Beschreibung

Die Erfindung betrifft eine Wicklung für einen Transformator, insbesondere eine Hochspannungswicklung für einen Transformator, sowie ein Verfahren zur Herstellung der Wicklung.

Eine Wicklung für einen Transformator oder eine Spule für einen solchen Transformator ist aus einem oder mehreren bandförmigen Leitern und einer Isoliermaterialschicht aus bandförmigem Isoliermaterial aufgebaut, die gemeinsam zu Windungen um einen Wicklungskern gewickelt sind. Die einzelnen Windungen der Wicklung weisen einen vorgegebenen Wicklungswinkel gegenüber der Wicklungsachse des Wicklungskerns auf und sind zueinander mit teilweiser Überlappung angeordnet, wobei zwischen zwei radial benachbarten Lagen von Windungen aus elektrisch leitendem Material eine Isolierschicht eingefügt ist.

Dabei kann eine Lage oder es können auch mehrere Lagen von Windungen aus elektrisch leitendem Material vorgesehen sein, welche Lagen, die radial übereinander liegen, einen mehrlagigen Transformator oder eine mehrlagige Spule bilden. Die Isolierschicht zwischen den Leitern verhindert Spannungsüberschläge zwischen den Lagen und ist demgemäß auf die größte vorkommende Spannungsdifferenz zwischen zwei Lagen ausgelegt.

Aus der DE 101 57 591 A1 ist eine Anordnung von Isoliermaterial beschrieben, bei der das Isoliermaterial gestuft gewickelt ist, so dass sich die Dicke des Isoliermaterials in axialer Richtung verändert. Abhängig von der Spannungsdifferenz zwischen jeweils den einzelnen Lagen der Windungen aus elektrisch leitendem Material ist die Isolierschicht an einem axialen Ende der Spule dicker als am anderen Ende, wobei die Isolierschicht zwischen den beiden folgenden Lagen aus elektrisch leitendem Material an der Stelle eine größere radiale Dicke aufweist, an der die erste Lage am dünnsten ist, wogegen das andere Ende der Lage sich in dem Bereich befindet, in dem die darunter befindliche Lage am dicksten ausgebildet ist. Dabei wird das Leitermaterial und die Isolation für die Wicklung gleichzeitig (simultan) aufgebracht beziehungsweise aufgewickelt. Die Rovingfasern für die Isolierungsschicht können in Umfangsrichtung und in einem Winkel zur Wickelachse (Radialverbände und Kreuzverbände) ausgebildet sein.

Bei gleichzeitiger Wicklung von Leitermaterial und Isolation, speziell dann, wenn eine ansteigende Lagenisolation aufgebracht werden soll, ist es schwierig, eine Verstärkung in axialer Richtung einzubringen, weil alle Fasern in Umfangsrichtung verlaufen.

Aufgabe der Erfindung ist es, eine Lagenisolation aufzubringen, bei der auch eine Kraftaufnahme in axialer Richtung vorgesehen ist.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß gelöst durch die Merkmale des Anspruches 1. Dabei wird die Herstellung einer gestuften Lagenisolation, wie sie aus der DE 101 57 591 A1 bekannt geworden sind, dadurch erzeugt, dass die Rovings nicht nur in Umfangsrichtung aufgewickelt, sondern auch in einem Winkel schräg zur Wickelachse aufgebracht sind. Dabei wird der Support für die Zuführung der Lagenisolation hin- und hergefahren, das heißt in axialer Richtung vorgeschoben und zurückgefahren, wobei dies so gestaltet sein kann, dass sich gleichzeitig eine gestufte oder gerade ansteigende Isolation ergibt. Dabei wird bei Erhöhung der Anzahl der Stufen sich die Isolation immer mehr einer eher geraden ansteigenden Isolation annähern.

Das Isolationsmaterial kann entweder ein Glas- oder auch ein Polyesterroving sein, der mit Gießharz getränkt ist. Das Isoliermaterial kann aber auch mit einem Harz im sogenannten B-Zustand, in dem das Harz noch flüssig ist, möglicherweise mit expandierendem Füllstoff, getränkt werden. Als Isolationsmaterialien könnten auch Vliese oder Gewebebänder verwendet werden. Der Begriff „Faserrovings" umfasst daher alle möglichen geeigneten und ähnlich wirkenden Materialien.

Weitere vorteilhafte Ausgestaltungen und Verbesserungen der Erfindung sind den Unteransprüchen zu entnehmen.

Erfindungsgemäß also sind die Lagen aus Isoliermaterial in einem Winkel zur Wickelachse aufgebracht.

Zur Herstellung der Lagen aus Isoliermaterial werden Faserrovings aufgebracht, welche bezogen auf die Wickelachse schräg aufgebracht sind.

Dabei sind die Lagen aus Isoliermaterial, die durch Faserrovings gebildet sind, zumindest in den Stufungsbereichen, die eine größere radiale Lagendicke aufweisen, d. h. insbesondere diejenigen an dem jeweiligen Ende der Spule, kreuzweise aufgebracht.

Die Lagen aus Isoliermaterial können dabei dadurch aufgebracht werden, dass die Spule an der Zuführungsstelle vorbeigefahren wird; es besteht natürlich auch die Möglichkeit, dass die Zuführungsstelle bezogen auf die feststehende Spule verschoben wird.

Zur Herstellung einer kreuzweisen Lage kann dann die Faserrovingszuführung hin- und her in Richtung der Wickelachse verfahren werden.

Anhand der Zeichnung, in der ein Ausführungsbeispiel der Erfindung dargestellt ist, sollen die Erfindung sowie weitere vorteilhafte Ausgestaltungen und Verbesserungen der Erfindung und weitere Vorteile näher erläutert und beschrieben werden.

Es zeigen:

Fig. 1 eine Längsschnittansicht durch eine Wicklung,

Fig. 2 die Ausrichtung eines Isoliermaterialbandes gemäß der Erfindung und Fig. 3 eine schematische Darstellung einer Standardausrüstung eines Bandstranges aus Isoliermaterial.

Auf einen Kern 10 einer Spule 11 ist eine erste radial innere Lage 12 aus Leitermaterial aufgewickelt, welche Lage aus mehreren Lagenabschnitten 13, 14, 15 ... zusammengesetzt ist, wobei die einzelnen Lageabschnitte 13, 14, 15 sich überdecken. Als Leitermaterial ist hier ein Leiterbandmaterial dargestellt. Natürlich könnten auch Leiter mit runden oder rechteckigem Querschnitt verwendet werden. Insoweit ist die Erfindung nicht auf Leiterbandmaterial beschränkt. Auf der radial inneren Lage des elektrischen Leitermaterials ist eine Lage 16 aus isolierendem Material aufgewickelt, welche Lage 16 mit Stufen gewickelt ist, wobei am rechten Ende (in der Zeichnung) die Dicke Di entsprechend den Erfordernissen der Spannungstragfähigkeit gering ist, wogegen am in der Zeichnung links befindlichen Ende die Dicke D ₂ der Isolierlage größer ist. Dazwischen befinden sich mehrere Stufen 17, 18 und 19, abhängig von der axialen Länge der Wicklung, die insgesamt die Bezugsziffer 20 erhalten hat.

Auf der Lage 16 aus isolierendem Material befindet sich eine radial außen liegende zweite Lage 21 aus elektrisch leitendem Material, die in gleicher weise ausgebildet ist wie die Lage 16; die hierauf aufgebrachte äußere Lage 22 aus isolierendem Material ist in ähnlicher Weise aufgebaut wie die Lage 16, wobei allerdings die radiale Dicke D ₃ in dem Bereich liegt, in dem die Lage 16 mit der größten Dicke D ₂ liegt; am anderen, hier rechts befindlichen Ende besitzt die Lage des Isoliermaterials die radiale Dicke D ₄ , wobei auch hier Stufen 23, 24, 25 vorgesehen sind.

Wie in der DE 101 57 591 A1 dargestellt, ist die radiale Dicke der Isolierlagen 16 und 22 entsprechend der Spannungsdifferenz zwischen zwei Lagen aus leitendem Material ausgelegt.

Zur Herstellung der Lagen 16 und 22 ist gemäß Fig. 3 Rovingband 30 aus isolierendem Material so aufgewickelt, dass der Rovingstrang 30 exakt in Umfangsrichtung verläuft, was eine standardmäßige Ausführung darstellt und insoweit Stand der Technik ist. Zur erfind u ngsgemäßen Herstellung der Lagen gemäß Fig. 1 wird gemäß Fig. 2 auf einen Spulenkörper 31 oder eine Spule 31 ein Band 32 aus elektrisch isolierendem Material, hier ein Rovingband aufgebracht, welches unter einem Winkel α zu einer Ebene E verläuft, die senkrecht zur Längsachse M-M der Spule 31 verläuft. Dabei kann das Rovingband 32 hin- und herbewegt werden, sodass wie strichliert mit 32a dargestellt, der Winkel α beidseitig zu einer Ebene verläuft, die senkrecht zur Mittelachse M-M ausgerichtet ist. Mit anderen Worten: Durch Hin- und Herfahren eines nicht näher dargestellten Supports in Doppelpfeilrichtung P kann das Rovingband in einer Zickzack-Ausrichtung auf die Spule 31 aufgewickelt werden. Es besteht natürlich auch die Möglichkeit, dass, je nach Ausbildung des Winkels α, die Zuordnung des Bandes 32 zur Spule 31 immer in der gleichen Richtung verläuft, wie in der Zeichnung Fig. 2 dargestellt.

Mit der Ausgestaltung mit dem Hin- und Herfahren des Rovingbandes 32 können in gleicher Weise die Stufen 17, 18, 19 beziehungsweise 22, 23, 24 erzeugt werden, wobei der Winkel α nur klein genug ausgebildet sein muss.

Das Hin- und Herfahren des Supports gemäß Pfeilrichtung P kann natürlich auch so gestaltet werden, dass außer einer gestuften Isolation eine gerade, keilförmig ausgebildete Isolation hergestellt werden kann. Hierbei sind die Verweilzeiten des Isolationssupports an Stellen mit dicker Lageisolation größer zu wählen, was natürlich auch bei der gestuften Isolationslagen der Fall ist. Dabei wäre bei einer größeren Anzahl der Stufen eine Annäherung an die gerade keilförmige Isolation möglich.

Dass natürlich der Support außer der Bewegung P in Doppelpfeilrichtung auch eine zusätzliche Längsbewegung in Pfeilrichtung L beziehungsweise in entgegengesetzter Richtung L1 ausführen muss, um die gesamte Länge der Spule 31 zu überdecken, ist selbstverständlich.