Verfahren zum flüssigkeitsdichten und elektrisch isolierenden Einbetten von stromführenden Leiterbündeln Es ist bekannt, elektrische Leiterbündel in Kunst harzmassen einzubetten. Man erzielt damit eine ver besserte Isolation und einen Schutz gegen mechani sche Beschädigungen und gegen die Einwirkung von Feuchtigkeit und Staub. Für Leiterbündel, die keinen starken Temperaturschwankungen und Überlastungen ausgesetzt sind, wie beispielsweise für Messwandler, genügen in vielen Fällen die bisher verwendeten Ein bettmassen.
Es sind aber noch keine Kunstharz massen oder Kombinationen solcher bekannt gewor den, welche für Leiterbündel verwendet werden kön nen, die im Temperaturbereich von etwa -10 bis 120 und die bei kurzzeitiger LUberlastung einen ein wandfreien Betrieb gewährleisten. Diese Betriebs anforderungen werden in erster Linie an Leiterbündel der Wicklung von Elektromotoren und Transforma toren gestellt. Die infolge der Temperaturunter schiede und Überbelastung auftretenden verschiede nen Wärmeausdehnungen und Bewegungen der ein zelnen Leiter erfordern daher die Verwendung von Einbettmassen, welche keine die Isolation schädigen den Risse oder Undichtigkeiten erleiden..
Es wurde nun ein Verfahren zum Einbetten von elektrischen Leiterbündeln gefunden, wobei die so eingebetteten Leiterbündel Temperaturen von -10 bis 120 ohne irgendwelche Schäden während kur zer oder monatelanger dauernder Beanspruchung und auch kurzzeitige Überbelastungen aushalten und die zugleich völligen Schutz gegen das Eindringen von Feuchtigkeit und genügenden Schutz gegen mechanische Einflüsse besitzen.
Gegenstand der vorliegenden Erfindung ist ein Verfahren zum flüssigkeitsdichten und elektrisch isolierenden Einbetten von stromführenden Leiter bündeln, welche dadurch gekennzeichnet ist, dass die Leiterbündel mit einem dünnflüssigen Gemisch aus einem härtbaren Harz und einem Härter imprägniert werden und das Harz mindestens teilweise ausge härtet wird, dass alsdann um die imprägnierten Lei terbündel eine mittlere Schicht aufgetragen wird, wel che mindestens teilweise aus einem bei der Härtung in einen elastischen und porenfreien Zustand über gehenden Harz besteht,
und das Harz ausgehärtet wird, und dass schliesslich ein Gemisch .aus einem bei der Härtung hart werdenden Harz und einem Härter als äussere Schicht aufgebracht und ausgehär tet wird.
Als härtbare, im gehärteten Zustand elastische oder harte Kunststoffe bildende Harze können die bekannten, sowohl hitze- als auch bei Raumtempe ratur härtbaren Kunstharze, wie Polyester-, Poly- urethan-, Epoxyharze oder Aminoplaste, verwendet werden. Besonders geeignet sind Epoxyharze, da sie ihre guten elektrischen Eigenschaften auch bei hohen Temperaturen beibehalten.
Zur Imprägnierung der elektrischen Leiter ver wendet man vorteilhafterweise ein flüssiges, vorzugs weise ein bereits bei Zimmertemperatur flüssiges Epoxyharz-Härter-Gemisch. Als Epoxyharz eignet sich beispielsweise ein in bekannter Weise durch Um setzen von 1 Mol 4,4'-Dioxy-diphenyldimethylmethan und 4-6 Mol Epichlorhydrin in Gegenwart von Alkali erhaltenes Harz mit einem Gehalt an Epoxy- gruppen zwischen 4 und 5;
5 Grammäquivalenten pro kg. Als Härtungsmittel verwendet man in der Regel ein Polycarbonsäureanhydrid, wie Phthalsäureanhy- drid, oder vorzugsweise ein Gemisch von Polycar- bonsäureanhydriden.
Für die Bildung der mittleren Schicht verwendet man vorteilhafterweise ein in vorzugsweise pastenför- miger Konsistenz vorliegendes Gemisch aus einem aus 4,4'-Dioxy-diphenyldimethyhnethan hergestellten Epoxyharz und einem oder mehreren Vernetzungs mitteln, deren reaktionsfähige Gruppen durch eine längere, vorzugsweise mehr als etwa 10 Glieder auf weisende, und gegebenenfalls unterbrochene,
Kohlen- stoffkette voneinander getrennt sind. Als solche Ver netzungsmittel eignen sich monomere oder vorzugs weise polymere Verbindungen mit beispielsweise endständigen Carboxyl-, Hydroxyl-, Carbonamid-, Amino- oder Isocyanatgruppen oder Verbindungen, welche ausserdem noch innerhalb der Kette reaktions fähige Gruppen wie sekundäre und tertiäre Amino- oder Imidogruppen besitzen.
Als Beispiele solcher Verbindungen seien Polyester mit endständigen Säure- oder Hydroxylgruppen, Gemische von Poly- alkylenglykolen mit Polycarbonsäureanhydriden und Polyamide aus dimerisierten Fettsäuren und aliphati- schen Polyaminen genannt.
Für die Bildung der äussern Schicht werden als Harze vorteilhafterweise schon bei Raumtemperatur oder erst bei erhöhter Temperatur flüssige, aus 4,4'- Dioxy-diphenyldimethylmethan hergestellte Epoxy- harze mit einem Epoxydgehalt zwischen 2 und 5,5, vorzugsweise zwischen 4,6-5,3 Grammäquivalenten pro kg verwendet. Als Härtungsmittel werden vorteil- hafterweise Polycarbonsäureanhydride verwendet.
Die Epoxyharze können auch Pigmente, Streck mittel, Modifizierungsmittel oder Weichmacher ent halten. Die Zugabe von solchen Produkten ist aller dings für das Imprägnierharz nicht in allen Fällen empfehlenswert, da unter Umständen dadurch die Isoliereigenschaften verschlechtert werden. Bei der äussern, harten Schicht wird vorzugsweise ein Streck mittel zugegeben, während die Zugabe eines Weich machers für diese Schicht zweckmässigerweise unter bleibt.
An Hand der beiliegenden Zeichnungen werden einige Anwendungen des Verfahrens gemäss der Er findung näher erläutert. Es zeigen: Fig. 1 ein nach dem Verfahren hergestellter Stator eines Elektromotors, insbesondere eines Un terwassermotors, in perspektivischer Darstellung teil weise im Schnitt, Fig. 2 ein Detail der Fig. 1 in grösserem Mass stab, Fig. 3 eine freitragende Spule, beispielsweise eine Transformatorwicklung.
Bei dem Ausführungsbeispiel nach Fig. 1 und 2 bezeichnet 1 den lamellierten Magnetkern eines Sta- tors für einen Unterwassermotor. In den nicht näher dargestellten Nuten des Magnetkernes ist die Wick lung 2, bestehend aus unter sich isolierten Drähten 4, angeordnet. Die Isolation dieser Drähte kann dabei z. B. aus Baumwolle, Seide, Lack oder ande rem Isolationsmaterial bestehen. Die über den Kern 1 vorstehenden Stirnverbindungen sind mittels Ban dagen in einer den räumlichen Verhältnissen ange passten Form, und die Wicklungen selbst durch nicht gezeichnete Keilstücke in den Nuten gehalten.
Das Ganze ist durch eine im gehärteten Zustand harte, äussere Schicht 3 gegen äussere Einflüsse und herme tisch gegen das Eindringen von Flüssigkeit geschützt.
In Fig. 3 bedeutet 2 die Spulenwicklung, die aus einzelnen, unter sich isolierten Drähten 4 auf gebaut ist und 3 stellt die im gehärteten Zustand harte, äussere Schicht dar.
In allen Figuren stellt 5 die mittlere, im gehärte ten Zustand elastische Schicht dar.
Das erfindungsgemässe Verfahren wird zweck mässig wie folgt durchgeführt: Der fertigmontierte Wickelkörper, welcher bei spielsweise die Wicklung eines Stators oder einer Spule sein kann, wird mit einem bei der Verarbei tungstemperatur dünnflüssigen, härtbaren Harz-Här- ter-Gemisch imprägniert. Dabei ist es zweckmässig, diese Imprägnation unter Vakuum vorzunehmen und dazu ein Epoxyharz-Härter-Gemisch zu verwenden, welches bei erhöhter Temperatur, beispielsweise bei 60 C, mindestens teilweise härtet.
Eine vollständige Aushärtung des Imprägnierharzes ist nicht erforder lich, sie kann gemeinsam beim Aushärten der äussern, harten Schicht erfolgen. Durch diese Imprägnation erfahren die einzelnen Isoliermaterialien, wie Faser stoffe oder Papiere, eine Verstärkung ihrer Isolier- eigenschaften und gleichzeitig wird das Eindringen von Feuchtigkeit in die Isolation vermieden. Durch die Verwendung eines dünnflüssigen Imprägniermit tels werden alle Drähte und Zwischenräume mit dem Imprägniermittel getränkt und vorhandene uner wünschte Poren geschlossen.
Nach dieser Imprägnation wird eine vorzugsweise 1-5 mm dicke Schicht 5, enthaltend ein im gehär teten Zustand elastisch bleibendes Harz, rings um die vorstehenden Stirnverbindungen der Statorwicklung bzw. der Spulenwicklung aufgetragen.
Nach der vollständigen Aushärtung der mittleren elastischen Schicht 5 werden die Wickelkörper in eine zweckmässig konstruierte Giessform so eingelegt, dass das im gehärteten Zustand harte Epoxyharz 3 um den Wickelkörper gegossen werden kann. Das Giessen dieser äussern Schicht erfolgt bei einer Tem peratur, die etwa 10 bis 20 C höher liegt als die Temperatur, bei welcher die elastische Schicht 5 pla stisch wird. Dadurch wird erreicht, dass die äussere Schicht 3, die im gehärteten Zustand praktisch un elastisch ist, mit der mittleren, elastischen Schicht 5 eine innige Verbindung eingeht. Das Harzgemisch wird bei erhöhter Temperatur, beispielsweise bei <B>130 </B> C, gegossen und härtet bei dieser Temperatur ohne Abspaltung flüchtiger Bestandteile aus.
Das Giessen der äussern Schicht hat bei der Herstellung von wasserdichten Elektromotoren derart zu erfol gen, dass auch die nach innen gerichtete Fläche des Statorblechpaketes und die Nuten mit einer dünnen Schicht Harzmischung versehen sind. Dadurch wird der Stator und die Wicklung mit einer hermetisch schliessenden Umhüllung versehen, welche den innern, aktiven Teil gegen äussere Einflüsse schützt. Zur Vermeidung unerwünschter Blasen und Lunker ist es zweckmässig, wenn das Giessen der äussern Schicht 3 unter Vakuum erfolgt.
Die nach dem beschriebenen Verfahren herge stellte Einbettmasse um stromführende Leiterbündel hat bei der Prüfung ergeben, dass sie vollständig flüssigkeitsdicht und elektrisch gut isolierend ist und dass sie ohne Schaden den bei der elektrischen Prü fung und im Betrieb auftretenden mechanischen Kräf ten widersteht.
Die mittlere, elastische Schicht 5 nimmt dabei die durch Temperaturerhöhung beding ten Volumenänderungen und die durch elektrodyna mische Kräfte verursachten Lageverschiebungen der Wicklungen und Drähte auf und gibt den einzelnen Drähten eine der Elastizität des Schichtstoffes ent sprechende Bewegungsmöglichkeit. Es hat sich weiterhin gezeigt, dass selbst im Falle einer Rissbil- dung in der äussern, harten Schicht das Isolations vermögen und die Schutzwirkung der Einbettmasse nicht beeinträchtigt wird, weil die Leiterbündel durch die elastische Schicht 5 noch genügend ge schützt bleiben.