DE102020129464A1

DE102020129464A1 - Verfahren zur Herstellung mindestens eines Werkstückes, insbesondere eines Nassteils für einen Transformator, aus einem Zellstoff

Info

Publication number: DE102020129464A1
Application number: DE102020129464.6A
Authority: DE
Inventors: Michael Müller
Original assignee: Dielektra GmbH
Current assignee: Von Roll Isola GmbH
Priority date: 2020-11-09
Filing date: 2020-11-09
Publication date: 2022-05-12
Anticipated expiration: 2040-11-10
Also published as: DE102020129464B4

Abstract

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Herstellung mindestens eines Werkstückes, insbesondere eines Nassteils für einen Transformator, aus einem Zellstoff, wobei der Zellstoff mit mindestens einer Flüssigkeit versetzt wird, bei dem erfindungswesentlich vorgesehen ist, dass der mit Flüssigkeit versetzte Zellstoff mindestens einer 3D-Druckvorrichtung zugeführt wird und dass mittels der 3D-Druckvorrichtung das Werkstück entsprechend einer vorgegebenen Formgebung gedruckt wird. Weiterhin betrifft die Erfindung ein Verfahren zur Herstellung eines Werkzeuges insbesondere eines Werkzeuges zur Herstellung eines Nassbauteils insbesondere für einen Transformator, sowie ein Werkzeug zur Herstellung eines Nassbauteils insbesondere für einen Transformator.

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Herstellung mindestens eines Werkstückes, insbesondere eines Nassteils für einen Transformator, aus einem Zellstoff, wobei der Zellstoff mit mindestens einer Flüssigkeit versetzt wird. Weiterhin betrifft die Erfindung ein Verfahren zur Herstellung eines Werkzeuges, insbesondere eines Werkzeuges zur Herstellung eines Nassbauteils für einen Transformator. Weiterhin betrifft die Erfindung ein mittels des erfindungsgemäßen Verfahrens hergestelltes Werkzeug.
Werkstücke wie Nassteile für einen Transformator, beispielsweise Winkelringe, sind bekannt und kommen verbreitet in der Transformatortechnik zum Einsatz. Zur Herstellung der Nassteile wird zumeist aus Zellulose bestehender Zellstoff eingesetzt. Insbesondere aufgrund der dielektrischen Eigenschaften der Zellulose eignen sich aus Zellstoff hergestellte Nassteile gut für die Isolation von Transformatoren. Ein Verfahren zur Herstellung eines isolierenden Materials für einen Transformator ist beispielsweise aus der DE 30 00 418 bekannt.
Zur Herstellung eines Nassteils, insbesondere eines Winkelringes aus einem Zellstoff, kann der Zellstoff mit Wasser versetzt, gemahlen und anschließend zu Tafeln verarbeitet werden. Zur Herstellung der gewünschten Form kann der hergestellte Nassstoff entsprechend zurechtgesägt werden und händisch auf ein Werkzeug zur Herstellung des Werkstückes eingeformt werden. Der auf dem Werkzeug aufgezogene Nassstoff wird beispielsweise in einem Ofen getrocknet und nach der Trocknung und die anschließende Auskühlphase werden die Rohlinge vom Werkzeug abgezogen und entsprechend ihrer Verwendung händisch nachgearbeitet. Je nach späterer Verwendung können die Werkstücke imprägniert werden.
Nachteilig bei der Herstellung von Werkstücken, insbesondere von Nassteilen zur Isolation von Transformatoren, ist, dass die Werkzeuge zur Herstellung der Werkstücke an den späteren Verwendungszweck der Werkstücke, also beispielsweise an einen Transformatortyp angepasst sein müssen, wodurch sich ein hoher Kostenaufwand durch die Herstellung der Werkzeuge ergibt.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren zur Herstellung eines Werkstückes vorzuschlagen mit dem das Werkstück werkzeugunabhängig hergestellt werden kann beziehungsweise ein kostengünstiges Verfahren zur Herstellung eines Werkzeuges vorzuschlagen.
Die Lösung dieser Aufgabe erfolgt mit einem Verfahren zur Herstellung mindestens eines Werkstückes mit den Merkmalen des Patentanspruchs 1 sowie mit einem Verfahren zur Herstellung eines Werkzeuges mit den Merkmalen des Patentanspruchs 8.
Bei einem Verfahren zur Herstellung mindestens eines Werkstückes, insbesondere eines Nassteils für einen Transformator, aus einem Zellstoff, wobei der Zellstoff mit mindestens einer Flüssigkeit versetzt wird, ist erfindungswesentlich vorgesehen, dass der mit Flüssigkeit versetzte Zellstoff mindestens einer 3D-Druckvorrichtung zugeführt wird und dass mittels der 3D-Druckvorrichtung das Werkstück entsprechend einer vorgegebenen Formgebung gedruckt wird.
Der Zellstoff, der zur Herstellung eines Nassteils für einen Transformator vorgesehen ist, wird zur Verarbeitung in einer 3D-Druckvorrichtung, also zur Verarbeitung in einem 3D-Drucker vorbereitet. Hierzu wird der Zellstoff mit einer Flüssigkeit versetzt, um ein mit dem 3D-Drucker verarbeitbares Material zu erhalten. Das verarbeitbare Material wird mittels des 3D-Druckers zu einem Werkstück, also beispielsweise zu einem Winkelring für einen Transformator, verarbeitet. Die Form des Werkstückes kann hierbei ganz individuell an die Anforderungen des Transformators angepasst werden ohne extra ein Werkzeug zur Herstellung des Werkstückes herstellen beziehungsweise vorhalten zu müssen. Aufgrund des auf Zellstoff basierenden verarbeitbaren Materials weißt das mittels des 3D-Druckverfahrens hergestellte Werkstück die gleichen gut isolierenden Eigenschaften wie das mittels des herkömmlichen Verfahrens hergestellte Werkstück auf. Die Formgebung des Werkstückes kann beispielsweise im Vorfeld mittels computerbasierter Designverfahren gestaltet werden, sodass die Formgebung dann beispielsweise durch einen Datensatz vorgegeben ist. Entsprechend des Datensatzes wird der Druckvorgang durch den 3D-Drucker ausgeführt. Durch das Verfahren ist somit die Herstellung von Nassteilen für einen Transformator ermöglicht, ohne dass aufwendige Werkzeuge hierfür hergestellt werden müssen. Somit ist auch die wirtschaftliche Herstellung von einzelnen Werkstücken beziehungsweise Kleinserien möglich, ohne dass für jeden Nassteiltyp ein entsprechendes Werkzeug vorgehalten werden muss. Des Weiteren entfallen eine Vielzahl von Weiterbearbeitungsschritten, da das Werkstück genau in der gewünschten Formgebung erzeugt wird.
In einer Weiterbildung des Verfahrens wird das Werkstück im Anschluss an den Druckvorgang mit mindestens einem Tuch umkleidet und das umkleidete Werkstück wird getrocknet. Das fertiggedruckte Werkstück wird mittels mindestens eines Tuches umkleidet bevor der Trocknungsprozess gestartet wird. Die Trocknung der Werkstücke kann beispielsweise in einem Ofen erfolgen, wobei beispielsweise Trocknungstemperaturen von 90° Celsius bei einer Wandstärke von 3 mm bei einer Trocknungszeit von 60 bis 80 Stunden angewendet werden können. Die Länge des Trocknungsvorganges hängt hierbei von der Wandstärke der Werkstücke ab. Nach der Trocknung und dem anschließenden Auskühlen der Werkstücke werden die Tücher, beziehungsweise die Bandagenbänder entfernt. Das Auskühlen in den Tüchern beziehungsweise den Bandagenbändern ist für das Einhalten der Fertigungstoleranzen und der Formfestigung des Werkstückes von entscheidender Bedeutung.
In einer Weiterbildung der Erfindung handelt es sich bei dem Zellstoff um einen Sulfatzellstoff. Bei dem verwendeten Zellstoff, der zur Verarbeitung in einem 3D-Drucker vorbereitet wird, kann es sich um einen Sulfatzellstoff handeln, also um einen Zellstoff der mittels eines Sulfatverfahrens hergestellt wurde. Aufgrund der Faserstärke des Sulfatzellstoffes ist eine hohe Festigkeit der hergestellten Werkstücke zu gegeben.
In einer Weiterbildung der Erfindung handelt es sich bei der Flüssigkeit um ein Gemisch aus Wasser und mindestens einem Klebermaterial. Zur Vorbereitung wird der Zellstoff mit einem Flüssigkeitsgemisch aus Wasser und mindestens einem Klebermaterial versetzt. Das Zellstoff-Flüssigkeit-Gemisch ist durch den 3D-Drucker verarbeitbar, so dass die gewünschte Formgebung des Werkstückes erreicht werden kann. Durch das Gemisch aus Wasser und einem Klebermaterial ist eine ausreichende Formstabilität der Werkstücke gegeben.
In einer Ausführungsform des Verfahrens handelt es sich bei mindestens einem Klebermaterial um einen Kaseinkleber und/oder einen Polyesterkleber. Die Flüssigkeit zur Herstellung eines durch einen 3D-Drucker verarbeitbaren Materials kann aus einem Gemisch von Wasser mit einem Kasein- und/oder einem Polyesterkleber hergestellt werden. Durch das Wasser-Kleber-Gemisch ist eine hinreichende Formstabilität der 3D-gedruckten Bauteile gegeben.
In einer Weiterbildung des Verfahrens wird das getrocknete Werkstück mit mindestens einem Wachs und/oder mindestens einem Öl imprägniert. Durch eine Imprägnierung der Werkstücke kann die Restfeuchtigkeit der Werkstücke erheblich gesenkt werden. Die Imprägnierung kann hierbei auf die gewünschten Einsatzzwecke angepasst werden. Durch die Imprägnierung mit einem Wachs kann die Restfeuchtigkeit auf bis zu 4% in dem Werkstück gesenkt werden, während eine Öl-Imprägnierung die Restfeuchtigkeit im Werkstück auf 2% bis 2,5% reduzieren kann. Somit ist durch die Wahl des Imprägnierungsmittels eine Anpassung des Werkstückes an verschiedene Erfordernisse in der Endverwendung möglich.
In einer Weiterbildung des Verfahrens ist die Formgebung des Werkstückes durch einen Datensatz vorgegeben. Die Formgebung des beispielsweise für die Verwendung als Winkelring in einem Transformator benötigten Werkstückes kann mittels computerbasierter Verfahren, beispielsweise mittels computerunterstütztem Design geplant und erstellt werden. Auf Basis des geplanten Werkstückes wird ein Datensatz erzeugt, anhand dessen das Werkstück mittels der 3D-Druckvorrichtung erzeugt werden kann. Beispielsweise können die Datensätze für verschiedene Werkstücke in einer Speichereinrichtung, die mit dem 3D-Drucker verbunden ist, bereitgehalten werden, so dass viele verschiedene Werkstücke durch den 3D-Drucker hergestellt werden können.
Ein weiterer Aspekt der Erfindung betrifft ein Verfahren zur Herstellung eines Werkzeuges, insbesondere eines Werkzeuges zur Herstellung eines Nassbauteils insbesondere für einen Transformator, bei dem erfindungswesentlich vorgesehen ist, dass das Werkzeug mittels eines 3D-Druckverfahrens hergestellt wird.
Ein Werkzeug zur Herstellung eines Nassbauteils insbesondere für einen Transformator kann beispielsweise aus einem metallischen Material gefertigt sein. Auf das Werkzeug können Zellstofflagen aufgebracht werden, wobei die Form des Werkstückes durch das Werkzeug vorgegeben wird. Der auf das Werkzeug eingeformte Zellstoff wird einbandagiert und der auf das Werkzeug aufgebrachte Zellstoff wird einer Trocknung unterzogen. Das Werkzeug zur Herstellung der Werkstücke ist hierbei in einem 3D-Druckverfahren hergestellt, so dass auf einfache Art und Weise eine Anpassung des Werkzeuges an die geforderten Gegebenheiten anpassbar sind. Somit können auf einfache Art und Weise Werkstücke für jegliche Transformatortypen hergestellt werden.
In einer Weiterbildung des Verfahrens wird das Werkzeug aus einem Gemisch aus mindestens einem metallischen Material und mindestens einem Kunststoff hergestellt. In dem 3D-Druckverfahren kann ein Druckmaterial zum Einsatz kommen, das aus mindestens einem Material und mindestens einem Kunststoff zum Drucken mittels eines 3D-Druckers vorbereitet ist. Durch die Herstellung mittels eines 3D-Druckers kann auf aufwendige Prozessierungsschritte des Werkzeuges, wie beispielsweise zerspanende Verfahren, beispielsweise mittels einer Drehbank oder Fräse, verzichtet werden. Die benötigte Formgebung des Werkzeuges kann beispielsweise mittels computerbasiertem Design erstellt werden, wobei hier ein Datensatz erzeugt wird der die Formgebung des Werkzeuges vorgibt. Der Datensatz kann an einen 3D-Drucker übergeben werden, der anhand des Datensatzes selbstständig das Werkzeug herstellt. Somit ist auf kostengünstige Art und Weise ein Verfahren zur Herstellung eines Werkzeuges zur Herstellung von Nassteilen eines Transformators gegeben.
Weiterhin betrifft die Erfindung ein Werkzeug zur Herstellung eines Nassbauteils, insbesondere für einen Transformator, das mittels eines erfindungswesentlichen Verfahrens hergestellt wurde.
Im Folgenden wird die Erfindung anhand eines in der Zeichnung dargestellten Ausführungsbeispiels näher erläutert. Im Einzelnen zeigen die schematischen Darstellungen:

1: ein Verfahrensablauf zur Herstellung eines Werkstückes und
2: ein Verfahrensablauf zur Herstellung eines Werkzeuges.

In 1 ist schematisch der Ablauf zur Herstellung eines Werkstückes, insbesondere eines Nassteils für einen Transformator dargestellt. In einem ersten Schritt 1 wird ein Zellstoff als Ausgangsmaterial bereitgestellt. Das Ausgangsmaterial wird mit mindestens einer Flüssigkeit, insbesondere einem Gemisch aus Wasser und einem Klebematerial, beispielsweise mit Kaseinkleber oder Polyesterkleber, versetzt 2. Der mit Flüssigkeit versetzte Zellstoff wird einer 3D-Druckvorrichtung zugeführt 3, mit der das Werkstück gemäß den Formvorgaben gedruckt wird 4. Das fertiggedruckte Werkstück wird mit Tuchmaterial umkleidet 5 und getrocknet 6. Im Anschluss an den Trocknungsprozess 6 können die das Werkstück umhüllenden Tücher entfernt werden und das Werkstück kann zur Beseitigung von Restfeuchtigkeit beispielsweise mit Öl oder Wachs imprägniert werden 7.
In 2 ist ein Verfahren zur Herstellung eines Werkzeuges zur Herstellung eines Werkstückes insbesondere zur Herstellung eines Nassteils für einen Transformator dargestellt. Zunächst wird ein Ausgangsmaterial bereitgestellt 8, bei dem es sich beispielsweise um ein Gemisch aus einem metallischen Material und einem Kunststoff handelt. Das Ausgangsmaterial wird einer 3D-Druckvorrichtung zugeführt 9 mittels der das Werkzeug gemäß den Formvorgaben gedruckt wird 10.
Alle in der vorstehenden Beschreibung und in den Ansprüchen genannten Merkmale sind in einer beliebigen Auswahl mit den Merkmalen des unabhängigen Anspruchs kombinierbar. Die Offenbarung der Erfindung ist somit nicht auf die beschriebenen beziehungsweise beanspruchten Merkmalskombinationen beschränkt, vielmehr sind alle im Rahmen der Erfindung sinnvollen Merkmalskombinationen als offenbart zu betrachten.
ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
Diese Liste der vom Anmelder aufgeführten Dokumente wurde automatisiert erzeugt und ist ausschließlich zur besseren Information des Lesers aufgenommen. Die Liste ist nicht Bestandteil der deutschen Patent- bzw. Gebrauchsmusteranmeldung. Das DPMA übernimmt keinerlei Haftung für etwaige Fehler oder Auslassungen.
Zitierte Patentliteratur

DE 3000418 [0002]

Claims

Verfahren zur Herstellung mindestens eines Werkstückes, insbesondere eines Nassteils für einen Transformator, aus einem Zellstoff, wobei der Zellstoff mit mindestens einer Flüssigkeit versetzt (2) wird, dadurch gekennzeichnet, dass der mit Flüssigkeit versetzte Zellstoff mindestens einer 3D-Druckvorrichtung zugeführt (3) wird und dass mittels der 3D-Druckvorrichtung das Werkstück entsprechend einer vorgegebenen Formgebung gedruckt (4) wird.
Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das Werkstück im Anschluss an den Druckvorgang mit mindestens einem Tuch umkleidet (5) wird und dass das umkleidete Werkstück getrocknet (6) wird.
Verfahren nach einem der Ansprüche 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass es sich bei dem Zellstoff um einen Sulfatzellstoff handelt.
Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass es sich bei der Flüssigkeit um ein Gemisch aus Wasser und mindestens einem Klebematerial handelt.
Verfahren nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass es sich bei mindestens einem Klebematerial um Kaseinkleber und/oder Polyesterkleber handelt.
Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass das getrocknete Werkstück mit mindestens einem Wachs und/oder mindestens einem Öl imprägniert wird (7).
Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass die Formgebung des Werkstückes durch einen Datensatz vorgegeben ist.
Verfahren zur Herstellung eines Werkzeuges, insbesondere eines Werkzeuges zur Herstellung eines Nassbauteils insbesondere für einen Transformator, dadurch gekennzeichnet, dass das Werkzeug mittels eines 3D-Druckverfahren (10) hergestellt wird.
Verfahren nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, dass das Werkzeug aus einem Gemisch aus mindestens einem metallischen Material und mindestens einem Kunststoff hergestellt wird.
Werkzeug zur Herstellung eines Nassbauteils insbesondere für einen Transformator das mittels eines Verfahrens nach einem der Ansprüche 8 oder 9 hergestellt ist.