DE10123102A1

DE10123102A1 - Schloßisolierung bei der Stabverbindung von Wicklungen elektrischer Maschinen

Info

Publication number: DE10123102A1
Application number: DE2001123102
Authority: DE
Inventors: Frieder Kielmann; Juergen Huebner; Herbert Lueck
Original assignee: VEM Sachsenwerk GmbH
Current assignee: VEM Sachsenwerk GmbH
Priority date: 2001-05-12
Filing date: 2001-05-12
Publication date: 2003-01-09

Abstract

Die Erfindung betrifft eine Isolierung von Stabverbindungen bei getränkten und ausgehärteten Wicklungen von stabförmigen Wicklungen drehender elektrischer Maschinen mittels kunstharzgetränkten Isolierkappen, insbesondere die Schloßisolierung an der Stirnseite des Wickelkopfes drehender elektrischer Maschinen. DOLLAR A Aufgabe ist es, eine neuartige Isolierung von Stabverbindungen bei getränkten und ausgehärteten Wicklungen drehender elektrischer Maschinen zu schaffen, die wenig Platz beansprucht, sich sehr einfach und mit wenig Zeitaufwand montieren läßt und die Verbindungen der Wickelköpfe zuverlässig gegen elektrische Belastungen isoliert. DOLLAR A Erfindungsgemäß wird diese Schloßverbindung mit einer aus einem unter Wärme schrumpffähigen folienartigen Isoliermaterial umhüllt. Die erfindungsgemäße Isolierkappe 3 ist taschenartig ausgebildet und als solche dreiseitig geschlossen. An mindestens einer Seite ist ein streifenförmiger Überstand 4 angeordnet, der in den den Wickelkopf umgebenden Raum hineinragt. Durch Wärmeeinwirkung schrumpft diese taschenartige Isolierkappe 3 und legt sich fest an die Oberfläche des Schlosses 6 an. Der streifenförmige Überstand 4 wirkt nach der Tränkung und Aushärtung der Wicklung als Lüfterflügel bzw. Wirbler und kühlt die kritischen Bereiche des Wickelkopfes. DOLLAR A Die Erfindung ist einsetzbar für drehende elektrische Maschinen im Fachgebiet Elektromaschinenbau.

Description

Die Erfindung betrifft eine Isolierung von Stabverbindungen bei getränkten und ausgehärteten Wicklungen von stabförmigen Wicklungen drehender elektrischer Maschinen mittels kunstharzgetränkten Isolierkappen insbesondere die Schloßisolierung an der Stirnseite des Wickelkopfes drehender elektrischer Maschinen.
Isolierkappen für die Isolation von Stabverbindungen insbesondere von stumpfen Stabverbindungen bei getränkten und ausgehärteten und gegeneinander isolierten Wicklungen drehender elektrischer Maschinen sind in vielfältigen Ausführungen bekannt. So ist es z. B. bekannt, die zu isolierenden Verbindungen an Wicklungen drehender elektrischer Maschinen mit Umlagen aus flächenförmigen Isolierstoffen einzuhüllen und diese Isolation mit zusätzlichen Bandeinbindungen zu fixieren und zu befestigen. Dabei sind auch Ausführungen bekannt, bei denen die benutzten Einbindebänder mit schrumpffähigen Materialeigenschaften ausgestattet sind um eine erhöhte Anpressung der flächenförmigen Isolierstoffe auf die Oberfläche der Stabverbindungen zu erhalten.
Allgemein ist der Einsatz von schrumpffähigen Materialien für verschiedene Leitungsverbinder oder Leitungsenden, die einen runden Querschnitt haben, ebenso bekannt. Solche Isolationen sind weit verbreitet, da das Material über seinen gesamten Umfang gleichmäßig schrumpft und das Isolationsmaterial sich bei runden Querschnitten besonders gleichmäßig an die zu isolierende Oberfläche gut anlegt. Dabei können Falten, Materialtaschen, Materialaufwölbungen oder sogar Lufteinschlüsse, die die Isolationswerte bedeutend verschlechtern würden, zuverlässig vermieden werden.
Als weitere Isolationsmöglichkeit von Stabverbindungen bei getränkten und ausgehärteten Wicklungen bei Wicklungen drehender elektrischer Maschinen mittels Isolierkappen sind vorgefertigte ein oder mehrteilige formstabile Isolierkappen bekannt. Diese werden in ihrer vorgefertigten Ausbildung von der Stirnseite her über die zu isolierende Stabverbindung geschoben und mit einem flüssigen Isolierstoff insbesondere mit Isolierharzen ausgegossen und somit an der Stabverbindung befestigt.
Solche Lösungen sind aus der EP-PS 0556756 und der EP-PS 96116587 bekannt. Damit lassen sich zwar sehr gute Isolationswerte erreichen, diese Isolierkappen sind aber in der Herstellung sehr aufwendig und teuer und werden deshalb nur bei hohen Bemessungsspannungen eingesetzt.
Weiterhin sind technische Lösungen bekannt, wo die Stabverbindungen bzw. Leitungsverbindungen bei drehenden elektrischen Maschinen mit einem flüssigen Isolierstoff umgossen werden, der anschließend ausgehärtet wird. Solcherart hergestellte Isolierkappen sind insbesondere auf Grund der speziellen Gießformen sehr materialaufwendig, arbeitszeit- und kostenintensiv.
Aus der DE-OS 44 40 950 ist eine Lötösenisolierung bei Stabverbindungen drehender elektrischer Maschinen, die mit einer im Ganztränkverfahren hergestellten Statorwicklung versehen ist, bekannt. Die Lötösen, die die elektrische und mechanische Verbindung der Stabenden eines Wickelkopfes untereinander herstellen, sind hierbei allseits von einen verformbaren, für das Tränkharz durchlässigen Isoliermaterial umgeben. Des weiteren ist das Isoliermaterial von einem schrumpfbaren, ebenfalls für das Tränkharz durchlässigen Gewebe umhüllt. Dieses Gewebe wird unter Wärmeeinwirkung z. B. mit einem Heißluftgebläse geschrumpft, so daß das Isoliermaterial an die Lötöse angedrückt wird. Im Ganztränkverfahren erfolgt anschließend ein Durchtränken dieser Isolierung mit Tränkharz. Beim abschließenden Aushärteprozeß erfolgt dann die endgültige Schrumpfung, Fixierung sowie Aushärtung der Lötösenisolierung. Dieser Lösung haftet der Nachteil an, daß nach wie vor mehrere zeitaufwendige Arbeitsschritte notwendig sind um die mehrteilige Isolierung herzustellen. Insbesondere ist das Aufschieben des schrumpffähigen Gewebes zeitaufwendig. Des weiteren erfolgt ein Anpressen des Isoliermaterials nur auf dem äußeren Umfang der Stabenden. An der Stirnseite der Stabverbindung kann es zu Materialverformungen während des weiteren Tränk- und Aushärteprozesses und letztendlich zu Isolationsproblemen kommen.
In der DE-PS 42 37 079 ist ein einteiliger elastischer Isolierstrumpf beschrieben, der die verbundenen Stabenden eines Wickelkopfes von allen Seiten gleichmäßig umhüllt. Er besteht aus einem gewebten Material was in einem speziellen Webverfahren wie z. B. einem 3-D-Webverfahren entsprechend den Außenabmessungen der Stabverbindung hergestellt werden muß. Damit der Isolierstrumpf auf die Stabverbindung aufgeschoben werden kann, muß er mit einer nicht unerheblichen Elastizität ausgestattet sein, denn damit er auf der Stabverbindung hält, muß er geringfügig kleinere Abmessungen haben als die Abmessungen der Stabverbindung. Auch der Isolierstrumpf wird im Tränkverfahren mit dem Tränkharz durchgetränkt und ausgehärtet. Dieser Isolierstrumpf ist zwar einteilig ausgebildet, ist aber in der Herstellung sehr Zeit und kostenintensiv. In den Eckbereichen ist der Isolierstrumpf so ausgebildet, daß keinerlei scharfe Kanten entstehen und der Isolierstrumpf von allen Seiten völlig abgerundet ist. Deshalb besteht die Gefahr, daß die thermische Ausdehnung im laufenden Betrieb zu Rißbildungen im Tränkharz und in der gebildeten Isolierkappe führen können und somit das Isoliervermögen beeinträchtigt wird.
Aufgabe der Erfindung ist es, eine neuartige Isolierung von Stabverbindungen bei getränkten und ausgehärteten Wicklungen drehender elektrischer Maschinen zu schaffen die wenig Platz beansprucht, sich sehr einfach und mit wenig Zeitaufwand montieren läßt und die Verbindungen der Wickelköpfe zuverlässig gegen elektrische Belastungen isoliert.
Die Aufgabe wird erfindungsgemäß durch die kennzeichnenden Merkmale des ersten Patentanspruches gelöst. Dabei ist das Schloß 6 auf die blanken Enden zweier Wicklungsstäbe eines Wickelkopfes einer drehenden elektrischen Maschine geschoben und mit diesen stoffschlüssig verbunden. Das Schloß 6 verbindet einen Wicklungsstab 1 mit einem benachbarten Verbindungsstab 1' elektrisch und mechanisch. Erfindungsgemäß wird diese Schloßverbindung mit einer Hülle aus einem unter Wärme schrumpffähigen folienartigen Isoliermaterial umhüllt. Die erfindungsgemäße Isolierkappe 3 ist taschenartig ausgebildet und als solche dreiseitig geschlossen. An mindestens einer Seite ist ein streifenförmiger Überstand 4 angeordnet, der in den den Wickelkopf umgebenden Raum hineinragt. Durch Wärmeeinwirkung schrumpft diese taschenartige Isolierkappe 3 und legt sich fest an die Oberfläche des Schlosses 6 an. Der streifenförmige Überstand 4 wirkt nach der Tränkung und Aushärtung der Wicklung als Lüfterflügel bzw. Wirbler.
Das folienartige Isoliermaterial besteht vorteilhafterweise aus mehreren miteinander verbundenen Lagen mit unterschiedlicher stofflicher Basis, wobei jedoch mindestens eine Lage aus schrumpffähigem Material besteht. Insbesondere ist diese Lage bei der erfindungsgemäßen taschenartigen Isolierkappe 3 als äußere Lage angeordnet.
Die taschenartige Isolierkappe 3 ist ein Bauteil, daß vorher aus einem maßlich abgelängten Isolierschlauch hergestellt wurde und stirnseitig dicht verschweißt ist. Die Schweißnaht 5 ist dabei breiter ausgeführt und erstreckt sich vorteilhafterweise über die gesamte Breite des streifenförmigen Überstandes 4. Nach dem Schrumpfen verbleibt die Schweißnaht 5 kammartig auf der Stirnseite der Schloßisolierung und bildet einen streifenförmigen kammartigen Überstand 4, der als Lüfterflügel bzw. Wirbler wirkt. Während des Betriebes der Maschine verwirbelt dieser Lüfterflügel bzw. Wirbler die Kühlluft unmittelbar im Nahbereich der Isolierung, also in der unmittelbaren Nähe der Entstehung der Verlustwärme in den kritischen Bereichen des Wickelkopfes einer elektrischen Maschine. Die besonders kritischen Bereiche der Stirnseite der Schloßverbindungen und auch der Bereich zur Läuferwelle hin werden durch die erfindungsgemäße Lösung auf Grund der streifenförmigen Überstände 4 besonders gut gekühlt.
Die erfindungsgemäße Isolierkappe 3 zur Schloßisolierung ist einfach herstellbar und leichter montierbar als die bisher aus dem Stand der Technik bekannten Lösungen. Sie erfordert zudem weniger Raum bei der Montage, da sie besonders dünnwandig und enganliegend ausgebildet ist.
Hinsichtlich der geforderten Spannungsfestigkeit erfüllt sie alle Anforderungen, die an eine solche Schloßisolierung gestellt werden.
In einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung besteht die erfindungsgemäße taschenartige Isolierkappe 3 aus einem folienartigen Isolierschlauch, der an mehreren Seiten (an allen drei Seiten) mit Schweißnähten 5 dicht verschweißt ist. Dadurch entstehen an den drei schmalen Seiten des Schlosses streifenförmige kammartige Überstände 4, die die erfindungsgemäßen Lüfterflügel bzw. Wirbler bilden. Die Kühlungswirkung wird dadurch noch weiter verbessert.
Eine vorteilhafte Erhöhung der mechanischen Stabilität der Lüfterflügel wird erreicht, wenn die Schweißnaht oder die Schweißnähte am Isolierschlauch ein- oder beidseitig Prägungen besitzen.
Für spezielle vorteilhafte Wirkungen sind die streifenförmigen kammartigen Überstände 4 so ausgebildet, daß sie in der Art eines Lüfterflügels flügelartig auf der Schloßisolierung angeordnet sind, d. h. sie sind nicht parallel sondern schräg zur Mittelachse des Schlosses 6 angeordnet. Ihre Wirkung ist dann ähnlich der von schrägstehenden Lüfterflügeln eines Lüfters.
Um die mechanische und elektrische Festigkeit der Schloßisolierung zu verbessern, ist es vorteilhaft, wenn das folienartige Isoliermaterial aus mehreren Lagen mit unterschiedlicher stofflicher Basis besteht, wobei dann die innerste Lage beschleunigerhaltig ausgebildet ist.
Bei besonderen Anforderungen an den Festsitz der taschenartigen Isolierkappe 3 ist es des weiteren vorteilhaft diese vor der Applikation mit einem Schmelzkleber oder einem selbsthärtenden Kleber auf der Innenseite zu beschichten.
Eine Verbesserung der Isolationsfestigkeit der taschenartigen Isolierkappe 3 für Stabverbindungen bei getränkten und ausgehärteten Wicklungen ist vorteilhaft erreichbar, wenn eine der inneren Lagen oder die inneren Lagen des folienartigen Isoliermaterials glimmerhaltig ausgebildet sind.
Die Erfindung soll nachstehend an Hand eines Ausführungsbeispieles und der Fig. 1 und 2 näher erläutert werden.
Fig. 1 zeigt einen aufgeschnittenen Wickelkopf einer Stabverbindung auf der Ebene der Staboberfläche einer drehenden elektrischen Maschine von der Seite mit einer erfindungsgemäßen taschenartigen Isolierkappe 3 mit übereinander angeordneten Stabenden und darauf befestigten Schloß 6
Fig. 2 zeigt einen Querschnitt durch eine taschenartige Isolierkappe 3 zuzüglich der streifenförmigen Überstände 4 auf allen drei Seiten einer Schloßverbindung eines Wickelkopfes
In Fig. 1 ist die Verbindung von zwei Wicklungsstäben 1 und 1' dargestellt. Über die beiden übereinander angeordneten blanken Stabenden der Wicklungsstäbe 1 und 1' ist ein Schloß 6 gesteckt, das stoffschlüssig mit den Wicklungsstäben 1 und 1' verbunden ist und damit die elektrische Verbindung auch bei den mechanisch auftretenden Belastungen zuverlässig herstellt. Die Wicklungsstäbe 1 und 1' sind mit einer Wicklungsisolation 2 umhüllt. Über das Schloß 6 und den Ansatz der Wicklungsisolation 2 wird als Hülle die erfindungsgemäße taschenartige Isolierkappe 3 geschoben. Sie besteht aus einem maßlich abgelängten Isolierschlauch, der auf seiner Stirnseite dicht verschweißt ist. Die Schweißnaht 5 ist breit ausgeführt und erstreckt sich hier über die gesamte Breite des streifenförmigen Überstandes 4. Sie bildet einen streifenförmigen kammartigen Überstand 4, der auf der Stirnseite in den den Wickelkopf umgebenden Raum hineinragt.. Diese streifenförmige Überstand 4 ist aus Gründen der Stabilität beidseitig auf seiner gesamten Breite mit einer Prägung (durch Rasterung in der Fig. 1 dargestellt) ausgeführt. Die taschenartigen Isolierkappe 3 wird nach ihrem Aufstecken auf das Schloß 6 mittels Wärmeeinwirkung geschrumpft, wobei sich das Isolationsmaterial fest an die Oberfläche des Schlosses anlegt, die Isolierkappe 3 fixiert wird und sich der streifenförmige Überstand kammartig aufrichtet. Die Maschine wird dann im Ganztränkverfahren, wie heute allgemein Stand der Technik getränkt und anschließend ausgehärtet.
Die Materialeigenschaften der getränkten und ausgehärteten taschenartigen Isolierkappe 3 gewährleisten, daß eine enganliegende und damit im Bereich des Schlosses nahezu hohlraumfreie dünnwandige und trotzdem spannungsfeste Isolierung entsteht.
In Fig. 2 ist eine andere Ausführungsform als in Fig. 1 gezeigt, wobei zwei streifenförmige Überstände 4' und 4" jeweils auf einer Längsseite der taschenartigen Isolierkappe 3 einer Schloßverbindung des Wickelkopfes angeordnet sind. Die Schweißnähte 5 erstrecken sich über die gesamte Breite der streifenförmigen Überstände 4' und 4". Sie sind des weiteren außen auf ihrer Oberfläche auf der gesamten Breite geprägt (durch Schraffur dargestellt). Durch die beiden streifenförmigen Überstände 4' und 4", die als Lüfterflügel bzw. Wirbler wirken, wird die Verwirbelung weiter verbessert.
Im Betrieb der drehenden elektrischen Maschine wird durch die Erfindung die Luft in unmittelbarerer Nähe der Entstehung der Wärme an den Wickelköpfen verwirbelt und insbesondere an den kritischen Bereichen des Wicklungskopfes die Wärmeabführung zuverlässig erhöht.
Sehr gute Ergebnisse lassen sich bei der Kühlwirkung erzielen, wenn die geprägte Schweißnaht bzw. die geprägten Schweißnähte des streifenförmigen Überstandes 4 des Isolierschlauches eine Breite zwischen 5 bis 15 mm haben und auf allen drei Seiten der taschenartigen Isolierkappe 3 die streifenförmigen kammartigen Überstände 4 angeordnet sind. Die Erfindung ist sowohl für die Schloßisolierung von Läufern als auch von Ständern drehender elektrischer Maschinen anwendbar. Aufstellung der verwendeten Bezugszeichen 1 Wicklungsstab
1' Wicklungsstab
2 Wicklungsisolation
3 taschenartige Isolierkappe
4 streifenförmiger Überstand
4' streifenförmiger Überstand
4" streifenförmiger Überstand
5 Schweißnaht
6 Schloß

Claims

1. Isolierung von Stabverbindungen bei getränkten und ausgehärteten Wicklungen drehender elektrischer Maschinen mittels kunstharzgetränkten Isolierkappen, dadurch gekennzeichnet, daß die Isolierkappe (3) aus einer Hülle, die aus einem unter Wärme schrumpffähigen folienartigen Isoliermaterial besteht, wobei die taschenartige Isolierkappe (3) dreiseitig geschlossen ist und an mindestens einer Seite ein streifenförmiger Überstand (4) ausgebildet ist, der in den den Wickelkopf umgebenden Raum hineinragt.

2. Isolierung von Stabverbindungen bei getränkten und ausgehärteten Wicklungen nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das folienartige Isoliermaterial aus mehreren Lagen mit unterschiedlicher stofflicher Basis besteht, wobei mindestens eine Lage aus schrumpffähigen Material besteht.

3. Isolierung von Stabverbindungen bei getränkten und ausgehärteten Wicklungen nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die schrumpffähige Lage außen angeordnet ist.

4. Isolierung von Stabverbindungen bei getränkten und ausgehärteten Wicklungen nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die taschenartige Isolierkappe (3) aus einem Isolierschlauch besteht, der stirnseitig dicht verschweißt ist und die Schweißnaht (5)einen streifenförmigen kammartigen Überstand (4) bildet.

5. Isolierung von Stabverbindungen bei getränkten und ausgehärteten Wicklungen nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß die taschenartige Isolierkappe (3) aus einem folienartigen Isolierschlauch besteht und an mehreren Seiten dicht verschweißt ist und die Schweißnähte (5) streifenförmige kammartige Überstände bilden.

6. Isolierung von Stabverbindungen bei getränkten und ausgehärteten Wicklungen nach Anspruch 4 oder 5, dadurch gekennzeichnet, daß die Schweißnähte (5) ein- oder beidseitig Prägungen besitzen.

7. Isolierung von Stabverbindungen bei getränkten und ausgehärteten Wicklungen nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die streifenförmigen kammartigen Überstände (4) flügelartig ausgebildet sind.

8. Isolierung von Stabverbindungen bei getränkten und ausgehärteten Wicklungen nach Anspruch 2 oder 3, dadurch gekennzeichnet, daß die innerste Lage beschleunigerhaltig ausgebildet ist.

9. Isolierung von Stabverbindungen bei getränkten und ausgehärteten Wicklungen nach Anspruch 1, 2, 3 oder 8, dadurch gekennzeichnet, daß innen auf der taschenartigen Isolierkappe (3), bzw. die innersten Lage des folienartigen Isoliermaterials innen mit einem Schmelzkleber beschichtet ist.

10. Isolierung von Stabverbindungen bei getränkten und ausgehärteten Wicklungen nach Anspruch 2, 3 oder 8, dadurch gekennzeichnet, daß innen auf der taschenartigen Isolierkappe (3), bzw. die innersten Lage des folienartigen Isoliermaterials innen mit einem selbsthärtenden Kleber beschichtet ist.

11. Isolierung von Stabverbindungen bei getränkten und ausgehärteten Wicklungen nach Anspruch 2, 3, 8, 9 oder 10, dadurch gekennzeichnet, daß eine der inneren Lagen oder die inneren Lagen des folienartigen Isoliermaterials glimmerhaltig ausgebildet sind.