 10 mit der Isolierschicht 11 nach Abnahme der Druckkörper samt Zubehör aus dem Ofen herausgenommen, mittels der Zylinderzapfen auf eine Wickelbank od. dgl. gebracht und dann mit einer relativ dicken Schicht 18 aus Polyesterharz versehen. Dann wird die Kupferwicklung 19 aufgebracht. Darauf wird eine weitere Schicht 20 aus Polyesterharz aufgebracht, so daß die Wicklung 19 im weichen oder flüssigen Polyesterharz der Schichten 18, 20 eingebettet ist. Ist dies geschen, so bringt man eine aus Glasmatten od. dgl. bestehende Schicht 21, die werkstoffmäßig der Schicht 11 entspricht, auf die Schicht 20 auf. Nun werden wieder die Blechstreifen 12, die Seile 13 sowie das Gewicht 17 angebracht, worauf sich wiederum ein Verdichtungsvorgang, zweckmäßigerweise wiederum in einem Ofen, mit Erwärmung und Aushärtung anschließt. Der Spulenkörper eines Trockentransformators ist dann fertiggestellt. Die Kupferwicklung, von welcher Teil 19 (F i g. 3) nur einen Wicklungsteil darstellt, ist somit einwandfrei isoliert und allseitig eingebettet. Man kann nunmehr den fertigen Spulenkörper vom konischen Stahlzylinder 10 leicht abziehen. Die Spule ist jetzt zum Einbau in den Transformator fertig.
• Auch die Schaltungskontaktstücke für die Anzapfungen des Transformators werden in entsprechender Weise isoliert. Auch sie werden in eine isolierende Polyesterharzschicht eingepreßt. Doch verwendet man hierzu als Druckkörper nicht die Blechstreifen 21 sondern Blechstreifen anderer Gestalt, welche der Form der Anzapfungen angepaßt sind. Diese besonderen Druckkörper werden in geeigneter Weise auf die Isolierstoffschicht aufgebracht, bevor die Erwärmung und das Aushärten beginnt.

Claims (4)

1. Patentansprüche: 1. Verfahren zur Herstellung von Transformatorspulenkörpern mit in Kunststoff eingebetteter Wicklung, dadurch gekennzeichnet, daß auf einen Stützkörper, insbesondere einem Metallzylinder, eine elektrisch isolierende, im ungehärteten Zustand weiche bzw. verformbare Werkstoffschicht und auf diese eine Mehrzahl von Scheiben-oder plattenförmigen, einander schuppenförmig überlagernden Druckkörpern, z. B. Streifen aus Blech oder anderem geeigneten Material, die sich über die ganze Länge des Spulenkörpers erstrekken, aufgebracht werden und daß um die Druckkörper ein biegsames Spannelement, z. B. ein Draht oder ein Seil, ein- oder mehrmals herumgeführt und mit einem Ende an einem Festpunkt befestigt, am anderen Ende mit einem Zugorgan, z. B. mit einem Gewicht, versehen wird und daß nach Aushärtung der Werkstoffschicht die Druckkörper samt Zubehör wieder abgenommen und dann die Spulenwicklungen in an sich bekannter Weise aufgebracht werden.
2. 2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der mit der belasteten Druckvorrichtung versehene Spulenkörper zur Aushärtung erwärmt wird.
3. 3. Verfahren nach Anspruch 1 und 2, dadurch gekennzeichnet, daß auf die erste Werkstoffschicht eine aus weichem oder flüssigem Isolierwerkstoff bestehende erste Zwischenschicht und darauf die Wicklung aufgebracht wird und daß auf der Wicklung eine zweite, vorzugsweise aus weichem Polyester oder dergleichen Werkstoff bestehende Zwischenschicht aufgetragen wird, über die eine verdichtete Isolierschicht gelegt wird.
4. 4. Verfahren nach Anspruch 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß als Stützkörper ein an seinen stirnseitigen Enden mit Zapfen versehener konisch ausgebildeter Zylinder verwendet wird (F i g. 1).