AT406211B - Verfahren zur herstellung von wicklungen in elektrischen maschinen - Google Patents

Description

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Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Herstellung von Wicklungen in elektrischen Maschinen, insbesondere das Befestigen von Hochspannungswicklungen in Nuten von Statorblechpaketen, die anschließend mit Isolattonslack bzw. Impirägnierharz getränkt werden.

Verfahren zur Montage und Isolation von Wicklungen in elektrischen Maschinen sind in den verschiedensten Variationen bekannt Vor geraumer Zeit wurde durch die Anmelderin eine Erfindung gemacht, die unter dem österreichischen Patent 386705 veröffentlicht wurde. Dorf ging es darum, fertigisolierte und imprägnierte Wicklungen bzw. Wicklungsstäbe gut haftend in Nuten von Blechpaketen einzukleben. Man bediente sich eines Elastomers, das unvemetzt in die Nuten eingebracht wurde, um danach die isolierten und imprägnierten Wicklungen einzulegen. Durch das später vernetzte Polymer waren die Wicklungen bzw. Wicklungsstäbe fixiert, hatten jedoch ein gewisses Elastizitätsspiel, um allfälligen Wärmedehnungen gerecht zu werden. Bekanntlich erwärmen und dehnen sich im Betrieb die Wicklungen je nach Betriebs- oder Fahrweise unterschiedlich zu den Blechpaketen.

Im Zuge der Weiterentwicklungen der rationellen Fertigungstechnik wurde völlig unabhängig vom Beschriebenen ein Verfahren für das rationelle Herstellen von imprägnierten Wicklungen in Nuten von Blechpaketen entwickelt. Bei Hochspannungswicklungen kommt überwiegend das VPI-Verfahren (Vacuum Pressure Impregnation) zur Anwendung. Dabei wird im Gegensatz zu schon länger bekannten Isolierverfahren für Wicklungen, bei denen die Wicklungen vor dem Einbau in die Blechpakete isoliert und getränkt werden, die Wicklungen in Nuten von Blechpaketen eingebracht, dort nur mechanisch befestigt und anschließend wurde das gesamte Blechpaket mit den eingebauten Wicklungen getränkt bzw. unter Druck mittels Harzen imprägniert, so dass der gewünschte Isolationseffekt erreicht wurde.

Bei der VPI-Ganztränktechnologie ging die Entwicklung in eine völlig andere Richtung, als in der eingangs beschriebenen mit der Elastomer-Verklebungs-Technik, die übrigens in anderer Form auch schon in der US-Patentschrift 4,095,627 geoffenbart war.

In der DE 42 19 064 A1, offengelegt am 16.12.1993 wird demgegenüber erläutert, dass nach Ansicht der Fachwelt eine mechanische Trennung zwischen der Wicklung und den Nutwänden notwendig ist, um Störungen am Glimmschutz bzw. Glimmentladungen zwischen der Wicklung und dem Statorblech zu vermeiden. Man wählte dazu nach Vorschlag der DE-A1 eine relativ aufwendige Technik verschiedener Isolationslagen, von denen die eine für Imprägnierharz benetzbar und eine andere mit für Imprägnierharz abweisenden Mittel versehen ist. Diese Technik weist Nachteile auf: Durch den doppelt voizunehmenden Glimmschutz wird in der Nut mehr Raum verbraucht als nötig. Die Lage Glimmschutz, die nicht mit Imprägnierharz benetz- bzw. tränkbar ist, hat zudem den Nachteil, dass keine mechanische Verbindung zwischen Wicklung und Blechpaket besteht und somit die Vorteile der Ganztränktechnologie bzw. VPI-Ganztränktechnologie praktisch nur zum Teil zum Tragen kommen. Als weiterer Nachteil zeigt sich, dass bei axialen Verschiebungen keine Rückstellung der Wicklungsstäbe erfolgt, und dadurch mechanische Schäden und damit Ausfälle auftreten können.

Aus der DE 24 29 119 A1 ist eine Wicklung für rotierende elektrische Maschinen bekannt, wobei die Herstellung von Träufelwicklungen mit einem Tränkharz aufgezeigt wird. Dieses Verfahren eignet sich für Niederspannungswicklungen und gliedert sich prinzipiell in zwei Verfahrensschritte: a) Tränkung innerhalb der Nut

Hier erfolgt die Tränkung von in Nuten eines Blechpaketes liegenden Drähten mit einem bei Raumtemperatur vernetzenden Elastomer, wobei die Drähte zur Nutwand durch ein Isoliermaterial - in der DE-A1 als Nuthülse (3) bezeichnet - isoliert sind. b) Tränkung außerhalb der Nut

Hier werden die Wickelköpfe in einem Zweikomponenten-Isolierharz unter Einschaltung eines Tränkbehätters oder durch Stromaufheizung der Wicklung selbst, getränkt und das Harz ausgehärtet. Bei der in der DE-A1 beschriebenen Wicklung wird keine feste und gleichzeitig leitende Verbindung zwischen dem Kupferstab bzw. den Kupferdrähten und der Nutwand erreicht. Dieses Herstellungsverfahren hat - wie bereits aufgezeigt - mit einem VPI Ganztränkverfahren nichts gemeinsam.

Aus der WO 92/01328 A1 ist eine Wicklungsimprägnierung und -befestigung bekannt, wie sie überwiegend bei Niederspannungsmaschinen eingesetzt wird. Bei diesem Verfahren werden vor dem Einlegen der Wicklung in die Nuten diese durch ein Laminat ausgekleidet. Dieses Laminat enthält eine elastisch komprimierte Masse aus hochelastischen, elektrisch isolierenden Fasern und ein verfestigtes, in der Wärme jedoch noch erweichbares aushärtbares Kunstharz, das die 2

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Fasermasse in ihrem komprimierten Zustand halt Nach Einlegen der Wicklung und Verschließen der Nuten wird der Rotor oder Stator einer Vakuumdruckimpragnierung unterzogen und anschließend ausgehärtet. Beim Imprägniervorgang dringt das heiße Trankharz in die Poren des elastisch expandierbaren Laminats ein, wodurch sich die Fasermasse elastisch entspannt und die Zwischenräume in der Nut ausfQllt. Die elastisch expandierte, sich an der Nutoberfläche abstützende Fasermasse übt auf das obere TeilleiterbQndel der Wicklung eine Kraft in Richtung auf den Nutboden hin aus. Bei diesem Verfahren wird auch keine leitende Verbindung zwischen Isolationsoberfläche des Kupferleiters und der Nutwand erreicht

Aus der US 4 001 616 A ist der Einbau von bereits imprägnierten Wicklungsstäben bekannt, wobei zur Befestigung ein Elastomer verwendet wird. Nach dem Einbau ist die Wicklung fertiggestellt.

Aus der US 4 110 900 A ist ebenfalls der Wicklungseinbau eines bereits fertiggestellten imprägnierten Wicklungsstabes bekannt.

Ferner ist aus der DE-PS 134 834 eine Anordnung magnetisch leitfähiger Nutverschlüsse bei elektrischen Maschinen bekannt Bereits imprägnierte Wicklungen werden unter zu Hilfenahme von einem elastischen Material, vorzugsweise ein Elastomer, unter Druck eingebettet. Ziel dieser Anordnung ist es, ein Schwingen des magnetischen Nutverschlusses weitgehend zu unterdrücken. Dazu muss das Füllmaterial unter Druck stehen, und damit einen stetigen Druck auf den Keil ausüben. Eine solche Anordnung ist nur bei Statorpaketen ohne Luftschlitze möglich.

Der Erfinder legte der Erfindung somit die Aufgabe zugrunde, eine verbesserte Befestigungstechnik für Wicklungen zu schaffen, bei der die Axialverschiebung der Wicklung bzw. Wicklungsstäbe besser kontrolliert bzw. begrenzt ist und eine sichere Kontaktierung zwischen Glimmschutz und Blechpaket hergestellt wird, und die auch keinen erhöhten Raumbedarf in der Nut aufweist.

Das erfindungsgemäße Verfahren ist dadurch gekennzeichnet, dass ein elektrisch leitfähiges, vernetzendes Polymer als weiche Masse in die Nut eingebracht wird und dass die noch unimprägnierte Wicklung in die weiche Masse eingebettet wird, und anschließend ausgehärtet wird, sodass die Wicklung mit der Nutwand verklebt und danach das komplette Blechpaket mit eingebetteter Wicklung wie an sich bekannt im Isolationslack oder im Imprägnierharz getränkt bzw. insbesondere nach den VPI (Vacuum Pressure Impregnation) - Verfahren imprägniert wird.

Mit der Erfindung können zum ersten Male die Vorteile der Einzelstab-Tränktechnik -imprägnierter Stab wird elastisch eingebaut - mit dem Vorteil der Ganztränktechnik, gemeinsame Tränkung von Blechpaket und Wicklung, Entfall von Tränkvorrichtungen - verknüpft werden. Damit kann der Stand der Technik, die einerseits eine Klebebefestigung für ausschließlich bereits imprägnierte bzw. getränkte Wicklungen vorsah und andererseits bei Wicklungsmontagen unter Anwendung der Ganztränktechnologie zwingend eine starre Verbindung zwischen der Wicklung und den Nutwänden bestand, verbessert werden.

Durch dieses neue Verfahren werden die angeführten Probleme beseitigt. Das leitfähige Polymer befestigt die Wicklung optimal elastisch in den Nuten und hilft zudem eine sichere elektrische Kontaktierung herzustellen. Durch das Verkleben werden außerdem die mechanischen Anforderungen an die Nutverkeilungen reduziert so dass diese nur mehr die Funktion eines Fertigungsbehelfes erfüllt. Beim erfindungsgemäßen Verfahren konnten gleiche Haftkraftwerte der Wicklungen in den Nuten als bei den Verfahren, bei denen die Wicklungen zuerst getränkt und dann eingebettet werden, erzielt werden. Ein Nachteil gegenüber dem Verfahren gemäss der DEOS ist, dass die Wicklungen praktisch schwieriger gewechselt werden können. Dieser Nachteil wird jedoch bei weitem aufgehoben durch den Vorteil, dass die Wicklungen sich axial bewegen können, und durch die Verklebung eine zentrierende Wirkung besteht

Gemäss einer Weiterentwicklung der Erfindung wird als weiche Masse bzw. als Polymer ein tixotropes - bevorzugt pastenförmiges - Elastomer gewählt, dessen Viskosität im unvemetzten Zustand so hoch ist, dass die eingebettete, nicht imprägnierte Wicklung während des Einbettens durch das Polymer nicht durchtränkt wird. Derart wird eine Beeinflussung der Tränkharzeigenschaften im Gewebe der Isolation oder allfälliger Glimmschutzschichten o. dgl. unterbunden, da das Tränkharz wie bisher vollständig in den zu tränkenden Schichten aufgenommen wird.

Die Klebeschicht aus leitfähigem Polymer bietet zum Teil die Funktion eines Glimmentladungsschutzes. Vorzuziehen ist, jedoch die Wicklung vor dem Einbetten in das Polymer mit einer leitfähigen Beschichtung, vorzugsweise mit einem leitfähigen, imprägnierbaren Band als 3

Claims (7)

1. AT 406 211 B Glimmschutzanordnung bzw. Außenpotentialsteuerung zu versehen, insbesondere wenn sie umwickelt wird. Eine verbesserte Haftung zwischen Nut Innenwänden und Wicklung wird erreicht, wenn auf die Wicklung bzw. auf die in die Nuten zu einzulegenden Wicklungsstabe vor dem Einbetten - d.h. noch außerhalb der Nuten - wenigstens an ihren Breitseiten eine Schicht des Polymers aufgetragen wird, wobei als ein einfaches und funktionelles Verfahren das Aufbringen der Polymerschicht mittels Walzen gefunden wurde. Um bei der Montage reproduzierbare Mengen an Polymer aufzubringen und derart eine sparsame Materialverwendung und gewichtsmäßig optimale Verteilung zu erzielen, wird gemäss einer Weiterentwicklung das Polymer mittels Dosieranlage in die Nuten eingebracht, wobei vorzugsweise die erste Polymerdosis so bemessen wird, dass beim Einlegen bzw. Einbetten der Wicklung bzw. der Wicklungsstabe das Polymer einerseits zum Nutgrund und andererseits ganzflächig zu den Nutwänden verdrängt wird, worauf vorzugsweise anschließend mittels Dosieranlage eine zweite Polymerdosis als Abdeckschicht des Polymers aufgetragen bzw. eingebracht wird, oder worauf im Falle einer mehrlagigen Wicklung wieder eine erste Polymerdosis eingebracht und die zweite Wicklungslage eingebracht wird. Dieser Vorgang kann sich entsprechend der Lagenzahl wiederholen. Vor allem bei langen Nuten kann eine Weiterentwicklung der Erfindung Vorteile bringen, wenn nach dem Einbetten der Wicklung in der Nut, wie an sich bekannt, ein Nutverschluss eingebracht wird, der mit wenigstens einer Bohrung versehen ist oder wird, durch das die Polymermasse zum Ausfüllen der Toleranzen und zum Eindringen des Polymers von oben in die Nutwand eingespritzt wird. Das Polymer wird so pastös gewählt dass es die Wicklung schon vor dem Ende der Vemetzungszeit ausreichend lagefixiert hat. Bevorzugt wird die Tränkung bzw. Druckimprägnierung erst nach einer Polymerisations- bzw. Vemetzungszeit von z.B. 2 Tagen erfolgen. Anhand einer beispielhaften Skizze wird die Erfindung symbolisch dargestellt. Wicklungen bzw. Wicklungslagen 1,2 werden in Nuten 3 mittels vemetzbarem Polymer 4 eingeklebt, bevor sie in Imprägnierharz getränkt werden. Ein Glimmschutzband 9 hilft gegen Glimmentladungsschäden an der Isolation 6. Eine Zwischenlage 5 beabstandet vorzugsweise zwei Wicklungslagen 1,2 und ein Nutverschluss 7 (Nutkeil) befestigt wie an sich bekannt, die Wicklung 1,2 in der Nut 3. Der Nutverschluss 7 verfügt über eine Bohrung 8 zum Einsprilzen von Polymer 4 nach dem Einbau der Wicklung. Patentansprüche: 1. Verfahren zur Herstellung von Wicklungen (1,2) in elektrischen Maschinen, insbesondere das Befestigen von Hochspannungswicklungen in Nuten (3) von Statorblechpaketen, die anschließend mit Isolationslack bzw. Imprägnierharz getränkt werden, dadurch gekennzeichnet, dass ein elektrisch leitfähiges, vernetzendes Polymer (4) als weiche Masse in die Nut (3) eingebracht wird und dass die noch unimprägnierte Wicklung (1,2) in die weiche Masse (4) eingebettet wird und anschließend ausgehärtet wird, sodass die Wicklung mit der Nutwand verklebt und danach das komplette Blechpaket mit eingebetteter Wicklung (1,2) wie an sich bekannt im Isolationslack oder Imprägnierharz getränkt, bzw. insbesondere, nach dem VPI (Vacuum Pressure Impregnation)- Verfahren imprägniert wird.
2. 2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass als weiche Masse bzw. als Polymer (4) ein tixotropes - bevorzugt pastenförmiges - Elastomer gewählt wird, dessen Viskosität im unvemetzten Zustand so hoch ist, dass die eingebettete nicht imprägnierte Wicklung (1,2) während des Einbettens durch das Polymer (4) nicht durchtränkt wird.
3. 3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Isolation der Wicklung (1,2) vor dem Einbetten in das Polymer (4) mit einer leitfähigen Beschichtung, vorzugsweise mit einem leitfähigen, imprägnierbaren Band (6) als Glimmschutzanordnung bzw. Außenpotentialsteuerung versehen, insbesondere umwickelt wird. 4 AT 406 211 B
4. 4. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass auf die Wicklung (1,2) bzw. auf die in die Nuten (3) einzulegenden Wicklungsstabe vor dem Einbetten - d.h. noch außerhalb der Nuten (3) -wenigstens an ihren Breitseiten eine Schicht des Polymers (4) aufgetragen wird.
5. 5. Verfahren nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass die Polymerschicht mittels Walzen aufgetragen wird.
6. 6. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Polymer (4) mittels Dosieranlage in die Nuten (3) eingebracht wird, wobei die erste Polymerdosis so bemessen wird, dass beim Einlegen bzw. Einbetten der Wicklung (1,2) bzw. der Wicklungsstabe das Polymer (4) einerseits zum Nutgrund und andererseits ganzfiachig zu den Nutwänden verdrängt wird, worauf vorzugsweise anschließend mittels Dosieranlage eine zweite Polymerdosis als Abdeckschicht - oder zusätzlich zu einer Abdeckschicht (5) - des Polymers aufgetragen bzw. eingebracht wird, oder worauf im Falle einer mehrlagigen Wicklung (1,2) wieder eine erste Polymerdosis eingebracht und die zweite Wicklungslage (1) eingebracht wird.
7. 7. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass nach dem Einbetten der Wicklung (1,2) in der Nut (3), wie an sich bekannt, ein Nutverschluss (7) eingebracht wird, der mit wenigstens einer Bohrung (8) versehen ist oder wird, durch die Polymer (4) zum Ausfüllen der Toleranzen und zum Eindringen des Polymers (4) von oben in die Nutwand eingespritzt wird. Hiezu 1 Blatt Zeichnungen 5