-
Die Erfindung betrifft ein Winkelprofil zur Anordnung zwischen einem Kern einer Drossel oder eines Transformators und einer Wicklung oder zwischen Wicklungen einer Drossel oder eines Transformators sowie Verfahren zur Herstellung eines solchen Winkelprofils.
-
In der Transformatoren- und Drosselfertigung werden beispielsweise faserverstärkte Kunststoffprofile zur Realisierung von Luft- und Kriechstrecken eingesetzt. Die Herstellung der Kunststoffprofile kann durch einem Strangzieh- oder einem Schichtpressverfahren erfolgen. Hierbei werden unter Berücksichtigung von elektrischen, thermischen und mechanischen Eigenschaften die Verstärkungsfasern mit den Kunstharzen kombiniert.
-
Der Einsatz von Winkelprofilen beispielsweise im Eckbereich eines Eisenkernes gehört zum standardisierten Wicklungsaufbau einer Drossel. Der Wickelleiter wird hierdurch zum Eisenkern distanziert. Bei mehreren Wicklungslagen werden Winkelprofile ebenfalls zwischen benachbarten Lagen eingesetzt.
-
Im Kurzschlussfall der Drossel entstehen im Wickelleiter sehr hohe Spannungen, die letztlich Verformungskräfte hervorrufen, die auf die Wicklungsgeometrie wirken.
-
Die Winkelprofile erhalten hierbei nach dem jeweiligen Spannungsverlauf eine Druck-, Scher- und Biegebeanspruchung, wobei es zu einer Überlastung der Winkelprofile kommen kann, mit der Folge dass die Profile insbesondere im Bereich zwischen den beiden Schenkeln brechen.
-
In einem solchen Bruchfall ist die technische Spezifikation der Drossel nicht mehr gewährleistet.
-
Ein weiterer Fall, bei dem für das Winkelprofil eine wesentliche Belastung auftreten kann ist die Herstellung der Wicklung selbst.
-
Angesichts der Anforderung an eine stabile Wicklung kann für ein bekanntes Winkelprofil nicht ein Material mit einer erhöhten Elastizität gewählt werden, da die damit einhergehende Verformbarkeit des Winkelprofils die Stabilität der Wicklung beinträchtigen würde.
-
Bekannte Ansätze zur Verbesserung der Eigenschaften eines Winkelprofils liegen bisher im Bereich einer grundsätzlichen Festigkeitsauslegung (z:T. erfahrungsbasiert) oder im Bereich einer Geometrieoptimierung und Auswahl geeigneter Faserverstärkungen.
-
Ziel der vorliegenden Erfindung ist es, ein Winkelprofil und ein Verfahren zu dessen Herstellung bereitzustellen, mit dem eine gegenüber den bekannten Winkelprofilen erhöhte Beständigkeit gegenüber einer Belastung insbesondere in einer Kurzschluss-Situation einer Drossel oder eines Transformators erreicht wird.
-
Im Bereich von Winkelprofilen finden bereits Schichtpressstoffe bestehend aus zwei hauptsächlichen Komponenten in Form eines Trägermaterial und einer Harzmatrix Einsatz. Schichtpressstoffe enthalten im Allgemeinen noch Zusatzstoffe: Farbstoffe, Gleitmittel oder Füllstoffe zur Beeinflussung der elektrischen Eigenschaften. Das Trägermaterial trägt wesentlich zu den mechanischen Eigenschaften des Materials bei, insbesondere zur Stabilität gegenüber einwirkenden Kräften. Eine Lage bei der Herstellung wird typischerweise Prepreg genannt, wobei die Summe der miteinander verpressten Lagen feste Produkte ergeben. Ganz allgemein können Winkelprofile aus aushärtbaren Halbzeugmaterialien hergestellt werden.
-
Bekannte GFK- oder HGW-Winkelprofile (HGW = Hartgewebe aus der Familie der Duroplaste, die z.B. Glasfasern oder Baumwolle als Trägermaterial beinhalten) neigen bei Belastungsbeanspruchungen, wie sich in einem Kurzschlussfall auftreten, dazu, in dem Bereich, die dem die Schenkel innen zusammenkommen, Risse zu entwickeln, die sich letztlich zum Versagen des Profils vergrößern können.
-
Ziel eines Aspektes der vorliegenden Erfindung ist es auch, ein Winkelprofil auf Basis von aushärtbaren Halbzeugmaterialien (insbesondere Prepreg, also beispielsweise Endlosfasern in einer Kunststoffmatrix) und ein Verfahren zu dessen Herstellung bereitzustellen, mit dem eine verringerte Rissbildungsneigung erreicht wird.
-
Mit der vorliegenden Erfindung wird ein Winkelprofil zur Anordnung zwischen einem Kern einer Drossel oder eines Transformators und einer Wicklung oder zwischen Wicklungen einer Drossel oder eines Transformators vorgeschlagen, mit einem ersten Schenkel und einem zweiten Schenkel, die mit einem Verbindungselement verbunden sind, wobei die Verbindung der Schenkel mit dem Verbindungselement und/oder das Verbindungselement für eine reversible Verformung des Winkelprofils in einer Kurzschluss-Situation der Drossel oder des Transformators ausgelegt sind.
-
Es wurde realisiert, dass die Schenkel und der Bereich des Winkelprofils, der die Schenkel miteinander verbindet, jeweils unterschiedlichen Beanspruchungen und Anforderungen gerecht werden müssen. Das Verbindungselement dient gemäß der Erfindung zu einer Verbindung der Schenkel in einer solchen Weise, dass das Winkelprofil einer im Kurzschluss-Fall auftretende Kraft durch eine reversible Formveränderung (entweder des Verbindungselements oder des Winkelprofils als Ganzem) nachgeben kann, während die Schenkel die grundlegende Stabilität der Wicklung gewährleisten.
-
Die reversible Verformung erlaubt, dass nach dem Kurzschluss das Winkelprofil im Wesentlichen wieder seine ursprüngliche Form annimmt. Würde lediglich eine plastische Verformung auftreten, das Winkelprofil also nicht wieder im Wesentlichen zur ursprünglichen Form zurückkehren, würde dies zu einer dauerhaften oder zumindest langfristigen Veränderung des Gesamtkonstrukts der Drossel oder des Transformators mit bestenfalls verschlechterten Leistungseigenschaften oder gar zu einer inakzeptablen Instabilität führen.
-
Mit der vorliegenden Erfindung wird ferner ein Verfahren vorgeschlagen zur Herstellung eines Winkelprofils zur Anordnung zwischen einem Kern einer Drossel oder eines Transformators und einer Wicklung oder zwischen Wicklungen einer Drossel oder eines Transformators, mit einem ersten Schenkel und einem zweiten Schenkel, die mit einem Verbindungselement verbunden sind, mit den Schritten Bereitstellen eines Halbfertigprodukts für das Winkelprofil, Härten des Halbfertigprodukts im Bereich der Schenkel, wobei eine Härtung im Bereich zumindest eines Teils des Verbindungselements nicht oder nur vermindert ausgeführt wird.
-
Bei einer fehlenden oder verminderten Härtung im Bereich des Verbindungselements ergibt sich eine im Vergleich zu gehärteten Bereich höhere Flexibilität des entsprechenden Bereiches, die die erfindungsgemäß vorgesehene reversible Verformung des Winkelprofils in der Kurzschluss-Situation ausführt.
-
Mit der vorliegenden Erfindung wird zudem ein Verfahren vorgeschlagen zur Herstellung eines Winkelprofils zur Anordnung zwischen einem Kern einer Drossel oder eines Transformators und einer Wicklung oder zwischen Wicklungen einer Drossel oder eines Transformators, mit einem ersten Schenkel und einem zweiten Schenkel, die mit einem Verbindungselement verbunden sind, wobei das Verbindungselement formschlüssig, kraftschlüssig und/oder stoffschlüssig mit wenigstens einem der Schenkel verbunden ist, mit: Einbetten des Verbindungselements bei einer Herstellung zumindest des wenigstens einen Schenkels in den Schenkel, so dass eine stoffschlüssige und/oder formschlüssige Verbindung besteht, und/oder Einbringen des Verbindungselements in wenigstens einen Schenkel, so dass eine formschlüssige, kraftschlüssige und/oder stoffschlüssige Verbindung hergestellt wird.
-
Verbindungselement und Schenkel können aus unterschiedlichen Materialien gefertigt sein oder auch aus dem gleichen Material bestehen, wobei das Verbindungselement im Rahmen der Herstellung der Schenkel oder im Anschluss daran mit dem bzw. den Schenkeln verbunden wird. Ein Beispiel einer formschlüssigen Verbindung wäre eine Außenkontur des Verbindungselements, die in eine entsprechende Gegenkontur eines Schenkels eingreift, so dass eine relative Bewegung zwischen Schenkel und Verbindungselement gezielt in Form und/oder Ausmaß begrenzt werden kann. Bei einer kraftschlüssigen Verbindung könnte das Verbindungselement in einem Schenkel verkeilt oder mit einem Schenkel verspannt werden. Eine Schraubverbindung kann je nach Ausführung eher Formschluss- oder eher Kraftschluss-Charakter aufweisen. Das Verbindungselement kann allerdings auch, als Beispiel eines Stoffschlusses, mit dem Schenkel verklebt werden.
-
Mit der vorliegenden Erfindung wird weiterhin ein Verfahren vorgeschlagen zur Herstellung eines Winkelprofils zur Anordnung zwischen einem Kern einer Drossel oder eines Transformators und einer Wicklung oder zwischen Wicklungen einer Drossel oder eines Transformators, mit einem ersten Schenkel und einem zweiten Schenkel, die mit einem Verbindungselement verbunden sind, mit den Schritten: insbesondere mehrschichtiges Legen eines aushärtbaren Halbzeugmaterials mit wenigstens einer Vorzugsrichtung auf eine Formkontur, wobei die Formkontur auf Basis des Einsatzortes des Winkelprofils zwischen Kern und Wicklung oder zwischen Wicklungen bestimmt ist, und Härten des gelegten Halbzeugmaterials.
-
Ein lageweises Aufbringen eines Prepregs als einem Beispiel für ein aushärtbares Halbzeugmaterial mit wenigstens einer Vorzugsrichtung auf die Formkontur erlaubt es durch die Wahl der Formkontur, die Schichten des Prepregs so auszurichten, dass die im Betrieb und insbesondere im Kurzschluss-Fall auftretenden Kräfte im Wesentlichen senkrecht zum Schichtverlauf wirken. Die Prepreg-Schichten und damit auch das Trägermaterial sind übereinander geschichtet und ergeben die Dicke des Winkelprofils. Durch das Bewickeln oder Belegen einer Formkontur (z.B. eines Dornes) befindet sich das Trägermaterial immer im Wesentlichen parallel zur Wicklung und damit senkrecht zu den Kurzschlusskräften. Gerade auf senkrechte Komponenten der Kräfte reagiert das so hergestellte Winkelprofil besonders stabil.
-
Beispiele für andere Halbzeugmaterialien mit wenigstens einer Vorzugsrichtung sind sogenannte sheet molding compounds (SMC) und ggf. auch sogenannte bulk molding compounds (BMC), sofern diese entsprechend gerichtet sind. Durch die wenigstens eine Vorzugsrichtung des Halbzeugmaterials ergibt sich eine Anisotropie der Materials des damit erstellten Winkelprofils, die auf die Belastungen des Winkelprofils abgestellt ist.
-
Greift bei einem Schichtpressstoff eine Kraft hingegen parallel zum Trägermaterial an, so ergeben sich Schubkräfte, denen der Werkstoff in der Regel nur einen geringen Widerstand entgegenzusetzen hat, so dass solche Querkräfte könnten das Material leicht zerstören können.
-
Basis dieses Aspektes der Erfindung ist es, dass realisiert wurde, dass bei den bekannten Winkelprofilen aus HGW in Plattenform durch die senkrechte Anordnung von Trägermaterialien zueinander Querkräfte auftreten, die u.U. zu Verschiebungen einzelner Schichten führen. Dies resultiert in der diskutierten Rissbildungsneigung.
-
Der hier diskutierte Aspekt der Erfindung erlaubt es, die Trägermaterialien beliebig zu legen und damit in den auftretenden Kraftrichtungen eine hohe Festigkeit zu erreichen.
-
Entspricht die Formkontur vollständig dem Einsatzort, schmiegt sich das erfindungsgemäße Winkelprofil bereits an die dafür vorgesehene Form an, so dass eine herkömmlich vorgesehene Bearbeitung wie ein Fräsen oder Drehen an einer fertigen Platte entfällt.
-
Damit entfällt auch die Gefahr einer Zerstörung einzelner Trägerschichten, was ansonsten möglicherweise wiederum zu einer Verringerung der Stabilität führen würde.
-
In einer Ausführungsform der Erfindung ergibt sich die reversible Verformung durch eine elastische Verformung des Verbindungselements und/oder eine relative Lageänderung zwischen Verbindungselement und wenigstens einem Schenkel.
-
Eine vorteilhafte Realisierung besteht darin, das Verbindungselement (einschließlich ggf. dessen Verbindung mit den Schenkeln oder auch nur in Form der Verbindung mit den Schenkeln) soweit elastisch auszuführen, dass die infolge der im Kurzschluss-Fall auftretenden Kräfte, die sich u.a. in einer Aufballung der Wicklung ergeben, zu einer Verformung innerhalb des elastischen Bereichs führen, so dass die so entstehende Verformung sich ohne weiteres wieder zurückbilden kann. Eine mit der Elastizität verbundene Rückstellkraft ist allerdings nicht zwingend, da alternativ oder ergänzend die Verbindung durch das Verbindungselement zwischen den Schenkeln auch in einer Form gewährleistest werden kann, die eine reversible Lageänderung, z.B. über ein Gelenk, über das sich die Schenkel aufspreizen, erlaubt.
-
In einer weiteren Ausführungsform der Erfindung ist das Verbindungselement gegenüber den Schenkeln hinsichtlich seines Materials und/oder seiner Materialeigenschaften inhomogen.
-
Durch die unterschiedlichen Materialien und/oder Materialeigenschaften kann die Verformbarkeit des Winkelprofils hinsichtlich des Verbindungselements mit den für die Schenkel gewünschten Eigenschaften gleichzeitig und optimiert erreicht werden.
-
In einer weiteren Ausführungsform der Erfindung ist das Winkelprofil aus einem Halbfertigprodukt hergestellt, das einer Härtung unterworfen wurde, wobei die Härtung im Bereich zumindest eines Teils des Verbindungselements nicht oder nur vermindert ausgeführt ist.
-
Mit einer unterbliebenen oder verminderten Härtung eines definierten Bereichs eines Halbfertigprodukts kann auf einfache Weise ein Bereich erhalten werden, dessen Eigenschaften, insbesondere hinsichtlich einer reversiblen Verformbarkeit, näher am Halbfertigprodukt liegen.
-
Ergänzend kann der nicht oder vermindert gehärtete Bereich einer weiteren Bearbeitung unterworfen werden, die den ungehärteten oder vermindert gehärteten Bereich einer anderen Art von Härtung unterwirft, z.B. durch Einbringen eines elastischeren Härtungsmittels.
-
In einer Ausgestaltung der vorstehenden Ausführungsform wird das Winkelprofil in einem Strangziehverfahren oder einem Schichtpressverfahren mit Harzeinbringung gebildet, wobei im Bereich zumindest des Teils des Verbindungselements kein Harz oder pro Volumen weniger Harz als im Bereich der Schenkel eingebracht wird.
-
Ein vorteilhaftes Halbfertigprodukt im Kontext der oben diskutierten Ausführungsform besteht in einer Harz-Faser-Matrix, wobei die reduzierte oder unterbliebene Härtung durch einen entsprechend verringerten oder unterbliebenen Harzeintrag im gewünschten Bereich erreicht werden kann. Im Grundsatz kann auch die Härtung des Harzes selbst unterschiedlich eingestellt werden, wobei dann allerdings sicherzustellen wäre, dass nicht-ausgehärtetes Harz nicht unerwünscht austritt.
-
In einer weiteren Ausführungsform weist das Verbindungselement einen gegenüber den Schenkeln verringerten Querschnitt auf.
-
Durch die Einstellung des Querschnitts des Verbindungselements kann in einfacher Weise eine Steuerung der mechanischen Eigenschaften des Verbindungselements erreicht werden, ohne dass das Verbindungselement ansonsten anders als die Schenkel bearbeitet werden würden (wobei allerdings eine abweichende Bearbeitung ebenfalls möglich ist).
-
Der verringerte Querschnitt kann unter anderem (siehe unten) auch so ausgestaltet sein, dass sich im Bereich des Verbindungselements eine Sollbruchstelle ergibt, über die nach einem Knicken eines ursprünglich beispielsweise geraden oder plattenförmigen Profils zur Einstellung des Winkels noch immer eine Verbindung zwischen den Schenkeln gewährleistet ist.
-
In einer Ausgestaltung der vorstehenden Ausführungsform wird die reversible Verformung durch die durch den verringerten Querschnitt erhöhte Elastizität des Verbindungselements gewährleistet.
-
Im Vergleich zu einem Schenkel mit größerem Querschnitt weist ein Verbindungselement mit geringerem Querschnitt eine höhere Elastizität auch bei ansonsten gleichen Materialeigenschaften auf.
-
In einer weiteren Ausführungsform der Erfindung ist das Verbindungselement formschlüssig, kraftschlüssig und/oder stoffschlüssig mit wenigstens einem der Schenkel verbunden.
-
In einer Ausgestaltung der vorstehenden Ausführungsform ist das Verbindungselement bei einer Herstellung zumindest des wenigstens einen Schenkels in den Schenkel eingebettet, so dass eine stoffschlüssige und/oder formschlüssige Verbindung besteht.
-
In einer weiteren Ausgestaltung der vorstehenden Ausführungsform und deren Ausgestaltung sind das Verbindungselement und der wenigstens eine Schenkel unter Nutzung von Koextrusion gemeinsam hergestellt.
-
In einer weiteren Ausgestaltung der vorstehenden Ausführungsform und deren Ausgestaltungen greift das Verbindungselement in wenigstens einen Schenkel ein, so dass eine formschlüssige, kraftschlüssige und/oder stoffschlüssige Verbindung besteht.
-
In einer weiteren Ausgestaltung der vorstehenden Ausführungsform und deren Ausgestaltungen ist das Verbindungselement mit dem wenigstens einen Schenkel formschlüssig durch ein Gelenk verbunden.
-
Das Gelenk lässt ein beim Kurzschluss-Fall beim Ausweichen gegenüber der wirkenden Kraft auftretendes Verkippen der Schenkel zueinander zu.
-
In einer Ausführungsform der Erfindung ist ein Teil des Verbindungselements mit einem anderen Teil des Verbindungselements formschlüssig durch ein Gelenk verbunden.
-
In einer Ausgestaltung der vorstehenden Ausführungsform sind der eine Teil des Verbindungselements einstückig mit dem ersten Schenkel und der andere Teil des Verbindungselements einstückig mit dem zweiten Schenkel ausgeführt.
-
Dies schließt auch einen Fall ein, bei dem ein weiteres Teilstücks zwischen dem einen und dem andere Teil des Verbindungselement vorgesehen ist, das Verbindungselement also beispielsweise in Form einer Kette mit Gliedern ausgeführt ist.
-
Bei dieser Ausgestaltung wird die Verbindung zwischen den Schenkeln durch das gelenkige Verbindung der Schenkel selbst miteinander erreicht.
-
In einer weiteren Ausführungsform der Erfindung besteht das Verbindungselement zumindest zum Teil aus einem Material, dass eine im Vergleich zum Material der Schenkel erhöhte Elastizität aufweist.
-
Eine erhöhte Elastizität des Verbindungselements kann in einfacher Weise durch Wahl eines anderen Materials oder eines anders behandelten Materials im Vergleich mit Material der Schenkel erreicht werden, ohne dass die Schenkel selbst damit eine erhöhte Elastizität aufweisen müssten, die möglicherweise einer Gesamtstabilität der Drossel oder des Transformator abträglich wäre.
-
In einer Ausführungsform der Erfindung ist das Winkelprofil durch insbesondere mehrschichtiges Legen eines aushärtbaren Halbzeugmaterials mit wenigstens einer Vorzugsrichtung auf eine Formkontur und Härten des gelegten Halbzeugmaterials hergestellt, wobei die Formkontur auf Basis des Einsatzortes des Winkelprofils zwischen Kern und Wicklung oder zwischen Wicklungen bestimmt ist.
-
In einer Ausführungsform des erfindungsgemäßen Verfahrens wird das Halbzeugmaterial um einen Wickeldorn gewickelt, wobei vorzugsweise nach dem Härten ein Trennen der Wicklung in Winkelprofile erfolgt.
-
Stellt der Wickeldorn im Wesentlichen lediglich die Eckkontur dar, an die das Winkelprofil angelegt werden soll, so können bei einem Winkelprofil für einen 90° Winkel bei einem im Wesentlichen quadratischen oder rechteckigen Wickeldorn gleichzeitig vier Winkelprofile erstellt werden, die in geeigneter Weise voneinander getrennt werden können.
-
Alternativ kann der Wickeldorn auch die komplette Kontur des Kerns oder der Wicklung wiedergeben, für die das Winkelprofil vorgesehen ist, so dass sich das Winkelprofil bei einer vollständigen Wicklung als geschlossener oder offener Ring ergibt.
-
In einer Ausführungsform besteht das Verbindungselement aus einem Schichtpressstoff, wobei die Ausrichtung der Schichten des Schichtpressstoffs zumindest im Bereich zwischen den Schenkeln senkrecht zu einer Winkelhalbierenden zwischen den Schenkeln ist.
-
Die Schichten des Schichtpressstoffs weisen beispielsweise bei einem Winkelprofil für einen 90°-Winkel einen Winkel von jeweils 45° zur Auflagefläche der Schenkel auf, so dass die auftretenden Kräfte im Vergleich zu bekannten Ausrichtungen an den Schichtgrenzen besser aufgenommen werden können bzw. weniger stark zu einer Zerstörung des Winkelprofils im Einbauzustand beitragen.
-
Im Folgenden werden bevorzugte und vorteilhafte Ausgestaltungen der vorliegenden Erfindung mit Bezug auf die beiliegenden Figuren näher erläutert.
-
Hierbei zeigen, jeweils schematisch:
-
1 ein bekanntes Winkelprofil und ein Winkelprofil gemäß einem ersten Ausführungsbeispiel der Erfindung zwischen einem Kern und einer Wicklung einer Drossel,
-
2 ein Winkelprofil gemäß einem zweiten Ausführungsbeispiel der Erfindung,
-
3 ein Winkelprofil gemäß einem dritten Ausführungsbeispiel der Erfindung,
-
4a) eine Vorstufe eines Winkelprofils gemäß einem vierten Ausführungsbeispiel der Erfindung,
-
4b) ein Winkelprofil gemäß dem vierten Ausführungsbeispiel der Erfindung,
-
5 ein Winkelprofil gemäß einem fünften Ausführungsbeispiel der Erfindung,
-
6 ein Winkelprofil gemäß einem sechsten Ausführungsbeispiel der Erfindung,
-
7 ein herkömmliches Winkelprofil aus einem Schichtpressmaterial,
-
8a) einen Herstellungszwischenschritt eines Winkelprofils gemäß einem siebten Ausführungsbeispiel der Erfindung,
-
8b) einen alternativen Herstellungszwischenschritt eines Winkelprofils gemäß dem siebten Ausführungsbeispiel der Erfindung.
-
9 einen Ablauf eines Herstellungsverfahrens gemäß einem ersten Ausführungsverfahrensbeispiel,
-
10 einen Ablauf eines Herstellungsverfahrens gemäß einem zweiten Ausführungsverfahrensbeispiel,
-
11 einen Ablauf eines Herstellungsverfahrens gemäß einem dritten Ausführungsverfahrensbeispiel und
-
12 ein Winkelprofil gemäß einem achten Ausführungsbeispiel der Erfindung.
-
1 zeigt ein bekanntes Winkelprofil und ein Winkelprofil gemäß einem ersten Ausführungsbeispiel der Erfindung zwischen einem Kern und einer Wicklung einer Drossel.
-
Die Drossel 1 weist einen hier teilweise dargestellten Kern 2 und eine teilweise dargestellte Wicklung 3 auf, wobei hier zwischen dem Kern 2 und der Wicklung 3 einerseits ein bekanntes Winkelprofil 4 und ein Winkelprofil 10 gemäß einem ersten Ausführungsbeispiel der Erfindung dargestellt sind.
-
In einer Kurzschluss-Situation neigt das bekannte Winkelprofil 4 dazu, im Stoßbereich 5 seiner Schenkel Risse zu bilden, die letztlich zum Versagen des Winkelprofils führen. In herkömmlichen Winkelprofilen 4 wird der Stoßbereich 5 bisweilen mit einer Aussparung versehen.
-
Im Gegensatz zum bekannten Winkelprofil 4, das im Wesentlichen einstückig aus einem einheitlichen Material gefertigt ist, umfasst das Winkelprofil 10 ein Verbindungselement 14, das zwei Schenkel 12 des Winkelprofils 10 miteinander verbindet, wobei das Verbindungselement für eine reversible Verformung des Winkelprofils in einer Kurzschluss-Situation ausgelegt ist, so dass es nicht, wie beim bekannten Winkelprofil 4, zu einer Rissbildung kommt.
-
2 zeigt ein Winkelprofil gemäß einem zweiten Ausführungsbeispiel der Erfindung.
-
Das Winkelprofil 10, das in 2 dargestellt ist, umfasst ebenfalls ein Verbindungselement 14, das zwei Schenkel 12 miteinander verbindet. In diesem Ausführungsbeispiel ist das Winkelprofil 10 aus einem Halbfertigprodukt (nicht dargestellt) hergestellt, wobei die zur Herstellung des Winkelprofils bzw. dessen Schenkel 12 vorgesehene Härtung im Bereich des Verbindungselements 14 nicht durchgeführt wurde.
-
3 zeigt ein Winkelprofil gemäß einem dritten Ausführungsbeispiel der Erfindung.
-
Bei dem in 3 gezeigten Winkelprofil 20 ist das Verbindungselement 24 mit einem gegenüber den Schenkeln 12, die es verbindet, verringert ausgeführten Querschnitt versehen, so dass das Verbindungselement 14 im Vergleich zu den Schenkeln eine signifikant erhöhte Elastizität aufweist.
-
4a) zeigt eine Vorstufe eines Winkelprofils gemäß einem vierten Ausführungsbeispiel der Erfindung.
-
Die Schenkel 12 der Vorstufe 30‘ sind über ein im Wesentlichen U-förmig ausgeführtes GFK-Element 34 miteinander verbunden, dessen Schenkel 35 sich innerhalb des Strangprofils 12 erstrecken. Zur Herstellung des Winkelprofils 30 aus der Vorstufe 30‘ erfolgt ein teilweise Bruch des Profils 34, das hier das Verbindungselement darstellt, an Kanten 36 der Schenkel 12 in einer solchen Weise, dass die Schenkel 12 ungeachtet des Bruchs innerhalb des Verbindungselement 34 noch immer miteinander verbunden sind.
-
4b) zeigt das entsprechend hergestellte Winkelprofil 30 gemäß dem vierten Ausführungsbeispiel der Erfindung.
-
Das Winkelprofil 30 ist zwischen dem Kern 2 und der Wicklung 3 vorgesehen, wobei das Winkelprofil 30 Kräften, die beispielsweise in einer Kurzschluss-Situation auftreten, in Folge der vergleichsweise losen Verbindung der Schenkel 12 über das Verbindungselement 34 nachgeben kann. Dies verhindert, dass ein Bruch in den Schenkeln 12 selbst auftritt.
-
5 zeigt ein Winkelprofil gemäß einem fünften Ausführungsbeispiel der Erfindung.
-
Bei dem in 5 gezeigten Ausführungsbeispiel eines erfindungsgemäßen Winkelprofils 40 sind die Schenkel 12 ebenfalls als Strangprofil ausgeführt, wobei die Schenkel jeweils eine hinterschneidende Ausnehmung 46 aufweisen, in die sich das Verbindungselement 44 in Form einer streifenförmigen Silikonschnur erstreckt, wobei das Verbindungselement 44 an seinen jeweiligen Enden 45, die sich in den Ausnehmungen 46 befinden, eine Verdickung aufweist, so dass sich eine formschlüssige Verbindung zwischen dem Verbindungselement 44 und den jeweiligen Schenkeln 12 ergibt. Die Silikonschnur 44 ist in sich flexibel, so dass die Schenkel 12 in eine gewünschte Position gebracht werden können und dabei das Verbindungselement 44 in Form der Silikonschnur eine relative Bewegung der Schenkel 12 zueinander zulässt, was wiederum ein Nachgeben gegenüber einer zum Beispiel in einer Kurschluss-Situation auftretenden Kraft erlaubt.
-
Als Alternative oder Ergänzung zur Silikonschnur kann Aramid-Papier eingesetzt werden.
-
Wird ein Verbindungselement wie die hier gezeigte Silikonschnur bereits vor einem Härten der Schenkel in diese eingebracht, so muss das Verbindungselement unter den Härtungsbedingungen (i.d.R. also zumindest unter erhöhter Temperatur) beständig sein. Bei einem nachträglichen Einbringen in fertige Schenkel besteht diese Notwendigkeit nicht.
-
In 5 ist die Silikonschnur in Längsrichtung der Schenkel 12 durchgehend dargestellt. Es ist allerdings auch möglich, dass das Verbindungselement sich nicht über die gesamte Länge des Winkelprofils erstreckt.
-
6 zeigt ein Winkelprofil gemäß einem sechsten Ausführungsbeispiel der Erfindung.
-
Das Winkelprofil 50, das in 6 gezeigt ist, umfasst zwei Schenkel 52, die jeweils einstückig mit Teilelementen 54 und 55 eines Verbindungselements ausgeführt sind, wobei die Teilstücke 54 und 55 gemeinsam ein Gelenk zur beweglichen Verbindung zwischen den Schenkeln 52 bilden.
-
7 zeigt ein herkömmliches Winkelprofil aus einem Schichtpressmaterial.
-
Das Winkelprofil 4 umfasst eine Vielzahl von parallel ausgerichteten Schichten 6, wobei, wie schon im Zusammenhang mit 1 diskutiert, im Grenzbereich zwischen den Schenkeln des Winkelprofils (Bereich 5) bei einer die Schenkel des Winkelprofils aufspreizenden Belastung eine Neigung besteht, Risse zu bilden.
-
8a) zeigt einen Herstellungszwischenschritt eines Winkelprofils gemäß einem siebten Ausführungsbeispiel der Erfindung.
-
Ein Prepreg 8 ist in mehreren Lagen um einen Wickeldorn 9 gewickelt, wobei aus dieser Wicklung durch Schneiden entlang von Schnittkanten 9 vorliegend vier erfindungsgemäße Winkelprofile hergestellt werden können.
-
8b) zeigt einen alternativen Herstellungszwischenschritt eines Winkelprofils gemäß dem siebten Ausführungsbeispiel der Erfindung.
-
Anders als im Beispiel von 8a) sind die Prepreg-Schichten hier nicht als vollständig um einen Wickeldorn umlaufende Wicklung vorgesehen, sondern verschiedene, voneinander unabhängige Lagen 8 des Prepeg werden auf den Wickeldorn 7 gestapelt und nach einer entsprechenden Bearbeitung entlang von Schnittkante 9 getrennt, um hier zwei erfindungsgemäße Winkelprofile zu erzeugen.
-
9 zeigt einen Ablauf eines Herstellungsverfahrens gemäß einem ersten Ausführungsverfahrensbeispiel der vorliegenden Erfindung.
-
Nach einem Bereitstellen 101 eines Halbfertigprodukts für das Winkelprofil erfolgt in Schritt 102 ein Härten des Halbfertigprodukts, wobei das Härten im Bereich zumindest eines Teils des Verbindungselements des Winkelprofils, das die Schenkel miteinander verbindet, die Härtung im Vergleich zum Bereich der Schenkel nur vermindert oder gar nicht ausgeführt wird.
-
10 zeigt einen Ablauf eines Herstellungsverfahrens gemäß einem zweiten Ausführungsverfahrensbeispiel.
-
In Schritt 111 wird das Verbindungselement bei einer Herstellung eines Schenkels in den Schenkel eingebettet, so dass eine stoffschlüssige Verbindung besteht (siehe zum Beispiel 4a)). In Schritt 112 wird das Verbindungselement in einen anderen Schenkel eingebracht, so dass eine formschlüssige Verbindung herstellt wird (siehe zum Beispiel 5).
-
11 zeigt einen Ablauf eines Herstellungsverfahrens gemäß einem dritten Ausführungsverfahrensbeispiel.
-
In einem wiederholt ausgeführten Schritt 121 werden Schichten eines Prepreg auf eine Formkontur gelegt, wobei die Formkontur zuvor auf Basis des Einsatzortes des herzustellenden Winkelprofils bestimmt ist. Nach einer entsprechenden Anzahl von Schichten wird das Prepreg zur Herstellung des Winkelprofils gehärtet (Schritt 122). Im Anschluss an das Härten 122 (alternativ oder ergänzend auch vor dem Härten) wird die gehärtete Prepreg-Schichtung oder -Wicklung getrennt, um so separate Winkelprofile herzustellen.
-
Das hier diskutierte Prepreg in Form eines Halbzeugs aus Endlosfasern, die in ein (Kunst-)Harz oder sonstiges härtbares Material eingebettet sind, wobei die Endlosfasern insbesondere als eine unidirektionalen Schicht oder als Gewebe vorliegen, ist lediglich ein Beispiel eines aushärtbaren Halbzeugmaterials mit wenigstens einer Vorzugsrichtung. Andere Beispiele sind etwa SMC und ggf. BMC.
-
12 zeigt ein Winkelprofil 60 gemäß einem achten Ausführungsbeispiel der Erfindung. Das Winkelprofil 60 besteht aus einem Schichtpressstoff, der einzelne Schichten 66 aufweist, die im Wesentlich parallel zueinander ausgerichtet sind. Die Ausrichtung steht mit der Kontur des Winkelprofils 60 insofern in Beziehung, als dass die Ebenen, in denen die Schichten jeweils liegen, senkrecht zu einer Winkelhalbierenden 67 zwischen den Schenkeln 12 des Winkelprofils ausgerichtet sind. Bei dem gezeigten Winkelprofil 60, das für einen 90°-Winkel vorgesehen ist, ergibt sich damit ein Winkel von jeweils 135° zwischen einer Auflagefläche des Schenkels 12 und der Schichtrichtung (von Schnittpunkt der Auflagenflächen aus gesehen). Mit anderen Worten schließen die Schichten 66 mit den Außenflächen beispielsweise des Kerns (nicht gezeigt) einen Winkel von 45° ein. Das Verbindungselement 64 ergibt sich bei diesem Ausführungsbeispiel im Kontaktbereich zwischen den Schenkeln 12.
-
Eine Möglichkeit der Herstellung eines solchen Winkelprofils besteht in einem geeigneten Herausfräsen des Winkelprofils aus einer herkömmlichen Schichtpressstoffplatte, so dass die Schichten den gewünschten Verlauf zur Kontur des Winkelprofils haben. Eine weitere Möglichkeit besteht in einem geeigneten Legen von Prepreg auf eine dem vorgesehenen Einsatzort des Winkelprofils angepasste Formungskontur, ggf. kombiniert mit einem Vorschnitt der Prepreg-Schichten, so dass sich durch das Legen der gewünschte Querschnitt des Winkelprofils insoweit ergibt, dass eine eventuelle Nacharbeitung auf ein Minimum beschränkt werden kann.
-
Bei den Winkelprofilen, die im ersten bis fünften Ausführungsbeispiel beschrieben sind, liegen jeweils durch Schraffur als unterschiedlich markierte Materialien vor. Die Übergänge zwischen den unterschiedlichen Materialien (bzw. den unterschiedlichen Eigenschaften des insgesamt genutzten Werkstoffs) können darüber hinaus fließend sein. Schenkel und Verbindungselement weisen jeweils insofern unterschiedliche Materialeigenschaften auf und können damit auch als gegeneinander inhomogen betrachtet werden.
-
Beim sechsten Ausführungsbeispiel liegt eine mechanische Kopplung der Schenkel vor.
-
Beim siebten und achten Ausführungsbeispiel ergibt sich die erfindungsgemäße Beständigkeit gegenüber den etwa im Kurzschlussfall auftretenden Kräften durch die besondere Schichtausrichtung relativ zu den wirkenden Kräften, wobei – anders als bei den ersten fünf Ausführungsbeispielen – das komplette Winkelprofil aus einem einheitlichen Werkstoff bestehen kann, der dann allerdings eine gezielt eingestellte Anisotropie gegenüber einwirkenden Kräften aufweist.
