DE2515750A1

DE2515750A1 - SPRING ELEMENT MADE OF PLASTIC

Info

Publication number: DE2515750A1
Application number: DE19752515750
Authority: DE
Inventors: Werner Dipl Ing Herzog
Original assignee: August Krempel Soehne GmbH and Co KG
Current assignee: August Krempel Soehne GmbH and Co KG
Priority date: 1975-04-10
Filing date: 1975-04-10
Publication date: 1976-10-21

Description

Federelement aus Kunststoff Die Erfindung betrifft ein Federelement aus glasfaserverstärktem Eunststoff, insbesondere für die Verwendung im Transformatorenbau. Plastic spring element The invention relates to a spring element Made of glass fiber reinforced plastic, especially for use in transformer construction.

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.Control elements made of elastic metals are available in various designs known. There are also a number of user versions made of plastic, but they are almost all of them are not suitable for absorbing larger forces with small dimensions. It has also been shown that it is not possible to use plastic springs in the Manufacture the type of known disc springs when larger loads occur, because the plastic, even if it is reinforced by glass fibers, is among the occurring tensions breaks.

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.against that occurring in transformer construction through the magnetic fields Induction is inherently desirable, there components as far as possible from non-magnetic to produce inducible material and in particular from plastic. For example the coils of high voltage transformers made up of several coils provided with cover plates, which should be made of plastic and it For some applications it is also desirable to fit spring elements into the coils Assigned to the shape of panes, for example, to pretension forces in the supporting structure to be achieved if this itself cannot have sufficient elasticity or does not provide any possibilities to apply a preload to the coils. So far it has not been possible to use disc-shaped springs on the coils themselves assigned because they have to be built from metals, which in turn have disadvantages have in terms of inducibility.

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.The present invention, therefore, is inspired by the needs of the transformer construction, the task underlying to a spring element made of plastic create, built up as disc-shaped as possible, but to absorb large forces suitable is.

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.Based on the knowledge that in transformer construction, for example cooling when using disc coils to build a transformer winding the individual bobbin is required, the invention consists in that as Spring element is a washer made of glass fiber reinforced plastic with radially extending Corrugations is provided. With this configuration, the new spring element See also used very advantageously as a spacer when assembling disc coils and it has been shown that such a disc element is also excellent Way is suitable as a spring element, which in the direction of its axis without the danger the impairment ~ des v ^ = urststoffeD can be loaded and is suitable for absorbing large forces above a certain Fzib. The new corrugated Ring disk is therefore a plastic spring element that has been in this form so far was not available and that is also very advantageous in transformer construction can be used wherever materials that cannot be induced by magnetic fields are desired, but spring forces should still be applied.

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.The annular disk can advantageously be made of at least two plastic embedded layers of fiberglass fabrics or the like. be constructed, the main fiber direction is offset by 900 to that of the layer below.

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.In this way, a very stable fabric insert can be created very easily be created, which an extraordinary stability with simultaneous elasticity of the element. It is of course also possible to use fiberglass in another Way to bring in, but the method described has proven to be very simple and proved beneficial.

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.The invention is based on an exemplary embodiment in the drawing and explained in the following description. 1 show a perspective view of a new, annular disk-shaped spring element, Fig. 2 a type of production of the glass fiber insert and 3 4 one possible use of the spring elements according to the invention in the construction of a disk drive for high-voltage transformers, Fig. 5 is a side view of a three-phase transformer, the coils of which by a Glass fiber reinforced plastic tensioning construction using the modernization Spring elements are held together and FIG. 6 shows the top view of the high-voltage transformer of 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.In Fig. 1 there is a plastic spring element in the form of an annular disk 1 shown between an outer circumference and an inner circumference with radially extending corrugations2 is provided. The corrugations iron a cross-section approximately in the form of a sine line, de has such a shape that at the installation Disc between two flat surfaces below the annular disc 1 channels 3 and above Channels 4 of the same cross-section are formed from the outer diameter to Run through inner diameter, however, their cross-section according to the reduce the radial extent of the channel walls. This configuration has the advantage with it that the annular disc 1 for the construction of disc coils is very advantageous Spacers can be used so that the previously used to build disc coils necessary effort of the separate insertion of several radially directed spacing rods can be omitted. From Fig. 4 it can be seen that between several individual Disc coils 5, the annular discs 1 according to the invention are inserted so that a decisive simplification of assembly compared to the otherwise necessary insertion of special Spacer bars is achieved. It goes without saying that annular disks 1a with other dimensions are used, which are only used as upper and lower closure elements to serve.

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.From Figs. 2 and 3 it can be seen that the new washer 1 1 can be produced in a very simple manner in that ring-shaped cut Glass fiber fabric 6 and 7 with predominantly unidirectional threads with synthetic resins (Dry prepregs) are impregnated. Prepregs are impregnated with synthetic resins Carrier materials, in the present case glass fabric, glass fleece or fabric made of fibers made of aromatic polyamides with a preferred thread direction. The resins are there still in the B-state, i.e.

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.re-softening is achieved by applying temperature of the resin with the following hardening. These prepregs 7 (dashed in FIG Lines) and 6 (solid lines in FIG. 2) are superimposed, namely in the Weiss that, depending on the number of layers, the main fiber direction of the first layer is around 900 is offset from the second layer. The third layer (not shown) is again offset by 900 from the second layer, and so on. The total number of layers results from the required total thickness of the washer.

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.In order to further increase the uniformity with regard to the absorption of force, the offset angle from layer to layer can also be 450 or less, as shown in FIG. There are the prepregs 6 and 7, their fibers at 90 ° to each other are offset, further prepregs 8 and 9 are superimposed, their fiber directions by 90 ° are offset from each other and by 450 compared to those of the prepregs 6 and 7. These Such prepreg layers stacked on top of each other are now heated in a Compression press pressed into the spring element shown in FIG.

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.With such an annular disk spring element, it is also possible to have a High voltage transformer with a tensioning construction made of glass fiber reinforced To provide plastic, in the case of the cross members 17 for holding the coils 18 together made of glass fiber reinforced plastic are provided with, not shown Cross braces are firmly connected along the lines 19, so that tensioning by subsequently tightening screws or the like. not possible. To this Purpose are in each case on the upper and lower face of the coils 18 clamping disks 1 getii Fig. 1 in front, which are pressed against each other by the two upper and lower cross members 17 are resiliently compressed and then keep the bobbins 13 under tension, even if the crossbars 17 after the biasing process are only held together firmly by cross struts along the lines 19 without that another clamping process is possible or necessary .. The invention Ring disk spring elements therefore have the decisive advantage that by the use of plastic tensioning constructions for high-voltage transformers is possible, which could not be foreseen so far, but which are not the subject matter of the present application are. The previously common method for building high-voltage transformers consisted essentially in the fact that 19 screw bolts were provided along the lines the necessary preload by tightening the screws or nuts Allowed to apply because they could act as spring elements themselves.

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.Through the use of disk spring-like spring elements according to the invention according to the present invention, such screw bolt spring elements can be dispensed with are provided because the spring forces inside the coils 18 themselves will. Such spring elements are used in high-voltage transformers but also only made possible by the fact that they are not influenced by magnetic fields Material are built up. The use of the spring elements according to the invention in transformer construction, svi it as spacer elements according to the arrangement of FIG. 4 or be it as spring elements in the embodiment of FIGS. 5 and 6, therefore represents a particularly advantageous one Possible application.

Claims

Patent and protection claims

1. Spring element made of plastic, especially for use in transformer construction, characterized in that an annular disc (1) made of glass fiber reinforced Sunststoff is provided with radially extending corrugations (2).

2. Spring element according to claim 1, characterized in that the annular disc (1) made of at least two layers of glass fibers embedded in the plastic (14) is constructed.

3. Spring element according to claims 1 and 2, characterized in that that the layers (14) made of glass fiber fabric with predominantly unidirectional Threads are constructed in such a way that each has a layer impregnated with synthetic resin is offset from the next shift by 900 or 450.

4. Spring element according to claim 1, characterized in that the annular disc (1) made up of at least two layers of glass fleece embedded in the plastic is.

5. Spring element according to claim 1, characterized in that the annular disc (1) Made of at least two layers of aromatic tissue embedded in the plastic Polyamides is built up.