MORENO ANDRE LUIZ (BR)
SILLE RICHARD (DE)
| DE2032530A1 | 1972-01-05 | |||
| US20070279177A1 | 2007-12-06 | |||
| US20150371775A1 | 2015-12-24 | |||
| US4001368A | 1977-01-04 | |||
| EP2236261A2 | 2010-10-06 | |||
| DE102015114397A1 | 2017-03-02 | |||
| DE4119415A1 | 1992-12-17 | |||
| EP2433289B1 | 2013-07-24 |
| Patentansprüche 1. Verfahren zum Herstellen von Abstandshaltern (10) für eine Wicklungseinheit (21) eines elektrischen Hochspannungsgeräts, bei dem zumindest zwei Ausgangskomponenten (A,B) in einer unter Vakuum stehenden Mischkammer (4) miteinander unter Aus bildung einer Komponentenmischung miteinander vermischt werden, - die Komponentenmischung in ein ebenfalls unter Vakuum stehendes Extrudiergehäuse (5) eines Extrudierers über führt wird, in dem ein Transportmittel (6,18) angeordnet ist und das mit einem eine Austrittsöffnung (20) begren zenden Mundstück (7) ausgerüstet ist, und - das aus dem Mundstück austretende Extrudat zum Erhalt der Abstandshalter (10) durch Wärmezugabe im Vakuum aus gehärtet wird. 2. Verfahren nach Anspruch 1, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t , dass das austretende Extrudat durch den Extrudierer nachgeordnetes Heizelement (8) unter Vakuum erhitzt wird. 3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t , dass die Komponentenmischung vor dem Überführen in das Extrudiergehäuse (5) in einem Formkörper (15) teilweise akti viert wird. 4. Verfahren nach Anspruch 3, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t , dass die Abstandshalter (10) unter Vakuum bei einer vorbestimmten Aushärtetemperatur über einen vorbestimmten Zeitraum hinweg gelagert werden. 5. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t , dass die Ausgangskomponenten vor dem Vermischen jeweils in ein zu geordnetes Komponentengehäuse (2,3) überführt werden, in dem Komponentengehäuse (2,3) ein Vakuum angelegt wird und jedes Komponentengehäuse (2,3) ausgangsseitig mit der Mischkammer (4) verbunden wird. 6. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t , dass das aus dem Mundstück (7) austretende Extrudat durch ein un ter Vakuum stehendes Schneidwerkzeug (9) zu Abstandshaltern geschnitten wird. 7. Wicklungseinheit (21) für ein elektrisches Hochspannungs gerät mit wenigstens einer Wicklung (12,13) und Abstandshal tern (10), die gemäß einem Verfahren der vorhergehenden An sprüche hergestellt sind. 8. Wicklungseinheit (21) nach Anspruch 7, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t , dass die Wicklungseinheit (21) eine Oberspannungswicklung (13) und eine Unterspannungswicklung (12) aufweist, die konzentrisch zueinander angeordnet sind, wobei sich die Abstandshalter (10) zwischen der Unter- und Oberspannungswicklung (12,13) erstrecken . 9. Wicklungseinheit (21) nach Anspruch 8, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t , dass die Abstandshalter (10) in einer Vergussmasse (14) eingebet tet sind. 10. Wicklungseinheit (21) nach Anspruch 9, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t , dass jeder Abstandshalter (10) und die Vergussmasse (14) aus dem gleichen Isoliermaterial gefertigt sind. |
VERFAHREN ZUM HERSTELLEN VON ABSTANDSHALTERN FÜR EINE WICKLUNGSEINHEIT UND SPANNUNGSFESTE ABSTANDSHALTER FÜR GIESSHARZ-TRANSFORMATOREN
Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Herstellen von Ab standshaltern für eine Wicklungseinheit eines elektrischen Hochspannungsgeräts .
Ein elektrisches Hochspannungsgerät ist aus der EP 2433289 Bl bekannt. Dort ist ein so genannter Trockentransformator mit einer Wicklungseinheit beschrieben, die mit zwei konzentrisch zueinander angeordneten Wicklungen ausgerüstet ist. Die bei den Wicklungen sind über einen magnetisierbaren Eisenkern in duktiv miteinander gekoppelt, wobei die außen liegende Wick lung für höhere Spannungen ausgelegt ist und daher als Ober spannungswicklung bezeichnet wird. Eine an der Oberspannungs wicklung anliegende Eingangsspannung erzeugt einen Indukti onsstrom, der an der Unterspannungswicklung eine Ausgangs spannung induziert, die u.a. von dem Verhältnis der Windungs zahlen zwischen Ober- und Unterspannungswicklung abhängig ist. Zur elektrischen Isolierung der Wicklungen sind diese in einem festen Isolierkörper aus einem ausgehärteten Polymer, wie beispielsweise Epoxydharz, angeordnet.
Bei der Herstellung der vorbekannten Wicklungseinheit werden die Wicklungen zunächst unter Verwendung so genannter Ab standshalter zueinander positioniert und anschließend mit flüssigem Harz vergossen. Zur Vermeidung von Feuchtigkeit und Lufteinschlüssen im Isolierkörper findet das Vergießen und das Aushärten des Isolierkörpers in einem Vakuumofen statt. Die Abstandshalter verbleiben beim Vergießen im flüssigen Harz und bleiben daher auch nach dem Aushärten des Harzes Be standteil des Wicklungskörpers. Daher ist es für die Span nungsfestigkeit des Wicklungskörpers wesentlich, dass auch die Abstandshalter frei von Lufteinschlüssen ausgebildet sind, da ansonsten das Risiko einer Teilentladung besteht, durch welche die Spannungsfestigkeit des Wicklungskörpers drastisch reduziert würde. Es ist daher üblich, die Abstandshalter ebenfalls durch Form gießen unter Vakuum herzustellen. Dieses Herstellungsverfah ren ist jedoch aufwändig, insbesondere weil die Stückzahl der benötigten Abstandshalter innerhalb einer Wicklungseinheit vergleichsweise hoch ist.
Aufgabe der Erfindung ist es daher, ein Verfahren der ein gangs genannten Art bereitzustellen, das einfach und kosten günstig ist.
Die Erfindung löst diese Aufgabe durch ein Verfahren der ein gangs genannten Art, bei dem zumindest zwei Ausgangskomponen ten in einer unter Vakuum stehenden Mischkammer miteinander unter Ausbildung einer Komponentenmischung miteinander ver mischt werden. Die Komponentenmischung wird in ein ebenfalls unter Vakuum stehendes Extrudiergehäuse eines Extrudierers überführt, in dem ein Transportmittel angeordnet ist und das mit einem eine Austrittsöffnung begrenzenden Mundstück ausge rüstet ist. Das aus dem Mundstück austretende Extrudat wird zum Erhalt der Abstandshalter durch Wärmezugabe im Vakuum ausgehärtet .
Erfindungsgemäß ist ein Verfahren zur Herstellung von Ab standshaltern bereitgestellt, das kostengünstig ist und sich gleichzeitig für die Massenproduktion eignet. Dabei wird das Herstellungsverfahren nahezu ausschließlich im Vakuum durch geführt, so dass die Abstandshalter ohne Lufteinschlüsse und frei von Feuchtigkeit hergestellt werden können. Dabei kommt im Rahmen der Erfindung ein Extrudierer zum Einsatz, der ein Extrudiergehäuse mit einem Mundstück aufweist, das eine zweckmäßig ausgestaltete Austrittöffnung begrenzt. Innerhalb des Extrudiergehäuses ist ein Transportmittel angeordnet, welches die formbare Komponentenmischung durch die Austritts öffnung eines Mundstücks presst. Das austretende beispiels weise strangförmige Extrudat kann mit Hilfe eines geeigneten Schneidwerkzeugs zu den gewünschten fertigen Abstandshaltern geschnitten werden. Abweichend davon befinden sich im Extrudiergehäuse angehärtete vorgeformte Stücke der Komponen tenmischung, so dass ein Schneiden nicht zwangsläufig erfor derlich ist.
Wie bereits ausgeführt wurde, ist das im Extrudiergehäuse an geordnete Extrudat noch formbar. Beispielsweise ist das
Extrudat im Extrudiergehäuse noch flüssig. Abweichend davon kann die Komponentenmischung schon teilweise ausgehärtet sein. Hierbei umfasst die Komponentenmischung beispielsweise Monomere, die mit anderen Monomeren bereits reagiert haben, und Monomere die dies noch nicht getan haben. Natürlich ist es auch möglich, dass die eingesetzten Monomere mehrere Reak tionsstellen aufweisen, wobei noch nicht alle Reaktionsstel len reagiert haben. Mit anderen Worten ist die Polymerisation noch nicht abgeschlossen. Auf diese Art und Weise bleibt die Formbarkeit des Extrudats, das sich in einem so genannten B- Zustand befindet, erhalten.
Als Transportmittel, zum Herauspressen des Extrudats aus dem Extrudiergehäuse, kommen beliebige Fördermittel, beispiels weise eine Schnecke oder ein Kolben, in Betracht.
Der Einsatz eines grundsätzlich bekannten Extrudierverfahrens zur Herstellung von Abstandshaltern im Bereich von Hochspan nungsgeräten ist insoweit ungewöhnlich, als der Isolierkör per, in dem die Abstandshalter später eingebettet sind, eben nicht mit einem solchen Verfahren hergestellten werden kann. Die Herstellung eines Abstandhalters mit Hilfe eines
Extrudierverfahrens im Vakuum, wobei der Abstandshalter spä ter in einen durch Formgießen hergestellten Isolierkörper an geordnet ist, liegt nicht auf der Hand. Die Erfindung ermög licht die Herstellungskosten der Abstandshalter und somit der gesamten Wicklungseinheit drastisch herabzusetzen.
Erfindungsgemäß wird das austretende Extrudat unter Vakuum erwärmt. Durch die Erwärmung wird die Polymerisation abge schlossen . Gemäß einer vorteilhaften Weiterentwicklung der Erfindung ist hinter dem Extrudiergehäuse beispielsweise ein Heizelement in Gestalt eines Heizofens angeordnet, durch den beispielsweise ein aus dem Extrudierer austretender Strang der Komponenten mischung erhitzt wird, um die Polymerisation der Komponenten mischung in Gang zu setzen oder abzuschließen. Freie Reakti onsstellen reagieren schließlich, so dass sich die gewünschte Netzstruktur des Polymers ausbildet.
Gemäß einer diesbezüglich zweckmäßigen Weiterentwicklung wird die Komponentenmischung vor dem Überführen in das Extrudier gehäuse in einem Formkörper teilweise ausgehärtet. Wie be reits weiter oben ausgeführt wurde, ist es im Rahmen der Er findung auch möglich, die Komponentenmischung anzuhärten, in dem entweder durch zweckmäßige Auswahl der Komponenten oder durch Zugabe eines chemischen Starters dafür gesorgt wird, dass der Polymerisationsvorgang gestartet wird. So handelt es sich beispielsweise bei der Komponente A um einen Monomer, dessen Polymerisation durch Zugabe einer weiteren Komponente B in Gang gesetzt werden kann. Die Reaktion läuft so lange ab, bis ein so genannter B-Zustand der Komponentenmischung erreicht wird, in welcher die Komponentenmischung zwar eine gewisse Festigkeit aufweist, jedoch noch immer durch den Extrudierer verformt werden kann. So wird die Komponentenmi schung beispielsweise in einem Form- oder Abgussteil
angehärtet und das so entstandene Formstück anschließend in den Extrudierer gegeben, dessen Transportmittel das angehär tete Formstück dann durch die Austrittsöffnung presst, wo durch der Komponentenmischung oder dem Extrudat die gewünsch te Gestalt aufgeprägt wird. Das vollständige Aushärten er folgt dann durch Wärmezugabe im Vakuum.
Zweckmäßigerweise werden die Abstandshalter nach dem Schnei den unter Vakuum bei einer vorbestimmten Aushärtetemperatur über einen vorbestimmten Zeitraum hinweg gelagert. Auf diese Art und Weise wird weiterhin sichergestellt, dass Luftein schlüsse in den Abstandshaltern vermieden werden. Die Lage rung unter Vakuum kann in zweckmäßigen Lagerräumen erfolgen, die beispielsweise einer Schneideinheit nachgeordnet sind. In der Lagerkammer ist ein Vakuum angelegt.
Vorteilhafterweise werden die Ausgangskomponenten vor dem Vermischen in ein Komponentengehäuse überführt, in dem an schließend ein Vakuum angelegt wird, wobei jedes Komponenten gehäuse ausgangsseitig mit einer Mischkammer verbunden wird. Von dem Komponentengehäuse gelangen die Komponenten in die Mischkammer, die beispielsweise mit Rühr- oder Mischwerkzeu gen ausgerüstet ist, um eine möglichst gute Vermischung der Komponenten bereitzustellen. Von der Mischkammer aus gelangt die Komponentenmischung schließlich in das Extrudiergehäuse, aus dem heraus das Transportmittel die Mischung durch das Mundstück presst.
Die Erfindung betrifft ferner eine Wicklungseinheit für ein elektrisches Hochspannungsgerät, das beispielsweise als Hoch spannungsdrossel oder als Hochspannungstransformator ausge führt ist. Wie bereits weiter oben ausgeführt wurde, umfasst die Wicklungseinheit wenigstens eine Wicklung, wobei Wick lungsleiter der Wicklung zumindest teilweise durch die besag ten Abstandshalter in der gewünschten Stellung gehalten wer den. Dabei können die Wicklungsleiter beispielsweise durch kammartig ausgestalteten Abstandshalter, sowohl in radialer als auch in axialer oder Längsrichtung der Wicklung mit Ab stand zueinander gehalten werden.
Selbstverständlich ist es im Rahmen der Erfindung auch mög lich, dass die Wicklungseinheit wenigstens zwei hohlzylindri sche Wicklungen aufweist, die konzentrisch zueinander ange ordnet sind. Dabei dienen die Abstandshalter zum Ausrichten der Wicklungen zueinander und bevor diese mit flüssigem Iso liermittel vergossen werden. Das Vergießen erfolgt in einer zweckmäßigen Gussform innerhalb eines Vakuumofens, so dass wieder Lufteinschlüsse vermieden werden. Darüber hinaus sorgt das Vakuum dafür, dass die Isolation der Wicklungsleiter frei von Feuchtigkeit bleibt. Gemäß einer bevorzugten Ausgestaltung der Erfindung umfasst die Wicklungseinheit eine Oberspannungswicklung und eine Un terspannungswicklung, die konzentrisch zueinander angeordnet sind, wobei sich die Abstandshalter zumindest teilweise zwi schen der Unter- und Oberspannungswicklung erstrecken. Auf diese Weise ist die konzentrische Ausrichtung der Wicklungen beim Vergießen ermöglicht.
Hierbei ist es weiterhin vorteilhaft, wenn Abstandshalter und Isolierkörper aus dem gleichen Material gefertigt sind.
Weitere zweckmäßige Ausgestaltungen und Vorteile der Erfin dung sind Gegenstand der nachfolgenden Beschreibung von Aus führungsbeispielen der Erfindung unter Bezug auf die Figuren der Zeichnung, wobei gleiche Bezugszeichen auf gleichwirkende Bauteile verweisen und wobei
Figur 1 ein erstes Ausführungsbeispiel des erfindungs gemäßen Verfahrens schematisch verdeutlicht,
Figur 2 ein weiteres Ausführungsbeispiel des erfin
dungsgemäßen Verfahrens schematisch zeigt,
Figur 3 ein Ausführungsbeispiel einer erfindungsgemä ßen Wicklungseinheit schematisch in einer Draufsicht und
Figuren
4 und 5 Ausführungsbeispiele von erfindungsgemäß her gestellten Abstandshaltern zeigen.
Figur 1 zeigt eine Einrichtung 24 zur Durchführung einer Va riante des erfindungsgemäßen Verfahrens. Hierbei werden zu nächst zwei Komponenten A und B jeweils in ein Komponentenge häuse 2 beziehungsweise 3 gegeben. Anschließend wird mittels einer Vakuumapparatur 1.1 und einer Vakuumapparatur 1.2 in jedem Komponentengehäuse 2 beziehungsweise 3 ein Vakuum er zeugt. Mit anderen Worten wird die Luft, die zunächst den Gasraum über der flüssigen Komponente A ausfüllt, abgesaugt, bis sich ein Gasdruck von unter 10 mbar einstellt. Die Vaku umapparaturen 1.1 und 1.2 umfassen eine Vakuumpumpe. Wird diese abgestellt, stellt sich ein von der Temperatur abhängi ger Gleichgewichtsdampfdruck der Komponente A beziehungsweise B ein. Feuchtigkeit und insbesondere Luft ist aus den Kompo nentengehäusen 2 und 3 entfernt. Anschließend werden die Kom ponenten A und B durch die dargestellten Zuläufe in eine Mischkammer 4 überführt, die mit einem zweckmäßigen Rührwerk zeug ausgerüstet ist, das figürlich nicht dargestellt ist. In der Mischkammer werden die Komponenten A und B unter Ausbil dung einer Komponentenmischung miteinander vermischt.
Die Komponentenmischung gelangt von der Mischkammer 4 in ein Extrudiergehäuse 5 eines Extrudierers in dem ebenfalls ein Vakuum herrscht. In dem Extrudiergehäuse 5 ist eine Schnecke 6 als Transportmittel angeordnet, die durch eine figürlich nicht dargestellte elektrische Antriebseinheit in Drehung versetzt wird. Dabei wird die sich im Extrudiergehäuse 5 be findliche Komponentenmischung durch eine figürlich nicht dar gestellte Austrittsöffnung eines Mundstücks 7 gepresst, die an dem von der Mischkammer 4 abgewandten Ende des Extrudier gehäuses 5 angeordnet ist. Das Extrudiergehäuse 5 erstreckt sich in einer Längsrichtung und ist innen hohl ausgebildet.
Das aus dem Mundstück 7 austretende Extrudat wird anschlie ßend im Inneren eines Heizelements 8 erhitzt, so dass die Polymerisation der Komponentenmischung weiter voran getrieben und die Komponentenmischung nahezu vollständig ausgehärtet wird. Im Inneren des Heizelements 8 herrscht natürlich eben falls ein Vakuum. Das aus dem Mundstück 7 austretende
Extrudat ist strangförmig ausgestaltet. Dem Heizelement 8 ist daher eine Schneideinheit 9 nachgeordnet, welche den Strang unter Vakuum zu dem gewünschten Abstandshalter 10 schneidet. Die Abstandshalter 10 werden anschließend in einer Lagerkam mer 11 über einen vorbestimmten Zeitraum, beispielsweise 2 Stunden lang, bei einer Temperatur von etwa 20 bis 80 Grad gelagert. In der Lagerkammer 11 ist mit Hilfe der Vakuumappa ratur 1.3 ein Vakuum angelegt.
Figur 2 verdeutlicht eine weitere Variante des erfindungsge mäßen Verfahrens. Auch hier werden wieder zwei Komponenten A und B in ein Komponentengehäuse 2 beziehungsweise 3 gegeben, wobei mit Hilfe der Vakuumapparatur 1.1 beziehungsweise 1.2 in den Komponentengehäusen 2 und 3 wieder ein Vakuum angelegt wird. Auf diese Weise wird die vorhandene Luft entfernt bis der Gasraum oberhalb der flüssigen Komponenten nahezu aus schließlich mit der gasförmigen Komponente A beziehungsweise B befüllt ist. Die Komponenten A und B werden wieder in der Mischkammer 4 miteinander vermischt, von wo sie im flüssigen Zustand in ein Formteil 16 gelangen, das an einer Anhärte kammer 15 angeordnet ist. In der Anhärtekammer 15 ist über die Vakuumapparatur 1.4 ein Vakuum angelegt. Optional ist die Anhärtekammer mit einem Heizelement ausgerüstet, das so ein gestellt ist, dass die in dem Formteil 15 angeordnete Kompo nentenmischung in einen so genannten B-Zustand überführt wird, in dem die Komponentenmischung zwar eine gewisse Fes tigkeit aufweist, jedoch auch weiterhin durch den Extrudierer verformbar ist.
Die angehärtete Komponentenmischung im B-Zustand wird an schließend in eine Eingangskammer 17 überführt, in der über die Vakuumapparatur 1.5 wieder ein Vakuum angelegt ist. Dabei ist die Eingangskammer 17 über eine Verbindungsleitung 19 mit dem Extrudiergehäuse 5 des Extrudierers verbunden. Mit ande ren Worten ist auch in dem Extrudiergehäuse 5 ein Vakuum an gelegt. Als Transportmittel 18 ist hier ein Extrudierkolben vorgesehen, welcher den von der Eingangskammer 17 in das Extrudiergehäuse 5 eingeführten Komponentenmischungsblock oder mit anderen Worten die vorgeformte Komponentenmischung im B-Zustand durch die Austrittsöffnung 20 des Mundstücks 7 presst .
Das aus dem Mundstück 7 austretende Extrudat wird wieder in einem mit Hilfe eines Heizelements 8 erhitzt und somit weiter ausgehärtet, wobei durch ein geeignetes Schneidwerkzeug 9 die gewünschten Abstandshalter 10 bereitgestellt werden, die in der Lagerkammer 11 über einen vorbestimmten Zeitraum hinweg bei einer vorbestimmten Temperatur gelagert werden. Mit Hilfe der Vakuumapparatur 1.3 ist in der Lagerkammer 11 ein zweck mäßiges Vakuum erzeugt.
Figur 3 zeigt ein Ausführungsbeispiel eines erfindungsgemäßen Wicklungskörpers 21, der eine ringförmige Unterspannungswick lung 12 und eine diese vollumfänglich umschließende Oberspan nungswicklung 13 aufweist. Unterspannungswicklung 12 und Oberspannungswicklung 13 sind konzentrisch zueinander ange ordnet. Hierzu werden die Unter- und Oberspannungswicklung 12 und 13 mit Isoliermaterial, beispielsweise Harz, im flüssigen Zustand vergossen. Anschließend wird das Isoliermaterial 14 im Vakuumofen ausgehärtet. Um Unter- und Oberspannungswick lung 12 und 13 beim Vergießen konzentrisch zueinander zu hal ten, sind Abstandshalter 10 vorgesehen, die sich strahlenför mig oder radial zwischen der Unter- und Oberspannungswicklung 12 und 13 erstrecken.
Figur 4 zeigt ein Ausführungsbeispiel eines gemäß dem erfin dungsgemäßen Verfahren hergestellten Abstandshalters 10, der in dem in Figur 4 gezeigten Ausführungsbeispiel eine so ge nannte Kammstruktur ausbildet, bei der freie Schenkel 22 von einem gemeinsamen Steg 23 aufragen. Die Wicklungsleiter einer Wicklungslage der Wicklung können so zwischen die Schenkel 22 eingelegt werden. Durch den Steg 23 sind die übereinander liegenden Wicklungslagen in Längsrichtung voneinander
beabstandet .
Figur 5 zeigt ein weiteres Ausführungsbeispiel eines Ab standshalters 10 vor dem Zerschneiden, der ein so genanntes I-Profil aufweist.
Next Patent: WINDING UNIT HAVING TAPS FORMED ON THE SUPPORT