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Verfahren zum Herstellen einer elektrischen Wicklungsanordnung mit
einem Hüllkörper aus einer gießbaren, duroplastischen Kunststoffmasse und nach diesem
Verfahren hergestellte Wicklungsanordnung Es ist bekannt, elektrische Wicklungen,
beispielsweise Wicklungen von Meßwandlern, in einen Hüllkörper aus einer gießbaren,
duroplastischen Kunststoffmasse einzubetten. Ein solcher Hüllkörper umschließt die
Wicklung allseitig, also nicht nur an der äußeren Umfangsseite, sondern auch an
den beiden Stirnseiten und an der Innenseite, und er stellt nicht nur eine gute
elektrische Außenisolation der Wicklung dar, sondern zugleich auch einen guten mechanischen
Schutz der Wicklung sowohl beim Einbauen als auch beim Betrieb der Wicklung.
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Für das Herstellen eines solchen Hüllkörpers sind folgende zwei Verfahren
bekannt: Bei dem einen Verfahren wird der Hüllkörper in einem einzigen Guß um die
Wicklung herumgegossen, und es ergibt sich somit ein einstöckiger Hüllkörper. Bei
dem anderen Verfahren wird, um den Aufwand an zu umgießender Kunststoffmasse zu
verringern, der Hüllkörper nur zum Teil aus Kunststoffmasse gegossen, im übrigen
aber wie folgt von einem Spulentragkörper gebildet: Die Wicklung wird auf einen
Spulentragkörper von solchen Abmessungen gewickelt, daß er mit seinen Stirnscheiben
die Stirnseiten der Wicklung überragt und nur noch die äußere Umfangsfläche der
Wicklung frei läßt, die dann anschließend durch Umgießen mit Kunststoffmasse ebenfalls
abgeschlossen wird. Da sich dabei die um die Wicklung herumgegossene Kunststoffmasse
an die Innenseiten der über die Wicklung hinausragenden Stirnscheibenränder dicht
anschmiegt, so bildet sie zusammen mit dem Spulentragkörper ebenfalls einen die
Wicklung allseitig umschließenden Hüllkörper; dieser ist aber im Gegensatz zu dem
nach dem erstgenannten Verfahren gebildeten Hüllkörper nicht einstöckig, denn die
Trennfläche zwischen Spulentragkörper und Kunststoffmasse ist zwar dicht, bleibt
aber auch nach dem Erhärten der Kunststoffmasse bestehen. Der nach dem zweitgenannten
Verfahren hergestellte Hüllkörper ist somit eine weniger zuverlässige Isolation
einer Wicklung, beispielsweise einer Meßwandlerwicklung, als der nach dem erstgenannten
Verfahren hergestellte einstöckige Hüllkörper.
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In neuerer Zeit hat in der Elektrotechnik als Isolierstoff von vorzüglichem
elektrischem Isolationsverhalten eine Art gießbarer, duroplastischer Kunststoffmassen
Eingang gefunden, die unter der Bezeichnung Gießharze bekanntgeworden sind und zu
denen beispielsweise die Äthoxylinharze gehören. Diese Gießharze unterscheiden sich
von anderen gießbaren, duroplastischen Kunststoffmassen vorteilhaft dadurch, daß
sie ohne stoffliche Ausscheidungen aushärten und daß somit keine Bläschenbildung
infolge stofflicher Ausscheidung beim Erhärten eines Gießharzkörpers eintritt. Dies
gilt auch dann, wenn einem Gießharz in bekannter Weise Füllstoffe, wie z. B. Quarzsand,
beigemengt werden, wenn also statt eines reinen Gießharzes ein Gießharzgemisch verwendet
wird. Eine weitere vorteilhafte Eigenschaft der Gießharze ist, daß sich beim Angießen
von Gießharzmasse an einen bereits ganz oder teilweise erhärteten Gießharzkörper
die angegossene Gießharzmasse fugenlos mit dem schon festen Gießharz zu einem einzigen
Körper verbindet. Bei diesen vorteilhaften Eigenschaften der Gießharze lag es nahe,
Gießharze in der Elektrotechnik überall dort anzuwenden, wo man schon früher andere
gießbare Kunststoffmassen verwendet hat. Es lag also auch nahe, Gießharze zum Herstellen
eines eine Wicklung massiv umschließenden Hüllkörpers zu verwenden, beispielsweise
zum Herstellen nach einem der beiden oben geschilderten bekannten Verfahren.
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Gießharze sind indessen teuerer als andere gießbare, duroplastische
Kunststoffmassen. Man verwendet sie also nur dann, wenn ihre spezifischen Vorteile
den erhöhten Kostenaufwand rechtfertigen, und man verwendet sie auch mengenmäßig
nach Möglichkeit sparsam. Diesem Bestreben kommt das zweitgenannte der beiden bekannten
Verfahren entgegen, bei dem der Hüllkörper zum größten Teil aus einem Spulentragkörper
besteht und der Aufwand an Umgußmasse
sich auf das Umgießen der
äußeren Umfangsfläche der Wicklung beschränkt. Der Anwendung dieses Verfahrens steht
aber, wie oben erwähnt, die verbleibende Trennfuge zwischen dem Spulentragkörper
und der Umgußmasse entgegen, die auch bei Gießharzanwendung bestehenbleiben würde,
wobei zu beachten ist, daß gerade bei hoher Beanspruchung einer Wicklungsisolation,
die die Anwendung von Gießharz wirtschaftlich rechtfertigen könnte, eine solche
Trennfuge um so störanfälliger ist. Diese Überlegung führt dazu, bei Gießharzanwendung
doch nach dem erstgenannten bekannten Verfahren zu arbeiten, also die Wicklung mit
einem sie einstückig, also fugenlos, umschließenden Hüllkörper aus Gießharz zu versehen
und dabei den erhöhten Gießharzaufwand in Kauf zu nehmen.
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Besondere Schwierigkeiten bei dere Anwendung von Gießharz nach dem
erstgenannten Verfahren waren zunächst nicht zu erwarten. Dies stellte sich aber
alsbald als ein Irrtum heraus. Trotz sorgfältigster Durchführung des Verfahrens,
unter genauester Beobachtung jeglicher Maßnahmen, um eine Bläschenbildung im Gießharz
vor und auch während des Umgießens zu verhüten, hielten die so hergestellten Wicklungen
den elektrischen Anforderungen nicht stand. Untersuchungen an durchgeschlagenen
wie auch an aufgeschnittenen ungebrauchten Wicklungen ließen keine Fehlerquelle
erkennen.
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Die Erfindung zeigt ein Verfahren, das diese Schwierigkeiten in einer
überraschend einfachen Weise löst. Auch die Erfindung bezieht sich auf ein Verfahren
zum Herstellen einer elektrischen Wicklungsanordnung mit einem sie auch innen umschließenden,
einstückigen Hüllkörper aus einer gießbaren, duroplastischen Kunststoffmasse, vorzugsweise
der Wicklung eines Meßwandlers. Erfindungsgemäß ist aber ein solches Verfahren dadurch
gekennzeichnet, daß unter Verwendung der an sich bekannten Maßnahme, eine Wicklung
auf einen Spulentragkörper aufzubringen und sie dann an dem vom Spulentragkörper
frei gelassenen Teil ihrer Außenfläche mit einer sich an den Spulentragkörper anschließenden,
gießbaren, duroplastischen Isoliermasse zu verschließen, zunächst der innere Teil
des Hüllkörpers aus einem beim Aushärten schrumpfenden Gießharz, z. B. Äthoxylinharz,
in Form eines Spulentragkörpers gegossen, dann auf diesen die Wicklung aufgebracht
und schließlich der restliche Teil des Hüllkörpers aus dem gleichen Gießharz an
den inneren Teil des Hüllkörpers angegossen wird.
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Da sich bei diesem zweistufigen Verfahren zum Herstellen des Hüllkörpers
der angegossene restliche Teil des Hüllkörpers in der genannten, an sich bekannten
Weise mit dem vorgefertigten inneren Teil des Hüllkörpers fugenlos verbindet, so
erhält man ebenso einen einstückigen Hüllkörper wie bei Anwendung des erwähnten
bekannten Verfahrens, bei dem ein einstückiger Hüllkörper in einem einzigen Guß
hergestellt wird. In der Auswirkung unterscheidet sich aber das Verfahren nach der
Erfindung gegenüber dem bekannten Verfahren erheblich. Dieser Unterschied läßt sich
wie folgt erklären: Stellt man einen einstückigen Hüllkörper in der bekannten Weise
in einem einzigen Guß her, so schrumpfen beim Erhärten des Gießharzes alle Teile
des Hüllkörpers gleichzeitig. Schrumpfen ist ein Sichzusammenziehen. Der die Wicklung
an der äußeren Umfangsseite umgebende Teil des Hüllkörpers zieht sich beim Schrumpfen
radial einwärts zusammen, also in der Richtung zur Wicklung hin. Er übt hiermit
einen Druck auf die Wicklung aus und unterstützt dadurch sowohl die innere Festigkeit
der Wicklung als auch die Verbindung zwischen Wicklung und Hüllkörper. Auch der
an der Innenseite der Wicklung befindliche Teil des Hüllkörpers zieht sich bei dem
bekannten Verfahren. radial einwärts zusammen, doch ist diese Einwärtsrichtung des
Zusammenziehens nicht zu der Wicklung hin gerichtet, sondern von der Wicklung weg
gerichtet. An der Innenseite der Wicklung übt also der Hüllkörper auf die Wicklung
nicht einen Druck aus, sondern einen Zug, und er setzt hierdurch sowohl die innere
Festigkeit der Wicklung als auch die Festigkeit der Verbindung zwischen Wicklung
und Hüllkörper herab. Gerade dies ist aber, wie der Erfinder erkannt hat, die bisher
vergeblich gesuchte Ursache der Fehlschläge beim Herstellen des HüIIkörpers in einem
einzigen Guß, und diese Ursache ist beim Verfahren nach der Erfindung wie folgt
ausgeschaltet: Da beim Verfahren nach der Erfindung der innere Teil des Hüllkörpers
in Form eines Spulentragkörpers aus Gießharz bereits vorgefertigt ist, bevor die
Wicklung aufgebracht wird, so ist bei ihm der Vorgang des Schrumpfens und des Sichzusammenziehens
bereits abgeschlossen. Wenn dann nach dem Aufbringen der Wicklung der restliche
Teil des Hüllkörpers an den inneren Teil, also an den Spulentragkörper, angegossen
wird, so schrumpft dann nur noch dieser restliche Teil, dessen radial einwärts gerichteter
Schrumpfdruck nicht nur die genannte vorteilhafte Wirkung auf die Wicklung und auf
seinen Verband mit dieser zur Folge hat, sondern zusätzlich die Wicklung auf ihrer
Innenseite noch fester gegen den vorgefertigten, bereits starren. also nicht mehr
ausweichenden und somit als festes Widerlager wirkenden inneren Teil des Hüllkörpers
andrückt.
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Die Wirkung des vorgefertigten inneren Teiles des Hüllkörpers, also
des Spulentragkörpers, als Widerlager kann gemäß einer Weiterbildung des Verfahrens
nach der Erfindung noch dadurch erhöht werden, daß vor dem Gießen des restlichen
Teiles des Hüllkörpers an der vorzugsweise zylindrischen Innenseite des inneren
Teiles des Hüllkörpers und, an dieser anliegend, ein oder mehrere aufeinandergeschichtete,
vorzugsweise an den beiden Enden über den inneren Teil des Hüllkörpers hinausragende,
ebenfalls aus dem gleichen Gießharz vorgefertigte Stützkörper angeordnet und beim
Gießen des restlichen Teiles des Hüllkörpers mit diesem zum mindesten teilweise
umgossen werden.
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Mit dem zweiten der beiden genannten bekannten Verfahren hat das Verfahren
nach der Erfindung gemeinsam, daß der Hüllkörper in einem zweistufigen Arbeitsvorgang
unter Verwendung eines vorgefertigten Spulentragkörpers hergestellt wird; es unterscheidet
sich aber von dem bekannten Verfahren dadurch wesentlich, daß bei ihm der Spulentragkörper
aus der gleichen Masse wie der übrige Hüllkörper hergestellt wird, also ebenfalls
aus Gießharz, und daß sich trotz der zweistufigen Arbeitsweise und trotz Aufbaus
des Hüllkörpers aus zwei Aufbauteilen doch ein fugenloser, einstückiger Hüllkörper
ergibt.
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Selbstverständlich können bei dem Verfahren nach der Erfindung zum
mindesten Teile des Gießharzes in bekannter Weise mit Füllstoffen, z. B. Quarzmehl
u. dgl., versetzt werden.
An Hand der Zeichnung werden die Vorteile
des Verfahrens der Erfindung noch näher erläutert, wobei auch vorteilhafte Weiterbildungen
dieses Verfahrens genannt werden.
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Die Zeichnung zeigt schematisch einen Schnitt durch eine Meßwandlerhälfte.
Zuführungsleitungen und Anschlußisolatoren des Wandlers sind der übersichtlichkeit
halber nicht mitgezeichnet. Der dargestellte Meßwandler ist erfindungsgemäß wie
folgt hergestellt: Der gestrichelt gezeichnete Spulentragkörper 1 ist aus
Gießharz vorgefertigt, er bildet den inneren Teil des die Wicklung umschließenden
Hüllkörpers. Die auf den Spulentragkörper 1 gewickelte und mit Gießharz imprägnierte
Wicklung 2 ist zuerst ausgehärtet worden und dann an ihrer zylindrischen
Innenseite mit den zylindrischen Stützkörpern 3 und 4 versehen worden, die ebenfalls
aus Gießharz vorgefertigt sind. Schließlich ist der restliche Teil 5 des
Hüllkörpers aus Gießharz herumgegossen worden, wobei er sich mit dem Spulentragkörper
1 zu einem einstückigen Hüllkörper verbunden hat. Die Innenfläche 6 des Stützkörpers
4 ist beim Angießen des Teiles 5 vorteilhaft frei gelassen worden. Der Teil
5 des Hüllkörpers hat sich auch mit den beiden Stützkörpern 3 und 4, an seinen Berührungsflächen
mit diesen, einstückig verbunden. Vorteilhaft ist es bei dem dargestellten Ausführungsbeispiel,
daß der restliche Teil s des Hüllkörpers den inneren Teil 1 des Hüllkörpers
stirnseitig umgreift, so daß er beim Sichzusammenziehen auch von den Stirnseiten
her einen Druck auf den Spulentragkörper und damit auch in Richtung auf die Wicklung
hin ausübt.
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Die Form und Größe der in der Zeichnung beispielhaft dargestellten
Einzelteile 1 bis 5 können bei dem Verfahren nach der Erfindung beliebig sein. Die
Wicklung kann beispielsweise statt des dargestellten viereckigen Querschnittes einen
runden Querschnitt haben. Die Stützkörper 3 und 4 brauchen nicht unbedingt vorgesehen
zu werden, sie sind aber, insbesondere bei größeren Wandlern bzw. Wicklungen, vorteilhaft,
da sie die Festigkeit des als Widerlager wirkenden Spulentragkörpers erhöhen. Ihre
Anzahl kann beliebig sein.