<Desc/Clms Page number 1>
Elektrische Maschine
Die Erfindung bezieht sich auf eine elektrische Maschine, deren mit Tränklacken oder Harzen ge- tränkte ruhende oder rotierende Wicklungen unter Verwendung einer Vergussmasse in den durch Keile ver- schlossenen Nuten vergossen sind.
Es ist bereits bekannt, die Lufträume in den Nuten elektrischer Maschinen durch Einfüllen von flüssi- ger Isoliermasse auszufüllen. Zu diesem Zweck werden annähernd radial verlaufende Bohrungen vorgesehen, die in den unteren Teil der Nuteinfräsung einmünden. Auf diese Weise konnte bei den bisher bekann- tenAusführungen verflüssigte Isolationsmasse von aussen her durch diese Kanäle und durch gelochte Stahlblecheinlagen in die Hohlräume der Wicklung einfliessen.
Weiters ist auch schon eineStänderwicklungbekannt, bei der dieKunstharzimprägnierung im Schleuderguss mit vertikal stehender Welle erfolgt, wobei der Nutenverschluss luftdurchlässig ausgeführt ist, z. B. durch Einlegen unimprägnierter, plattgedrückter Glasseidenschläuche, um das Entweichen der Luft aus den Nuten in radialer Richtung zu sichern. Da hier jedoch der Glasseidenschlauch plattgedrückt ist, ist es auf diese Weise unmöglich, dass dieser Hohlschlauch zum Vergiessen mit herangezogen wird.
Schliesslich ist es auch schon ganz allgemein bekannt, zur Imprägnierung gewickelter Statoren elektrischer Maschinen mit geschlitzten Nuten unter Verwendung wärmeleitender Isoliermasse diese in geschmolzenem Zustand unter Druck in radialer Richtung in die Nuten einzupressen, wozu der fertig gewickelte Stator auf einen die Isoliermasse enthaltenden, angewärmten Dorn passend aufgesetzt wird, der mit den Statornuten übereinstimmende Durchtrittsöffnungen für die Isoliermasse besitzt. Die ausserhalb der Durchtrittsöffnungen liegenden Nutenbereiche werden durch Verschlussorgane abgedeckt.
Für das Festlegen der Wicklungs- und Spulenteile sind bisher zwei verschiedene Arten von Isolerlacken oder-harzen verwendet worden. Sie unterscheiden sich in der Art ihrer Verarbeitung und in der Zusammensetzung der dafür in Frage kommenden Isolierharze.
Die gebräuchlichste und auch universell anwendbare Methode ist das Tränken einer Wicklung oder einer Spule in einem Isolierharz bzw. in einem Isolierlack, der in einem Lösungsmittel gelöst ist. Die Anteile des Lösungsmittels werden zum Teil beim Antrocknen an der Luft und zum Teil beim Einbrennen in einem Trockenofen flüchtig. Die Durchhärtung der Harzanteile erfolgt durch Kondensation, Oxydation oder in einem Vorgang, der beide Möglichkeiten kombiniert. Um Lufteinschlüsse zu vermeiden und eine gleichmässige Durchtränkung der Wicklungsteile zu erreichen, wird das Tränken mit Isolierlacken meist unter Vakuum ausgeführt.
Trotzdem besteht die Gefahr, dass eine vollständige Durchtränkung durch Einschlüsse von Lösungsmittelanteilen nicht möglich ist und dadurch Stellen in der Wicklung vorhanden sind, welche durch Lufteinschlüsse von dem auskondensierten Isolierlack nicht erfasst sind.
Die neue Entwicklung auf dem Gebiet ungesättigter Polyesterharze hat dazu geführt, dass man statt einer Tränkung eine Vergiessung von Wicklungs- und Spulenteilen mit lösungsmittelfreien Giessharzen vornimmt. Der Vorteil ist, dass die Giessharze durch Zusatz von Katalysatoren und durch Wärmeeinwirkung eine Mischpolymerisation eingehen und hiebei keine flüchtigen Bestandteile abspalten. Dadurch wird er-
<Desc/Clms Page number 2>
EMI2.1
<Desc/Clms Page number 3>
dieChemiepumpen bzw. Rührwerke), wird die Vergiessung mit der genannten Vergussmasse noch dadurch ver- einfacht, dass statt des kegelförmigen Formeinsatzes für die Ständerbohrung der Aussenmantel des Spaltroh- res vorhanden ist.
Durch das hervorragende Eindringvermögen derSilicon-Kautschuk-Vergussmasse können die Wickelkopfräume fertig montierter Spaltrohrmotoren ohne besondere zusätzliche Massnahmen vergossen werden. Dadurch ist es bei Ausführung solcher Motoren für den Explosionsschutz nicht mehr erforderlich, die sonst notwendigen Spaltweiten für den Verschluss des Ständergehäuses durch die entsprechend engen Zentrierungen der Lagerschilde einzuhalten.
Ein wesentlicher Vorteil der Erfindung ist es, dass sie eine vollständige Vergiessung der Wicklungen elektrischer Maschinen in einem Arbeitsgang ermöglicht. Die Erfindung ermöglicht eine Vergiessung von Wicklungs- und Spulenteilen mit Silicon-Kautschuk, bei der keine Spannungen auftreten, Lufteinschlüsse vermieden werden und eine entsprechende Haftfestigkeit auf den Isolierstoffen der zu vergiessenden Wicklung, unabhängig von der angewendeten Isolierstoffklasse erreicht wird. Diese Haftfestigkeit ist auch ausschlaggebend für den Wärmeübergang zwischen Wicklungsteil und Vergussmasse.
Man kann beispielsweise die Wickelköpfe der Ständerwicklung eines vollkommen geschlossenen Motors in Schutzart P 33, dessen mechanische Ausführung druckfest gekapselt nach VDE 0170/0171 ist, in einem Arbeitsgang wie folgt, vergiessen : Die Ständernuten besitzen entweder am Nutgrund oder an den Zahnflanken eine kastenförmige Ausstanzung, die nach Schichtung des Blechpaketes und nach Einlegen der Nuthülsen eigene Kanäle bilden. Die Nuthülsen selbst besitzen kreisförmige oder längliche Löcher, so dass eine Verbindung zwischen den vorher beschriebenen Kanälen und dem eigentlichen Wicklungsraum vorhanden ist.
Als Nutenverschlusskeile werden nicht wie üblich Profile aus Hartpapier oder sonstigen Hartgewebeschichtstoffen verwendet, sondern neben einer eigenen U-förmigen Nutenverschlusskappe, die etwa aus dem gleichen Material besteht wie die Nuthülse, wird ein Gewebehohlschlauch mit Lackierung oder besonderer Beschichtung verwendet. Die Steifigkeit seiner Lackierung oder Beschichtung erhält beim Einschieben in die Nut einen Restquerschnitt, die Innenflächen dieses Hohlschlauches sind mit einer besonderen Grundierung für die Haftfestigkeit der einlaufenden Silicon-Kautschuk-Vergussmasse aktiviert. Für die Erreichung einer
EMI3.1
ge Teile verwendet, die in der Bohrung des Ständerblechpaketes zentriert sind.
Dabei kann einer dieser beiden kegelförmigen Teile so ausgebildet sein, dass an ihm ein zusätzlicher zylindrischer Teil befestigt werden kann. Dieser zylindrische Teil soll beim Vergiessen der Ständerwickelköpfe in einem Arbeitsgang den unten liegenden Wickelkopf nach aussen und gegen die Innenfläche des Ständergehäuses abschliessen.
Sämtliche Verbindung-un Stossteile sowie Öffnungen, die in die Vergussräume führen, werden vor dem Vergiessen mit einer Silicon-Kautschuk-Streichmasse mit mindestens Vernetzerzusatz abgedichtet. Die Abdichtung ermöglicht eine wesentlich einfachere Ausbildung der Formteile. Die dazu verwendete SiliconKautschuk-Streichmasse wächst beim Einlauf der Vergussmasse mit letzterer zu einem homogenen Ganzen zusammen. Formteile, die nach dem Vergiessen ausgelöst werden müssen, sind mit entsprechenden Trennmitteln (z. B. Schmierseife) an den zur Zergussseite liegenden Teilen versehen.
Die Vergiessung kann im kal-
EMI3.2
EMI3.3
<Desc/Clms Page number 4>
EMI4.1
<Desc/Clms Page number 5>
EMI5.1
<Desc/Clms Page number 6>
Blechpaketteile des Motors vor dem Vergiessen mit einem schnell und bei normaler Raumtemperatur härtenden oder antrocknenden Methyl-Siliconharz getränkt oder bestrichen, so wird eine weitere Verbesserung des guten Wärmeüberganges zwischen der Vergussmasse und der Innenwand des Ständergehäuses erreicht. Zweckmässig ist es auch, die Oberfläche der mit der Vergussmasse in Berührung kommenden Teile des Ständergehäuses und des Ständerblechpaketes vor der Behandlung mit Methyl-Siliconharz aufzurauhen.
Werden nur diejenigen Lufträume im Wickelkopf, die auf Grund ihrer Lage sowie der Intensität der
EMI6.1
Innenkühlluft wird aber nicht behindert.
Im nachstehenden werden zwei besondere Anwendungsbeispiele im Zusammenhang mit der Verwendung der genannten Vergussmasse zur Vergrösserung der Wärmekapazität beschrieben und eines davon an Hand einer Tabelle erläutert.
EMI6.2
laufzeiten in der Grössenordnung von 5 bis 15 min eingesetzt werden. Früher war die Bewältigung solcher Anlaufzeiten nur mit Hilfe von Drehstrom-Schleifringläufer-Motoren in Verbindung mit Anlasserwiderständen für Schwerstanlauf möglich. Bei den Käfigläufer-Motoren wird der gesamte Wickelkopfraum ausschliesslich der für denEinbau des Läufers erforderlichenBohrung mitSilicon-Kautschuk-Vergussmasse vergossen.
Dabei kann, wie bereits erwähnt, eine Wicklungsart bei geträufelten Wicklungen gewählt werden, die entsprechende Luftabstände zwischen den einzelnen Spulen vorsieht, welche beim Einlauf der Vergussmasse vollständig ausgefüllt werden. Es ist erforderlich, die einzelnen Drahtbündel der Spulen durch leichte Bandagierung vor dem Verguss zusammen zu halten. Für einen guten Wärmeübergang zwischen den Spulenköpfen und der Vergussmasse und zwischen Vergussmasse und Ständerblechpaket bzw. Innenfläche des Ständergehäuses kann eine zusätzliche Lackierung mit Silicon-Kautschuk-Haftvermittlern, d. s. beispielsweise schnell und bei normalen Raumtemperaturen härtende oder antrocknende Methyl-Siliconharze, vorgesehen werden.
Es ist für den Wärmeübergang zum Ständergehäuse vorteilhaft, die Innenfläche des Gehäusemantels durch Sandstrahlgebläse od. ähnl. Vorrichtungen aufzurauhen. Die Wicklung und die Wikkelköpfe selbst werden durch die vor der Vergiessung durchgeführte Vakuum-Tränkung mit einem wärmehärtenden Isolier-Tränklack zusammengehalten und in ihrer Isolierfestigkeit erhöht. In manchen Fällen kann man auf die Vortränkung mit einem Isolier-Tränklack überhaupt verzichten, wobei der in den Nuten liegende Teil der Wicklung nach einem der eingangs genannten Verfahren festgelegt werden kann. Die vollständige Vergiessung der Wickelköpfe bringt für längere Anlauf- und Bremsbeanspruchungen der Wicklung in thermischer Hinsicht zwei wesentliche Vorteile.
Einerseits wird die normale Blechpaketlänge le des Ständerblechpaketes durch die Vergiessung in seiner Wirksamkeit als guter Wärmeleiter (geringer Wärmewiderstand) und als Wärmespeicher (grosse Wärmekapazität) für denAblauf thermischer Vorgängegleich- sam vergrössert. Anderseits bettet die Vergiessung den gesamten Wickelkopf in ein gleiches wärmeleitendes Medium ein und setzt dadurch wesentliche Erwärmungsspitzen beim Anlauf, bei starken Überlastungen und bei elektrischer Bremsung herab. Die Unterschiede in der Erwärmung von Wicklungsteilen besonders bei vollkommen geschlossenen oberflächengekühlten Motoren, abhängig von ihrer Lage im Ständer, werden durch die Vergiessung weitgehend aufgehoben oder abgemildert.
Welche Möglichkeiten für die Herabsetzung der Spitzenerwärmung bei langen Anlaufzeiten von Käfigläufer-Motoren sich durch die Vergiessung mit Silicon-Kautschuk-Vergussmasse ergeben, zeigtnachstehende Tabelle. Daraus ist die Erwärmung eines zweipoligen Motors mit ungünstigem Verhältnis le/Da im Kurzschluss für die Wicklung und für verschiedene Teile der Wicklung des Blechpaketes und des Gehäuses ersichtlich. Demgegenüber zeigt Spalte 1 der Tabelle den gleichen Motor, wobei die Wickelköpfe nicht mit Silicon-Kautschuk-Vergussmasse vergossen sind.
<Desc/Clms Page number 7>
Tabelle
EMI7.1
<tb>
<tb> Kurzschlusserwärmung <SEP> der <SEP> Ständerwicklung <SEP> und <SEP> des <SEP> Läuferkäfigs
<tb> für <SEP> einen <SEP> Drehstrommotor <SEP> zum <SEP> Antrieb <SEP> eines <SEP> Separators
<tb> Anlaufzeit <SEP> in <SEP> Stern-Schaltung <SEP> 8 <SEP> - <SEP> 10 <SEP> min
<tb> le/Da <SEP> für <SEP> den <SEP> gemessenen <SEP> Wickelköpfe <SEP> nicht <SEP> Wickelköpfe <SEP> mit <SEP> Siliconzweipoligen <SEP> Motor <SEP> 0,
<SEP> 46 <SEP> vergossen <SEP> Kautschuk-Vergussmasse
<tb> vollständig <SEP> vergossen
<tb> Erwärmung <SEP> OC <SEP> nach <SEP> Erwärmung <SEP> C <SEP> nach
<tb> 8 <SEP> min <SEP> Kurzschluss <SEP> 8 <SEP> min <SEP> Kurzschluss
<tb> Gehäuse <SEP> 15 <SEP> 13
<tb> AS <SEP> Wickelkopf <SEP> 217 <SEP> 87
<tb> Wicklung <SEP> in <SEP> der <SEP> Nut <SEP> 132
<tb> Mittlere <SEP> Erwärmung <SEP> der
<tb> gesamten <SEP> Wicklung <SEP> 200 <SEP> 106
<tb> Läuferstab <SEP> Mitte <SEP> 193 <SEP> 228
<tb> Läuferstab <SEP> aussen <SEP> 237 <SEP> 234
<tb> Läuferring <SEP> 258 <SEP> 255
<tb>
Das zweite Beispiel beschäftigt sich mit der teilweisen Vergiessung von Wickelköpfen, wobei erheb- liche Verbesserungen hinsichtlich der Wärmebilanz des Motors im Dauerbetrieb, also bei gleichmässiger
Belastung, erreicht werden.
Bei kleineren und mittleren, vollkommen geschlossenen, oberflächengekühlten
Käfigläufer-Motoren erfolgt die Abführung der in denKurzschlussringen des Läufers und in denWickelköp- fen des Ständers entstehenden Verluste, wie bereits einleitend erwähnt, durch Wirbelung der Innenluft in den Wickelkopfräumen. Die Wirbelung der Innenluft wird bei druckgussgespritzten Läuferkäfigen durch angegossene Flügel, bei hartgelöteten Läuferkäfigen durch Zusatzlüfter, die vor den jeweiligen Kurzschlussringen angeordnet sind, bewirkt. Die Intensität und die Wirksamkeit dieser Wirbelung ist natürlich stark drehzahlabhängig. Weiterhin hängt die gute Abführungsmöglichkeit der Verluste von den Wickelköpfen auch von derWicklungsausführung ab.
Man kann nun durch Vergiessung von Teilzonen im Wickelkopf Lufträume ausfüllen, die auf Grund ihrer Lage und der Intensität der Wirbelung überhaupt nicht vom Luftstrom des Innenlüfters erfasst werden. Dadurch ist es möglich, die schlechte Wärmeleitfähigkeit der unbewegten Luft durch die wesentlich bessere Wärmeleitfähigkeit der in die vorher beschriebenen Teilzonen eingedrungenen Silicon-Kautschuk-Vergussmasse zu ersetzen. Man kann also Teile der Wickelkopf- verluste direkt an das Ständergehäuse abführen, ohne dabei das Luftvolumen, das für die Wirbelung der Innenluft und damit für die Abführung des Restteiles der Wickelkopf- und Läuferkäfigverluste notwendis ist, zu beeinträchtigen.
Welche Zonen durch Silicon-Kautschuk-Vergussmasse vergossen werden sollen und welcher Luftinhalt ersetzt wird, hängt von der Wicklungsausführung und von der Polzahl sowie von dem konstruktiven Aufbau des betreffenden Motors ab.