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Die
vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren zum Fertigen einer
Wicklungsanordnung durch Imprägnieren eines Blechpakets
einschließlich Wicklung mit einem Imprägniermittel,
wobei das Blechpaket einschließlich Wicklung erwärmt
wird, aushärten des Imprägniermittels an dem Blechpaket
einschließlich Wicklung und Lackieren des imprägnierten Blechpakets
einschließlich Wicklung mittels eines Pulverbeschichtungsverfahrens.
Darüber hinaus betrifft die vorliegende Erfindung eine
entsprechende Anlage zum Fertigen einer Wicklungsanordnung.
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Die
Fertigungskapazität von gehäuselosen Niederspannungsmaschinen
wird zunehmend auch durch den Lackierprozess begrenzt. Derzeit aktuelle Fertigungsprozesse
beinhalten eine Nasslackierung des Blechpakets, das mit einer Wicklung
bewickelt und imprägniert wurde. Die Nasslackierung als
letzter Schritt im Fertigungsprozess des bewickelten Blechpakets
erfordert lange Trocknungszeiten, bevor eine Verpackung bzw. weitere
Montage möglich ist. Die Trocknungszeiten liegen häufig
bei bis zu 12 Stunden.
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Eine
Endlackierung durch schnellere Verfahren, wie beispielsweise den
Einsatz von UV-Lacken, scheiden häufig aufgrund der komplexen
Geometrie der bewickelten Blechpakete aus. Vielfach werden nämlich
einige Abschnitte des zu lackierenden Werkstücks abgeschattet.
Auch eine Lackierung mit Pulverlacken als Alternative zur Nasslackierung
wird meist deswegen vermieden, da eine entsprechende Erwärmung
des Werkstücks und insbesondere eine Wärmehärtung
bei über 120°C erforderlich ist.
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Die
Montage endlackierter Komponenten ist bei gehäuselosen
Maschinen nicht möglich, da das (vorlackierte) Blechpaket
durch den Imprägnierprozess eine abweichende Oberflächenstruktur
aufweisen würde.
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Aus
der Patentschrift
DE
196 31 474 C1 ist eine Vorrichtung zum Imprägnieren
von Wicklungen bekannt. Die Imprägnierbehandlung wird dadurch
erzielt, dass ein Gefäß als Druckgefäß ausgebildet
ist, dem ein einen Deckel bildender Kopfteil zuordenbar ist, an
dem ein Blechpaket mittels der Halteeinrichtung befestigbar ist
und das Stromklemmen für eine Beheizung des Bauteils aufweist.
Um den Prozess des Härtens zu beschleunigen, sind UV-Licht-Strahler
vorgesehen, die bei Verwendung von UV-aushärtendem Imprägniermittel
eine Beschleunigung des Härteprozesses herbeiführen.
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Die
Aufgabe der vorliegenden Erfindung besteht darin, den Fertigungsprozess
von bewickelten Blechpaketen insbesondere für gehäuselose
Niederspannungsmaschinen zu beschleunigen. Es soll ein entsprechendes
Verfahren bzw. eine entsprechende Anlage vorgeschlagen werden.
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Erfindungsgemäß wird
diese Aufgabe gelöst durch ein Verfahren zum Fertigen einer
Wicklungsanordnung durch Imprägnieren eines Blechpakets
einschließlich Wicklung mit einem Imprägniermittel,
wobei das Blechpaket einschließlich Wicklung erwärmt wird,
Aushärten des Imprägniermittels an dem Blechpaket
einschließlich Wicklung und Lackieren des imprägnierten
Blechpakets einschließlich Wicklung mittels eines Pulverbeschichtungsverfahrens,
wobei die Erwärmung des Blechpakets einschließlich
Wicklung beim Imprägnieren unmittelbar für das
Schmelzen eines Pulvers beim Lackieren genutzt wird.
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Erfindungsgemäß ist
außerdem vorgesehen, eine Anlage zum Fertigen einer Wicklungsanordnung mit
einer Imprägniereinrichtung zum Imprägnieren eines
Blechpakets einschließlich Wicklung mit einem Imprägniermittel,
wobei das Blechpaket einschließlich Wicklung beim Imprägnieren
erwärmt wird, und einer Aushärteeinrichtung zum
Aushärten des Imprägniermittels an dem Blechpaket
einschließlich Wicklung, weiterhin umfassend eine Lackiereinrichtung, die
unmittelbar an die Imprägniereinrichtung angeschlossen
oder in die Aushärteeinrichtung integriert ist, zum Lackieren
des imprägnierten Blechpakets einschließlich Wicklung
mittels eines Pulverbeschichtungsverfahrens, so dass die Erwärmung
des Blechpakets einschließlich Wicklung vom Imprägnieren
unmittelbar für das Schmelzen eines Pulvers der Lackiereinrichtung
nutzbar ist.
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In
vorteilhafter Weise ist es somit möglich, die Wärme,
die für den Härtungsprozess der Imprägnierharzes
erforderlich ist, auch für das Beschichten zu verwenden.
Insbesondere entfällt bei dem Pulverlackieren bzw. -beschichten
dann die typische zusätzliche Aufheizzeit.
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Vorzugsweise
wird das Blechpaket über die Wicklung beim Imprägnieren
ergänzend zum resistiven Heizen induktiv geheizt. Dadurch
erübrigt sich ein aufwendiges Anschließen mit
Anschlussklemmen. Außerdem lässt sich so die Präsenz
von störenden Kabeln beim Lackieren verhindern.
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Das
Aushärten des Imprägniermittels, insbesondere
eines Harzes, kann mit Hilfe von UV-Licht erfolgen. Dadurch lässt
sich der Aushärteprozess gegebenenfalls zusätzlich
zu der Wärmehärtung beschleunigen.
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Weiterhin
kann der Imprägnierprozess bzw. die dabei erforderliche
Erwärmung des Werkstücks so ausgestaltet sein,
dass beim Lackieren keinerlei zusätzliche Erwärmung
des Blechpakets einschließlich Wicklung erfolgen muss.
Damit kann nach dem Imprägnieren auf jegliche zusätzliche
Aufheizzeit verzichtet werden. Besonders vorteilhaft lässt
sich durch das erfindungsgemäße Verfahren bzw.
die erfindungsgemäße Anlage ein Stator einer gehäuselosen
elektrischen Maschine fertigen. Die Pulverbeschichtung führt
nicht nur zu einer optisch ansprechenden und leicht reinigbaren
Oberfläche, sondern auch zu einem qualitativ hochwertigen
Korrosionsschutz, der später durch zusätzlichen
Auftrag (Schichtdicke und Farbgebung) erweitert werden kann.
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Des
Weiteren kann das Pulver für das Lackieren vor dem Aushärten
des Imprägniermittels auf das Blechpaket einschließ lich
Wicklung aufgebracht werden. In diesem Fall lässt sich
der Aushärteprozess für das Imprägniermittel
auch für den Lack nutzen. Alternativ kann die Pulverbeschichtung
natürlich auch nach der Aushärtung des Imprägniermittels
erfolgen.
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Besonders
vorteilhaft ist auch, wenn der Lack mit UV-Licht gehärtet
werden kann. Auch hierdurch lässt sich eine Prozessbeschleunigung
erreichen. Ein besonderer Vorteil ergibt sich, wenn auch das Imprägniermittel
UV-härtbar ist.
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Die
vorliegende Erfindung wird nun anhand der beigefügten Zeichnungen
näher erläutert, in denen zeigen:
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1 eine
Prinzipskizze einer erfindungsgemäßen Fertigungsanlage;
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2 ein
Ablaufdiagramm eines Fertigungsprozesses gemäß einer
ersten Ausführungsformen und
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3 ein
Ablaufdiagramm eines erfindungsgemäßen Fertigungsprozesses
gemäß einer zweiten Ausführungsform.
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Die
nachfolgend näher geschilderten Ausführungsbeispiele
stellen bevorzugte Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung
dar.
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Wie
eingangs erwähnt, stehen auf dem Markt so genannte Strom-UV-Imprägnieranlagen
für das Imprägnieren von bewickelten Blechpaketen
zur Verfügung. Dabei wird das zu imprägnierende
Bauteil durch Strom erhitzt, in das Imprägniermittel getaucht und
nach dem Entnehmen aus dem Tauchbad durch UV-Licht bestrahlt, so
dass das Imprägniermittel aushärtet. Erfindungsgemäß wird
nun in diesem Ausführungsbeispiel eine Strom-UV-Imprägnieranlage durch
eine zusätzliche Taktstation für eine Pulverbeschichtung
mit Lackierroboter versehen. Insbesondere lässt sich eine
derartige Taktstation in die Imprägnieranlage integrieren.
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In 1 ist
eine derartige Strom-UV-Imprägnieranlage mit Pulverbeschichtungseinheit
schematisch dargestellt. Ein Blechpaket 1 mit einer Wicklung 2 soll
in dieser Anlage zu einer imprägnierten und lackierten
Wicklungsanordnung gefertigt werden. Dazu ist das Blechpaket 1 einschließlich
Wicklung 2 an einer Fördereinrichtung 3 aufgehängt.
Diese Fördereinrichtung 3 dient dazu, das Werkstück,
nämlich das Blechpaket 1 mit der Wicklung 2 von
einer Fertigungsstation zur nächsten zu fördern
bzw. in der jeweiligen Fertigungsstation zu bewegen. Außerdem dient
die Fördereinrichtung 3 dazu, das Blechpaket 1 einschließlich
Wicklung 2 induktiv zu heizen. Dazu wird ein Strom i zu
dem Werkstück geführt und induktiv in die Wicklung 2 eingekoppelt.
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Die
erste Fertigungsstation umfasst einen Behälter 4,
der mit einem flüssigen Imprägniermittel 5 gefüllt
ist. Bei dem Imprägniermittel handelt es sich vorzugsweise
um ein UV-härtbares Harz. Das Härten kann aber
auch alternativ oder zusätzlich durch IR- und/oder Mikrowellenstrahlung
sowie Ofenheizung erfolgen. Mit Hilfe der Fördereinrichtung 3 lässt
sich das Blechpaket 1 mit der Wicklung 2, das
induktiv vorgeheizt wurde, in das Imprägniermittel 5 tauchen. Nach
dem Entnehmen des Blechpakets 1 mit der Wicklung 2 haftet
Imprägniermittel 5 an der Oberfläche
und in Kapillarspalten des Werkstücks. Das Werkstück
besitzt in diesem Stadium eine verhältnismäßig
hohe Temperatur, z. B. über 120°C.
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Erfindungsgemäß wird
nun diese Wärme genutzt, um das Werkstück unmittelbar
nach dem Imprägnieren einer Pulverlackierung zu unterziehen. Hierzu
transportiert die Fördereinrichtung 3 das Werkstück 1, 2 zu
einer zweiten Station, die hier symbolhaft lateral neben der Imprägnierstation 4, 5 angeordnet
ist. Diese zweite Station umfasst ein Behältnis 6 mit
Pulverspendern bzw. Pulverdüsen 7. Aus diesen
Pulverdüsen 7 tritt Pulver 8 für
die Pulverbeschichtung bzw. die Pulverlackierung aus. Sobald also
die Fördereinrichtung 3 das Werkstück 1, 2 in das
Behältnis 6 bewegt, wird das Pulver 8 auf
das Werkstück 1, 2 aufgetragen. Das Pulver 8 haftet
ohne weiteres auf dem noch nicht ausgehärteten Imprägniermittel 5,
das seinerseits an dem Werkstück 1, 2 haftet.
Aufgrund der noch vorhandenen Wärme des Werkstücks 1, 2 schmilzt
das Pulver 8 sofort an der Oberfläche des Werkstücks 1, 2 und
bildet dabei eine homogene Lackschicht.
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Anschließend
transportiert die Fördereinrichtung 3 das Werkstück,
d. h. das imprägnierte und lackierte Blechpaket 1 mit
Wicklung 2 zu einer dritten Fertigungsstation. Diese dritte
Fertigungsstation umfasst einen oder mehrere UV-Strahler 9 oder
andere Härtungseinrichtungen. Mit Hilfe dieser UV-Strahler 9 wird
das Imprägniermittel 5 und/oder der Lack auf dem
Werkstück 1, 2 rasch ausgehärtet.
Zur Aushärtung trägt auch die Restwärme
bei, die das Werkstück 1, 2 noch besitzt.
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Mit
einer derartigen Anlage lässt sich also ein Korrosionsschutz
des Blechpakets 1 in einer Strom-UV-Anlage durch Pulverbeschichtung,
beispielsweise in einem Standardfarbton, erzielen. Wird dann beispielsweise
eine „gehäuselose” Maschine in einem
Standardfarbton gewünscht, so kann ein Lackierprozess nach
der Endmontage entfallen. Außerdem stellt die Lackiereinrichtung
(im Beispiel von 2 die zweite Fertigungsstation)
in der Anlage einen Lackierroboter dar, der eine erhöhte
Prozesssicherheit und gegebenenfalls geringere Lohnkosten gewährleistet.
Insbesondere lässt sich so zumindest für das Imprägnieren
und Lackieren ein vollständig automatisierter Prozess realisieren.
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In 2 ist
der Fertigungsprozess des Beispiels von 1 schematisch
in einem Blockdiagramm dargestellt. Der Fertigungsprozess beinhaltet in
einem ersten Schritt eine Imprägnierung I. Nach dem Imprägnieren
erfolgt eine Pulverbeschichtung P. Das Pulver wird also hier auf
das noch nicht ausgehärtete Imprägniermittel aufgetragen.
Da das Werkstück und insbesondere auch das Imprägniermittel bzw.
Imprägnierharz noch sehr warm ist, schmilzt das Pulver
und bildet eine geschlossene Lackschicht. In einem anschließenden
Aushärteschritt H wird das Imprägniermittel gemeinsam
mit dem Lack durch Wärme und/oder Strahlungsenergie (UV,
IR) ausgehärtet.
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Die
Schrittfolge IPH entspricht einem ersten Ausführungsbeispiel
des erfindungsgemäßen Fertigungsverfahrens.
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Ein
alternatives zweites Ausführungsbeispiel eines erfindungsgemäßen
Fertigungsverfahrens ist in 3 ebenfalls
als Blockdiagramm dargestellt. Auch hier beginnt der Fertigungsprozess
mit dem Imprägnierschritt I. Anschließend erfolgt
eine Endhärtung H1 des Imprägnierharzes bzw. Imprägniermittels.
Auch nach dieser Endhärtung des Imprägniermittels
besitzt das Werkstück eine hohe Fertigungstemperatur. Diese
Temperatur reicht aus, um das Pulver bei einem anschließenden
Pulverbeschichtungsschritt P zu schmelzen. Gegebenenfalls erfolgt
eine zusätzliche Erwärmung des Werkstücks
beispielsweise durch die oben bereits erwähnte induktive Kopplung.
Jedenfalls kann auch hier die Restwärme aus dem Imprägnierschritt
auch für die Pulverlackierung verwendet werden. In einem
anschließenden zweiten Härteschritt H2 wird nun
der Lack auf dem Werkstück ausgehärtet. Auch dies
erfolgt durch Wärme und/oder Strahlungsenergie (UV, IR).
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Durch
die zeitnahe Beschichtung des Werkstücks mit dem Pulver
erfolgt eine verbesserte Anbindung der Lackierung an die Imprägniermittel-
bzw. Harzoberfläche. Die erfindungsgemäßen
Verfahren führen also nicht nur zu einer Verbesserung hinsichtlich
Fertigungsdauer und Energieverbrauch, sondern auch zu einer Qualitätsverbesserung.
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Die
Pulverbeschichtung führt zu zahlreichen weiteren Vorteilen.
Zum einen ist die Pulverbeschichtung mechanisch höher belastbar
als viele so genannte „Nassgrundierungen”. Dadurch
ergibt sich ein geringeres Risiko für Beschädigungen
im Fertigungsdurchlauf. Des Weiteren lässt sich durch eine
Pulverbeschichtung leichter eine geschlossene und glatte Oberfläche
erreichen als durch „Nassgrundierungen”. Dies
liegt unter anderem an möglichen Fehlerquelle wie applikationsspezifisch
nicht optimierten Parametern, z. B. Spritzdruck, Luftströmungen
im Spritzbereich und dem so genannten „Overspray” in einer
Sprühkammer bei einer Nassgrundierung.
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Ein
weiterer Aspekt der Pulverbeschichtung ist, dass abhängig
vom Pulvertyp gewährleistet werden kann, dass die Pulverbeschichtung
mit Nasslack für Sonderfarbtöne überlackiert
wird. Ferner kann der „Overspray” bei Pulverlack
recycelt werden. Außerdem ist eine Pulverlackierung lösungsmittelfrei
möglich. Die Pulverlackierung macht aber auch Reparaturen
beschädigter Lackoberflächen nicht grundsätzlich
unmöglich.
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Insgesamt
lässt sich so eine „gehäuselose” Maschine
nach folgendem Prozessablauf fertigen: Die Herstellung des Korrosionsschutzes
des Blechpakets wird gemäß oben dargestellter
Verfahren in der Strom-UV-Imprägnieranlage realisiert.
Speziell wird der Korrosionsschutz durch die Pulverbeschichtung
beispielsweise in einem Standardfarbton erzielt. Parallel hierzu
lassen sich Lagerschilder und andere Anbauteile im Standardfarbton
pulverbeschichten. Anschließend erfolgt eine Montage der
endlackierten Komponenten. Gegebenenfalls ist nach der Endmontage
für Sonderfarbtöne eine Lackierung erforderlich.
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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