CH683049A5

CH683049A5 - Flächenförmiger Isolierstoffkörper für elektrische Maschinen oder Apparate, insbesondere Nutisolation.

Info

Publication number: CH683049A5
Application number: CH188691A
Authority: CH
Inventors: Armin Piur; Hans-Rudolf Stieger
Original assignee: Micafil Ag
Priority date: 1990-07-27
Filing date: 1991-06-26
Publication date: 1993-12-31
Also published as: DE4023903C1

Description

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Beschreibung

TECHNISCHES GEBIET

Bei der Erfindung wird ausgegangen von einem flächenförmigen Isolierstoffkörper nach dem Oberbegriff von Patentanspruch 1. Solche Isolierstoffkörper werden vorzugsweise als Nutisolation rotierender elektrischer Maschinen der Hoch- und Mittelspannungstechnik verwendet, können aber auch anderweitig in elektrischen Maschinen und Apparate verwendet werden.

STAND DER TECHNIK

Mit dem Oberbegriff nimmt die Erfindung Bezug auf einen Stand der Technik von flächenförmigen Isolierstoffkörpern, wie er etwa in der Patentschrift US-A 3 974 314 beschrieben ist. Der bekannte Isolierstoffkörper kann als Nutisolation mit U- oder L-förmigen Profil ausgebildet sein und weist mehrlagige Isolationsbahnen aus aromatischem Polyamid (Aramid) und Polyheterocyclen auf. Werden solche Isolationen in eine Nut einer rotierenden elektrischen Maschine eingesetzt, so können bei einer durch die geforderten elektrischen Eigenschaften bestimmten Wandstärke der Nutisolation infolge der Verformungen am Radius auf der Aussenseite Beschädigungen auftreten. Dies kann zu einem Versagen der Nutisolation führen.

DARSTELLUNG DER ERFINDUNG

Der Erfindung, wie sie im Patentanspruch 1 definiert ist, liegt die Aufgabe zugrunde, einen insbesondere als Nutisolation ausgebildeten flächenförmigen Isolierstoffkörper zu schaffen, der auch bei starken Verformungen im Bereich des mindestens einen Radius ohne Beschädigungen in eine elektrische Maschine oder einen elektrischen Apparat eingebaut werden kann.

Der Isolierstoffkörper nach der Erfindung zeichnet sich dadurch aus, dass er an selektiv festgelegten Stellen hohe mechanische Festigkeit aufweist und an anderen Stellen beschädigungsfrei nahezu beliebigen Verformungen unterworfen werden kann. Bei Ausbildung als Nutisolation kann der Isolierstoffkörper nach der Erfindung beim Einbau in eine elektrische Maschine daher leicht an beliebige Nutformen mit nahezu beliebig kleinen Krümmungsradien an-gepasst werden. Zugleich ist gewährleistet, dass unerwünschte, das Isoliervermögen der Nutisolation beeinträchtigende Fremdkörper nicht zwischen die einzelnen Lagen der Nutisolation eindringen können, wie dies etwa bei mehrlagigen Nutisolationen mit unverklebten Schenkeln der Fall sein kann. Welligkeiten der Schenkelisolationsbahnen, welche bei mehrlagigen Nutisolationen mit unverklebten Schenkeln auftreten können, entfallen weitgehend.

WEG ZUR AUSFÜHRUNG DER ERFINDUNG

Die Erfindung wird nachfolgend anhand der Zeichnung näher erläutert. Hierbei zeigt:

Fig. 1 eine Aufsicht auf einen quer zu einer Nut geführten Schnitt durch einen als Nutisolation ausgebildeten flächenförmigen Isolierstoffkörper nach der Erfindung,

Fig. 2 eine Aufsicht auf eine bei der Herstellung der Nutisolation gemäss Fig. 1 verwendete und mit Klebemittel beschichtete Isolierstofflage, und

Fig. 3 eine Aufsicht auf einen quer zu einer Nut geführten Schnitt durch einen Teil eines weiteren ebenfalls als Nutisolation ausgeführten Isolierstoffkörpers nach der Erfindung.

In Fig. 1 bezeichnet 1 eine beispielsweise im Rotor eines Hochspannungsgenerators verwendete Nutisolation mit U-förmigem Profil. Diese Nutisolation besteht im wesentlichen aus zwei schichtförmig angeordneten Lagen 2, 3 eines flexiblen Isolierstoffes von typischerweise 0,5 mm Dicke. Als Material des Isolierstoffes wird bevorzugt ein hochtempera-turfestes und insbesondere Fasern und/oder Flok-ken enthaltenden aromatisches Polymer, etwa auf der Basis Polyamid, verwendet. Ein typisches Material ist ein unter der eingetragenen Handelsmarke Nomex® der Fa. Dupont vertriebenes Papier.

Ein die beiden Schenkel des U verbindender Abschnitt 4 ist vergleichsweise starr ausgebildet und dient als mechanisch hochbelastbares, auf dem Grund der nicht dargestellten Rotornut aufsitzendes Teil. Die Steifigkeit und mechanisch hohe Belastbarkeit des Abschnittes 4 wird dadurch erreicht, dass die beiden Isolierstofflagen 2, 3 im Bereich des Abschnitts 4 mittels einer zwischen ihnen befindlichen Haftschicht 5 verbunden sind. Die Haftschicht 5 wird vorzugsweise von einem wärmeausgehärteten oder getrockneten Polymer, etwa auf der Basis Epoxid oder Polyester, gebildet. Zur Verstärkung des den Leiter des Rotors auf dem Nutgrund abstützenden Abschnittes 4 kann - falls erwünscht - zusätzlich eine laminierte Glasfaserplatte vorgesehen sein.

Die Schenkel des U enthalten jeweils einen im wesentlichen vertikal erstreckten Abschnitt 6 bzw. 7 sowie jeweils einen zwischen den Abschnitten 4 und 6 bzw. 4 und 7 in die Isolierstofflagen 2, 3 eingeformten Radius 8 bzw. 9. Zwischen den übereinanderliegenden Teilen der Isolierstofflagen 2, 3 sind im Bereich der Abschnitte 6, 7 plastisch oder elastisch verformbare Haftschichten 10, 11 vorgesehen. Solche Haftschichten sind wie auch die vergleichsweise starre Haftschicht 5 typischerweise ca. 50 um dick und können aus einem warmhärtenden oder getrockneten, polymeren, vorzugsweise wärmebeständigen, Klebstoff etwa auf der Basis Po-lyacrylat, hergestellt werden. Ein typisches Material für die Haftschichten 10 und 11 ist beispielsweise ein gummiartig verformbarer, acrylathaltiger Kleber. Die Haftschicht 11 ist bis in den Bereich des Radius 9 hinein erstreckt, kann aber auch wie die Haftschicht 10 vor dem Bereich des Radius 8 aufhören. Entsprechendes gilt für die Haftschicht 10, welche bis in den Bereich des Radius 8 hinein erstreckt sein kann.

Auf der freiliegenden, dem Leiter des nicht gezeichneten Rotors zugewandten Oberfläche der Isolierstofflage 3 ist ein Belag 12 aufgebracht. Dieser

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Belag hat die Aufgabe, darunterliegende Fasern und/oder Flocken der Isolierstofflagen 2 und 3 vor Abrieb zu schützen und eine möglichst glatte, faserfreie Oberfläche zu schaffen. Wird zusätzlich auch ein gleichartiger Belag auf der freiliegenden Oberfläche des Isolierstofflage 2 aufgebracht, so wird die Nutisolation 1 zusätzlich vor Feuchtigkeit und Verschmutzung geschützt. Der Belag 12 kann vorzugsweise aus einem Verbundwerkstoff, wie etwa einem polyester- oder epoxidharzgetränkten Vlies auf der Basis Polyester oder Polyamid, hergestellt werden. Ein solcher Belag zeichnet sich durch Kratzfestigkeit, Kriechstromfestigkeit und Abweisung von Feuchtigkeit aus.

Die Nutisolation 1 kann aus einem vorgefertigten Prepreg gepresst werden, kann aber auch in herkömmlicher Weise durch sukzessives Übereinan-derbringen und Pressen der verschiedenen Lagen hergestellt werden.

Die Herstellung des Prepregs kann entsprechend Fig. 2 wie folgt erfolgen: Zunächst wird die Lage 2 mit einer Schicht 13 eines Polymers auf der Basis Polyester oder Epoxid und mit Schichten 14 und 15 auf der Basis eines Acrylatklebers versehen. Die Schichten 14 und 15 können als typischerweise 50 um dicke Beläge aufgebracht werden, indem sie trocken von einer Trägerfolie abgenommen werden. Hierbei ist zu beachten, dass die beschichteten Flächen den getrockneten oder ausgehärteten Haftschichten 5, 10 und 11 entsprechen. Sodann wird die Lage 3 über die Lage 2 geschichtet. Falls erwünscht, kann die freiliegende Fläche der Lage 3 entsprechend der Lage 2 beschichtet und mit einer weiteren Lage Isolierstoff belegt werden. Die oberste Lage des Stapels kann sodann noch mit einem den Belag 12 liefernden Verbundwerkstoff auf der Basis eines harzgetränkten Polyestervlieses versehen werden. Ein solches Prepreg kann entsprechend den erwünschten Abmessungen der Nutisolation 1 zugeschnitten und bei erhöhten Temperaturen in einer Form unter Aushärtung der verwendeten Harze bzw. Klebstoffe verpresst werden.

Es ist auch möglich, nur die Schicht 13 auf die Lage 2 aufzubringen und nach Auflegen der Lage 3 in einer Form bei erhöhter Temperatur zunächst nur die Haftschicht 5 herzustellen. Anschliessend können dann die Haftschichten 10 und 11 und der Verbundwerkstoff aufgetragen und die Nutisolation 1 durch Warmpressen endgültig fertiggestellt werden.

Die Nutisolation 1 weist nach dem Pressen die in Fig. 1 gestrichelt dargestellte Form auf. Beim Einlegen in die nicht dargestellte Rotornut richten sich die Abschnitte 6 und 7 an den Nutflanken auf. Hierbei kann die Nutisolation 1 im Bereich der Radien 8 und 9 nicht beschädigt werden, da die Isolierstofflagen 2 und 3 sich auch bei sehr kleinen Krümmungsradien noch gegeneinander verschieben können. Lediglich im Bereich des Abschnitts 4 sind die Isolierstofflagen 2 und 3 praktisch starr aneinander gekoppelt. Die dort vorgesehene Haftschicht 5 hat eine Bruchdehnung von höchstens einigen Prozent. Hierdurch ist jedoch ein fester Sitz der Nutisolation 1 auf dem Nutboden gewährleistet. Hingegen haben die Haftschichten 10 und 11 Bruchdehnungen von ca. 100%, was auch nach der Aushärtung der

Nutisolation noch starke Biegebeanspruchungen ohne Beschädigung der Isolierstofflagen 2 und 3 ermöglicht. Zusätzliche, etwa durch Abkröpfungen 16 gekennzeichnete, Radien können in einfacher Weise in die mechanisch nur geringfügig belasteten Abschnitte 6, 7 der Nutisolation 1 eingeformt werden. Eine besonders gute nachträgliche Verformbarkeit der Nutisolation 1 im Bereich eines Radius, z.B. 8, wird dadurch erreicht, dass dort die Isolierstofflagen 2 und 3 frei von einer Haftschicht, z.B. 10, sind. Die im anschliessenden Abschnitt, z.B. 6, vorgesehene Haftschicht 10, verhindert dann, dass wie bei nach oben offenen Isolierstofflagen 2 und 3 unerwünschte Fremdkörper zwischen die Isolier-stofflagen 2 und 3 treten können.

Die in Fig. 3 teilweise dargestellte Nutisolation 17 von vorzugsweise U-förmigem Profil enthält zwei schichtförmig angeordnete Lagen 18, 19 eines flexiblen und mechanisch hoch belastbaren Isolierstoffs von typischerweise 0,5 mm Dicke. Geeignetes Material ist beispielweise das bereits bei der Isolierstofflage 2 und 3 der Nutisolation 1 beschriebene und unter der Handelsmarke Nomex® der Firma Dupont vertriebene Papier. Zwischen beiden Isolierstofflagen 18, 19 ist eine weitere Lage 20 eines Isolierstoffs vorgesehen. Dieser Isolierstoff ist dielektrisch höherwertiger aber mechanisch weniger hoch beanspruchbar wie der Isolierstoff der Lagen 18 und 19 und kann beispielsweise eine unter der Handelsmarke Kapton® von der Firma Dupont vertriebene Folie sein.

Im Bereich des Nutgrundes sind die drei Isolierstofflagen 18, 19 und 20 mittels Haftschichten 21, 22 auf der Basis eines wärmeausgehärteten oder getrockneten Polymers starr miteinander verbunden. Im Bereich des Nutgrundes kann die Isolation daher mechanisch hoch belastet werden.

Im Bereich der Schenkel der Nutisolation werden die Isolierstofflagen 18, 19 und 20 mittels elastisch oder plastisch verformbaren Haftschichten 23, 24 zusammengehalten. Die Haftschichten 23, 24 können die gleiche Bemessung und den gleichen Materialaufbau aufweisen wie die Haftschichten 10, 11 der Nutisolation 1. Sie können sich - wie in Fig. 3 dargestellt - von den Schenkeln des U-Profils über einen Radius bis in den Nutgrund hinein erstrecken.

Gegenüber der Nutisolation 1 weist die Nutisolation 17 zusätzlich noch folgende Vorteile auf. Sie ist dielektrisch besonders hochwertig und trotz Verwendung eines gegen mechanische Beanspruchung vergleichsweise empfindlichen Materials äusserst robust. Die mechanisch hoch beanspruchbaren äusseren Isolierstofflagen 18 und 19 schützen die mechanisch weniger robuste, aber dielektrisch besonders hochwertige Isolierstofflage 20 vor unzulässig hohen Kräften. Hierbei werden die Kräfte zum grös-sten Teil durch die äusseren Schichten 18 und 19 aufgenommen und wird deren Übertragung durch die flexiblen Haftschichten 23 und 24 wesentlich reduziert. Unerwünschte Rissschäden in der gegen mechanische Kräfte vergleichsweise anfälligen Schicht 20 werden so weitgehend vermieden.

Entsprechend der Nutisolation 1 können auch bei der Nutisolation 17 die freiliegenden Oberflächen durch einen Belag, etwa auf der Basis eines feuch5

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tigkeitsabweisenden und kriechstromfesten Verbundwerkstoffs, abgedeckt werden.

Je nach Anforderungen an Isolationsvermögen und Dicke der verwendeten Isolierstofflagen können die Nutisolationen 1 bzw. 17 selbstverständlich auch aus mehr als 2 bzw. 3 Isolierstofflagen aufgebaut sein.

Claims

Patentansprüche

1. Flächenförmiger isolierstoffkörper für elektrische Maschinen oder Apparate, insbesondere Nutisolation (1), enthaltend mindestens zwei schichtför-mig angeordnete Lagen (2, 3, 18, 19, 20) mindestens eines flexiblen Isolierstoffs, mindestens einen von übereinanderliegenden Teilen der Isolierstofflagen gebildeten, mechanisch belastbaren ersten Abschnitt (4), mindestens einen von übereinanderliegenden Teilen der Isolierstofflagen gebildeten zweiten Abschnitt (6, 7), und mindestens einen zwischen dem ersten (4) und dem zweiten Abschnitt (6, 7) angeordneten und in die Isolierstofflagen eingeformten Radius (8, 9, 25), dadurch gekennzeichnet, dass die den mindestens einen ersten Abschnitt (4) bildenden Teile der Isolierstofflagen nahezu starr und die den mindestens einen zweiten Abschnitt (6, 7) bildenden Teile der Isolierstofflagen mittels mindestens einer plastisch oder elastisch verformbaren Haftschicht (10, 11, 23, 24) miteinander verbunden sind, und dass die mindestens zwei Isolierstofflagen (2, 3, 18, 19, 20) im Bereich des mindestens einen Radius (8, 9, 25) gegeneinander verschiebbar angeordnet sind.

2. Isolierstoffkörper nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass mindestens drei Isolierstofflagen (18, 19, 20) schichtförmig übereinander angeordnet sind, von denen eine zwischen zwei aussen-liegenden ersten Isolierstofflagen (18, 19) befindliche zweite Isolierstofflage (20) aus einem gegenüber dem Material der beiden aussenliegen-den Isolierstofflagen dielektrisch höherwertigen aber mechanisch weniger hoch belastbaren Isolierstoff besteht und zumindest im Bereich des zweiten Abschnitts auf beiden Seiten zumindest teilweise mit der elastisch oder plastisch verformbaren Haftschicht (23, 24) versehen ist.

3. Isolierstoffkörper nach einem der Ansprüche 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass die mindestens eine Haftschicht (10, 11, 23, 24) in den Bereich des mindestens einen Radius (8, 9, 25) erstreckt ist.

4. Isolierstoffkörper nach einem der Ansprüche 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass der Bereich des mindestens einen Radius (8, 9) frei von der mindestens einen Haftschicht (10, 11) ist.

5. Isolierstoffkörper nach einem der Ansprüche 1-4, dadurch gekennzeichnet, dass die mindestens eine Haftschicht (10, 11, 23, 24) ausgehärteten oder getrockneten Klebstoff enthält.

6. Isolierstoffkörper nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass die mindestens zwei Isolierstofflagen (2, 3, 18, 19, 20) und die mindestens eine Haftschicht (10, 11, 23, 24) jeweils ein hochtemperaturbeständiges Polymer enthalten.

7. Isolierstoffkörper nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass die mindestens zwei Isolierstofflagen (2, 3, 18, 19, 20) ein aromatisches Polyamid enthalten und die mindestens eine Haftschicht (10, 11, 23, 24) ein Polymer auf der Basis Acrylat aufweist.

8. Isolierstoffkörper nach einem der Ansprüche 1-7, dadurch gekennzeichnet, dass mindestens eine (3) der mindestens zwei Isolierstofflagen (2, 3) Fasern und/oder Flocken enthält, welche durch mindestens einen auf die freiliegende Oberfläche der mindestens einen Isolierstofflage (3) aufgebrachten Belag (12) zumindest teilweise abgedeckt ist.

9. Isolierstoffkörper nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, dass der mindestens eine Belag (12) von einem abriebfesten Verbundwerkstoff gebildet ist.

10. Isolierstoffkörper nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, dass der Verbundwerkstoff auf einem harzgetränkten Polyester- oder Polyamidvlies basiert.

11. Isolierstoffkörper nach einem der Ansprüche 1-10, dadurch gekennzeichnet, dass in den mindestens einen zweiten Abschnitt (6, 7) ein weiterer Radius eingeformt ist.

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