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Verfahren zur Herstellung eines aus gegeneinander isolierten Teilleitern bestehenden, von einer hochspannungsfesten Isolierhülse umgebenen Leiterverbandes einer elektrischen Maschine
Die Erfindung befasst sich mit der Herstellung von aus gegeneinander isolierten Teilleitern bestehenden Leiterverbänden, die mit einer hochspannungsfesten Isolierhülse umgeben werden. Solche Leiterverbände werden z. B. in Form von Gitterstäben oder in Form von Spulen ausgeführt.
Durch die brit. Patentschrift Nr. 720,076 ist es bekannt, einen solchen Leiterverband in der Weise herzustellen, dass die Teilleiter und zwischen ihnen angeordnete Zwischenisolationen mit einem Kunstharz verklebt und ausgehärtet werden. Infolge dieser Verklebung der Teilleiter mit einem ausgehärteten Harz, die über die ganze Länge der Teilleiter vorgenommen wird, können die sich bei dieser Verklebung im Klebeharz bildenden Hohlräume von dem die Hauptisolation bildenden Imprägnierharz nicht mehr ausgefüllt werden. Werden darüber hinaus zur Verklebung der gegeneinander isolierten Teilleiter härtbare Phenolharze verwendet, wie es ebenfalls bekannt ist, so tritt überdies noch der Nachteil auf, dass das Phenolharz beim Aushärten Blasen bildet, so dass sich an der Oberfläche des Gitterstabes störende Gaseinschlüsse befinden.
Diese Gaseinschltisse an der Oberfläche des Gitterstabes, die sich vor allem in den durch die Teilleiter gebildeten äusseren Zwickeln befinden, werden auch bei der anschliessenden Vakuumimprägnierung mit einem hochwertigen Kunstharz, beispielsweise mit einem Polyesterharz, nicht gefüllt, so dass die tan 6-Charakteristik des Stabes verhältnismässig schlecht ist. Bei der Isolierung von Spulen wird die Teilleiterisolierung durch das ausgehärtete Phenolharz so sehr abgekapselt, dass bei der nachfolgenden Vakuumimprägnierung zur Herstellung der hochspannungsfesten Isolierhülse weder eine vollständige Evakuierung noch eine vollständige Ausfüllung der Hohlräume möglich ist.
Zur Vermeidung dieser Schwierigkeiten ist es daher bereits bekannt, die Gitterstäbe in einem Vakuumgiessverfahren möglichst hohlraumfrei zu verfestigen. Dieses Verfahren bedingt jedoch einen beträchtlichen technischen Aufwand, da zusätzliche Vakuumimprägnieranlagen erforderlich sind, die mit Rücksicht auf die Länge der zu verfestigenden Gitterstäbe sehr grosse Abmasse aufweisen müssen.
Zur Vermeidung der genannten Schwierigkeiten ist es weiterhin bereits bekannt, die Teilleiter eines Gitterstabes zunächst unverfestigt zusammenzufügen und mit einem aushärtbaren Isoliermaterial zu umgeben, das dann gemeinsam mit dem Kunstharz der auf diesem Gitterstab aufgebrachten Isolierhülse ausgehärtet wird. Dieses Verfahren bringt jedoch fertigungstechnische Schwierigkeiten mit sich, da unverfestigte Leiterbündel schwer zu handhaben sind und sich überdies leicht verbiegen.
Zur Überwindung der erwähnten Schwierigkeiten geht die Erfindung einen andern Weg, Die Erfindung sieht vor, dass die den Leiterverband bildenden Teilleiter vor dem Aufbringen der hochspannungsfesten Isolierhülse lediglich mit einem Teil ihrer einander zugekehrten Flächen durch ein aushärtbares Harz verklebt werden, das vor der durch das Aufbringen der hochspannungsfesten Isolierhülse bedingten Weiterverarbeitung des Leiterverbandes ausgehärtet wird.
Durch die gemäss der Erfindung vorgesehene nur teilweise Verfestigung des aus gegeneinander isolierten Teilleitem bestehenden Leiterverbandes wird erreicht, dass der Leiterverband eine ausreichende mechanische Festigkeit erhält, so dass er ohne Schwierigkeiten weiterverarbeitet und mit der hochspannungsfesten Isolierhülse umgeben werden kann ; bei der anschliessenden Imprägnierung des umbandelten Leiterverbandes kann das Tränkharz jedoch ungehindert den Leiterverband durchdringen und vorhandene Hohlräume ausfüllen.
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Als aushärtbares Harz wird zweckmässigerweise ein bei hohen Temperaturen und ohne Abspaltung von niedermolekularen Bestandteilen aushärtbares, in nicht gehärtetem Zustand thermoplastisch erweichbares Harz verwendet. So können im Rahmen der Erfindung Epoxydharze verwendet werden. Besonders geeignet sind in möglichst kurzer Zeit aushärtende, jedoch schmelzbare Gemische aus einem Epoxydharzvoraddukt mit einem Säureanhydridhärter, wie beispielsweise das Gemisch aus einem eine Epoxydzahl von 0, 23 bis 0, 26 aufweisenden Epoxydharz mit Hexahydrophthalsäureanhydrid. Vorzugsweise sind bei diesem Voraddukt mehr als 5 o des zugesetzten Härters an die im Harz vorhandenen Hydroxylgruppen gebunden.
Ein weiteres geeignetes Beispiel ist eine Kombination aus bei Raumtemperatur festem Epoxydharz mit einem kaschierten, die ionische Polymerisation anregenden Härter, wie es z. B. Borfluoridaminkomplexe sind.
Im Rahmen der Erfindung können aber auch Polyesterharze verwendet werden. Geeignet sind bei Raumtemperatur nicht klebende, ungesättigte Polyesterharze bzw. Mischungen von ungesättigten Polyesterharzen mit daran anpolymerisierbaren, reaktiven Monomeren. Zweckmässigerweise werden diesen Polyesterharzen Peroxydbeschleuniger zugesetzt, die erst bei höheren Temperaturen wirksam werden.
Beispiele von geeigneten Polyesterharzen sind die Addukte aus Fumarsäure an Epoxydharze und Mischungen dieser Harze mit beispielsweise Triallylcyanurat oder Diallylphthalat.
Eine weitere Gruppe von im Rahmen der Erfindung geeigneten Harzen sind Kombinationen aus bei Raumtemperatur festen, amorphen oder kristallinen, kaschierten oder freien Polyisocyanaten, wie z. B. dimerisiertes Tolylendiisocyanat. und aus bei Raumtemperatur nicht klebenden Polyoxyverbindungen, wie z. B. Addukten von einwertigen Phenolen an Epoxydharze mit mindestens im Mittel 1, 5 Epoxydgrup--. pen im Molekül.
Zur teilweisen Verfestigung eines aus gegeneinander isolierten Teilleitern bestehenden Leiterverbandes werden die erwähnten Harze zweckmässigerweise auf einen Träger aufgebracht. Gegebenenfalls ist es aber auch möglich, Filme bzw. Folien aus den Harzen selbst herzustellen und diese dann zur teilweisen Verfestigung des Leiterverbandes zu verwenden. So lassen sich beispielsweise aus der letztgenannten, aus Kombinationen aus Polyisocyanaten und Polyoxyverbindungen bestehenden Gruppe aushärtbare Harze ohne Träger verwenden, wenn man die angegebenen Polyisocyanate mit hydroxylgruppenhältigen Acetalen des Polyvinylalkohols kombiniert.
An Hand der in den Fig. 1 und 2 beispielhaft dargestellten Gitterstäbe sei die Erfindung erläutert.
Der in der Fig. 1 im Schnitt gezeichnete Gitterstab besteht aus den Teilleitern l, die zu den beiden nebeneinanderliegenden Teilleiterstapeln 2 und 3 zusammengefasst sind. Auf der oberen und unteren Schmalseite ist jeweils ein Teilleiter dargestellt, der infolge der bei Gitterstäben üblichen Kröpfung von dem einen Teilleiterstapel zu dem andem überwechselt. Die einzelnen Teilleiter sind gegeneinander durch die Isolierung 4 isoliert, die beispielsweise aus einer Glasseidenumspinnung oder auch aus einem mit dem späteren Imprägnierharz verträglichen Lack besteht.
In Durchführung des Erfindungsgedankens wird beim Zusammenfügen zwischen die beiden Teilleiter" stapel 2 und 3 die Längszwischenlage 5 eingefügt, die in dem dargestellten Ausführungsbeispiel aus Glasseide besteht, die mit einem der angegebenen aushärtbaren Harze getränkt ist. Dieses zur teilweisen Verfestigung des Gitterstabes dienende Harz ist in der Längszwischenlage 5 lediglich in einer so geringen Menge vorhanden, dass der Stab beim Aushärten nur von innen her verklebt wird. Nach dem beispielsweise in einer Heisspresse durchgeführten Aushärten dieses Harzes nimmt der Querschnitt des Gitterstabes die in der Fig. 2 gezeigte Form an.
Das ursprünglich in der Längszwischenlage 5 enthaltene Harz ist in den Innenraum zwischen den beiden Teilleiterstapeln 2 und 3 und auch innerhalb des diesem Innenraum zugekehrten Bereiches in die Zwischenräume zwischen den einzelnen Teilleitem 1 eingedrungen, so dass der gesamte Gitterstab von innen her, u. zw. nur von innen her, durch das ausgehärtete Harz verklebt ist.
Infolge der geringen Mengen des durch die Längszwischenlage 5 zwischen die beiden Teilleiterstapel 2 und 3 eingebrachten Harzes quillt bei der Aushärtung des Gitterstabes in der Heisspresse kein Harz an den Aussenseiten des Stabes heraus. Der Gitterstab ist also, da er nur von innen verklebt ist, lediglich teilweise verfestigt und ähnelt äusserlich einem nicht verklebten Stab.
Durch die gemäss der Erfindung vorgesehene teilweise Verfestigung weist der Gitterstab eine ausreichende mechanische Festigkeit auf, so dass er mechanisch weiterverarbeitet werden kann, d. h. es werden nach der teilweisen Verfestigung gemäss der Erfindung z. B. die Stabenden abgebogen, gegebenenfalls erforderliche Sicheln angelötet und schliesslich der Stab mit Glimmerbändern umbandelt. Bei der Va.., kuumimprägnierung des isolierten Gitterstabes füllt dann das Tränkharz die von aussen gut zugänglichen Zwickel, die bei der teilweisen Verfestigung gemäss der Erfindung frei geblieben sind, in vollem Umfang auf, so dass der einschliesslich seiner hochspannungsfesten Isolierhülse fertig ausgehärtete Gitterstab an
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den Aussenseiten seiner Teilleiter keine Lufteinschlüsse enthält.
Während bei Gitterstäben in dem durch die Teilleiter gebildeten Innenraum nur ein sehr geringes Feld herrscht, so dass dieser Raum praktisch als feldfrei anzusehen ist, kommt es bei aus Teilleitem aufgebauten Spulen darauf an, dass auch die Isolierung der Teilleiter bei der späteren Imprägnierung der umbandelten Spule mit einem hochwertigen Tränkharz von diesem Tränkharz möglichst gut durchtränkt wird. Demzufolge empfiehlt es sich, zur teilweisen Verfestigung gemäss der Erfindung die die Spule bildenden Teilleitem an vereinzelten, räumlich voneinander getrennten Stellen mit einem vorzugsweise porösen Band zu umbandeln, das mit dem aushärtbaren Harz getränkt ist, und dieses Harz anschliessend auszuhärten.
Zur Erläuterung dieses Verfahrens ist in der Fig. 3 eine aus den sechs Teilleitern 6-11 bestehende Spule perspektivisch dargestellt, wobei die abgekröpften Teile der Spule fortgelassen sind. Die einzelnen Teilleiter 6-11 dieser Spule sind mit der tränkbaren Isolierung 12 umgeben, die mit Rücksicht auf die höhere Windungsspannung zwischen den einzelnen Teilleitern stärker ausgebildet ist als die Teilleiterisolierung 4 des in den Fig. 1 und 2 dargestellten Gitterstabes.
In Durchführung des Erfindungsgedankens sind die Teilleiter 6-11 an den räumlich voneinander getrennten Stellen 13 mit einem porösen Band umbandelt, das mit einem aushärtbaren Harz der oben angegebenen Art getränkt ist. Der Harzgehalt des an den Stellen 13 aufgebrachten Bandes ist gerade so gross gewählt, dass die Spule bei einer thermischen Behandlung in einer Heisspresse an diesen Stellen von aussen her verklebt wird, ohne dass das in den Bandagen enthaltene Harz beim Aushärten in das Innere des Spulenverbandes eindringt.
Nach dem Aushärten des an den Stellen 13 aufgebrachten Harzes weist die Spule eine ausreichende mechanische Festigkeit auf, so dass sie weiterverarbeitet und schliesslich mit dem zur Herstellung der hochspannungsfesten Isolierhülse erforderlichen Glimmerband umbandelt werden kann. Da die Spule lediglich an vereinzelten. räumlich getrennten Stellen von aussen her verklebt ist, kann bei der Tränkung der umbandelten Spule im Rahmen der vorgesehenen Vakuumtränkung das Tränkharz der Hauptisolie- rung ungehindert bis in das Innere des Spulenverbandes eindringen und damit auch die Teilleiterisolie- rungen 12 der Teilleiter 6-11 durchsetzen.
Als Trägermaterial für das zur Verklebung verwendete Harz, also als Material für die Längszwischenlage 5 des in den Fig. 1 und 2 dargestellten Gitterstabes sowie für das an den Stellen 13 aufgebrachte Band der in der Fig. 3 dargestellten Spule, sind poröse Materialien geeignet, die das aushärtbare Harz aufnehmen können. Solche Materialien sind beispielsweise Glasgewebe, Glasfliess, Polyestergewebe, Polyesterfliess oder auch Polyesterglasstränge. Wie bereits erwähnt, ist es aber auch möglich, das aushärtbare Harz zwischen benachbarten Teilleiterstäben des Gitterstabes ohne Träger einzufügen.
PATENTANSPRÜCHE :
1. Verfahren zur Herstellung eines aus gegeneinander isolierten Teilleitem bestehenden, von einer hochspannungsfesten Isolierhülse umgebenen Leiterverbandes einer elektrischen Maschine, wie beispielsweise eines Gitterstabes oder einer Spule, dadurch gekennzeichnet, dass die den Leiterverband bildenden Teilleiter vor dem Aufbringen der hochspannungsfesten Isolierhülse lediglich mit einem Teil ihrer einander zugekehrten-Flächen durch ein aushärtbares Harz verklebt werden, das vor der durch das Aufbringen der hochspannungsfesten Isolierhülse bedingten Weiterverarbeitung des Leiterverbandes ausgehärtet wird.
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Process for the production of a conductor assembly of an electrical machine consisting of mutually insulated sub-conductors and surrounded by a high-voltage-proof insulating sleeve
The invention is concerned with the production of conductor assemblies consisting of mutually insulated sub-conductors, which are surrounded by a high-voltage-resistant insulating sleeve. Such leader associations are z. B. in the form of bars or in the form of coils.
From British Patent No. 720,076 it is known to produce such a conductor assembly in such a way that the subconductors and intermediate insulation arranged between them are glued and cured with a synthetic resin. As a result of this bonding of the sub-conductors with a hardened resin, which is carried out over the entire length of the sub-conductors, the cavities that form in the adhesive resin during this bonding can no longer be filled by the impregnating resin forming the main insulation. If, in addition, curable phenolic resins are used to glue the mutually insulated partial conductors, as is also known, there is also the disadvantage that the phenolic resin forms bubbles during curing, so that there are disruptive gas inclusions on the surface of the bar.
These gas pockets on the surface of the bar, which are mainly located in the outer gussets formed by the sub-conductors, are not filled with a high-quality synthetic resin, for example a polyester resin, during the subsequent vacuum impregnation, so that the tan 6 characteristic of the bar is relatively bad. When isolating coils, the partial conductor insulation is encapsulated so much by the cured phenolic resin that during the subsequent vacuum impregnation to manufacture the high-voltage-resistant insulating sleeve, neither a complete evacuation nor a complete filling of the cavities is possible.
To avoid these difficulties, it is therefore already known to solidify the bars in a vacuum casting process with as little voids as possible. However, this method requires a considerable technical effort, since additional vacuum impregnation systems are required, which must have very large dimensions with regard to the length of the bars to be consolidated.
To avoid the difficulties mentioned, it is also known to initially join the sub-conductors of a lattice bar unsolidified and to surround them with a curable insulating material, which is then cured together with the synthetic resin of the insulating sleeve applied to this lattice bar. However, this method involves manufacturing difficulties, since unsolidified conductor bundles are difficult to handle and moreover bend easily.
To overcome the difficulties mentioned, the invention takes a different approach. The invention provides that the subconductors forming the conductor association are only glued to a part of their facing surfaces by a hardenable resin before the application of the high-voltage-resistant insulating sleeve the high-voltage-resistant insulating sleeve is cured due to further processing of the conductor assembly.
According to the invention, the only partial solidification of the conductor assembly consisting of mutually insulated partial conductors ensures that the conductor assembly is given sufficient mechanical strength so that it can be further processed without difficulty and surrounded by the high-voltage-resistant insulating sleeve; During the subsequent impregnation of the strapped conductor assembly, however, the impregnating resin can penetrate the conductor assembly unhindered and fill existing cavities.
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The hardenable resin used is expediently a resin which is hardenable at high temperatures and without splitting off low molecular weight components and which is thermoplastically softenable in the uncured state. Thus epoxy resins can be used in the context of the invention. Mixtures of an epoxy resin pre-adduct with an acid anhydride hardener, such as, for example, the mixture of an epoxy resin with an epoxy number of 0.23 to 0.26 with hexahydrophthalic anhydride, are particularly suitable. In this pre-adduct, more than 50% of the hardener added is preferably bound to the hydroxyl groups present in the resin.
Another suitable example is a combination of epoxy resin that is solid at room temperature with a laminated hardener that stimulates ionic polymerization, as is e.g. B. Borofluoride amine complexes.
However, polyester resins can also be used in the context of the invention. Unsaturated polyester resins which are non-sticky at room temperature or mixtures of unsaturated polyester resins with reactive monomers which can be polymerized onto them are suitable. It is expedient to add peroxide accelerators to these polyester resins, which only become effective at higher temperatures.
Examples of suitable polyester resins are the adducts of fumaric acid with epoxy resins and mixtures of these resins with, for example, triallyl cyanurate or diallyl phthalate.
Another group of resins suitable for the purposes of the invention are combinations of amorphous or crystalline, laminated or free polyisocyanates that are solid at room temperature, such as. B. dimerized tolylene diisocyanate. and from polyoxy compounds which are non-sticky at room temperature, e.g. B. Adducts of monohydric phenols with epoxy resins with at least an average of 1.5 epoxy groups. pen in the molecule.
For the partial solidification of a conductor group consisting of mutually insulated partial conductors, the resins mentioned are expediently applied to a carrier. If necessary, however, it is also possible to produce films or foils from the resins themselves and then use them to partially strengthen the conductor assembly. For example, from the last-mentioned group consisting of combinations of polyisocyanates and polyoxy compounds, curable resins without a carrier can be used if the polyisocyanates specified are combined with acetals of polyvinyl alcohol containing hydroxyl groups.
The invention will be explained with reference to the bars shown by way of example in FIGS.
The lattice bar drawn in section in FIG. 1 consists of the partial conductors 1 which are combined to form the two adjacent partial conductor stacks 2 and 3. On the upper and lower narrow side, a subconductor is shown, which changes over from one subconductor stack to the other due to the cranking that is customary in lattice bars. The individual sub-conductors are insulated from one another by the insulation 4, which consists, for example, of a glass silk wrapping or of a lacquer that is compatible with the subsequent impregnation resin.
In carrying out the inventive concept, the longitudinal intermediate layer 5 is inserted between the two sub-conductors "stacks 2 and 3" when they are joined, which in the illustrated embodiment consists of glass fiber impregnated with one of the specified curable resins. This resin, which serves to partially solidify the lattice bar, is shown in of the longitudinal intermediate layer 5 is only present in such a small amount that the rod is only glued from the inside during hardening After this resin has hardened, for example in a hot press, the cross section of the lattice bar assumes the shape shown in FIG.
The resin originally contained in the longitudinal intermediate layer 5 has penetrated into the interior space between the two sub-conductor stacks 2 and 3 and also within the area facing this interior space into the spaces between the individual sub-conductors 1, so that the entire lattice rod from the inside, u. between the inside only, due to the hardened resin.
As a result of the small amounts of the resin introduced through the longitudinal intermediate layer 5 between the two partial conductor stacks 2 and 3, no resin oozes out on the outer sides of the rod when the rod is cured in the hot press. Since the bar is only glued on the inside, it is only partially solidified and externally resembles a non-glued bar.
As a result of the partial solidification provided according to the invention, the lattice bar has sufficient mechanical strength so that it can be mechanically processed further; H. after the partial solidification according to the invention, for. B. bent the rod ends, if necessary, soldered sickles and finally wrapped the rod with mica tapes. During the vacuum impregnation of the insulated lattice bar, the impregnating resin then completely fills the gusset which is easily accessible from the outside and which remained free during the partial solidification according to the invention, so that the lattice bar, including its high-voltage insulating sleeve, fully cured
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the outside of its sub-conductors does not contain any air pockets.
While there is only a very small field in the interior space formed by the sub-conductors in the case of lattice bars, so that this space can be regarded as practically field-free, in the case of coils made from sub-conductors it is important that the insulation of the sub-conductors is also ensured during the later impregnation of the wrapped coil is soaked as well as possible with a high quality impregnating resin of this impregnating resin. Accordingly, it is advisable, for partial solidification according to the invention, to wrap the partial conductors forming the coil at individual, spatially separated points with a preferably porous tape that is impregnated with the hardenable resin, and then to harden this resin.
To explain this method, a coil consisting of the six partial conductors 6-11 is shown in perspective in FIG. 3, the bent parts of the coil being omitted. The individual sub-conductors 6-11 of this coil are surrounded by the impregnable insulation 12, which, in view of the higher winding voltage between the individual sub-conductors, is made stronger than the sub-conductor insulation 4 of the lattice bar shown in FIGS.
In carrying out the concept of the invention, the subconductors 6-11 are wrapped at the spatially separated points 13 with a porous tape that is impregnated with a hardenable resin of the type specified above. The resin content of the tape applied at the points 13 is selected to be just large enough that the coil is bonded from the outside at these points during a thermal treatment in a hot press, without the resin contained in the bandages penetrating the inside of the coil assembly during curing .
After the resin applied to the points 13 has hardened, the coil has sufficient mechanical strength so that it can be further processed and finally wrapped with the mica tape required to produce the high-voltage-resistant insulating sleeve. Since the coil only seldom. spatially separate places is glued from the outside, the impregnation resin of the main insulation can penetrate unhindered into the interior of the coil assembly during the impregnation of the wrapped coil within the scope of the intended vacuum impregnation and thus also penetrate the sub-conductor insulation 12 of the sub-conductors 6-11.
Porous materials are suitable as the carrier material for the resin used for bonding, that is to say as the material for the longitudinal intermediate layer 5 of the lattice bar shown in FIGS. 1 and 2 and for the tape applied to the points 13 of the coil shown in FIG can absorb the curable resin. Such materials are, for example, glass fabric, glass fleece, polyester fabric, polyester fleece or even polyester glass strands. As already mentioned, however, it is also possible to insert the hardenable resin between adjacent sub-conductor bars of the grid bar without a carrier.
PATENT CLAIMS:
1. A method for producing a conductor assembly of an electrical machine, consisting of mutually insulated subconductors and surrounded by a high-voltage-resistant insulating sleeve, such as a lattice bar or a coil, characterized in that the sub-conductors forming the conductor assembly only with a part of their before the application of the high-voltage-resistant insulating sleeve surfaces facing each other are glued by a hardenable resin, which is hardened before the further processing of the conductor assembly caused by the application of the high-voltage-resistant insulating sleeve.