DE69924850T2

DE69924850T2 - Gefaltene isolierte leiterfolie und sein herstellungsverfahren.

Info

Publication number: DE69924850T2
Application number: DE69924850T
Authority: DE
Inventors: J. Thomas LANOUE; P. Richard MAREK
Original assignee: ABB Inc USA
Current assignee: ABB Inc USA
Priority date: 1998-07-21
Filing date: 1999-07-16
Publication date: 2006-03-02
Anticipated expiration: 2019-07-17
Also published as: JP2002521813A; EP1099228A4; EP1099228B1; KR20010079553A; WO2000005729A1; EP1099228A1; CA2338237C; CA2338237A1; ATE293833T1; US6080935A; KR100391775B1; DE69924850D1

Description

Hintergrund der Erfindung
Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf einen gefalteten isolierten Folienleiter zur Verwendung bei elektrischen Vorrichtungen und insbesondere auf einen verbesserten gefalteten isolierten Folienleiter zur Verwendung in Transformatorenspulen und auf sein Herstellungsverfahren.
Im Allgemeinen werden isolierte Leiter für elektrische Vorrichtungen aus Leitermaterial, wie beispielsweise Aluminium oder Kupfer hergestellt, und weisen eine im Wesentlichen rechtwinklige Querschnittsfläche mit abgerundeten Ecken auf. Das Leitermaterial wird dann in einem getrennten Prozess isoliert. Derartige rechteckige Standardleiter kommen nur in diskreten Größen.
Die US 3 634 800 offenbart ein Verfahren zum Erzeugen eines Folienleiters mit den Schritten eines Bondens eines isolierenden Streifens an einem leitenden Streifen und Falten der gebondeten Streifen, um einen isolierten Folienleiter aufzuweisen. Die US 3 902 938 beschreibt ein Verfahren, bei dem der isolierende Streifen nicht an dem leitenden Streifen gebondet wird, stattdessen wird er um den leitenden Streifen gewickelt.
Es würde wünschenswert sein, einem elektrischen Gerätehersteller ein Verfahren zum Anbringen eines isolierten Leiters auf seiner Vorrichtung mit niedrigen Herstellungskosten, mit einem hohen Grad von Flexibilität in Größe und Querschnittsfläche und ohne Verlust in dielektrischer Leistung bereitzustellen. Eine derartige Flexibilität der Größe und Fläche des Leiters würde dem Hersteller ermöglichen, eine Ausgestaltung vollständig zu optimieren, um die niedrigsten Gesamtkosten zu erreichen.
Zusammenfassung der Erfindung
Es ist eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung, einen verbesserten Prozess zum Erzeugen verschiedener isolierter Leitergrößen während eines Spulwicklungsprozesses durch Schlitzen und Falten von isolierenden standardmäßigen Flächenmaterialien und Folienflächenleitern fliegend, d.h. während der Bewegung, bereitzustellen. Durch fliegendes Schlitzen kann jede Folienbreite in nahezu jede Querschnittsgröße gefaltet werden, und die Leiterquerschnittsfläche kann durch Falten des Folienflächenleiters über zusätzliche Folienfüllstreifen verändert werden. Der gefaltete Folienleiter wird gleichzeitig durch Falten der geschlitzten Flächenisolierung während des gleichen Prozesses isoliert. Es ist eine weitere Aufgabe der Erfindung, einen Prozess bereitzustellen, der die Vorteile des fliegenden Schlitzens und Faltens während des Spulwicklungsprozesses, flexible Abmessungsgrößen, flexible und inkrementale Leiterquerschnittsflächen, abgerundete Kanten für überdurchschnittliche dielektrische Leistung, wesentlich verringertes Leiterinventar, Beseitigung der Vorisolierung und Speicherung des isolierten Leiters, und somit die Fähigkeit bereitzustellen, zu isolieren, zu dimensionieren und nach Bedarf zu verwenden. Diese Aufgaben werden durch das Verfahren und den Leiter der Ansprüche 1 und 13 erreicht.
Gemäß einem Aspekt der Erfindung wird ein Verfahren zur Herstellung eines gefalteten isolierten Folienleiters bereitgestellt, mit den Schritten des Bondens einer Länge eines Flächenisolierungsmaterials in eine entsprechende Länge eines Folienleitermaterials, um eine Länge einer flachen Verbundfolienleiter/Isolierung bereitzustellen, des Faltens der Länge der Verbundfolienleiter/Isolierung longitudinal in eine im Wesentlichen U-förmigen Länge mit einem zentralen Abschnitt zwischen zwei Beinabschnitten und das Faltens der Beinabschnitte des „U" nach innen zu einer Position, die im Wesentlichen parallel zu dem zentralen Abschnitt des „U" ist, um die freien Enden der Beinabschnitte in gegenüberliegende Beziehung zu bringen, um einen gefalteten isolierten Folienleiter mit zwei Leiterdicken umgeben von Isolierung bereitzustellen. Ferner umfasst das Verfahren den Schritt des Einfügens eines unisolierten Füllfolienleiterstreifens in die U-förmige Länge vor dem Falten der Beinabschnitte des „U", um die Leiterquerschnittsfläche des gefalteten isolierten Folienleiters zu erhöhen.
Gemäß einem weiteren Aspekt der Erfindung weist der unisolierte Füllfolienleiterstreifen eine Breite auf, die dem zentralen Abschnitt des „U" entspricht.
Gemäß einem weiteren Aspekt der Erfindung wird ein Verfahren zur Herstellung eines Leiters mit glatter abgerundeter Kante und eng isolierter Wicklung für Verteilungstransformatoren bereitgestellt, mit den Schritten des Zuführens einer Länge eines Flächenisolierungsmaterials zu einer Montagestation, des Zuführens einer Länge eines Folienleitermaterials zu der Montagestation, des Bondens bei der Montagestation der Länge des Flächenisolierungsmaterials mit einer entsprechenden Länge des Folienleitermaterials, um eine Länge einer flachen Verbundfolienleiter/Isolierung bereitzustellen, des Faltens der Länge der Verbundfolienleiter/Isolierung longitudinal in eine im Wesentlichen U-förmige Länge mit einem zentralen Abschnitt zwischen zwei Beinabschnitten und des Faltens der Beinabschnitte des „U" nach innen zu einer Position, die im Wesentlichen parallel zu dem zentralen Abschnitt des „U" ist, um die freien Enden der Beinabschnitte in eine im Wesentlichen aneinander stoßende Beziehung zu bringen, um einen gefalteten isolierten Folienleiter mit einer Dicke von zwei Leitern bereitzustellen, der von Isolierung umgeben wird und glatte abgerundete Kanten umfasst.
Gemäß einem weiteren Aspekt der Erfindung wird ein gefalteter isolierter Folienleiter für Verteilungstransformatoren bereitgestellt, der eine Länge eines Flächenisolierungsmaterials umfasst, die an eine entsprechenden Länge eines leitenden Spulenmaterials gebondet wird, um eine Länge einer flachen Verbundfolienleiter/Isolierung bereitzustellen, wobei die Länge der Verbundleiterisolierung longitudinal in eine im Wesentlichen U-förmige Länge gefaltet wird, die einen zentralen Abschnitt zwischen zwei Beinabschnitten aufweist, und die Beinabschnitte des „U" nach innen zu einer Position gefaltet werden, die im Wesentlichen parallel zu dem horizontalen zentralen Abschnitt des „U" ist, um die freien Enden der Beinabschnitte in gegenüberliegende Beziehung zu bringen, um einen gefalteten isolierten Folienleiter mit einer Dicke von zwei Folien bereitzustellen, der von Isolierung umgeben wird. Ferner wird ein unisolierter Füllfolienleiterstreifen zentral in dem gefalteten isolierten Folienleiter angeordnet, um die Leiterquerschnittsfläche des gefalteten isolierten Folienleiters zu erhöhen.
Für weitere Aufgaben und Vorteile der Erfindung kann Bezug auf die folgende ausführliche Beschreibung der bevorzugten Ausführungsform in Verbindung mit den begleitenden Zeichnungen genommen werden.
Kurzbeschreibung der Zeichnungen
1 ist eine Darstellung eines Querschnitts einer Länge eines Folienleiters, der über einer Länge einer Flächenisolierung überlagert wird, bevor sie zusammen gebondet werden.
2 ist eine Darstellung eines Querschnitts des Folienleiter/Isolierungs-Verbundes.
3 ist eine Darstellung eines Querschnitts der teilweisen Isolierungsumwicklung bei der anfänglichen longitudinalen U-förmigen Falte.
4 ist eine Darstellung eines Querschnitts des abschließend gefalteten longitudinalen Leiters mit der Isolierungsumwicklung des Stands der Technik.
5 ist eine Darstellung eines Querschnitts der anfänglichen longitudinalen U-förmigen Falte mit einer teilweisen Isolierungsumwicklung, die 3 ähnlich ist, jedoch die Aufnahme eines Füllleiters aufweist.
6 ist eine Darstellung eines Querschnitts des gefalteten isolierten Folienleiters mit einem Füllleiter, der eingefügt ist, um die Querschnittsfläche zu erhöhen.
Beschreibung der bevorzugten Ausführungsform
Die bevorzugte Ausführungsform des Verfahrens der vorliegenden Erfindung zur Herstellung eines gefalteten isolierten Folienleiters wird nun in Verbindung mit 1 bis 6 beschrieben. Der isolierte Folienleiter umfasst eine Länge eines Folienleitermaterials 10 und eine Länge eines Isolierungsmaterials 12. Beim Praktizieren des Verfahrens wird der Folienleiter zuerst in eine vorbestimmte Breite 10 und das Flächenisolierungsmaterial in eine entsprechende Breite 12 geschlitzt. Eine Länge des geschlitzten Folienleitenmaterials 10 und eine entsprechende Länge des geschlitzten Flächenisolierungsmaterials 12 werden einer Montagestation zugeführt, bei der die Länge des Flächenisolierungsmaterials 12 und die entsprechende Länge des Folienleitermaterials 10 miteinander gebondet werden, um eine Länge einer flachen Verbundfolienleiter/Isolierung 14 bereitzustellen (2). Eine Länge der Verbundfolienleiter/Isolierung 14 wird dann durch eine geeignete Faltmaschine geführt, wobei sie longitudinal in eine im Wesentlichen „U"-förmige Länge mit einem zentralen Abschnitt 16 zwischen zwei Beinabschnitten 18 und 20 gefaltet wird (3). Die Beinabschnitte 18 und 20 des „U" werden nach innen zu einer Position gefaltet, die im Wesentlichen parallel zu dem zentralen Abschnitt 16 des „U" ist, um die freien Enden 18a, 20a der Beinabschnitte 18 und 20 in gegenüberliegende Beziehung zu bringen (4), um einen gefalteten isolierten Folienleiter 22 bereitzustellen, der eine Dicke von zwei Leitern 10 umgeben von Isolierung 12 aufweist. Bei der bevorzugten Form der Erfindung bewegen sich (fliegen) sowohl das Folienleitermaterial 10 als auch das Flächenisolierungsmaterial 12 während der Schritte des Schlitzens und Bondens der Materialien. Bei dem bevorzugten Verfahren der Erfindung bewegen sich (fliegen) das Folienleitermaterial 10 und das Flächenisolierungsmaterial 12 in der Verbundfolienleiter/Isolierung 14 während aller Schritte des Verfahrens zur Herstellung des Folien-isolierten Folienleiters 22.
Wie in 4 ersichtlich ist, ist der gefaltete isolierte Folienleiter des Stands der Technik 22 longitudinal gefaltet, sodass sich die Enden des Leitermaterials 10 und die Enden des Isolierungsmaterials 12 nahezu in der Mitte berühren, was zu einer Dicke von zwei Leitern 10 umgeben von Isolierung 12 führt. Das Faltkonzept liefert ein einzigartiges Verfahren zum Erhalten eines glatten, abgerundeten und dicht isolierten Wicklungsleiters für Verteilungstransformatoren. Das Verfahren des Stands der Technik zum Erreichen einer glatten abgerundeten Folienkante oder Wicklung bestand darin, die Kante des Leiters mittels mechanischer Walzen anzupassen. Ein derartiges Verfahren des Stands der Technik erforderte eine präzise mechanische Einstellung, erzeugte variable Ergebnisse, war auf große Foliendicken begrenzt und wurde in einem getrennten Prozess isoliert, womit es extrem schwierig gemacht wird, eine Spule fliegend herzustellen und zu wickeln. Eine weitere Alternative, um relativ glatte Wicklungskanten für Folienleiter zu erhalten, bestand darin, statische Elektrizität zu verwenden oder die Kanten elektrisch zu brennen, was ein langsamer und kostenaufwändiger Prozess war. Es erforderte erneut einen getrennten Schritt zum Isolieren des Leiters.
Die vorliegende Erfindung liefert ein relativ einfaches Verfahren zum Erhalten von glatten und abgerundeten Wicklungskanten. Sie weist ebenfalls den zusätzlichen Vorteil auf, unisolierte Füllfolienstreifen hinzuzufügen, um die Leiterquerschnittsfläche zu erhöhen. Dies wird in 5 und 6 dargestellt. In 5 wird ersichtlich, dass eine Länge eines Folienleitermaterials 30 mit einer entsprechenden Länge eines isolierenden Materials 32 gebondet wurde, um eine Länge einer flachen Verbundfolienleiter/Isolierung 34 bereitzustellen, die longitudinal in eine im Wesentlichen „U"-förmige Länge mit einem zentralen Abschnitt 36 zwischen zwei Beinabschnitten 38 und 40 gefaltet wurde. Ein unisolierter Füllfolienleiterstreifen 42 ist zentral in dem gefalteten isolierenden Folienleiter angeordnet, wobei die Beinabschnitte 38 und 40 des „U" danach nach innen zu der Position gefaltet werden, die im Wesentlichen parallel zu dem horizontalen zentralen Abschnitt des „U" ist, um die freien Enden 38a, 40a der Beinabschnitte in gegenüberliegende Beziehung zu bringen, wie in 6 gezeigt ist, um einen ge falteten isolierten Folienleiter 44 bereitzustellen, bei dem die Leiterquerschnittsfläche durch die Querschnittsfläche des Füllfolienleiters 42 erhöht ist. Die Verwendung der Füllstreifen 42 in 5 und 6 ermöglichen nicht nur, dass die Leiterquerschnittsfläche erhöht werden kann, sondern ermöglicht ebenfalls die Verwendung von verschiedenartigen Leitermaterialien. Beispielsweise wird ermöglicht, eine äußere Kupferumwicklung 30 und einen inneren Aluminiumfüllstreifen 42 zu verwenden. Dies stellt den zusätzlichen Vorteil niedriger Materialkosten für nahezu die gleichen Verluste wie eine massive Kupferleiterfläche primär aufgrund des Skin-Effekts bereit, bei dem der Strom hauptsächlich an der äußeren Oberfläche des Leiterquerschnitts fließt. Die Kanten des Folienleiters nach der Umwicklung werden an der Mitte des Wicklungsabstands zusammengestaucht, wobei das elektrische Feld gleichmäßig und viel niedriger als an der Wicklungskante ist. Dies ist ein wesentlicher Vorteil und kann mit niedrigen Herstellungskosten ausgeführt werden. Das vorliegende Verfahren weist ebenfalls den Vorteil auf, dass die Breite des gefalteten isolierten Folienleiters verändert werden kann, ohne die Breite des Leiters und des Isolierungsmaterials zu ändern. Dies wird während des ersten Faltschritts (3) erreicht, wobei die Breite des zentralen Abschnitts 16 des „U" erhöht und die Länge der beiden Beinabschnitte 18 und 20 entsprechend verringert wird, sodass, wenn die Beinabschnitte des „U" nach innen zu einer Position gefaltet werden, die im Wesentlichen parallel zu dem zentralen Abschnitt des „U" (4) ist, die freien Enden 18a, 20a der Beinabschnitte 18 und 20 einen Abstand voneinander beabstandet sind, der der erhöhten Breite des zentralen Abschnitts 16 des „U" entspricht. Diese Variation bei dem Verfahren kann in Verbindung mit der Hinzufügung des unisolierten Füllfolienstreifens 42 in 5 und 6 genutzt werden. Bei diesem Aspekt der Erfindung wird die Breite des Füllstreifens 42 entsprechend dem Anstieg in der Breite des zentralen Abschnitts 36 des „U" erhöht.
Die vorliegende Erfindung liefert ein Verfahren zum Erzeugen verschiedener isolierter Leitergrößen während des Transformator-Spulenwicklungsprozesses durch einfaches Schlitzen und Falten von standardmäßigen isolierenden Flächenmaterialien und Flächenfolienleitern während der Bewegung. Durch fliegendes Schlitzen kann jede Folienbreite in nahezu jede Querschnittsgröße gefaltet werden. Die vorliegende Erfindung umfasst ebenfalls ein Verfahren zum Verändern der Leiterquerschnittsfläche durch Falten des Flächenfolienleiters über zusätzliche Füllfolienstreifen.
Obwohl ein bevorzugtes Verfahren der Erfindung beschrieben wurde, ist ersichtlich, dass weitere Modifikationen ohne Abweichen vom Schutzumfang der Erfindung, wie er in den angefügten Ansprüchen dargelegt ist, durchgeführt werden können.

Claims

Verfahren zur Herstellung eines gefalteten isolierten Folienleiters, mit folgenden Schritten: Bonden einer Länge einer Flächenisolierung (12) mit einer entsprechenden Länge eines Folienleitermaterials (10), um eine Länge einer flachen Verbundfolienleiter/Isolierung (14) bereitzustellen, Falten der Länge der Verbundfolienleiter/Isolierung longitudinal in eine im Wesentlichen U-förmige Länge mit einem zentralen Abschnitt zwischen zwei Beinabschnitten, Einfügen mindestens eines unisolierten Füllfolienleiterstreifens (42) in die U-förmige Länge vor dem Falten der Beinabschnitte des „U", um die Leiterquerschnittsfläche des gefalteten isolierten Folienleiters zu erhöhen, und Falten der Beinabschnitte des „U" (18, 20) nach innen zu einer Position, die im Wesentlichen parallel zu dem zentralen Abschnitt des „U" ist, um die freien Enden der Beinabschnitte in gegenüberliegende Beziehung zu bringen, um einen gefalteten isolierten Folienleiter bereitzustellen, der eine Dicke von zwei Leitern umgeben von Isolierung aufweist.
Verfahren gemäß Anspruch 1, wobei der unisolierte Füllfolienleiterstreifen eine Breite aufweist, die dem zentralen Abschnitt des „U" entspricht.
Verfahren gemäß Anspruch 1 oder 2, ferner mit folgenden Schritten: Zuführen einer Länge eines Flächenisolierungsmaterials zu einer Montagestation, und Zuführen einer Länge eines Folienleitermaterials zu der Montagestation, wobei der Schritt des Bondens an der Montagestation durchgeführt wird, und wobei die freien Enden der Beinabschnitte in eine im Wesentlichen aneinander stoßende Beziehung gebracht werden.
Verfahren gemäß einem der Ansprüche 1 bis 3, bei dem die erstgenannte Länge des Folienleitermaterials und der unisolierten Füllfolienleiterstreifen aus den gleichen Leitermaterialien hergestellt sind.
Verfahren gemäß einem der Ansprüche 1 bis 3, bei dem die erstgenannte Länge des Folienleitermaterials und der unisolierte Füllfolienleiterstreifen aus verschiedenartigen Leitermaterialien hergestellt sind.
Verfahren gemäß Anspruch 5, bei dem eines der Leitermaterialien Kupfer und das andere Leitermaterial Aluminium ist.
Verfahren gemäß Anspruch 5 oder 6, bei dem die erstgenannte Länge des Folienleitermaterials Aluminium und der unisolierte Füllfolienleiterstreifen Kupfer ist.
Verfahren gemäß einem der vorangehenden Ansprüche, ferner mit folgenden Schritten: Schlitzen eines Folienleitermaterials in eine vorbestimmte Breite, und Schlitzen eines Flächenisolierungsmaterials in eine entsprechende Breite.
Verfahren gemäß Anspruch 8, bei dem sich sowohl das Folienmaterial als auch das Flächenisolierungsmaterial während der Schritte des Schlitzens der Materialien bewegen.
Verfahren gemäß Anspruch 9, bei dem sich sowohl das Flächenisolierungsmaterial als auch das Folienleitermaterial während des Schritts des Bondens bewegen.
Verfahren gemäß einem der Ansprüche 8 bis 10, bei dem sich das Flächenisolierungsmaterial und das Folienleitermaterial während aller Schritte des Verfahrens zur Herstellung des gefalteten isolierten Folienleiters bewegen.
Verfahren gemäß einem der Ansprüche 8 bis 11, bei dem die Breite des gefalteten isolierten Folienleiters ohne Ändern der Breite des Leiters und der Isolierungsmaterialien verändert wird, wodurch während des ersten Faltschritts die Breite des zentralen Abschnitts des „U" erhöht wird und die Länge der beiden Beinabschnitte entsprechend verringert werden, sodass, wenn die Beinabschnitte des „U" nach innen zu einer Position gefaltet werden, die im Wesentlichen parallel zu dem zentralen Abschnitt des „U" ist, die freien Enden der Beinabschnitte mit einem Abstand getrennt angeordnet sind, der der erhöhten Breite des zentralen Abschnitts des „U" entspricht.
Gefalteter isolierter Folienleiter für Verteilertransformatoren mit: einer Länge eines Flächenisolierungsmaterials (12), das mit einer entsprechenden Länge eines Folienleitermaterials (10) gebondet ist, um eine Länge einer flachen Verbundfolienleiter/Isolierung (14) bereitzustellen, wobei die Länge der Verbundfolienleiter/Isolierung (14) longitudinal in eine im Wesentlichen U-förmige Länge mit einem zentralen Abschnitt (16) zwischen beiden Beinabschnitten (18, 20) gefaltet ist, und die Beinabschnitte (18, 20) des „U" nach innen zu einer Position gefaltet sind, die im Wesentlichen parallel zu dem horizontalen zentralen Abschnitt (16) des „U" ist, um die freien Enden (18a, 20a) der Beinabschnitte (18, 20) in gegenüberliegende Beziehung zu bringen, um einen gefalteten isolierten Folienleiter bereitzustellen, der eine Dicke von zwei Leitern umgeben von Isolierung aufweist, wobei der gefaltete isolierte Folienleiter ferner einen unisolierten Füllfolienleiterstreifen (42) umfasst, der zentral in dem gefalteten isolierten Folienleiter angeordnet ist, um die Leiterquerschnittsfläche des gefalteten isolierten Folienleiters zu erhöhen.
Gefalteter isolierter Folienleiter gemäß Anspruch 13, bei dem die erstgenannte Länge des Folienleitermaterials (10) und der unisolierte Füllfolienleiterstreifen (42) aus den gleichen Leitermaterialien hergestellt sind.
Gefalteter isolierter Folienleiter gemäß Anspruch 13, bei dem die erstgenannte Länge des Folienleitermaterials (10) und der unisolierte Füllfolienleiterstreifen (42) aus verschiedenartigen Leitermaterialien hergestellt sind.
Gefalteter isolierter Folienleiter gemäß Anspruch 15, bei dem eines der Leitermaterialien Kupfer und das andere Leitermaterial Aluminium ist.
Gefalteter isolierter Folienleiter gemäß Anspruch 15 oder 16, bei dem die erstgenannte Länge des Folienleitermaterials (10) Aluminium und der unisolierte Füllfolienleiterstreifen (42) Kupfer ist