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Isolierung von Wicklungsdrähten für elektrische Maschinen
Für die Isolierung thermisch besonders beanspruchter elektrischer Leiter werden für Drähte mit rundem bzw. quadratischem oder rechteckigem Querschnitt ein-und mehrfache Umspinnungen mitgefachterGlas- seide oder Umbandelungen mit gewebtem Glasseidenband vorgesehen.
Die Befestigung der Glasseide bzw. desGlasseidenbandes auf der Leiteroberfläche oder bei mehrmaligenUmspinnungen zwischen den einzelnen Lagen erfolgt mit einem Isolierharz auf organischer oder siliziumorganischer Basis mit besonders guten Klebe-und Antrockeneigenschaften. Zur Erhöhung der mechanischen und elektrischen Festigkeit wird die Oberfläche des umsponnenen oder umbandelten Leiters ein-oder mehrmals mit einem Isolierharz auf organischer oder siliziumbrganischer Basis imprägniert.
Diese Oberflächenimprägnierung hat den Zweck, die elektrische Durchschlagfestigkeit der Leiterisolierung zu erhöhen, die Oberflächenbeschaffenheit der
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durch die Imprägnierung der Glasseidenumhüllung erzielt wird, kann zusätzlich die Abriebfestigkeit der Isolierschicht wesentlich gesteigert werden, die primär von der Haftfestigkeit der Umspinnung auf der Leiteroberfläche abhängig ist. Eine weitere Forderung für die Leiterisolierung ist eine genügende Elastizität, damit Rissbildungen bei der Verformung der Spulen und Spulenteile nicht auftreten können. Die optimale Erreichung der geschilderten Eigenschaften ist begrenzt durch den Isolationsauftrag, welcher in einem bestimmten Verhältnis zu dem blanken Kupferquerschnitt steht und durch die Materialeigenschaften der Glasseidenerzeugnisse und der Bindemittel.
Die Erfindung hat sich nun zur Aufgabe gestellt, unter Verringerung des Isolationsauftrages durch eine besondere Zusammensetzung der Umspinnung sowie eine chemische Abstimmung der dazu notwendigen Bindemittel die vorerwähnten mechanischen und elektrischen Eigenschaften der Leiterisolierung wesentlich zu verbessern.
Die Lösung der gestellten Aufgabe besteht bei einer Isolierung von Wicklungsdrähten für elektrische Maschinen, die mit einer Glasseidenumhüllung versehen und mit Isolierharz auf organi-
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einem im Vergleich zu bekannten, mehrere Glasseidenlagen aufweisenden Imprägnierschichten, dünnen, aus einer durch einen Anteil von mindestens 12 Gew.-% an Methyl- oder Methyl-Phenyl-Silicon-Harz eine Thermoplastizität vermittelnden Isolierharzkombination bestehenden Auftragsbelag versehen ist, und zusätzlich eine Folie auf Isophthalsäure- oder Terephthalsäure-Polyesterbasis in Stärken von nur zirka 10-20 li aufgebracht ist.
Durch den erfindungsgemässen Aufbau der Isolierung ergibt sich ein wesentlich geringerer und enger tolerierter Isolationsauftrag gegenüber dem eingangs geschilderten Stand der Technik bei den bekannten Glasseide-umsponnenen oder umbandelten Drähten mit Imprägnierung. Die gewünschte chemische Einstellung der Isolierharzkombination wird dadurch erreicht, dass eine Lösung der Isolierharzkombination mit 50% Festkörpergehalt mindestens 200/0 einer Methyl- oderMethyl-Phenyl-Sili- con-Harzlösung mit einem Festkörpergehalt von 30 bis 50% enthält. Durch die gewählte chemische Einstellung der Imprägnierschicht bzw. der Isolierharzkombination entsteht eine äusserst innige Verbindung zwischen dieser, dem Klebemittel sowie der Folie.
Diese innige Verbindung bleibt bei der Zuführung von Wärme, beim Einbrennen des Tränklackes und beim Betrieb der Maschinen nicht nur erhalten, sondern sie wird durch die Wirkungen des Zusatzes der die Thermoplastizität festlegenden Mischkomponente noch
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erhöht. Die Thermoplastizität der zwischen Glasseidenumhüllung und Folie liegenden Schicht aus der genannten Isolierharz-Kombination verursacht hinsichtlich der Haftfestigkeit der Folie und ihrer thermischen Belastbarkeit Wirkungen, die nicht ohne weiteres zu erwarten waren. Über längere Zeitabschnitte dauernde
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durch die in dünner Schicht aufgetragene thermoplastische Isolierharz-Kombinationhomogen ausgefüllt werden.
Die Thermoplastizität der Isolierharz-Kombination macht trotzdem nur einen sehr geringen Lackauftrag erforderlich ; im Gegensatz dazu muss die Lackierung bei bekannten Glasseiden-umhüllten Drähten die Durchmesserunterschiede der Umhüllung möglichst ganz ausgleichen und ausserdem eine glatte und harte Oberfläche bewirken. Dies wird nach der Erfindung durch das Zusammenwirken der thermoplasti- schen Isolierharz-Kombination und der Folien-Umspinnung erreicht, wobei sich wesentlich günstigere Verhältnisse für die Oberflächenglätte und damit für die Abriebfestigkeit und für die elektrische Durchschlagfestigkeit bei geringerem Isolationsauftrag einstellen.
Auch für die Isolierung thermisch besonders beanspruchter elektrischer Leiter ist grundsätzlich nur eine einmalige Glasseidenumspinnung des Drahtes erforderlich. Die Dicke der zu umspinnenden Folie auf Iso- phthalsäure-oder Therephthalsäure-Polyester-Basis braucht auf Grund ihrer hervorragenden mechanischen Eigenschaften nur in den Stärken von 10 bis maximal 20 p vorgesehen werden. Sie können zusammen mit anorganischen Isoliersioffträgern und entsprechend hitzebeständigen Bindemitteln, beispielsweise SiliconHarze, für Betriebstemperaturen eingesetzt werden, die weit über der von den Herstellern angegebenen Dauertemperaturbeständigkeit der Folien allein liegt.
Durch die in dem Bereich ab 1500C eintretende Schrumpfung wird die Bindung an die Imprägnierschicht noch erhöht und der Isolationsauftrag verkleinert.
Weiterhin wird auch die Verbackfestigkeit der getränkten Wicklung durch die Folienumspinnung der glasseidenisolierten Leiter wesentlich erhöht.
Die Folienschicht kann durch einmalige Umwicklung mit einem schmalen Folienband in den Breiten von vorzugsweise 3-5 mm unter geringer Überlappung als auch durch das bekannte Längsbedeckungsver- fahren aufgebracht werden. Für die Verbesserung der mechanischen und elektrischen Eigenschaften der Leiterisolierung ist dies ohne Einfluss.
Nach einer weiteren Ausgestaltung der Erfindung werden als Imprägnier-und Klebemittel vorzugsweise nur Silicon-Harz oder Silicon-Kombinationsharze verwendet. Darunter sind Methyl- und PhenylMethyl-Silicon-Harze zu verstehen, welche neben sehr guten elektrischen Eigenschaften besonders eine wesentlich höhere thermische Beständigkeit besitzen als organische Isolierharze mit ähnlichen Eigenschaften.
Ferner können erfindungsgemäss als Imprägnier-und Klebemittel vorzugsweise Kombinationen von Harzpolymeren und Elastomeren auf siliziumorganischer Basis Verwendung finden. Die geeigneten Werkstoffe sind z. B. in den deutschen Patentschriften Nr. 941090 und Nr. 960570 sowie In der deutschen Auslegeschrift Nr. 1027826 bis ins einzelne beschrieben.
In einem Ausführungsbeispiel der Erfindung weist ein Wicklungsdraht für Dynamos einen blanken Durchmesser von 1, 4 mm auf. Mit der erfindungsgemässen Isolierung versehen, ergibt sich bei einwandfreien Isolierverhältnissen lediglich eine Durchmesservergrösserung auf maximal 1, 54 mm.
Die Erfindung hat ferner ein Verfahren zur Herstellung einer erfindungsgemESen Isolierung sowie eine Vorrichtung zur Durchführung dieses Verfahrens zum Gegenstand. Das Verfahren zeichnet sich dadurch aus, dass erfindungsgemäss der Draht zwischen Liefertrommel und Aufwickeltrommel in fortlaufendem Arbeitsgang durch ein Gefäss mit Klebemittel, einen Spinntopf mit gefachtem Glasseiden-Faden, ein Gefäss mit Imprägnier- und Klebemittel sowie einen Spinntopf mit der Folie geführt wird. Jn weiterer Ausgestaltung des erfindungsgemässen Verfahrens erfolgt die Wärmebehandlung des Imprägnier- und Klebemittels nach dem Einlegen und vor dem Tränken der Wicklung beim Vertrocknen derselben.
Bei Verwendung eines Imprägnier- und Klebemittels auf Klebeharzbasis erfolgt die Vernetzung bei normaler Umgebungstemperatur durch Zusatz von Vernetzem.
Bei der Isolierung von Drähten mit Glasseiden-Umspinnung sind unter Zugrundelegung der bekannten
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blanken oder vorlackierten Draht durch ein Gefäss, das mit einem Klebemittel gefüllt, ist, laufen und streift vor der Umspinnung die überschüssige Menge des Klebemittels ab. Dann erfolgt die Umspinnung des Drahtes mit dem gefachten Glasseiden-Faden. Beides erfolgt auf waagrechten oder senkrechten Umspinnmaschinen. Es hängt von der Stärke und der Querschnittsform des Drahtes ab, wieviel Lagen die Umi spinnung umfasst. Die umsponnenen Drähte werden dann in einem zweiten Arbeitsgang mit einem Isolierharz oder Lack imprägniert und einemEinbrennvorgang unterworfen.
DerAufuag des Imprägnier1ackes und
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das Einbrennen geschieht auf waagrechten oder senkrechten Lackiermaschinen, mit nachgeschalteten Durchlauföfen. Die Imprägnierung, die bisher mit Isolierharzen auf organischer oder Silicon-Basis erfolgt, muss auf Grund der mechanischen Eigenschaften der Glasseide mehrfach aufgetragen und eingebrannt werden, damit eine für die Verarbeitung notwendige Oberflächenglätte und-härte erzielt wird. Nicht-impräg- nierte Glasseide -umsponnene Drähte lassen sich im Gegensatz zu Baumwoll-umsponnenen Drähten für die Wicklungen elektrischerMaschinen wegen der geringen Scheuer- und Abriebfestigkeit grundsätzlich nicht verwenden.
Aus der geschilderten Arbeitsweise ist klar zu erkennen, dass eine kontinuierliche Herstellung der gesamten Isolierung von Glasseide-umsponnenen Drähten in einem Arbeitsgang nicht möglich ist, weil der Arbeitsgang der Umspinnung eindeutig vom Arbeitsgang der Imprägnierung getrennt ist. Diesem Stand der Technik gegenüber vermittelt die Erfindung mit ihrem neuen Verfahren den Vorteil, dass die gesamte Isolierung des Drahtes, also einschliesslich der vorher notwendigen Glasseiden-Umspinnung, fortlaufend in einem Arbeitsgang hergestellt werden kann, woraus sich eine Einsparung an Arbeitszeitund Kosten ergibt.
Die erfindungsgemässe Vorrichtung zur Durchführung des neuen Verfahrens zeichnet sich dadurch aus, dass bei einer normalenUmspinneinrichtung im Wege des Drahtverlaufs zwischen Liefertrommel und Aufwickeltrommel ein Gefäss für das Imprägnier- und Klebemittel sowie ein diesem Gefäss nachgeschalteter Spinnteller für die Folie angeordnet sind. In weiterer Ausgestaltung der erfindungsgemässen Vorrichtung besteht das Gefäss für das Imprägnier- und Klebemittel aus einem rohrförmigen längeren Teil kleineren Durchmessers und einem trommelförmigen kurzen Teil grösseren Durchmessers, wobei am freien Ende des rohrförmigen Teils eine aus kautschukartigem Werkstoff bestehende Dichtung sowie am Ausgang des trommelförmigen Teils ein Abstreifer vorgesehen sind.
Die Nachfüllöffnung für das Gefäss ist vorteilhaft am trommelförmigen Teil angeordnet. Das erfindungsgemässe Verfahren lässt sich auf normalen senkrechten oder waagrechten Umspinnmaschinen durchführen, sofern an diesen entsprechende Abänderungen vorgenommen werden. Die besondere Ausgestaltung des Gefässes für das Imprägnier-und Klebemittel hat den weiteren Vorteil, dass einmal durch den trommelförmigen Teil. ein verhältnismässig grosser Vorrat an Imprägnier- und Klebemittel vorhanden ist, so dass ein häufiges Nachfüllen des Gefässes entfällt.
Anderseits ist durch den rohrförmigen Teil kleineren Durchmessers gewährleistet, dass Viskositäts änderungen des Imprägnier- undKlebemittels durch Verdampfen der Lösemittel, welche einen zu starkenAuftrag auf den Draht zur Folge hätten, weitgehendst vermieden sind. Die Anordnung der Nachfüllöffnung im trommelförmigen Teil hat den weiteren Vorteil, dass das Imprägnier- und Klebemittel bei laufender Maschine leicht nachgefüllt werden kann.
Die Vorrichtung ist in der nachstehenden Beschreibung an Hand der Zeichnung beispielhaft erläutert.
Fig. 1 zeigt eine senkrechte Umspinn-Maschine nach der Erfindung in Ansicht und Fig. 2 einen Schnitt durch das Gefäss für das Imprägnier- und Klebemittel.
Gemäss Fig. 1 ist in einem Gestell 1 die Liefertrommel 2 mit geglühtem Vorziehdraht gelagert. Der Draht 3 läuft über eine Umlenkrolle 4 oberhalb eines Gefässes 5, welches mit einem Klebemittel gefüllt ist, in dieses Gefäss hinein und über'eine Umlenkrolle 6 durch einen Abstreifer 7 wieder aus dem Gefäss heraus. Der am oberen Rande des Gefässes 5 angeordnete Abstreifer 7 streift die überschüssige Menge des Klebemittels ab, so dass eine einwandfreie Dosierung der notwendigen Menge des Klebemittels gewährleistet ist. Das Klebemittel muss einerseits hinsichtlich seiner the. mischen Beständigkeit auf die spätere Verwendung des Drahtes für eine bestimmte Isolationsklasse abgestimmt werden und anderseits möglichst schnell antrocknen.
Eine weitere notwendige Eigenschaft dieses Klebemittels ist die Verträglichkeit mit der Materialzusammensetzung der nachfolgend vorzunehmenden Umspinnung. Der mit einem Auftrag von Klebemittel auf seiner Leiteroberfläche versehene Draht durchläuft nunmehr den Spinntopf 8 mit der Glasseide, welcher über einen Lagerbock 9 mit der Umspinnmaschine 10 verbunden ist. Die GlasseidenUmspinnung wird durch dasKlebemittel auf der Leiteroberfläche festgelegt. Nach der Glasseiden-Umspinnung durchläuft der Draht ein weiteres Gefäss 11 mit der thermoplastischen Isolierharzkombination. Dieses Gefäss ist wiederum über einen Lagerbock 12 an der Spinnmaschine 10 angeordnet.
Die Ausbildung des Gefässes 11, in welchem sich das Imprägnier- und Klebemittel für die anschlie- ssend zu umspinnende Folie befindet, ist im einzelnen aus Fig. 2 ersichtlich. Danach besteht es aus einem rohrförmigen längeren Teil 13 kleineren Durchmessers sowie einem trommelförmigen kurzen Teil 14 grö- sserendurchmessers. Im freienende des rohrförmigen Teils 13 ist eine aus kautschukartigem Werkstoff bestehende Dichtung 15 vorgesehen, durch welche hindurch der Draht jedoch in das Gefäss eintreten kann.
Der rohrförmige Teil 13 ragt mit seiDen Wandungen über den Boden des trommelförmigen Teils 14 hinaus. Am Ausgang des trommelförmigen Teils 14 ist ein Abstreifer 16 vorgesehen, welcher eine einwandfreie Dosierung der notwendigen Menge des Imprägnier-und Klebemittels gewährleistet. Im trommelförmigen
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Teil 14 ist ferner die Nachfüllöffnung 17 vorgesehen.
Der mit Glasseide umsponnene Draht durchläuft also eine aus kautschukartigem Material bestehende Dichtung 15, wird in dem rohrförmigen Teil 13 kleineren Durchmessers durch die thermoplastische Isolierharzkombination gezogen und verlässt über die Abstreifvorrichtung 16 wieder das Gefäss 11. Von dort wird der Draht einem Spinnteller 18 zugeführt, auf welchem die Folie nach der Erfindung gelagert ist. Der Draht wird durch die Mitte des Spinntellers geführt, wobei er mit der Folie umsponnen wird.
Die Geschwindigkeiten des Spinntopfes 8 für die Glasseide sowie des Spinntellers 18 für die Folie müssen so abgestimmt sein, dass einerseits bei der Glasseiden-Umspinnung eine vollständige Bedeckung der Leiteroberfläche erfolgt und anderseits bei der Folien-Umspinnung eine geringfügige Überlappung eingehalten wird. Zwischen den einzelnen Einrichtungen der Umspinnmaschine sind keine zusätzlichen aufheizbaren Trockenstrecken vorgesehen. Die notwendige thermische Behandlung des Klebe- und Impräg- niermittels erfolgt erst nach dem Wickeln beim Vortrocknen der bereits eingelegten Wicklung. Die. Wärmebehandlung desImprägnier- und Klebemittels wird also mit dem Trocknungsvorgang zusammengelegt, der nach dem Einlegen und vor dem Trocknen der Wicklung bei allen Motoren sowieso erforderlich ist.
Vom Spinnteller 18 wird der nunmehr fertig isolierte Draht über eine Umlenkrolle 19, welche über einen Arm 20 an der Umspinnmaschine 10 gelagert ist, sowie über eine weitere Umlenkrolle 21 an der Spitze der Umspinnmaschine der Aufwickeltrommel 22 zugeführt, die in einem Lagerbock 23 an der Umspinnmaschine abgestützt ist.
Statt, wie geschildert, einer senkrechten Umspinnmaschine kann selbstverständlich auch eine waagrechte Umspinnmaschine in der erfindungsgemässen Weise weiter entwickelt werden, so dass sich auch auf einer solchen waagrechten Umspinnmaschine das erfindungsgemässe Verfahren durchführen lässt.
PATENTANSPRÜCHE :
1. Isolierung von Wicklungsdrähten für elektrische Maschinen, die mit einer GlÅasseidenumhi1llung versehen und mitIsolierharz auf organischer oder siliziumorganischer Basis imprägniert sind, dadurch gekennzeichnet, dass in an sich bekannter Weise lediglich eine einfache Glasseidenumhüllung vorgesehen ist, die Glasseidenumhüllung mit einem im Vergleich zu bekannten, mehrere Glasseidenlagen aufwei- sendenimprägnierschichten, dünnen, aus einer durch einen Anteil von mindestens 12 Gew.- an Methyl-
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esterbasis in Stärken von nur zirka 10 - 20/l aufgebracht ist.