DE4106343C2 - Verfahren und Vorrichtung zur Herstellung von Formstücken aus Preßspan für den Einsatz in Transformatoren - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Herstellung von Formstücken aus Preßspan für den Einsatz in Transformatoren gemäß dem Oberbegriff des Patentanspruchs 1 sowie eine Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens.

Aus dem DE-Lexikon Technik und exakte Naturwissenschaften, Fischer TB-Verlag 1972, insbesondere S. 2144, 2145 ist die Herstellung von Papier aus Altpapier durch Mahlung und Mischung von Roh- und Halbstoffen, die nach Verdünnung mit Wasser auf einer Papier- oder Pappemaschine zum Endprodukt verarbeitet werden. Dies kann je nach Zusammensetzung Papier für den Schreibbedarf oder ein Spezialpapier für elektrotech­ nische Verwendung, zum Beispiel Kondensatorpapier, sein.

Aus der DE 27 38 611 A1 ist eine Vorrichtung zum Formen von Formstücken, nämlich Kantenschutzwinkeln, aus Preßspan für Scheibenspulen von Transformatoren- und Drosselspulen bekannt, in welcher Vorrichtung gerade Streifen aus Preßspan um eine Linie parallel zur Längsrichtung um mehr als 90° geknickt und anschließend durch Ein­ prägen einer Rändelung gestreckt werden.

Ferner ist es bekannt, in Transformatoren zur Isolierung unterschiedlicher Potentialbe­ reiche Isolierteile aus Preßspan einzusetzen. Gemäß der deutschen Norm DIN 7733 handelt es sich bei Preßspan um vornehmlich aus hochwertigen Cellulosefasern beste­ hende, schichtweise aufgebaute, gepreßte Erzeugnisse in Form von Tafeln und Rollen. Je nach Verwendung werden sie als Maschinen-, Nuten-, Transformatoren- oder Kon­ densatoren-Preßspan bezeichnet bzw. zusammenfassend Elektropreßspan genannt.

Nicht unter diesen Begriff fallen imprägnierte, lackier­ te oder mit anderen Stoffen kombinierte Preßspan-Erzeug­ nisse sowie Tafeln, die aus einzelnen Preßspantafeln unter Verwendung eines Bindemittels (Klebstoffes) zusam­ mengeklebt sind und als Blockspan bezeichnet werden.

Handelsübliche Preßspanerzeugnisse werden entsprechend der zuvorgenannten Definition aus einzelnen Schichten aufgebaut, so daß man von Blattbildung spricht. Die Ver­ bindung der einzelnen Schichten erfolgt hierbei durch formschlüssiges Ineinandergreifen ähnlich einer Verzah­ nung der einzelnen Cellulosefasern, die unter hohem Druck zusammengepreßt werden.

Ausgangsprodukt für die einzelnen Schichten sowohl der Preßspantafeln als auch der Formstücke aus Preßspan ist Naßstoff, der aus einer sogenannte Pulpe gewonnen wird. Pulpe ist eine breiartige Masse bestehend aus Cellulose­ fasern, die in Wasser suspendiert werden. Diese Pulpe wird bei den Herstellern von Preßspantafeln und Preß­ spanformstücken üblicherweise aus originär gewonnenen Cellulosefasern hergestellt.

Um Naßstoff zu erhalten, entwässert man die Pulpe auf ca. 20% Wassergehalt. Der aufgrund der Restnässe formbare Naßstoff wird nun lagenweise auf die jeweilige Form, zum Beispiel ebenes Gitter für ebene Platten, räumliche Form für räumliche Formstücke, aufgebracht.

Bei der Herstellung von Transformatoren, insbesondere von ölgefüllten Transformatoren ist es üblich, Isoliereinbauten aus Preßspan vorzusehen, um Be­ reiche unterschiedlichen Potentials gegeneinander zu isolieren. Hierbei finden sowohl ebene Tafeln als auch auf den speziellen Einsatzort an­ gepaßte Formstücke Verwendung. Während es kein Problem darstellt, aus den Standar­ dabmessungen der Preßspantafeln Isolierplatten mit den auf den jeweiligen Transforma­ tor abgestimmten Maßen zuzuschneiden, besteht hinsichtlich der Herstellung und La­ gerhaltung von Formstücken aufgrund der großen Vielfalt unterschiedlicher Gestaltung und Transformatorgröße seit langem ein Problem hinsichtlich der Lagerhaltung und der auftragsbezogenen Beistellung, da trotz verschiedentlicher Bemühungen eine Standar­ disierung der Formstücke bisher nicht möglich war.

Es liegt daher grundsätzlich im Interesse der Hersteller von Transformatoren, die Her­ stellung von Formstücken nach Möglichkeit in eigener Regie durchzuführen oder zumin­ dest auf deren Herstellung Einfluß zu nehmen, doch ist eine solche Eigenfertigung durch die Transformatoren-Hersteller, nicht zuletzt wegen der zeitlich nur begrenzten Haltbar­ keit des Naßstoffes, bisher unterblieben. Ein Problem ergibt sich hierbei daraus, daß das erforderliche Vormaterial, die bereits oben erwähnte Pulpe bzw. Naßstoff, kein frei han­ delbares Erzeugnis darstellt und demgemäß nicht zur Verfügung steht.

Ausgehend von dieser Problemstellung ist es Aufgabe der Erfindung, die Herstellung von Formstücken aus Preßspan für den Einsatz in Transformatoren, dessen verfahrens­ mäßige Herstellung sowie eine Vorrichtung hierfür anzugeben, wobei die Besonderhei­ ten der Kleinserienfertigung zu berücksichtigen sind.

Die Lösung der Aufgabe ist erfindungsgemäß gekennzeichnet durch die Merkmale der Ansprüche 1, 2 und 5.

Die Herstellung des Vormaterials erfolgt, indem die beim Zuschneiden der Preßspanta­ feln anfallenden Abfallstücke, die durchaus zum Teil große Abmessungen erreichen können, bis zu ca. 2 m², zunächst gesammelt und auf handliche Größe, ca. 100 bis 500 cm², zerkleinert werden. Anschließend werden die zerkleinerten Preßspanstücke in ein Wasserbad gegeben und darin suspendiert. Als Wasser für das Wasserbad ist entmine­ ralisiertes Wasser, zweckmäßigerweise zum Beispiel Kondensat, vorgesehen. Zur Her­ stellung der erfindungsgemäßen Faser-Wasser-Suspension wird ein Mischungsverhält­ nis von 10 bis 50 kg Preßspan auf 100 l Wasser eingestellt. Nach Einbringen der Preß­ spanstücke in das Wasserbad wird dieses stetig gerührt, um zunächst die Auflösung der Abfallstücke in ihre Faserstruktur und anschließend eine gleichmäßige Verteilung der Preßspan-Fasern im Wasserbad zu erreichen.

Für die Herstellung von Formstücken ist erfindungsgemäß vorgesehen, daß das sehr kompakte Vormaterial durch Zugabe von Wasser, insbesondere entmineralisiertes Was­ ser, weiterverdünnt wird, damit die Bildsamkeit des Vormaterials zu verbessern ist. Zu die­ sem Zweck wird Zusatzwasser im Verhältnis von 70 bis 100 l auf 10 bis 30 kg Pulpe zugegeben und die derart verdünnte Suspension verwir­ belt, damit ebenfalls eine gleichmäßige Verteilung der Fa­ sern in der Faser-Wasser-Suspension zu erreichen ist. Hier­ durch wird eine Vernetzung der Fasern durch formschlüs­ siges Ineinanderverhaken der Faser gleichsam einer Ver­ zahnung eine innige Verbindung der Fasern miteinander erreicht. Die derart verdünnte und verwirbelte Faser- Wasser-Suspension wird in das Formwerkzeug eingebracht und darin durch Wasserentzug das gewünschte Formstück hergestellt.

Der Wasserentzug wird zunächst dadurch erreicht, daß die Auflagefläche für die Faser-Wasser-Emulsion netzähnlich strukturiert ist, so daß das Wasser aufgrund der Schwer­ kraft nach unten abläuft. Unterstützt wird diese Draina­ ge durch Erzeugung von Unterdruck, so daß der auf der Gegenseite wirkende Luftdruck zusätzlich die Entwässe­ rung der ursprünglichen Faser-Wasser-Suspension begün­ stigt. Diese Wirkung kann dadurch gefördert werden, daß auf der Gegenseite zusätzlich ein Überdruck aufgebracht wird, zum Beispiel durch Druckluft.

Es kann aber auch vorgesehen sein, daß auf der Gegensei­ te der netzartig ausgebildeten Auflagefläche in der Form angepaßter Druckstempel angeordnet ist, der einhergehend mit der Entwässerung aufgrund des Unterdrucks das Roh­ formstück beaufschlagt.

Im wesentlichen Unterschied zu den herkömmlichen Ferti­ gungsverfahren, die aus dem Stand der Technik bekannt sind, wird gemäß dem erfindungsgemäßen Verfahren das Formstück einlagig und nicht schichtweise hergestellt, das heißt, jedes Formstück wird in nur einem Arbeitsgang in der gewünschten Enddicke hergestellt. Mit Hilfe des erfindungsgemäßen Verfahrens lassen sich so Formstücke mit Naßstoffdicken bis zu 15 mm bzw. mit Fertigdicken bis zu 16 mm problemlos herstellen.

Ein weiterer Vorteil der Erfindung besteht darin, daß keine Kosten für die Entsorgung des Abfallmaterials, das beim Zuschnitt der Preßspantafeln anfällt, entstehen. Neben dem hiermit verbundenen wirtschaftlichen Vorteil resultiert ein weiterer Vorteil durch die zur Entlastung der Umwelt beitragende Wiederverwendung des Abfallmaterials.

Die Herstellung der Formstücke erfolgt gemäß der Erfin­ dung durch Anschmiegen einlagiger Naßstoffauflagen an die jeweilige Form. Diese kann erfindungsgemäß bereits im Formgebungswerkzeug angeordnet sein, sie kann sich aber auch außerhalb dieser Vorrichtung befinden, wo sie mit der in der Vorrichtung hergestellten einlagigen ebe­ nen Naßstoffmatte belegt wird.

Diese und weitere vorteilhafte Ausgestaltungen sind Ge­ genstand der Unteransprüche.

Anhand von in der Zeichnung dargestellten Ausführungs­ beispielen sollen die Erfindung, vorteilhafte Ausgestal­ tungen sowie besondere Vorteile der Erfindung näher er­ läutert und beschrieben werden.

Es zeigen:

Fig. 1 eine schematisierte Darstellung einer Anord­ nung für die Herstellung von Formstücken,

Fig. 2 eine Anordnung entsprechend Fig. 1, jedoch mit Druckbeaufschlagung,

Fig. 3 eine Anordnung entsprechend Fig. 2, jedoch mit Druckstempel.

In Fig. 1 ist ein Formgebungswerkzeug 10 dargestellt, das aus einem Bodenteil 12 und einem abhebbaren Oberteil 14 zusammengesetzt ist.

Dort, wo das Unterteil 12 mit dem Oberteil 14 zusammen­ trifft, das heißt in ihrer gemeinsamen Berührungsebene 13, ist eine Form 16 angeordnet, die im Beispiel durch gestrichelte Linien angedeutet ist. Die Form 16 ist hierbei ausreichend wasserdurchlässig ausgebildet, zum Beispiel als Drahtgitter oder Lochblech, um die Drainage der von oben entsprechend dem gezeigten Pfeil P zuge­ führten Faser-Wasser-Suspension aus Pulpe und Wasser zu gewährleisten.

Am Bodenbereich des Bodenteils 12 ist ein Auslaufstutzen 18 angeordnet, durch welches das von der Faser-Wasser- Suspension herrührende Wasser abfließen kann. Ebenfalls im Bodenteil 12 jedoch an den Seitenwänden sind ein oder mehrere gleichmäßig am Umfang verteilt angeordnete Ein­ laßstutzen 19 angeordnet, durch welche Gas, insbesondere Druckluft eingeblasen werden kann, um die Faser-Wasser- Suspension, die von oben eingebracht ist, kräftig zu durchwirbeln, so daß sich die Fasern in der Suspension gleichmäßig verteilen und so zu einer gleichmäßigen Be­ deckung der Form 16 führen.

Um diese Gleichförmigkeit einerseits und die Formbestän­ digkeit andererseits der auf der Form 16 befindlichen Faser-Auflage zu verbessern ist gemäß der Erfindung vor­ gesehen, an den Auslaufstutzen 18 eine hier nicht näher gezeigte Saugpumpe anzuschließen, welche in dem unter­ halb der Form 16 befindlichen Raum einen Unterdruck er­ zeugt, sobald die Gaszufuhr über die Einlaßstutzen 19 abgestellt ist. Aufgrund des so entstehenden Unterdrucks im Bereich unterhalb der Form 16 wirkt das von oben durch das offene Oberteil 14 auf die Faser-Auflage wir­ kende Luftpolster quasi wie ein Druckstempel, der das Faserpaket auf die Form preßt, wobei durch Kapillareffek­ te oder ähnlich gebundenes Wasser nach unten austritt und dort abgesaugt wird.

Mit Hilfe der in Fig. 1 gezeigten Vorrichtung 10 läßt sich das erfindungsgemäße Verfahren zur Herstellung von Formstücken einfach und ohne großen Zeitaufwand durch­ führen, wobei einer vollautomatisierten Anwendung keine verfahrensrelevanten Hindernisse entgegenstehen. Mit Ausnahme einer Saugpumpe für das aus der Faser-Wasser- Suspension austretende Wasser handelt es sich bei der Vorrichtung 10 um einfach herstellbare Teile, die auf­ grund ihres einfachen Aufbaus leicht beschaffbar sind und gute Funktionssicherheit gewährleisten. Der Zeitbe­ darf für die Herstellung eines Formstücks mit der Vor­ richtung 10 beträgt etwa 1 bis 3 Minuten.

In Fig. 2 ist eine ähnliche Vorrichtung 20 wie in Fig. 1 dargestellt, die jedoch im Unterschied zur Anordnung gemäß Fig. 1 ein auf ein gleichartig gestaltetes Unter­ teil 22 gesetztes geschlossenes Oberteil 24 aufweist. Während das Unterteil 22 mit dem Unterteil 12 aus Fig. 1 praktisch identisch ist (es wird auf die diesbezügliche Beschreibung zu Fig. 1 verwiesen), ist das Oberteil 24 haubenförmig ausgebildet und besitzt an seiner Stirnfläche zwei Stutzen 21, 27.

Der Stutzen 21 dient zur Zuführung der Faser-Wasser-Sus­ pension, was durch den Pfeil P angezeigt ist.

Der benachbarte Stutzen 27 dient ähnlich wie die am Um­ fang des Unterteils angeordneten Stutzen 29 zur Zufüh­ rung von Druckgas, insbesondere von Druckluft. Jedoch dient das durch den Stutzen 27 zugeführte Druckgas nicht wie bei dem Stutzen 29 zur Durchwirbelung der Faser-Was­ ser-Suspension, um deren gleichmäßige Faser-Verteilung sicherzustellen, sondern vielmehr, um oberhalb der mit 26 bezeichneten Form ein Druckpolster zu erzeugen. Dem­ gemäß erfolgt die Einblasung des Druckgases durch den Stutzen 27 erst im Anschluß an die durch Einblasung von Druckluft durch die Stutzen 29 erfolgte Verwirbelung der in der Vorrichtung 20 befindlichen Faser-Wasser-Suspen­ sion.

Praktisch gleichzeitig mit Drainagebeginn durch Unter­ druck über den Abflußstutzen 28, an welchen ebenfalls eine nicht gezeigte Saugpumpe angeschlossen ist, erfolgt die Druckbeaufschlagung der Faser-Auflage auf der Form 26 von oben mittels der durch Einblasen durch den Stut­ zen 27 erzeugten Druckgaspolsters.

Einhergehend mit dem im Unterschied zu der Vorrichtung gemäß Fig. 1 deutlich erhöhten apparativen Aufwand läßt sich mit der Vorrichtung 20 das erfindungsgemäße Verfah­ ren zur Herstellung von Formstücken einerseits rascher durchführen. Andererseits führt es zu einer verbesserten Oberflächenstruktur der Formstücke und zu einer größeren Gleichmäßigkeit der Querschnittsausgestaltung.

Eine Alternative gegenüber der in Fig. 2 beschriebenen Vorrichtung 20 bietet die in Fig. 3 gezeigte Vorrichtung 30, die hinsichtlich ihres Unterteils 32 ebenfalls mit dem Unterteil 12 in Fig. 1 identisch übereinstimmt (Ein­ zelheiten hierzu siehe dort) und auch hinsichtlich des Oberteils mit dem in Fig. 1 gezeigten Oberteil 14 weit­ gehend übereinstimmt. Abweichend vom Oberteil 14 besitzt dieses jedoch einen seitlich am Umfang angeordneten Ein­ laßstutzen 31, durch welchen die Faser-Wasser-Suspension entsprechend dem Pfeil P zugeführt wird. Das an sich nach oben offene Oberteil 34 wird durch einen elek­ trisch, mechanisch oder hydraulisch betriebenen Kolben 33 verschlossen. Dieser Kolben 33 ist in erfinderischer Ausgestaltung auf der der Faser-Wasser-Suspension zuge­ wandten Seite zweckmäßigerweise mit einem siebartigen Vorkolben 37 versehen, durch welchen das überschüssige Wasser durchtreten kann und von einer im Kolben 33 ange­ ordneten Absaugung 35 aufgenommen wird. Der Faserstoff legt sich dabei an die Form 36 an.

Die Handhabung der Vorrichtung 30 ist ähnlich einfach wie die der Vorrichtung 10 oder 20 gemäß Fig. 1 bzw. 2. Durch den Stutzen 31 wird die Faser-Wasser-Suspension in die Vorrichtung 30 eingefüllt. Hierbei befindet sich der Kolben 33 in seiner oberen, etwa der in Fig. 3 ge­ zeigten Darstellung entsprechenden Stellung. Hieran an­ schließend wird durch die an dem Unterteil 32 seitlich angeordneten Stutzen 39 Druckgas, vorzugsweise Druck­ luft, eingeblasen, um die Suspension kräftig zu durch­ wirbeln und so eine gleichmäßige Verteilung der Fasern in der Suspension zu erzielen. Sobald die Druckgaszufuhr durch die Stutzen 39 unterbrochen ist, setzt sich der Faseranteil der Faser-Wasser-Suspension auf der Form 36 ab und bildet eine hinsichtlich ihres Querschnitts sehr gleichmäßige Auflage. Mit Freigabe des Ablaufes 38, an welchen ebenfalls eine nicht näher gezeigte Saugpumpe angeschlossen ist, erfolgt die Drainage, die durch Ein­ fahren des ebenfalls mit einer Absaugvorrichtung 35 ver­ sehenen Kolbens 33 in das Oberteil 34 unterstützt wird.

Wie auch bei den Vorrichtungen gemäß Fig. 1 und Fig. 2 ist die Form 36 wasserdurchlässig gestaltet, damit das in der Faser-Auflage befindliche Wasser nach unten austreten kann. Um sicherzustellen, daß beim Pressen der Auflage durch den ebenfalls wasser­ durchlässigen Kolben 33 das oberhalb der Auflage befind­ liche Wasser nicht in die Faser-Auflage eindringt, ist in der Kolbenfläche eine Absaugung 35 vorgesehen, durch welche das oberhalb der Faser-Auflage stehende Wasser entfernt werden kann.

Mit Hilfe der gezeigten und beschriebenen Vorrichtung 30 ist eine sehr rasche und wirkungsvolle Herstellung von Formstücken möglich, da die in Fig. 1 gezeigte Schwer­ kraftentwässerung der Faser-Auflagen zur Herstellung der Formstücke hierdurch gezielte Druckbeaufschlagung und Entwässerung unterstützt wird. Der von oben wirkende Kolben begünstigt dabei die Strukturierung der ihm zuge­ wandten Oberfläche.

Besonders vorteilhaft für die Durchführung des Herstell­ verfahrens der Formstücke erweist sich die zweigeteilte Form der Vorrichtungen 10, 20, 30, da nach Abnehmen der Oberteile 14, 24, 34 die sich auf der Form 16, 26, 36 befindlichen, aus den miteinander vernetzten Preßspanfa­ sern hergestellten Formstücke leicht abnehmen lassen.

Claims (5)

1. Verfahren zur Herstellung von Formkörpern aus Preßspan für den Einsatz in Transformatoren unter Verwendung von Vormaterial, bestehend aus beim Zuschnitt von Preßspantafeln angefallenen, zerkleinerten und in Wasser suspendierten Abfall­ stücken, wobei das breiige Vormaterial (Pulpe) mit Zusatzwasser im Verhältnis 10 bis 30 kg Vormaterial auf 70 bis 100 l Wasser verdünnt wird, daß die derart verdünnte Suspension in ein Formgebungswerkzeug (10, 20, 30) gefüllt wird und im Formgebungswerkzeug durch Einblasen von Druckgas, vor­ zugsweise Druckluft verwirbelt wird zur Erreichung einer gleich­ mäßigen Verteilung der Fasern in der Faser-Wasser-Suspension, und daß darin das Formstück durch Wasserentzug aus der Faser-Wasser- Suspension erzeugt wird, wobei die Faser-Wasser-Suspension zu­ sätzlich druckbeaufschlagt wird.

2. Verfahren zur Herstellung des Vormaterials nach Anspruch 1, gekenn­ zeichnet durch folgende Verfahrensschritte

• a) Sammeln und Zerkleinern der Abfallstücke,
• b) Suspendieren der Abfallstücke in Wasser im Verhältnis von
  • b¹) 10 bis 50 kg Preßspan auf
  • b²) 100 l Wasser,
• c) mechanische Bearbeitung der Suspension, zum Beispiel Rühren zur Zerlegung der zerkleinerten Preßspanstücke in ihre Faserstruktur,
• d) Eindicken durch Quellung der Preßspanfasern.

3. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Druckbeaufschlagung durch ein Gaspolster, vorzugsweise Druckluft, erfolgt.

4. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Druckbeaufschlagung mechanisch mittels eines Stempels (33) erfolgt.

5. Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens nach einem der An­ sprüche 1 bis 4 mit einem Bodenteil (12, 22, 32) und einem dar­ auf aufgesetzten und abhebbaren, nach oben offenen, haubenförmigen Oberteil (14, 24, 34) mit Ausnehmungen (21, 27) für die Einfüllung der Faser-Wasser-Suspension sowie für die Einströmung von Druckgas, welche einen Raum umschließen zur Aufnahme der Faser-Wasser-Suspension, mit einer Form (16, 26, 36), die im An­ schlußbereich von Bodenteil (12, 22, 32) und Oberteil (14, 24, 34) angeordnet und durch Anheben des Oberteils (14, 24, 34) zugänglich ist und das Entnehmen eines darauf befindlichen Formstücks gestattet, wobei ein verschiebbarer Kolben (33) in das Oberteil (14, 24, 34) eingeführt ist, derart, daß er dieses nach oben abdichtet, und wobei am Umfang des Oberteils (14, 24, 34) ein Einfüllstutzen (31) für die Faser-Wasser-Suspension angeordnet und am Bodenteil (12, 22, 32) eine Drainageöffnung (18, 28, 38) vorgesehen ist, an welche eine Saugpumpe angeschlossen ist.