DE102012214244A1

DE102012214244A1 - Verfahren zum Kompaktieren, Stromschiene und Vorrichtung

Info

Publication number: DE102012214244A1
Application number: DE102012214244.4A
Authority: DE
Inventors: Christian Werner
Original assignee: Siemens AG
Current assignee: Siemens AG
Priority date: 2012-08-10
Filing date: 2012-08-10
Publication date: 2014-02-13
Also published as: WO2014023719A3; WO2014023719A2

Abstract

Verfahren zum Kompaktieren eines Pakets (5) von Ausgleichslamellen (10) einer Stromschiene, bei welchem die Ausgleichslamellen (10) des Pakets (5) mittels Lichtbogenschweißens geschweißt werden.

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Kompaktieren eines Pakets von Ausgleichslamellen einer Stromschiene, eine Stromschiene und eine Vorrichtung.
Im Bereich der Energietechnik ist es häufig erforderlich, hohe und höchste Ströme von Generatoren, Kraftwerken, Windkraftanlagen und Schaltstationen zu verteilen. Hierzu werden Stromschienen genutzt, welche über Hunderte von Metern verlegt werden. Solche Stromschienen werden zudem als Leitungselemente zur fabrikinternen Versorgung von Arbeitsplätzen von Maschinen mit hohem Leistungsbedarf genutzt.
Derartige Stromschienen müssen über weite Strecken ein Mindestmaß an mechanischer Flexibilität aufweisen, um bei Neigungen, Geometriesprüngen, Unebenheiten oder Verwinkelungen einsetzbar zu sein. Hierzu dienen so genannte Ausgleichsbänder. Solche Ausgleichsbänder bestehen aus einem Paket von Blechen, so genannten Ausgleichslamellen, welche aufeinander gestapelt sind und mit dem massiven Stromschienenquerschnitt verbunden werden. Hierbei ist es stets notwendig, eine sichere Anbindung durch ein schweißtechnisches Verfahren zu erhalten.
Jedoch ist das Anbinden eines Pakets von Ausgleichslamellen fertigungstechnisch schwierig. Daher werden in weiten Bereichen der Industrie vorkompaktierte Pakete von Ausgleichslamellen genutzt. Die Ausgleichslamellen solcher Lamellenpakete bestehen vorwiegend aus Kupfer oder Aluminium. Die Pakete von Ausgleichslamellen werden bisher mit Widerstandspressschweißen hergestellt. Aufgrund der sehr gut leitenden Werkstoffe sind die Abmessungen der Pakete von Ausgleichslamellen in Stapelhöhe sowie Blechbreite jedoch begrenzt. Für diese Art des Kompaktierens sind sehr hohe Leistungsdichten und Fügekräfte erforderlich. Weiterhin stellen zum einen die Oxidschicht des Werkstoffs Aluminium und seine Leitfähigkeit insbesondere aufgrund des Einsatzes von hohen Leistungsdichten eine wirtschaftliche Herausforderung dar.
Vor diesem Hintergrund ist es daher Aufgabe der Erfindung, ein verbessertes Verfahren zum Kompaktieren eines Pakets von Ausgleichslamellen, welche für eine Stromschiene ausgebildet sind, bereitzustellen. Insbesondere soll die Kompaktierung eines solchen Pakets von Ausgleichslamellen, welche für eine Stromschiene ausgebildet sind, unaufwändig und kostengünstig erfolgen können. Ferner ist es Aufgabe der Erfindung, eine kostengünstig fertigbare Stromschiene sowie eine verbesserte Vorrichtung zu schaffen.
Diese Aufgabe wird mit einem Verfahren zum Kompaktieren eines Pakets von Ausgleichslamellen mit den in Anspruch 1 angegebenen Merkmalen, mit einer Stromschiene mit den in Anspruch 12 angegebenen Merkmalen sowie mit einer Vorrichtung mit den in Anspruch 13 angegebenen Merkmalen gelöst. Bevorzugte Weiterbildungen der Erfindung sind in den zugehörigen Unteransprüchen, der nachfolgenden Beschreibung und der Zeichnung angegeben.
Das erfindungsgemäße Verfahren ist ein Verfahren zum Kompaktieren eines Pakets von Ausgleichslamellen, welche für eine Stromschiene ausgebildet sind. Bei diesem Verfahren werden die Ausgleichslamellen des Pakets mittels Lichtbogenschweißens geschweißt.
Die Anwendung des Lichtbogenschweißverfahrens führt zur verbesserten Stapelbarkeit einzelner Pakete von Ausgleichslamellen. Insbesondere lässt sich dieses Verfahren besonders kostengünstig durchführen. Weiterhin ist die spätere Verbindung zwischen Paket von Ausgleichslamellen und der massiven Stromschiene (oder dem massiven Teil der Stromschiene) deutlich verbessert. Gerade für Stromschienen wird der Werkstoff Kupfer aufgrund seines Preises immer mehr durch Aluminium verdrängt. Gerade mit dem Werkstoff Aluminium lässt sich das erfindungsgemäße Verfahren besonders kostengünstig einsetzen. Ferner lässt sich das Lichtbogenschweißen leicht automatisieren. Begrenzungen der Stapelhöhe sowie der Breite der zu einem Paket gehörigen Ausgleichslamellen treten bei dem erfindungsgemäßen Verfahren nicht auf. Durch die Verwendbarkeit einfacher Anlagetechnik für das an sich bekannte Lichtbogenschweißen lässt sich das erfindungsgemäße Verfahren besonders kostengünstig einsetzen. Ferner ist das erfindungsgemäße Verfahren einfach und flexibel, insbesondere für hohe Stückzahlen, verwendbar.
Zweckmäßig werden bei dem erfindungsgemäßen Verfahren solche Ausgleichslamellen, welche für Stromschienen von Generatoren und/oder Windkraftanlagen und/oder Schaltstationen und/oder Kraftwerken ausgebildet sind, kompaktiert.
In einer bevorzugten Weiterbildung des erfindungsgemäßen Verfahrens werden einige oder sämtliche der Ausgleichslamellen zumindest bereichsweise zu einer Schmelze geschmolzen und diese Schmelze mit einem Badbegrenzungsmittel begrenzt. In einer Ausgestaltung des erfindungsgemäßen Verfahrens wird dabei ein nicht-formgebendes Badbegrenzungsmittel herangezogen. Alternativ und ebenfalls bevorzugt wird bei dem erfindungsgemäßen Verfahren ein formgebendes Badbegrenzungsmittel herangezogen.
In einer bevorzugten Weiterbildung des erfindungsgemäßen Verfahrens werden die Ausgleichslamellen des Pakets mit ihrer längsten Erstreckung parallel zur Wirkrichtung der Gewichtskraft orientiert und das Badbegrenzungsmittel an zumindest einer, vorzugsweise mehreren, insbesondere sämtlichen, Längsseiten zumindest einer Ausgleichslamelle oder des Pakets von Ausgleichslamellen angeordnet. Geeigneterweise wird ein Badbregenzungsmittel aus/mit Metall, insbesondere Kupfer und/oder CrNi-Stahl, und/oder aus/mit Graphit und/oder Keramik genutzt. Vorzugsweise wird bei dem erfindungsgemäßen Verfahren das Badbegrenzungsmittel gekühlt, wobei zweckmäßig ein Badbegrenzungsmittel aus/mit Metall genutzt wird. Solche metallischen Badbegrenzungsmittel weisen eine hohe Wärmeleitfähigkeit auf und sind zur Kühlung daher besonders geeignet. Idealerweise wird ein Badbegrenzungsmittel herangezogen, welches mit Kühlbohrungen versehen ist.
Geeigneterweise ist das Lichtbogenschweißen Wolfram-Inertgas-Schweißen und/oder Plasmaschweißen.
Besonders bevorzugt wird bei dem erfindungsgemäßen Verfahren zudem eine Spannvorrichtung herangezogen, mittels welcher die Ausgleichslamellen des Pakets gegeneinander gepresst und/oder aneinander fixiert werden. Bei dem Verfahren wird ein Schweißbrenner geeignet, in, insbesondere genau definierten, Bahnen und vorzugsweise automatisiert über die Längsenden der Ausgleichslamellen des Pakets geführt. Das Lichtbogenplasma führt zu einem Aufschmelzen des Werkstoffs der Ausgleichslamellen des Pakets und die Schmelzzone verbindet die Ausgleichslamellen des Pakets zu einem massiven Anschluss. Ein mehrfaches Umschmelzen der Enden ist möglich und im Falle des Werkstoffs Aluminium zur besseren Entgasung zweckmäßig oder sogar notwendig.
In einer besonders bevorzugten Weiterbildung des erfindungsgemäßen Verfahrens wird das Verfahren zum Kompaktieren von Ausgleichslamellen, welche aus/mit Aluminium oder einer Aluminiumlegierung und/oder aus/mit Kupfer oder einer Kupferlegierung gebildet sind, durchgeführt. Zweckmäßig wird vor den vorgenannten Verfahrensschritten eine Oxidschicht des ggf. vorhandenen Aluminiums entfernt, insbesondere mittels Beizens.
Idealerweise wird bei dem erfindungsgemäßen Verfahren Zusatzwerkstoff zugegeben. Somit kann ein Schwund des Werkstoffs der Ausgleichslamellen des Pakets kompensiert werden.
Zweckmäßigerweise wird bei dem erfindungsgemäßen Verfahren das Paket von Ausgleichslamellen, nachdem dieses kompaktiert worden ist, spantechnisch bearbeitet.
Die erfindungsgemäße Stromschiene weist ein Paket von Ausgleichslamellen auf, welches mittels eines Verfahrens wie es vorhergehend beschrieben ist, kompaktiert ist.
Nachfolgend wird die Erfindung anhand eines in der Zeichnung dargestellten Ausführungsbeispiels näher erläutert. Die einzige Zeichnungsfigur 1 zeigt ein zur Ausführung des erfindungsgemäßen Verfahren angeordnetes Paket von Ausgleichslamellen, welche für eine Stromschiene ausgebildet sind, schematisch in einer perspektivischen Darstellung.
Wie in 1 abgebildet ist ein an sich bekanntes Paket 5 von an sich bekannten Ausgleichslamellen 10 in einer Vertikalen, das heißt mit der längsten Längsabmessung parallel zur Wirkrichtung der Gewichtskraft, orientiert entlang einer Längsrichtung L angeordnet.
Mittels einer Spannvorrichtung (nicht in Gänze gezeigt) werden die Lamellen 10 des Pakets 5 gegeneinander gepresst und so in ihrer gegenseitigen Lage zueinander fixiert. Die Spannvorrichtung umfasst zwei Spannblöcke 20, welche flächig und senkrecht zur Längserstreckung L des Pakets 5 an den einander abgewandten Flachseiten des Pakets 5 angepresst sind. Die Anpresskraft der Spannblöcke 20 wird dabei von nicht eigens dargestellten Kraftausübungsmitteln der Spannvorrichtung in Richtung der Dickenerstreckung a der Ausgleichslamellen 10 ausgeübt.
Am oberen, also dem der Wirkrichtung der Gewichtskraft wegweisenden, Längsende 30 des Pakets 5 der Ausgleichslamellen 10 ist ein Badbegrenzungsmittel in Gestalt einer geteilten Badstütze 35 angeordnet. Die geteilte Badstütze 35 liegt dabei am Pakets 5 an. Die Badstütze 35 ist aus Kupfer gefertigt. In weiteren, nicht eigens dargestellten Ausführungsbeispielen besteht die Badstütze aus CrNi-Stahl oder Graphit oder Keramik. Die Badstütze 35 weist als geteilte Badstütze 35 einen ersten Teil 40 und einen zweiten Teil 45 auf. Der erste Teil 40 besteht aus ebenen Seitenwänden. Die Seitenwände liegen jeweils vollflächig an einer sich längs erstreckenden Flachseite sowie den beiden daran angrenzenden sich längs erstreckenden Schmalseiten an und sind umfänglich (um die Längsrichtung L) miteinander verbunden. Der zweite Teil 45 streckt sich von einer zweiten, der ersten Flachseite abgewandten Flachseite als sich schräg zu dieser Flachseite erstreckende Wand fort, so dass sich weiter oben liegende Bereiche der Wand vom Paket 5 beabstanden. Die Wände des zweiten Teils 45 und des ersten Teils 40 der Badstütze 35 sind dabei umfänglich (um die Längsrichtung L) miteinander verbunden, sodass die geteilte Badstütze 35 einen an dem Paket 5 an dessen Längsseiten anliegenden, das Paket 5 vollumfänglich umgebenden und nach oben geöffneten Trichter bildet. Dieser Trichter begrenzt zusammenwirkend mit der Gewichtskraft ein sich beim Lichtbogenschweißen ausbildendes Schmelzbad auf das obere Längsende 30 des Pakets 5.
Oberhalb der Öffnung der geteilten Badstütze 35 wird ein Wolfram-Inertgas-Brenner 50 am oberen Längsende 30 des Pakets 5 von Ausgleichslamellen 10 entlang ihrer Erstreckung c (diese verläuft quer zur Längsrichtung L und quer zur Erstreckung b des Pakets senkrecht zur ersten und zweiten Flachseite des Pakets 5) entlang geführt. In nicht eigens dargestellten Ausführungsbeispielen ist an Stelle des Wolfram-Inertgas-Brenners 50 ein Plasmabrenner vorhanden. Zwischen dem Wolfram-Inertgas-Brenner 50 und dem oberen Längsende 30 des Pakets 5 bildet sich ein Lichtbogenplasma 55 aus, mit welchem die Ausgleichslamellen 10 des Pakets 5 aufgeschmolzen werden. Die sich ausbildende Schmelzzone verbindet die Ausgleichslamellen 10 zu einem massiven Anschluss.
Die Ausgleichslamellen 10 bestehen in dem dargestellten Ausführungsbeispiel aus Aluminium. In einem weiteren, nicht eigens dargestellten Ausführungsbeispiel sind die Ausgleichslamellen 10 aus Kupfer gebildet. Das obere Ende 30 des Pakets 5 wird mehrfach umgeschmolzen und auf diese Weise entgast.
Die Oxidschicht des Aluminiums ist zuvor durch Beizen entfernt worden. Währen des Wolfram-Inertgas-Schweißens wird der Aluminiumschwund durch eine Zugabe von Aluminiumzusatz ausgeglichen. Nach der Kompaktierung des oberen Längsendes 30 des Pakets wird das Paket 30 spantechnisch bearbeitet.
Die Badstütze 35 wird in denjenigen Ausführungsbeispielen, in welchen sie mit Metall gebildet ist, während des Lichtbogenschweißens mit einem nicht gesondert dargestellten Kühlkreislauf gekühlt.
Nicht eigens dargestellt ist in einem weiteren Ausführungsbeispiel eine erfindungsgemäße Stromschiene, welche das mittels des erfindungsgemäßen Verfahrens wie oben beschrieben kompaktierte Paket 5 von Ausgleichslamellen 10 aufweist. Dabei ist ein massiver Teil der Stromschiene mit dem Paket 5 elektrisch leitend, beispielsweise geschweißt, verbunden.
Eine erfindungsgemäße Vorrichtung, beispielsweise ein Generator oder eine Windkraftanlage oder eine Schaltstation oder ein Kraftwerk, weist in einem weiteren, nicht eigens dargestellten Ausführungsbeispiel die vorstehend beschriebene Stromschiene auf.

Claims

Verfahren zum Kompaktieren eines Pakets (5) von Ausgleichslamellen (10), welche für eine Stromschiene ausgebildet sind, bei welchem die Ausgleichslamellen (10) des Pakets (5) mittels Lichtbogenschweißens geschweißt werden.
Verfahren nach dem vorhergehenden Anspruch, bei welchem Ausgleichslamellen (10), welche für Stromschienen von Generatoren und/oder Windkraftanlagen und/oder Schaltstationen und/oder Kraftwerken ausgebildet sind, kompaktiert werden.
Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, bei welchem die Ausgleichslamellen (10) zumindest bereichsweise zu einer Schmelze geschmolzen werden und diese Schmelze mit einem Badbegrenzungsmittel (35) begrenzt wird.
Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, bei welchem eine Spannvorrichtung (20) herangezogen wird, mittels welcher die Ausgleichslamellen (10) des Pakets (5) gegeneinander pressbar und/oder aneinander fixierbar sind und mittels welcher vorzugsweise bei dem Verfahren die Ausgleichslamellen (10) des Pakets (5) gegeneinander gepresst werden und/oder aneinander fixiert werden.
Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, bei welchem die Ausgleichslamellen (10) mit ihrer längsten Erstreckung parallel zur Wirkrichtung (L) der Gewichtskraft gerichtet werden und bei welchem das Badbegrenzungsmittel (35) an der Längsseite der Ausgleichslamellen (10) angeordnet ist/wird.
Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, bei welchem Ausgleichslamellen (10) aus/mit Aluminium/-legierungen und/oder Kupfer/-legierungen herangezogen werden.
Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, bei welchem das Badbegrenzungsmittel (35) aus/mit Metall, insbesondere Kupfer und/oder CrNi-Stahl, und/oder aus/mit Graphit und/oder Keramik gebildet ist.
Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, bei welchem das Badbegrenzungsmittel (35) aus/mit Metall gebildet ist und gekühlt wird.
Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, bei welchem das Lichtbogenschweißen als Wolfram-Inertgas-Schweißen und/oder als Plasmaschweißen durchgeführt wird.
Verfahren nach dem vorhergehenden Anspruch, bei welchem das Lichtbogenschweißen mit oder ohne Zusatzwerkstoff durchgeführt wird.
Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, bei welchem mit Aluminium gebildete Ausgleichslamellen (10) für das Paket (5) herangezogen werden und bei welchem eine Oxidschicht des Aluminiums durch/mittels vorherige Reinigungsprozesse, insbesondere durch/mittels Beizen, entfernt wird.
Stromschiene eines Generators und/oder einer Windkraftanlage und/oder einer Schaltstation und/oder eines Kraftwerks, welche ein Paket (5) von Ausgleichslamellen (10) kompaktiert mittels eines Verfahrens nach einem der vorhergehenden Ansprüche aufweist.
Vorrichtung mit einer Stromschiene nach dem vorhergehenden Anspruch, insbesondere ein Generator und/oder eine Windkraftanlage und/oder eine Schaltstation oder umfassend einen Generator und/oder eine Windkraftanlage und/oder eine Schaltstation.