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Transformator
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und Verfahren zu dessen Beschichtung
Die Erfindung
bezieht sich auf einen Transformator gemäß dem Oberbegriff von Anspruch 1 sowie
auf ein Verfahren gemäß dem Oberbegriff von Anspruch 4.
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Bekannte Transformatoren sind oftmals mit einer Schicht aus einem
wärmeaushärtbaren Kunstharz, wie etwa Phenolharz, Ureaharz, Melaminharz, Xylolharz,
ungesättigtem Polyesterharz oder Epoxyharz durch Gießen beschichtet. Dies erfolgt
dadurch daß der Transformator, welcher einen Kern, eine damit befestigte Spule und
um die Spule gewickelte Wicklungen aufweist, in die Mitte einer Gießform eingesetzt
und die Gießform mit dem wärmehärtbaren Harz gefüllt oder dieses in die Gießform
eingespritzt wird. Danach wird das Harz ausgehärtet.
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Allerdings verbleiben bei diesen Verfahrensgängen im Kunstharz erzeugte
Reaktionsgase oftmals in Form von eingefangenen Gasblasen zurück, welche sich an
den Oberflächen der Spule, der Spulenwicklungen und des Kerns ansammeln und die
Qualität des Endprodukts nachträglich beeinflussen. Da die Haftung des wärmehärtbaren
Harzes gegenüber dem Transformator schlecht ist, ist es weitgehend unmöglich, diese
Blasen vollständig zu entfernen Wegen dieser Blasenbildungen ist jedoch die Wärmeübertragung
zum Kunstharz außerordentlich ungleichmäßig, was zur Bildung örtlicher überhitzter
Stellen führt, die oftmals Rißbildungen im Harz zur Folge haben.
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Die Spule der Transformatoren ist im allgemeiner aus einem thermoplastischen
Harz hergestellt.
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Da die Adhäsionseigenschaften zwischen dem Thergeplast und dem wärmehärtbaren
Harz der Beschichtung schlecht sind und die beiden Kunststoifwerstoffe üblicherweise
sich beträchtlich voneinander unterscheidende Wärmeausdehnungskoeffizienten aufweisen,
werden hierdurch wiederum Rißbildun-;r während -des Einsatzes verursacht.
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Darüber hinaus ist es beim Gießen der Transformator beschichtung,
wie etwa durch Druckguß, Spritzguß, Druckspritzguß u'dgl.schwierig,den Transformator
exat-Mittelpunkt der Gießform ohne eine Verbiegungoder Versetzung der Spule, der
Wicklungen oder des ü-.'-zu halten. Bei Versetzung einzelner Bauteile ist jedoch
nach dem Gießvorgang an einigen Stellen die Kunstharzbeschichtung zu dünn, was wiederum
Nachteile hinsichtlich der Isolierungseigenschafter mit sich bringt.
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Wird allerdings der Transformator durch Bauteil der Form selbst in
seiner richtigen Lage innerhalb der Form gehalten, so verbleiben jedoch kann dem
Gießen Bauteile des Transformators ohne Beschichtung oder befinden sich in der Kunstharz
schicht zurückbleibende Öffnungen. Selbst wenn nachfolgend diese Öffnungen verschlossen
unc nicht beschichtete Transformatorteile nachträglich bschichtet werden, werden
hierdurch jedoch die Isoliereigenschaften im Ergebnis nicht verbesser-und läßt die
Abdichtung gegenüber Wassereintritt zu wünschen übrig.
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Demgegenüber ist es Aufgabe der Erfindung, eine Transformatorbeschichtung
mit thermoplastischem Kunstharz auszuführen, welche frei von den oben angegebenen
Nachteilen ist, wobei gute elektrische Eigenschaften, wie etwa hohes Isoliervermögen,
aber auch eine gute Wasserabdichtung und Beständigkeit gegenüber Chemikalien gewährleistet
werden sollen.
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Aufgabe ist es weiter, ein Verfahren zur Beschichtung eines Transformators
zu schaffen, mit welchem ein Transformator mit den oben angegebenen Eigenschaften
erzielbar ist.
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Diese Aufgabe wird für einen Transformator gemäß dem Oberbegriff von
Anspruch 1 dadurch gelöst, daß der Transformator im wesentlichen vollständig durch
eine Schicht aus thermoplastischem Kunstharz bedeckt ist, welche in etwa denselben
Wärmeausdehnungskoeffizienten wie der Werkstoff der Spule sowie eine gute chemische
Affinität gegenüber diesem Werkstoff aufweist.
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Für das Verfahren wird die Aufgabe dadurch gelöst, daß ein Transformator,
welcher aus einem Kern, eine über einen Teil des Kerns aufgesetzte Spule aus thermoplastischem
Kunstharz und auf die Spule aufgebrachten Spulenwicklungen besteht, mit demselben
Werkstoff wie die Spule beschichtet wird, wobei die Beschichtung im wesentlichen
den gesamten Transformator abdeckt.
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Weitere Vorteile und Merkmale der Erfindung sind den weiteren Ansprüchen
zu entnehmen.
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Nachfolgend werden Ausführungsbeispiele der Erfindung anhand der Zeichnung
beschrieben. Es zeigen Fig. 1 einen vertikalen Querschnitt,eines nach Maßgabe der
Erfindung gegossenen Transformators, Fig. 2 einen horizontalen Querschnitt entlang
Linie II-II von Fig. 1, Fig. 3 einen Längsquerschnitt eines Transformatoraufbaus
in einer Form, Fig. 4 einen Längsquerschnitt entlang IV-IV von Fig. 3, Fig. 5 eine
perspektivische Ansicht eines im Gießverfahren verwendeten Spulenträgers, wobei
der entsprechende Aufbau hierzu in Fig. 3 dargestellt ist, Fig. 6 eine perspektivische
Ansicht der Spule des in Fig. 3 dargestellten Transformators, Fig. 7 einen Querschnitt
eines weiteren Transformatoraufbaus in einer Form,
Fig. 8 einen
Querschnitt entlang Linie VIII-VIII von Fig. 7, Fig. 9 eine perspektivische Ansicht
eines Stifts, welcher alternativ zu den von der Spule des in den Fig. 7 und 8 dargestellten
Transformators abragenden Vorsprünge verwendet werden kann.
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In den Fig. 1 und 2 ist ein Transformator 1 dargestellt, welcher einen
Kern 4 mit einem mittleren Querteil 2a, eine auf den mittleren Querteil 2a aufgesetzte
Spule 3 sowie auf die Spule 3 aufgebrachte Spulenwicklungen 4 umfaßt, wobei das
ganze im wesentlichen vollständig mit einer Gußschicht 5 aus thermoplastischem Kunstharz
bedeckt ist und die Beschichtung innerhalb einer Gießform 6 durch verschiedene Gießverfahren,
wie etwa Druckguß, Spritzguß, Preßspritzgug u.dgl. erfolgt. Der Kern 2 kann aus
einer Kombination von E-förmigen und I-förmigen Platten bekannter Bauart zusammengesetzt
sein. Die Spule 3 ist aus einem Thermoplast hergestellt, welcher in etwa denselben
Wärmedehnungskoeffizienten aufweist, wie der Werkstoff der Gußschicht 5, und eine
gute chemische Affinität, d.h.
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Benetzungswirkung (wetting action), zum Werkstoff der Beschichtung
5 besitzt und deshalb keine Wärmespannungen zwischen der Schicht 5 und der Spule
3 auftreten, wenn die Temperatur des Transformators während der Verwendung ansteigt,
demzufolge keine Risse und Sprünge auftreten. Wegen der guten
Affinität
zwischen den Werkstoffen der Schicht und der Spule haften diese nach dem Gießvorgang
fest aneinander, so daß eine gute Luftabdichtung und gute Wärmeübertragungseigenschaften
gewährleistet sind.
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In einer möglichen Ausgestaltung kann der Werkstoff der Spule mit
dem Werkstoff der Gußschicht identisch sein. Dadurch wird eine bestmögliche Anpassung
der physikalischen Eigenschaften der beiden Bauteile erzielt. Allerdings ist es
nicht unbedingt geeignet, für beide Bauteile genau die gleichen Kunststoffwerkstoffe
zu verwenden,da die Spule beispielsweise durch einen gewöhnlichen Gießvorgang und
die Schicht beispielsweise durch Spritzgießen gebildet werden, weshalb die Möglichkeit
in Betracht zu ziehen ist, für die beiden Bauteile etwas unterschiedliche Kunststoffe
zu verwenden, welche jedoch in den wesentlichen Eigenschaften, d.h. klärmedehnungskoeffizient
und chemische Affinität, also Benetzungseigenschaften, in ausreichender Weise aufeinander
abgestimmt sind. Die Ähnlichkeit in den Eigenschaften sichert, daß der Transformator
im Einsatz frei von Sprüngen und Rissen und frei von Blasenbildungen während der
Herstellung bleibt.
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Nachdem der Transformator 1 in die Mitte der Gießform 6 eingesetzt
worden ist, wird gemäß der Erfindung das thermoplastische Material 5 in die Form
eingespritzt, wodurch der Transformator 1 mit einer Schicht bedeckt wird. Schließlich
wird die Form 6 abgekühlt.
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In den Fig. 3 und 4 ist ein weiterer Transformatoraufbau in einer
zum Gießen bereiten Form dargestellt.
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Der Transformator 11, welcher einen Kern 12 mit einem mittleren Querteil
12a, eine auf dem mittleren Querteil 12a aufgesetzte Spule 13-und auf der Spule
aufgebrachte Spulenwicklungen 14 aufweist, wird im Mittelpunkt des Hohlraums 17
einer aus einer oberen Form 16a und einer unteren Form 16b bestehenden Gießform
16 auf einem Spulenträger 18 angeordnet , der seinerseit luf die obere Fläche der
unteren Gießform 16b gesetzt ist.
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In Fig. 5 ist der Spulenträger 18 zur Abstützung der Spule 13 dargestellt.
Dieser Spulenträger besteht aus einem Thermoplast, welcher wiederum ungefähr denselben
Wärmedehnungskoeffizienten wie der Werkstoff der Gußschicht sowie aus den bereits
oben erwähnten Gründen eine gute chemische Affinität gegenüber dieser Schicht aufweist.
In gleicher Weise kann der Spulenträger aus genau demselben Material wie die Schicht
oder demgegenüber aus einem Material aufgebaut sein, welches in den wesentlichen
Eigenschaften ähnlich zur Schicht ist und mit dieser leicht verbunden werden kann.
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Der Spulenträger weist einen mittleren ebenen Abschnitt 19 sowie ein
Paar von Seitenabschnitten 20 auf, welche ein wenig nach unten ragen und Längsnuten
21 aufweisen. Entlang der Längsnuten 21 sind eine Anzahl von vertikal sich erstreckenden
Öffnungen 22 vorgesehen.
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In Fig. 6 ist die Spule 13 dargestellt, welche gemäß der Erfindung
in der oben beschriebenen Weise aus einem thermoplastischen Werkstoff hergestellt
ist, welcher in etwa denselben rmedehnungskoeffizienten wie der Werkstoff der Schicht
sowie eine gute chemische Affinität zum Werkstoff der Schicht aufweist. Diese Spule
13 umfaßt ein Trägerelement 22, auf den die Spulenwicklungen 4 aufgebracht werden,
sowie ein paar Stirnplatten 23, eine mittlere Trennungsplatte 24 sowie ein paar
Spulenbeine 25, welche einstückig mit den unteren Enden der Stirnplatten 23 ausgebildet
sind. Zur Verbindung der Wicklungsdrähte sind Klemmenstifte 26 an den Spulenbeinen
25 befestigt und ragen nach unten ab.
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Aus den Fig. 3 und 4 geht deutlich hervor, daß in der oberen Fläche
der unteren Gießform 16b eine Nut 27 ausgebildet ist. Die Nut 27 ist dabei derart
geformt, daß sie genau der unteren Fläche des Stützträgers 18 entspricht. Die Nut
beinhaltet sich in die untere Gießform 16b erstreckende Vertiefungen 28, in welche
die Klemmstifte 26 durch die vertikal sich erstreckenden Öffnungen 22 des Stützträgers
18 eingesteckt werden.
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Der Stützträger 18 wird auf die Nut 27 der unteren Form 16b aufgesetzt,
wobei die Spulenbeine 25 der Spule 13 in der Längsnut 21 des Stützträgers 18, wie
aus den Fig. 3 und 4 hervorgeht, eingepaßt sind, so daß der Transformator 11 genau
und fest in seiner geeigneten Stelle innerhalb der Gießform gehalten ist.
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Infolgedessen bewegt sich der Transformator 11 nicht aus seiner vorbestimmten
Lage innerhalb der Gießform 16, wenn der Gießvorgang durch Einspritzen des thermoplastischen
KunEthrrzes in den Hohlraum 17 der Gießform 16 ausgeführt wird, wodurch ein Transformator
erzielt wird, welcher mit einer Schicht aus thermoplastischem Harz (ein Teil davon
ist durch den Spulenträger 18 gebildet) einer gleichmäßigen Dicke bedeckt wird.
Die einzigen Bauteile des Transformators, welche herausragen, sind die Klemmenstifte
26.
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In den Fig. 7 und 8 ist eine weitere Ausführungsform der Erfindung
dargestellt. Dabei sind die Stirnplatten 23 auf ihren oberen Seiten mit Vorsprüngen
23a ausgebildet, welche sich gegen den Boden der oberen Gießform 16a abstützen,
so daß der Transformator in außerordentlich fester Weise innerhalb der Gießform
fixiert ist. Anstelle dieser sich von den Stirnplatten der Spule sich nach oben
erstreckenden Vorsprüngen 23a können als weitere Möglichkeit separate Stifte, wie
etwa die in Fig. 9 mit dem Bezugszeichen 29 gekennzeichneten Stifte vorgesehen sein.
Diese sind zwischen den Stirnplatten der Spule und der oberen Seite der Form, d.h.
der vom Spulenträger 18 entfernten Formseite, eingesetzt und erfüllen dieselben
Funktionen wie die Vorsprünge 23a in der Vorrichtung gemäß den Fig. 7 und 8.
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Das Material, aus dem diese Stifte hergestellt sind, sollte ebenfalls
ein thermoplastischer Werkstoff sein, welcher in etwa denselben Wärmeausdehnungskoeffizienten
wie der Werkstoff der Beschichtung sowie eine gute chemische Affinität dazu aufweisen.
Gen einer bevorzugten Ausführungsform sind beide Bauteile aus demselben Werkstoff
gebildet.