Verfahren zur Herstellung von Statoren für dynamoelektrische Maschinen Dynamoelektrische Maschinen, z. B. elektrische Motoren, sind im Betrieb häufig sehr ungünstigen Be dingungen ausgesetzt. So sind z. B. elektrische Moto ren an Bord von Schiffen ständig einer Atmosphäre mit hohem Feuchtigkeits- und Salzgehalt ausgesetzt, was erfahrungsgemäss zu Schäden., insbesondere an der Isolation, führt und den Wirkungsgrad solcher Maschinen bis zur Unbrauchbarkeit verringert.
Auch können bei ungenügend geschützter Statorwicklung unter diesen Bedingungen Kriechströme auftreten, die infolge der Bildung niederohmiger Kriechwege durch Kohlenstoffablagerung in der Isolation zum Durchschlag führen.
Es wurde schon versucht, die Widerstandsfähig keit solcher Motoren gegen Feuchtigkeit und Salz gehalt durch Überziehen bzw. Imprägnieren des Sta- tors mit verschiedenen Ölen und Wachsen, wie Paraf fin, Holzöl (Tungöl) usw. zu verbessern. Da die Be handlung mit solchen Ölen und Wachsen gewöhnlich klebrige Oberflächen ergibt, bilden sich staubhaltige und Wasserabsorbierende Ablagerungen auf diesen angeblich wasserabstossenden überzügen. Sogar die Behandlung des Stators mit einigen handelsüblichen Lacksorten war nicht befriedigend, da diese Lacke keine in ausreichendem Masse wasserabstossend wir kende Oberfläche ergeben.
Auch ist es für einen eini germassen ausreichenden Schutz erforderlich, eine Vielzahl von Schutzschichten, gewöhnlich vier oder mehr, aufzubringen, was den Motor in unerwünschter Weise vergrössert. Selbst,die Verwendung von Silicon- gummi für einen derartigen Schutz ist unbefriedigend, weil sich die für eine optimale Wärmeübertragung we sentlichen dünnen Schichten damit nur schwierig her stellen lassen und weil dieses Material nur schwer von den Teilen des Stators entfernt werden kann,
die zur Erhaltung eines minimalen Luftspalts unbedeckt blei ben sollen. Die Erfindung betrifft nun ein Verfahren zur Her stellung von Statoren für dynamoelektrische Maschi nen, wie z. B. Motoren, insbesondere zum Betrieb in feuchter und salzhaltiger Atmosphäre, wobei die Wicklungen in Nuten des Statorkerns liegen und über die Enden des Kernes hinausragende Wicklungsköpfe aufweisen.
Das Verfahren gemäss der Erfindung ist dadurch gekennzeichnet, dass mindestens die Wicklungen mit Polyesterharz überzogen und nach dem Härten .dieses Überzuges mit Methylpolysiloxanharz überzogen wer den, welch letzteres dann bei Zimmertemperatur ge härtet wird.
Die Erfindung betrifft auch einen nach diesem Verfahren hergestellten Stator für dynamoelektrische Maschinen, der dadurch gekennzeichnet ist, ,dass min destens die Wicklungen des Stators eine Schicht aus gehärtetem Polyesterharz aufweisen, auf welcher sich eine Schicht aus gehärtetem Methylpolysiloxanharz befindet.
Das Verfahren gemäss der Erfindung ermöglicht die Herstellung von 'dynamoelektrischen. Maschinen, deren Stator mit einem Zweischichtensystem aus be stimmten Polymeren versehen ist, wodurch die Nach teile der bekannten Schutzschichten vermieden wer den und auch bei stark salzhaltiger feuchter Atmo sphäre ein befriedigender Betrieb möglich ist.
Als Polyesterharz wird gemäss einer bevorzugten Ausführungsform des Verfahrens ein ölmodifiziertes Glycerylphthalatharz verwendet. Der Polyester schliesst alle Poren in der Isolation der Wicklung und dient als Träger bzw.
Haftmittel für den Überzug aus Methylpolysiloxanharz. Diese Methylpolysiloxan- schicht verhindert die Bildung von Kriechwegen an der Aussenseite der Isolation auch bei hohem Feuch- tigkeits- und Salzgehalt der die Maschinen umgeben den Atmosphäre wirkungsvoll, wodurch eine Erdung der Wicklungsspannung durch den Statorkern vermie den wird.
Als Methylpolysiloxanharz wird vorzugsweise ein solches verwendet, das beim Härten bei Zimmertem peratur, d. h. nicht bei erhöhter Temperatur, vorzugs weise in Gegenwart von Luft, ein Harz ergibt, das durchschnittlich 1,05-l,5 Methylgruppen pro Sili- ciumatom aufweist.
Der Grund für diese Forderung der Härtbarkeit bei Zimmertemperatur besteht darin, dass die zur Här tung bzw. Vulkanisierung der bisher verwendeten Or- ganopolysiloxanharze oder -gummis erforderlichen hohen Temperaturen und langen Temperaturbehand- lungszeiten für die Wicklungsisolation ungünstig sind und unter Umständen zu Sprüngen oder Rissen in der Isolation führen.
Ein weiterer Nachteil einer derarti gen langen Behandlung bei höheren Temperaturen ist die Belastung der Herstellungskosten durch die Not wendigkeit entsprechend grosser Öfen mit den zusätz lich bei der Temperaturbehandlung von Organopoly- siloxan sich ergebenden Schwierigkeiten im Betrieb. Die Schwierigkeiten sind dadurch bedingt, dass die Organopolysiloxane beim Erhitzen häufig flüchtige niedermolekulare Komponenten abgeben, die sich auf den zu behandelnden Gegenständen und an Teilen des Ofens abscheiden. Eine dauernde Beseitigung dieser niedermolekularen Stoffe aus der Ofenatmosphäre ist schwierig und unsicher bezüglich des Erfolges.
Die Abscheidungen dieser Stoffe auf den zu behandelnden Gegenständen vermindern die Haftfähigkeit, so dass ein derart verunreinigter Ofen nicht mehr für andere Zwecke bzw. das Härten oder Einbrennen anderer Isolationsschichten verwendbar ist.
Das erfindungsgemässe Verfahren vermeidet der artige Schwierigkeiten.
Die beiliegende Zeichnung dient zur näheren Er läuterung der Erfindung. Es zeigen: Fig. 1 eine perspektivische Ansicht eines nach einer bevorzugten Ausführungsart erhaltenen. Stators, aus der die verschiednen Schutzüberzüge ersichtlich sind, Fig.2 eine Seitenansicht mit teilweisem Schnitt einer dynamoelektrischen Maschine,
woraus die Lage des Kerns und der Wicklung des Stators in der Ma schine ersichtlich sind und Fig. 3 einen vergrösserten Längsschnitt durch Teile des Kerns und der Wicklung des Stators nach Fig. 2. Im einzelnen zeigt Fig. 1 einen. Statorkern 1 mit Wicklungsnuten 2 für die elektrischen Wicklungen 3.
Kern und Wicklung sind gegebenenfalls mit einer Grundschicht 4 aus Imprägnierharz versehen, die bei spielsweise ein ölmodifiziertes Kondensationsprodukt aus Phenolformaldehyd und einer tertiären. Amyl- komponente ist. Auf dieser Grundschicht befindet sich nun die Polyesterschicht 5, beispielsweise aus ölmodifiziertem Alkydharz, und darauf die Schicht 6 aus Methylpolysiloxan als Aussenschicht.
Vor dem Einbau des Stators in die dynamoelek trische Maschine wird in der Regel der äussere Teil des den Statorkern bildenden Blechpaketes 7 und .der Luftspalt unter Entfernung der Harzschichten freige legt.
Bei der dynamoelektrischen Maschine gemäss Fig. 2 ist der Statorkern 1 mit der elektrischen Wick lung 3 in einem Gehäuse 8 mit Endschildern 9 unter gebracht. Der Rotor 12 läuft in den Lagern 10 und 11. Fig. 3 zeigt die freigelegte Aussenseite 7 des den Kern 1 bildenden Blechpaketes. Die Isolations- und Schutzschicht, bestehend aus Grundschicht 4, Poly esterschicht 5, aus ölmodifiziertem Alkydharz und ge härtetem Methylpolysiloxanharz 6, ist an den Seiten wänden dies Statorkerns und an der in der Nut 2 lie genden Wicklung 3 zu erkennen.
Als Polyesterharz kann z. B. ein mit Öl, Phenol aldehydharz, Kolophonium usw. modifiziertes ver wendet werden. Als Säurekomponente des Polyesters kommen z. B. folgend-, Stoffe in Frage: Oxal-, Ma- lon-, Bernstein-, Adipin-, Azelain- und Phthalsäure, halogenlerte Phthalsäure;
Isophthalsäure, Terephthal- säure, Additionsprodukte von Hexachlorcyclopenta- dien und Maleinsäureanhydrid usw. Als Alkoholkom ponente können zwei-, drei- und mehrwertige Alko hole dienen wie z. B. Äthylenglykol, Diäthylenglykol, Propylenglykol, Glyzerin, Sorbit, Pentaerythrit usw. Einwertige Alkohole, z. B. mit Siedepunkt über 150 C, wie Alkyläther von Glykolen, z.
B. Alkyläther von Äthylenglykol usw. können gegebenenfalls zur Modifi zierung des Polyesters mitverwendet werden.
Als Öle für die Modifizierung des Polyesters kön nen rohe, erhitzte oder geblasene Öle verwendet wer den, z. B. Leinöl, Holzöl, Rizinusöl, Sojabohnenöl und Oiticicaöl. Auch Fettsäuren, wie Leinölsäure, Ko- kosölsäure, Palmitinsäure, Stearinsäure, Ölsäure usw., können entsprechend verwendet werden.. Die Menge dieser Zusätze kann innert weiter Grenzen variiert werden, z.
B. von etwa 5 bis 709,!o, vorzugsweise von 10 bis 60% der Gesamtmenge Polyester und Modi- fiziermittel.
Die Herstellung und Modifizierung derartiger Polyesterharze ist bekannt. Sie werden zweckmässiger weise in einem geeigneten Lösungsmittel gelöst, z. B. in Petroleumäther, Xylol, flüssigen aliphatischen Koh- lenwasserstoffen, Butanol, aliphatischen Acylaten, z. B. Amylacetat; Lösungen mit einem Gehalt an Polyester von vorzugsweise 10 bis 60 Gew.O/o oder mehr kön nen zur Herstellung des Überzuges dienen.
Mit Vorteil werden dem Polyester Härter oder Trockner, wie Ko- baltnaphthenat, E.isenoctoat, Eisennaphthenat zur Be schleunigung der Härtung beigegeben. Gewöhnlich ge- nügen zu diesem Zweck 0,1 bis 0,8% Trocknungs- mittel, bezogen auf das Gewicht des Harzes.
Das Polyester- bzw. Alkydharz kann z. B. auch mit Phenolformaldehydharz modifiziert werden, wo bei das Phenol gegebenenfalls kernsubstituierend'4 Alkylgruppen, "vie z. B. Butylgruppen, Amylgruppen usw., tragen kann. Neben den oder anstelle von Phe- nolformaldehydharzen kann man beispielsweise auch Phenolkondensate anderer Aldehyde, wie z.
B. Fur- furol, Acetalde:hyd usw., zur Modifizierung des Poly esters verwenden. Die Phenolharze können z. B. ihrer- seits mit einem der oben erwähnten Öle modiifizi:ert sein, besonders dann, wenn das Phenolharz mit Alkyl- gruppen kernsubstituiert ist. Auch Kolophonium- modifizierte Phenol.harze können verwendet werden.
Das Methylpolysiloxanharz kann beispielsweise durch Kohydrolyse einer Mischung von Methylhalo- gensilan mit Wasser erhalten werden. Dazu kann man z. B. von einer Mischung aus 75 bis 95 Gew. 0/0 Methyltrichlorsilan und 5 bis 25% Dimethyldichlor- silan ausgehen und die Hydrolyse der Methylchlor- silanmischung in einem hydrolytisch wirkenden Me dium durchführen, das z. B.
Wasser, einen höheren, Alkohol, wie sekundären Butylalkohol, und einen aro matischen Kohlenwasserstoff, wie Xylol oder Toluol, enthält. Das Hydrolyseprodukt kann dann von der wässrigen Schicht getrennt, durch Waschen mit Wasser von Säure praktisch völlig befreit und dann in einem Lösungsmittel, z. B. einem der oben beschriebenen aromatischen Lösungsmittel, gelöst werden. Mittels eines alkalischen Stoffes, z.
B. eines Alkalihydroxyds, wie Natriumhydroxyd, Kaliumhydroxyd, Cäsium- hydroxyd, kann die Viscosität z. B. auf etwa 200 bis 1500 Centipoise erhöht werden. Dann kann der alkalische Zusatzstoff z. B. mittels einer kleinen Menge Essigsäure neutralisiert, das Reaktionsprodukt filtriert und dann auf einem Feststoffgehalt von etwa 5 bis 20 /o mit weiterem Lösungsmittel zu einer gut be netzenden Lösung verdünnt werden.
Bei der Hydro lyse des Methyltri#,hlorsilans und Dimethyldichlorsi- lans können z. B. kleine Mengen (bis zu 5% des Ge- samtgewichts der Mischung) von Organochlorsilanen, Methylphenyl-dichlorsilanen usw. vorhanden sein.
Für optimale Ergebnisse wird ein solches Methylpolysilo- xanharz verwendet, das beim Härten ein Harz ergibt, das durchschnittlich 1,05 bis 1,5 Methylgruppen pro Siliciumatom enthält.
Das erfindungsgemässe Verfahren kann in relativ einfacher Weise, beispielsweise folgendermassen durch geführt werden: Zuerst wird der gewickelte Statur ungefähr eine Stunde auf etwa 150 C erhitzt, so dass allenfalls vor handene Feuchtigkeit ausgetrieben wird. Dann wird der Statur in einen Firnis oder Lack z. B. ölmodifi- zierten alkalisierten Phenollack getaucht, so dass die Einzelteile fest verbunden werden. Dieser Lack wird zweckmässigerweise bei einer Temperatur von etwa 150 C während einer Stunde gehärtet.
Danach wird der Statur in eine Polyester-, bzw. Alkydharzlösung mit einer Konzentration von etwa 10% Harzfestteilen getaucht und in einem Ofen bei etwa 125 C bis 150 C so lange erhitzt, bis eine befriedigende Härtung erzielt ist. Eine Dauer von etwa 1/2 bis 1 Stunde ist dazu meist ausreichend.
Der mit Polyester beschich tete und getrocknete Statur wird vorzugsweise noch in erwärmtem Zustand in eine Methylpolysiloxanlö- sung getaucht, die vorteilhaft einen Harzfestgehalt von etwa 5 bis 20% besitzt. Dann wird der Statur rotie- rend getrocknet, so d'ass ein gleichmässiger 'Überzug entsteht.
Die Härtung -des Methylpolysiloxans kann dadurch erzielt werden, dass der überzogene Statur bei Zimmertemperatur (etwa 20 bis 35 C) während etwa einer bis drei Stunden oder länger einer Luftströmung ausgesetzt wird. Im allgemeinen ist es für einen opti malen Wärmeübergang dies fertigen Stators vorteil haft, wenn die Methylpolysiloxanschicht sehr dünn, z. B. zwischen 0,0025 bis 0,025 mm, ist. Die Aussen fläche der Lamellen und des Statorkerns und. der innere Teil des Luftspalts werden nun bis zum Metall freigelegt und der Statur mit Rotor und Gehäuse zu sammengebaut.
Die Aussenfläche des Statorkerns und der Luftspalt können auch vor der beschriebenen Be handlung abgedeckt werden, so dass sich die Reini gung erübrigt.
In den folgenden Beispielen wurde der Salznebel test zur Feststellung der Wirkung der Schutzüberzüge am Statur wie folgt ausgeführt: Der Statur wurde in eine geschlossene Kammer gebracht, in der während der Dauer .der Prüfung ein feiner Sprühregen einer 2 % igen Natriumnitratlösung erzeugt wurde. Die ober- ste Wicklung in -den Nuten des Stators wurde mit der ersten,
die unterste mit der zweiten und der Kern des Stators mit der dritten Phase eines gewöhnlichen 220 Volt-Dreiphasen-Netzes verbunden. Der Statur wurde alle 10 Minuten während 3 Minuten in einem An- und Abschaltzyklus erregt. Die Stärke und Dauer der Stromstösse war so bemessen, dass sich die Wick lungen nur in. dem.
Masse erwärmten, dass das Ein trocknen der absorbierten und kondensierten Feuch tigkeit ausgeschlossen war. Zeitmessgeräte und einzeln abgesicherte Phasen ermöglichten die Messung der Betriebsdauer bis zum Versagen. In den folgernden Beispielen sind alle Teile Gewichtsteile.
<I>Beispiel 1</I> Alkydharz wurde in bekannter Weise durch Um setzen von 975 Teilen Glyzerin, 260 Teilen Äthylen- glykol, 2271 Teilen Phthalsäureanhydrid, 298 Teilen; Soja-Fettsäure, 747 Teilen Oiticicaöl und 1955 Teilen Kolophonium hergestellt.
Dieses Harzprodukt wurde mit Lösungsmittel aus Xylol und Naphthalin zu einem Lack mit etwa 60% Feststoffgehalt angesetzt. Als Trocknungsmittel wurde Kobaltnaphthenat in einer Menge von 0,
25% der Harzlösung zugegeben.
Methyl'polysiloxanharz wurde durch Hydrolyse einer Toluollösung einer Mischung von etwa 90 Ge wichtsprozent Methyltrichlorsilan und 100/0 Dimnethyl- dichlorsilan erhalten, indem die Toluollösung mit einem Hydiolysiermittel aus Wasser, sekundärem Butylalkohol und Toluol behandelt wurde.
Nach der Hydrolyse wurde das Methylpolysiloxanharz als To luollösung vom Wasser getrennt, bis zur HCl-Freiheit gewaschen, dann auf etwa 35% (in Toluol) Festteile eingestellt und danach mit einer geringen Menge (etwa 0,08 Gewichtsprozent des Harzes) Kalium hydroxyd bei Zimmertemperatur .bis zu einer Zähig keit von 200-500 Centipoise verdickt.
Die so erhal tene Harzlösung wurde mit zusätzlichem Toluol zu einer Lösung mit 10% Harzfeststoffen verdünnt. Die Zubereitung eines solchen, bei Zimmertemperatur in Gegenwart einer geringen KOH-Menge härtenden Har- zes ist z. B. in der USA-Patentschrift Nr. 2 383 827 beschrieben.
Ein Stator mit magnetischem Kern und Wicklun gen wurde in die oben beschriebene Alkydharz-Lö- sung eingetaucht, herausgenommen, während, etwa 30 Minuten trocknen gelassen und dann während etwa 4 Stunden auf etwa 160 C bis zur Härtung des Alkyd- !harzes erhitzt. Der noch heisse Stator wurde in die oben beschriebene Methylpolysiloxanharzlösung ge taucht, herausgenommen,
abtropfen gelassen und dann bei Zimmertemperatur genügend lange (etwa 12 bis 16 Stunden) gelagert, bis das Polysiloxanharz nicht mehr klebrig, d. h. erhärtet war. Die Dicke des Poly esterüberzuges betrug ungefähr 0,125 bis 0,150 mm, die Dicke des Überzuges aus Methylpolys,iloxanharz etwa 0,0025 bis 0,025 mm.
<I>Beispiel 2</I> Ein Stator wurde zunächst in das Alkydharz ge mäss Beispiel 1 getaucht, getrocknet und gehärtet, dann in ein Öl aus linearem Methylpolysiloxan mit einer Viscosität von ungefähr 10 cP getaucht, dessen Zusammensetzung in der USA-Patentschrift Nr. 2 469 890 genauer beschrieben ist. Die weitere Be handlung wurde wie in Beispiel 1 durchgeführt.
Zu Vergleichszwecken wurde ein anderer Stator in die Alkydharzlösung von Beispiel 1 getaucht, wie oben getrocknet und gehärtet, dann in eine Methyl- phenylpolysiloxanharzlösung mit 8% Feststoffgehalt getaucht, die durch Kohydrolyse einer Mischung aus etwa 48 Gewichtsteilen Phenyltrichlorsilan,
28 Teilen Diphenyldichlorsil.an und 31 Teilen einer Mischung aus Methyltriehlorsilan und Dimethyldichlorsilan ge mäss den Angaben von Beispiel 1 hergestellt worden war. Der mit Polysiloxanharz behandelte Stator wurde bei erhöhter Temperatur gehärtet (nicht erfindungs gemäss).
Schliesslich wurde ein Stator in das Alkydharz nach Beispiel 1 getaucht, bei erhöhten Temperaturen getrocknet, jedoch nicht weiter behandelt (nicht er findungsgemäss).
Die so behandelten Statoren wurden dann dem obenerwähnten Salznebelversuch unterworfen. Der gemäss Beispiel 1 zuerst in Alkydharz und dann in Metihylpolysiloxanharz getauchte Stator zeigte keinen Fehler bis 95,5 Stunden; der mit dem Alkydharz und dann mit dem linearen Methylpolysiloxan behandelte Stator versagte nach etwa 35,1 Stunden.
Im Gegen satz dazu versagten die nicht nach dem erfindungs gemässen Verfahren erhaltenen Statoren, nämlich .der mit dem Alkydharz und bei erhöhter Temperatur ge- härtetem Methylphenylpolysiloxanharz versehene Sta- tor nach etwa 42 Stunden und der nur mit dem Alkydharz behandelte Stator nach etwa 6,4 Stunden.