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Verfahren zur Herstellung von isolierten elektrischen Leitern
Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Herstellen von isolierten elektrischen Leitern, z. B. form- gewickelten Spulen für elektrische Maschinen.
Die Herstellung von formgewickelten Spulen für elektrische Maschinen erfolgt oft derart, dass ein aus einzelnen Leitern zusammengesetztes Leiterbündel in mehreren Schichten mit einem band- oder bogen- förmigen Isoliermaterial, z. B. Glimmerband, Glasfaserband, Papier od. dgl. umwickelt wird, wonach das umwickelte Leiterbündel, oft unter Verwendung eines Vakuumdruckverfahrens, mit einem flüssigen härtbaren Imprägnierungsharz imprägniert wird, das dann-unter gleichzeitiger Formung der Isolierung- in den gehärteten Zustand übergeführt wird. Diese Formung der isolierenden Hülle des Leiterbündels er- folgt gewöhnlich in einem Formwerkzeug, und da die Härtung in vielen Fällen eine beträchtliche Zeit er- fordert, mehrere Stunden bis zu einem Tag, ist das Formwerkzeug eine lange Zeit für die Formung jeder
Isolierung gebunden.
Man ist nämlich oft gezwungen, als Imprägnierungsharze Material mit einer langen
Härtungszeit anzuwenden, teils mit Rücksicht auf die Forderungen, die an die thermischen und elektrischen Eigenschaften des gehärteten Produktes gestellt werden, und teils mit Rücksicht auf die erforderliche lange Lagerungszeit, damit das flüssige Harz während seiner Aufbewahrung in der Imprägnierungsanlage keine Veränderungen erleidet.
Gemäss der österr. Patentschrift Nr. 215530 ist es bekannt, für das genannte bandförmige Isoliermaterial unter anderem ein Glimmerband zu verwenden, das aus einer selbsttragenden Folie von einander überlappenden Glimmerschüppchen und aus Glasfaserfäden besteht, die parallel mit der Längsrichtung des Bandes an der Folie mit Thermoplastfasern befestigt sind und nur einen geringen Teil der Oberfläche der Folie bedecken.
Der genannte Nachteil bei früheren Verfahren, dass das Formwerkzeug eine lange Zeit für die Herstellung jedes isolierten Leiters gebunden ist, wird gemäss der Erfindung vermieden. Das neue Verfahren weist auch viele andere Vorteile auf.
Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Herstellung von isolierten elektrischen Leitern, z. B. formgewickelten Spulen für elektrische Maschinen, bei dem ein Leiter oder ein aus einzelnen Leitern zusammengesetztes Leiterbündel in mehreren Schichten mit einem band-oder bogenförmigen Isoliermaterial umwickelt wird und der umwickelte Leiter oder das umwickelte Leiterbündel danach mit einem flüssigen, härtbaren Imprägnierungsharz imprägniert wird, das später durch Härtung in festen Zustand übergeführt wird, wobei eine verhältnismässig kleine Menge eines in dem flüssigen Harz unlöslichen oder schwerlöslichen Thermoplastmateriales zwischenaufeinanderfolgenden Schichten von Isoliermaterial angebracht wird. Die Erfindung ist dadurch gekennzeichnet, dass das umwickelte Isoliermaterial mit einverleibtem Thermoplastmaterial, vorzugsweise eine dünne Thermoplastfolie, wie z.
B. eine Polyäthylenglykolterephthalatfolie oder eine Polykarbonatfolie, unter Druck zu einer Temperatur erwärmt wird, die erforderlich ist, damit das Thermoplastmaterial an angrenzenden Schichten von Isoliermaterial haftet und das Isoliermaterial bei einer nachfolgenden Abkühlung eine formfeste Hülle um den Leiter oder das Leiterbundel bildet, bevor die Hülle mit dem Imprägnierungsharz imprägniert wird.
Die Erwärmung unter Druck, die eventuell in einem Formwerkzeug stattfinden kann, ist kurzzeitig, da ihr Zweck nur der ist, das Thermoplastmaterial zu schmelzen oder durch eine beginnende Schmelzung seine Oberfläche klebrig zu machen. Durch diese Erwärmung und die darauffolgende Abkühlung wird wenigstens ein punktweises Anhaften zwischen den Schichten des Isoliermaterials erreicht, so dass die Iso-
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lierung nun eine formfeste Hülle um den Leiter bildet. Damit die Bindung zwischen den Schichten sich nicht während der Imprägnierung lockert, muss das Thermoplastmaterial in dem flüssigen Imprägnierungs- harz unlöslich oder schwer löslich sein. Das Härten des Harzes in der imprägnierten Isolierung kann dann erfolgen, ohne dass der isolierte Leiter in ein Formwerkzeug gebracht wird. Sie kann z.
B. in einem ge- wöhnlichen Ofenraum stattfinden. Damit die Isolierung auch während des Härtungsprozesses ihre Form be- hält, ist es in der Regel notwendig, dass das Thermoplastmaterial bei der für die Härtung erforderlichen
Temperatur ganz fest ist. Eine Schmelzung oder eine beginnende Schmelzung hat nämlich zur Folge, dass die Bindung zwischen den Isoliermaterialschichten aufhört oder in hohem Grade geschwächt wird, was zu einer Deformierung der Isolierung führt.
Das band-oder bogenförmige Isoliermaterial kann unter anderem aus Glimmerband oder Glimmerbo- gen bestehen. Diese können aus grossen Glimmerschuppen gewöhnlicher Art gemacht sein, die z. B. mit einem Lackbindemittel am Trägermaterial aus Papier, Glasfaser od. dgl. befestigt worden sind. Die Glim- merprodukte können auch aus selbsttragenden Bändern oder Bögen aus einander überlappenden Glimmer- schuppchen bestehen, die nach bekannten Methoden, z.
B. durch Spalten von gewöhnlichem Glimmer, hergestellt sind, wobei der Glimmer erst erwärmt und dann nacheinander der Einwirkung von zwei Lösun- gen ausgesetzt wird, die unter Entwickeln von Gas miteinander reagieren, wonach der dabei gespaltene
Glimmer mit Wasser zu einem Brei angerührt und schliesslich zu einem bogenförmigen Material nach einer Methode geformt wird, die der bei-der Herstellung von Papier verwendeten ähnlich ist. Auch diese letztgenannten Glimmerprodukte können z. B. mit einem Lackbindemittel an einem Trägermaterial, wie
Papier, Glasfasern od. dgl. befestigt sein. Ausser Glimmerprodukte können mehrere andere Band- oder bo- genförmige Isoliermaterialien verwendet werden, z. B. Papier, Glasband, Glasgewebe, Band oder Gewe- be von andern Fibermaterialien wie Asbest, Baumwolle, Seide usw.
Als besonders geeignetes Thermoplastmaterial können Folien aus Polyäthylenglykolterephthalat und
Polykarbonat genannt werden, weiters Folien aus Polyamid, Polystyren, Polypropylen, Zelluloseacetat,
Zellulosetriacetat, Zelluloseacetatbutyrat, Zellulosenitrat, Zellulosepropionat, regenerierte Zellulose,
Polyvinylbutyrol, Polyvinylchlorid, Polyvinylchloridacetat und Polyvinylidenchlorid. Welche Folie in jedem besonderen Fall gewählt wird, hängt in hohem Grad von dem verwendeten Imprägnierungsharz ab, was aus dem vorhergesagten hervorgeht, wo die Forderungen genannt worden sind, die erfüllt werden müssen, um eine effektive Bindung während der Imprägnierung und Härtung des Imprägnierungsharzes aufrecht erhalten zu können. Besonders geeignet als Imprägnierungsharze sind lösungsmittelfreie Epoxyharze und ungesättigte Polyesterharze.
Die Erfindung wird durch Beschreibung einer Anzahl von Ausführungsbeispielen unter Hinweis auf die
Zeichnungen näher erläutert, in der die Figuren ein Leiterbündel bei seiner Herstellung nach dem erfindungsgemässen Verfahren zeigen.
Beispiel 1 : Das Leiterbündel 10 nach Fig. l, das z. B. ein Teil einerHochspannungsspule einer elektrischen Maschine sein kann, besteht aus mehreren einzelnen Leitern 11. Die Isolierhülle des Leiterbündels ist teilweise entfernt, damit sein Aufbau deutlicher aus der Figur hervorgeht. Die Leiter 11 sind dadurch voneinander isoliert, dass sie mit Glasgarn 12 umsponnen und mit einem Bindemittel imprägniert sind, z. B. einem Epoxyharz, einem Alkydharz, einem Phenolharz od. dgl., das danach gehärtet worden ist. Bei der Isolierung des Leiterbündels 10 wird dieses erst mit halber Überlappung mit einer Schicht eines Glimmerbandes 13 umwickelt, das aus einer z.
B. 0, 09 mm dicken selbsttragenden Folie von einander überlappenden Glimmerschüppchen besteht, die mit einem Bindemittel wie einem Epoxyharz, Alkydharz oder Phenolharz an einem Trägermaterial in der Form eines gewebten Glasbandes z. B. mit einer Dicke von 0, 04 mm befestigt ist. Das Glimmerband 13 kann z. B. eine Breite von 25 mm haben. Danach wird eine Schicht einer dünnen Polyäthylenglykolterephthalatfolie 14 ohne Überlappung appliziert. Diese Thermoplastfolie kann eine Dicke von 0,006 mm und eine Breite von 50 mm haben. Es folgt dann eine neue Schicht Glimmerband 13 und darauf wieder eine Schicht der Thermoplastfolie 14. Diese Prozedur mit abwechselndem Applizieren von Glimmerband und Thermoplastfolie wird wiederholt bis eine gewünschte Dicke der Isolierung erreicht ist, die z.
B. zirka dreissig übereinanderliegende Glimmerbandschichten enthalten kann. Danach wird die Isolierung in einem Formwerkzeug auf eine Temperatur von 2600 C während einer Zeit von 5 min erwärmt, wobei sie einem Druck von 5 kp/cm2 ausgesetzt wird. Die Isolierung darf dann abkühlen. Durch diese Behandlung erreicht man ein Anhaften zwischen den Schichten von Glimmerband, so dass die Isolierung bei einer Temperatur unter der Schmelztemperatur des Thermoplastes eine formfeste Hülle um das Leiterbündel bildet.
Die Isolierung wird dann gemäss Fig. 2 mit einer dichten äusseren Schicht eines umwickelten Dichtungsbandes 15 versehen, das die Oberfläche der ganzen Isolierung mit Ausnahme einiger Öffnungen 16
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verwendet, das aus 100 Gewichtsteilen Dow 331 (Dow Chemical Co.) und 65 Gewichtsteilen Tetrahydro- phthalsäureanhydrid besteht. Die imprägnierte Wicklung wird 24 Stunden lang in einem Ofen mit einer'
Temperatur von 1300 C zwecks Härtung des Epoxyharzes aufbewahrt.
Ausser den beschriebenen vollständig polymerisierbaren Imprägnierungsmitteln können unter anderem mehrere andere im Handel zugängliche ungesättigte Polyesterharze und Epoxyharze verwendet werden.
Andere Polyesterharze und Epoxyharze, die zur Verwirklichung der Erfindung verwendbar sind, sind un- ter anderem in den USA-Patentschriften Nr. 2, 656, 290 und Nr. 2,324, 483 beschrieben.
Das Applizieren des Thermoplastmateriales kann in vielen andern Arten geschehen als den beschrie- benen Beispielen. So brauchen Schichten aus Thermoplastfolien nicht zwischen jeder Schicht aus Isolier- material angebracht zu sein. Man kann sie unter anderem vorzugsweise zwischen den äusseren Schichten des Isoliermateriales anbringen. Die Folienbänder brauchen auch nicht Kante an Kante in derselben Schicht gewickelt zu sein, sondern können mit Zwischenräumen appliziert werden. Wenn sie mit Zwischenräu- men gewickelt werden, erreicht man'den Vorteil, dass das Eindringen des Imprägnierungsharzes in die
Isolierung erleichtert wird. Das Thermoplastmaterial kann der Leiterisolierung in anderer Weise als durch
Umwickeln einer Folie in Form eines Bandes zugeführt werden. Es kann z.
B. in Form von dünnen Blättern geeigneter Grösse zwischen angrenzenden Schichten des Isoliermateriales während des Aufwickelns dessel- ben gelegt werden. Ferner kann das Thermoplastmaterial wie eine Komponente im Isoliermaterial ange- ordnet sein. In einem gewebten Isoliermaterial, z. B. einem Glasband oder Glasgewebe, kann das Ther- moplastmaterial in Form von Fiberfasern in das Produkt eingewebt sein. Gewisse Glasfaserfäden können dabei beim Weben gegen Fäden aus z. B. Polyäthylenglykolterephthalat oder Polyamid ausgetauscht wer- den. Das Thermoplastmaterial kann auch auf der einen Fläche des Isoliermateriales angeordnet sein. So kann'z. B. Polyäthylenglykolterephthalat oder Polyamid in Form einerFolie an der einen Seite eines Glas- bandes oder Glimmerbandes befestigt sein. Das Applizieren der Folie kann z.
B. dadurch erfolgen, dass die
Folie oder das Isoliermaterial erwärmte Walzen passiert, wobei das Thermoplast klebrig wird und am Iso- liermaterial haftet. Der einen Seite des Isoliermateriales kann man auch einen dünnen Belag aus dem
Thermoplastmaterial geben, dadurch, dass das Thermoplast in einem Lösungsmittel aufgelöst auf das Iso- liermaterial gestrichen wird. Das Zellulosetriacetat kann somit z. B. auf ein Glimmerband, Glasband oder
Papier in dieser Weise aus einer Lösung in Aceton oder Äthylacetat appliziert werden.
PATENTANSPRÜCHE :
1.. Verfahren zur Herstellung von isolierten elektrischen Leitern, z. B. formgewickelten Spulen für elektrische Maschinen, bei welchen ein Leiter oder ein aus einzelnen Leitern zusammengesetztes Leiter- bilndel in mehreren Schichten mit einem band-oder bogenförmigen Isoliermaterial umwickelt wird und der umwickelte Leiter oder das umwickelte Leiterbündel danach mit einem flüssigen härtbaren Imprägnierungsharz imprägniert wird, das später durch Härtung in festen Zustand übergeführt wird, wobei eine verhältnismässig kleine Menge eines in dem flüssigen Harz unlöslichen oder schwerlöslichen Thermoplast- materiales zwischen aufeinanderfolgenden Schichten von Isoliermaterial angebracht wird, dadurch gekennzeichnet,
dass das umwickelte Isoliermaterial mit einverleibtem Thermoplastmaterial, vorzugsweise eine dünne Thermoplastfolie, wie z. B. eine Polyäthylenglykolterephthalatfolie oder eine Polykarbonatfolie, unter Druck zu einer Temperatur erwärmt wird, die erforderlich ist, damit das Thermoplastmaterial an angrenzenden Schichten von Isoliermaterial haftet und das Isoliermaterial bei einer nachfolgenden Abkühlung eine form feste Hülle um den Leiter oder das Leiterbündel bildet, bevor die Hülle mit dem Imprägnierungsharz imprägniert wird.