Wicklung und Herstellungsverfahren einer Wicklung

Die Erfindung betrifft eine Wicklung mit einem gewickelten elektrischen Leiter, wobei der elektrische Leiter eine elektrische Isolation aufweist. Des Weiteren betrifft die Erfindung ein Verfahren zur Herstellung eine Wicklung.

Die Herstellung eines Leistungstransformators als Gießharztransformator oder als Verteiltransformator für Hochspannungsnetze ist ein sehr arbeits- und kostenintensiver Pro- zess. Insbesondere die Wicklung der Spulen für die Unter- und Oberspannungswicklung ist derzeit nur in mehreren und aufwen- digen Arbeitsschritten möglich. Hierzu werden Teilwicklungen von einem aufgewickelten Draht auf einer Wicklungsmaschine dergestalt aufgewickelt, dass der notwendige Wicxiungsdurch- messer erreicht ist. Anschließend werden die so hergestellten Teilwicklungen mittels entsprechender Verbindungselemente miteinander als Ober- oder Unterspannungswicklung verbunden, wie beispielsweise in der DE 198 09 572 C2 beschrieben.

Ebenfalls beschreibt die DE 260 95 48 C2 eine Wicklungsanordnung für Starkstromtransformatoren mit Eisenkern und Spulen, wobei die Leiterabmessung in axialer Richtung der Spulenhohe entspricht und sämtliche Windungen jeder Spule in Reihe geschaltet sind, wobei die Anzahl der Windungen pro Spule von der Mitte zu dem Ende der Wicklung abnehmen.

Des Weiteren beschreibt die DE 32 14 171 Al einen Starkstromtransformator mit Drosselspule, wobei eine Scheibenspule mehrere Windungen enthalt, in der jeweils in Reihe geschaltete Teilleiter auf ein und derselben Radialebene zum Kernschenkel liegen . Ebenfalls beschreibt die DE 15 39 623 eine Einrichtung zur Erzeugung von homogenen Magnetfeldern mit sehr hoher Feldstarke. Der Streufluss im Außenraum der Einrichtung zur Erzeugung von homogenen Magnetfeldern durch zwei Gruppen paral- IeI von Strömen entgegengesetzter Richtung durchflossener Leiter angeordnet, so dass das äußere Magnetfeld praktisch reduziert wird.

Ebenfalls beschreibt die DE 245 748 Al eine Wicklung mit Hochstromableitern.

Wünschenswert wäre es, wenn die elektrische Wicklung einstu- ckig hergestellt werden konnte, da damit Abstande zwischen den Teilwicklungen vermieden werden können.

Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, eine Wicklung und ein Verfahren zur Herstellung einer Wicklung bereitzustellen, das die Herstellung einer einstuckigen Spule gewahrleistet.

Die Aufgabe wird gelost durch eine Wicklung gemäß den Merkmalen des Patentanspruchs 1.

Des Weiteren wird die Aufgabe gelost durch ein Verfahren gemäß dem Patentanspruch 11.

Erfindungsgemaß ist vorgesehen, dass auf einem Trager mindestens zwei elektrische Leiter angeordnet sind, wobei die elektrischen Leiter gegeneinander isoliert sind und der Trager eine gebogene Form aufweist. Der Trager wird als Lei- tungsband durch Verformung mittels einer Vorrichtung so verformt, dass der Radius zur fertigen Wicklung durch das so verformte Tragerband gewährleistet ist. Hierdurch ist es möglich, eine Wicklung als fortlaufende, einstuckige Spule herzustellen, so dass eine elektrische Verbindung mit den norma- lerweise notwendigen Teilwicklungen der Spule entfallt. Vorteilhafterweise werden hierdurch Spannungsbeanspruchungen zwischen den einzelnen Wicklungen auf ein Mindestmaß reduziert, so dass insbesondere hochspannungsfeste Wicklungen hergestellt werden können.

Hierdurch entfallt ebenfalls die in der Vergangenheit notwendige Abwicklung eines elektrischen Leiters, beispielsweise ein Kupfer- oder Aluminiumdraht, und eine anschließende, zu- meist sehr arbeitsintensive Aufwicklung des elektrischen Leiters auf einen Wicklungskorper . Durch die Möglichkeit, die elektrischen Leiter auf dem Trager relativ zueinander anzuordnen, kann die Spannungsbeanspruchung und elektrische Wechselwirkung der elektrischen Leiter untereinander sehr genau und definiert vorgegeben werden.

In einer vorteilhaften Ausgestaltung der Wicklung ist vorgesehen, dass der Trager in Form einer zylindrischen Spirale als Wendel beziehungsweise Helix ausgestaltet und damit eine einstuckige Herstellung des elektrischen Leiters gewährleistet ist. Gerade durch die Wendelform als Trager ist gewahrleistet, dass die entsprechende Spule praktisch im Endlosverfahren hergestellt werden kann, so dass lediglich die unterschiedlichen Radien der Wicklungen und/oder die axiale Er- Streckung der einzig imitierende Faktor bei der Herstellung der Wicklung ist .

Vorteilhafterweise ist ein Tragerelement als einschlagige Scheibe ausgeschaltet, wobei das Tragerelement mittels Aussparungs- und/oder Verbindungselementen mit weiteren Tra ^¬ gerelementen zu einem Trager kombinierbar ist. Aufgrund der modular möglichen Bauweise des Tragers bestehend aus Trager ^¬ elementen kann im Rahmen des Herstellungsprozesses schnell und einfach ein Trager gebildet werden. In einer vorteilhaften Ausgestaltung der Wicklung ist vorgesehen, dass der Trager durch eine lasertechnische Behandlung in elektrisch leitende Zonen als elektrischer Leiter und in elektrisch isolierende Zonen als Isolation aufteilbar ist. Des Weiteren ist vorgesehen, dass der Trager durch eine galvanische Behandlung in elektrisch leitende Zonen als elektrischer Leiter und in elektrisch isolierende Zonen als Isolation aufteilbar ist. Mittels einer lasertechnischen und/oder galvanischen Behandlung des Tragers können somit einzelne elektrisch leitende und elektrisch isolierende Regionen definiert und hierdurch eine entsprechende Wicklung auf dem Trager konzipiert werden. Die dabei notwendigen Arbeits- und Behandlungsverfahren gewahrleisten eine einfache und definierte Herstellung der elektrisch isolierenden und elektrisch lei- tenden Zonen. Alternativ ist auch eine mechanische Behandlung des Tragers zur Erzeugung von leitenden und/oder nichtleitenden Regionen möglich.

Des Weiteren ist vorteilhafterweise vorgesehen, dass in den Trager zur Einbringung von elektrisch leitenden Materialien, insbesondere Kohlenstoffnanorohrchen, Aussparungen vorhanden sind, wobei die elektrisch leitenden Materialien den elektrischen Leiter definieren. Durch die Einbringung von elektrisch leitenden Materialien in zuvor im Trager definierten Ausspa- rungen können schnell und einfach elektrische Leitungsbahnen definiert und hergestellt werden. Um eine ausreichende Isolation zwischen einzelnen Segmenten des Tragers zu gewahrleisten, ist vorgesehen, dass zwischen einzelnen Segmenten des Tragers eine Isolationsfolie wahrend des Herstellungsvorgangs einzubringen ist.

Zum Ausgleich von möglichen unterschiedlichen Spannungsbeanspruchungen in verschiedenen Segmenten der Wicklung bezie ^¬ hungsweise des Tragers ist vorgesehen, dass die Breite und/oder der Querschnitt der elektrischen Leiter auf dem Trager ortsabhangig variieren. Durch die Variation der Breite und/oder des Querschnitts des elektrischen Leiters können elektrische Beanspruchungen, insbesondere Spannungsuberbean- spruchungen, durch die baulichen Maßnahmen kompensiert werden. Ebenfalls ist es möglich aufgrund der Wärmeentwicklung innerhalb der Wicklung und/oder des Tragers die Anzahl und/oder Abmessungen der Leiter in bestimmten Segmenten der Wicklung so zu verandern, dass eine nahezu gleiche thermische Belastung in der Wicklung gewährleistet ist. Mittels eines im Querschnitt festen herkömmlichen elektrischen Leiters ist diese Form der technischen Fertigung nicht möglich.

Die elektrischen Leiter sind parallel auf dem Trager zueman- der angeordnet. Weiterhin kann vorteilhafterweise der Trager aus einem elektrisch isolierenden Material bestehen.

Erfindungsgemaß ist ebenfalls ein Verfahren zur Herstellung einer Wicklung vorgesehen, wobei zwischen mindestens zwei elektrischen Leiter auf einem Trager angeordnet werden, wobei die elektrischen Leiter gegeneinander isoliert sind und der Trager in eine gebogene Form gebogen wird. Vorteilhafterweise wird der Trager in Form einer zylindrischen Spirale ausgestaltet, wobei der Radius dieser so gestalteten Wendelform dem Radius der Wicklung entspricht.

Weitere vorteilhafte Ausgestaltungen ergeben sich aus den Un- teranspruchen . Die Erfindung wird anhand einiger Ausfuhrungs- beispiele in den Zeichnungen naher erläutert. Es zeigen

Fig. 1 eine perspektivische Sicht der Wicklung;

Fig. 2 eine Aufsicht auf den Trager mit vier elektri ^¬ schen Leitern; Fig. 3 eine Aufsicht auf einen Träger bestehend aus zwei Trägerelementen;

Fig. 4 eine perspektivische Sicht eines Trägers in Wendelform

Die Fig. 1 zeigt eine perspektivische Sicht der Wicklung 1. Im gezeigten Beispiel der Fig. 1 ist auf einem Trager 2 ein elektrischer Leiter 3a, 3b, 3c, 3d (nicht dargestellt) und eine zumindest teilweise elektrische Isolation 4a, 4b, 4c aufgebracht. Der Träger 2 weist eine gebogene Form auf, die dem Radius der Wicklung 1 entspricht. Die elektrische Isolation 4a, 4b, 4c wird im gezeigten Beispiel der Fig. 1 durch eine Gießharzummantelung 5 gewahrleistet. In sofern besteht die Möglichkeit, dass auf den Trager 2 entsprechende elektrische Leiter 3a, 3b, 3c, 3d angeordnet sind und in einem nachfolgenden Fertigungsprozess eine entsprechende GiefSharzumman- telung 5 den Trager 2 vollständig umschließt. Aufgrund der elektrischen Isolationseigenschaften der Gießharzummantelung 5 erfüllt die Gießharzummantelung damit die Funktion der elektrischen Isolation 4a, 4b, 4c.

Die Fig. 2 zeigt eine Aufsicht auf den Trager 2 mit vier elektrischen Leitern 3a, 3b, 3c, 3d. Zwischen den jeweiligen elektrischen Leitern 3a, 3b, 3c, 3d ist eine elektrische Isolation 4a, 4b, 4c auf dem Träger 2 angeordnet. Es besteht entweder die Möglichkeit, dass der elektrische Leiter 3a, 3b, 3c, 3d auf dem aus einem Isolationsmaterial bestehenden Trager 2 aufgebracht wird. In diesem Fall sind die Hohlräume zwischen den Leitern 3a, 3b, 3c, 3d automatisch elektrisch isoliert und weisen entsprechende Isolationsbereiche 4a, 4b, 4c auf. Ebenfalls ist es möglich, dass der Trager 2 aus einem elektrisch leitenden Material besteht und durch gezielte Arbeitsverfahren Regionen zwischen den einzelnen Leitern 3a, 3b, 3c, 3d so verändert werden, dass sie eine elektrische Isolationseigenschaft aufweisen und damit eine elektrische Isolation 4a, 4b, 4c darstellen.

Eine Aufsicht auf einen Trager 2, bestehend aus zwei Tragerelementen 6a, 6b ist in der Fig. 3 dargestellt. Der Trager 2 weist zwei elektrische Leiter 3a, 3b auf, die parallel zueinander angeordnet sind. Zwischen den elektrischen Leitern 3a, 3b ist eine elektrische Isolation 4a angeordnet. Der Trager 2 besteht aus zwei Tragerelementen 6a, 6b, die mittels entsprechender Verbindungselemente 7a, 7b zu einem Trager kombinierbar sind. Die Verbindungselemente 7a, 7b weist insbesondere solche Formen auf, die eine einfache, feste und permanente Verbindung gewahrleisten. Insbesondere gegeneinander korres- pondierende Formen, wie beispielsweise Schwalbenschwanz- Verbindungen, sind hiervon umfasst. Auch herkömmliche Verbindungstechniken, wie das Verschrauben oder das Verschweißen, wird mittels der vorgenannten Verbindungselemente 7a, 7b ermöglicht. Entweder ist möglich, jeweilige Kreissegmente des Tragers 2 zu bilden, die eine jeweilige vertikale Verbindung zu oben beziehungsweise unten angeordneten weiteren Tragersegmenten des Tragers 2 besitzen. Des Weiteren ist es mittels der Tragerelemente 6a, 6b möglich, den Trager 2 in Form einer zylindrischen Spirale zu konzipieren und somit eine praktisch endlos laufende Wicklung 1 herstellen zu können.

Eine perspektivische Sicht eines Tragers 2 in Wendelform ist in der Fig. 4 gezeigt. Vorteilhafterweise kann mit dieser Form des Tragers eine praktisch unendlich lange Spule konzi- piert werden. Dadurch ergibt sich die Möglichkeit, eine Wicklung 1 unabhängig von entsprechenden Teilwicklungen herstellen zu können, was den Fertigungsprozess erheblich beschleunigt und kostengünstiger gestaltet. Durch das Verfahren gemäß der vorliegenden Erfindung ergibt sich der Vorteil, dass eine Wicklung 1 als fortlaufende, einstuckige Spule hergestellt werden kann. Damit entfallt die Herstellung einzelner Spulen beziehungsweise Teilwicklungen, die erst sehr umständlich zu einer Wicklung 1 verbunden werden müssen. Die dabei notwendigen elektrischen Verbindungen beeinflussen das Leistungsverhalten der entsprechenden Wicklung 1 negativ. Des Weiteren können radiale Kuhlungskanale entfallen, was eine verhältnismäßig kleinere Wicklung 1 im Vergleich zu herkömmlichen Wicklungen gewahrleistet. Des Weiteren kann innerhalb der gesamten Wicklung 1 die mögliche Spannungsbeanspruchung zwischen den einzelnen Windungssegmenten berechnet werden und an den Stellen höherer Spannungsbeanspruchungen durch entsprechende wicklungstechnische Maßnah- men vollständig vermieden werden. Insbesondere die Fuhrung des elektrischen Leiters 3a, 3b, 3c, 3d auf dem Trager sowie Breite und/oder der Querschnitt der elektrischen Leitex 3a, 3b, 3c, 3d können somit gezielt verändert und damit die Spannungsbeanspruchung fertigungstechnisch minimiert werden. Da- durch ergibt sich die Möglichkeit, prüfungsspannungsfestere Wicklungen 1 im Vergleich zu bisher bekannten herzustellen.