DE10258486B4

DE10258486B4 - Verfahren zum Herstellen einer gießharzisolierten Spule

Info

Publication number: DE10258486B4
Application number: DE10258486A
Authority: DE
Inventors: Peter Massek; Heinz Schmidt
Original assignee: Siemens AG
Current assignee: Siemens Energy Global GmbH and Co KG
Priority date: 2002-12-10
Filing date: 2002-12-10
Publication date: 2005-08-18
Anticipated expiration: 2022-12-11
Also published as: DE10258486A1

Abstract

Verfahren zum Herstellen einer gießharzisolierten Spule (31) mit einer mit einem Wicklungsleiter (5, 18) gebildeten Wicklung (37), bei dem der Wicklungsleiter (5, 18) in einem Wicklungsvorgang auf einen Wickelkörper (1, 16) zu der Wicklung (37) aufgewickelt wird und mit einem Gießharz (10, 22) benetzt wird, dadurch gekennzeichnet, dass mit dem Wicklungsleiter (18) zumindest ein Teil einer Wicklungslage (20), oder eine vollständige Wicklungslage (20) gewickelt wird und der Wicklungsleiter (18) des Teils der einen Wicklungslage (20) bzw. der vollständigen Wicklungslage (20) mit dem Gießharz (22) benetzt wird und anschließend mit dem Wicklungsleiter (18) ein weiterer Teil der einen Wicklungslage bzw. eine weitere vollständige Wicklungslage gewickelt wird.

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Herstellen einer gießharzisolierten Spule mit einer mit einem Wicklungsleiter gebildeten Wicklung, bei dem der Wicklungsleiter in einem Wicklungsvorgang auf einen Wickelkörper zu der Wicklung aufgewickelt wird und mit einem Gießharz benetzt wird.

Ein solches Verfahren ist aus dem US-amerikanischen Patent US 5798678 bekannt. Bei dem bekannten Verfahren wird eine mehrlagige supraleitende Wicklung in dem Wicklungsvorgang fertig gewickelt. Die dabei mit dem Wicklungsleiter gebildeten Windungen der Wicklungen liegen dicht an dicht. Nach dem Wicklungsvorgang, also dem fertigen Wickeln der Wicklung wird diese von außen mit einem Gießharz vergossen, wobei der Wicklungsleiter mit dem Gießharz benetzt wird.

Die japanische Offenlegungsschrift JP 0 630 24 54 A beschreibt ein Verfahren zum Wickeln einer isolierten Spule, wobei der Wicklungsleiter unmittelbar vor dem Aufwickeln in ein Klebstoffbad getaucht wird. Das Klebstoffbad enthält heiß härtende Harzverbindungen und elastomere Komponenten. Nachteilig bei diesem Stand der Technik ist jedoch, dass hierdurch keine flächenhafte Benetzung einer Wicklungslage möglich und somit eine Fixierung der auf den Wicklungskörper aufgerollten Wicklungsleiter zueinander nicht gegeben ist.

Aus der veröffentlichten europäischen Patentanmeldung EP 0 740 315 A1 ist eine selbsttragende, gießharzisolierte Spule eines supraleitenden Transformators bekannt, die eine supraleitende Lagenwicklung aufweist, die von einer äußeren, die Lagenwicklung umgebenden Traglage getragen wird. Die Dicke der Traglage ist derart bemessen, dass sie im Betrieb der Wicklung den im Kurzschlussfall auftretenden Kurzschlusskräf ten derart standhält, dass eine Beschädigung der Lagenwicklung vermieden ist. Wie die gießharzisolierte Spule hergestellt wird, ist nicht angegeben.

Aufgabe der Erfindung ist es, ein Verfahren der eingangs genannten Art anzugeben, bei dem die Wicklung vergleichsweise sicher mit Gießharz benetzt wird.

Die Aufgabe wird bei einem Verfahren der eingangs genannten Art erfindungsgemäß mit den kennzeichnenden Merkmalen des Anspruchs 1 gelöst.

Bei dem Verfahren nach dem Stand der Technik hingegen muss das Gießharz von außen bis zur innersten Lage durch die schon fertig gewickelte Wicklung vordringen. Dabei kann es passieren, dass Stellen innerhalb der Wicklung nicht oder nicht ausreichend für die im späteren Betrieb erforderliche Isolationsfestigkeit mit Gießharz benetzt werden, so dass im späteren Betrieb die Gefahr von einem elektrischen Fehler innerhalb der Wicklung besteht. Bei dem erfindungsgemäßen Verfahren hingegen, wird durch das Benetzen während des Wicklungsvorgangs ein solches fehlendes oder nicht ausreichendes Benetzen des Wicklungsleiters bzw. der Wicklung mit Gießharz vermieden.

Vorzugsweise wird mit dem Wicklungsleiter zumindest ein Teil einer Wicklungslage, insbesondere eine vollständige Wicklungslage gewickelt und der Wicklungsleiter des Teils der einen Wicklungslage bzw. der einen Wicklungslage wird mit dem Gießharz benetzt; anschließend wird mit dem Wicklungsleiter ein weiterer Teil der einen Wicklungslage bzw. eine weitere Wicklungslage aufgewickelt. Dadurch kann der Teil der einen Wicklungslage bzw. die vollständige Wicklungslage besonders gut erreicht und der Wicklungsleiter auch gut mit dem Gießharz benetzt werden.

Nach einer anderen Ausgestaltung des Verfahrens wird der Wicklungsleiter während des Wicklungsvorgangs kontinuierlich mit dem Gießharz benetzt. Zum einen ist dadurch sichergestellt, dass der Wicklungsleiter gut mit dem Gießharz benetzt wird und gleichzeitig wird die Durchführungszeit für das Verfahren dadurch verkürzt, dass das Wickeln während des Wicklungsvorgangs nicht kurzzeitig angehalten werden muss, um ei nen Teil oder eine ganze Wicklungslage mit dem Gießharz zu benetzen.

Vorzugsweise wird der Wicklungsleiter unmittelbar vor dem Aufwickeln auf den Wickelkörper mit dem Gießharz benetzt. Vorteilhaft ist dadurch der Wicklungsleiter mit noch sehr gut fließfähigem Gießharz benetzt, das sich mit dem Gießharz, das schon auf den Wicklungsleiter einer vorhergehenden Windung aufgebracht wurde gut, vermischt und dadurch ein besonders gutes Aneinanderkleben und Umschließen der mit dem Wicklungsleiter gebildeten Windungen ermöglicht.

Vorzugsweise wird bei dem Verfahren der Wickelkörper nach dem Wicklungsvorgang entfernt. Dadurch ist das Verfahren zum Herstellen einer selbsttragenden gießharzisolierten Spule geeignet.

Vorzugsweise wird ein Wickelkörper verwendet, der eine äußere gießharzabweisende Beschichtung aufweist. Dadurch kann der Wickelkörper besonders einfach nach einer Fertigstellung der Wicklung entfernt werden, weil die gießharzabweisende Beschichtung ein Verkleben mit dem Wickelkörper verhindert. Die gießharzabweisende Beschichtung kann beispielsweise eine Teflonbeschichtung sein.

Bevorzugt wird bei dem Verfahren die Wicklung auf eine Basislage aufgebracht, die den Wickelkörper von der Wicklung trennt. Die Basislage dient später vorteilhaft zum Schutz der Innenseite der fertigen Spule.

Vorzugsweise ist die Basislage als Bandage mit einem Glasseidenband gewickelt. Dadurch kann die Basislage besonders stabil und dünn ausgebildet sein, was sich später im Betrieb der gießharzisolierten Spule dadurch vorteilhaft bemerkbar macht, dass deren Wicklung von der Innenseite her besonders gut mit einem Kühlmittel gekühlt werden kann.

Bei einer besonders bevorzugten Ausgestaltung des Verfahrens wird auf die fertig gewickelte Wicklung eine Traglage aus einem Tragmaterial aufgebracht. Die Traglage bildet einen Tragkörper für die fertig gewickelte Wicklung insoweit ist mit dem erfindungsgemäßen Verfahren eine selbsttragende gießharzisolierte Spule besonders gut herstellbar, deren Wicklung von einem Tragkörper umgeben und von diesen getragen ist.

Vorzugsweise wird die Traglage mit Gießharz getränkt. Dadurch wird die Traglage mit dem Gießharz zusätzlich besonders mechanisch stabilisiert.

Vorzugsweise wird die Traglage als Bandage eines Tragmaterialbands aufgebracht. Dadurch kann die Traglage besonders einfach und auch mit variabler Dicke aufgebracht werden.

Vorzugsweise wird das Tragmaterialband unmittelbar vor einem Aufwickeln mit Gießharz benetzt. Dadurch wird auch hier erreicht, dass das Tragmaterialband vollständig von Gießharz benetzt bzw. durchtränkt ist.

Vorzugsweise wird bei dem Verfahren als Tragmaterialband ein Glasseidenband verwendet. Dieses ist mechanisch sehr stabil und dadurch besonders gut zur Bildung der Traglage geeignet.

Bevorzugt ist die Dicke der Traglage derart bemessen, dass die Spule selbsttragend ist. Insoweit übernimmt die Traglage das Tragen der Wicklung, und die Spule kann ohne weitere Maßnahmen als ein Bauteil gehandhabt werden.

Weiter bevorzugt ist die Dicke der Traglage derart bemessen, dass die Traglage im späteren Betrieb der Wicklung im Fehlerfall auftretenden Kurzschluss derart standhält, dass eine Beschädigung der Wicklung vermieden ist. Die selbsttragende Spule ist insoweit besonders gut für einen späteren Betrieb geeignet.

Bevorzugt werden bei dem erfindungsgemäßen Verfahren die die Wicklungsanschlüsse bildenden Wicklungsleiterenden vor einem Benetzen mit dem Gießharz mit einem gießharzabweisenden Schutz versehen. Dadurch werden die Wicklungsanschlüsse während des Wicklungsvorgangs nicht, auch nicht versehentlich, mit dem Gießharz benetzt und können dadurch später leicht angeschlossen werden.

Bevorzugt wird der gießharzabweisende Schutz mit Teflon gebildet. Teflon ist besonders gut gießharzabweisend und daher für den gießharzabweisenden Schutz gut geeignet.

Vorzugsweise wird bei dem Verfahren zusätzlich zum Wicklungsleiter ein Isolierstofffaden als Isolation zwischen den axial unmittelbar benachbarten, mit dem Wicklungsleiter gebildeten Wicklungen mit auf den Wickelkörper gewickelt. Dadurch ist eine Isolation zwischen zwei unmittelbar benachbarten Wicklungen einfach gebildet.

Bevorzugt wird als Isolierstofffaden ein Glasseidenfaden verwendet. Mit einem Glasseidenfaden ist eine mechanisch besonders feste und auch elektrisch gute Isolation zwischen den Windungen gebildet.

Vorzugsweise wird bei dem Verfahren auf eine vollständige Wicklungslage eine Isolierstofflage gewickelt, auf die eine weitere Wicklungslage gewickelt wird. Mit der Isolierstofflage sind die beiden Wicklungslagen zusätzlich elektrisch gegeneinander isoliert.

Die Erfindung wird anhand der in der Zeichnung dargestellten Figuren näher erläutert.

Es zeigt

1 das Benetzen einer vollständigen Wicklungslage mit Gießharz,

2 das Aufbringen einer Isolierstofflage auf eine schon fertig gewickelten Lage,

3 das Aufbringen einer weiteren Wicklungslage auf die Isolierstofflage,

4 das Aufbringen einer Traglage auf die fertig gewickelte Wicklung und

5 eine Schnittansicht durch eine fertig gewickelte Wicklung.

In 1 ist ein Wickelkörper 16 dargestellt, der von einer Trennlage 17 umgeben ist, die der Trennlage 4 entspricht. Auf den Wickelkörper 16 ist eine vollständige, mit einem Wicklungsleiter 18 und einem parallel dazu gewickelten Isolierstofffaden 19 gebildete erste Wicklungslage 20 gewickelt. Die erste Wicklungslage 20 wird mit einer Auftragvorrichtung 21 – beispielsweise einem Pinsel – mit Gießharz 22 benetzt und vollständig damit eingestrichen. Dadurch ist sichergestellt, dass der Wicklungsleiter 18 innerhalb der ersten Wicklungslage 20 sicher mit dem Gießharz 22 benetzt wird.
Selbstverständlich muss nicht eine vollständige Wicklungslage 20 gewickelt werden, um das Verfahren durchzuführen; es reicht auch ein Teil einer Wicklungslage aus, der dann mit der Auftragsvorrichtung 21 mit Gießharz benetzt wird. Anschließend wird dann mit dem Wicklungsvorgang fortgefahren.
Zusätzlich kann der Wickelkörper 16 auch eine gießharzabweisende Beschichtung 17A – mit gestrichelten Linien angedeutet – aufweisen, die beispielsweise als Teflonbeschichtung ausgebildet sein kann. Selbstverständlich kann auch der Wickelkörper 1 eine solche gießharzabweisende Beschichtung aufweisen.
In 2 ist gezeigt, wie auf eine schon vollständige auf eine einen Wickelkörper 22 umgebende Basislage 23 aufgebrachte erste Wicklungslage 24 eine Isolierstofflage 25 aufgewickelt wird. Die Isolierstofflage 25 kann mit einer sich über die gesamte Wicklungslage 24 erstreckende Lage oder auch mit einem überlappend gewickelten Band, beispielsweise Glasseidenband, gebildet sein.
In 3 ist gezeigt, wie auf die fertig aufgewickelte Isolierstofflage 25 gemäß 3 eine zweite Wicklungslage 26 mit einem Wicklungsleiter 27 und einem Isolierstofffaden 28 aufgewickelt wird. Der Wicklungsleiter 27 kann wie unter 1 beschrieben abschnittsweise mit dem Gießharz benetzt werden.
In 4 ist dargestellt, wie auf die zweite Wicklungslage 26 eine Traglage 29 aufgewickelt wird. Die Traglage 29 wird als Bandage eines Tragmaterialbands 30 ausgeführt. Als Tragmaterialband 30 wird vorliegend ein Glasseidenband verwendet; dieses ist besonders stabil und zur Bildung der Traglage 29 besonders gut geeignet.
In 5 ist ein Schnitt durch eine nach Abschluss des in 5 gezeigten Verfahrensschritts vorliegende gießharzisolierte Spule 31 gezeigt. Deutlich zu erkennen ist die Basislage 23, die erste Wicklungslage 24 gebildet mit dem ohne Schraffur dargestellten Isolierstofffaden 28 und dem mit Schraffur dargestellten Wicklungsleiter 27. Ebenso gut ist die zweite Wicklungslage 26, die von der ersten Wicklungslage 24 durch die Isolierstofflage 25 isoliert ist, zu erkennen. Auch ist die als mit dem Glasseidenband 30 ausgebildete Traglage 29 dargestellt. Dadurch, dass das Benetzen des Wicklungsleiters 27 mit dem Gießharz während des Vorgangs erfolgt, ist der Wicklungsleiter 27 in den beiden Lagen 24 und 26 besonders gut dem Gießharz 32 benetzt, wobei der Wicklungsleiter 27 in dem Gießharz 32 eingebettet ist.
Zur noch besseren mechanischen Stabilisierung der Traglage 29 kann diese, wie symbolisch angedeutet, mit einer entsprechend geeigneten Zuführvorrichtung 33 mit Gießharz 35 getränkt werden. Nach dem Aushärten des Gießharzes 35 weist die Traglage 29 dadurch eine besonders gute mechanische Stabilität auf. Das Tragmaterialband 30 kann auch kontinuierlich unmittelbar vor dem Aufwickeln zur Traglage 29 mit Gießharz getränkt wer den. Dazu ist dann eine der Zufuhrvorrichtung 11 entsprechende Zufuhrvorrichtung vorgesehen.
Die radiale Dicke 35 der Traglage 29 ist so bemessen, dass die Spule 31 selbsttragend ist. Dementsprechend wird der Wickelkörper 22 wie mit dem Pfeil 36 angedeutet aus der Spule 31 herausgezogen. Um den Wickelkörper 22 besser entfernen zu können, kann dieser auch mehrteilig, beispielsweise mit drei axial hintereinander liegenden Teilröhren, ausgebildet sein. Die Teilröhren können dann einzeln entfernt werden.
Die Dicke 35 der Traglage 29 ist insbesondere derart bemessen, dass die Traglage im späteren Betrieb der Wicklung 37 im Fehlerfall auftretenden Kurzschlusskräften derart standhält, dass eine Beschädigung der mit der ersten Wicklungslage 24 und der zweiten Wicklungslage 26 gebildeten Wicklung 37 vermieden ist. Die Dicke 35 der Traglage 35 kann dazu in entsprechenden Kurzschlussversuchen bestimmt werden.
Die Basislagen 4 bzw. 23 sind vorliegend besonders dünn, insbesondere mit einer Stärke von etwa 0,2 mm ausgeführt.
Die Aushärtung des Gießharzes 32 und des Gießharzes 34 erfolgt nach dem Wicklungsvorgang durch Bestrahlen mit Wärme oder mit Rotlicht, wie es symbolisch durch die Lampe 38 angedeutet ist.
Die Wicklungsleier 5, 18 und 27 sind vorwiegend mit Supraleitermaterialien ausgebildet, so dass die mit ihnen gewickelte Wicklung supraleitend ist.

Claims

Verfahren zum Herstellen einer gießharzisolierten Spule (31) mit einer mit einem Wicklungsleiter (5, 18) gebildeten Wicklung (37), bei dem der Wicklungsleiter (5, 18) in einem Wicklungsvorgang auf einen Wickelkörper (1, 16) zu der Wicklung (37) aufgewickelt wird und mit einem Gießharz (10, 22) benetzt wird, dadurch gekennzeichnet, dass mit dem Wicklungsleiter (18) zumindest ein Teil einer Wicklungslage (20), oder eine vollständige Wicklungslage (20) gewickelt wird und der Wicklungsleiter (18) des Teils der einen Wicklungslage (20) bzw. der vollständigen Wicklungslage (20) mit dem Gießharz (22) benetzt wird und anschließend mit dem Wicklungsleiter (18) ein weiterer Teil der einen Wicklungslage bzw. eine weitere vollständige Wicklungslage gewickelt wird.
Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Wickelkörper (1, 16, 22) nach dem Wicklungsvorgang entfernt wird.
Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass ein Wickelkörper (1, 16) verwendet wird, der eine äußere gießharzabweisende Beschichtung aufweist.
Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Wicklung auf eine Basislage (4, 17) aufgebracht wird, die den Wickelkörper (1, 16) von der Wicklung (37) trennt.
Verfahren nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass die Basislage (4, 17) als Bandage mit einem Glasseidenband gewickelt wird.
Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass auf die fertig gewickelte Wicklung (37) eine Traglage (29) aus einem Tragmaterial aufgebracht wird.
Verfahren nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass die Traglage (29) mit Gießharz getränkt wird.
Verfahren nach einem der Ansprüche 6 oder 7, dadurch gekennzeichnet, dass die Traglage (29) als Bandage eines Tragmaterialbands (30) aufgebracht wird.
Verfahren nach einem der Ansprüche 7 und 8, dadurch gekennzeichnet, dass das Tragmaterialband (28) unmittelbar vor dem Aufwickeln mit Gießharz benetzt wird.
Verfahren nach einem der Ansprüche 8 oder 9, dadurch gekennzeichnet, dass als Tragmaterialband (30) ein Glasseidenband verwendet wird.
Verfahren nach einem der Ansprüche 6 bis 10, dadurch gekennzeichnet, dass die Dicke (35) der Traglage (29) derart bemessen ist, dass die Spule (31) selbsttragend ist.
Verfahren nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, dass die Dicke (35) der Traglage (29) derart bemessen ist, dass die Traglage (29) im späteren Betrieb der Wicklung (37) im Fehlerfall auftretenden Kurzschlusskräften derart standhält, dass eine Beschädigung der Wicklung (37) vermieden ist.
Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüchen, dadurch gekennzeichnet, dass die die Wicklungsanschlüsse bildenden Wicklungsleiterenden (12) vor einem Benetzen mit dem Gießharz (10) mit einem gießharzabweisenden Schutz (13) versehen werden.
Verfahren nach Anspruch 13, dadurch gekennzeichnet, dass der gießharzabweisende Schutz (13) mit Teflon gebildet wird.
Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass zusätzlich zum Wicklungsleiter (5, 18) ein Isolierstofffaden (9, 19) als Isolation zwischen den axial unmittelbar benachbarten, mit dem Wicklungsleiter (5, 18) gebildeten Windungen (6, 7,; 7, 8) mit auf den Wickelkörper (1, 16) gewickelt wird.
Verfahren nach Anspruch 15, dadurch gekennzeichnet, dass als Isolierstofffaden (9, 19) ein Glasseidenfaden verwendet wird.
Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass auf eine vollständige Wicklungslage (24) eine Isolierstofflage (25) gewickelt wird, auf die eine weitere Wicklungslage (26) gewickelt wird.
Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass ein supraleitender Wicklungsleiter (5, 18, 27) verwendet wird.