EP0103237A2 - Verfahren zur Herstellung in Giessharz eingebetteter Wicklungen für Transformatoren - Google Patents
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- H01F41/127—Encapsulating or impregnating
Definitions
- the invention relates to a method for producing windings for transformers embedded in cast resin according to the preamble of claim 1.
- European patent application 80 108 131 already discloses a process for producing windings embedded in cast resin for electrical devices, according to which impregnated, corrugated insulating mats serve as spacers for fixing the electrical device parts to be encased in the mold. These insulating material mats remaining in the cast resin body simultaneously provide reinforcement for the cast resin molded material, which increases the mechanical strength of the cast resin molded material.
- the known method also casts windings from coils lying one behind the other in the axial direction, the casting preferably being carried out in a lying position in an evacuated chamber by a axially parallel slot takes place in the outer jacket of the casting mold and then the hardening of the casting resin composition takes place at least partially in the mold itself at elevated temperature and at atmospheric or higher pressure.
- the invention is therefore based on the object of specifying a method with which the good electrical properties and the mechanical properties of the cast resin body which are improved by inserting reinforcement can be fully utilized in the production of windings embedded in cast resin.
- an inner jacket of the casting mold reduces the radial height of a corrugated and impregnated inner spacer by permanent deformation to the desired dimension of the casting resin wall thickness by spreading the inner jacket in a radial direction, its axially parallel overlapping in the circumferential direction Edges slide on each other and the coils of the winding by friction in the axial direction are fixed on the inner spacer, and the end mold walls also include the end edges of the mold shells with an elastic inside.
- a device according to DE-PS 22 11 685 can be used to spread the inner shaped jacket, according to which profile strips provided on the circumference of a diameter-adjustable winding core change their radial position by moving on bolts in grooves arranged obliquely to the axial direction.
- the spacers are constructed from two layers of corrugated insulating material mats, the direction of the corrugation of one layer against the winding axis + 45 ° and that of the other layer - 45 °, so that the corrugation of the two Layers crossed at 90 °.
- Further measures according to the invention for adapting the cast resin body to occurring loads consist in the spacers projecting beyond the winding at both ends in the axial direction and in fiber bundles stretched in the circumferential direction formed by the bobbins and the spacers when the winding is rotating slowly, and in addition to that Reinforcement of the cast resin body also fiber bundles are inserted into the axially parallel shafts of the spacers.
- fabric or fleece mats made of glass or polyester fibers impregnated with pure casting resin are used and serve as casting resin filled with pure quartz powder or pure epoxy resin.
- a further expedient development of the invention consists in that the coils of the winding are pushed over the bare inner jacket of the casting mold and the inner spacer when the coils are held between the circumferentially overlapping edges of the slowly rotating inner jacket of the casting mold from a magazine in the same its installation position is pulled.
- the method according to the invention for the production of castings of transformers embedded in cast resin is very advantageous, because it allows the adjustment of the particularly important and critical wall thickness of the cast resin encapsulation on the inside of the winding by deformation of the inserted reinforcement to practically any desired size, the initial dimensions of the spacers for a larger range of the cast resin body wall thickness are the same.
- Coils 1 for a transformer winding are wound individually and independently of one another in a manner known per se on special devices. All coils 1 to be embedded in a common cast resin block lie in the radial direction between an inner spacer 2 and an outer spacer 3.
- the spacers 2 and 3 in turn consist of woven or non-woven mats made of glass or epoxy resin and are corrugated like corrugated paper.
- the waves normally extend parallel to the winding axis, the wave height being approximately equal to the wavelength.
- An inner jacket 5 of a casting mold is pressed onto the inside of the inner spacer 2 in the direction of the arrows 4.
- the pressing force required for this is transferred to the inner jacket 5 in a manner known per se by strips or other devices displaced on cones or inclined planes.
- 5 balls or rollers are attached to the strips, not shown, along the lines of contact with the inner casing.
- the inner jacket 5 is so far spread under deformation of the inner spacer 2 regardless of diameter tolerances that the thickness of the gap to be filled with casting resin just withstands the electrical and / or mechanical stress to be expected of the casting resin molding material during operation. Based on this, the dimensioning of the inner spacer 2 is previously designed with regard to the mechanical load to be expected.
- an outer jacket 6 of a casting mold is placed, which essentially rests on the waves of the outer spacer 3 and applied to the bandages comprising them.
- an axially parallel bulge 7 is provided, which forms a reinforcement on the cast resin body for receiving the winding leads and connection contacts.
- a slot 8 is provided which is flanked by wall strips 9 which are bent approximately in the radial direction and which serves as a vent and pouring opening for the casting mold.
- end mold walls 10 The end faces of the casting mold are closed by end mold walls 10, the side of which facing the inner jacket 5 and the outer jacket 6 is covered with a layer 11 of elastic material.
- the end mold walls 10 are so strong with their layer 11 by an anchor plate 13 to the front edges of the inner shell 5 and the outer Sheath 6 pressed that they are pressed into the elastic layer 11.
- the required pressing force for the anchor plates 13 is applied by nuts 14 on a tie rod 12.
- the arrangement of coils 1, the inner spacer 2 and the outer spacer 3, which is embedded in the casting mold from the inner shell 5, the outer shell 6 and the end mold walls 10, is evacuated to a complete vacuum in a chamber (not shown) and then poured with pure epoxy resin or with an epoxy resin mixture containing up to 75% quartz powder. Depending on the existing conditions, the shape, the coils 1 and / or the casting compound are preheated.
Abstract
Description
- Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Herstellung von in Gießharz eingebetteten Wicklungen für Transformatoren gemäß dem Oberbegriff des Anspruchs 1.
- 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.
- 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.
- 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.
- 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.
- 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.
- 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.
- 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.
- 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.
- 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.
- 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.
- 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.
- 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.
- 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.
- 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.
- 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.
- 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.
- 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.
- 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.
- 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.
- 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.
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