DE2515750A1 - Federelement aus kunststoff - Google Patents

Description

• Federelement aus Kunststoff Die Erfindung betrifft ein Federelement aus glasfaserverstärktem Eunststoff, insbesondere für die Verwendung im Transformatorenbau.
• Bederelemente aus elastischen Metallen sind in mannigSachen Ausführungsformen bekannt. Auch aus Kunststoff gibt es eine Reihe von Bederausführungen, die aber nahezu alle nicht geeignet sind, größere Kräfte bei geringen Abmessungen aufzunehmen. Es hat sich auch gezeigt, daß es nicht möglich ist, aus Kunststoff Federn in der Art der bekannten Tellerfedern herzustellen, wenn größere Belastungen auftreten, weil der Kunststoff selbst dann, wenn er durch Glasfasern verstärkt ist, unter den auftretenden Spannungen zerbricht.
• gegen der im Transformatorenbau durch die Magnetfelder auf tretenden Induktionen ist an sich ernsinscht, dort Bauteile möglichst aus nicht magnetisch induzierbaren Material und insbesondere aus Kunststoff herzustellen. Beispielsweise werden die Spulen von aus mehreren Spulen aufgebauten Eochspannungstransformatoren mit Abdeckscheiben versehen, die aus Kunststoff hergestellt sein sollten und es ist für manche Anwendungsfälle auch erstrebenswert, Federelemente den Spulen in Form von Scheiben zuzuordnen, um beispielsweise Vorspannungskräfte in der Tragkonstruktion zu erzielen, wenn diese selbst nicht die genügende Elastizität aufweisen kann oder keine Möglichkeiten vorsieht um die Spulen mit einer Vorspannung zu beaufschlagen. Es ist bisher aber nicht möglich gewesen, den Spulen selbst scheibenförmige Federn zuzuordnen, weil diese aus Metallen aufgebaut werden müssen, die wiederum Nachteile hinsichtlich der Induzierbarkeit aufweisen.
• Der vorliegenden Erfindung liegt daher, angeregt durch die Bedürfnisse des Transformatorenbaus, die Aufgabe zugrunde, ein Federelement aus Kunststoff zu schaffen, das möglichst scheibenförmig aufgebaut, aber zur Aufnahme großer Kräfte geeignet ist.
• Ausgehend von der Erkenntnis, daß im Transformatorenbau beispielsweise bei Einsatz von Scheibenspulen zum Aufbau einer Transformatorwicklung eine Kühlung der einzelnen Spulenkörper erforderlich ist, besteht die Erfindung darin, daß als Federelement eine Ringscheibe aus glasfaserverstärktem Kunststoff mit radial verlaufenden Wellungen vorgesehen wird. Durch diese Ausgestaltung kann das neue Federelement s.ehr vorteilhaft auch als Abstandshalter beim Aufbau von Scheibenspulen eingesetzt werden und es hat sich gezeigt, daß ein solches Scheibenelement auch in hervorragender Weise geeignet ist als Federelement, das In Richtung seiner Achse ohne die Gefahr der Beeinträchtigung ~des v^=urststoffeD belastet werden kann und über einen bestimmten Fzib zur Aufnahme großer Kräfte geeignet ist. Die neue gewellte Ringscheibe stellt daher ein Kunststoffederelement dar, das in dieser Form bisher nicht zur Verfügung stand und das sich auch in sehr vorteilhafter Weise im Transformatorenbau einsetzen läßt, überall da, wo nicht durch Magnetfelder induzierbare Materialien erwünscht sind, aber dennoch Federkräfte aufgebracht werden sollen.
• Vorteilhaft kann die Ringscheibe aus mindestens zwei in Eunststoff eingebetteten Schichten von Glasfasergeweben o.dgl. aufgebaut sein, der Hauptfaserrichtung jeweils um 900 versetzt ist zu der der darunterliegenden Schicht.
• Auf diese Weise kann sehr einfach eine sehr stabile Gewebeeinlage geschaffen werden, welche eine außerordentliche Stabilität bei gleichzeitiger Elastizität des Elementes sichert. Es ist natürlich auch möglich, Glasfasereinlagen in anderer Weise einzubringen, doch hat sich die geschilderte Methode als sehr einfach und vorteilhaft erwiesen.
• Die Erfindung ist anhand eines Ausführungsbeispites in der Zeichnung dargestellt und in der nachfolgenden Beschreibung erläutert. Dabei zeigen Fig. 1 eine perspektivische Ansicht eines neuen, ringscheibenförmigen Federelementes, Fig. 2 eine Art der Herstellung der Glasfasereinlage und 3 4 eine Einsatzmöglichkeit der erfindungsgemäßen Feder elemente beim aufbau einer Sch-aibensmAe Für Hocnspannungstransformatoren, Fig. 5 die Seitenansicht eines Drehstromtransformators, dessen Spulen durch eine glasfaserverstärkte Runststoffspannkonstruktion unter Einsatz der neuerungsgemäßen Federelemente zusammengehalten sind und Fig. 6 die Draufsicht auf den Xochspannungstransformator der Fig. 5.
• In der Fig. 1 ist ein Kunststoffederelement in der Form einer Ringscheibe 1 gezeigt, die zwischen einem äußeren Umfang und einem inneren Umfang mit radial verlaufenden Wellungen2 versehen ist. Die Wellungen eisen dabei einen Querschnitt etwa in der Form einer Sinuslinie auf, de eine solche Form besitzt, daß beim Einbauoer Scheibe zwischen zwei ebene Flächen unterhalb der Ringscheibe 1 Kanäle 3 und oberhalb Kanäle 4 gleichen Querschnittes gebildet sind, die vom Außendurchmesser bis zum Innendurchmesssr durchlaufen, dabei allerdings ihren Querschnitt entsprechend der radialen Erstreckung der Kanalwände verringern. Diese Ausgestaltung bringt den Vorteil mit sich, daß die Ringscheibe 1 zum Aufbau von Scheibenspulen sehr vorteilhaft als Abstandshalter eingesetzt werden kann, so daß der bisher zum Aufbau von Scheibenspulen notwendige Aufwand des getrennten Einlegens mehrerer radial gerichteter Abstands stäbe entfallen kann. Aus der Fig. 4 wird ersichtlich, daß zwischen mehrere einzelne Scheibenspulen 5 die erfindungsgemäßen Ringscheiben 1 eingelegt werden, so daß eine entscheidende Montagevereinfachung gegenüber dem sonst notwendigen Einlegen besonderer Abstandsstäbe erzielt wird. Dabei können selbstverständlich auch Ringscheiben 1a mit anderen Abmessungen eingesetzt werden, die lediglich als obere und untere Abschlußelemente dienen.
• Aus den Fig. 2 und 3 geht hervor, daß sich die neue Ringscheibe 1 der Fig. 1 in sehr einfacher Weise dadurch herstellen läßt, daß ringförmig zugeschnittene Glasfasergewebe 6 und 7 mit überwiegend unidirektiional angeordneten Fäden mit Kunstharzen (Trockenprepregs) imprägniert werden. Prepregs sind mit Kunstharzen imprägnierte Trägerstoffe, in vorliegenden Falle Glasgewebe, Glasvliese oder Gewebe aus Fasern aus aromatischen Polyamiden mit einer Fadenvorzugsrichtung. Die Harze befinden sich noch im B-Zustand, d.h.
• durch Anwendung von Temperatur erreicht man eine Wiedererweichung des Harzes mit nun folgender Aushärtung. Diese Prepregs 7 (in Fig. 2 gestrichelte Linien) und 6 (in Fig. 2 ausgezogene Linien) werden übereinandergelegt, und zwar in der Weiss, daß je nach Lagenzahl die Hauptfaserrichtung der ersten Lage um 900 gegen die zweite Lage versetzt ist. Die dritte Lage (nicht gezeigt) ist wiederum um 900 gegen die zweite Lage versetzt und so fort. Die Gesamtlagenzahl ergibt sich aus der erforderlichen Gesamtstärke der Ringscheibe.
• Um die Gliechmäßigkeit bezüglich der Kraftaufnahme weiter zu erhöhen, kann der Versetzungswinkel von Lage zu Lage auch 450 oder auch weniger betragen, wie das in Fig. 3 gezeigt ist. Dort sind den Prepregs 6 und 7, deren Fasern um 90°zueinander versetzt sind, weitere Prepregs 8 und 9 überlagert, deren Faserrichtungen um 90° gegeneinander und um 450 gegenüber jenen der Prepregs 6 und 7 versetzt sind. Diese solcherart übereinander gestapelten Prepreglagen werden nun in einer beheizbaren Formpresse zu dem in Fig. 1 dargestellten Federelement verpreßt.
• Mit einem solchen Ringscheibenfederelement wird es auch möglich, einen Hochspannungstransformator mit einer Spannkonstruktion aus glasfas-erverstärktem Kunststoff zu versehen, bei dem Traversen 17 zum Zusammenhalten der Spulen 18 ebenfalls aus glasfaserverstärktem Kunststoff vorgesehen sind, die mit nicht dargestellten Querverstrebungen längs den Linien 19 fest verbunden werden, so daß ein Spannen durch nachträglichtes anziehen von Schrauben o.dgl. nicht möglich ist. Zu diesem Zweck sind jeweils an der oberen und unteren Stirnfläche der Spulen 18 ?dngscheiben 1 getii Fig. 1 vorg3s2nan, welche dlrch Ge.geneinanaerdrücken der beiden oberen und unteren Traversen 17 federnd zusammengedrückt werden und dann die Spulen 13 unter Vorspannung halten, auch wenn die Traversen 17 nach dem Vorspannvorgang durch Querverstrebungen längs den Linien 19 nur fest zusammengehalten werden, ohne daß ein weiterer Spannvorgang möglich oder notwendig ist.. Die erfindungsgemäßen Ringscheibenfederelemente weisen daher den entscheidenden Vorteil auf, daß durch sie der Einsatz von EunststoffspannlKonstruktionen für Hochspannungstransformatoren möglich ist, die bisher nicht vorgesehen werden konnten, die aber nicht Gegenstand der vorliegenden Anmeldung sind. Die bisher übliche Methode zum Aufbau von Hochspannungstransformatoren bestand im wesentlichen darin, daß längs den Linien 19 Schraubbolzen vorgesehen waren, die durch Anziehen der Schrauben bzw. Muttern die notwendige Vorspannung aufzubringen gestatteten, weil sie selbst als Federelemente wirken konnten.
• Durch den erfindungsgemäßen Einsatz von tellerfederartigen Federelementen gemäß der vorliegenden Erfindung kann auf solche Schraubbolzenfederelemente verzichtet werden, weil die Federkräfte im Inneren der Spulen 18 selbst zur Verfügung gestellt werden. Der Einsatz solcher Federelemente wird bei Hochspannungstransformatoren aber auch nur dadurch mit ermöglicht, daß sie aus durch Magnetfelder nicht beeinflußbarem Material aufgebaut sind. Die Verwendung der erfindungsgemäßen Federelemente im Transformatorenbau, svi es als Abstandselemente gemäß der Anordnung nach Fig. 4 oder sei es als Federelemente in der Ausführungsform der Fig. 5 und 6, stellt daher eine ganz besonders vorteilhafte Anwendungsmöglichkeit dar.

Claims (5)

Patent- und Schutzansprüche

1. Federelement aus Kunststsoff, insbesondere für die Ver-4 wendung im Transformatorenbau, dadurch gekennzeichnet, daß eine Ringscheibe (1) aus glasfaserverstärktem Sunststoff mit radial verlaufenden Wellungen (2) versehen ist.

2. Federelement nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Ringscheibe (1) aus mindestens zwei im Kunststoff eingebetteten Schichten von Glasfasern (14) aufgebaut ist.

3. Federelement nach den Ansprüchen 1 und 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Schichten (14) aus Glasfasergewebe mit iiberwiegend unidirektional angeordneten Fäden in der Weise aufgebaut sind, daß jeweils eine mit Kunstharz imprägnierte Schicht gegen die nächste Schicht um 900 bzw. 450 versetzt ist.

4. Federelement nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Ringscheibe (1) aus mindestens zwei im Kunststoff eingebetteten Schichten von Glasvliesen aufgebaut ist.

5. Federelement nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Ringscheibe (1) aus mindestens zwei im Kunststoff eingebetteten Schichten von Gewebe aus aromatischen Polyamiden aufgebaut ist.