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