CH700573A1 - Vorrichtung und Verfahren zum Imprägnieren einer Isolierung eines Leiterstabs. - Google Patents

Abstract

Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung zum Imprägnieren einer Isolierung (2) eines Leiterstabs (3), insbesondere eines Leiterstabs (3) für den Stator eines Generators, welche Vorrichtung (1) eine Gussform (4) aufweist, die mindestens einen Hohlraum (6) zum Aufnehmen eines Leiterstabs (3) aufweist, wobei die Gussform (4) mindestens einen Imprägnierfluidkanal (10) zur Zuführung eines Imprägnierfluids zu einer Isolierung (2) eines Leiterstabs (3) umfasst. Die Gussform (4) ist von einem Stahlgehäuse (5) unmittelbar umschlossen. Die Erfindung betrifft ausserdem ein Verfahren zum Imprägnieren einer Isolierung (2) eines Leiterstabs (3), insbesondere eines Leiterstabs (3) für den Stator eines Generators. Ein Leiterstab (3) wird in einen Hohlraum (6) einer Gussform (4) positioniert, die mit einem Deckel (7) zur vollständig Umschliessung des Leiterstabs (3) versehen wird, wobei die Gussform (4) von einem Stahlgehäuse (5) unmittelbar umschlossen wird.

Description

  Technisches Gebiet

  

[0001]    Die vorliegende Erfindung betrifft eine Vorrichtung zum Imprägnieren einer Isolierung eines Leiterstabs einer rotierenden elektrischen Maschine, insbesondere eines Leiterstabs für den Stator eines Generators nach dem Oberbegriff des Anspruchs 1 und ein Verfahren zum Imprägnieren einer Isolierung eines Leiterstabs, insbesondere eines Leiterstabs für den Stator eines Generators nach dem Oberbegriff des Anspruchs 8.

Stand der Technik

  

[0002]    In einem bekannten Verfahren zum Imprägnieren einer Isolierung eines Leiterstabs, wie sie bei rotierenden elektrischen Maschinen beispielsweise in Statorwicklungen in Form von Roebelstäben Anwendung finden, wird ein Leiterstab mit einer Isolierung, beispielsweise in Gestalt eines um den Leiter gewickelten Isolierbands, in einer Gussform positioniert. Die Gussform besteht aus Stahl und weist einen Hohlraum auf, der der Form des Leiterstabs entspricht. Die Gussform ist aus Stahl gefertigt, um hohen Innendrücken standzuhalten. Ein Deckel schliesst die Gussform ab, wobei der Deckel ebenfalls aus Stahl hergestellt ist und an die Form des Leiterstabs angepasst werden muss. Die Gussform weist Kanäle für ein Kühlmittel sowie Imprägnierfluidkanäle auf, welche letztere ein Imprägnierfluid in den Hohlraum der Gussform führen.

   In dem unter der Bezeichnung TVPI (Thermal Vacuum Pressure Injection) bekannten Verfahren wird die Gussform erwärmt und ein Unterdruck im Hohlraum um den Leiterstab erzeugt. Das Imprägnierfluid wird unter Druck in die Imprägnierfluidkanäle eingeleitet und die Isolierung wird so mit dem Imprägnierfluid getränkt. Die Temperatur der Gussform wird für eine erfolgreiche Polymerisation des Imprägnierfluids über 100[deg.]C gehalten.

  

[0003]    Da der Hohlraum der Gussform an die Form des Leitstabs angepasst werden muss, müssen für Leiterstäbe unterschiedlicher Formen mehrere Gussformen entsprechend hergestellt werden, was für eine Gussform aus Stahl erhebliche Kosten verursacht.

Darstellung der Erfindung

  

[0004]    Hier setzt die Erfindung an. Der vorliegenden Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Vorrichtung und ein Verfahren zum Imprägnieren einer Isolierung eines Leiterstabs einer rotierenden elektrischen Maschine, insbesondere eines Leiterstabs für den Stator eines Generators, bereitzustellen, die eine Reduzierung der Herstellungskosten eines Leiterstabs ermöglichen.

  

[0005]    Erfindungsgemäss wird dieses Problem durch eine Vorrichtung zum Imprägnieren einer Isolierung eines Leiterstabs mit den Merkmalen des Anspruchs 1 sowie ein Verfahren zum Imprägnieren einer Isolierung eines Leiterstabs mit den Merkmalen des Anspruchs 8 gelöst. Vorteilhafte Weiterbildungen der erfindungsgemässen Vorrichtung und des erfindungsgemässen Verfahrens ergeben sich aus den abhängigen Ansprüchen.

  

[0006]    Erfindungsgemäss weist eine Vorrichtung zum Imprägnieren einer Isolierung eines Leiterstabs, insbesondere eines Leiterstabs für den Stator eines Generators, eine Gussform auf, die mindestens einen Hohlraum zum Aufnehmen eines Leiterstabs aufweist, wobei die Gussform mindestens einen Imprägnierfluidkanal zur Zuführung eines Imprägnierfluids zu einer Isolierung eines Leiterstabs umfasst. Erfindungsgemäss ist die Gussform von einem Stahlgehäuse unmittelbar umgeben.

  

[0007]    Da die Gussform von einem Stahlgehäuse unmittelbar umschlossen ist, kann sie aus einem kostengünstigeren Werkstoff hergestellt werden, wobei das Stahlgehäuse den während des Imprägnierverfahrens aufgebrachten hohen Druck in der Gussform aushalten kann. Die Gussform muss für eine bestimmte Leiterstabform hergestellt werden. Mehrere Gussformen müssen also für unterschiedliche Leiterstäbe hergestellt werden. Bei Anwendung der erfindungsgemässen Vorrichtung wird aber nur ein Stahlgehäuse benötigt, wobei für unterschiedliche Leiterstäbe nur die Gussform ersetzt werden muss. Somit entfällt die aufwendige Bearbeitung einer Gussform aus Stahl für jeden unterschiedlich gestalteten Leiterstab.

  

[0008]    In vorteilhafter Ausgestaltung der Erfindung besteht die Gussform aus Aluminium oder aus einem Polyamid oder einer Kombination dieser Werkstoffe. Diese Werkstoffe sind kostengünstiger als Stahl und der Bearbeitungsaufwand ist ebenfalls geringer als bei einer Gussform aus Stahl.

  

[0009]    In einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung ist ein Hochfrequenzgenerator vorgesehen, um die Isolierung des Leiterstabs oder das Imprägnierfluid zu erwärmen. Somit kann die Temperatur in der Gussform im Vergleich mit herkömmlichen TVPl-Vorrichtungen verringert werden, wobei Energiekosten gesenkt werden können.

  

[0010]    In einem Verfahren zum Imprägnieren einer Isolierung eines Leiterstabs, insbesondere eines Leiterstabs für den Stator eines Generators, wird erfindungsgemäss ein Leiterstab in einem Hohlraum einer Gussform positioniert, die mit einem Deckel zur vollständigen Umschliessung des Leiterstabs versehen wird, wobei die Gussform von einem Stahlgehäuse unmittelbar umschlossen wird.

  

[0011]    Weitere Vorteile und Ausgestaltungen der Erfindung ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung und den beiliegenden Zeichnungen.

Kurze Beschreibung der Zeichnungen

  

[0012]    Die Erfindung ist anhand eines Ausführungsbeispiels in den Zeichnungen schematisch dargestellt und wird im Folgenden unter Bezugnahme auf die Zeichnungen ausführlich beschrieben.

  

[0013]    Es zeigen, jeweils schematisch,
<tb>Fig. 1<sep>einen Querschnitt durch eine Vorrichtung gemäss einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung,


  <tb>Fig. 2<sep>ein Unterteil eines Stahlgehäuses einer erfindungsgemässen Vorrichtung,


  <tb>Fig. 3<sep>ein Stahlgehäuse einer erfindungsgemässen Vorrichtung.

Wege zur Ausführung der Erfindung

  

[0014]    In Fig. 1 ist ein Querschnitt durch eine Vorrichtung 1 zum Imprägnieren einer Isolierung 2 eines Leiterstabs 3, insbesondere eines Leiterstabs 3 für den Stator eines Generators, gemäss einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung dargestellt. Die Isolierung 2 der Leiterstäbe 3 besteht z.B. aus einer Umwicklung mit einem glimmerhaltigen Isolierband beziehungsweise aus einem Glimmerband, welches im Imprägnierverfahren mit einem Imprägnierfluid getränkt wird. Das Imprägnierfluid besteht üblicherweise aus einem aushärtbaren Kunstharz und dient einerseits der Fixierung der Isolierwicklung sowie andererseits einer Verbesserung der Isolierung 2, indem eine mögliche Feuchtigkeitsaufnahme hierdurch verhindert wird.

  

[0015]    Die Vorrichtung 1 weist eine Gussform 4 und ein Gehäuse 5 auf. Die Gussform 4 besteht vorzugsweise aus Aluminium. Es ist aber auch möglich, die Gussform 4 zumindest teilweise aus einem Polyamid herzustellen. Die Gussform kann zur vereinfachten Herstellung modular ausgebildet sein. Vorteilhaft könnte z.B. ein länglicher Mittelabschnitt aus Aluminium sein, wobei die gekrümmten Endbereichen der Gussform 4 aus einem Polyamid hergestellt sind.

  

[0016]    Die Gussform 4 weist mindestens einen Hohlraum 6 zum Aufnehmen eines Leiterstabs 3 auf. In der Vorrichtung in Fig. 1 sind zwei Hohlräume 6 vorgesehen, so dass zwei Leiterstäbe 3 gleichzeitig imprägniert werden können. Der Hohlraum 6 bestimmt die endgültige Form des Leiterstabs 3. Daher müssen für Leiterstäbe 3 verschiedener Formen Gussformen 4 mit entsprechend verschieden ausgeformten Hohlräumen 6 bereitgestellt werden. Der Hohlraum 6 wird so ausgebildet, dass er durch einen isolierten Leiterstab 3 gefüllt wird. Die Oberfläche der Gussform 4, die in Kontakt mit der Isolierung 2 steht, kann mit einer Antihaftbeschichtung, z.B. aus PTFE (Teflon), versehen sein, so dass der Leiterstab 3 nach der Imprägnierung einfach aus der Gussform 4 entnommen werden kann.

  

[0017]    Die Gussform 4 umschliesst vollständig den mindestens einen Leiterstab 3. Zu diesem Zweck weist die Gussform 4 einen Deckel 7 auf, der ebenfalls aus Aluminium oder einem Polyamid hergestellt ist.

  

[0018]    Die Gussform 4 ist von einem Gehäuse 5 umschlossen. Das Gehäuse 5 ist aus Stahl hergestellt und dient dazu, einen hohen Druck in der Gussform 4 auszuhalten, so dass sich die Gussform 4 nicht verformt. Das Stahlgehäuse ist derart ausgebildet, dass es einem Druck von mindestens 250 bar standhält und ist vorzugsweise aus Bewehrungsstahl hergestellt. Das Gehäuse 5 kann zur vereinfachten Herstellung ebenfalls modular ausgebildet sein, wie aus den Fig. 2und 3 ersichtlich ist. Hier ist das Gehäuse 5 aus fünf Abschnitten 12a-e zusammengesetzt.

  

[0019]    Wie aus der Fig. 1 ersichtlich ist, weist das Gehäuse 5 einen Deckel 8 auf, so dass es die Gussform 4 vollständig umschliesst. Das Gehäuse 5 wird mit dem Deckel 8 abdichtend verbunden. Hierfür ist eine Dichtung 9 vorgesehen. In der Fig. 1ist das Gehäuse rechteckig in Querschnitt ausgebildet. Es versteht sich, dass der Querschnitt auch in einer anderen Form, z.B. vieleckig, ausgebildet sein kann.

  

[0020]    Die Gussform 4 ist für eine bestimmte Leiterstabform gefertigt. Es wird eine Mehrzahl von Gussformen 4 vorgehalten, deren jede an unterschiedlich ausgestaltete Leiterstäbe 3 angepasst ist. Unabhängig von der unterschiedlichen Leiterstabform stimmen sie aber in ihren Aussenabmessungen sowie der Anordnung der Anschlussleitungen überein, um im Austausch in das Stahlgehäuse 5 eingesetzt werden zu können. Bei Anwendung der erfindungsgemässen Vorrichtung ist daher nur ein Stahlgehäuse 5 notwendig, wobei für unterschiedliche Leiterstäbe 3 nur die Gussform 4 ersetzt wird. Somit entfällt die aufwendige Bearbeitung einer Gussform 4 aus Stahl für jede unterschiedliche Leiterstabgestalt. Dies hat eine erhebliche Kostenminderung und eine erleichterte Lagerhaltung zu Folge.

  

[0021]    Die Gussform 4 weist zur Zuführung eines Imprägnierfluids zu der Isolierung 2 eines Leiterstabs 3 Imprägnierfluidkanäle 10 auf. Die Gussform 4 weist ausserdem zur Regelung der Temperatur der Gussform 4 mindestens einen Fluidkanal 11 auf, in dem ein wärmeübertragendes Fluid, vorzugsweise Öl oder Wasser, zirkuliert.

  

[0022]    Die Vorrichtung 1 weist ausserdem einen Hochfrequenzgenerator auf, der eine Erwärmung der Isolierung 2 des Leiterstabs 3 und/oder eines Imprägnierfluids ermöglicht.
Darüber hinaus ist es auch möglich, durch Anlegen einer Spannung an den Enden des Leiterstabs 3, diesen zu erwärmen und auf diese Weise eine konvektive Erwärmung der Isolierung 2 zu erreichen.

  

[0023]    In einem Verfahren zum Imprägnieren der Isolierung 2 eines Leiterstabs 3 wird ein unterer gerader Abschnitt der Gussform 4 in dem Stahlgehäuse 5 positioniert und fixiert. Dieser Abschnitt ist vorzugweise aus Aluminium hergestellt. Danach werden die gekrümmten Endbereiche der Gussform 4 im Stahlgehäuse 5 positioniert und fixiert. Die gekrümmten Endbereiche sind aus Aluminium oder einem Polyamid gefertigt. Anschliessend wird der mindestens eine Leiterstab 3 in einem Hohlraum 6 der Gussform 4 positioniert. Der Deckel 7 der Gussform 4 wird aufgelegt und fixiert, um den Leiterstab 3 vollständig zu umschliessen. Der Deckel 8 des Stahlgehäuses 5 wird anschliessend fixiert, um die Gussform 4 vollständig zu umschliessen. Die Isolierung 2 des Leiterstabs 3 wird mittels des Hochfrequenzgenerators durch Hochfrequenzenergie erwärmt.

   Gleichzeitig wird ein Unterdruck im Hohlraum 6 erzeugt. Ein Fluid zur Regelung der Temperatur der Gussform 4 wird in den Fluidkanal 11 eingeleitet. Als Fluid wird vorzugsweise Öl vorgesehen. Das zirkulierende Fluid hält die Temperatur der Gussform im Bereich zwischen 20[deg.]C und 70[deg.]C.
Weitere Fluidkanäle zur Regelung der Temperatur in der Gussform können in dem Stahlgehäuse 5 vorgesehen sein (nicht dargestellt).

  

[0024]    Ein Imprägnierfluid wird anschliessend durch Imprägnierfluidkanäle 10 in der Gussform 4 zur Isolierung 2 des Leiterstabs 3 geführt. Hierbei wird das Imprägnierfluid unter geringem Druck eingeführt.

  

[0025]    Nachdem die Isolierung mit dem Imprägnierfluid völlig getränkt ist, wird das Imprägnierfluid einem hohen Druck ausgesetzt. Der hohe Druck beträgt mindestens 50 bar bis zu 350 bar, vorzugsweise über 300 bar. Durch den hohen Druck bilden sich nur sehr wenige Hohlräume in der Isolierung 2 des Leiterstabs 3.

  

[0026]    Während der Polymerisation wird die Temperatur des Imprägnierfluids und der Isolierung 2 mittels des Hochfrequenzgenerators oder des Stromdurchflusses durch den Leiterstab 3 im Bereich zwischen 90[deg.]C und 140[deg.]C, vorzugsweise zwischen 100[deg.]C und 130[deg.]C gehalten. Da die Temperatur des Imprägnierfluids und der Isolierung 2 mittels des Hochfrequenzgenerators oder des Stromdurchflusses durch den Leiterstab direkt geregelt wird, kann die Temperatur in der Gussform 4 im Vergleich mit herkömmlichen TVPI-Vorrichtungen verringert werden, wodurch Energiekosten gesenkt werden können.

Bezugszeichenliste

  

[0027]    
<tb>1.<sep>Vorrichtung


  <tb>2.<sep>Isolierung


  <tb>3.<sep>Leiterstab


  <tb>4.<sep>Gussform


  <tb>5.<sep>Gehäuse


  <tb>6.<sep>Hohlraum


  <tb>7.<sep>Deckel der Gussform


  <tb>8.<sep>Deckel des Gehäuses


  <tb>9.<sep>Dichtung


  <tb>10.<sep>Imprägnierfluidkanäle


  <tb>11.<sep>Fluidkanal


  <tb>12.<sep>Abschnitte

Claims (12)

1. Vorrichtung zum Imprägnieren einer Isolierung (2) eines Leiterstabs (3) einer elektrischen Maschine, insbesondere eines Leiterstabs (3) für den Stator eines Generators, welche Vorrichtung (1) eine Gussform (4) aufweist, die mindestens einen Hohlraum (6) zum Aufnehmen eines Leiterstabs (3)besitzt, wobei die Gussform (4) mindestens einen Imprägnierfluidkanal (10) zur Zuführung eines Imprägnierfluids zu einer Isolierung (2) eines Leiterstabs (3) umfasst, dadurch gekennzeichnet, dass die Gussform (4) von einem Stahlgehäuse (5) unmittelbar umschlossen ist.

2. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Gussform (4) aus Aluminium oder einem Polyamid besteht.

3. Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass Fluidkanäle (11) zur Einhaltung einer konstanten Temperatur der Gussform (4) in der Gussform (4) vorgesehen sind.

4. Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Gussform (4) mindestens zweiteilig ausgebildet ist, so dass die Gussform (4) einen Leiterstab (3) völlig umschliesst und in Kontakt mit einer Isolierung (2) des Leiterstabs (3) steht.

5. Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Stahlgehäuse (5) derart ausgebildet ist, dass es einem Druck von mindestens 250 bar standhält.

6. Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Gussform (4) austauschbar ist, so dass Leiterstäbe (3) unterschiedlicher Formen mit der Vorrichtung (1) herstellbar sind.

7. Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass ein Hochfrequenzgenerator zur Erwärmung einer Isolierung (2) eines Leiterstabs (3) vorgesehen ist.

8. Verfahren zum Imprägnieren einer Isolierung (2) eines Leiterstabs (3), insbesondere eines Leiterstabs (3) für den Stator eines Generators, dadurch gekennzeichnet, dass ein Leiterstab (3) in einem Hohlraum (6) einer Gussform (4) positioniert wird, die mit einem Deckel (7) zur vollständigen Umschliessung des Leiterstabs (3) versehen wird, wobei die Gussform (4) von einem Stahlgehäuse (5) unmittelbar umschlossen wird.

9. Verfahren nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, dass eine Isolierung (2) des Leiterstabs (3) mittels eines Hochfrequenzgenerators erwärmt wird.

10. Verfahren nach Anspruch 8 oder 9, dadurch gekennzeichnet, dass ein Unterdruck in einem die Isolierung (2) enthaltenden Hohlraum (6) erzeugt wird, wobei ein Imprägnierfluid anschliessend durch in der Gussform (4) vorgesehene Imprägnierfluidkanäle (10) in den Hohlraum (6) zur Imprägnierung der Isolierung (2) geleitet wird.

11. Verfahren nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, dass nach der Imprägnierung der Isolierung (2) ein Druck von mindestens 250 bar auf das Imprägnierfluid ausgeübt wird.

12. Verfahren nach einem der Ansprüche 8 bis 11, dadurch gekennzeichnet, dass die Temperatur der Gussform während der Imprägnierung im Bereich zwischen 20[deg.]C und 70[deg.]C gehalten wird.