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Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Herstellung von Transformatorspulenkörpern.
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Ein wichtiges Problem bei der Herstellung von Trockentransformatoren
besteht darin, die Wicklungen aus Kupfer in einen elektrisch isolierenden Werkstoff
derart einzubringen, daß auch nach längerer Betriebsdauer und unabhängig von sonstigen
Einflüssen eine hohe elektrische Durchschlagfestigkeit erhalten bleibt, die Isolierung
von Spule zu Spule also einen hohen Isolationswert aufweist. Diese Anforderungen
werden von bekannten Trockentransformatoren bisweilen nocht nicht in ausreichendem
Maße erfüllt.
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Bekannt ist ein Hochfrequenztransformator, dessen Primärspule in eine
Kunststoffarmmasse, wie Polyäthylen oder Polystyrol, eingebettet ist. Die Sekundärspule
ist konzentrisch um die Fr%märspule angeordnet und besteht aus einer einzigen in
Form eines Metallzylinders ausgebildeten Windung. Außerhalb in der unmittelbaren
Umgebung der Sekundärwindung sind Vorrichtungen vorgesehen, durch welche ein Kühlmittel
zirkuliert, so daß die im Betrieb des Transformators entstehende Wärme laufend abgeführt
werden kann. Dieser bekannte Hochfrequenztransformator mit in Kunststofformmasse
eingebetteter Primärwicklung erfordert also zusätzliche Kühlvorrichtungen zur Wärmeabfuhr.
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Es ist zwar bekannt, Spulen in Gießharz allseitig einzubetten. In
der Praxis hat jedoch die Verwendung von Gießharz als Isoliermittel, beispielsweise
auf dem Gebiet der Trockentransformatoren, auch erhebliche Nachteile. Um eine ausreichende
elektrische Isolation, d. h. eine hohe Durchschlagspannung, zu erzielen, muß man
eine verhältnismäßig dicke Isolationsschicht vorsehen. Eine solche Isolationsschicht
hat aber den Nachteil, daß ohne Verwendung besonderer Kühlvorrichtungen die bei
Transformatoren hoher Leistung auftretende Wärme nicht mehr in genügendem Maße abgeführt
werden kann.
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Die Erfüllung der Bedingung einer ausreichenden Wärmeabfuhr zwingt
somit zu sehr dünnen Gießharzschichten. Bei diesen vermindert sich aber die Höhe
der Durchschlagsspannung bei längerer Betriebsdauer. Dünne Gießharzschichten besitzen
zudem nur eine geringe mechanische Festigkeit, so daß durch Stoß od. dgl. leicht
Risse entstehen, durch welche die elektrische Isolierung der Spulen erheblich herabgesetzt
wird. Begünstigt wird die Rissebildung außerdem noch durch einen häufigen Wechsel
von warm und kalt. Rissebildung ist somit eine bei Transformatoren unbedingt zu
vermeidende Gefahrenquelle.
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Aus diesen Betrachtungen ergibt sich, daß bei Verwendung von Gießharz
als elektrisches Isoliermittel Durchschlagsspannung und elektrische Leistung des
zu isolierenden Teiles einander entgegengesetzte Bedingungen hinsichtlich der Wandstärke
der Isolationsschicht stellen. Daher wurde Gießharz beispielsweise für Trockentransformatoren,
bei denen keine besonderen Kühlvorrichtungen vorgesehen sind, bisher nur bei kleineren
elektrischen Leistungen und hoher Durchschlagsspannung oder bei großer elektrischer
Leistung und kleinerer Durchschlagsspannung verwendet.
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Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, Transformatorspulenkörper
herzustellen, bei denen einerseits die Durchschlagsspannung auch im Dauerbetrieb
genügend hoch bleibt und andererseits eine ausreichende Wärmeabfuhr selbst bei hohen
elektrischen Leistungen gewährleistet ist. Außerdem sollen die Spulenkörper eine
hohe Kurzschlußfestigkeit besitzen.
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Diese Aufgabe wird durch ein Verfahren zur Herstellung von Transformatorspulenkörpern
gelöst, welches erfindungsgemäß auf einen Stützkörper, wie z. B. einen Metallzylinder,
eine elektrisch isolierende, im ungehärteten Zustand weiche bzw. verformbare Werkstoffschicht
und auf dieser eine Mehrzahl von scheiben- oder plattenförmigen, einander schuppenförmig
überlagernden Druckkörpern, wie Blechstreifen, die sieh über die ganze Länge des
Spulenkörpers erstrecken, ausbringt; um diese Druckkörper wird ein biegsames Spannelement,
wie ein Draht oder ein Seil, ein- oder mehrmals herumgeführt und an einem Ende an
einem Festpunkt befestigt, am anderen Ende aber mit einem Zugorgan, wie mit einem
Gewicht, versehen; nach Aushärtung der Werkstoffschicht werden die Druckkörper samt
Zubehör wieder abgenommen und dann die Spulenwicklung aufgebracht. Hierdurch wird
es möglich, Transformatorspulenkörper mit einer relativ dünnen Isolierstoffschicht
herzustellen, bei denen sowohl eine ausreichende Abfuhr der beim Betrieb des Transformators
entstehenden Wärme gewährleistet ist als auch darüber hinaus die Isolierstoffschicht
trotz ihrer Dünnwandigkeit eine hohe Durchschlagsspannung hat bzw. beibehält sowie
eine hohe mechanische Festigkeit besitzt, so daß Rissebildungen durch Stöße od.
dgL sowie auch durch Temperaturwechsel praktisch vermieden sind. Nach dem erfindungsgemäßen
Verfahren hergestellte Transformatorspulenkörper weisere ferner eine hohe Stoßfestigkeit
bei relativ kleiner Wandstärke des Isolierstoffes sowie große Betriebssicherheit
auf: Es ist weiterhin beachtenswert, daß zur Durchführung des erfindungsgemäßen
Verfahrens keine komplizierten und aufwendigen Mittel erforderlich sind.
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Die Isolierstoffschicht kann ein- oder beiderseitig der Wicklung aufgebracht
werden (Halbfabrikat). In der Regel geht man so vor, daß auf einem Stützkörper eine
erste verdichtete Isolierschicht hergestellt wird, auf die die Wicklung aufgebracht
wird; auf der Wicklung wird dann eine zweite verdichtete Isolierschicht hergestellt.
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Der mit den dem Zug unterworfenen Druckkörpern versehene Spulenkörper
wird daraufhin erwärmt, insbesondere in einem Ofen, während ein gleichmäßiger Zug
auf die Druckkörper ausgeübt wird.
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Man geht zweckmäßigerweise so vor, daß man auf die erste, vorzugsweise
aus Polyester und Glasmatten bestehende untere Schicht vor dem Aufbringen der Wicklung
in an sich bekannter Weise, z. B. durch Einpinseln, eine Polyesterh2rmchicht aufträgt,
auf die dann die Wicklung zu liegen kommt. Anschließend wird die Kupferwicklung
dick mit Polyesterharz eingepinselt, wodurch eine weitere Schicht gebildet wird.
Das Polyesterharz wird im flüssigen oder weichen Zustand verwendet. Danach wird
eine weitere Schicht, z. B. aus Glasmatte oder eine Mischung von Glasmatte und Polyester,
aufgetragen und das Ganze mit Hilfe der Druckkörper durch Zuganwendung, vorzugsweise
unter Erwärmung, verdichtet.
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Statt der Seile können auch Drahtschlingen oder Bänder verwendet werden.
Die Druckkörper erstrekken sich über die ganze Länge der Zylinderspule. In vorteilhafter
Weise ist der den Spulenkörper aufnehmende Stützkörper z. B. ein Stahlzylinder,
mit Zapfen od. dgl. versehen, so daß er drehbar ist. Dieser Stahlzylinder
kann
leicht konisch ausgebildet sein. Hierdurch wird erreicht, daß der fertige Spulenkörper
nach seiner Verdichtung leichter vom Zylinder gelöst werden kann.
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Das erfindungsgemäße Verfahren wird an Hand der Zeichnungen näher
erläutert, die schematische Ausführungsbeispiele darstellen. Es zeigt F i g. 1 eine
Aufsicht auf den Spulenkörper sowie den Metallzylinder mit den ausschnittsweise
dargestellten Blechstreifen, F i g. 2 einen Schnitt durch F i g. 1, aus dem die
schuppenförmige Anordnung der Blechstreifen ersichtlich ist, F i g. 3 einen sektorförmigen
Ausschnitt einer fertigen Transformatorspule.
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Auf einen Eisen- oder Stahlzylinder 10, welcher leicht konisch ausgeführt
ist, werden mit Polyesterharz vorimprägnierte Glasfasermatten ein- oder mehrmals
herumgewickelt, wodurch eine Isolierstoffschicht 11 gebildet wird. Diese Glasfasermatten
können je nach der Leistung oder Konstruktion der herzustellenden Transformatorspule
vor dem Auftragen fertig zugeschnitten sein. Alsdann (vgl. F i g. 2) werden streifenförmige
Bleche 12 schuppenförmig übereinander auf die Schicht 11 gelegt. Ihre Länge entspricht
der Länge des Spulenkörpers. Die Blechstreifenlänge kann auch von Fall zu Fall unterschiedlich
sein, ebenso die Breite der Blechstreifen; diese richtet sich nach dem Radius des
Stahlzylinders 10 bzw. der Spule, ferner nach der Blechstärke und der hiervon abhängigen
Biegsamkeit, gegebenenfalls auch nach dem Werkstoff. Wie aus F i g. 2 ersichtlich,
umgeben die Blechstreifen 12 den Spulenkörper vollständig.
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Es schließt sich nun der Erwärmungs- und Verdichtungsvorgang an. Der
Stahlzylinder wird an den Enden mit Flanschen versehen, aus denen in der Längsachse
Drehzapfen hervorragen. Der Stahlzylinder wird in einem Ofen in Drehlagern aufgehängt.
Bevor jedoch die Erwärmung erfolgt, werden auf die Blechstreifen 12 in bestimmten,
sich nach der jeweiligen Spulenlänge richtenden Abständen, Drahtseile, Bänder od.
dgl. 13 in einer oder mehreren Windungen herumgelegt. Das eine Ende 14 des Drahtseiles
13 wird beispielsweise am Ofen 15 (Festpunkt) befestigt, das andere Ende 16 wird
mit einem Gewicht 17 versehen, dessen Größe von der Spulenlänge abhängt. Danach
wird der Spulenkörper samt Stahlzylinder in dem Ofen auf eine Temperatur von z.
B. 140F C erwärmt, der die Schicht 11 erweicht. Die Schuppenbleche 12 üben unter
der gleichmäßigen Zugwirkung des Zugorgans, z. B. des Gewichtes 17, einen allseitigen,
im wesentlichen gleichmäßigen Druck auf die erweichte Isolierschicht 11 aus, die
dadurch zusammengepreßt bzw. verdichtet wird. Die Temperatur des Ofens wird hierbei
so gesteuert, daß je nach den Eigenschaften der Schicht 11 bzw. ihres Polyesterharzes,
vorzugsweise unter Verwendung eines Härterzusatzes, eine Aushärtung erfolgt und
die Schicht 11 somit zu einer festen Masse verbacken wird.
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Anschließend wird der Stahlzylinder 10 mit der Isolierschicht 11 nach
Abnahme der Druckkörper samt Zubehör aus dem Ofen herausgenommen, mittels der Zylinderzapfen
auf eine Wickelbank od. dgl. gebracht und dann mit einer relativ dicken Schicht
18 aus Polyesterharz versehen. Dann wird die Kupferwicklung 19 aufgebracht. Darauf
wird eine weitere Schicht 20 aus Polyesterharz aufgebracht, so daß die Wicklung
19 im weichen oder flüssigen Polyesterharz der Schichten 18, 20 eingebettet ist.
Ist dies geschen, so bringt man eine aus Glasmatten od. dgl. bestehende Schicht
21, die werkstoffmäßig der Schicht 11 entspricht, auf die Schicht 20 auf. Nun werden
wieder die Blechstreifen 12, die Seile 13 sowie das Gewicht 17 angebracht, worauf
sich wiederum ein Verdichtungsvorgang, zweckmäßigerweise wiederum in einem Ofen,
mit Erwärmung und Aushärtung anschließt. Der Spulenkörper eines Trockentransformators
ist dann fertiggestellt. Die Kupferwicklung, von welcher Teil 19 (F i g.
3) nur einen Wicklungsteil darstellt, ist somit einwandfrei isoliert und allseitig
eingebettet. Man kann nunmehr den fertigen Spulenkörper vom konischen Stahlzylinder
10 leicht abziehen. Die Spule ist jetzt zum Einbau in den Transformator fertig.
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Auch die Schaltungskontaktstücke für die Anzapfungen des Transformators
werden in entsprechender Weise isoliert. Auch sie werden in eine isolierende Polyesterharzschicht
eingepreßt. Doch verwendet man hierzu als Druckkörper nicht die Blechstreifen 21
sondern Blechstreifen anderer Gestalt, welche der Form der Anzapfungen angepaßt
sind. Diese besonderen Druckkörper werden in geeigneter Weise auf die Isolierstoffschicht
aufgebracht, bevor die Erwärmung und das Aushärten beginnt.