Verfahren zur Herstellung eines magnetischen Nutverschlusses für elektrische Maschinen Nach dem Hauptpatent besteht ein magnetischer Nutverschluss an einer elektrischen Maschine aus einer in der Nut gehärteten Mischung von Kunstharz und Eisenpulver.
Ein solcher Nutverschluss wird nach dem Hauptpatent dadurch hergestellt, dass Eisenpulver mit einem mit Härter versetzten flüssigen Kunstharz zu ei ner Masse vermischt wird und die Masse im ungehär- teten Zustand in die freien Räume der mit der Wick lung belegten offenen Nuten so eingebracht wird, dass eine innige Verbindung mit den benachbarten Zahn kopfflanken entsteht.
Solche Nutverschlüsse sind mit besonderem Vorteil für Nuten im Läufer verwendbar, da sie den magne tisch bedingten Rüttelkräften und den Fliehkräften si cher standhalten, so dass kein Lockern und Heraus fallen der Nutverschlüsse mehr eintreten wird. Bei den bei normaler Temperatur pastenförmigen Mischungen kann es jedoch vorkommen, dass die Mischung bei der zum Aushärten notwendigen Temperatur in einen fliessfähigen Zustand gerät und u. U. aus der Nut wie der auslaufen kann, bevor der Aushärtungsprozess be endet ist.
Diese Nachteile sind überraschenderweise durch das erfindungsgemässe Verfahren überwunden oder weit gehend vermieden.
Das erfindungsgemässe Verfahren zur Herstellung eines magnetischen Nutverschlusses für elektrische Ma schinen nach dem Patentanspruch Il des Hauptpaten tes ist dadurch gekennzeichnet, dass einer pastenförmi- gen Mischung von heisshärtendem Epoxydharz und Eisenpulver, die nach dem Einbringen in die Nut in dieser ausgehärtet wird, ein Steifmacher beigemengt wird.
Bei der Auswahl der Steifmacher ist zweckmässig so zu verfahren, dass sich die erforderlichen Eigen schaften der Mischung hinsichtlich ihrer Standfestig keit bei Erhalt einer für die Bearbeitung günstigen Kon sistenz verbessern lassen. Je nach der Art der für die Mischung verwendeten Stoffe ergeben sich dann unter schiedliche Zeiten für die leichte Verarbeitbarkeit der Mischung und unterschiedliche Härtungszeiten sowie unterschiedliche Warmformbeständigkeiten nach Mar- tens.
Für eine pastenförmige, gut verarbeitungsfähige Mischung zum leichten Herstellen eines Nutverschlus- ses muss z. B. auch berücksichtigt werden, dass eine gute magnetische Leitfähigkeit bei möglichst niedriger elektrischer Leitfähigkeit und leichter Verformbarkeit bei ausreichend hoher Standfestigkeit und letztlich auch eine hohe mechanische und thermische Festigkeit gegeben ist. Die gute magnetische Leitfähigkeit hängt dabei von der Art und Menge des in die Mischung eingebrachten magnetisch leitenden Pulvers ab.
Die möglichst geringe elektrische Leitfähigkeit zwecks Ver minderung der Wirbelstomverluste kann im Zusammen wirken mit dem isolierenden Epoxydharz dadurch noch unterstützt werden, dass der Mischung magnetisch leit fähige, elektrisch isolierende anorganische Stoffe in Pul verform beigemengt werden, die die Eisenteilchen von einander trennen.
Bei Verwendung von Ferritpulver mit der allgemeinen Formel MeO-Fe20s oder elek trisch isolierendem Magnetpulver anderer Art allein oder in Verbindung mit hochdispersen anorganischen Füllstoffen oder organischen Steifmachern, insbesonde re in Form von Metallseifen, können diese magnetisch leitfähigen Füllstoffe als elektrische Isolierung der Ei senteilchen als magnetisch leitfähige Substanz und als Steifmacher ausgenutzt werden.
Besonders hohe Permeabilität der ausgehärteten Mischung lässt sich dadurch erreichen, dass die Eisen teilchen z. B. in reduzierender Atmosphäre geglüht und in an sich bekannter Weise mechanisch entspannt wer den. Hierzu kann das Eisenpulver vorzugsweise in ei nem Temperaturbereich von 700 bis 850 in trocke nem Wasserstoff geglüht werden, um anhaftende Oxyde zu reduzieren. Dabei erfolgt auch die mechanische Ent spannung der Eisenteilchen.
Die Brauchbarkeit der beschriebenen Massen für Nutverschlüsse beruht auch darauf, dass sie z. B. nach dem Einbringen in die Nut durch die nachfolgende Behandlung ihr Volumen praktisch nicht verändern, so dass die innige Verzahnung der Mischung mit den Un ebenheiten der Nutwände nach dem Aushärten und auch weiterhin im Betrieb erhalten bleibt.
Die Mischungen nach den folgenden Beispielen enthalten keine physiologisch bedenklichen Bestandteile. <I>Beispiel 1</I> 90,7 g Methylhexahydrophthalsäureanhydrid, 121,2 Gramm eines flüssigen Diepoxydharzes der Basis Bis phenol A (Epoxydäquivalent 190), 36,4 g hochdisperses Siliciumdioxyd und 751,7 g Schwammeisenpulver mit einer Korngrösse von 40 bis 100 ,um ergeben nach 15minütiger inniger Vermischung in einem Kneter eine sehr gut streichfähige Masse,
die auch bei erhöhter Temp--ratur ihre Standfestigkeit beibehält und auf ge neigten Flächen nicht abläuft. Diese Standfestigkeit wird durch das Siliciumdioxyd als Steifmacher bewirkt. Ausser dem Siliciumdioxyd hat hier auch das Eisen pulver noch eine beschleunigende Wirkung auf die Här tung, die bei 130' C etwa 10 Stunden dauert, wonach eine Warmformbeständigkeit nach Martens von 85' C erreicht wird. Durch Tempern der Mischung bei 130 C lässt sich nach 70 Stunden Temperzeit eine Warmform beständigkeit von 140' C erreichen.
Diese Masse hat im ausgehärteten Zustand eine maximale Permeabilität von 6 G/Oe und einen spezifi schen elektrischen Widerstand von etwa 15<B>2.</B> cm so wie einen hohen positiven Temperaturkoeffizienten des elektrischen Widerstandes.
Eine Beschleunigung der Aushärtung lässt sich bei diesem Beispiel durch den sonst üblichen Zusatz von tertiären Aminen, z. B. Benzyldimethylamin, wegen des Siliciumdioxyds nicht erreichen. Wenn eine schnellere Aushärtung erwünscht ist, kann besser eine Mischung nach Beispiel 2 verwendet werden.
<I>Beispiel 2</I> 250 g Epoxydharz nach Beispiel 1, 187g Anhydrid nach Beispiel 1, 1780 g Eisenpulver nach Beispiel 1 und 150 g Aluminiumsilikat (pez. Gew. 1,9-2,0; Schüttgewicht 70-80 g/1) werden 20 Minuten in einem Kneter gut vermischt und dabei eine leicht verstreich bare Masse gleicher magnetischer und elektrischer Ei genschaften wie bei Beispiel 1 erhalten/ Die gute Streichfähigkeit dieser Masse ist auf die Verwendung des Aluminiumsilikats zurückzuführen.
Nach einer Härtezeit von 10 Stunden bei 130 C ergibt sich eine Warmformbeständigkeit von 107 C, die auch durch ein anschliessendes Tempern bei der Temperatur von 130 C nur geringfügig auf 111'C erhöht werden kann. Die Härtung wird durch das bereits erwähnte Aluminiumsilikat beschleunigt, so dass hier im Gegen satz zum Beispiel 1 schon nach 1 Stunde bei 130 C Härtungstemperatur eine solche Festigkeit erreicht wird, dass die Masse nicht mehr eindrückbar ist.
Zur Steuerung der Härtungsbeschleunigung durch Aluminiumsilikat kann ein Teil des Aluminiumsilikats durch einen völlig inerten Stoff, beispielsweise Speck- steinpulver, ersetzt sein, wie dies im Beispiel 3 ge bracht ist.
<I>Beispiel 3</I> 250 g Epoxydharz nach Beispiel 1, 187 g Anhydrid nach Beispiel 1, 1780 g Eisenpulver nach Beispiel 1, 90 g Aluminiumsilikat und 60 g Specksteinpulver wer den 20 Minuten in einem Kneter innig vermischt. Diese Mischung ergibt nach 3 Stunden bei Härtungstempera- tur von 130 C bereits eine völlig ausreichende Festig keit von mindestens 400 kp/cm=. Diese Mischung hat den Vorteil, dass die wesentlich länger verarbeitungs fähig als die Mischung nach Beispiel 2 ist bei glei chen magnetischen und elektrischen Eigenschaften wie bei Beispiel 1.
So muss die Mischung nach Beispiel 2 innerhalb etwa 10 Stunden verarbeitet, d. h. in den Nuten eingebracht werden, wogegen dies bei der Mi schung nach Beispiel 3 noch nach 4 Tagen möglich ist.
Um die nicht immer vorhersehbaren Einflüsse der nicht gleichbleibenden alkalischen Reaktionen des Alu miniumsilikats auf die Härtung auszuschliessen, kann die Verwendung von Calciumsilikat vorteilhaft sein.
<I>Beispiel 4</I> 250 g Epoxydharz nach Beispiel 1, 187 g Anhydrid nach Beispiel 1, 1780 g Eisenpulver nach Beispiel 1 und 150 g Calciumsilikat werden 20 Minuten in einem Kneter gut vermischt. Diese Mischung ist nach 10 Stun den bei 130 C ausgehärtet. Durch die Beimengung von 1,2 g Benzyldimethylamin als Beschleuniger lässt sich die so erhaltene Masse bei 130 in 75 Minuten aushärten. Die magnetischen und elektrischen Eigen schaften sind die gleichen wie bei Beispiel 1.
Anstelle der hochdispersen anorganischen Füllstof fe, wie Siliciumdioxyd, Titandioxyd, Aluminiumsilikat, Calciumsilikat, Specksteinpulver oder elektrisch isolie rendes Magnetpulver aus Eisenoxyd oder aus Ferrit ist es auch möglich, organische Steifmacher zu verwen den. Hierzu eignen sich Metallseifen, wie das folgende Beispiel zeigt.
<I>Beispiel 5</I> 250 g Epoxydharz nach Beispiel 1, 187 g Anhydrid nach Beispiel 1, 2720 g Eisenpulver nach Beispiel 1 und 82 g Zinknaphthenat werden 15 Minuten in einem Kneter innig vermischt, wobei sich eine gut streich fähige Masse ergibt, die nach 10 Stunden bei 130 C ausgehärtet ist. Durch die Verwendung der genannten Metallseife lässt sich ohne Verschlechterung der Ver arbeitungseigenschaften der Mischung der Anteil an Magnetpulver und damit der Permeabilität noch be trächtlich (etwa 10-12 G/02) erhöhen. Wenn z.
B. eine hohe Warmformbeständigkeit erwünscht ist, wird man eine Mischung nach Beispiel 6 nehmen.
<I>Beispiel 6</I> 210 g eines bei Raumtemperatur flüssigen cycloali- phatischen Epoxydharzes (Epoxydäquivalent 170), 180 g Methylhexahydrophtalsäureanhydrid, 1600 g Eisenpul ver nach Beispiel 1, 137 g eines aus gleichen Gewichts teilen bestehenden Gemisches aus Aluminium- und Cal ciumsilikat und 5 g eines Beschleunigers, der aus einer Lösung von Natriumhydroxyd in zwei- und dreiwerti gen Alkoholen besteht, werden in einem Kneter 20 Mi nuten gut vermischt, wodurch sich eine gut verstreich bare Masse hoher Standfestigkeit erreichen lässt,
die nach 10 Stunden bei 130 C ausgehärtet ist und eine Warmformbeständigkeit von 140 C hat. Durch Nach- tempern bei 150 C kann nach 6 Stunden diese Warm formbeständigkeit auf 190 C erhöht werden. Magne tische und elektrische Eigenschaften entsprechen der Masse nach Beispiel 1 bis 4.
Eine in den wesentlichsten Punkten der geforder ten Eigenschaften besonders günstige Mischung, die eine hohe Warmformbeständigkeit und eine überaus grosse Gebrauchsdauer aufweist, ist im Beispiel 7 an gegeben.
<I>Beispiel 7</I> In 138,9 g eines bei Raumtemperatur flüssigen cy- cloaliphatischen Epoxydharzes (Epoxydäquivalent 153) werden unter Erwärmen auf 60 C 11,1 g Bortrifluo- rid-Piperidin-Komplex aufgelöst. Dann werden in diese Harz/Härter-Mischung 70 g Titandioxyd (Schüttgewicht 120 g/1) und 780 g Eisenpulver nach Beispiel 1 einge arbeitet und 15 Minuten in einem Kneter gut durch einander geknetet. Hierbei erhält man eine Masse, die nach 10 Stunden bei 130 C eine Warmformbeständig keit von 140 C hat.
Durch Nachtempern bei 130 C steigt sie nach 72 Stunden auf 170 C an. Diese Mi schung hat eine Gebrauchsdauer von mehreren Wo chen, innerhalb deren sie bei üblicher Lagerung leicht und gut verarbeitet, d. h. in die Nuten eingebracht wer den kann. Durch die Verwendung von Titandioxyd wird die Masse bis zu einem Masse thixotrop, so dass die in die Nuten eingefüllte und noch ungehärtete Mas se durch Rüttelkräfte vorübergehend in einen zähflüs sigen Zustand gebracht werden kann, wodurch sie be sonders gut in die Unebenheiten der Nutwände ein dringt.
Auf diese Weise hat der ausgehärtete Nutver- schluss einen besonders festen Sitz in der Nut.
Ausser den genannten Epoxydharzen lassen sich auch andere Epoxydharze, wie z. B. solche auf der Ba sis von Cyanursäure oder Isocyanursäure, verwenden. Je nach den geforderten Endeigenschaften wird man entsprechende Bindemittel auswählen.
Als Steifmacher können auch Polyamide verwen det werden. Man kann auch die magnetischen Eigen schaften der in Beispielen 1 bis 7 genannten plasti schen Massen durch die Wahl des magnetisch leitfähi gen Pulvers beeinflussen.
<I>Beispiel 8</I> Durch Verwendung eines feinkörnigeren Eisenpul vers lässt sich der Eisengehalt und damit die Permea- bilität beträchtlich erhöhen, wobei allerdings der spe zifische elektrische Widerstand absinkt. In die Harz/ Härter-Mischung nach Beispiel 7 werden 70 g Titan dioxyd und 930 g eines feinkörnigen Schwammeisen pulvers mit einer Teilchengrösse < _ 40,um eingearbei- tet. Es ergibt sich eine Masse mit erhöhtem Eisen gehalt, die ebenso leicht zu verarbeiten ist wie die Masse nach Beispiel 7. Die Maximalpermeabilität wird durch die Erhöhung des Eisengehalts auf etwa 10 er höht.
<I>Beispiel 9</I> Bringt man eine plastische Masse nach den Bei spielen 1 bis 8 unter hohem Druck, beispielsweise 100 kp/cm2, in die Nuten der Maschine ein, so wird ein Teil des Bindemittels ausgetrieben und in die Hohl räume zwischen den Blechen des Blechpakets und die sonstigen in der Nut vorhandenen Hohräume gedrückt. Hierdurch wird die Verzahnung zwischen Nutverschluss und Blechpaket noch inniger und die Permeabilität des Nutverschlusses selbst auf das Zwei- bis Dreifache er höht. Der spezifische elektrische Widerstand sinkt da bei ab.
Eine weitere Verbesserung der mechanischen und magnetischen Eigenschaften der Masse lässt sich da durch erreichen, dass der Knetvorgang unter Vakuum erfolgt. Es hat sich gezeigt, dass dadurch die ausge- härtete Masse eine um mindestens 50% höhere Biege- festigkeit aufweist.