Verfahren zur Herstellung unregelmässig geformter, isolierter Spulen für elektrische Maschinen Die vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren, zur Herstellung unregelmässig. geformter, isolierter Spu len für elektrische Maschinen.
Bei allen elektrischen Maschinen ist die Isola tion stromführender Leiter eine selbstverständliche Not wendigkeit. Es wurden bisher vielerlei Isolierstoffe und Verfahren zur Isolation von Spulen mit unterschied- lichem Erfolg benützt,<B>je</B> nach besonderer Maschinenart und den vorgesehenen Umgebungsbedingungen.
Unter den bisher an Spulen für elektrische Ma schinen verwendeten Isolierstoffen finden sich. verschie- dene Arten von Elastomeren,. wie z.
B. Silikongummi. Dabei wurde Silikongummi meist in der Form von selbsttragendem oder abgestütztem Band- oder Folien material benützt, das in aufeinanderfolgenden Schichten um die Spule gewickelt wurde, um eine gleichmässige Wandstärke mit der erwünschten dielektrischen Festig keit aufzubauen. Die Leistungsfähigkeit und Zuverlässig keit solcher mit Silikongumrni isolierter Maschinen ist wollbekannt.
Heute liegt das Hauptinteresse bei der Herstellung von elektrischen Maschinen indessen auf der Verminde rung von Arbeits- und Materialkosten. Auf diesem Ge biet ist jedoch das Umwickelungsverfahren der Isolation mit besti'nmten Nachteilen behaftet.
So erschwert das Umwickelungsverfahren. ausser ordentlich das Einhalten genauer Wandstärken,, beson ders dann, wenn es: sich um Spulen unregelmässiger Form handelt,. wie z. B. bei vielen Rotor-, Stator- und Feld spulen elektrischer Maschinen.
Dabei soll unter dem Begriff unregelmässige Form .in dieser Beschreibung stets eine solche Form verstanden werden,. die mehr fache Biegungen. aufweist, deren Krümmungsradien in einer Mehrzahl nichtparalleler Ebenen liegen. Während es durchaus möglich ist, Maschinen zur Umwicklung von Spulen mit Isolierband zu bauen, sind solche.
Ma schinen besonders im Fall unregelmässig geformter Spu- len ausserordentlich teuer. Daher ist meist ein grosser Anteil von Handarbeit notwendig.
Um einige der Nachteile, die mit der Umwicklung der Isolation verbunden sind, zu beheben, wurde vor geschlagen, Giessverfahren anzuwenden, um bestimmte Arten regelmässig:
geformter Spulen in Silikongummi oder in, anderen Isolierstoffen einzubetten. Dabei erspart das Umgiessen der Spule finit Isolation die meisten der für die LTmwickIung sonst notwendigen Arbeitskosten,
vermeidet die mit der Herstellung von Band- oder Folienmaterial verbundenen Kosten und gestattet zu gleich eine gleichmässigere dielektrische Festigkeit zu erzielen.
Derartige Giessverfahren haben sich jedoch bei. un regelmässig: geformten Spulen wie jene für Wicklungen elektrischer Maschinen nicht bewährt.. Eines der dabei auftretenden Probleme ist die Komplexität der Giess form. Ferner ergaben sich Schwierigkeiten,.
den Isolier stoff zum gleichmässigen Umfliessen einer unregelmässig geformten Spule zu bringen, und diese, einmal umgossen, wieder aus der Giessform zu entfernen.
Dementsprechend ermöglicht die vorliegende Erfin dung, ein Verfahren zur Herstellung unregelmässig ge formten isolierter Spulen zu schaffen, bei dem eine Isolation gleichmässiger dielektrischer Festigkeit gewähr- leistet ist.
Das erfindungsgemässe Verfahren ist dadurch ge kennzeichnet, dass ein elektrischer Leiter zu einer Spule gewickelt wird, diese mit einer biegsamen elektrischen Isolation umgossen und mit der Isolation zusammen zu der unregelmässigen Form verbogen wird.
Dabei sollen die den bekannten Verfahren anhaften den Nachteile vermieden werden. Bei einem Ausfüh rungsbeispiel der Erfindung wird zunächst die zu isolie- rende Spule auf herkömmliche Weise in flacher Form ge wickelt. In dieser Form wird die Spule anschliessend in eine einfache Giessform gebracht und dabei mittels Stif- ten in der richtigen Lage abgestützt.
Anschliessend wird ein Isolierstoff in zähflüssigem Zustand unter Druck oder mittels anderer geeigneter Mittel in die Giessform eingebracht.
Nachdem der Raum um ,die ,Spule und die Stifte herum ausgefüllt worden ist, werden die Stifte zurückgezogen, um der zähen Flüssigkeit zu gestatten, auch den zuvor von den Stiften .eingenommenen Raum auszufüllen. Anschliessend kann die Giessform erwärmt werden, um den Isolierstoff auszuhärten oder zu vul kanisieren.
Anschliessend wird die nun isolierte Spule aus der Giessform entfernt und in ihre endgültige Form auseinandergezogen und verformt, um schliesslich in die Maschine, wofür sie bestimmt ;ist, montieret zu werden.
Anhand des nachfolgend beschriebenen und darge stellten Ausführungsbeispiels des Erfindungsgegenstan des wird dieser näher erläutert.
In den Zeichnungen zeigt: Fig. 1 in perspektivischer Darstellung eine typische unregelmässig geformte Spule, die nach dem erfindungs- gemässen Verfahren hergestellt wurde, Fig. 2 in perspektivischer Darstellung eine blanke, gewickelte Spule vor ihrer Isolierung und vor der Ver formung zu einer unregelmässig geformten Spule wie in Fig. 1,
Fig. 3 .in teilweise schematischer; perspektivischer Darstellung eine für das Umgiessen der in Fig. 2 ge zeigten, regelmässig geformten Spule geeignete Giess form und Fig. 4 in perspektivischer Darstellung die Spule nach Fig. 2 nach deren Isolation und Entfernung aus der Giessform nach Fig. 3.
In der Zeichnung, wo für entsprechende oder ähn liche Teile die gleichen Hinweisziffern verwendet wer den, ist in Fig. 1 eine allgemein mit 11 bezeichnete elek trisch isolierte Spule dargestellt, die ein Paar davon ab stehende, elektrisch leitende Anschlüsse 12 und 13 @auf- weist. Wie ersichtlich, besitzt die in. Fig. 1 dargestellte Spule eine Mehrzahl von Biegungen mit Krümmungs- radien,
die in eine Anzahl nicht paralleler Ebenen fallen. Diese Spule ist daher gemäss der zuvor gegebenen Definition als von unregelmässiger Form anzusprechen. Die in dieser Figur dargestellte Spule ist von jener Art, die so verformt wurde, um in die Wicklungsnuten eines Rotors, einer Feldwicklung, eines Stators oder eines ähnlichen Teils einer elektrischen Maschine zu passen.
Selbstverständlich können solche Spulen viele verschie dene Formen, annehmen, und die Dargestellte ist nur als Beispiel und nicht als Begrenzung gedacht. Ander seits dürfte auch selbstverständlich sein, dass, wenn eine blanke Spule in dieser Form gewickelt würde, es sehr schwierig sein dürfte, eine Giessform herzustellen, in welcher sich die Spule mit Isolierstoff in gleichmässiger Dicke umgiessen lässt.
Es kann jedoch eine Spule wie die in Fig. 1 darge stellte hergestellt werden, indem zunächst eine blanke Spule mit der erforderlichen Wendungszahl, dem ge wünschten Leiter und einer regelmässigen Form, wie in der in Fig. 2 dargestellten, gewickelt wird, wobei die Enden des Leiters die Anschlüsse 12 und 13 bilden. Selbstverständlich kann der Leiter eine beliebige Quer schnittsform besitzen, auch wenn er in diesem Aus führungsbeispiel zur Illustration rechteckig dargestellt ist.
Wenn erwünscht, kann die blanke Spule in Lack getaucht werden und/oder es können andere,. herkömm liche Mittel vorgesehen werden, um sie zusammen zuhalten. Anschliessend wird die Spule in eine Giessform ein gelegt, die z.
B. die in Fig. 3 dargestellte Form haben kann. Diese Giessform, die etwas schematisch dargestellt ist, besitzt einen Hauptkörper 14 mit einer flachen obe ren Abschlussfläche 16, die Mittel aufweisen kann, wie beispielsweise Gewindebolzen 17, um darauf einen. Dek- kel (nicht dargestellt) zu befestigen, der seinerseits Mittel aufweist, um einen giessfähigen Isolierstoff in flüssigem Zustand unter Druck in die Form einzuspritzen.
,Solche Mittel sind aus der Giesstechnik wohlb@ekannt. Ein der Form der blanken Spule entsprechender Giessraum 18, mit genügend Raum für die Isolation um die Spule, ist als Vertiefung in der oberen Abschlussfläche 16 des Formkörpers 14 ausgebildet.
Am Umfang des Giess raumes 18 kann ein Schlitz 19 für den Durchlass des äusseren Spulenanschlusses 12 und ein ähnlicher Schlitz 21 auf der Innenseite für den inneren Spulenanschluss 13 vorhanden sein.
Die Enden dieser Anschlüsse wer den mit Vorteil blank gehalten für den späteren An schluss in den vorgesehenen elektrischen Kreis. Oder aber diese Anschlüsse können mitumgossen werden, um dann erst beim späteren Anschluss in den elektrischen Kreis wieder abisolieret zu werden.
Um den Aussenumfang und im Boden des Giess raumes 18 sind in einem Abstand voneinander eine Mehrzahl von Stützstiften 23 angeordnet, die sich von dem Giessraum 18 nach aussen erstrecken und dort in Knöpfen 24 oder anderen Griffen enden. Die ,Stifte 23 können eine beliebige Gestalt haben, müssen jedoch zwi schen zwei Endstellungen verschiebbar sein:
einer er sten, in der sie sich in den Giessraum 18 erstrecken, um die blanke Spule darin zu zentrieren und abzu stützen und einer zweheen, in der sie aus dem Giess raum zurückgezogen sind, aber diesen doch noch gegen ein Lecken durch die Durchführungsöffnungen der Stifte abdichten.
Dies kann beispielsweise dadurch erreicht werden, dass man die Stifte mit einem Gewinde vorsieht, das zwischen den zwei Endstellungen schraubbar ist, oder dann dadurch, dass man die Stifte mit einer die eine Endstellung definierenden Feder bewehrt und für die andere Stellung einen Sperrmechanismus vorsieht. Wenn, erwünscht, können auch Heizspulen ;auf herkömmliche Weise in den Formkörper eingebaute werden.
Im beschriebenen Ausführungsbeispiel wird nun die nach Fig. 2 gewickelte Spule in die in Fig. 3 dargestellte Giessform gelegt und darin mittels der Stifte 23 zen triert und festgehalten. Anschliessend wird die Giess- form mit ihrem Deckel verschlossen und Isolierstoff in zähflüssigem Zustand wird unter Druck in den Giess raum eingespritzt, wie dies in der Giessereibechnik üblich ist.
Der Isolierstoff an sich kann ein beliebiger aus einer Anzahl im Handel erhältlicher sein, solange er ein solcher ist, der nach dem Aushärten oder Vulkanisieren einen festen Elastomer bildet. Geeignete Stoffe wie beispiels weise handelsübliche Silikongummimischungen sind wohlbekannt und ihre Eigenschaften sind in im Handel erhältlicher Literatur niedergelegt. Damit dürfte sich an dieser Stelle eine eingehende Beschreibung dieser Iso lierstoffe erübrigen.
Sobald der Giessraum aufgefüllt ist, werden die Stifte aus ihrer innersten Stellung zurückgezogen und zusätz licher Isolierstoff wird eingespritzt, um den zuvor von den Stiften eingenommenen Raum auszufüllen.
Anschlie ssend wird die Giessform unter den erforderlichen Tem peratur- und Druckbedingungen erwärmt, um den Iso- lierstbff auszuhärten oder zu vulkanisieren und schliess- lich wird die umgossene, eingekapselte Spule aus der Giessform entfernt.
Nach der Entfernung aus der Giessform besitzt die Spule etwa die in Fig. 4 dargestellte Gestalt, wobei sie nun als eine einzige die Spule umgebende Isolierstoff- masse 26 erscheint, aus der die beiden Anschlüsse 12 und 13 hervortreten.
Anschliessend wird die Spule auf die z. B. in Fig. 1 dargestellte Gestalt geweitet und verbogen. Infolge der Elastizität der elastomeren Isolation und der homogenen Art des Gefüges, die durch das Umgiessen der Spule bedingt ist, lässt sich das Ausweiten und Verbiegen oder Verformen der Spule ohne Rissgefahr oder ohne ander weitige Gefährdung der dielektrischen Festigkeit der Iso- lätion durchführen.
Bei Verwendung von Silikongummi ist oft eine Nachhärtung wünschenswert, z. B. wurde eine Nacherwärmung auf 200 C während 6 Stunden dazu benützt, um einen Optimalwert an mechanischen und elektrischen Eigenschaften zu erzielen.