Verfahren zur Herstellung isolierter Spulen für elektrische Maschinen und nach diesem Verfahren hergestellte isolierte Spule Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf ein Verfahren zur Herstellung isolierter Spu len für elektrische Maschinen sowie auf eine nach diesem Verfahren hergestellte isolierte Spule.
Besonders beim Bau von elektrischen Mo toren und Generatoren werden isolierte Spu len verwendet, die Nutenteile und Stirnteile aufweisen. Um beim Bau solcher elektrischer Maschinen einen möglichst hohen Wirkungs grad zu erzielen, ist es zweckmässig, auf den Nutentellen eine möglichst dünne Isolierung zu verwenden, so dass in einem gegebenen Querschnitt der Rotor- und Statorteile eine möglichst gTosse Menge elektriseher Leiter angeordnet werden kann.
Da bei solchen Ma schinen gewöhnlich ausserhalb der Magnet- kernteile genügend Raum vorhanden ist, brau chen die Stirnteile der Wicklungen nicht mit einer derart dünnen Isolierung versehen zu werden. Hingegen muss die Isolierung an den Stirnteilen derart beschaffen sein, dass sie der daran angelegten Spannung sowie den mecha nischen Beanspriiehungen und dem V<B>.</B> er- schleiss, welchen die Stirnteile in grösserem Ausmass als die durch den Magnetkern ge- sehützten Nutenteile ausgesetzt sind, wider stehen kann.
Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf die Herstellung von Spulen, die zwei Nuten- teile und mindestens einen diese Nutenteile verbindenden Stirnteil aufweisen, z. B. der art, dass die Nutenteile in radiale Nuten im Magnetkern des Rotors oder Stators der elek trischen Maschine hineinpassen. Beim Ein passen der Nutenteile der Spulen in diese radialen Nuten müssen die Spulen an den Stirnteilen gebogen und gekrümmt werden. Besteht nun die auf die Stirnteile aufge brachte Isolierung aus mit einem harten, völlig ausgehärtetem Harz imprägnierten Glimmer, so bricht die Isolierung bei diesem Biegen und Krümmen und wird ernsthaft beschädigt.
Mit der vorliegenden Erfindung wird nun bezweckt, Spulen für elektrische Maschinen zu liefern, die einerseits Nutenteile mit einer festen, hohlstellenfreien Isolierung aus Glim mer und völlig ausgehärteten Harzen und an derseits mit Glimmer und nicht ausgehärtetem Harz isolierte Stirnteile aufweist, so dass die Spulen durch Biegen bzw. Deformierung an den Stirnteilen in elektrische Maschinen ein- gepasst werden können, ohne dass die Spulen beschädigt werden.
Das erfindungsgemässe Verfahren ist da durch gekennzeichnet, dass man mindestens die beiden Nutenteile der Spule mit fläehen- förmigem Isolierinaterial umwickelt, das eine flächenförmige Unterlage, auf dieser Unter- lage angeordnete Glimmerblättehen und ein die Glimmerblättehen und die Unterlage zu einem starken, biegsamen Blatt vereinigendes, flüssiges, harzartiges Bindemittel mit einer Viskosität von<B>25-10000</B> Poisen bei 250C aufweist,
dass man die umwickelte Spule mit einem flüssigen, polymerisierbaren, harzarti gen Material, das eine monomere Verbindung
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artige Bindemittel mit dem polymerisierbaren, harzartigen Material mischbar und verträg- lieh ist und das flüssige, polymerisierbare Ma terial leicht durch das aufgewickelte fläehen- förmige Isoliermaterial dringt und die Zwi schenräume und Ritzen dieses Isoliermaterials ausfüllt, dass man dann die imprägnierte Spule mit einem gegenüber dem flüssigen,
polymerisierbaren Material undurchlässigen flächenförmigen Material umwickelt und aus schliesslich die Nutenteile der Spule der Ein wirkung von Wärme und Druck unterwirft, um das aufgebrachte polymerisierbare Ma terial nur an den Nutenteilen durch Polymeri- sation auszuhärten und dem Isoliermaterial an diesen Nutenteilen die gewünsehte Form und die gewünschten Ausmasse zu geben.
Mehrere Atisführungsbeispiele einer nach dem erlindungsgemässen Verfahren hergestell ten Spule und Teilen derselben sind in der beiliegenden Zeichnung gezeigt, in welcher Fig. <B>1</B> eine perspektivische Ansicht eines Teils einer Spule ist, die eine besondere Art der Herstellung derselben veranschaulicht, Fig. 2 eine Teilansicht ist, die eine Va riante des Umwiekelns einer Spule veran schaulicht,
Fig. <B>3</B> eine perspektivische Ansicht eines Teils einer nach der in Fig. 2 veranschaulieh- ten Arbeitsweise hergestellten Spule in ver grössertem Massstab ist, Fig. 4 eine Draufsieht einer U-förmigen Spule mit zwei Nutenteilen und Stirnwieklun- gen darstellt, Fig. <B>5</B> einen Schnitt nach der Linie V-V von Fig. 4 in vergrössertem Massstab darstellt,
Fig. <B>6</B> einen Schnitt nach der Linie VI-VI von Fig. 4 in vergrössertem Massstab darstellt und Fig. <B>7</B> eine Draufsieht einer in sieh ge schlossenen Spule mit zwei Nutenteilen dar stellt.
Eine beispielsweise Ausführungsform des Verfahrens zerfällt im einzelnen in die fol genden Stufen.<B>1.</B> Einem oder mehreren elek trischen Leitern wird die gewünsehte Spu- lenform gegeben, 2. ein in der nachstehend beschriebenen Weise hergestelltes fläehenför- miges Glimmerisoliermaterial wird mindestens auf die Nutenteile der Spule aufgewiekelt, <B>3.</B> die mit Glimmer umwiekelte Spule wird mit dem flüssigen, polymerisierbaren, harzartigen .Material imprägniert, 4.
die Spule wird dann mit einem undurchlässigen fliiehenförmigen Material überzogen, das dazu dient, das flüs sige, polymerisierbare Material im Glimmer- isoliermaterial zurtlekzuhalten, <B>5.</B> aussehliess- lieh die Nutenteile der Spule werden unter nwendung von Wärme und Druck gehärtet, wobei die Stirnteile mit ungehärtetem, harz artigem Material überzogen bleiben,<B>6.</B> sofern die Stirnteile nicht bereits mit Glimmer über zogen werden,
werden sie nun mit fläehen- förmigem, mittels des flüssigen, harzartigen Ma terials imprägniertem Glimmerisoliermaterial umwickelt und mit dem undurchlässigen flä- chenförmigen Material überzogen,<B>7.</B> die Spule wird dann in die elektrisehe Maschine einge baut, und<B>8.</B> wird schliesslich die Maschine mit den eingebauten Spulen erhitzt, um alles in den Spulen enthaltene harzartige Material vollständig auszuhärten.
In allen Fällen weist, die Spule, bevor sie in die elektrische Ma schine eingebaut wird, Stirnteile auf, an wel- eben das harzartige Material sieh noch in ungehärtetem, flüssigem Zustand befindet, so dass diese Stirnteile gebogen oder sonstwie weitgehend deformiert werden können, um das Einbringen der Nutenteile der Vollspule in die Nuten der Maschine zu ermöglichen.
Die zum Verbinden der Endwindungen nötigen Opera tionen lassen sich leicht durehführen. Die Stirnteile halten diese Operationen ohne Be schädigung aus, da das daran befindliehe barzartige Material noch flüssig ist. Wenn der Stator oder der Rotor der elektrischen Maschine durch Einbau aller Spulen zusam- men--ebaut worden ist, kann er erhitzt werden, um alles flüssige harzartige Material in den Spulen vollständig zu polymerisieren.
Das zur Herstellung der Spulen erforder- lielle Glimmerband wird unter Verwendung einer fläehenförmigen Unterlage hergestellt, indem auf die letztere eine Schicht von Glim- inerblättehen aufgebracht wird und die Unter laue samt den Glimmerblättehen mit einem flüssigen, harzartigen Bindemittel, das bei <B>kn Z5</B> <B>251' C</B> eine Viskosität von<B>25-10 000</B> Poisen besitzt, behandelt werden.
Die Glimmerblätt- ehen werden dann vorzugsweise mit einer weiteren Schicht von flächenförmigem Ma terial bedeckt, um die Glimmerblätte.hen- sehieht zu sehützen und<U>ein</U> gleiehmässigeres Isoliermaterial zu erhalten. Dieses Glimmer- isoliermaterial wird vorzugsweise in Form eines Bandes von etwa<B>25</B> mm Breite verwen det. Es eignen sieh jedoch auch Bänder bzw. Folien mit andern Breiten.
Beim Bau von elektrischen Maschinen kann man als fläehenförmige Unterlage für das Iso lierband eine solche verwenden, die aus Papier, Baumwollgewebe, Asbestpapier, Glasgewebe oder Glasmatten, oder aus Folien oder Ge weben aus synthetischen harzartigen Substan zen, wie z. B. Nvion, Polyäthylen oder linearen Pol#,-meth#7]enterephthalharzen, besteht. Durch Verwendung von flächenförmigem Unterlage- material von einer Dicke von etwa 0,025 mm, auf welches eine Glimmerblättehensehieht von 0,075-0,125 mm Dicke aufgebracht worden war, wurden gute Erfolge erzielt.
Als flüssige Bindemittel für die Glimmerblättehen werden vorzugsweise lineare Polyester verwendet, die Flüssigkeiten mit den angeführten Viskosität- werten sind. Diese Polyester sind in den un gesättigten, harzartigen Polyestern, die nach- träfflieh zum Imprägnieren der mit diesen Bändern isolierten Spulen verwendet werden, löslieh und mit diesen verträglich. So können <B>für</B> die Fabrikation von Glimmerbändern mit befriedigenden Eigenschaften als flüssige Bindemittel z.
B. Poly- -methylstyrole mit einem Molekulargewicht von<B>3000</B> verwendet werden. In jedem Fall sollte die Menge des zur Herstellung des Glimmerbandes verwen deten, flüssigen, harzartigen Bindemittels <B>3-25</B> Gew.% und zur Erzielung einer opti malen Festigkeit vorzugsweise<B>3-8</B> Gew.% des fertigen Bandes ausmachen.
Es wurde fest gestellt, dass auf diese Weise hergestellte Bän der sehr biegsam sind und eine beträchtliche Festigkeit besitzen, so dass sie sich sehr fest und satt um die Leiter wickeln lassen.<B>Ob-</B> schon das harzartige Bindemittel eine Flüssig keit ist, erscheinen die Bänder nicht feucht, noch erfolgt ein merkliches Ausschwitzen oder Ausbluten des flüssigen Bindemittels aus den Bändern, sofern das Bindemittel in den an gegebenen Mengen verwendet wird.
Die Spulen können einen einzigen Draht oder Streifen aus Kupfer oder einem andern Leitermaterial oder eine Mehrzahl von Win dungen oder Schichten eines solchen Leiter materials aufweisen. Bei Spulen mit einer Mehrzahl von Windungen kann es gegebenen falls zweckmässig sein, gemäss der herkömm lichen Praxis zwischen den Windungen eine Windungsisolation zu verwenden. Diese Win- dungsisolation kann aus einer Glasfaserhülle und einem harzartigen Imprägniermittel be stehen.
In jedem Fall ist der Leiter ent sprechend der gewünschten Spulenform ver formt und weist zwei Nutenteile mit Stirn teilen auf, die mit den Nutenteilen fest ver bunden sind und diese verbinden. Bei einer in sieh geschlossenen Spule weisen die Stirn teile Zuführungen auf, die, aus nichtisolierten Teilen des Leiters bestehen.
Bei offenen, U- förmigen Spulen verbindet der eine Stirnteil die beiden Nutenteile, während der andere Stirnteil aus getrennten Ansehlussarmen be steht, von denen jeder in blanke'n Zuleitungen für den An#sehluss an andere Spulen oder Kommutatorsegmente ausläuft.
Zur Herstellung von Spulen mit Nuten- teilen, die mit mittels völlig ausgehärtetem harzartigem Material imprägnierten Schichten von Glimmerblättehen isoliert sind, und mit Stirnteilen, die mit nur ungehärtetes, flüssiges, harzartiges Material enthaltenden Schichten von Glimmerblättehen isoliert sind, können zwei Arbeitsweisen angewendet werden.
Ge mäss der ersten dieser beiden Arbeitsweisen werden zuerst nur die Nutenteile der Spulen mit mehreren Schichten des Glimmerbandes bzw. der Glimmerfolie und dein flüssigen Bindemittel umwickelt. Die Glimmerhülle wird so aufgebracht, dass sie sich an beiden Enden der einzelnen Nutenteile verjüngt.
Diese Arbeitsweise ist in den Fig. <B><U>1</U></B> 2 und<B>3</B> der Zeichnung erläutert. Der #Jen- teil des Leiters<B>10,</B> der z. B., wie in Fig. <B>1</B> gezeigt, ein einzelner Kupferstreifen sein kann, jedoch auch eine Mehrzahl von Windungen getrennter Leiter aufweisen kann" wird zuerst mit einer Lage des Bandes 12 umwickelt, der art, dass sich die einzelnen Windungen des Bandes 12 überlappen. Das Band 12 weist Glimmerblättehen 14 und eine flächenförmige Unterlage<B>16</B> auf. Die Bestandteile des Ban des sind mittels eines flüssigen, harzartigen Bindemittels der oben angegebenen Art ge bunden.
Man kann eine oder mehrere wei tere Lagen<B>18</B> des Glimmerbandes aufbringen. Die Bandlagen sind derart angeordnet, dass die Gesamthülle sich gegen die beiden Enden des Nutenteils zu verjüngt, wie dies in Fig. <B>3</B> gezeigt ist.
In Fig. 2 ist ein Teil einer Spule, die sieh im Zustand der Herstellung der Isolation be findet, gezeigt. Die Spule weist einen Nuten- teil 20 mit über diesen hinausragenden Stirn teilen 22 und<B>23</B> auf.
Das aus einer fläehen- förmigen Unterlage, Glimmerflocken und einem flüssigen harzartigen Bindemittel der oben angegebenen Art hergestellte, dem Band 12 ähnliche flächenförmige Glimmerumhül- lungsmaterial 24 weist einen ersten Teil mit einer zwischen den Seiten<B>26</B> und<B>27</B> gemes senen Breite, die praktisch gleich der ganzen Länge des Nutenteils 20 ist, und einen sich verjüngenden Teil mit den Seiten<B>28</B> und<B>29</B> auf.
Wenn die ganze Glimmerhülle auf den Nutenteil 20 aufgewickelt ist, bildet sie meh rere Lagen<B>30</B> von Glimmerisoliermaterial praktisch über die ganze Länge des Nuten- teils und darüberliegende kürzere Lagen. Da durch werden verjüngte Enden erhalten, wie dies in Fig. <B>3</B> veranschaulicht ist. Wie aus dieser Figur hervorgeht, reichen die ersten Lagen<B>30</B> bis an die Seite<B>26</B> heran, während der verjüngte Teil<B>28</B> der Hülle die Bildung eines verjüngten E ndes bewirkt, das durch die letzte Lage 34 begrenzt ist.
Der verjüngte Teil <B>32</B> kann eine Länge von mindestens<B>12,7</B> mm bis zu<B>50</B> mm aufweisen, je nach der Grösse der Spule und der Länge des Nutenteils 20. Beide Nutenteile der Vollspule sind in gleieherWeise umhüllt.
Die ausschliesslich an den Nutenteilen mit Lagen von Glimmerisoliermaterial versehene Spule wird dann im Vakuum mit einem flüs sigen, polymerisierbaren harzartigen Material der oben angegebenen Art imprägniert. Harz artige Materialien dieser Art werden später noch ausführlich beschrieben.
Man lässt die Spulen. nach der Entnahme aus der Vakuum- imprägnierapparatur kurz abtropfen und um hüllt anschliessend den imprägnierten Nuten- teil mit einem fläehenförmigen undurchlässi gen Material, um ein Entweichen oder einen Verlust des flüssigen harzartigen Materials zu verhindern.
Dazu eignen sieh undurchlässige Folien oder Blätter von etwa<B>0,025</B> mm Dicke aus Polyvinylalkohol, Polytetrafluoräthylen oder Polymethylenterephthalatestern. Die um hüllten, imprägnierten Nutenteile werden dann heiss gepresst, um die aufgebrachte Glimmerisolation auf die gewünsehten Aus masse und in die gewünschte Form zu bringen, sowie zur Härtung des polymerisierbaren Ma terials.
Das Heisspressen kann in einer er hitzten Pressform oder auf andere Weise durch Festklemmen des Nutenteils in einer Form und Erhitzen in einem Ofen oder Auto- klaven bis zur erfolgten Aushärtung durehge- führt werden.
Die ausgehärtete Spule wird aus der Presse oder der Metallform heraus- genommen, cr worauf das undurchlässige flächen- förmige Material abgezogen wird. Dadurch wird die mir auf den Nutenteilen der Voll spule vorhandene, geformte, vollständig aus gehärtete Glimmerisolierung freigelegt. Das harzartige Imprägniermittel ist beim Erhitzen in einen thermiseh ausgehärteten Zustand übergegangen.
Auf die gehärteten Nutenteile kann man, bis zurn, verjüngten Ende<B>32,</B> ein Glasfaser- band oder ein anderes abriebfestes Band auf bringen, um das Einbauen der Spulen in die Nuten elektrischer Maschinen ohne Beschädi gung der Glimmerisolierung zu ermöglichen.
Die Stirnteile der nun vollständig isolierte Nutenteile aufweisenden Vollspule werden dann mit Lagen von Glimmerband von ähn- lieher Beschaffenheit wie das auf die Nuten- teile aufgebrachte Band umhüllt.
Das Auf bringen des Glimmerbandes wird mit Sorgfalt derart durchgeführt, dass die Glimmerband- lagen an die Seitenteile<B>28</B> der Glimmerband- lagen am verjüngten Teil<B>32</B> anstossen, so dass ein verhältnismässig glatter Übergang erzielt wird.
Nachdem die Stirnteile der Vollspulen vollständio- uinhüllt sind, imprägniert man sie mit dem polymerisierbaren, flüssigen, harz artigen Material, lässt sie abtropfen und um hüllt das Glimmerband an den Stirnteilen mit dem undurchlässigen fläehenförmigen Ma terial, um Verluste an dem das Glimmerband tränkenden harzartigen Material zu verhin dern. Das liarzartige Material wird jedoch nicht gehärtet, bevor die Vollspulen in eine elektrische Maschine eingebaut worden sind.
Das Glimmerband mit dem darin befindlichen flüssigen, harzartigen Material an den Stirn teilen kann in erheblichem Ausmass gebogen und gekrümmt werden, ohne dass unerwünsehte Begleiterscheinungen auftreten.
Da die Nutenteile der Spulen geformt und ausgehärtet wurden, während die Stirnteile nicht komprimiert oder gehärtet wurden, weisen die Stirnteile ein grösseres Volumen und einen grösseren Umfang auf als die Nuten- teile. Das Aussehen dieser Spulen ist aus Fig. 4 ersichtlich, die eine U-förmige, offene Spule darstellt, oder aus Fig. <B>7,</B> die eine ge schlossene Spule darstellt.
Beim Isolieren von Spulen nach der zwei ten Ausführunasvariante der vorliegenden Er- zn findung werden die geformten Spulenleiter mit Ausnahme der Zuführungen vollständig mit dem zusammengesetzten Glimmerband bzw. -blatt umhüllt.
Das Glimmerband wird gewöhnlich derart aufgewickelt, dass sich die Windungen zur Hälfte ihrer Breite ü#erlap- pen, wobei die Dicke und die Anzahl der Gliminerbandlagen durch die Spannung und andere Charakteristiken der zu bauenden Ma schine bedingt sind. Hierauf werden die vollständig umwickelten Spulen im Vakuum mit dem polymerisierbaren, harzartigen Ma terial imprägniert. Die Vakuumimprägnie rung ermöglicht die Entfernung von Feuchtig keit, Luft und flüchtigen Komponenten aus der Isolierung. Die Spule wird dann in das flüssige, polymerisierbare, harzartige Material eingetaucht.
Während der Imprägnierung kann man auf das harzartige Material einen Überdruck wirken lassen, um es in alle Zwi- sehenräume und Ritzen der Glimmerisolierung auf den Spulen hineinzutreiben. Werden fünf oder mehr Glimmerbandlagen aufgebracht, so ist es zweckmässig, nach der Vakuumimprä gnierung einen ziemlich hohen Überdruck auf die imprägnierten Spulen wirken zu lassen, um das harzartige Material gründlicher in die Zwischenräume und Ritzen der Glimmeriso- lierung hineinzutreiben. Als Drucke kommen dabei solche von 1,4-7 kglem2 in Frage.
Hier auf entnimmt man die Spule dem Imprägnier behälter und lässt sie etwas abtropfen. Die Spule wird dann sofort mit mindestens einer Lage eines undurchlässigen, harzartigen, flä- ehenförmigen Materials umhüllt, um den Aus tritt von harzartigem Material aus der Spule zu verhindern, Als undurchlässiges Umhül- Jungsmaterial eignet sich Polymethylentere- phthalat. Die Herstellung von Polymethylen- terephthalat-Polymeren ist im USA-Patent Nr.2465319 beschrieben.
Ausgezeichnete Re sultate wurden erzielt, indem die Spulen mit <B>25</B> mm breiten Bändern aus diesem undurch lässigen Material umwickelt wurden, so dass sich die Windungen zur Hälfte ihrer Breite überlappten. Die Bänder besitzen eine genü gende Elastizität, um ein ziemlich sattes Auf wickeln zu erlauben. Es findet höchstens eine geringfügige Ausschwitzung des flüssigen liarzartigen Materials statt.
Die imprägnierten Spulen werden dann durch Erhitzen der Nutenteile in einer heissen Presse weiterbehandelt, um die Isolierung auf den Nutenteilen in eine kompaktere Form zu bringen und das aufgebrachte harzartige Ma terial auiszuhärten. Die Temperatur in der Presse und die Erhitzungszeit werden so ge wählt, dass das über den Nutenteil hinaus auf gebrachte harzartige Material nicht gehärtet wird. Bei dieser Heissprefl,operation wird eine Spule mit einem Natenteil, der genau die für die elektrische Maschine erforderliche Grösse aufweist, erhalten.
Die Spule lässt sich leicht in die Nuten der elektrischen Maschine ein bauen, indem die Stirnteile nur mässig gebogen werden.
Gegebenenfalls können die Nutenteile mit einer Lage von Glasfaserband oder eines an dern Bandes umwickelt werden, um eine höhere Festigkeit und Abriebiestigkeit zu er halten.
Für die Durchführung des vorliegenden Verfahrens eignet sieh jedes flüssige, voll ständig polymerisierbare, eine monomere Ver-
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mit dem harzartigen Bindemittel im Glimmer- band mischbar und verträglich ist und das beim Erhitzen auf eine bestimmte Temperatur, gewöhnlich in Gegenwart eines Katalysators, zu einem verhältnismässig harten, harzartigen Körper polymerisiert. Das flüssige, harz artige Material kann aus einer einzigen poly- merisierbaren Komponente, wie z.
B. Diallyl- phthalat, Diallyl-sueeinat, Diallyl-maleat, Di- allyl-adipat, Methallyl-aerylat, Diallyl-äther, Allyl-aerylat und Allyl-crotonat, bestehen. Diese Substanzen enthalten mindestens zwei
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merisation einzugehen vermögen.
Gate Re sultate wurden mit Monomeren erzielt, die zwei oder mehrere dieser ungesättigten Grup pen enthalten, die, wenn sie der Einwirkung von Wärme und eines Polymerisationskataly- sators unterworfen werden, zu polymerisieren vermögen. Es können auch Gemische von zwei oder mehreren polymerisierbaren Monomeren, z. B. ein Gemisch von<B>95 %</B> Monostyrol und 5%Divinylbenzol, welche Gemische durch Wärme härtbar sind, verwendet werden.
Es sind zahlreiche andere polymerisier- bare Materialien mit mehreren Komponenten bekannt. In vielen Fällen enthalten solche Materialien eine ungesättigte, harzartige Koni- ponente, insbesondere ein ungesättigtes Poly esterharz, und ein ungesättigtes, polymerisier- bares, flüssiges Monomer. Besonders gute Re sultate wurden erzielt, indem als Polyester harz das Reaktionsprodukt einer Äthylen- diearbonsäure oder ihres Anhydrids, wie z. B.
Maleinsäure, Fumarsäure, Maleinsäureanhy- drid, Monoehlormaleinsäure, Itaeonsäure, Ita- consäureanhydrid, Citraeonsäure und Citra- eonsäureanhydrid, verwendet wurde. Die un gesättigte Diearbonsäure bzw. das Anhydrid oder Gemische derselben werden mit einer molekular praktisch äquivalenten Menge eines mehrwertigen Alkohols, wie z.
B. Äthylengly- kol, Glycerin, Prop-,#-lengl.yk-ol, Diäthyleiiglykol oder Pentaerythrit, oder Gemischen dieser Alkohole zur Reaktion gebracht.
Bei Reak tionen mit Maleinsäureaiihvdrid kann man mit gutem Erfolg Rieinusöl verwenden Lind den erhaltenen Ricinusöl-maleinsäureester mit einem polymerisierbaren, ungesättigten Mono- mer, wie z.B. Monostyrol, in Mengen von <B>10-95</B> Gewiehtsteilen des Esters vermischen.
Bei der Herstellung der ungesättigten Alkyd- harze kann eine ätllyleniseh ungesättigte a,ss- Diearbonsäure oder deren Anhydrid bis zu <B>95%</B> durch eine gesättigte aliphatisehe Diear- bonsäure oder eine Aryldiearbonsäure bzw. deren Anhydrid, wie z. B.
Bernsteinsäure, Adi- pinsäure, Sebazinsätire, Phthalsäure, Phthal- säureanhydrid usw., ersetzt werden. Es kön nen auch Ovemisehe mehrwerti,-er Alkohole ver wendet werden. In gewissen Fällen sind Epoxyde an Stelle von Glykolen verwendet worden, insbesondere bei Reaktionen mit Di- earbonsäuren statt mit ihren Anhydiiden.
Die erhaltenen Alkydester können in einem flüssigen ungesättigten Monomer, das die
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Als Beispiele flüssiger, ungesättigter, poly- inerisierbarer Monomere sind die folgenden zu nennen:
Monostyrol, a-Methylstyrol, 2,4-Di- ehlorstyrol, p-Methylstyrol, Vinylaeetat, Me- thvl. <B>-</B> methaerylat, Äthyl<B>-</B> acrylat, Diallyl- phthalat, Diallyl-succinat, Diallyl-maleat, All.vlalkohol, Methallylalkohol, Acrylnitril,
Me- thvivinylketon, Diallyläther, Vinylidenehlorid, But.yl-m'ethaer.ylat, Allyl-aerylat, Allyl-ero- tonat, 1,3-Chloropren, Divinylbenzol sowie Ge mische von zwei oder mehreren dieser Mono- ineren.
Ein sehr gut brauchbares polymerisierbares Material ist zusammengesetzt aus einer Lö- sung, in<B>90-50</B> Teilen eines polymerisier- baren Arylalkenmonomers, von<B>10-50</B> Ge- wiehtsteilen der Alkydreaktionsprodukte von <B>(A)</B> einer ungesättigten sauren Verbindung, wie z.
B. Maleinsäure, Maleinsäureanhydrid, Fumarsäure, Citraconsäure und Citracon- säureanhydrid, im Gemisch mit einer oder mehreren gesättigten, geradkettigen Diearbon- 'n .säuiren, deren Carboxylgruppen am Ende der geraden Kette angeordnet sind und deren Kette 2<B>= 10</B> nicht-earboxylische Kohlenstoff- atome und sonst keine andern reaktionsfähigen Gruppen aufweist, und (B)
einem molekularen Äquivalent, plus oder minus<B>10%,</B> eines ali- phatisehen gesättigten Glykols, das ausser den 1-lydroxyj,-ruippen keine andern reaktionsfähi gen Gruppen enthält.
Die Menge der unge- sättiuten sauren Verbindung im Säuregemiseh <B>C</B> beträgt zweckmässig 5-50% des Gewichtes des Gemisehes. Als gesättigte Diearbonsa'ure eignen sieh Adipinsäure, Sebaein#säure, Azelain- säure, Suberinsäure, Bernsteinsäure, Deca- iiiethylendiearbonsäure und Diglykolsäure so wie Gemische dieser Säuren.
Bei Verwen <U>dung</U> der gesättigten Diearbonsäuren mit den längeren Ketten, wie z. B. Sehaeinsäure, kann z. B. die Menge an Maleinsäureanhydrid grö- 1!)er sein, als wenn die gesättigte Säure voll- .ständig aus Bernsteinsäure besteht, sofern aLisgehärtete Produkte mit ähnliehen Härte- Z-, 0,raden erhalten werden sollen.
Als Glykole für die Durehführung der Reaktion mit dem Gemisch von gesättigten und ungesättigten Säuren eignen sieh Äthylenglykol, Propylen- glykol, Diäthylenglykol, 1,5-Pentandiol und Triäthylenglykol. Auch Gemische von<B>Gly-</B> kolen eignen sich zur Herstellung des Reak tionsproduktes.
Die Umsetzung der sauren Verbindungen<B>(A)</B> mit den Glykolen (B) kann durch Erhitzen der Reaktionskomponenten in einem Reaktionsgefäss bei Temperaturen von <B>100-2500</B> C während 24-2 Stunden bis zur Erzielung einer unter<B>60</B> liegenden Säure- 9,ahl durehgeführt werden.
In den folgenden Beispielen wird die Her stellung der im Vinylarylmonomer aufzulösen den ungesättigten Alkydreaktionsprodukte er läutert.
<I>Beispiel<B>1</B></I> Ein Gemisch von 44 Mol-% Adipinsäure Lind<B>6</B> Mol-% Fumarsäure wurde mit<B>50</B> Mol-% Propylenglykol vereinigt und unter CO2-Ent- wicklung während etwa 4 Stunden bei 1400 IC in einem geschlossenen Reaktionsgefäss zur Reaktion gebracht, worauf die Temperatur im Verlaufe von 4 Stunden auf 2200<B>C</B> erhöht und die Umsetzung während<B>8</B> Stunden bei 22011 <B>C</B> fortgesetzt wurde. Es entstand ein sirLipöses Polyesterharz.
Ein anderes Produkt war das Reaktions produkt von<B>10</B> Mol-% Maleinsäureanhydrid, 40 Mol-% Adipinsäure und 50 Mol-% Di- äthylenglykol. <I>Beispiel 2</I> Unter den im Beispiel<B>1</B> angeführten Be dingungen wurde durch Umsetzung von <B>30</B> Mol-%Sebaeinsäure,
20 Mol-% Maleinsäure- anhydrid und<B>50</B> Mol-% Diäthylenglykol als Reaktionsprodukt ein sirupöses Harz mit klei ner Säurezahl erhalten- Die ungesättigten Ester oder Alkydharze der Beispiele<B>1</B> und 2 werden in einer mono- meren Verbindung, die die reaktionsfähige
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von Monostyrol, oder in einem Gemisch von '2 oder mehreren Monomeren gelöst,
um eine vollständig reaktionsfähige Lösung mit gerin ger Viskosität und einem Gehalt von<B>10</B> bis <B>50</B> Gew.% des ungesättigten Esters zu er zeugen. Besonders gute Resultate wurden er- zielt, indem die ungesättigten Ester in Mono- styrol gelöst wurden, um eine<B>50-85</B> Gew.% Monostyrol und<B>50-15</B> Gew.% der ungesättig ten Ester enthaltende Lösung zu erhalten.
Die oben beschriebenen flüssigen, harz artigen Materialien polymerisieren vollständig beim Erhitzen in Gegenwart eines oder meh rerer Polymerisationskatalysatoren, wie z. B. Benzoylperoxyd, Lauroylperoxyd, Methyl- äthylketonperoxyd, t-Butylhydroperoxyd, As- earidol, tert.-Bi-itylperbenzoat, Di-t-butyl-di- perphthalat, Ozoniden und ähnlichen Kataly satoren, in einer Menge von 0,1-2 Gew.% oder mehr.
Es können auch Polymerisations- besehleuniger, wie z. B. Kobaltnaphthenat und andere Trockenmittel, verwendet werden. Der Katalysator kann selbstverständlich auch in von den angegebenen Prozenten abweichenden Mengen vorhanden sein.
Nach Imprägnierung der Glimmerhülle einer Spule mit diesen polymerisierbaren Ma terialien wird die Spule in eine heisse Presse gebracht, in welcher nur die Nutenteile wäh rend etwa<B>1</B> Stunde bei 10011 <B>C</B> 'bis zu<B>3-5</B> Minuten bei 135-15011 <B>C</B> der Einwirkung von Wärme und Druck unterworfen wurden, unter welchen Bedingungen das harzartige Material in den Nutenteilen aushärtete. Die Stirnteile der Wicklangen waren praktisch ungehärtet.
In Fig. 4 der beiliegenden Zeichnung ist eine offene, U-förmige Vollspule 40 dargestellt, die auseinandergehende Stirnteile 42 und 44 aufweist, die in blanken Zuführangen 46 bzw. 48 auslaufen. Der Stirnteil 42 erstreckt sieh über den einen Nutenteil <B>50</B> der Spule und der Stirnteil 44 über den andern Nutenteil <B>52</B> hinaus. Die Nutenteile <B>50</B> und<B>52</B> sind auf eine bestimmte Grösse und Form heiss- gepresst worden, wobei das harzartige Ma terial vollständig ausgehärtet wurde.
Die Spule weist zwei Stirnteile 54 und<B>56</B> auf, die durch einen Sehleifenteil <B>58</B> miteinander ver bunden sind.
Aus der Zeichnung ist ersichtlich, dass die Nutenteile <B>50</B> und<B>52</B> wesentlich dünner als die Stirnteile sind. Die Nutenteile wurden bei der Bearbeitung auf einen bestimmten Querschnitt reduziert. Es geht dies aus dem Vergleich der Querschnitte bei V-V in Fig. <B>5</B> und bei VI-VI in Fig. <B>6</B> hervor. Diese bei den Schnitte wurden durch den Nutenteil bzw. durch den Stirnwieklungsteil der Spule von Fig. 4 gelegt.
Aus Fig. <B>5</B> ist ersichtlich, dass der Leiter<B>10</B> am Nutenteil mit der aus dem mit völlig ausgehärtetem harzartigem Material imprägnierten Glimmermaterial bestehenden Isolierung<B>60</B> satt umhüllt ist. Die Wand dicke der Isolierung<B>60</B> ist gleichmässig. Im Gegensatz dazu, wie dies in Fig. <B>6</B> in etwas übertriebener Form dargestellt wurde, ist der Leiter<B>10</B> mit einer mit dem ungehärteten, flüs sigen, har7artigen Material imprägnierten Glimmerbandisolierung <B>62</B> isoliert. Die un durchlässige Hülle 64 ist auf dem Endteil ebenfalls vorhanden.
Die Isolierung in Fig. <B>6</B> weist ein trommelähnliches Aussehen auf. An den Stirnseiten spielen der Raumfaktor und die Form keine so wesentliche Rolle wie bei den Nutenteilen, die genau in den Magnetkern der elektrischen Maschine hineinpassen müs sen.
Eine gemäss der vorliegenden Erfindung hergestellte geschlossene Spule ist in Fig. <B>7</B> dargestellt. Die Spule weist einen Stirnteil mit einem Ansehlussarm <B>72,</B> einer Verbindun,-s- schleife 74 und einem andern Ansehlussarm <B>76</B> mit sieh darüber hinaus erstreckenden blan ken ZuleitLingen <B>78</B> auf. Nutenteile <B>80</B> und<B>82</B> der Spule, die heissgepresst worden sind, um das Harz auszuhärten und ihnen eine be stimmte Form und Grösse zu verleihen, sind mit den Ansehlussarmen <B>72</B> bzw. <B>76</B> verbunden.
Diese Nutenteile sind mit andern Anschluss- armen 84 und<B>86</B> verbunden, die ihrerseits durch die Schleife<B>88</B> miteinander verbunden sind. Aus der Zeichnung ist ersichtlich, dass die Isolierung der Teile 7'-), 74,<B>76,</B> 84,<B>86</B> und <B>88</B> voluminöser und nicht so kompakt ist wie diejenige der Nutenteile <B>80</B> und<B>82.</B>
Die nach den oben beschriebenen Arbeits weisen hergestellten fertigen Spulen mit ge härteten Natenteilen und ungehärteten Stirn teilen werden in die Nuten des Stators oder des Rotors einer elektrischen Maschine einge baut, worauf die Stirnteile umhüllt und ver knüpft werden. Die nicht isolierten Zufüh- rungen werden dann aneinander oder an den Kommutator gelötet, geschweisst oder sonst- wie angeschlossen.
Hierauf wird die ganze Masehine in einen Ofen gebracht und auf eine Temperatur erhitzt, bei welcher das auf die Stirnteile aufgebrachte polymerisierbare Ma terial ausgehärtet wird. Ein äusseres Faser band sellüt7t das undurchlässige, flächenför- niige Material und die Isolierung beim Einbau der Nutenteile der Spule in den Magnetkern der elektrisehen Maschine, so dass die Isolie rung nicht beschädigt wird.
Bei den in den Fig. 4 bis<B>7</B> gezeigten Spu len sind die Stirnteile im Zeitpunkt des Ein baues der Spulen in die Nuten der elektrischen Masehine mit dem das flüssige, polymerisier- bare, harzartige Imprägniermittel enthalten den Glimmerband versehen, während die Nu- tenteile praktisch vollständig ausgehärtet und geformt sind.
Nachdem jedoch die Spulen in eine elektrische Maschine eingebaut und fest geknüpft worden sind, wobei sie keiner wei teren Verbiegung oder Verkrümmung unter worfen werden müssen, werden die polymer!- sierbaren Materialien in den Stirnteilen durch Erhitzen ausgehärtet. Das Erhitzen kann durch Einstellen der ganzen elektrischen Ma- sehiene in einen Ofen oder durch Hindurch- leiten eines elektrischen Stromes von genügen der Stärke durch die Wieklungen, um diese auf eine Temperatur aufzuheizen, bei welcher die polymerisierbaren Materialien polymeri siert werden, durchgeführt werden.
Es kön nen Infrarotheizlampen allein oder in Ver bindung mit andern Heizmitteln verwendet werden.
Das folgende Beispiel erläutert das Ver fahren nach der vorliegenden Erfindung. Beispiet <B><I>3</I></B> Ein Kupferstreifen wurde zu einer der in Fig. 4 gezeigten Spule ähnlichen Spule mit zwei Nutenteilen und Stirnteilen verformt.
Über die gesamte Länge der Spule, mit Aus nahme der kleinen Teile an den Enden, die unisoliert bleiben sollen, um als Zuführungen dienen zu können, wurden drei Lagen Glim- merband von<B>je</B> 0,14mm Dicke derart auf- gewickelt, dass sich die Windungen zur Hälfte ihrer Breite überlappten.
Das Glimmerband war aus Papier von etwa<B>0,05</B> mm Dicke und Glimmerblättehen in einer Schicht von <B>0,09</B> mm, die durch ein flüssiges, harzartiges Bindemittel mit einer Viskosität von<B>25</B> bis <B>1.0 000</B> Poisen miteinander verbunden sind, zu sammengesetzt.
Die Spule mit dem darauf aufgebrachten Glimmerband wurde dann mit dem harzartigen Material gemäss Beispiel<B>1</B> behandelt, worauf ein<B>0,018</B> mm dicker Poly- rnethylenglykoltherephthalatfilm darüberge- wickelt und anschliessend eine Lage von Glas- laserband einer Dicke von Offimm aufge bracht wurde. Die Spule mit der Isolierung wurde durch Erhitzen nur der Nutenteile in einer Presse während einer Stunde bei 1000C ausgehärtet.
Das Harz in den Stirn teilen blieb flüssig und ungehärtet. Prüfungen der völlig ausgehärteten Spule ergaben, dass die Isolierung durchschnittlich<B>19,3 kV</B> aus hielt.
Elektrische Prüfungen der nach der vor liegenden Erfindung hergestellten imprägnier ten Glimmerisolierung ergaben den Beweis für die Überlegenheit der Isolierung der Spulen gegenüber derjenigen von Spulen bekannter Bauart, wenn sie in elektrische Maschinen ein gebaut wurden. Für diese Prüfungen wurden nur die Nutenteile der Spule ausgehärtet, wie dies bereits beschrieben worden ist, bevor die Spulen in einen Motor eingebaut wurden. Hierauf wurde der gewickelte Motor während <B>15</B> Stunden bei<B>1350 C</B> in einem Ofen erhitzt, um die Harze in den Stirnteilen auszuhärten. Bei den elektrischen Prüfversuehen hielten die völlig ausgehärteten Spulen im Durch schnitt<B>157 kV</B> pro cm Isolierung aus.
Die auf diese Weise erzeugten Motoren wurden mit Wasser bei einer Geschwindigkeit von <B>25</B> Litern pro Minute unter Verwendung von Leitungswasser besprüht. Der Sprühregen wurde derart reguliert, dass die gesamte Wick lung davon erfasst wurde. Im Verlaufe dieser Behandlung wurden weit über<B>380000</B> Liter Wasser über den Motor geführt. Nach<B>700</B> Stunden war der Isolationswiderstand, der anfänglich<B>180 000</B> Megohm betragen hatte, auf<B>18</B> Megohin gesunken.
Nachdem die Iso lierung durch Blasen von Luft bei Raumtem peratur über die Spulen getrocknet worden war, stieg der Isolationswiderstand rasch an, so dass er nach Ablauf von 400 Stunden den Wert von<B>1000</B> Megohm und nach Ablauf von <B>700</B> Stunden einen Wert von<B>2500</B> Megolim erreicht hatte. Nach den herkömmlichen besten Verfahren hergestellte Spulen, die einer ähn lichen Prüfung unterzogen wurden, wiesen einen raschen Abfall des Anfangswiderstandes von<B>32000</B> Megohm auf weniger als<B>0,03</B> Meg- ohm nach Ablauf von<B>700</B> Stunden im Sprüh- regenversuch auf.
Beim Trocknen bei Raum temperatur war der Widerstand nach<B>300</B> Stunden noch kleiner als<B>0,55</B> Megohm und erreichte nach 700stündigem Trocknen einen Wert von<B>31</B> Megohm. Es wurde allgemein gefunden, dass der Isolationswiderstand der nach der vorliegenden Erfindung hergestell ten Spulenisolierung unter den Bedingungen stärkster Anfeuelitung und Nässung rund 650mal grösser war als der Isolationswider stand von Spulen, die nach den besten bis her bekannten Verfahren hergestellt worden waren.
In gewissen Fällen braucht die Vakuum imprägnierung mit den flüssigen, polymeri- sierbaren Materialien nicht durchgeführt zu werden. Es wurde auch dann eine ganz er hebliche Isolierwirkung erzielt, wenn die poly- merisierbaren harzartigen Materialien auf jede auf den Leiter aufgebrachte Glimmer- bandlage aufgestrichen wurden.
Beim Umwik- keln des Leiters mit undurchlässigem Band und Druekbehandlung des Nutenteils dringt das vollständig reaktionsfähigeMaterlal in die Zwischenräume- und Ritzen der Isolierung ein und füllt diese aus. Eine auf diese Weise her gestellte Isolierung weist eine dielektrische Festigkeit von 134-151<B>kV</B> pro cm auf. Di- elektrische Festigkeiten dieser Grössenordnung sind für gewisse Typen von Motoren und Ge neratoren genügend.