DE10360285A1

DE10360285A1 - Vorrichtung zum Einbringen von Imprägniermitteln in elektrische Bauteile

Info

Publication number: DE10360285A1
Application number: DE2003160285
Authority: DE
Inventors: Elke Bäuerle
Original assignee: GOTTLOB THUMM GmbH
Current assignee: GOTTLOB THUMM GmbH
Priority date: 2003-12-20
Filing date: 2003-12-20
Publication date: 2005-07-28
Anticipated expiration: 2023-12-21
Also published as: DE10360285B4

Abstract

Die Erfindung bezieht sich auf eine Vorrichtung zum Einbringen oder Aufbringen von Imprägniermittel in oder auf zu isolierende und/oder zu verfestigende Räume elektrischer Bauteile, insbesondere von Wicklungen, mit einem das Bauteil (15) und gegebenenfalls auch das Imprägniermittel (12) aufnehmenden Behälter (10) und einer elektrisch mit Wechselspannung betriebenen Aufwärmvorrichtung für das Bauteil (15). Verschiedene Erwärmungsmöglichkeiten für unterschiedliche Bauteile ergeben sich dadurch, dass die Aufwärmvorrichtung eine elektrische Energieeinkoppelanordnung zum Erzeugen von Wärme in dem Bauteil (15) aufweist, die mindestens eine in dem Behälter (10) angeordnete, mit dem Bauteil (15) in elektrische wirbelstromerzeugende und/oder transformatorische Wirkverbindung gebrachte Induktionsspule (20) umfasst (Fig. 1).

Description

Die Erfindung bezieht sich auf eine Vorrichtung zum Einbringen oder Aufbringen von Imprägniermittel in oder auf zu isolierende und/oder zu verfestigende Räume elektrischer Bauteile, insbesondere von Wicklungen, mit einem das Bauteil und gegebenenfalls auch das Imprägniermittel aufnehmenden Behälter und einer elektrisch mit Wechselspannung betriebenen Aufwärmvorrichtung für das Bauteil.

Eine derartige Vorrichtung zum Imprägnieren von insbesondere mit Wicklungen versehenen Bauteilen ist in der DE 196 31 474 C1 angegeben. Bei dieser bekannten Vorrichtung in Form einer Vakuum-Imprägnieranlage wird in die Wicklung des Bauteils zu deren Erwärmung Strom eingespeist, so dass das durch die Wärme dünnflüssige Imprägnierharz auch in kleinste Hohlräume zwischen den Wicklungen eindringt und anschließend durch die Wärme der Wicklung geliert. Das Eindringen des Harzes wird dabei durch das Vakuum unterstützt.

Weitere Vorrichtungen zum Erwärmen von Wicklungen eines elektrischen Bauteils mittels Stromwärme sind in der DE 197 18 872 C1 und der DE 198 22 433 C2 angegeben, wodurch ebenfalls die Imprägnierung mitbewirkt wird.

In der DE 101 37 406 C1 ist angegeben, zusätzlich zur Wicklung auch eine Achse oder Welle des elektrischen Bauteils zur Erwärmung an eine Stromquelle anzuschließen.

Bei einer in der DE 198 44 399 C1 und der DE 198 22 434 C1 angegebenen elektrischen Aufwärmvorrichtung wird ebenfalls die Wicklung eines elektrischen Bauteils mittels durch diese geführten Stroms erwärmt und zusätzlich eine Erwärmung eines Blechpakets mittels einer separaten Wicklung durch Erzeugen von Induktionswärme bewirkt. Auch in der DE 44 32 978 A1 ist eine Vorrichtung angegeben, durch die bei einer Imprägnieranlage ein eine Wicklung tragendes elektrisches Bauteil mittels eines thermischen Rohres unter Erzeugung von Induktionswärme aufgewärmt wird.

Die DE 101 1 1 660 A1 zeigt eine Vorrichtung zum Beschichten von Wicklungen in einem Schwall-Bad, wobei ebenfalls die Wicklung mittels Stromwärme erwärmbar ist.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine weitere Vorrichtung zum Einbringen oder Aufbringen von Imprägniermittel in oder auf insbesondere mit elektrischen Wicklungen versehene Bauteile bereitzustellen, bei der die Auf wärmvorrichtung weitere Anpassungsmöglichkeiten an gegebene Bedingungen bietet.

Diese Aufgabe wird mit den Merkmalen des Anspruches 1 gelöst. Hierbei ist vorgesehen, dass die Aufwärmvorrichtung eine elektrische Energieeinkoppelanordnung zum Erzeugen von Wärme in dem Bauteil aufweist, die mindestens eine in dem Behälter angeordnete, mit dem Bauteil in elektrische wirbelstromerzeugende und/oder transformatorische Wirkverbindung gebrachte Induktionsspule umfasst.

Mit dieser Ausbildung der Aufwärmvorrichtung in Verbindung mit dem das Bauteil und gegebenenfalls das Imprägniermittel aufnehmenden Behälter kann beispielsweise auch in einem Träger der Wicklung durch die Wirbelströme eine Aufwärmung bewirkt werden. Gleichzeitig oder stattdessen kann in der Wicklung transformatorisch durch den Strom Wärme erzeugt werden. Dabei ist die Kopplung so gewählt, dass eine für die Imprägnierung erforderliche Erwärmung von z.B. zwischen 100°C und 150°C und für die spätere Nachbehandlung eine gegebenenfalls noch höhere Erwärmung bis z.B. 180°C erreicht wird.

Um die Wirksamkeit der Induktionsspule zu verbessern und ein Verharzen zu verhindern, ist des Weiteren vorteilhaft vorgesehen, dass die mindestens eine Induktionsspule und/oder der Behälter mit einer Kühlvorrichtung versehen ist/sind. Mit diesen Maßnahmen wird zudem die Einhaltung der für den Prozess erforderlichen Imprägniermitteltemperatur unterstützt.

Dabei besteht eine vorteilhafte Ausgestaltungsmöglichkeit darin, dass die Kühlvorrichtung einen durch die Induktionsspule geführten, von Kühlmittel durchströmten Kühlmittelkanal aufweist.

Mit der Maßnahme, dass die Frequenz der Wechselspannung oberhalb der Netzfrequenz liegt, kann die Einkopplung der elektrischen Energie der Induktionsspule in das Bauteil zusätzlich gezielt beeinflusst werden, so dass z.B. die Induktionswärmeerzeugung in dem Träger oder die transformatorische Wärmeerzeugung in der Wicklung in gewissen Grenzen und auch in Abhängigkeit von dem Aufbau des Bauteils steuerbar sind. Beispielsweise können zum Bewirken der Induktionswärme Frequenzen von einem oder einigen kHz oder 10 oder einigen 10 kHz z.B. zwischen einem kHz und 50 kHz oder 10 kHz und 30 kHz verwendet werden. Außerdem können verschiedene Formen der Wechselspannung, wie z.B. Sinus-, Dreiecks- oder Rechteckform verwendet werden, wobei weitere Einstellungen durch unterschiedliche Tastverhältnisse oder Gleichanteile ermöglicht werden.

Für die Einkopplung der Energie in das Bauteil bestehen verschiedene Ausführungsmöglichkeiten darin, dass zumindest ein Abschnitt der mindestens einen Induktionsspule innerhalb eines von dem Bauteil umgebenen Raums liegt und/oder dass zumindest ein Abschnitt in einem das Bauteil umgebenden Raum angeordnet ist.

Der Wirkungsgrad der Energieeinkopplung kann dadurch verbessert werden, dass die Energieeinkoppelanordnung einen Magnet-Körper zum Konzentrieren des von der Induktionsspule bewirkten magnetischen Flusses aufweist.

Hierbei bestehen verschiedene Aufbaumöglichkeiten darin, dass der Magnetkörper mindestens einen durch einen Hohlraum des Bauteils führbaren oder geführten Abschnitt aufweist.

Eine für die Funktion und Handhabung vorteilhafte Ausgestaltung besteht darin, dass der Magnet-Körper mindestens eine aus mehreren Abschnitten gebildete geschlossene Anordnung besitzt, wobei mindestens ein Abschnitt wegnehmbar oder wegschwenkbar ist.

Eine gezielte Erwärmung der Wicklung kann weiterhin dadurch bewirkt oder unterstützt werden, dass zum Anschließen der Wicklung des Bauteils und Erzeugen einer zusätzlichen Erwärmung durch Strom eine Stromzuführungseinheit vorhanden ist.

Hierbei bestehen verschiedene Einflussmöglichkeiten zum Steuern der Erwärmung der Wicklung einerseits und des Trägers andererseits darin, dass die Aufwärmvorrichtung in der Weise ausgebildet ist, dass die Wicklung des Bauteils zumindest überwiegend über die Stromzuführungseinheit erwärmt wird, während ein die Wicklung aufnehmender Träger zumindest überwiegend durch die Induktion erwärmt wird.

Die Erfindung wird nachfolgend anhand von Ausführungsbeispielen unter Bezugnahme auf die Zeichnungen näher erläutert. Es zeigen:
1 ein erstes Ausführungsbeispiel einer Imprägniervorrichtung mit einer induktiven oder transformatorischen Aufwärmvorrichtung in einer schematischen Darstellung,
2 ein weiteres Ausführungsbeispiel für eine Imprägniervorrichtung mit einer induktiven oder transformatorischen Aufwärmvorrichtung und
3 ein weiteres Ausführungsbeispiel der Imprägniervorrichtung mit einer induktiven oder transformatorischen Aufwärmvorrichtung.
Eine in 1 gezeigte Imprägniervorrichtung 1 weist einen Behälter 10 auf, in dem ein eine Wicklung tragendes elektrisches Bauteil 15 in einem Imprägniermittel 12 eingetaucht ist. Das Bauteil 15 ist innerhalb des Behälters 10 von einer Induktionsspule 20 umgeben, mit der in der Wicklung und/oder einem diese aufnehmenden Träger des Bauteils 15 Wärme durch Einkoppeln elektrischer Energie mittels Induktion erzeugt wird. Dabei kann die Wärmeentwicklung in dem Bauteil 15 insbesondere in der Wicklung des Bauteils 15 transformatorisch oder insbesondere in dem Träger des Bauteils 15 durch die mittels Induktion erzeugten Wirbelströme bewirkt werden.
Durch die Aufwärmung des Bauteils 15 z.B. auf einen Temperaturbereich zwischen 100°C und 150°C wird das Imprägniermittel so dünnflüssig, dass es auch in kleinste Hohlräume, insbesondere der Wicklung, eindringt und dort vorhandene Luft verdrängt und anschließend an der Wicklung geliert. Der Eindringeffekt kann dadurch noch verbessert werden, dass die Aufwärmvorrichtung in Kombination mit einer Vakuumerzeugungseinrichtung in dem Behälter 10 genutzt wird, wozu der Behälter 10 während der definierten Erwärmung hermetisch mit einem Deckel verschließbar ist. Die Einkopplung der elektrischen Energie in das Bauteil 15 zur Wärmeerzeugung, insbesondere in den Träger durch Induktionswärme, kann dabei dadurch verbessert werden, dass eine Frequenz oberhalb der Netzfrequenz, z.B. zwischen einem kHz und 80 kHz oder auch bis einige hundert kHz, beispielsweise zwischen 10 kHz und 40 kHz gewählt wird, wobei diese Frequenzeinstellung auch variierbar ausgestaltet sein kann, um eine Anpassung an unterschiedliche Aufbauten von Bauteilen, wie z.B. Rotoren, Statoren, Transformatoren und Spulen oder dgl. vornehmen zu können und auch den transformatorischen Anteil gegenüber dem induktiven Anteil der Wärmeerzeugung variieren zu können. Hierbei kann auch eine Variationsmöglichkeit der Form der Wechselspannung vorgesehen sein.
Um eine weitere Einstellmöglichkeit der Stromwärme zu bieten, ist eine mit der Wicklung des Bauteils 15 verbindbare Stromzuführungseinheit 30 vorgesehen, mit der Gleichstrom oder Wechselstrom oder eine Kombination aus beiden zuführbar ist, um die Wicklung des Bauteils 15 unmittelbar durch Stromwärme entweder allein oder aber zusätzlich zu der Erwärmung mittels der Induktionsspule 20 vornehmen zu können. Auch die Frequenz und die Form dieses Wechselstroms können mittels der Stromzuführungseinheit 30 so einstellbar sein, wie vorstehend im Zusammenhang mit der Wechselspannungsvorgabe der Induktionsspule 20 beschrieben. Die Kombination der Stromzuführungseinheit 30 mit der Induktionsspule 20 ergibt damit eine erhöhte Vielfältigkeit und Anpassungsmöglichkeit an jeweilige Wärmeerfordernisse bei der Imprägnierung.
Darüber hinaus kann die beschriebene Aufwärmvorrichtung auch zur Nachbehandlung des aus dem Imprägniermittel entnommenen Bauteils 15 bzw. nach Ablassen des Imprägniermittels 12 aus dem Behälter 10 genutzt werden, um z.B. eine Temperatur der Wicklung und/oder des Trägers gezielt zu steuern.
Um eine Temperaturbeeinflussung des Imprägniermittels 12 durch die Induktionsspule 20 und die Behälterwandung möglichst zu vermeiden, ist weiterhin eine Kühlvorrichtung 21 für die Induktionsspule 20 und/oder den Behälter 10 vorgesehen. Die Kühlvorrichtung 21 umfasst Kühlmittelkanäle 11 in dem Behälter 10 und/oder Kühlmittelkanäle 21.1 in der Induktionsspule 20, um Kühlmittel durch die Behälterwandung bzw. die Induktionsspule 20 zu führen.
Während bei dem in 1 gezeigten Ausführungsbeispiel die Induktionsspule 20 das Bauteil 15 umgibt, ist bei dem in 2 gezeigten Ausführungsbeispiel eine Induktionsspule 20 in einem Raum innerhalb des Bauteils 15 angeordnet. Außerdem ist bei diesem Ausführungsbeispiel ein ferromagnetischer magnetisierbarer Körper bzw. Magnet-Körper 22 vorgesehen, der eine geschlossene Struktur aus einem ersten, zweiten, dritten Abschnitt 22.2, 22.3, 22.4 und einem entfernbaren oder wegschwenkbaren oberen Jochabschnitt 22.1 zur Konzentration des magnetischen Flusses aufweist. Mit dieser Maßnahme wird die Einkopplung der elektrischen Energie in das Bauteil 15 und damit der Wirkungsgrad der Wärmeerzeugung verbessert. Der wegbringbare Jochabschnitt 22.1 ermöglicht dabei ein einfaches Einbringen des Magnet-Körpers 22 in den Freiraum des Bauteils 15 bzw. ein Einführen des Bauteils 15 über den betreffenden Abschnitt 22.2.
Bei dem in 3 gezeigten weiteren Ausführungsbeispiel ist zur Vergrößerung der Induktionsleistung ein Magnet-Körper 22 aus einer doppelten geschlossenen Anordnung ausgebildet, wobei ein mittlerer Abschnitt 22.2 durch das Bauteil 15 geführt ist und der entfernbare Jochabschnitt 22.1 beide geschlossenen Anordnungen vervollständigt und zum Bilden der einen geschlossenen Anordnung seitlich ein vierter Abschnitt 22.5 vorgesehen ist.
Die induktive Erwärmung kommt besonders in ferromagnetischem Material des Bauteils 15 zur Geltung, während in nicht magnetischem Material, wie z.B. den Kupferwicklungen des Bauteils, die Stromwärme gegebenenfalls in Kombination mit dem transformatorisch erzeugten Anteil besonders wirksam ist. Über regelbare Module können die Wicklungen in allen Temperatur-Bereichen z.B. stufenlos geregelt werden. Außer den vorstehend genannten Frequenzbereichen kön nen auch andere Frequenzen, z.B. in einem Bereich von 5 kHz bis 500 kHz, in Frage kommen.
Das Imprägniermittel 12 kann vor einem Prozessbeginn in den Tauch-Behälter 10 gefüllt werden, wonach das Bauteil 15 zum Imprägnieren eingetaucht wird. Es besteht auch die Möglichkeit, den Behälter 10 während des Prozessablaufs zu fluten oder zu entleeren. Als Kühlmittel für die Induktionsspule 20 und/oder den Behälter 10 kann z.B. Wasser verwendet werden.

Claims

Vorrichtung zum Einbringen oder Aufbringen von Imprägniermittel in oder auf zu isolierende und/oder zu verfestigende Räume elektrischer Bauteile, insbesondere von Wicklungen, mit einem das Bauteil (15) und gegebenenfalls auch das Imprägniermittel (12) aufnehmenden Behälter (10) und einer elektrisch mit Wechselspannung betriebenen Aufwärmvorrichtung für das Bauteil (15), dadurch gekennzeichnet, dass die Aufwärmvorrichtung eine elektrische Energieeinkoppelanordnung zum Erzeugen von Wärme in dem Bauteil (15) aufweist, die mindestens eine in dem Behälter (10) angeordnete, mit dem Bauteil (15) in elektrische wirbelstromerzeugende und/oder transformatorische Wirkverbindung gebrachte Induktionsspule (20) umfasst.
Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die mindestens eine Induktionsspule (20) und/oder der Behälter (10) mit einer Kühlvorrichtung (21) versehen ist/sind.
Vorrichtung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Kühlvorrichtung (21) einen durch die Induktionsspule (20) geführten, von Kühlmittel durchströmten Kühlmittelkanal aufweist.
Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Frequenz der Wechselspannung oberhalb der Netzfrequenz liegt.
Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass zumindest ein Abschnitt der mindestens einen Induktionsspule (20) innerhalb eines von dem Bauteil (15) umgebenen Raums liegt und/oder dass zumindest ein Abschnitt in einem das Bauteil (15) umgebenden Raum angeordnet ist.
Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Energieeinkoppelanordnung einen Magnet-Körper (22) zum Konzentrieren des von der Induktionsspule (20) bewirkten magnetischen Flusses aufweist.
Vorrichtung nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass der Magnetkörper (221 mindestens einen durch einen Hohlraum des Bauteils (15) führbaren oder geführten Abschnitt (22.2) aufweist.
Vorrichtung nach Anspruch 6 oder 7, dadurch gekennzeichnet, dass der Magnet-Körper (22) mindestens eine aus mehreren Abschnitten (22.1, 22.2, 22.3, 22.4; 22.5) gebildete geschlossene Anordnung be sitzt, wobei mindestens ein Abschnitt (22.1) wegnehmbar oder wegschwenkbar ist.
Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass zum Anschließen der Wicklung des Bauteils (15) und Erzeugen einer zusätzlichen Erwärmung durch Strom eine Stromzuführungseinheit (30) vorhanden ist.
Vorrichtung nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, dass die Aufwärmvorrichtung in der Weise ausgebildet ist, dass die Wicklung des Bauteils (15) zumindest überwiegend über die Stromzuführungseinheit (30) erwärmt wird, während ein die Wicklung aufnehmender Träger zumindest überwiegend durch die Induktion erwärmt wird.