Verfahren zur Herstellung in Giessharz eingebetteter Wicklungen für Transformatoren

Abstract

 Derartige Wicklungen sind üblicherweise aus in Achsrichtung hintereinanderliegenden Spulen (1) aufgebaut, die zwischen imprägnierten gewellten Isolierstoffmatten als Abstandshaltern (2, 3) eingespannt werden. Der eigentliche Verguß erfolgt üblicherweise bei liegender Form in einer evakuierten Kammer durch einen achsparallelen Schlitz (8). Erfindungsgemäß wird zur Einstellung der radial innerhalb der Spulen (1) liegenden Gießharzwandstärke ein innerer Mantel (5) der Gießform gegen den inneren Abstandshalter (2) gespreizt und verformt diesen bis auf das Sollmaß der Wandstärke, wobei sich die in Umfangsrichtung überlappenden achsparallelen Ränder des inneren Mantels (5) der Gießform in Umfangsrichtung aufeinander bewegen. Dadurch sind die Spulen (1) durch Kraftschluß auf dem inneren Abstandshalter (2) fixiert. Stirnseitige Formwände (10) umfassen mit einer elastischen Innenseite die stirnseitigen Kanten des inneren (5) und eines äußeren Mantels (6) der Gießform. Das erfindungsgemäße Verfahren ermöglicht eine sehr feine Anpassung der Wanddicken von Gießharzumgüssen für Transformatorwicklungen bei verhältnismäßig unterschiedlichen Voraussetzungen ohne hierzu einen hohen Bedarf an unterschiedlichen Vorrichtungen zu erfordern.

Beschreibung

[0001] Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Herstellung von in Gießharz eingebetteten Wicklungen für Transformatoren gemäß dem Oberbegriff des Anspruchs 1.

[0002] Mit zunehmendem Einsatz von Gießharztransformatoren bekommt die Optimierung, insbesondere auch des eingesetzten Gießharzes steigende wirtschaftliche Bedeutung. Aus diesem Grund wird eine gleich gute Ausnutzung der vorteilhaften elektrischen und mechanischen Eigenschaften des Gießharzformstoffes angestrebt, wobei mögliche kleinere Wanddicken des Gießharzkörpers zusätzlich erhebliche thermische Vorteile bringen.

[0003] Durch die europäische Patentanmeldung 80 108 131 ist schon ein Verfahren zur Herstellung in Gießharz eingebetteter Wicklungen für elektrische Geräte bekannt, wonach imprägnierte, gewellte Isolierstoffmatten als Abstandshalter zur Fixierung der einzuhüllenden elektrischen Geräteteile in der Gießform dienen. Diese im Gießharzkörper verbleibenden Isolierstoffmatten bewirken gleichzeitig für den Gießharzformstoff eine Armierung, die die mechanische Belastbarkeit des Gießharzformstoffes erhöht.

[0004] Durch das bekannte Verfahren werden auch Wicklungen aus in Achsrichtung hintereinanderliegenden Spulen vergossen, wobei der Verguß vorzugsweise bei liegender Form in einer evakuierten Kammer durch einen achsparallelen Schlitz im äußeren Mantel der Gießform erfolgt und wonach die Aushärtung der Gießharzmasse mindestens teilweise in der Form selbst bei erhöhter Temperatur und bei atmosphärischem oder höherem Druck erfolgt.

[0005] Zur Durchführung des bekannten Verfahrens sind jedoch Abstandshalter bzw. Armierungseinlagen in einer sehr großen Anzahl von verschiedenen Abmessungen erforderlich, die wiederum eine Vielzahl von teuren Hilfswerkzeugen zu ihrer Herstellung erfordern. Praktisch werden zur Begrenzung der Anzahl der zur Herstellung der Abstandshalter erforderlichen Hilfswerkzeuge nur Abstandshalter in bestimmten gegeneinander abgestuften Abmessungen hergestellt, so daß die elektrische und die mechanische Belastbarkeit der Gießharzkörper häufig nicht voll ausgenutzt ist.

[0006] Der Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren anzugeben, mit dem bei der Herstellung von in Gießharz eingebetteten Wicklungen die guten elektrischen und die durch eingelegte Armierung verbesserten mechanischen Eigenschaften des Gießharzkörpers voll ausnutzbar sind.

[0007] Erfindungsgemäß wird diese Aufgabe dadurch gelöst, daß ein innerer Mantel der Gießform die radiale Höhe eines gewellten und imprägnierten innenliegenden Abstandshalters durch bleibende Verformung bis auf das Sollmaß der Gießharzkörperwanddicke verkleinert, indem der innere Mantel in radialer Richtung gespreizt wird, wobei seine sich in Umfangsrichtung überlappenden achsparallelen Ränder aufeinander gleiten und wobei die Spulen der Wicklung durch Kraftschluß in Achsrichtung auf dem innenliegenden Abstandshalter fixiert sind, und wobei außerdem die stirnseitigen Formwände die stirnseitigen Kanten der Gießformmäntel mit einer elastischen Innenseite umfassen.

[0008] Zur Spreizung des innenliegenden Formmantels kann beispielsweise eine Vorrichtung gemäß der DE-PS 22 11 685 eingesetzt werden, wonach auf dem Umfang eines im Durchmesser einstellbaren Wickelkernes vorgesehene Profilleisten ihre radiale Lage durch Verschieben auf Bolzen in schräg zur Achsrichtung angeordneten Nuten verändern.

[0009] Nach zweckmäßigen Weiterbildungen der Erfindung ist vorgesehen, daß die Abstandshalter aus zwei Lagen von gewellten Isolierstoffmatten aufgebaut sind, wobei die Richtung der Wellfaltung einer Lage gegen die Wicklungsachse + 45° und die der anderen Lage - 45° beträgt, so daß sich die Wellfaltung der beiden Lagen unter 90° kreuzt. Weitere erfindungsgemäße Maßnahmen zur Anpassung des Gießharzkörpers an auftretende Belastungen bestehen darin, daß die Abstandshalter die Wicklung an beiden Enden in Achsrichtung überragen und daß in von den Spulen und den Abstandshaltern gebildete Kammern bei langsam rotierender Wicklung in Umfangsrichtung gestreckte Faserbündel eingelegt werden, und daß zur zusätzlichen Armierung des Gießharzkörpers auch Faserbündel in die achsparallelen Wellen der Abstandshalter eingelegt werden.

[0010] Gemäß vorteilhaften Ausgestaltungen der Erfindung werden als Abstandshalter mit reinem Gießharz imprägnierte Gewebe- oder Vliesmatten aus Glas- oder Polyesterfasern verwendet und dient als Gießharz mit Quarzmehl gefülltes oder reines Epoxydharz.

[0011] Eine weitere zweckmäßige Weiterbildung der Erfindung besteht darin, daß die Spulen der Wicklung über den blanken inneren Mantel der Gießform geschoben sind und der innere Abstandshalter bei festgehaltenen Spulen zwischen den sich in Umfangsrichtung überlappenden Rändern des langsam rotierenden inneren Mantels der Gießform aus einem Magazin in derselben in seine Einbaulage gezogen wird.

[0012] Das erfindungsgemäße Verfahren zur Herstellung in Gießharz eingebetteter Wicklungen von Transformatoren ist sehr vorteilhaft, denn es erlaubt die Anpassung der besonders wichtigen und kritischen Wandstärke des Gießharzumgusses auf der Innenseite der Wicklung durch Verformung der eingelegten Armierung auf praktisch jedes gewünschte Maß, wobei die Ausgangsabmessungen der Abstandshalter für jeweils einen größeren Bereich der Gießharzkörperwanddicke gleich sind.

[0013] Das erfindungsgemäße Verfahren wird anhand eines Ausführungsbeispiels für eine Gießform zum Umgießen einer Transformatorwicklung näher erläutert. Dabei zeigt

Fig. 1 einen Quer- und

Fig. 2 einen achsparallelen Längsschnitt durch eine zum Umgießen vorgesehene Transformatorwicklung.

[0014] Spulen 1 für eine Transformatorwicklung, beispielsweise eine Oberspannungswicklung, sind einzeln und unabhängig voneinander in an sich bekannter Weise auf besonderen Einrichtungen gewickelt. Alle in einen gemeinsamen Gießharzblock einzubettenden Spulen 1 liegen in radialer Richtung zwischen einem inneren Abstandshalter 2 und einem äußeren Abstandshalter 3. Die Abstandshalter 2 und 3 bestehen ihrerseits aus Gewebe- oder Vliesmatten aus Glas- oder Epoxydharz und sind ähnlich wie Wellpapier gewellt. Die Wellen erstrecken sich im Normalfall parallel zur Wicklungsachse, dabei ist die Wellenhöhe ungefähr gleich der Wellenlänge.

[0015] An die Innenseite des inneren Abstandshalters 2 wird in Richtung der Pfeile 4 ein innerer Mantel 5 einer Gießform angepreßt. Die hierzu erforderliche Preßkraft wird in an sich bekannter Weise durch auf Kegeln oder schiefen Ebenen verschobenen Leisten oder sonstigen Vorrichtungen auf den inneren Mantel 5 übertragen. Zur Verringerung der Reibung und zur Verhinderung von Verspannungen in Umfangsrichtung sind an den nicht dargestellten Leisten entlang der Berührungslinien mit dem inneren Mantel 5 Kugeln oder Rolle angebracht.

[0016] Der innere Mantel 5 wird unter Verformung des inneren Abstandshalters 2 unabhängig von Durchmessertoleranzen so weit gespreizt, daß die Stärke des mit Gießharz auszufüllenden Spaltes der im Betrieb zu erwartenden elektrischen und/oder mechanischen Beanspruchung des Gießharzformstoffes gerade standhält. Ausgehend hiervon ist vorher die Bemessung des inneren Abstandshalters 2 im Hinblick auf die zu erwartende mechanische Belastung ausgelegt.

[0017] Bei insgesamt niedrigen elektrischen Beanspruchungen des Gießharzformstoffes und gleichzeitig hohen mechanischen Belastungen werden zur Beherrschung der letzteren in alle oder in einige der Wellen achsparallel ausgerichtete Faserbündel zur zusätzlichen Armierung des Gießharzkörpers eingelegt. Eine weitere Verfestigung des Gießharzkörpers ergibt sich durch Einwickeln von Faserbündeln in die ringförmigen Kammern, die von den Spulen 1 in axialer Richtung und von den Abstandshaltern 2 und 3 in radialer Richtung umschlossen sind. Schließlich tragen auch außen um den äußeren Abstandshalter 3 herumgelegte nicht dargestellte Bandagen zur Erhöhung der mechanischen Festigkeit des Gießharzkörpers in Umfangsrichtung bei. Durch diese nicht dargestellten Bandagen ist es darüber hinaus möglich, auch die Stärke des von dem äußeren Abstandshalter 3 offen gehaltenen Spaltes unabhängig von Durchmessertoleranzen an den Spulen 1 einzustellen.

[0018] Um die Wicklungsanordnung aus den Spulen 1,dem von innen gegen diese gespreizten inneren Abstandshalter 2 und dem inneren Mantel 5 sowie dem von außen um die Spulen 1 bandagierten äußeren Abstandshalter 3 ist ein äußerer Mantel 6 einer Gießform gelegt, der sich im wesentlichen an die Wellen des äußeren Abstandshalters 3 sowie an die diesen umfassenden Bandagen anlegt. In dem äußeren Mantel 6 ist eine achsparallele Ausbuchtung 7 vorgesehen, die am Gießharzkörper eine Verstärkung zur Aufnahme der Wicklungsausleitungen und -anschlußkontakte formt. Gegenüber von der Ausbuchtung 7 ist ein Schlitz 8 vorgesehen, der von in etwa in radialer Richtung abgekanteten Wandstreifen 9 flankiert ist und als Entlüftungs- und Eingußöffnung für die Gießform dient.

[0019] Die Stirnseiten der Gießform sind durch stirnseitige Formwände 10 verschlossen, deren dem inneren Mantel 5 und dem äußeren Mantel 6 zugekehrte Seite mit einer Schicht 11 aus elastischem Werkstoff belegt ist. Die stirnseitigen Formwände 10 werden mit ihrer Schicht 11 durch je eine Ankerplatte 13 so stark an die stirnseitigen Kanten des inneren Mantels 5 und des äußeren Mantels 6 gepreßt, daß diese in die elastische Schicht 11 eingedrückt werden. Die hierzu erforderliche Preßkraft für die Ankerplatten 13 wird durch Muttern 14 auf einer Zugstange 12 aufgebracht.

[0020] Die so in die Gießform aus dem inneren Mantel 5, dem äußeren Mantel 6 sowie den stirnseitigen Formwänden 10 eingebettete Anordnung aus Spulen 1, dem inneren Abstandshalter 2 und dem äußeren Abstandshalter 3 wird in einer nicht dargestellten Kammer bis nahe an ein vollkommenes Vakuum evakuiert und dann mit reinem Epoxydharz oder mit einem bis zu 75 % Quarzmehl aufweisenden Epoxydharzgemisch ausgegossen. Dabei sind je nach den vorliegenden Verhältnissen, die Form, die Spulen 1 und/oder die Gußmasse vorgewärmt.

[0021] Im Anschluß an das Füllen der Gießform mit Gußmasse wird diese dem atmosphärischem Druck oder einem höheren Druck ausgesetzt, so daß der aus dem von den Wandstreifen 9 gebildeten Trichter vorhandene Gußmasseüberschuß bis zur vollständigen Erstarrung des Gießharzkörpers Gußmasse in die Gießform nachgedrückt wird.

Ansprüche

1. Verfahren zur Herstellung in Gießharz eingebetteter Wicklungen für Transformatoren,

- wonach die in Achsrichtung hintereinanderliegenden Spulen (1) der Wicklung je für sich und unabhängig voneinander gewickelt werden,

- wonach imprägnierte, gewellte Isolierstoffmatten in radialer Richtung als Abstandshalter (2, 3) zwischen einem inneren Mantel (5) der Gießform und Spulen (1) der Wicklung sowie zwischen den Spulen (1) der Wicklung und einem äußeren Mantel (6) der Gießform dienen,

- wonach der innere (5) und der äußere Mantel (6) der Gießform zwischen stirnseitigen Formwänden (10) fixiert sind,

- wonach der Verguß bei liegender Form in einer evakuierten Kammer durch einen achsparallelen Schlitz (8) im äußeren Mantel (6) der Gießform erfolgt und

- wonach die Aushärtung der Gießharzmasse mindestens teilweise in der Form bei erhöhter Temperatur und bei atmosphärischem oder höheren Druck erfolgt, dadurch gekennzeichnet ,

- daß der innere Mantel (5) der Gießform die radiale Höhe des innenliegenden Abstandshalters (2) durch bleibende Verformung bis auf das Sollmaß verkleinert, indem der innere Mantel (5) in radialer Richtung gespreizt wird, wobei seine sich in Umfangsrichtung überlappenden achsparallelen Ränder aufeinandergleiten,

- daß die Spulen (1) der Wicklung durch Kraftschluß in Achsrichtung auf dem innenliegenden Abstandshalter (2) fixiert sind und

- daß die stirnseitigen Formwände (10) die stirnseitigen Kanten des inneren (5) und des äußeren Mantels (6) der Gießform mit einer elastische Innenseite (11) umfassen.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet , daß die Abstandshalter (2, 3) aus zwei Lagen der Isolierstoffmatten aufgebaut sind, wobei die Richtung der Wellfaltung einer Lage gegen die Wicklungsachse + 45° und die der anderen Lage - 45° beträgt, so daß sich die Wellfaltung der beiden Lagen unter 90° kreuzt.

3. Verahren nach Anspruch 1 und 2, dadurch gekennzeichnet , daß die Abstandshalter (2, 3) die Wicklung an beiden Enden in Achsrichtung überragen.

4. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 3, d a - durch gekennzeichnet, daß in von den Spulen (1) und den Abstandshaltern (2, 3) gebildete Kammern bei langsam rotierender Wicklung in Umfangsrichtung gestreckte Faserbündel eingelegt werden.

5. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet , daß zur zusätzlichen Armierung des Gießharzkörpers Faserbündel in die achsparallelen Wellen der Abstandshalter (2, 3) eingelegt werden.

6. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß als Abstandshalter (2, 3) mit reinem Gießharz imprägnierte Gewebe- oder Vliesmatten aus Glas- oder Kunststofffasern verwendet werden.

7. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß die als Abstandshalter (2, 3) dienenden Isolierstoffmatten erst nach ihrem Einbau in die Gießform imprägniert werden.

8. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, daß als Gießharz mit Quarzmehl gefülltes oder reines Epoxydharz verwendet wird.

9. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, daß die Gießform und/oder die Wicklung vorgeheizt werden.

10. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 9, dadurch gekennzeichnet, daß die Spulen (1) über den blanken inneren Mantel (5) der Gießform geschoben sind und der innere Abstandshalter (2) bei festgehaltenen Spulen (1) zwischen den sich in Umfangsrichtung überlappenden Rändern des langsam rotierenden inneren Mantels (5) der Gießform aus einem Magazin in derselben in seine Einbaulage gezogen wird.

Zeichnung