DE2106657B2 - Elektrische Spule und Verfahren zu ihrer Isolierung - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft eine elektrische Spule nach dem Oberbegriff des Anspruches 1 sowie ein Verfahren zur Isolierung einer Spule nach Anspruch 1. Die Spulenisolation muß eine hohe Spannungsfestigkeit haben, z. B. eine elektrische Durchschlagsfestigkeit von 2000V.

Das Aufbringen einer Isolationsschicht auf eine Spule mit mehreren Windungen geschieht üblicherweise so. daß ein isolierendes Band mit einer gewissen Überlappung um die Spule gewickelt wird. Auch wenn man dabei ein Schrumpfband, beispielsweise aus Silikon gummi, verwendet d. h. ein Band, das bei Erwärmung schrumpft ist es schwierig, Lufteinschlüsse zwischen den verschiedenen Lagen oder Windungen des Isolier bandes zu vermeiden. Eine hochwertige Hochspan nungsisolation erfordert bei diesem Verfahren eine große Genauigkeit hinsichtlich Gleichmäßigkeit und Dichte der Isolierung. Diese Nachteile gelten auch bei einer Isolierung aus Foliematerial, das um die Spule ge legt und beim Umwickeln mit Band befestigt wird, wie es z. B. in dem deutschen Patent 12 21 358 beschrieben ist.

Aus der deutschen Auslegeschrift U 13 017 ist es bekannt einen einzelnen Leiter statt mit einem Band mit einem Schrumpfschlauch zu isolieren, wobei man eine absolut dichte und einheitliche Leiterisolation hoher Qualität erhält. Auf eine geschlossene Spule läßt sich die aus dieser Entgegenhaltung bekannte Isolierung jedoch nicht übertragen.

Aus der DT-PS 9 56 255 ist eine elektrische Spule bekannt bei der die Isolierung aus einem Schlauch aus s^hrumpffähigem Material besteht. Auf dem mittleren Teil dieses Schlauches ist die Wicklung aufgebracht, und die herausstehenden Enden sind dann derart aufgeweitet worden, daß sie über die Stirnseiten herum um den äußeren Umfang der Wicklung gestülpt werden können. Die beiden sich überlappenden Teile der umgestülpten Enden werden miteinander verklebt oder verschweißt. Die umgestülpten Enden werden durch Schrumpfung auf den Außenumfang der Spule fest aufgebracht. Der Nachteil dieser Spule besteht darin, daß die Dicke der Isolation infolge der Aufweitung von innen nach außen abnimmt und daß die Isolation außen mit einer die elektrische und mechanische Festigkeit schwächenden Nahtstelle versehen ist. Die Verwendung einer solchen Spule für elektrische Maschinen nach entsprechender Formgebung ist nicht möglich, da eine Maschinenspule an allen Stellen der Nuten eine gleich starke Spulenisolation haben muß.

Aus der FR-PS 7 37 051 ist es bereits bekannt, zum Wickeln von aus sehr kräftigen Leitern bestehenden Transformatorspulen, die sehr hohen Kurzschlußkräften standhalten müssen, den Leiter mittels eines rotierenden Bandes oder einer Kette in einen mit einer offenen Stelle am Umfang versehenen Hohlkörper durch

Drehen einzuziehen- Das zum Einziehen verwendete 3and dient dabei nicht zur Formung des Querschnittes der Spule. Der ringförmige Hohlkörper dient ebenfalls nicht der Isolierung, sondern der mechanischen Festigkeit Die eigentliche Spulenisolieru «g wird dadurch hergestellt, daß nach Fertigstellen der Spule warmes, flüssiges Isoliermaterial in den Hohlkörper eingepreßt wird, das sich beim Erkalten verfestigt

Aus der österreichischen Patentschrift 2 07 450 ist es bereits bekannt, auf einen mit einer Isolation versehenen Roebelstab einen Schrumpfschlauch aufzubringen. Abgesehen davon, daß bei dieser bekannten Anordnung der Schrumpfschlauch nicht der Isolierung, sondern der Abdichtung dient, stellt die Aufbringung bei einem Roebelstab keine Schwierigkeit dar, da der fertige Stab als gestreckte Stange vorliegt, auf die ohne weiteres ein Schrumpfschlauch aufgeschoben werden kann.

Aus der deutschen Patentschrift I 91 083 ist es bekannt, die Wicklung eines Transformators Windung für Windung durch das Fenster des Transformatorkernes einzufädeln. Bei der Herstellung solcher Transformatoren, bei denen der Kern zunächst fertiggestellt wird, besteht keine andere Möglichkeit, als die Wicklung Windung für Windung um den Schenkel herum und durch das Fenster zu wickeln.

Der vorliegenden Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Spule nach dem Oberbegriff des Anspruches I unter Anknüpfung an die aus der DT-PS 9 56 255 bekannte Spule derart weiterzuentwickeln, daß die Spulenisolation frei von Lufteinschlüssen ist und an allen Umfangsstellen des Spulenquerschnittes gleiche Durchschlagsfestigkeit aufweist, wodurch eine solche Spule für die Nuten elektrischer Maschinen verwendbar wird. Ferner liegt der Erfindung die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren zur Herstellung einer Spule gemäß Anspruch I zu finden.

Die Lösung des erstgenannten Teils der Aufgabe bei einer Spule nach dem Oberbegriff des Anspruches 1 erfolgt erfindungsgemäß durch die im kennzeichnenden Teil des Anspruches 1 genannten Merkmale.

Zur Lösung des zweiten Teils der Aufgabe wird ein Verfahren zur Herstellung einer Spule ^emäß der Erfindung angegeben, welches die im kennzeichnenden Teil des Anspruches 2 genannten Merkmale aufweist.

Für den Schrumpfschlauch wird ein Material verwendet, das die Eigenschaft hat, nach kurzer Erwärmung radial stark zu schrumpfen, z. B. entsprechend einer Innendurchmesserverminderung von 50%. Schrumpfschläuche gibt es in hochwertigen Isolations- so material, z. B. aus Silikongummi.

Nach einem zweiten Verfahrensvorschlag der Erfindung wird der Schrumpfschlauch auf eine fertig gewikkelte Spule in der Weise aufgebracht, daß er zunächst über die außenliegende Windung und anschließend SS über die folgenden Windungen so geschoben wird, daß die außenliegende Windung stets wieder mit eingefädelt wird.

Nach einem weiteren Vorschlag der Erfindung wird ein gewellter, nahezu balgförmiger Schrumpfschlauch verwendet, wobei die Wärmebehandlung zum Schrumpfen auch eine bedeutende Verlängerung des Schrumpfschlauches zur Folge hat. Dies ist vorteilhaft, da das Aufbringen des Schlauches auf die Spulen nach jedem der genannten Verfahren bei einem verhältnis- ⁶S mäßig kurzen Schrumpfschlauch leichter auszuführen ist als bei einem längeren. Eine Erleichterung wird schon erreicht, wenn die durch die Erwärmung erreichbare Verlängerung nur 30% beträgt, es hat sich jedoch herausgestellt, daß man ohne Schwierigkeiten eine Verlängerung von über 100% erreichen kann. Eine große Verlängerungsmöglichkeit ist von besonderer Bedeutung, wenn die ganze Spule oder ihr überwiegender Teil. z. B. 90%, mit einem Schrumpfschlauch versehen werden soll. Dann ist ein einziger zusammenhängender Schrumpfschlauch für die ganze Spule vorzuziehea Wenn man das eine Schlauchende auf das andere aufschrumpft, kann man eine dichte und einheitliche Hülle um die Spule erhalten, besonders wenn der Schrumpfschlauch von Anfang an eine öffnung oder mehrere öffnungen zum Durchziehen der Leiterenden der Spule hat ist das nicht der Fall, kann man an geeigneten Siellen Löcher anbringen und mit sich erhärtendem Plast od. dgl. abdichten oder ein besonderes Durchführungsrohr verwenden, z. B. aus Plast, das mit einem Dichtungsflansch versehen ist. der innerhalb des Schrumpfschlauches angeordnet ist In manchen Fällen kann die Spule mit mehreren hintereinanderliegenden Schläuchen oder Sctilauchteilen, die in ungeschrumpften Zustand übereinander und mit im wesentlichen 100%iger Überlappung angeordnet werden, eingekapselt werden.

Insbesondere dann, wenn die Spule für verhältnismäßig hohe Spannungen isoliert werden soll, z. B. 3 bis 10 kV, ist es wichtig, daß Lufteinschlüsse zwischen dem Schrumpfschlauch und der Spule vermieden werden. In einigen Fällen kann es ausreichend sein, eine isolierende Schicht aus nachgiebigem festen Material, z. B. aus weichem Gummi, zwischen Spule und Schrumpfschlauch anzubringen. Noch größere Sicherheit gegen Lufteinschlüsse erreicht man, wenn man statt dessen ein zumindestens bei Erwärmung mehr oder weniger flüssiges Isoliermaterial verwendet.

Insbesondere bei Verwendung eines flüssigen Isoliermaterials ist es vorteilhaft, die für das Schrumpfen erforderliche Erwärmung auf eine besondere Weise auszuführen, nämlich indem man Teile des Schrumpfschlauches, die in Längsrichtung des Schlauches unmittelbar hintereinanderliegen, nacheinander bis zur vollen Schrumpfung erwärmt. Wenn das obengenannte Isoliermaterial, z. B. in Form einer zähflüssigen Paste — zumindestens zu Anfang der Wärmebehandlung —. mit einer Menge je Längeneinheit des Spulenumfanges zugeführt wird, die größer ist als die für die fertige Spule erforderliche, bewirkt die sukzessive Erwärmung des Schlauches eine Wulst von fließendem Isoliermaterial, die vor der Schrumpfzone hergetrieben wird, so daß Lufteinschlüsse verhindert werden. Das fließende Isoliermaterial wird kurz vor Beginn der Erwärmung zugeführt oder in einem verhältnismäßig frühen Stadium, z. B. indem die Spule oder der Schrumpfschlauch mit einem sich erhärtenden Plast belegt wird, der einige Zeit nach dem Aufspritzen erstarrt bei Erwärmung erst schmilzt und dann erhärtet.

Die Erwärmung mit einer sich entlang der Spule sukzessiv verschiebenden Erwärmungszone hat außer der genannten günstigen Wirkung den Vorteil, daß man eine sichere Streckung des Schrumpfschlauches in Längsrichtung erreicht, was besonders bei der Verwendung von gewellten Schrumpfschläuchen von Bedeutung ist. In solchen Fällen kann es manchmal berechtigt sein, den Schrumpfschlauch in Verbindung mit der Erwärmung einer gemäßigten Zugkraft auszusetzen.

Die gemäß dem Verfahren nach der Erfindung kreisförmig gewickelte Spule wird vor oder nach dem Aufschrumpfen des Schrumpfschlauches durch plastische

Verformung in die für das Einlegen in die Nuten einer elektrischen Maschine erforderliche Form gebracht.

Die Erfindung ist im folgenden an Hand einer Zeichnung näher beschrieben; in dieser zeigen
; Fig.il, la und Ib ein Wickelverfahren und Spulenquerschnitte gemäß der Erfindung,

Fig.2 eine fertig gewickelte Spule und Schrumpfschläuche, . .

■ F i g. 3 eine Anordnung zum Erwärmen eines eine Spule umgebenden Schrumpfschlauches und 1=

F i g. 4 einen Querschnitt durch eine Spulenseite, die mit einer Weichgummischicht zwischen Leiterbündel und Schrumpfschlauch versehen ist.

In F i g. I bezeichnet 1 einen isolierten Leiter mit rundem oder rechteckigem Querschnitt. Das vordere Ende des Leiters ist am Punkt P an einem runden Spulenrahmen 2. und zwar am Boden einer am Umfang verlaufenden L-förmigen Nut befestigt. Der Rahmen 2 hat einen abnehmbaren Teil 3 und kann unter Einwirkung mehrerer Rollen 4, z. B. aus Gummi, rotieren. Ein Schrumpfschlauch S wird von zwei feststehenden Schlauchhaltern 6 und 7 festgehalten. Mit 25 ist eine Anordnung zum Strammziehen des Leiters 1 bezeichnet, durch diese wird der Leiter 1 beim Aufspulen auf den Rahmen 2 gezogen. Mit 8 sind Führungsstücke bezeichnet, die parallel zum Flansch 9 des Spulenrahmens liegen.

Bei einem Verfahren gemäß der Erfindung, das mit Hilfe der in F i g. 1 gezeigten Anordnung durchgeführt wird, wird zuerst der kreisförmige Spulenrahmen 2 geöffnet, indem der herausnehmbare Teil 3 entfernt wird. Dann wird der Schrumpfschlauch 5 auf den Rahmen 2 gezogen und zwischen den Backen 6 und 7 festgeklemmt. Der Rahmenteil 3 wird dann an seinen Platz gebracht, der Leiter 1 wird mit seinem vorderen Ende am Punkt P befestigt, wonach der Rahmen 2 in Rotation gebracht und der Leiter 1 auf dem Rahmen 2 aufgespult wird. Wenn die gewünschte Anzahl Spulenwindungen erreicht ist, wird der Rahmenteil 3 sowie die mit radial ausgerichteten Schrauben angebrachten Führungsstücke 8 entfernt die beim Aufspulen parallel zum Flansch 9 liegen. Nunmehr kann der Rahmen 2 von der Spule ab- und aus dem Schrumpfschlauch herausgenommen werden.

In einigen Fällen, z. B. wenn die fertige Spule kleine 4s Krümmungsradien haben soll, wie z. B. eine rechteckige Spule mit verhältnismäßig scharfen Ecken, kann es vorteilhaft sein, der Spule erst eine abweichende, beispielsweise eine Kreisform zu geben and sie mit einem nichtgeschrumpften Schlauch zu versehen. 1st die Spulenform verschieden von der endgültigen, erreicht man diese durch Ziehen und/oder Pressen in radialer Richtung, so daß die Spule m gewünschter Weise geformt wird. Danach wird der Schrumpfschlauch (oder die -schläuche) in die gewünschte Lage gebracht und der S5 zum Aufschrumpfen erforderlichen Wärmebehandlung unterworfen. Fi g. la und Ib zeigen zwei verschiedene Spulenformen 2 bzw. 2a mit Schrumpfschläuchen S -bzw. Sa

In F i g. 2 bezeichnet 20 eine aus einem isolierten Leiter 21 gewickelte Spule, die nachträglich mit einem Schrumpfschlauch versehen werden soll. Die Spule wird an zwei verschiedenen Stellen am Spulenumfang mit einer Isolationsschicht versehen, indem zwei Schrumpfschläuche 22 und 23 auf dasselbe Leiterende gezogen und dann kontinuierlich den ganzen Leiter entlanggeführt werden. Jedesmal, wenn ein Schrumpfschlauch eine der Windungslänge entsprechende Strekke vorgeschoben wurde, wird das Leiterende erneut durch das Rohr gezogen.

F i g. 3 zeigt eine Spule 30, bei der die abschließende Wärmebehandlung erst zum Teil durchgeführt ist. Ein Teil 356 des Schrumpfschlauches umschließt dicht das aus mehreren Spulenwindungen 32 gebildete Leiterbündel. während der übrige Teil 35a des Schrumpfschlauches der erforderlichen Wärmebehandlung noch nicht ausgesetzt worden ist Der Schrumpfschlauch ist gewellt und soll nach beendeter Wärmebehandlung die ganze Spule bedecken. Die Erwärmung geschieht mit Hilfe eines hohlen Ringes 33 mit einer Einlauföffnung 34 und mehreren radial nach innen gerichteten Ausströmungsöffnungen 36 für heiße Luft Der Ring 33 wird mit im wesentlichen konstanter Geschwindigkeit am Umfang der Spule entlanggeführt Ein dickflüssiges Isoliermaterial ist in den Zwischenraum zwischen Schrumpfschlauch und Spule eingeführt worden, ehe die Wärmebehandlung begonnen wurde, und zwar in solcher Menge, daß eine Wulst 37 aus Isoliermaterial vor der Erwärmungszone hergetrieben wird.

In gewissen Fällen kann man die für die Wärmebehandlung erforderliche Zeit reduzieren, indem man anstatt der in Fig.3 gezeigten Erwärmungsanordnung eine schmale Heißluftzone verwendet die die gesamte Spulenbreite umfaßt und die Spule mit ihrem einen Ende so in der Zone führt daß die Mitte des Schrumpfschlauches zuerst wärmebehandelt wird und daß sich von dort aus zwei Schrumpfzonen zu je einem Schrumpfschlauchende bewegen.

In F i g. 4 bezeichnet 45 einen erwärmten und geschrumpften Schrumpfschlauch, in dem eine Schicht 54 aus verhältnismäßig weichem Gummi angebracht ist und der ein Bündel Leiter 51 umschließt von denen jeder zu einer Windung einer gemäß dem in Verbindung mit F i g. 1 beschriebenen Verfahren hergestellten Spule gehört.

Ein Verfahren gemäß der Erfindung kann bei der Herstellung von Spulen für viele verschiedene Verwendungsgebiete in der Starkstromtechnik angewandt werden, z. B. Transformatorspulen, Feldspulen für Synchronmaschinen und Stator- und Rotorspulen für Gleichstrom- und Asynchronmaschinen.

Wie erwähnt kann das Schrumpfen von Sehnimpfschläuchen bekannter und im Handel befindlicher Art durch Erwärmung erreicht werdea Theoretisch kann man sich einen Schrumpfschlauch vorstellen, der nach anderen physikalischen Prinzipien wirkt z. B. in Form eines dünnwandigen, steifen Rohres in Kombination mit einem stark deformierten elastischen Gummirohr, wobei das Schrumpfen durch Verformung des steifen Rohres zustande gebracht wnxl Wenn es sich z. B. um ein Rohr aus gehärtetem Glas handelt, kann die Deformierung mit mechanischen Mitteln erfolgen, besteht es aus Hartplast wird es mit Hilfe einer geeigneten Lösung weicher gemacht Die Verwendung solcher Schrumpfschlauchtypen liegt hn Rahmen der Erfindune.

Hierri 2 Blatt Zeichnungen

Claims (11)

Patentansprüche: 21 657

1. Mehrere Windungen aufweisende Spule zum Einlegen in die Nuten elektrischer Maschinen, bestehend aus einem einzigen durchgehenden, isolierten Leiter und einer Spulenisolation, dadurch gekennzeichnet, daß die Spulenisolation aus einem nahtlosen Schrumpfschlauch (5) mit im wesentlichen konstanter Wandstärke besteht

2. Verfahren zur Herstellung einer Spule nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß ein Schrumpfschlauch auf einen ringförmigen, drehbaren Spulenrahmen mit einem herausnehmbaren Umfangsstück gebracht wird, daß ein isolierter elektrischer Leiter auf den durch sein Prefil den Spulenquerschnitt bestimmenden Spulenrahmen gewickelt wird, wobei der Schrumpfschlauch am Mitdrehen gehindert wird, und daß nach vollendetem Wickeln der Spulenrahmen unter Lösung des herausnehmbaren Umfangsstückes und seitlicher Führungsstücke entfernt wird.

3. Verfahren zum Aufbringen des Schrumpfschlauches auf eine Spule nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Schrumpfschlauch auf eine 2$ fertig gewickelte Spule in der Weise aufgebracht ist, daß er zunächst über die außenliegende Windung und anschließend über die folgenden Windungen so geschoben wird, daß die außenliegende Windung stets wieder mit eingefädelt wird.

4. Verfahren nach Anspruch 2 oder 3, gekennzeichnet durch die Verwendung eines balgartig gewellten Schrumpfschlauches.

5. Verfahren nach einem der Ansprüche 2 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß die endgültige Schrumpfung des Schrumpfschlauches durch aufeinanderfolgendes Schrumpfen von in der Längsrichtung des Schlauches hintereinanderliegenden Teilen des Schlauches erreicht wird.

6. Verfahren nach einem der Ansprüche 2 bis 5. dadurch gekennzeichnet, daß eine Schicht aus nachgiebigem Isoliermaterial zwischen Spule und Schrumpfschlauch angeordnet wird, ehe das Schrumpfen durchgeführt wird.

7. Verfahren nach einem der Ansprüche 2 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß vor dem Schrumpfen ein Isoliermaterial in den Schrumpfschlauch eingeführt wird, das bei einer Temperatur, die gleich oder niedriger ist als die beim Schrumpfen angewandte maximale Temperatur, fließend ist.

8. Verfahren nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß das flüssige Isoliermaterial zumindest dem mit dem Schrumpfen beginnenden Teil des Schrumpfschlauches in einer Menge je Längenein- hi\ Her Spulenseite zugeführt wird, die größer ist als die für die fertig isolierte Spule erforderliche, wobei die endgültige Verteilung dieses Isoliermaterials längs des Spulenumfanges durch das aufeinanderfolgende Schrumpfen des Schrumpfschlauches zustande gebracht wird.

9. Verfahren nach einem der Ansprüche 2 bis 8, dadurch gekennzeichnet, daß der Schrumpfschlauch in geschrumpftem Zustand mindestens 90% des Spulenumfanges umschließt.

10. Verfahren nach einem der Ansprüche 2 bis 8, dadurch gekennzeichnet, daß mehrere Spulenteile durch mehrere längs des Spulenumfanges angeordnete Schrumpfschläuche isoliert werden und die Spulenteile zwischen den Enden zweier benachbarter Schrumpfschläuche nur von anderem Isoliermaterial umschlossen sind

11 Verfahren nach einem der Ansprüche 2 bis 8, dadurch gekennzeichnet daß mehrere Schrumpfschlauchteile zunächst mit großer Überlappung auf der Spule angeordnet sind und daß die Überlappung wesentlich vermindert wird, ehe das endgültige Schrumpfen der Schläuche stattfindet