用于灌封线圈的设备和方法
【专利说明】用于灌封线圈的设备和方法
[0001]本发明涉及用于灌封导电线圈、尤其是超导性线圈的设备和一种用于所述设备的运行方法。
[0002]为了应用在电机尤其是电动机和发电机中，制造包括一个或多个卷绕的线圈导体并且用灌封材料灌封的导电线圈。尤其是超导性线圈通常由多层卷绕的线圈导体(由超导性材料构成)制造，其嵌入基于环氧化物/胺或者环氧化物/酸酐的硬化的灌封材料中。
[0003]为了使用在发电站的发电机中，需要这样的线圈，它们能够承受在每分钟3600转范围内的高转速并且具有在Im乘4m范围内的较大侧面尺寸。由于所出现的较大离心力，线圈必须在机械上是非常稳定的。此外，线圈必须是非常精确匹配的并且具有几何非常稳定的外轮廓，其中，所要求的公差在10ym的范围内。通过迄今已知的灌封方法，所述公差值只能通过对灌封的线圈进行事后加工实现。然而，这种再加工不适合于制造超导性线圈，因为超导性材料、尤其是陶瓷高温超导体对机械负荷非常敏感。另一困难在于将灌封的线圈从灌封模中分离出，因为通过已知的灌封方法同样对线圈造成机械负荷，这可能容易导致超导性材料损坏。考虑到超导性线圈的较高成本，必须避免这种机械损坏。
[0004]本发明所要解决的技术问题在于，提供一种用于灌封线圈、尤其是超导性线圈的设备，其能够避免所述缺点。本发明的另一技术问题在于，提供一种用于输送设备的运行方法。
[0005]该技术问题按本发明通过权利要求1所述的设备和权利要求9所述的方法解决。
[0006]按照本发明的用于灌封线圈的设备包括外部的灌封容器、用于容纳至少一个待灌封的线圈的灌封室和用于填充灌封材料的装置。所述外部的灌封容器用内部的灌封容器加衬，所述内部的灌封容器的材料具有低于500的维氏硬度并且其材料具有45摄氏度至200摄氏度之间的熔点。
[0007]所述设备的外部灌封容器可以比迄今设备中的灌封容器更简单而成本低廉地制造，因为灌封的线圈的表面质量和精度只通过内部灌封容器的特性决定。内部灌封容器的制造例如可以成本低廉地通过填充内部灌封容器的熔化的材料并且接着掏空而实现。内部灌封容器的材料的维氏硬度优选低于200，特别优选低于50。内部灌封容器的材料的熔点优选低于120摄氏度。
[0008]在按照本发明的用于按本发明设备的运行方法中，通过机械的或者热学的加工实现所述内部的灌封容器的成型。此外，将至少一个待灌封的线圈定位在灌封室内，将灌封材料填充到灌封室内剩余的空腔中，并且使灌封材料硬化。最后将被灌封的线圈从所述设备中分离出。按照本发明的运行方法有利地实现了以相比已知方法更准确的制造公差制造线圈，尤其是超导性线圈。这通过对内部灌封容器的材料的简单加工实现，从而可以避免对被灌封的线圈的事后加工。由于内部灌封容器的材料的较小硬度，其能够以简单的方式例如通过用铣床进行刨花或铣削而加工。被灌封的线圈在尺寸要求上的小修改可以有利地通过内部灌封容器加工中的修改实现，而不需要修改外部灌封容器。此外，在将灌封的线圈分离出的过程中的机械应力相比已知的灌封方法明显减小，因为针对内部灌封容器使用了软且可轻易融化的材料。由此能够以精确的公差和较高的过程产出制造尺寸为几米的线圈。在形成灌封的线圈时，不需要在较容易的机械脱离方面进行妥协(例如使用在之后的应用中并不期望适用于线圈的壁)。
[0009]按照本发明的设备的有利的设计方案和扩展设计由权利要求1的从属权利要求得出。相应地，所述设备可以附加地具有以下特征:
[0010]-所述内部的灌封容器的材料可以是由脂肪类的碳氢化合物组成的固体混合物。所述材料尤其可以是石蜡或者微晶蜡。使用这些材料允许特别成本低廉地制造内部灌封容器。此外，石蜡和微晶蜡是环境中性的并且可以多次重复使用。通过石蜡和微晶蜡的疏水和绝缘的性能，可能存在于灌封线圈表面上的残渣不会产生不利影响。
[0011]-灌封模可以包括盖子。因此可以在将线圈放置在灌封室中之后借助盖子封闭灌封模。所述外部的灌封容器与所述盖子能够通过密封件相互连接。
[0012]-所述盖子可以用脱模剂、尤其是PTFE(聚四氟乙烯)材料涂层。这使得盖子可以更容易从灌封线圈上脱离下来并且在灌封之后打开盖子。
[0013]-所述设备可以包括加热装置、温度传感器和用于根据所述温度传感器的测量值调节温度的调节装置。
[0014]-所述设备可以包括用于对灌封室进行抽真空和/或通风的装置。这允许实现在真空状态下进行灌封和灌封材料的硬化以及在打开盖子之前对灌封室进行通风。
[0015]-所述设备可以包括用于排出所述内部的灌封容器的材料的排出装置。
[0016]-所述设备的灌封室可以具有套圈的形状，也就是具有双重关联的拓朴结构，因此灌封室特别适用于容纳一个或多个线圈。在这种情况下，所述内部的灌封容器和所述外部的灌封容器分别具有内壁和外壁。
[0017]按照本发明的运行方法的有利的设计方案和扩展设计由权利要求9的从属权利要求得出。相应地，所述方法可以附加地具有以下特征:
[0018]-在灌封材料硬化之后，为了分离出被灌封的线圈，可以通过加热到45摄氏度至225摄氏度之间的温度而使所述内部的灌封容器液化或者软化。这允许灌封线圈特别受保护地从设备中分离出，从而在很大程度上避免了分离时线圈的机械负荷。
[0019]-在这种情况下，液化的或者软化的灌封材料可以通过排出装置排出。
[0020]-所述外部的灌封容器可以用所述内部灌封容器的材料多次地加衬，并且将每个由此制造的内部灌封容器用于进行灌封。外部灌封容器的这种原则上可任意地经常重复使用的性质允许特别成本低廉地实施所述方法，因为外部灌封容器的成本通常明显高于内部灌封容器的成本。
[0021]-所述待灌封的线圈可以在所述设备的灌封室中定位在至少一个第一间隔垫片上。这允许了在很大程度上用灌封材料包围线圈，从而在很大程度上保护卷绕的线圈导体不受外部的机械、化学和电力因素的影响。
[0022]-可以将多个单独的线圈定位在所述设备的灌封室内，并且共同地灌封为一个线圈体。在此可以将至少一个间隔垫片定位在所述多个线圈之间。
[0023]-在填充灌封材料之前或者之后可以对所述设备的灌封室进行抽真空。
[0024]以下参照示意性附图根据优选实施例描述本发明。在附图中:
[0025]图1以示意性俯视图示出用于灌封超导性线圈的灌封模并且
[0026]图2示出按照图1的剖切平面II剖切得到的横剖面，其更详细地显示了灌封模的结构。
[0027]图1示例性地示出用于灌封超导性矩形线圈的灌封模I的俯视图。在该视图中，出于直观性原因只显示了最容易看到的组成部分，即外部的灌封容器3和灌封室5，其形状与待灌封的赛道线圈匹配。在这个实施例中，外部灌封容器3具有外壁7和内壁8，因此在中间形成自由的空腔。也可以考虑灌封模的其它实施例，在这些实施例中不存在内壁并且灌封室5由简单相连的容积构成。作为对倒圆的矩形的所示形状的备选，灌封室的形状例如也可以是环形或者椭圆形的。在优选的实施例中，外部的灌封容器3由铝制成，其作为实心的形状稳定的材料适用于制造这种形状。
[0028]图2示出按照图1中的剖切平面II剖切得到的灌封模I的一部分的横剖面，其中可以更详细地看到灌封模I的结构并且在灌封室5中布置有线圈9