DE2218349C3 - Verfahren zum Pressen von Wicklungen von Transformatoren und Drosselspulen - Google Patents

Description

Die Erfindung bezieht sich auf ein Verfahren zum gemeinsamen axialen Pressen der koaxialen Lagen und/oder Spulen eines Schenkels von Transformatoren, Drosselspulen u.dgl., bei welchem in ihrer Dicke unterschiedliche Abstützklötze unter einem gemeinsamen Druckkörper verwendet werden. ^M

Die Wicklungen von elektrischen Geräten, wie Transformatoren und Drosselspulen, die in elektrische Netze eingeschaltet sind, werden bei Kurzschlüssen erheblichen dynamischen Stromkräften ausgesetzt, die gleichsinnig stromdurchflossene Windungen räumlich auf den kleinsten Raum zusammenzudrängen suchen.

Da in jeder Wicklung ein beträchtlicher Anteil an festen Isolierstoffen, im allgemeinen Zellulose, also Papier, enthalten ist und dieses Material eine reversible, also elastische, und eine irreversible, aiso plastische, ^b5 Kompressibilität aufweist, würde schon beim ersten Kurzschluß infolge der irreversiblen Kompression des Isolierstoffanteils in jeder Lage oder Spule eine

Lockerung der axialen Halterung eintreten.

Um diese Wicklungen kurzschlußfest zu machen, werden sie daher einer solchen Vorpressung unterzogen, daß die plastische, also verbleibende Verformung der Isolierstoffe infolge des Scheitelwerles des höchstmöglichen Kurzschlußstromes in vollem Umfange vorweggenommen wird, so daß beim Einbau am Kern nur eine den verbleibenden elastischen Anteil der Längenminderung abdeckende Axialverspannung aufgebracht werden muß.

Durch das Vorpressen wird also die Isolierung der Wicklung in axialer Richtung um den plastischen Anteil der Längenminderung verdichtet Durch mehrmaliges Vorpressen mit der gleichen Kraft werden schließlich im elastischen Bereich der Längenänderung stets die gleichen axialen Wicklungslängen erreicht, so daß beim späteren Pressen mit einer geringeren Kraft ein reversibler Verlauf der Längenänderung gewährleistet ist

Die vorgepreßten Wicklungen werden anschließend im Transformator in der Preßkonstruktion mit einer Einspannkraft eingespannt die geringer ist als die oben beschriebene Vorpreßkraft Wenn nun die Anteile der festen Isolierstoffe in benachbarten konzentrischen Lagen oder Spulen verschieden sind, ergeben sich bei gleichen Drücken verschiedene Längenänderungen. Um in jeder Lage oder Spule den plastischen, irreversiblen Teil der Lä'igenminderung vorwegzunehmen, war es bekannt und üblich, jede Lage getrennt zu pressen und einzuspannen, um jeder einzelnen Lage den vorgeschriebenen Druck aufzuzwingen.

Infolge der unterschiedlichen Setzung der einzelnen Lagen oder Spulen entsprechend ihrem Anteil an festen Isolierstoffen wurden dann beim Einbau in den Transformator Spulenabstützungen, im aligemeinen Klötze, verschiedener Dicke auf den einzelnen Lagen oder Spulen aufgesetzt und ihre Dicke so abgestimmt, daß beim Aufbringen eines Preßdrucks über gemeinsame die Lagen oder Spulen überdeckende Klötze oder Preßringe, der spezifische Preßdruck in jeder Lage oder Spule annähernd gleich war.

Dieselbe Maßnahme, d. h. Klötze verschiedener Dicke auf den Stirnseiten der einzelnen Lagen oder Spulen aufzulegen, wurde auch angewendet, wenn die Länge der den Schenkel umgebenden Wicklungen verschieden war (DD-PS 53 189).

Das oben beschriebene Verfahren, d. h. das Vorpressen jeder Lage bzw. Spule ist jedoch sehr aufwendig.

Eine weitere Möglichkeit, jede einzelne Lage entsprechend ihrem Anteil an fester Isolation zu pressen, bestünde theoretisch darin, die einzelnen Lagen von vornherein um den Anteil länger zu wickeln bzw. aufzufüllen, um den sie beim Pressen verkürzt werden.

Da jedoch nach der oben geschilderten Praxis zwei verschiedene Preßkräfte auftreten, nämlich die Vorpreßkraft und die Einspannkraft, die jeweils auch verschiedene elastische Längenänderungen bewirken, so bedeutet dies, daß auch die Anteile, um die die Lagen länger gewickelt werden müßten, entweder entsprechend der Vorpreßkraft oder aber entsprechend der Einspannkraft gewählt werden müßten. Die Schwierigkeit bei einem solchen Verfahren besteht also darin, daß man sich nur für eine der beiden Kräfte entscheiden kann, so daß in jedem Falle einmal eine ungewollt ungleichmäßige Kraftaufteilung auf die einzelnen Lagen erfolgen würde.

Die Erfindung hat die Aufgabe, alle Lagen und Spulen eines Schenkels mit demselben spezifischen Vorpreß-

druck gleichzeitig zu pressen und dabei zu gewährleisten, daß auch bei dem wesentlich kleineren Einspanndruck im Transformator der spezifische Druck auf alle Lagen und Spulen eines Schenkels gleich ist

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß durch ein s Verfahren gemäß Patentanspruch gelöst.

Anhand der F i g. 1 und 2 sei die Erfindung nachstehend näher erläutert

Fig. 1 zeigt den Zustand einer Lagenwicklung vor dem Vorpressen.

Die Lagenwicklung besteht bei diesem Beispiel aus mehreren innenliegenden Unterspannungslagen 1 mit gleicher Windungszahl und Isolation, das gleiche gilt für die darüberliegenden Stammlagen 2 und die außenliegende Regelwicklung 3. Bei diesem Beispiel ist der axiale ksolierstoffanteil der Lage 1 am geringsten und der der Lage 3 am größten, was durch die an den Lagenenden eingezeichneten repräsentierenden Windungen und ihre Isolierung verdeutlicht ist Um diese unterschiedlichen Isolierstoffanteile auszugleichen, werden auf der Wickelbank die Lagen 1—3 um die unterschiedlichen Axialanteile 11—13 länger gewickelt Diese Axiaianteile 11 — 13 können aus in den Lagen eingewickelten Isolierstoffauffüllungen bestehen, sie könnnen aber auch aus aktiven Kupferwindungen bestehen, so daß im letzteren Fall der Wicklungsfüllfaktor verbessert ist An der Stirnseite der Lagen 2 und 3 sind die nachträglich entfembaren erfindungsgemäßen Auffüllungen 22 und 23 angeordnet In diesem Zustand gelangt die Wicklung unter die Presse, deren untere w Platte 4 und deren obere Platte S in F i g. 1 dargestellt ist Anschließend wird die Wicklung in Pfeilrichtung zusammengepreßt wobei die vorher errechnete Vorpreßkraft maximal aufgebracht wird. Nachdem dieser Vorgang mehrmals wiederholt ist so daß die Isolieren- r> gen der einzelnen Lagen vorverdichtet sind und die Längenänderungen einen reversiblen Verlauf haben, ist der Vorpreßvorgang beendet. Die Auffüllungen 22 und 23 werden nunmehr entfernt und der Preßvorgang mit Einspannkraft wiederholt. Unter dem Einfluß dieser 4u Einspannkraft erreichen sämtliche Lagen die sogenannte Einbaulänge /, die sich später im eingebauten Zustand unter Einspannkraft nach dem Aufsetzen auf den Kern und dem Jocheinschichten und Einspannen ergibt. Der zuletzt genannte Preßvorgang mit der Einspannkraft « kann entfallen, wenn die Einspannung erst bei fertig aufgebautem, getrocknetem Aktivteil mittels der Preßkonstruktion erfolgt. Den Zustand der eingebauten und eingespannten Wicklung zeigt F i g. 2. Hier sind anstelle der Preßplatten 4 und 5 die unteren Abstützungen 6 und ^r>o die oberen Preßteile 7 des Transformators eingezeichnet.

Der Einfachheit halber wurden bei dem Ausführungsbeispiel die stirnseitig an den Lagen angebrachten Abstützkeile, Klötze u.dgl. weggelassen. Drs erfindungsgemäße Preßverfahren gestaltet sich jedoch mit diesen zusätzlichen Teilen völlig gleichartig, so daß auf eine Darstellung dieser allgemein bekannten Anordnungen verzichtet werden kann.

Durch das erfindungsgemäße Verfahren wird erst- t>o mais die gemeinsame Pressung aller Wicklungslagen auf einfachste Weise ermöglicht wobei gleichzeitig gewährleistet ist daß sich die Preßkraft in der gewünschten Weise auf alle Lagen verteilt. Wesentlich dabei ist, daß durch die nachträglich entfembaren erfindungsge- <>5 gemäßen Auffüllungen 22 und 23 die Gewähr dafür gegeben ist daß sowohl bei der Vorpreßkraft als auch bei dem Einsatz der Einspannkraft die gewünschte Druckaufteilung erreicht wird. Auch im späteren Betrieb und im Kurzschlußfall, bei dem die Kräfte kleiner oder höchstens gleich der Vorpreßkraft sind, wird dadurch die gewünschte Druckaufteilung eingehalten und eine Lockerung der Isolierung vermieden, so daß alle Windungen stets mit dem gewünschten Druck eingespannt sind.

Die nachträglich entfernbaren Auffüllungen 22 und 23, die aus Klötzen oder Ringen besiehen können, können für jede Wicklungslage getrennt aufgebracht werden. Ergeben sich für mehrere Lagen Auffüllungen gleicher axialer Abmessungen, so können diese Wicklungslagen, falls sie unmittelbar benachbart sind, mit einer gemeinsamen Auffüllung versehen werden. Haben umgekehrt alle Lagen bis auf wenige Ausnahmen den gleichen axialen Isolierstoffanteil, so genügt es, nur die ausgenommenen Lagen mit dem größten axialen Isolierstoffanteil mit den erfindungsgemäßen, nachträglich entfernbaren Auffüllungen zu versehen, so daß hierbei das Verfahren erheblich vereinfacht wird. Wicklungslagen mif sehr hohem Isolierstoffanteil sind bspw. Stufenwicklungen, insbesondere solche mit hohen Regelbereichen.

Um die eingeführten Begriffe und ihre Zusammenhänge zu veranschaulichen, sei am Beispiel der zwei Wicklungslagen 1 und 3, die sich in den Abmessungen am stärksten unterscheiden, der Verlauf der Längenänderungen bei gemeinsamer Pressung beschrieben. Hierzu dienen die Darstellungen in den F i g. 3 und 4. Auf der jeweiligen linken Seite der F i g. 3 und 4 sind die zwei Wicklungslagen 1 und 3 dargestellt, wobei mit 31 bzw. 33 die preßbaren axialen Isolierstoffanteile innerhalb der Wicklungslagen und mit 32 bzw. 34 die blanken Windungsdrähte konzentriert zu verstehen sind. Auf den rechten Seiten sind die dazugehörigen Diagramme der Verläufe der Längenänderungen Δ /für veränderliche spez. Drücke ρ innerhalb der Isolierstoffanteile 31 und 33 gezeigt. Die Koordinatenachsen sind dabei so angeordnet, daß die Ordinate direkt der Längenänderung der eingezeichneten Wicklungslagen 1 und 3 entspricht.

Es wird nun in der F i g. 3 angenommen, daß mit dem Einwirken der Vorpreßkräfte in Richtung 35, in dem die bewegliche untere Preßplatte 4 sich von der Ausgangsebene 4.1 bis zur Ebene 43 nähert, der spez. Druck ρ in der Wicklungslage 3 nach der Kurve 41 bis p\ steigt. In der Wicklungslage 1 dagegen steigt beim ersten Pressen der spez. Druck ρ nach der Kurve 43 bis pizn(pi> p\), allerdings erst nachdem die Preßplatte 4 die Ebene 4.2 erreicht und die kürzere Wicklungslage 1 berührt hat.

Nach dem Entlasten und anschließenden mehrmaligen Pressen stets bis zur Ebene 4.3 stellen sich die reversiblen Längenänderungskurven 42 und 44 ein, die den Längenänderungen von den Lagenenden 38 und 39 bis zur Ebene 43 entsprechen. Werden schließlich die so vorgepreßten Wicklungslagen mit einer kleineren Preßkraft (Einspannkraft) z. B. bis auf die Länge 1, d. h. bis zur Ebene 4.4 gemeinsam eingespannt, so treten in den Wicklungslagen unerwünschte unterschiedliche spez. Einspanndrücke pi und p< auf.

Wird nun für die Zeit der Vorpressung, wie in F i g. 4 gezeigt, die erfindungsgemäße entfernbare Auffüllung 23 an der Wicklungslage 3 mit dem größten axialen Isolierstoffanteil 31 angebracht, so können, wie die Kurven 45 und 47 veranschaulichen, bei entsprechender Länge der entfembaren Auffüllung in beiden Wicklungslagen gleiche spez. Vorpreßdrücke, p\ = p2, erreicht werden. Nach mehrmaligem Vorpressen und

Erreichen der reversiblen Verläufe 46 und 48 wird die Auffüllung 23 entfernt, und das untere Ende der vorgepreßten Wicklungslage 3 befindet sich in der Höhe 40. Dadurch verlagert sich die entsprechende reversible Kurve 46 in ihre neue Lage 49. Beim Einspannen der so entstandenen Wicklungsanordnung ergeben sich dann schließlich in den beiden Wicklungslagen die angestrebten gleichen spez. Einspanndrückc Pi = Pa-

Hierzu 2 Blatt Zeichnungen

Claims (5)

Patentansprüche:

1. Verfahren zum gemeinsamen axialen Pressen der koaxialen Lagen und/oder Spulen eines Schenkels von Transformatoren, Drosselspulen u. dgl., bei ■> welchem in ihrer Dicke unterschiedliche Abstützklötze unter einem gemeinsamen Druckkörper verwendet werden, dadurch gekennzeichnet, daß zum gemeinsamen Vorpressen mit einem dem höchstmöglichen Kurzschlußstrom entspre- to chenden Vorpreßdruck zur Kompensation der unterschiedlichen bleibenden Setzung der festen Isolierungen unterschiedliche zweiteilige Auffüllungen den einzelnen Lagen oder Spulen axial vorgesetzt werden, die entsprechend dem Anteil an 's festen Isolierstoffen und der Setzung beim gegebenen Vorpreßdruck in jeder Lage und Spule bemessen sind, so daß beim höchsten Vorpreßdruck ein gleicher spezifischer Druck auf allen Lagen und Spulen anliegt, und daß zum Einbau im Transformator mit dem kleineren Einspanndruck jeweils ein Teil der Auffüllungen wieder entfernt wird, so daß in Berücksichtigung der unterschiedlichen vom Isolierstoffanteil abhängigen elastischen Längenänderungen der Axialabmessungen jeder Lage und Spule der spezifische Einspanndruck aller Lagen und Spulen ebenfalls wieder gleich ist

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der verbleibende Teil der Auffüllungen weitgehend aus Kupferwindungen besteht und nur der axiale nach dem Vorpressen entfernte Teil aus Isolierstoffauffüllungen.

3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß zum Vorpressen mehrere Wicklungslagen mit gleichen axialen Anteilen der festen Isolation mit einem gemeinsamen entfernbaren Auffüllungsteil versehen werden.

4. Verfahren nach Anspruch 1 —3, dadurch gekennzeichnet, daß das Aufbringen der entfernbaren Auffüllungen bereits auf der Wickelbank vorgenom- "to men wird.

5. Verfahren nach Anspruch 1 —4, dadurch gekennzeichnet, daß nur die Wicklungslage mit dem größten axialen Isolierstoffanteil mit einer entfernbaren Auffüllung versehen wird.