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Verfahren zur Herstellung von elastischen und beweglichen räumlich
verformten Isolierungen aus dünnen Schichten von Isoliermaterial Für den Aufbau
der Isolierung einer großen Zahl von Hochspannungsapparaten, insbesondere für Transformatoren,
werden in großem Umfang Isolierformteile verwendet.
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In F i g. 1 ist der Isolations- bzw. Wicklungsaufbau eines solchen
Transformators, und zwar eines Dreiwicklungs-Transformators, dargestellt. Mit 1
ist dabei die außenliegende Hochspannungswicklung, mit 2 und 3 ihre
Endschirmringe dargestellt, mit 4 die Wicklung mittlerer Spannung mit ihren
Endringen 5 und 6 und mit 7 eine Unterspannungs- oder Tertiärwicklung mit den Endschirmringen
8 und 9.
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Zur Isolierung der Hochspannungswicklung 1 gegen die Mittelspannungswicklung
4 dienen nun die vier konzentrisch angeordneten Isolierzylinder 11, 12
13 und 14, wobei für die Isolierung der Wicklungsrandfelder sogenannte
Winkelringe 15 und 17 bzw. 18 und 19 bzw. 20 und
22 vorgesehen sind. Die Winkelringe 21 und 23 dienen in Verbindung
mit dem Isolierzylinder 25 und 26 der Isolation der Mittelspannungswicklung gegen
die Unterspannungswicklung 7.
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Die in großem Umfang verwendeten Winkelringe aus Isoliermaterial werden
nun einmal aus Preßspan hergestellt, und zwar bei kleineren Abmessungen und nur
kurzer Höhe des zylindrischen Teils durch Prägen aus Preßspantafeln. Bei größeren
Abmessungen ia dieses Verfahren nicht mehr möglich; es muß dann der Preßspan in
teigigem Zustand auf Formen aufgebracht und nachträglich gepreßt werden. Bei größeren
Abmessungen der Winkelringe ergeben sich hierdurch erhebliche Aufwendungen für Formen
und an Arbeitszeit, so daß diese Winkelringe sehr teuer werden..
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Ein anderes Herstellungsverfahren besteht darin, daß auf einen zylindrischen
Tragkörper ein relati-"r kurzer Zylinder aus Weichpapier aufgewickelt wird. Nachträglich
werden dann zur Bildung des senkrech zur Wickelachse abstehenden Flanschteiles von
einer Seite des Weichpapierzylinders aus schmale Streifen des Weichpapiers mit gegenseitiger
Versetzung der Reißstelle eingerissen und senkrecht zur Wickelachse auf eine Preßspanringscheibe
umgelegt. Ist der Kragen vollständig »umgerissen«, wird er durch eine zweite Preßspandeckscheibe
abgedeckt. Die beiden Preßspantragscheiben werden dann über ihre freie Kante an
einigen Stellen durch Klebeband verklebt.
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Auch dieses Verfahren ist bei Winkelringen großer Abmessungen, bei
denen die Reißarbeit und das Umlegen sehr lange dauern, sehr teuer. Der Vorteil
dieser letztgenannten Winkelringe ist der, daß sie in sich elastisch und flexibel
sind, so daß sie kleinen, kaum vermeidbaren Unebenheiten im Wicklungsaufbau des
Transformators zu folgen vermögen, ohne daß siz reißen.
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Die nachstehend beschriebene Erfindung vermeidet die Nachteile der
beiden vorbeschriebenen Herstellungsverfahren und weist trotzdem die großen Vorteile
des letztgenannten Verfahrens auf. Sie bezieht sich auf ein Verfahren zur Herstellung
von elastischen und beweglichen, räumlich verformten Isolierungen aus dünnen Schichten
von Isoliermaterial, insbesondere von Winkelringen von Transformatoren, und ist
dadurch gekennzeichnet, daß durch Bewickeln einer Grundform mit Isoliermaterial
in Bandform die Isolierformteile vorgeformt und durch teilweises Verkleben der Bänder
nur so weit verfestigt werden, daß die Isolierteile beim Aufschneiden auf der Form
einen ausreichenden Zusammenhalt besitzen, jedoch der endgültigen Gestalt bei der
Montage noch leicht angepaßt werden können.
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In F i g. 2 ist das Grundsätzliche des Verfahrens näher dargestellt.
Die Grundform ist dort mit 27 bezeichnet. Sie stellt einen Kreisringkörper mit rechteckigem
Querschnitt dar. Auf diese Grundform sind zunächst auf der äußeren Zylinderfläche
ein Preßspanstreifen 28 und auf der inneren Zylinderfläche ein Preßspan 29 aufgebracht,
auf der oberen Stirnfläche eine Preßspandeckscheibe 30 und auf der unteren Stirnseite
die Preßspanscheibe 31. Mit Hilfe einer der bekannten Ringwickelmaschinen werden
dann die Grundformen mit Preßspaneinlagen in einer Dicke mit dem bandförmigen Isoliermaterial
bewikkelt, wie sie der Verwendungszweck des Isolierformteii2s bzw. des Winüelringes
letzten Endes vorschreibt. Diese Bewickelung, die mit solcher überlappung aufgebracht
werden muß, daß sie den Erfo:-dernissen
der Hochspannungstechnik
entspricht -falls erforderlich, werden einzelne Lagen des Isolierbandes auch gegenläufig
gewickelt -,ist mit 32 bezeichnet. Während des Wickelns wird die aufgebrachte
Bandage stellenweise verklebt. Anschließend daran wird die Bandage so aufgeschnitten,
daß die beabsichtigten Isolierformteile entstehen. Wird etwa die Bandage nach F
i g. 2 an den Ringkanten 33 und 34 längs der Zylinderkanten aufgeschnitten, dann
ergeben sich zwei Winkelringe, wobei die untere Hälfte der Bandage einen Winkelring
mit innerem zylindrischem Steg und nach außen gerissenem Kragen und der obere Teil
einen Winkelring mit äußerem zylindrischem Steg und nach innen umgerissenem Kragen
darstellt.
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Die schon erwähnten Preßspanstreifen 28 und 29 bzw. Preßspanscheiben
30 und 31 dienen dabei der Halterung des Bandmaterials. Diese Halterung
kann durch in die oberste Lage der Bandage eingefügte weitere Stege und Ringscheiben
aus geeignetem Isoliermaterial verstärkt werden, ebenso können tiefer im Innern
der Bandage noch zusätzlich derartige Verstärkungs- und Halterungselemente eingefügt
werden. Mit Hilfe solcher zusätzlich einbandagierter Teile kann die Bandage in bestimmter
Weise noch geformt werden; oder es kann auch der Unterschied in der Bandagendicke
ausgeglichen werden, der sich daraus ergibt, daß am inneren Durchmesser der Grundform
die Bandage grundsätzlich dicker aufträgt als an de Außenseite, da die Dicke des
gesamten Bandmaterials am inneren Umfang zwangläufig die gleiche ist wie am äußeren
Umfang, der äußere Umfang aber größer als der innere ist.
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Für die in der Energieversorgung heute dominierenden Transformatoren
mit Ölkühlung bzw. -isolation wird man die Bandage aus saugfähigem Weichpapier und,
wie weiter oben schon erwähnt, die Beilagen aus ebenfalls saugfähigem Preßspan oder
ebenfalls aus Weichpapier herstellen. Als Klebstoff hat sich dabei Dextrin sehr
gut bewährt.
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Zum Ausgleich kleiner, unvermeidbarer Toleranzen im Durchmesser der
Wicklungen bzw. der Isolierzylinder 11, 12, 14 ... empfiehlt es sich, die
Winkelringe mit möglichst weiter überlappung zu schlitzen. Diese Schlitzung läßt
sich bei den nach dem vorgeschlagenen Verfahren hergestellten Isolierformteilen
dadurch erreichen, daß bei dem Bandagieren der Grundform eine entsprechende, nicht
verklebte Trennschicht mit einbandagiert wird.
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In F i g. 3 ist das Prinzip einer derartigen Trennbandage dargestellt.
Mit 35 ist eine auf der Grundform aufliegend angenommene Preßspanscheibe bezeichnet,
auf der, beginnend mit der Bandwindung 36
weitergehend nach 37 und
38, die Aufwicklung des Isolierbandes beginnt. Ist nach einer Umdrehung der
Grundform das Isolierband in der Stellung 39 angekommen, wird die erste Lage des
Trennbandes 40,
halb die Anfangslage des Isolierbandes 36 überdekkend, aufgewickelt
und dann die letzte Windung der ersten Lage 41 der Isolierbandschicht aufgebracht
und abgeschnitten. Die zweite Lage der Isolierschicht beginnt dann mit dem Isolierstreifen
42, der in seinem Anfang gegen den Streifen 36 nach rechts verschoben
ist, um die überlappung der Trennstelle zu erreichen. Die zweite Lage der Isolierbandage
wird dann ebenso aufgebracht wie die erste, und die zweite Lage der Trennbandage,
mit 43 bezeichnet, wird halb überlappend auf die Trennbandage 40 und
auf die Isolierbandage 42 aufgelegt usf. Auf diese Weise bildet sich über
die Trennbandagen 40, 43, 44 und 45
eine sich weit überlappende Trennfuge.
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Das vorstehend angegebene Prinzip der Bildung einer Trennfuge kann
nach F i g. 4 noch dadurch erweitert werden, daß ein mehr oder weniger breiter Trennspalt
gebildet wird. Auf diese Weise ist es dann möglich, auch größere Durchmessertoleranzen
zwischen Grundform und endgültigem Verwendungsdurchmesser mit Hilfe flexibler Isolierformteile
bzw. Winkelringe auszugleichen, da diese zusammengebogen werden können. Aus dieser
Möglichkeit können sich erhebliche fertigungstechnische Vorteile ergeben, da mit
einer Grundform eines bestimmten Durchmessers ohne zusätzlichen Aufwand sich Isolierformteile
bzw. Winkelringe herstellen lassen, die bei ihrer Verwendung einen anderen Durchmesser
besitzen als bei ihrer Herstellung.
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In Anklang an F i g. 3 ist in F i g. 4 mit 46, 47 und
48 wieder ein Träger für die Isolationsbandage dargestellt, der auf der Grundform
aufliegend zu denken ist. Der Wickelvorgang für die Isolierbandage beginnt hier
mit dem Streifen 49 und läuft über 50 nach 51.
Dann wird der
Trennstreifen 52 einbandagiert und mit den Streifen 53 und
54 die zweite Lage der Isolierbandage begonnen, die an dem Streifen
55 endet. Der weiterhin eingefügte Trennstreifen 56 sowie die noch
weiter folgenden, von denen nur 57 angegeben ist, bilden dann entsprechend ihrer
Breite eine Trennfuge, die in der schon erwähnten Weise ausgenutzt werden kann.
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Die Leistungsfähigkeit des vorgeschlagenen Verfahrens wird besonders
deutlich, wenn man danach etwa die Winkelringe 20, 21, 22 und 23 für
die Mittelspannungswicklung 4 von F i g. 1 herstellt. Man wird dann nämlich die
Grundform so wählen, daß sich in einem Arbeitsgang aus der aufgewickelten Bandage
und den entsprechenden Beilagen alle vier Winkelringe ausschneiden lassen. Die Form
der Bandage und der Schnitt hierfür sind in F i g. 5 dargestellt. Mit
58 ist hier die Grundform bezeichnet, mit 59, 60, 61
und 62 eine Grundunterlage
für die Bandage, etwa aus einfacher Pappe, die das nachträgliche Ausschneiden der
Isolierformteile erleichtern soll. Die Bandage selbst ist mit 63 bezeichnet; sie
ist im vorliegenden Fall an den Stirnseiten durch Einfügen von zusätzlichen Preßspanscheiben
dicker gehalten als auf den Zylinderseiten. Man erhält auf diese Weise sogenannte
»gepolsterte« Winkelringe. Durch die Schnitte 64
und 65 auf den Zylinderflächen
und die Schnitte bzw. Ausschnitte 66 und 67 auf den Stirnseiten der
Grundform erhält man dann die vier benötigten Winkelringe.
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Im Interesse einer möglichst flüssigen Arbeit wird man bestrebt sein,
die Grundformen möglichst leicht und universell verwendbar zu gestalten. Zu dieser
Aufgabe sind in F i g. 6 einige Vorschläge enthalten.
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Nach F i g. 6 wird die Grundform als Kastenform mit zwei entsprechend
geformten Deckringen 68 und 69 und den Zylinderstegen 70 und 71 aufgebaut.
Der Innensteg 70 ermöglicht in der dargestellten Form die Herstellung von
Winkelringen mit konischem Übergang zwischen Zylinder- und Flanschteil. Durch verschiedene
Höhe der zylindrischen Stege können mit ein und denselben Ringscheiben
68 und 69 verschiedene Steghöhen der Winkelringe erzielt werden. Außerdem
lassen sich die zylindrischen Stege mit anderen Ringdeckscheiben für Winkelringe
verschiedener Außen- und Innendurchmesser verwenden.
Die Grundform
selbst braucht in ihren Grundbestandteilen nicht den Durchmessern der geforderten
Winkelringe genau zu entsprechen. Durch das weiter oben beschriebene Verfahren der
Trennfuge mit mehr oder weniger großem Abstand können Durchmesserunterschiede zwischen
Formen und endgültigen Ringmaßen ausgeglichen werden; die Ringe können, wie bereits
angegeben, auf kleinere Durchmesser als jene der Grundform zusammengebogen werden.
Wünscht man dagegen Winkelringe ohne Trennfugen, so lassen sich kleinere Unterschiede
in den Höhen und Flanschabmessungen und Durchmessern der Grundformen gegenüber den
gewünschten Maßen dadurch ausgleichen, daß Grundformen entsprechender Abmessungen
durch eine verlorene Bandage oder verlorene Einlage aus billiger Pappe u. dgl. auf
die Sollmaße aufgepolstert werden.
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Wenn in der vorliegenden Beschreibung die Erfindungsidee auch im wesentlichen
an dem Beispiel von Winkelringen beschrieben wurde, so lassen sich nach diesem Prinzip
auch andere Isolierformteile, etwa konische Isolierbarrieren oder an Äquipotentialhüllen
angepaßte Isolierformteile herstellen. Besonders vorteilhaft ist es für die Herstellung
von Isolierformteilen aus Kunststoffolien für Trockentransformatoren, da auf diese
Weise auch komplizierte Formteile hergestellt werden können.
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Zur Vereinfachung der Herstellung kann es zweckmäßig sein, Stegbänder
und Scheiben sowie weitere Einlageteile vor dem Einbandagieren mit Klebstoff zu
bestreichen oder diese aus selbstklebendem Material vorzusehen. In Sonderfällen
kann es nützlich sein, die erhaltenen Körper auf der Grundform noch einem Erwärmungs-
und/oder Preßvorgang zu unterwerfen. Die jeweils angeschnittenen Formteile können
durch entsprechend vorgesehene Klebestreifen, die etwa U-förmig über Schnittkanten
geklebt werden, weiter verfestigt werden.
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Eine besonders vorteilhafte Fertigung von Isolierformteilen, etwa
für Wicklungen nach F i g. 1, ergibt sich auch dann, wenn etwa die Winkelringe
18 und 19, die in ihren Abmessungen verschieden sind, mit Hilfe einer
Form, gegebenenfalls unter Verwendung verlorener Beilagen, gewickelt werden, oder
auch dann, wenn die etwa für einen Drehstromtransformator in 6facher Ausfertigung
notwendigen Winkelringe einer Dimension ebenfalls in einem Arbeitsgang auf einer
Form gewickelt und die gleichen Einbaudurchmesser dadurch erreicht werden, daß auf
der Wickelform für die einzelnen Winkelringe verschieden breite Trennfugen vorgesehen
werden.
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Das beschriebene Verfahren ist auch zur Herstellung einfacher Isolierformteile,
etwa von Isolierzylindern, in bestimmten Fällen sehr vorteilhaft. Das ist dann der
Fall, wenn diese Isolierteile, etwa bei einer Lagenwicklung, bei der Herstellung
der Wicklung eingebaut werden müssen und erst nachträglich verformt werden. Werden
dann etwa die parallel zur Wickelachse aufgebrachten Bänder nur teilweise verklebt,
dann lassen sich nachträglich durch Abschneiden von verklebten Außenrändern die
Bandstreifen auf einfache Weise zu Winkelringen umformen.
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Unter Benutzung der vorstehend beschriebenen Idee läßt sich die Herstellung
einfacher Winkelringe nach F i g. 7 noch weiter vereinfachen. Dort ist mit 73 ein
dünner steifer Ring als Wickelform vorgesehen, der in der bisher beschriebenen Weise
mit Isolierstoff= band bewickelt wird. Zur Herstellung eines Winkelrings mit zylindrischem
Steg und Außenflansch wird dann aber nur die innere Bandlage 75 verklebt, während
die äußere Bandlage 74 unverklebt bleibt. Hat die auf die Form 73 aufgebrachte
Isolierstoffbandage die entsprechende Dicke erreicht, dann kann durch Führen von
Schnitten sowohl durch die Außen- wie Innenbandage entlang der Schnittlinie 76 die
Bandage in zwei Hälften getrennt und der Außenflansch durch rechtwinkeliges Umklappen
der Außenbandage gebildet werden. Dieser Vorgang ist in F i g. 8 wiedergegeben,
in der die verklebte Innenbandage mit 77, die rechtwinkelig nach außen geklappt
nicht verklebte Außenbandage mit 78 und die nachträglich für die Fixierung des Außenflansches
beigelegten Preßspanringscheiben mit 79 und 80 bezeichnet sind. Den
Zusammenhalt des Flansches wird man, wie oben schon erwähnt, durch über die Kanten
hinweggreifende etwa U-förmige Klebestreifen 81 sicherstellen. Falls notwendig,
können solche Klebestreifen auch noch zur zusätzlichen Sicherung des zylindrischen
Steges angewendet werden.
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Zur Verstärkung des zylindrischen Steges können schon beim Bandagieren
der Form im späteren Steg teil dünne Preßspanstreifen einbandagiert und verklebt
werden.
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Die Wickelform 73 kann nun als Dauerform etwa aus Metallblech hergestellt
werden. Um die Führung der Trennschnitte zu erleichtern, wird man dann, falls erforderlich,
Preßspan- oder Pappestreifen in etwa der Höhe der Wickelform beifügen. Man kann
aber auch so vorgehen, daß man die Wickelform 73 als verlorene Form aus dicker Pappe
herstellt und dann den Trennschnitt entlang der Linie 76 durch die Form und die
beiden Bandagen hindurch gleichzeitig führt.
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Grundsätzlich könnte man unter Anwendung der vorstehend niedergelegten
Ideen auch so vorgehen, daß man die dünne Wickelform 73, aus entsprechend hochwertigem
Isoliermaterial ausgeführt, nach dem Trennungsschnitt als Teil des zylindrischen
Steges weiter benutzt.
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Benötigt man in einem gegebenen Fall nur einen Winkelring, dann wird
man die Wickelform nicht der doppelten Höhe, sondern der einfachen Höhe anpassen
und den Schnitt entlang einer Wickelkante führen und gegebenenfalls in der in F
i g. 8 bezeichneten Weise die Fertigstellung vornehmen.
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Ist im vorstehenden davon ausgegangen, daß die im zylindrischen Teil
des endgültigen Winkelringes zweckmäßig vorgesehene Verstärkung, hergestellt aus
einem entsprechend hohen Preßspanstreifen - gegebenenfalls auch aus zwei oder drei
aufeinandergewikkelten Preßspanstreifen -, als Wickelform benutzt wird, so ist es
grundsätzlich auch möglich, eine im Flanschteil zu dessen Halterung notwendige Isolierstoffringscheibe,
in F i g. 8 etwa Teil 79, oder eine andere Ringscheibe als Wickelform zu benutzen.
In diesem Fall wird man dann den Teil der Bandage, der später den Flanschteil bilden
soll, verkleben, zweckmäßig einseitig mit der Ringscheibe 79, und die andere Bandagenhälfte
unverklebt lassen, damit sie später zur Bildung des zylindrischen Teiles etwa im
rechten Winkel umgeschlagen werden kann. Zur Versteifung des zylindrischen Steges
empfiehlt sich wieder die Anwendung entsprechender zylindrischer Kragen aus Isoliermaterial.
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Eine besonders einfache Fertigung für einen über eine Ringscheibe
gewickelten Winkelring ergibt sich nach F i g. 9 nun dadurch, daß man die Ringscheibe
etwa
in zwei Scheiben 82 und 83 unterteilt, wobei 82 der Verstärkung des Flansches und
83 nur als zusätzliche Wickelform zur Versteifung von 82 dient. Die auf die Ringscheibe
zunächst aufgebrachte Bandage ist mit 84 bezeichnet, der äußere Rand 85 ist in der
F i g. 9 schon entfernt gedacht. Auf der unteren Seite wird die Bandage
84 dann durch eine zweite Isolierringscheibe 86 gehalten, die mittels der
schon mehrfach erwähnten U-förmigen Umfassungsstreifen mit der Ringscheibe 82 verklebt
werden kann. Die Fertigstellung eines Winkelringes nach F i g. 9 ist weiter nun
so gedacht, daß die bewickelten und einseitig aufgeschnittenen Ringscheiben auf
eine Unterlage 87, die sternförmige Arme besitzt, aufgelegt und mittels auf den
Armen verschiebbarer Klemmen 88 auf diese Unterlage gepreßt werden. In die sternförmige
Unterlage 87 wird dann der kragenförmige Isolierhilfszylinder 89 gestellt. Wird
nun dieser Aufbau um 180° gedere$t - gewissermaßen auf den hopf gestellt -, dann
fallen die oberen unverklebten Streifen der Bandage 84 frei nach unten und legen
sich von selbst an den Isolierkragen 89 an. Sie können dann dort durch Bänder bzw.
einen weiteren Isolierkragen gehalten werden.
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In F i g. 10 ist eine weitere Modifikation der vorstehenden Erfindungsideen
wiedergegeben. Es handelt sich dabei um einen Winkelring mit zylindrischem Steg
und Außenflansch. Als Wickelform wurde hier ebenfalls ein dünner Isolierstoffsteg
benutzt, der dann aber nach dem Aufschneiden der bandagierten Form so weit gekürzt
wurde, daß er nur roch etwa die Länge des zylindrischen Steges 90 besaß. Der Flanschteil
91 besteht dann also aus der umgelegten innen- und Außenbandage.