Verfahren zur Herstellung und Verfestigung isolierter elektrischer Leiterbündel Die Erfindung bezieht sich auf ein Verfahren zur Herstellung und Verfestigung isolierter elektrischer Leiterbündel für elektrische Maschinen.
Es ist be kannt, für Hechspannungs-Leiterisolationen in elek- trischen Maschinen Bandwidkellagen zu verwenden, sie anschliessend in Formen zu evakuieren, mit Im- prägnierharzen durchzutränken und gegebenenfalls zu härten.
Es ist auch schon vorgeschlagen worden, Band- wiekellagen, die ungehärtetes Kunstharz als Binde mittel enthalten, lagenweise anzubügeln, mit lösungs- mittelfreiem Kunstharz einzustreichen und nachher beide Harzanteile unter Pressformdruck auf die Lei terbündel auszuhärten, ohne dass eine Vakuumim prägnierung erforderlich ist.
Bei einer durchgehen den Isolation von Wickelkopf über Kernteil zu Wickel kopf bedingt jedoch die Herstellung der dazu passen den Formen erhebliche Kosten, die vor allem auf die räumlich komplizierte Gestaltung der Wickelköpfe zurückzuführen sind, während der Kernteil mit seinem geraden Verlauf relativ geringe Formkosten verur sacht.
Es ist auch vorgeschlagen worden, über einen mit Isolierbändern umwickelten Leiter einen Schrumpf- schlauch zu ziehen und diesen vor oder nach der Imprägnierung der Wicklung aufzuschrumpfen. Nach einen weiteren Vorschlag soll! die Gl'immeriso'lations- schicht von Leitern oder
Leiterbündeln mit einer als Trennfolie ausgebildeten Schrumpffolie umwickelt, in bekannter Weise durch Druck und Wärme formge- presst urid durch Aufschrumpfen der Trennfolie zu- sätzlich verdichtet werden,
wobei dIas Formpressen der Wickelisolation in l#brtfall kommen kann.
Es hat sich nun gezeigt, dass die Schrumpfung zwar im ganzen eine Kontraktion der Schrumpffolie bedeutet, die verdichtende Wirkung auf die Leiter isolation jedoch nicht eeidhmässig verteilt ist.
Die isolierten Leiterbündel weisen meistens einen recht eckigen Querschnitt auf, so dass der beim Schrump fen der darauf gewickelten Schrum'pffohen entstehen de Druck auf die Breitseiten der Leiterbündel merk lich geringer ausfällt als auf die Schmalseiten und insbesondere die Kanten.
Hier setzt die Erfindung ein. Ihr liegt die Aufgabe zugrunde, vor allem für die Verdichtung der Wickelkopfteile, aber auch für die Kernteile isolierter elektrischer Leiterbündel eine Arbeitsweise zu schaffen, bei der kostspielige Press- formen nicht benötigt werden und von der Kontrak tion von Schrumpffolien Gebrauch .gemacht wird,
ohne dass die Nachteile ungleichen Schrumpfdruckes auf die Breit-,und Schmalseiten auftreten.
Ein gleich- mässig verteilter Schrumpfdruck lässt sich dadurch erzielen, dass der Querschnitt des Leiterbündels für die Dauer des Umwickelns mit der Schrumpffolie und des Sdhrulmpfvorganges durch besondere Auflage an genähert elliptisch ist,
wobei die Hauptachse der El lipse senkrecht zu den Breitseiten der Leiterbündel steht und das Längenverhältnis der Hauptachse zur Nebenachse etwa dem Breitenverhältnis der Breitsei te zur Schmalseite des Leiterbündels entspricht. We sentlich dabei ist, diass so die Schrumpfungskräfte der- art verteilt werden, dass auf der Oberfläche des Lei terbündels eine gleichmässige Flächenpressung re sultiert.
Das Verfahren zur Herstellung und Verfestigung isolierter elektrischer Leiterbündel für elektrische Ma schinen ist dadurch gekennzeichnet, dass die Leiter zunächst mit Glasseide-Glimmer-Material durchgehend umwickelt werden, diaiss lösungsmittelfreies Harz spä testens nach dem vollständigen Wickeln in die Be- wicklung eingebracht wird,
dass dann mindestens die Wickelkopfteile der Leiterbündel mit derart bemes senen Auflagestücken versehen werden, dass letztere die betreffenden Querschnitte der Leiterbündel an genähert so gestalten, dass nach der anschliessenden Bewicklung mit Schrumpfband die durch eine Wär- mebehand!lung ausgelöste Schrumpfung des Schrumpf bandes eine gleichmässige Flächenpressung auf den Breit- und Schmalseiten der bewickelten Teile er zeugt,
und dass das lösungsmittelfreie Harz ausge härtet wird. Die Erfindung betrifft weiter eine Vorrichtung zur Ausführung des Verfahrens und nach dem Verfah ren hergestellte isolierte Leiterbündel für elektrische Maschinen. Die folgenden Ausführungen. betreffen Ausfüh- rungsbeispiele der Erfindung. Als Schrumpfband kom men an µich bekannte schrumpffähige Kunststoffe in Betracht.
Besonders geeignet sind für den Zweck der Erfindung gesättigte Polyester wie Terephthalsäure- ester, z. B. lässt sich das unter dem Warenzeichen Trevira bekannte Schrumpfband gut verwenden. Bei der Bewicklung mit Schrumpfband geht man vor- teilh'aft so vor, dass man jeweils zwei Lagen gegen läufig aufbringt, damit sich die beim Schrumpfen er gebenden Torsionskräfte gegenseitig aufheben.
Nach dem Schrumpfen und Aushärten entfernt man sowohl das geschrumpfte Band als auch die Auflagestücke von den verfestigten und verdichteten Leiterbündeln.
Es ist zweckmässig, den Querschnitt der Wickel kopfteile der Leiterbündel mittels der Auflagestücke etwa elliptisch zu gestalten, wie schon angedeutet wur de, jedoch kann auch eine von der Ellipse abweichen de Querschnittsgestaltung die gewünschte Wirkung gestatten.
Die Auflagestücke für die Wickelkopfteile bestehen zweckmässig aus Asbest oder Sandsäcken; en den Schmalseiten der Wickelkopfteile haben sich auch Aluminium-Beil'agestücke gut bewährt. Zur Her stellung der Asbestauflagestücke eignet sich eine Vor- richtung, die gekennzeichnet ist durch einen Muster stab, dessen Abmessungen einem Wickelkopfteil ent sprechen,
und provisorisch diesem angepasste Auflä- gestüdke aus Asbest, die zunächst auf den Musterstab beidseitig aufgebracht, mittels Wasserglas verklebt und mit Schrumpfband umwickelt sind, um ihnen in Vorbereitung für eine Warmbehandlung - die rich tige Form zu geben. Bei der Warmbehandlung schrumpft das Schrumpfband, und die Asbeststücke nehmen die gewünschte Gestalt an.
Schliesslich zer schneidet man d!as geschrumpfte Band, um die beiden Asbestauflagestücke vom Musterstab abzunehmen, die nun genau die gewünschte Gestalt aufweisen.
Damit die Oberflächen der Wickelkopfisolation nach der mittels Schrumpfdruck und Wärme erzielten Verfestigung möglichst glatt sind, werden zweckmäs- sig dünne Blechzwischenlagen zwischen den Asbest auflagestücken und der Isolation angeordnet. Zwi schen Schmalseiten-Auflagestücken aus Aluminium und der Isol'ati'on sind solche Blechlagen nicht erfor derlich.
Auch bei den Kernteilen der Leiterbündel ver wendet man, wenn sie mit Auflagestücken und Schrumpfband versehen werden sollen, zweckmässig Bl'echzwisehenlagen zwischen Isolation und Aufla gestücken, jedoch können sie ohne weiteres eine sol che Stärke aufweisen, dass die Auflagestücke nicht in voller Ausdehnung auf die Zwischenlagen drücken, sondern nur im mittleren Teil angreifen, wobei sich der Druck dank der Steifigkeit der Zwischenlagen genügend zu den Seiten hin fortpflanzt.
Dieses Verfahren bringt gegenüber dem bisher bekannten Verfahren, bei welchem die Kernteile der Leiterbündel in starren Farmen gepresst werden, eine bedeutende Verein'fachun'g. Es ist nunmehr möglich, die Leiterbündel' nach dem Anbringen der Auflagen und dem Umwickeln mit Schrumpfband in einem zu sammenhängenden Arbeitsgang zu verfestigen. Dazu ordnet man vorteilhaft die umwickelten Leiterbündel in einer geschlossenen Heizvorrichtung an.
Sie wer den dort zunächst auf eine Temperatur gebracht, bei welcher das Kunstharz erweicht, nach einer bestimm ten Haltezeit von dieser Temperatur auf eine höhere Temperatur gebracht, bei welcher das Schrumpfband schrumpft, und nach einer bestimmten Haltezeit schliesslich auf eine Temperatur aufgeheizt, bei wel cher d'a's Harz aushärtet, und nach genügend langem Halten bei der Aushärttemperatur abkühlt.
Wäh rend des Aufenthalts der Leiterbündel in der Heiz- vorrichtung können die Anschlussenden der Wickel köpfe und dar Kernteil des Stabes räumlich so auf dem Traggestell festgespannt werden, wie es der für des nachherige Einlegen der Wicklung in die Maschi ne gewünschten Stellung entspricht, so dass eine Ver formung nach der Wärmebehandlung entfällt.
Es ist möglich, während der Haltezeiten bei der Erweichungstemperatur des Harzes und der Schrumpf temperatur des Schrumpfbandes zur Vermeidung von Gaseinschlüssen Unterdruck auf die Leiterbündel ein wirken zu lassen. Das Mass des Unterdrucks muss da bei so abgestimmt werden, dass der Dampfdruck kei ner Harzkomponente unterschritten wird. Bei Ver wendung eines Epoxydharzes als Imprägnierharz wur de z.
B. zunächst eine Erwärmung auf 80 C vorge nommen, diese Temperatur unter Evakuierung auf 25 Torr etwa eine Stunde gehalten, dann eine Weiter erwärmung auf 120 C angeschlossen, diese Tempe ratur wieder unter Evakuierung auf 25 Torr ebenfalls etwa eine Stunde gehalten, schliesslich eine Aufheizung auf 160 C vorgenommen und diese Temperatur zwecks vollständiger Aushärtung des Harzes für etwa 16 Stunden gehalten.
Beim Bewicke'l'n der mit Auflagen versehenen Lei- terbündel-Kernteile mit Schrumpfbund geht man zweckmässigerweise so vor, dass man die Bewick- lungsdichte von den Enden zu den mittleren Zonen steigert.
Diese Massnahme bewirkt, dass beim Errei chen der Schrumpftemperatur der Schrumpfvorgang und damit die Verdichtung von den mittleren Zonen zu den Enden der Kernteile fortschreitet und etwaige Lufteinschlüsse ausgetrieben werden. Ausserdem ist es auch hier vorteilhaft, jeweils zwei Lagen Schrumpf band gegenläufig aufzubringen, damit sich die beim Schrumpfen ergebenden Torsionskräfte gegenseitig aufheben.
Die Auflagestücke für die Breitseiten der Kern teile bestehen zweckmässig aus Metall und können etwa die Form von Rechteckprofilstäben haben. Die weiter oben erwähnten Blechzwischenlagen zur Anord nung zwischen dem Kernteil und den Auflagestücken können in verschiedener Weise gestaltet werden. Sehr wirtschaftlich hat sich für das Verfahren gemäss der Erfindung die Verwendung von handelsüblichen Win keleisen erwiesen, die jeweils paarweise den zu verfe stigenden Kernteil von allen vier Seiten umschliessen.
Nach Anordnung der Auflagestücke und Umwicklung mit Schrumpfband werden die Winkeleisen durch den infolge Erwärmung erzeugten Schrumpfdruck des Schrumpfbandes zusammengezogen. Damit der Kern teil masshaltig aushärtet, sind an den Winkeleisen An schläge vorgesehen, die die Zusammenziehung der durch die Winkeleisen gebildeten Form in der Höhe als auch in der Breite nach Wunsch begrenzen. Auf lagestücke für die Schmalseiten der Kernteile sind nicht erforderlich.
In Abänderung des bisher beschriebenen Verfah rens können die Kernteile auch vor Anordnung der Auflagestücke bereits mit Schrumpfband umwickelt werden, dessen Schrumpfwirkung vor allem den Schmalseiten der Kernteile zugute kommt. Nach An ordnung der Auflagestücke wird dann eine weitere Umwicklung mit Schrumpfband vorgenommen.
Method for the production and consolidation of insulated electrical conductor bundles The invention relates to a method for the production and consolidation of insulated electrical conductor bundles for electrical machines.
It is known to use strip tape layers for high-voltage conductor insulation in electrical machines, then to evacuate them in molds, to soak them with impregnating resins and, if necessary, to harden them.
It has also been proposed to iron on tape-like layers containing uncured synthetic resin as a binding agent, coat them with solvent-free synthetic resin and then cure both resin parts under compression molding pressure on the wire bundle without vacuum impregnation being necessary.
In a go through the isolation of winding head over core part to winding head, however, the production of the matching molds requires considerable costs, which are mainly due to the spatially complicated design of the winding heads, while the core part with its straight course causes relatively low mold costs.
It has also been proposed to pull a shrink tube over a conductor wrapped with insulating tape and to shrink it on before or after the impregnation of the winding. After one more suggestion should! the mica insulation layer of conductors or
Conductor bundles wrapped in a shrink film designed as a separating film, molded in a known manner by pressure and heat and additionally compressed by shrinking the separating film,
whereby the compression molding of the winding insulation can come about in case of failure.
It has now been shown that the shrinkage means, on the whole, a contraction of the shrink film, but the compacting effect on the conductor insulation is not distributed in a proper manner.
The insulated conductor bundles mostly have a rectangular cross-section, so that the pressure on the broad sides of the conductor bundles when the shrinkage wraps are shrunk is noticeably lower than on the narrow sides and especially the edges.
This is where the invention comes in. It is based on the task of creating a mode of operation, especially for the compression of the winding head parts, but also for the core parts of insulated electrical conductor bundles, in which costly compression molds are not required and the contraction of shrink films is used.
without the disadvantages of unequal shrinkage pressure on the wide and narrow sides.
An evenly distributed shrink pressure can be achieved by the fact that the cross section of the conductor bundle is approximately elliptical for the duration of the wrapping with the shrink film and the shrink wrapping process due to a special layer,
wherein the main axis of the El lipse is perpendicular to the broad sides of the conductor bundle and the length ratio of the main axis to the minor axis corresponds approximately to the width ratio of the Breitsei te to the narrow side of the conductor bundle. What is essential here is that the shrinkage forces are distributed in such a way that a uniform surface pressure results on the surface of the conductor bundle.
The process for producing and solidifying insulated electrical conductor bundles for electrical machines is characterized in that the conductors are first continuously wrapped with glass fiber mica material, and solvent-free resin is introduced into the winding at the latest after the complete winding,
that at least the winding head parts of the conductor bundles are then provided with support pieces dimensioned in such a way that the latter approximately shape the relevant cross-sections of the conductor bundles in such a way that after the subsequent wrapping with shrink tape, the shrinkage of the shrink tape triggered by a heat treatment creates a uniform surface pressure on the broad and narrow sides of the wrapped parts,
and that the solvent-free resin is cured. The invention further relates to a device for carrying out the method and insulated conductor bundles for electrical machines produced according to the method Ren. The following statements. relate to exemplary embodiments of the invention. Shrinkable plastics known to me can be used as the shrink band.
For the purpose of the invention, saturated polyesters such as terephthalic acid esters, eg. B. the shrink tape known under the trademark Trevira can be used well. When wrapping with shrink tape, it is advantageous to proceed in such a way that two layers are applied in opposite directions so that the torsional forces generated during shrinking cancel each other out.
After the shrinking and hardening, both the shrunk tape and the support pieces are removed from the solidified and compressed conductor bundles.
It is useful to make the cross-section of the winding head parts of the conductor bundle approximately elliptical by means of the support pieces, as already indicated, but a cross-sectional design deviating from the ellipse can also allow the desired effect.
The support pieces for the winding head parts expediently consist of asbestos or sandbags; On the narrow sides of the winding head parts, aluminum shims have also proven their worth. A device that is characterized by a pattern bar whose dimensions correspond to a winding head part is suitable for producing the asbestos pad,
and provisionally adapted to this asbestos overlay, which is first applied on both sides of the sample stick, glued with water glass and wrapped with shrink tape in order to give it the correct shape in preparation for a heat treatment. During the heat treatment, the shrink tape shrinks and the pieces of asbestos take on the desired shape.
Finally, the shrunk band is cut in order to remove the two asbestos pads from the sample stick, which now have exactly the desired shape.
So that the surfaces of the end winding insulation are as smooth as possible after the consolidation achieved by means of shrinkage pressure and heat, thin sheet metal interlayers are expediently arranged between the asbestos support pieces and the insulation. Such sheet metal layers are not required between narrow side support pieces made of aluminum and the Isol'ati'on.
Also in the case of the core parts of the conductor bundle, if they are to be provided with support pieces and shrink tape, expediently bl'echzwisehenlagen between insulation and Aufla, but they can easily have such a strength that the support pieces are not fully extended to the Press the intermediate layers, but only attack the middle part, the pressure propagating sufficiently to the sides thanks to the stiffness of the intermediate layers.
This method brings about a significant simplification compared to the previously known method in which the core parts of the conductor bundle are pressed in rigid farms. It is now possible to solidify the conductor bundle 'after the application of the supports and wrapping with shrink tape in a coherent operation. For this purpose, it is advantageous to arrange the wrapped conductor bundles in a closed heating device.
They are first brought there to a temperature at which the synthetic resin softens, after a certain holding time from this temperature to a higher temperature at which the shrink tape shrinks, and after a certain holding time finally heated to a temperature at which d'a's resin hardens, and cools down after long enough hold at the hardening temperature.
During the stay of the conductor bundle in the heating device, the connection ends of the winding heads and the core part of the rod can be spatially clamped on the support frame in such a way that it corresponds to the position required for the subsequent insertion of the winding into the machine, so that a There is no deformation after the heat treatment.
It is possible to allow negative pressure to act on the conductor bundle during the holding times at the softening temperature of the resin and the shrinkage temperature of the shrink tape to avoid gas inclusions. The degree of the negative pressure must be adjusted so that the vapor pressure does not fall below any resin component. When using an epoxy resin as an impregnating resin WUR de z.
B. first made a heating to 80 C, this temperature was kept under evacuation to 25 Torr for about an hour, then a further heating to 120 C connected, this tempe temperature again kept under evacuation to 25 Torr for about an hour, finally heating made to 160 C and held this temperature for the purpose of complete curing of the resin for about 16 hours.
When wrapping the conductor bundle core parts provided with supports with a shrink collar, it is expedient to proceed in such a way that the wrapping density is increased from the ends to the central zones.
This measure has the effect that when the shrinkage temperature is reached, the shrinking process and thus the compression progresses from the central zones to the ends of the core parts and any air inclusions are expelled. In addition, it is also advantageous here to apply two layers of shrink tape in opposite directions so that the torsional forces resulting from shrinking cancel each other out.
The support pieces for the broad sides of the core parts are expediently made of metal and can approximately have the shape of rectangular profile bars. The above-mentioned sheet metal spacers for the arrangement between the core part and the support pieces can be designed in various ways. The use of commercially available Win keleisen has proven to be very economical for the method according to the invention, each of which encloses the core part to be verfe on all four sides in pairs.
After arranging the support pieces and wrapping them with shrink tape, the angle irons are pulled together by the heat-shrinking pressure of the shrink tape. So that the core hardens partially true to size, stops are provided on the angle iron, which limit the contraction of the shape formed by the angle iron in height and width as desired. On lay pieces for the narrow sides of the core parts are not required.
In a modification of the process described so far, the core parts can be wrapped with shrink tape even before the support pieces are arranged, the shrinking effect of which primarily benefits the narrow sides of the core parts. After the support pieces have been arranged, they are then wrapped again with shrink tape.