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(11) | EP 0 172 494 B1 |
| (12) | EUROPÄISCHE PATENTSCHRIFT |
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Verfahren zur Herstellung in Giessharz eingebetteter Wicklungen für Transformatoren Method for manufacturing epoxy resin-embedded windings for transformers Procédé pour la fabrication d'enroulements noyés dans de la résine moulable pour transformateurs |
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| Anmerkung: Innerhalb von neun Monaten nach der Bekanntmachung des Hinweises auf die Erteilung des europäischen Patents kann jedermann beim Europäischen Patentamt gegen das erteilte europäischen Patent Einspruch einlegen. Der Einspruch ist schriftlich einzureichen und zu begründen. Er gilt erst als eingelegt, wenn die Einspruchsgebühr entrichtet worden ist. (Art. 99(1) Europäisches Patentübereinkommen). |
[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 der eingesetzten Werkstoffe, insbesondere der Menge des eingesetzten Giessharzes, steigende wirtschaftliche Bedeutung. Aus diesem Grund wird eine gleich gute Ausnutzung der vorteilhaften elektrischen und der ebenso vorteilhaften mechanischen Eigenschaften des Giessharzformstoffes angestrebt. Dabei bringen kleine Wanddicken des Giessharzkörpers zusätzlich thermische Vorteile, so dass die Leistungsgrenze bis zu der mit Giessharz umgossene Transformatorwicklungen ausführbar sind, gesteigert werden kann.
[0003] Durch die EP-A-0031576 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] Mit diesem bekannten Verfahren werden auch Wicklungen aus in Achsrichtung hintereinander liegenden 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. Zur Verringerung der Anzahl der erforderlichen Hilfswerkzeuge und zur annähernden Ausnutzung der elektrischen und mechanischen Belastbarkeit der Giessharzkörper ist es durch die EP-A-0103237 bekannt, die radiale Höhe eines gewellten und imprägnierten innenliegenden Abstandshalters durch bleibende Verformung bis auf das Sollmass der Giessharzkörperwanddicke zu verkleinern, indem ein innerer Mantel der Giessform in radialer Richtung gespreizt wird, wobei seine sich in Umfangsrichtung überlappenden achsparallelen Ränder aufeinander gleiten.
[0006] Die Herstellung der gewellten Abstandhalter hat sich jedoch als verhältnismässig aufwendig erwiesen, da für die Vielzahl von erforderlichen Wellenabmessungen noch immer eine Vielzahl von Sonderwerkzeugen erforderlich ist. Darüber hinaus treten bei der Verwendung dieser gewellten Abstandshalter auch relativ grosse, unerwünschte Verschiebungen in Umfangsrichtung zwischen den Spulen der Wicklung einerseits und andererseits einzelnen Wellenbergen der Abstandshalter auf.
[0007] Der Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, das durch die EP-A-103237 bekannte Verfahren so zu verbessern, dass Verschiebungen der Abstandshalter gegenüber den Spulen und dadurch möglicherweise verursachte Beschädigungen der Isolierung der Spulen vermieden sind und dass die Wirtschaftlichkeit durch weitere Senkung der Zahl der erforderlichen Sonderwerkzeuge weiter erhöht ist.
[0008] Erfindungsgemäss wird diese Aufgabe bei der Durchführung des eingangs genannten Verfahrens dadurch gelöst,
- dass die als Abstandshalter eingesetzten Isolierstoffmatten aus Gewebe aus unverdrillten, lockeren, gekreuzten und mit aushärtbarem Kunstharz getränkten Glasfaserbündeln bestehen,
- dass einzelne in sich verdrillte Fäden aus schrumpffähigem Kunstharz entlang von im wesentlichen in der Gewebeebene liegenden Zick-Zack-Linien in dieses Gewebe eingearbeitet sind,
- dass die verdrillten Fäden in der Isolierstoffmatte während der Aushärtung der durch die Tränkung eingebrachten Kunstharzmasse vor dem Einbringen der Isolierstoffmatte in die Giessform schrumpfen und die Glasfaserbündel an deren in Spitzen der Zick-Zack-Linie liegenden Kreuzungsstellen zu knotenähnlichen Verdickungen zusammenschieben und
- dass diese Verdickungen die die Transformatorwicklungen darstellenden Spulen in der Giessfoi m einklemmen.
[0009] Gemäss vorteilhaften Ausgestaltungsmerkmalen der Erfindung ist vorgesehen, dass der Abstand zwischen einigen der unverdrillten Glasfaserbündel gleich dem Mehrfachen der Breite dieser Glasfaserbündel bleibt und dass in den verwendeten Isolierstoffmatten je zwei einander benachbarte Kettfäden jeweils an ihrer Kreuzungsstelle mit einem Schussfaden durch einen der verdrillten Fäden gegeneinandergeschoben sind, indem der verdrillte Faden alle Schussfäden auf derselben, dem an der jeweiligen Kreuzungsstelle von ihm geschobenen Kettfaden gegenüberliegenden Gewebeseite kreuzt und indem der verdrillte Faden auf der anderen Gewebeseite zwischen diesen Kreuzungsstellen hin- beziehungsweise hergeführt ist.
[0010] Weitere vorteilhafte Ausgestaltungsmerkmale der Erfindung bestehen darin, dass die Isolierstoffmatten die Wicklung an beiden Enden in Achsrichtung überragen, dass als Giessharz gefülltes oder ungefülltes Epoxydharz verwendet ist und dass die Giessform und/oder die Wicklung vorgeheizt werden, wobei die durch die Tränkung in die Isolierstoffmatten eingebrachte, bereits ausgehärtete Kunstharzmasse fest bleibt.
[0011] Das erfindungsgemässe Verfahren ist sehr vorteilhaft, da es eine ebenso wirtschaftliche wie leicht an unterschiedliche Randbedingungen anpassbare Herstellung von in Giessharz eingegossenen Transformatorwicklungen ermöglicht, weil die von den einzelnen, verdrillten, geschrumpften Fäden zusammengeschobenen Verdickungen aus den unverdrillten, lockeren Glasfaserbündeln durch die ausgehärtete Tränkharzmasse einerseits so fest sind, dass sie die Spulen in der Giessform zuverlässig festhalten, andererseits jedoch in Folge ihres lockeren Aufbaus vor einer Überlastung der Wicklungen in sich zusammendrückbar sind.
[0012] Das Verfahren nach der Erfindung wird anhand einer Zeichnung näher erläutert. Dabei zeigt:
Fig. einen Quer- und
Fig.2 einen achsparallelen Längsschnitt durch eine zum Umgiessen vorgesehene Transformatorwicklung in stark verkleinertem Massstab.
Fig.3 zeigt ein als Isolierstoffmatte vorgesehenes Gewebe aus unverdrillten Glasfaserbündeln in annähernd natürlicher Grösse.
[0013] 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.
[0014] Die Abstandshalter 2 und 3 bestehen ihrerseits aus Isolierstoffmatten aus Gewebe aus unverdrillten, lockeren, mit aushärtbarem Kunstharz getränkten Glasfaserbündeln 15 und 16. Dabei stellen in dem Gewebe die Glasfaserbündel 15 Kettfäden und die Glasfaserbündel 16 Schussfäden dar. In diesem Gewebe sind entlang von Zick-Zack-Linien stark verdrillte Fäden 17 aus schrumpffähigem Kunstharz eingearbeitet.
[0015] Die Isolierstoffmatten können anstelle von Glasfaserbündeln auch aus Bündeln von anderen elektrisch nicht leitenden Fasern hergestellt sein.
[0016] Das Gewebe wird vor dem Zuschneiden und vor seiner Verwendung als Abstandshalter, beispielsweise durch Erwärmen, so behandelt, dass das durch die Tränkung eingebrachte Kunstharz endgültig und vollständig ausgehärtet ist und dass dabei gleichzeitig die verdrillten Fäden 17 schrumpfen. Dadurch werden die Glasfaserbündel 15 und 16 in den Eckpunkten der Zick-Zack-Linien zu Verdickungen zusammengeschoben, die zwar sehr hart sind, aber in Folge einer gewissen verbleibenden Porosität bei einer Druckbelastung wesentlich mehr nachgeben als die Spulen 1.
[0017] Beim in Fig.3 dargestellten Gewebebeispiel sind jeweils zwei Kettfäden darstellende Glasfaserbündel 15 durch je einen Faden 17 aneinandergedrückt und bilden an jeder Kreuzungsstelle mit einem einen Schussfaden darstellenden Glasfaserbündel 16 eine Verdickung, wobei diese Verdikkung stärker ist als sie im einfachen Gewebe ohne geschrumpfte Fäden 17 wäre.
[0018] An die Verdickungen der 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 auf 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 Rollen angebracht.
[0019] Der innere Mantel 5 wird unter leichter Verformung des inneren Abstandhalters 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, insbesondere mit seinen Verdickungen, im Hinblick auf die zu erwartende mechanische Belastung ausgelegt. Bei höheren Nennspannungen ist es häufig zweckmässig, anstelle einer einzigen Isolierstoffmatte in nicht dargestellter Weise mehrere lsolierstoffmatten radial übereinander als Abstandshalter 2 und/ oder 3 vorzusehen.
[0020] Aussen um den äusseren Abstandshalter 3 herumgelegte, nicht dargestellte Bandagen tragen zur weiteren Erhöhung der mechanischen Festigkeit des Giessharzkörpers in Umfangsrichtung bei. Durch diese Bandagen ist es darüberhinaus möglich, die Stärke des von dem äusseren Abstandshalter 3 offengehaltenen Spaltes unabhängig von Durchmessertoleranzen an den Spulen 1 einzustellen.
[0021] Um die Wicklungsanordnungen 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 den Verdickungen des äusseren Abstandshalters 3 bzw. an den umfassenden Bandagen abstützt. In dem äusseren Mantel 6 ist eine achsparallele Ausbuchtung 7 vorgesehen, die am Giessharzkörper eine Verstärkung zur Aufnahme der Wicklungsausleitungen und -anschlusskontakte formt. Gegenüber oder in einem bestimmten Winkel versetzt von der Ausbuchtung 7 ist ein Schlitz 8 vorgesehen, der von in etwa in radialer Richtung abgekanteten Wandstreifen 9 flankiert ist und gleichzeitig als Entlüftungs- und als Eingussöffung der Giessform dient.
[0022] Die Stirnflächen 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.
[0023] 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% Füllstoff aufweisenden Epoxydharzgemisch ausgegossen. Dabei sind je nach den vorliegenden Verhältnissen die Form, die Spulen 1 und/oder die Giessharzmasse vorgewärmt.
[0024] Im Anschluss an das Füllen der Giessform mit Giessharzmasse wird diese dem atmosphärischen Druck oder einem höheren Druck ausgesetzt, so dass der aus dem von den Wandstreifen 9 gebildeten Trichter vorhandene Giessharzmasseüberschuss bis zur vollständigen Erstarrung des Giessharzkörpers Giessharzmasse in die Giessform nachgedrückt wird.
- wonach die in Achsrichtung hintereinanderliegenden Spulen (1) der Wicklung je für sich und unabhängig voneinander gewickelt werden,
-wonach je eine lsolierstoffmatte in radialer Richtung als Abstandshalter (2, 3) zwischen einem inneren Mantel (5) der Giessform und den Spulen (1) sowie zwischen den Spulen (1) und einem äusseren Mantel (6) der Giessform dient,
- wonach die Spulen (1) durch Kraftschluss in Achsrichtung auf dem innenliegenden Abstandshalter (2) fixiert sind,
- 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 höherem Druck erfolgt, dadurch gekennzeichnet,
- dass die Isolierstoffmatten aus Gewebe aus unverdrillten, lockeren, gekreuzten und mit aushärtbarem Kunstharz getränkten Glasfaserbündeln (15,16) bestehen,
- dass einzelne, in sich verdrillte Fäden (17) aus schrumpffähigem Kunstharz entlang von im wesentlichen in der Gewebeebene liegenden Zick-Zack-Linien in dieses Gewebe eingearbeitet sind,
- dass die verdrillten Fäden (17) in der Isolierstoffmatte während der Aushärtung der durch die Tränkung eingebrachten Kunstharzmasse vor dem Einbringen der Isolierstoffmatte in die Giessform schrumpfen und die Glasfaserbündel (15,16) an deren in den Spitzen der Zick-Zack-Linie liegenden Kreuzungsstellen zu knotenähnlichen Verdikkungen zusammenschieben und
- dass diese Verdickungen die Spulen (1) in der Giessform einklemmen.
- according to which, spools (1), lying one behind another in the axial direction, of the coil are wound each for itself and independently of one another,
- according to which, one insulating material mat respectively, serves, in a radial direction, as a brace (2, 3) between an inner casing (5) of the casting mould and the spools (1), as well as between the spools (1) and an outer casing (6) of the casting mould,
- according to which, the spools (1) are fixed in an axial direction by frictional contact on the inner brace (2),
- according to which, the inner (5) and the outer casing (6) of the casting mould are fixed between mould end walls (10),
- according to which, casting with a horizontal mould in an evacuated chamber, follows through a slit (8), parallel to the axis, in the outer casing (6) of the casting mould, and
- according to which, the hardening of the cast resin mass follows, at least partly, in the mould with increased temperature and with atmospheric or higher pressure, characterised in that,
- the insulating material mats comprise fabric of non-twisted loose glass fibre bundles (15, 16), crossed and impregnated with hardenable artificial resin,
- individual threads (17), twisted in themselves, of shrinkable artificial resin are worked into this fabric along zig-zag lines lying substantially in the fabric plane,
- the twisted threads (17) in the insulating material mat shrink, during the hardening of the artificial resin mass, introduced through the impregnating, before the insulating material mat is brought into the casting mould, and telescope the glass fibre bundles (15, 16) at their intersections, lying in the points of the zig-zag line, to form knot- like swellings, and in that,
- these swellings clamp the spools (1) in the casting mould.
- à enrouler les bobines (1) de l'enroulement, qui se succèdent dans la direction de l'axe, chacune individuellement et indépendamment des autres;
- à se servir d'une bande de matière isolante en direction radiale comme entretoise (2, 3) entre une enveloppe latérale intérieure (5) du moule de coulée et les bobines (1) ainsi qu'entre les bobines (1) et une enveloppe latérale extérieure (6) du moule de coulée;
- à immobiliser positivement les bobines (1) dans la direction axiale sur l'entretoise intérieure (2);
- à immobiliser l'enveloppe latérale intérieure (5) et l'enveloppe latérale extérieure (6) du moule de coulée entre des parois frontales (10) du moule;
- à effectuer la coulée, avec le moule en position horizontale, dans une chambre sous vide par une fente (8) parallèle à l'axe et ménagée dans l'enveloppe latérale extérieure (6) du moule de coulée; et
- à effectuer le durcissement de la résine de coulée au moins en partie dans le moule à une température élevée et sous la pression atmosphérique ou sous une pression supérieure à la pression atmosphérique, caractérisé en ce qu'il consiste:
- à constituer les bandes de matière isolante de tissu en faisceaux de fibres de verre (15, 16) non torsadés, lâches, croisés et imprégnés de résine en résine synthétique thermodurcissable;
- à incorporer à ce tissu le long de lignes en zig-zag sensiblement dans le plan du tissu, des fils individuels (17), torsadés et en résine synthétique susceptible de se rétracter;
- à rétracter les fils torsadés (17) dans la bande de matière isolante pendant le durcissement de la masse de résine synthétique introduite par l'imprégnation, et avant l'introduction des bandes de matière isolante dans le moule de coulée et à rapprocher les faisceaux de fibres de verre (15, 16) en leurs points de croisement se trouvant aux sommets des lignes en zig-zag pour obtenir des parties épaissies semblables à des noeuds; et
- à bloquer les bobines (1) dans le moule de coulée par ces parties épaissies.