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PATENTANSPRÜC H E
1. Mit Eisen in Eingriff tretender Nutenkeil zur Anordnung in den Zähnen von Wicklungsnuten einer dynamoelektrischen Maschine, dadurch gekennzeichnet, dass der Nutenkeil (6) einen Glasfaserkern (20) aufweist, der mit einem gehärteten wärmehärtbaren Harz imprägniert ist und auf mindestens zwei Seiten (8, 21) mit einer umkleidenden Schicht bedeckt ist, die aus einer Matte aus aromatischen Polyamidfasern besteht, die mit einem gehärteten wärmehärtbaren Harz imprägniert ist.
2. Nutenkeil nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Keil (6) eine interlaminare Scherfestigkeit von mehr als etwa 446 kg/cm Länge bei 1000 C hat.
3. Nutenkeil nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass der Glasfaserkern (20) in Spiralform (32) vorliegt und dass die umkleidende Schicht (31) die mit dem Eisen in Eingriff tretenden Seiten (26, 27) des Keiles (6) bedeckt.
4. Nutenkeil nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass die umkleidende Schicht (31) eine einzige Schicht in nichtgewebter Form darstellt und dass das Dickenverhältnis von Glasfaserkern zu umkleidender Schicht von 10:1 bis 100:1 reicht.
5. Nutenkeil nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass der Glasfaserkern (20) eine Dicke von 5,08 bis 12,7 mm hat und mit 40 bis 60 Gew.-% gehärtetem Epoxyharz oder gehärtetem Phenolharz imprägniert ist.
6. Nutenkeil nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass die umkleidende Schicht (31) eine Dicke von 0,127 bis 0,635 mm hat und mit einem gehärteten Epoxyharz oder einem gehärteten Phenolharz imprägniert ist und dass das aromatische Polyamid im wesentlichen aus einem Poly-(phenylenphthalamid) mit 95- bis 100%der Elastizität in Bezug auf Kompaktierung besteht.
7. Nutenkeil nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass die umkleidende Schicht (31) im wesentlichen aus einem Polyphenylenphthalamid mit einer Zugfestigkeit von mehr als 17 600 kg/cm2 besteht.
8. Nutenkeil nach Anspruch 6 oder 7, dadurch gekennzeichnet, dass das aromatische Polyamid im wesentlichen aus Poly-(1,4-phenylenterephthalamid) besteht.
9. Nutenkeil nach einem der Ansprüche 5 bis 8, dadurch gekennzeichnet, dass das Harzimprägnierungsmittel für den Kern ein Epoxyharz ist und dass das Harzimprägnierungsmittel für die umkleidende Schicht ein Phenolharz ist.
10. Dynamoelektrische Maschine mit einem Stator, dadurch gekennzeichnet, dass der Stator zahlreiche Wicklungsnuten mit einer Vielzahl von Nutenkeilen nach einem der Ansprüche 1 bis 9 ausweist.
Die Erfindung betrifft Nutenkeile für dynamoelektrische Maschinen.
Nutenkeile sind Streifen aus elektrisch isolierendem Material, die dazu dienen, Leiter in den Wicklungsnuten des Stators von dynamoelektrischen Maschinen wie Generatoren und Motoren festzuhalten. Bekannte Nutenkeilstrukturen enthielten mit Phenolharz imprägnierte, flache, aus Kraftpapier bestehende Blattlaminate. Jedoch trat bei Temperaturen in der Grössenordnung von 100"C nach mehrjähriger Benutzung in grossen Generatoren und Motoren eine gewisse Schrumpfung in den Kraftpapierlaminaten auf. Ausserdem besitzen die phenolgetränkten Kraftpapierkeile schlechte interlaminare Scherungslängen und führten zu Abrieb auf den inneren oberflächlichen Kanten der Eisenstatorzähne während des Eintreibens des Keils.
Phenolhaltige Asbestnutenkeile wurden in weitem Umfange verwendet, da sie gute Stabilität und gute Schmiereigenschaften besitzen, jedoch wird in neuerer Zeit die Verwendung von Asbest als potentiell gesundheitsschädlich angesehen.
Die US-Patentschrift 3437 858 offenbart den Versuch, die Schrumpfungs- und Scherfestigkeitsprobleme dadurch zu verringern, dass ein mit Polyesterharz imprägnierter, aus parallelen Glasfasern bestehender extrudierter Nutenkeil geschaffen wird, dessen Kern niedrige Scherfestigkeit aufweist. Diese Struktur umfasst an jedem Ende eine aus Metall oder Glasfaser bestehende Röhre, Stange, Band oder Kordel, die jeweils eine sehr hohe Scherfestigkeit besass. Somit trat die höchste Scherfestigkeit an dem Teil des Keiles auf, der die innere Oberfläche des Statorzahnes berührte. Dieser Keil wurde mit einem 0,13 bis 0,76 mm dicken Band aus gewickeltem Glasfasergewebe verkleidet, das eine hohe transversale Bindungsfestigkeit lieferte, und dadurch während des Einschiebens des Keils einen höheren Einschiebpressdruck erlaubte.
Die Bandabdeckung erhöhte auch die Scherfestigkeit des Keils, da die Hälfte der Glasfasern transversal zu den Nutenkeilkernfasern lagen. Derartige Keile sind jedoch weiterhin abschleifend bezüglich der inneren Oberflächenkanten der Eisenstatorzähne, wenn der Keil eingetrieben wird.
Die US-Patentschrift 37 35 169 offenbart Mehrfachschichten aus Kaptonpolyimidfolie oder Nomex-(poly-l,3-phenyl- enisophthalamid)-polyamid, hochdichtem, faserigem Blattmaterial, das mittels Kleber zur Bildung flacher zusammengesetzter Werkstficke zusammenlaminiert ist. Diese Schichten mit aufgebrachtem Kleber wurden in eine Klemmeinrichtung gebracht und dann laminiert, um den Kleber auszuhärten. Sie bildeten dann feste Kunststoffkeile, die auch bei hoher Temperatur dimensionsmässig stabil waren und die gewünschte kanalförmige Nutenkeilkonfiguration besassen, ohne dass ein stützender Kern benutzt wurde. Eine derartige Konstruktion verlässt sich jedoch zur Erlangung von Steifigkeit auf die dünne Klebschicht und würde Keile liefern, die immer noch erhebliche Leiterverschiebung und Leitervibration erlauben würde.
Diese Art von Keil wäre für kleine Anlagen praktikabel, bei denen die Spulenkräfte etwa 180 g/cm Nutenlänge betragen würde, nicht jedoch für grosse dynamoelektrische Maschinen, bei denen die Spulenkräfte etwa 1,8 kg/cm Nutenlänge erreichen.
Benötigt wird ein starker Keil, der in der Lage ist, eine Leiterverschiebung sowie Leitervibrationen zu verhindern und Scherungsbeanspruchungen, Schrumpfung sowie Biegung, die durch den Druck des verkeilten Leiters und durch die Hitze verursacht werden, zu widerstehen. Der Keil sollte, was sehr wichtig ist, auch eine kompressible mit dem Eisen in Eingriff tretende Oberfläche von erheblicher Nachgiebigkeit und Schmierfähigkeit besitzen, so dass die inneren Oberflächenkanten der laminierten Statorzähne während des Eintreibens des Keils nicht abgeschliffen werden.
Aufgabe der Erfindung ist die Schaffung eines derartigen Nutenkeils.
Die Aufgabe wird gemäss dem Merkmalen des Hauptanspruchs gelöst.
Die Erfindung besteht also aus einem mit dem Eisen in Eingriff tretenden Nutenkeil, der so ausgeführt ist, dass er in die Zähne von Wicklungsnuten einer dynamoelektrischen Maschine eingebracht werden kann. Der Nutenkeil ist dadurch charakterisiert, dass er aus diesem Glasfaserkern besteht, der mit einem wärmeausgehärteten Harz imprägniert ist und der auf zumindest zwei Seiten mit einer Umkleidungsschicht gedeckt ist, die aus einer Matte aus aromatischen Polyamidfasern besteht, welche mit einem wärmeausgehärteten Harz imprägniert ist. Die mit wärmeausgehärtetem Harz imprägnierte aromatische Polyamidoberfläche liefert auf zumindest den zwei Hauptberührungsseiten des Zahns aus sergewöhnlich gute Schmierfähigkeit, Nachgiebigkeit, Zugfestigkeit und thermische Stabilität.
Auch ergibt sich die Fähigkeit zur Nutung während der Keileinführung, statt dass die Kanten des Statorzahns abgerieben werden.
Das aromatische Polyamid liegt vorzugsweise in Mattenform vor, mit einer Dicke von 0,13 bis 0,64 mm und bildet eine zu 70 bis 95% poröse Matrix für das wärmeaushärtbare Harz. Die Matte ist zu 60 bis 80 Gew.-% mit einem thermisch ausgehärteten Harz imprägniert. Der Glasgewebekern besitzt eine Dicke von etwa 5,1 bis 12,7 mm und ist zu 40 bis 60 Gew.-% mit einem wärmeausgehärtetem Harz imprägniert.
Diese Kombination liefert aussergewöhnliche interlaminare Scherfestigkeiten von über 446 kg/cm bei einer Temperatur von 100"C
Die mit Harz imprägnierte aromatische Polyamidfilzmatte wird in eine geeignete Giessform angeordnet und das mit Harz imprägnierte Glasgewebe darüber angeordnet. Dann werden dampferhitzte Druckplatten verwendet, um die Harze auszuhärten und die zwei Schichten miteinander zu laminieren, ohne dass ein Kleber verwendet wird, so dass sich ein einstückiges, konsolidiertes Werkstück ergibt.
Die organische Aramidfasermatrix, die mit wärmeausgehärtetem Harz imprägniert ist, liefert eine nachgiebige Oberflächenschicht, die die inneren Oberflächenkanten des Statoreisens während des Verkeilungsvorganges schützt und die Verwendung eines Glaskernmaterials hoher Festigkeit ermöglicht, das bisher als zu abreibend sich erwiesen hat, wenn es alleine verwendet wurde. Das Wicklungsversteifungssystem gemäss der vorliegenden Erfindung steuert die Statorkräfte sowohl im eingeschwungenen Dauerbetrieb wie auch unter Kurzschlussbedingungen. Das System ist besonders nützlich für Anwendungen bei den Statoren von grossen Generatoren.
Die Erfindung wird nachfolgend anhand eines Ausführungsbeispiels näher erläutert, das in den Zeichnungen dargestellt ist.
Es zeigt:
Fig. 1 in einer Querschnittsdarstellung eine Statorbauart für eine dynamoelektrische Maschine, wobei der Zahn einer Wicklungsnut und des darin eingeschobenen Nutenkeile gezeigt wird;
Fig. 2 eine Querschnittsansicht einer Ausführungsform des erfindungsgemässen Nutenkeils, wobei Einzelheiten der Kern- und Wicklungsanordnung wiedergegeben sind;
Fig. 3A ein Verfahren zur Herstellung des Laminataufbaus für den erfindungsgemässen Nutenkeil;
Fig. 3B die in zwei Giessräumen geformten Nutenkeile; und
Fig. 4 ein Testgerät zur Ermittlung des Eisenabriebs bei dem Beispiel.
In Fig. list ein Metallteil einer dynamoelektrischen Maschine, wie ein Stator 1, dargestellt, das herkömmliche Konstruktion besitzt und aus Spulenschlitzen oder -nuten 2 besteht, die eine Spulenleiterwicklung 3 enthalten, die auch Kühlleitungen enthalten können. Jede Spule ist an der Oberseite und am Boden mittels phenolharzimprägnierten Kraftpapier oder anderen geeigneten trennenden Schichtmaterialien 4 gebunden und von einer Isolation 5 umgeben, wie dem Durchschnittsfachmann wohlbekannt. Die Isolation 5 umfasst im allgemeinen eine gegenüber Feuchtigkeit widerstandsfähige elatische Kombination aus einem wärmehärtenden Harz und Glimmerflocken. Der Nutenkeil 6 ist eine Spanneinrichtung für die Spulenwicklungen und zwischen den oberen Leiterwicklungen und dem laminierten Eisenstatorzahn 7 gemäss der Darstellung angeordnet.
Der Nutenkeil ist zwischen den Zähnen des Spulenschlitzes eingeführt und berührt die inneren Kantenflächen 8 der Statorzähne 7. Die innere Oberfläche der Zähne stellt eine Nut in dem laminierten Statoreisenbauteil dar und kann verschiedenartige Konfiguration besitzen, wie bei 8 bzw. 9 dargestellt ist.
Jeder Stator einer grossen dynamoelektrischen Maschine umfasst eine Vielzahl von Kernstanzteilen aus Siliziumstahl geringen Verlustes. Beispielsweise kann ein grosser Generatorstator einen Durchmesser von 3 m und eine Länge von 6 m aufweisen. Der Stator kann bis zu 30 getrennte Stanzteile pro 2,5 cm Länge besitzen. Jedes Laminat wird vor dem Stanzen mit einer hochtemperaturfesten anorganischen Isolierung beschichtet, wie beispielsweise mit einer natriumsilikatartigen oder einer phosphatartigen Isolierung. Das Laminat wird dann gestanzt, entgratet und erneut beschichtet.
Die gestanzten Laminate, die den Querschnitt der Statorspule aufweisen, werden dann auf Aufbaubolzen aufgestapelt und durch isoliert hindurchgeführte Bolzen und nichtmagnetische Fingerplatten fest miteinander verklemmt, um einen Statorkörper zu bilden, der Spulenschlitze und Statorzähne besitzt. Die Isolation zwischen jedem laminierten Stanzteil hilft dabei, Stromverluste bei den Betriebstemperaturen entlang der äusseren Oberfläche des Stators zu verhindern.
Wegen der Anzahl der einzelnen Laminate ist es unmöglich, die Zahnabschnitte genauer als mit einer Toleranz von +0,25 mm auszurichten. Daher werden viele der Zahnkantenlaminate hervorstehen und während der Einführung des Nutenkeils Biegung oder Scherung durch den Nutenkeil ausgesetzt sein.
Wenn die Zahnkantenlaminate gebogen oder geschwert werden, können sie einander berühren, was zu elektrischen Kurzschlüssen führt und den Zweck der Isolation zwischen den einzelnen Laminaten vereitelt. Es ist daher wichtig, dass das Äussere des Nutenkeils erhebliche Schmiereigenschaften aufweist und von einer Konstruktion ist, die ein Kratzen der Statorzahnlaminate ermöglicht, ohne dass die Laminate umgebogen werden, während gleichzeitig die strukturelle Integrität aufrechterhalten wird.
Nachdem die isolierten Leitungswicklungen und die Separatoren in den Spulennuten an Ort und Stelle geschoben sind, wird eine Vielzahl von Nutenkeilen 6 mittels eines geeigneten Antriebsmechanismus wie Block und Hammer an Ort und Stelle getrieben. Zwischen der das Eisen in Eingriff nehmenden äusseren Oberfläche des Nutenkeils und den laminierten Eisenstanzteilen des Stators tritt an den Zahnkantenkontaktpunkten 8 auf der Seite und auf dem Boden des Nutenkeils ein Reibkontakt auf. Im allgemeinen besitzt die Nutenkeilanordnung eine Länge, die gleich der des Wicklungsschlitzes ist, und besteht gewöhnlich aus einer Vielzahl von Keilen mit einer Länge von ungefähr 15 cm. Ein Stator mit einer Länge von 6 m würde also 40 Keile pro Nut oder Schlitz enthalten.
Die Nutenkeile gemäss der vorliegenden Erfindung lassen sich leicht zu verschiedenen Konfigurationen formen und sind leicht bearbeitbar.
Wie aus Fig. 2 hervorgeht, besitzt Nutenkeil 6 einen Glasfaserkern 20, wie beispielsweise Glasgewebe oder Glastuch.
Der Glasfaserkern kann in bearbeiteter Blattform vorliegen, vorzuziehen ist jedoch eine spiralartige, d.h. gewundene oder gewickelte Form, wie dargestellt. Ein gewickelter Kern ist besonders nützlich, da dadurch die interlaminare Scherfestigkeit des Kerns um 10 bis 20% erhöht wird. Daher kann das Äussere den Kanten 21 eines gewickelten Kern einer grösseren Auswärtskraft der in den Spulenschlitzen gehaltenen Spulen widerstehen. Der Nutenkeilkern ist mit einem wärmeausgehärteten Harz imprägniert, wie beispielsweise mit einem Phenolharz oder einem Epoxyharz, wobei beide Harze allgemein bekannt sind. Diese Harze können verschiedene bekannten Aushärtemittel, Beschleuniger und Inhibitoren enthalten.
Das in dem Kern verwendete Glastuch wird eine Dicke von etwa 0,076 bis 0,25 mm besitzen. Nach dem Übereinanderlegen oder Aufwickeln und nach dem Aushärten in der Form liefert das Glastuch einen Kern mit einer Dicke, die von 5,1 bis 12,7 mm reicht. Es wird zu 40 bis 60 Gew.-% mit einem wärmeaushärtbaren Harz getränkt, wobei die Gewichtsprozente bezogen sind auf das Gewicht von Harz plus Glastuch.
Eine Dicke von weniger als 5,1 mm und eine Harzbeladung unterhalb von 40 Gew.-% könnten zu Hohlräumen führen, die die Kernfestigkeit erheblich beeinträchtigen würden.
Der Glasfaserkern ist an zumindest zwei Seiten mit einer aus aromatischem Polyamid bestehenden Matte bedeckt, das ist eine Filzbekleidung, die eine zumindest 70%ig poröse Struktur aufweist, im allgemeinen aber eine Porosität von 70 bis 95% vor der Harzimprägnierung besitzt. Diese niedrige Dichte ermöglicht eine sehr hohe Harzbeladung innerhalb einer zähen Aramidmatrix, die aussergewöhnliche Zugfestigkeitseigenschaften besitzt. Die Abdeckung ist zumindest auf die Seitenfläche 21 des Kern integral auflaminiert und aufgebunden, die den Zähnen gegenüberliegen und das Eisen in Eingriff nehmen, während die obere Oberfläche 22 und der das Eisen in Eingriff nehmende Kantenteil der Bodenfläche bei 23 zur Erleichterung der Aufbringung ebenfalls beschichtet sind.
Dies liefert einen Nutenkeil mit einer oberen Oberfläche 24, einer zur Wicklung weisenden Bodenfläche 25, den das Eisen in Eingriff nehmenden Kanten 26, durch die die Zähne des Stators berühren werden, sowie den zwei primären, Eisen in Eingriff nehmenden Zahnberührungsseiten 27.
Diese Abdeckung muss aus einer harzimprägnierten aromatischen Polyamidmatte bestehen. Viele andere Materialien, wie aromatische Polyimide sind schwierig an der Glaskernoberfläche anzubinden. Die Abdeckung darf nicht in Folienform vorliegen, da diese Art von Abdeckung die Neigung besitzt, sich während des Verkeilens von dem Glaskern abzuscheren. Die aromatische Polyamidmatte besteht vorzugsweise aus einer einzigen Schicht in nichtgewebter Form mit einer Dicke von 0,13 bis 0,64 mm nach dem Formen. Die Matte liefert eine Matrix mit einer theoretischen Dichte von 5 bis 30 Vol.-%, d.h. mit einer Porosität von 70 bis 95%, die mit 60 bis 80 Gew.-% wärmeaushärtbarem Harz imprägniert wird, wobei die Gewichtsprozentangabe auf dem Gewicht von Harz plus Matte beruhrt.
Das wärmeaushärtbare Harz kann beispielsweise ein Phenolharz oder ein Epoxyharz sein, das eine Vielzahl von bekannten Aushärtemitteln enthalten kann, wie auch Beschleuniger und Inhibitoren.
Dicken der geformten Polyamidharzmatte unterhalb von 0,13 mm reichen nicht aus, um eine Flächenkompression zu ermöglichen und den rauhen Zahnkantenoberflächen zu erlauben, den Keil zu schneiden und zu kratzen, während der Keil eingetrieben wird. Dicken unterhalb von 0,13 mm reduzieren die Nachgiebigkeit der Stirnfläche und können zu einem Bruch oder zu einem Reissen der Matte führen, wodurch die Eisenzahnlaminate mit dem abreibenden Glastuchkern in Berührung kommen. Eine Harzbeladung unterhalb von 60 Gew.-% verschlechtern ernsthaft die Adhäsion der Abdeckung an dem Kern, da einiges von dem in der Abdeckung benutzten Harz während der Hochdrucklamination in den Kern einsickert, wobei die Hochdrucklamination die aussergewöhnliche Bindung der zwei Komponenten des Laminats ohne die Verwendung von Klebern liefert.
Weniger als 60 Gew.-% Harz würde auch die Schmiereigenschaften der Abdeckung sowie die Fähigkeit verringern, das mechanische Kratzen und Einschneiden der Zahnstanzteile aufzunehmen.
Ein vollständig aus aromatischem Polyamid bestehender Nutenkeil ist für grosse dynamoelektrische Maschinen wegen des übermässigen Kriechens und Schrumpfens bei den Betriebstemperaturen nicht geeignet. Das vorzugsweise Dikkenverhältnis von imprägnierter Glasfaserkernschicht zu imprägnierter aromatischer Polyamidstirnschicht liegt zwischen 10:1 und 100:1. Ein Verhältnis von weniger als 10:1 führt zu Schrumpfungsproblemen. Ein Verhältnis von höher als 100:1, d.h. eine sehr dünne abdeckende Schicht, würde zu möglichen Abriebproblemen führen.
Aromatische Polyamide in Form von Garn, Papier, Matte und Faser sind dem Fachmann bekannt, die aromatischen Polyamide umfassen aromatische Ringe, die durch Karbonamidkettenglieder gemäss der nachstehenden Formel verbunden sind:
EMI3.1
Derartige aromatische Nylonmaterialien besitzen einen weiten Bereich von chemischen und physikalischen Eigenschaften und weisen ausgezeichnete thermische Stabilität auf.
Sie können dadurch hergestellt werden, dass ein aromatisches Diamin mit einem aromatischen Diacidchlorid in einem wässrigen System reagiert wird. Eine vollständige Beschreibung ihrer Eigenschaften und ihrer Synthese findet sich beispielsweise in den US-Patentschriften 36 71 542 und 32 40 760. Diese Aramide werden erfindungsgemäss in der Form von Fasermatten mit hohem Molekulargewicht verwendet. Diese Fasermatten bestehen im wesentlichen aus runden Faserstücken mit einem ungefähren durchschnittlichen Durchmesser von 0,0025 bis 0,02 mm. Die Matte kann auch faserige Binderteilchen enthalten. Die Matte hat in Bezug auf Kompaktierung eine Elastizität von 90 bis 100%, d.h. dass sie Schlag- bzw. Stossbeanspruchung leicht absorbiert und ihn ihre ursprüngliche Form zurückkehrt. Eine derartige Elastizität wird selbst dann in einem hohen Ausmass erhalten, wenn die Matte mit Harz beladen wird.
Das am meisten vorzuziehende aromatische Polyamid ist ein Poly-(phenylenphthalamid) mit einer Zugfestigkeit von mehr als etwa 6300 kg/cm2 und vorzugsweise von mehr als 17 600 kg/cm2, und einem Streckmodul von über 0,14 x 106 vorzugsweise mehr als 0,7 x 106 kg/cm2. Ein Beispiel für ein Material dieser Art umfasst im wesentlichen wiederkehrende Einheiten von Poly-( 1 ,4-phenylenterephthalamid):
EMI3.2
beschrieben als Kevlar von Gan et altera in Band 19 des Journal Of Applied Polymer Science, Seiten 69-82 (1975).
Diese Zugfestigkeitseigenschaften liefern eine ausreichend gute Anpassung an das Glas in dem Kern, das eine Zugfestigkeit von ungefähr 14000 bis 28 000 kg/cm2 und einen Zugfestigkeitsmodul von etwa 0,7 x 106 kg/cm2 aufweist.
Durch enge Anpassung der Werte der zwei Komponenten der laminierten Zusammensetzung verringert sich die Gefahr der Delaminierung unter dem Druck der Spule und bei den Temperaturen, die bei grossen dynamoelektrischen Maschinen auftreten, wobei die Druckwerte von 13,5 bis 27 kg/cm Nutkeillänge und die Temperaturwerte von 75 bis 125"C reichen können. Auch braucht kein Kleber verwendet zu werden, um das Aramid und das Glas miteinander zu verbinden.
Die aromatischen Polyamide, wenn sie in poröser Mattenform vorlieben, liefern eine Matrix für das wärmeaushärtbare Harz mit einer Dichte von 5 bis 30 Vol.-%. Die imprägnierte, ausgehärtete Matte ist nachgiebig, flexibel und besitzt Schmiereigenschaften, wodurch kratzender Kontakt mit rauhen Oberflächen absorbiert wird.
Fig. 3(B) zeigt das aromatische Polyamidfilz 31, das mit Harz imprägniert ist und eine Wicklung aus imprägniertem Glasgewebe 32.
Sie sind in eine Form 35 mit zugehörigen Dampfmustern 36 angeordnet, wie in Fig. 3(A) dargestellt.
Die Erfindung sei nun anhand des folgenden Beispiels noch näher erläutert: Beispiel
Zahlreiche, mit harzimprägnierten aromatischen Polyamidglasumkleidungen versehene Nutenkeile wurden hergestellt. Ein Glasgewebestreifen des Typs Nr. 7628 mit einer Breite von 60 mm und einer Dicke von 0,25 mm wurde mit einer Acetonlösung eines Bisphenol-A-Epoxyharzes getränkt, dessen Epoxyäquivalentgewicht 450 bis 550 betrug (wird von der Firma Shell Chemical Corporation als Epon 1001 vertrieben), wurde unter Verwendung von trimellitischem Anhydrid als ein Katalysator imprägniert. Dieser imprägnierte Streifen wurde durch einen Behandlungsturm mit einer Temperatur von 140"C hindurchgeführt, um das Acetonlösungsmittel zu verdampfen.
Dadurch ergab sich ein B-stufiger nichtklebriger Streifen mit einer Harzbeladung von etwa 50 bis 55 Gew.-%, welcher Streifen auf eine Länge von 150 cm geschnitten wurde.
Ein zu 75% poröser, d.h. 25 vol.-%ig dichter Streifen aus nichtgewebter, gefilzter Matte aus hochmolekularem aromatischen Polyamid mit einem Gewicht von 237 g/m2, einer Zugfestigkeit von etwa 21 000 bis 23 000 kg/cm2 und einer ungefähr 95%igen Nachgiebigkeit (angeblich bestehend hauptsächlich aus Poly- 1 ,4-phenylenterephthalamid, kommerziell vertrieben unter der Bezeichnung Kevlar 29 von E.l.
DuPont De Nemours & Co.) mit einer Breite von 90 cm und einer Dicke von 3,18 mm wurde mit einer Methanollösung eines Phenolformaldehydharzes imprägniert. Dieser imprägnierte Streifen wurde durch einen Behandlungsturm bei etwa 140"C hindurchgeführt, um das Lösungsmittel zu verdampfen. Dies härtete das Harz in dem Streifen teilweise aus und lieferte eine trockene Vorimprägnierung, wobei etwa 70 bis 75 Gew.-% des Phenolharzes in einer 25 vol.-%igen Aramidmatrix sich befanden. Der Streifen wurde dann in Längsstücke von 150 mm zerschnitten.
Der Epoxyglasstreifen wurde zu einer 20 Schichten dicken Röhre aufgerollt und auf dem Phenol-Kevlar-Abdeckstreifen aufgelegt, wie in Fig. 3(B) der Zeichnungen dargestellt. Die Phenolglasröhre wurde flachgepresst und die Enden der Phenol-Kevlar-Streifen über der abgeflachten Röhrenoberseite herumgebogen. Es wurden keine Klebmittel verwendet. Diese Anordnung wurde in eine Form gegeben, wie in Fig. 3(A) dargestellt, und dann zwischen Heissdruckplatten bei einer Temperatur von 155 C eine halbe Stunde lang mit einem Druck von 700 kg/cm2 gepresst. Daraufhin liess man das zusammengesetzte Teil abkühlen und entfernte es, wodurch sich ein konsolidierter, gebundener, laminierter Nutenkeil ergab.
Das geformte zusammengesetzte Stück besass eine nachgiebige, schmierdende, aromatische Polyamidstirnfläche an der kurzen Stirnseite auf den zwei die Zähne berührenden Kantenseiten und auf den Kanten der Bodenseite, wie in Fig. 2 der Zeichnungen wiedergegeben. Die aromatische Polyamidabdeckung wurde bis zu einer Dicke von etwa 0,38 mm komprimiert und die aromatische Polyamidmatrix mit etwa 70 Gew.-% Harz geladen. Der Glastuchkern war etwa 9 mm dick und mit etwa 50 Gew.-% Harz geladen. Es ergab sich eine ausgezeichnete Bindung zwischen den beiden klebemittelfreien Schichten.
Es wurden Versuche an dieser Zusammensetzung unternommen, um die Festigkeit und Stabilität zu untersuchen.
Der Keil wurde mit der Stirnfläche nach unten in einer hohlen Stahltestanordnung angeordnet, welche eine simulierte Statoroberfläche besass. Hier ruhten die abgeschrägten Seitenkanten auf Stahl in der Anordnung und ein Stahldruckstab, der den Leiterwicklungsdruck in einem Stator simulierte, wurde gegen den Spulenstützrücken des Nutenkeiles gepresst. Eine 30tonnige Amsler-Universal-Testmaschine wurde in Verbindung mit einer Baldwin-Mikroformereinheit verwendet, um die Auslenkung zu messen. Die Testanordnung wurde in einem Ofen betrieben, wobei ein Thermometer an der Probe angebracht war. Die interlaminare Keilscherfestigkeit bei 100"C ergab sich zu 626 kg/cm Nutenkeillänge.
Dies liegt mehr als 230% oberhalb der üblichen Pressung von 13,4 bis 26,8 kg/cm Spulenlänge, die in den meisten grossen dynamoelektrischen Maschinen auftritt, wie auch weit oberhalb des Wertes von 268 kg/cm pro Länge, welcher Wert typisch für Nutenkeile aus phenolharzimprägnierten Kraftpapierlagen ist.
Ein ähnlicher Nutenkeil wurde bei 100 C und einem Druck von 10,5 kg/cm2 48 Stunden lang untersucht. Dieser Test simulierte die tatsächlichen Betriebsbedingungen einer dynamoelektrischen Maschine. Die prozentuale Dickenschrumpfung sowie die prozentuale Verbiegung des Nutenkeils nach seiner Entfernung war nicht messbar. Dies stellt eine dramatische Verbesserung gegenüber der 2- bis 4%igen Schrumpfung von Nutenkeilen aus mit Phenolharz imprägnierten Kraftpapierlagen dar, sowie der 5%igen Schrumpfung von vollständig aus Kevlar bestehenden Keilen, die mit Phenolharz imprägniert sind. Die beoachtete Schrumpfung von Kevlar macht die Verwendung in Verbindung mit einem Glaskern notwendig, damit dieser Keil bei grossen dynamoelektrischen Maschinen verwendbar wird.
Abriebuntersuchungen wurden dann durchgeführt, wobei ein bearbeiteter, massiver Aramidnutenkeil sowie eine Testapparatur verwendet wurde, die in der Fig. 4 der Zeichnungen dargestellt ist. Die Testanordnung 40 umfasste einen 127 mm langen Stapel aus laminierten Stanzblechen, wobei jedes von dem anderen durch eine phosphatartige Isolation isoliert war. Es gab 30 Stanzbleche pro 2,5 cm Länge der Messanordnung. Der Nutenkeil bestand aus mit Phenolharz imprägnierten Schichten aus aromatischem Polyamid-Kevlar. Der geformte Block war etwa 1 mm dick und 190 mm lang und lieferte eine 25 vol.-%ige aromatische Polyamidmatrix, die mit etwa 75 Gew.-% Phenolharz geladen war. Die Farbe des Keiles war ein fahles Gelb. Der Block wurde bis zu einer Länge von 24,8 mm + 0,38 mm mit einem Radius von 0,79 mm an seinen Enden bearbeitet, wie bei 40 in Fig. 4 dargestellt.
Ein ähnlicher Keil wurde von einem 1 mm dicken geformten Block aus mit Epoxyharz imprägniertem Glastuch gearbeitet.
Beide Keile wurden zu genau passenden Dimessionen bearbeitet. Die Entfernung zwischen dem tiefesten Teil 41 der Zähne 42 der Anordnung betrug 2,5 cm. Bolzen 43 hielten die laminierten Stanzteile der Testanordnung zusammen, wie bei 44 dargestellt.
Der Abriebtest bestand aus einer kurzen, mechanischen Schub/Zug-Bewegung, wobei zwischen dem Keil und dem Eisen eine Kraft von 10,5 kg/cm2 angewendet wurde, welche jeden Keil durch die Stanzteile hindurchbewegte. Es wurden neue Stanzbleche für jede Testanordnung verwendet. Die Untersuchungen wurden bei einer Temperatur von 250C durchgeführt. Dieser Test simulierte sehr eng Bedingungen bei dem tatsächlichen Einführen der Keile in Generatorstatoren. Sowohl der phenolgetränkte aromatische Polyamidkeil wie auch der epoxygetränkte Glastuchkeil wurden durch die Testanordnungen hindurchbewegt, wobei das Eisen über 1000 Zyklen in Eingriff genommen wurde. Es wurden Eisenablagerungen auf den berührenden Oberflächen des aus epoxygetränktem Glastuch bestehenden Keiles gefunden.
Der mit Phenol getränkte aromatische Polyamidkeil schien weniger Einfluss auf die Blechschnitte zu haben und wies keinerlei nennenswerte Eisenablagerungen auf den berührenden Oberflächen auf. Der Keil aus phenolgetränktem aromatischen Polyamid zeigte viel stärkere Abnutzung. Mikroskopbilder, die von den Blechschnitten einer jeden Testanordnung mittels eines Abtastelektronenmikroskops hergestellt wurden, wur den untersucht und die Stanzkanten im Kontakt mit dem phenolgetränkten aromatischen Polyamid zeigten viel geringere Abnutzung als die Stanzkanten, die sich im Kontakt mit dem Keil aus epoxygetränktem Glastuch befanden. Wasserabsorptionsteste wurden gemäss dem US-Standard ASTM D-570 durchgeführt, bei welchem Test Proben 24 Stunden lang in Wasser mit einer Temperatur von 25 "C eingetaucht werden.
Es ergaben sich die sehr guten Werte von 1,10/o Wasserabsorption, bezogen auf das Gewicht für den phenolgetränkten, aromatischen Polyamid und epoxygetränkten Glastuchkeil.
Die Nutenkeile aus mit phenolgetränktem aromatischen Polyamid umkleideten epoxygetränkten Glastuch, die gemäss der obigen Beschreibung hergestellt wurden, wurden in Längen von etwa 15 cm getestet, und zwar als Statorwicklungskeilsystem in den Schlitzen eines Stators eines grossen zweipoligen Dampfturbinengenerators von 20 kV und 669 MW, wobei sich ausserordentlich gute Resultate ergaben. Die Nutenkeile liessen sich leicht in den Nuten eintreiben, besghädigten nicht die Eisenkantenlaminierungen, die sie berührten, wodurch die magnetische Integrität der Statorkernanordnung sichergestellt wurde. Die Nutenkeile hielten auch den Radialdruck auf die Wicklungen aufrecht und hielten die gepressten Wicklungen eng an Ort und Stelle, um so eine Vibration zu verhindern.