DE102013017299A1

DE102013017299A1 - Verfahren und System zum Imprägnieren, Verfestigen oder Elektroisolieren eines ein-oder mehrlagige Wicklungen tragenden Körpers

Info

Publication number: DE102013017299A1
Application number: DE201310017299
Authority: DE
Inventors: Bernd Maryniak
Original assignee: US ENGINEERING DEUTSCHLAND GmbH
Current assignee: Gehring Technologies GmbH and Co KG
Priority date: 2013-10-22
Filing date: 2013-10-22
Publication date: 2015-04-23

Abstract

Ein Verfahren und ein System (1, 1') zum Imprägnieren, Verfestigen oder Elektroisolieren eines ein- oder mehrlagige Wicklungen (4) tragenden Körpers (2), insbesondere für einen elektrischen Motor oder Transformator, bei dem der die Wicklungen (4) tragende Körper (2) unter Temperatureinfluss in ein Harz oder einen Lack getaucht oder mit Harz oder mit Lack beträufelt wird, soll eine besonders weitgehende Verbesserung der prozesstechnischen Abläufe bei besonders gering gehaltenem Aufwand ermöglichen. Dazu ist erfindungsgemäß vorgesehen, dass vor und/oder während und/oder nach dem Tränken oder Träufeln der Körper (2) und/oder die von diesem getragenen Wicklungen (4) in einem lokal begrenzten Raumbereich (14) induktiv erwärmt wird.

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Imprägnieren, Verfestigen oder Elektroisolieren eines ein- oder mehrlagige Wicklungen tragenden Körpers, insbesondere für einen elektrischen Motor/Generator oder Transformator, wobei der die Wicklungen tragende Körper unter Temperatureinfluss zum so genannten Imprägnieren in ein Harz oder einen Lack getaucht oder mit Harz oder mit Lack beträufelt wird. Sie bezieht sich weiter auf ein System zur Durchführung des Verfahrens.
Bei der so genannten Imprägnierung werden Wicklungen tragende Körper, beispielsweise zur Verwendung in Transformatoren oder Elektromotoren, im Bereich ihrer Wicklungen mit einer Beschichtung aus Harz oder Lack versehen. Das gesamte Gebilde, bestehend aus einem Metallkern, Blechpaket oder dgl. mit den entsprechenden Wicklungen, wird durch dieses so genannte Imprägnieren mittels Harz oder Lack nicht nur elektrisch isoliert, sondern auch insgesamt verfestigt, wobei die zu erreichende Verfestigung dann von besonderer Bedeutung ist, wenn das gesamte Paket mit den Wicklungen im Betrieb beschleunigt bzw. Zentrifugalkräften ausgesetzt wird. Insoweit kommt der Imprägnierung neben der eigentlichen elektrischen Isolation eine weitere ganz besondere Bedeutung im Sinne einer mechanischen Verstärkung oder Stabilisierung der jeweiligen Komponente insgesamt zu. Primär werden durch das Imprägniermittel die Hohlräume, insbesondere im Bereich der Wicklungen gefüllt, wobei die darin befindliche, als Wärmeisolator wirkende Luft verdrängt wird. Dadurch kann u. a. der Wärmeabfluß von innen nach außen ermöglicht oder entscheidend verbessert werden. Das ist besonders wünschenswert vor dem Hintergrund der üblicherweise angestrebten Effizienzverbesserungen und Weiterentwicklung der Motoren.
Verfahren und Vorrichtungen der genannten Art zum Imprägnieren von Transformator- oder Elektromotor-Komponenten sind aus der Praxis bekannt. Beispielsweise werden die Wicklungen eines Transformators mit Lack oder Tränk- und Träufelharz getränkt, wobei es sich bei den Harzen zum Beispiel um modifizierte, ungesättigte Polyesterharze handeln kann. Das Tränken findet üblicherweise mittels eines Tauchprozesses statt, nämlich im sog. Heißtauchverfahren mit UV-unterstützter Härtung. Bei diesem Verfahren wird das zu tränkende Objekt mittels Strom definiert erwärmt und dann für ein bis drei Minuten in Harz getaucht. Während des Tauchprozesses werden die Wicklungen mittels Strom weiter beheizt, so dass im unmittelbaren Umfeld der Wicklungen das Harz dünnflüssiger wird und in den Bereich der Wicklungen eindringen kann. Dadurch soll eine zuverlässige Benetzung und Beschichtung auch in vergleichsweise unzugänglichen Raumbereichen sichergestellt werden.
Nach hinreichend langer Tränkdauer wird das Bauteil mit den Wicklungen anschließend aus dem Tauchbecken entnommen, so dass nach einem Abtropftakt das Gelieren und anschließend das Härten des Harzes, in der Regel ebenfalls mit Stromwärme, erfolgen kann. Danach folgt üblicherweise eine Bestrahlung des Objekts mittels UV-Licht, wobei alle vom Harz benetzten und vom Licht erreichbaren Oberflächen getrocknet und vollends ausgehärtet werden.
Ein modifiziertes Tränkverfahren ist das so genannte Tauchrollieren, bei dem meist nur ein Bereich des die Wicklungen tragenden Körpers oder des die Wicklungen umfassenden Pakets in das flüssige Harz eingetaucht wird. Dabei wird das Paket gedreht, so dass allmählich eine Benetzung des gesamten Pakets und aller Wicklungen stattfindet. Das Harz kann dabei in den Bereich zwischen die Wicklungen eindringen.
Alternativ zu einem derartigen Prozess kann auch vorgesehen sein, das zu imprägnierende Objekt, d. h. den die Wicklungen tragenden Körper, mit Harz zu beträufeln, wobei auch hier eine Erwärmung des Objekts mittels Stromdurchflusses erfolgt. Dabei erfolgt die Imprägnierung in einer so genannten Träufelanlage, wobei das Harz in dünnem Strahl auf eine üblicherweise rotierende Wicklung aufgebracht wird. Dort nimmt das Harz sofort die Temperatur der Wicklung an, wird aufgrund des Temperatureinflusses erheblich dünnflüssiger und verteilt sich aufgrund der Rotation und aufgrund der dort auftretenden Kapillarkräfte gleichmäßig auf und in der gesamten Wicklung.
Die gängigen Verfahren beruhen grundsätzlich auf dem Konzept, die für die Einstellung einer ausreichenden Dünnflüssigkeit des Beschichtungsmaterials erforderliche oder zumindest günstige leichte Temperaturerhöhung mittels Stromfluss durch die Wicklungen bereitzustellen. Dies kann jedoch insbesondere deswegen problematisch und mit erhöhtem apparativen oder prozesstechnischen Aufwand verbunden sein, da es hierfür erforderlich ist, das jeweilige, die Wicklungen umfassende Bauteil elektrisch zu kontaktieren und anzuschließen. Die hierfür notwendigen Anschlüsse müssen stets in die jeweilige Anlage hineingeführt werden. Dies bedingt einen erheblichen Aufwand in konstruktiver Hinsicht und macht die Handhabung umständlich. Außerdem werden nur die Wicklungen und nicht der Körper beheizt. Des Weiteren ist die Qualität der bislang erzielten Imprägnierung dann jedenfalls nicht hinreichend, wenn der die Wicklungen tragende Körper großen Beschleunigungen bzw. großen Zentrifugalkräften ausgesetzt werden soll.
Ein demgegenüber bedeutend verbessertes Verfahren ist aus der DE 103 45 265 A1 bekannt. Bei diesem Verfahren ist eine induktive Erwärmung des die Wicklungen tragenden Körpers vorgesehen. In der zur Durchführung des Verfahrens vorgesehenen Anlage ist das das Beschichtungsmaterial enthaltende Tauchbecken von einer Induktionsspule umgeben, so dass die gewünschte Temperaturerhöhung durch induktive Erwärmung des im Tauchbecken befindlichen Körpers und damit kontakt- und berührungslos erfolgen kann.
Der vorliegenden Erfindung liegt nun die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren zum Imprägnieren, Verfestigen oder Elektroisolieren eines ein- oder mehrlagige Wicklungen tragenden Körpers der oben genannten Art anzugeben, mit dem eine noch weitergehende Verbesserung der prozesstechnischen Abläufe bei besonders gering gehaltenem Aufwand erreichbar ist. Des Weiteren soll ein zur Durchführung des Verfahrens besonders geeignetes System angegeben werden.
Bezüglich des Verfahrens wird diese Aufgabe erfindungsgemäß gelöst, indem die vor und/oder während und/oder nach dem Tränken oder Träufeln des Körpers und/oder der von diesem getragenen Wicklungen vorgesehene induktive Erwärmung auf in einen lokalen Raumbereich des Körpers und/oder der Wicklungen begrenzt gehalten wird.
Die Erfindung geht dabei von der Überlegung aus, dass die Imprägnierung zwar aus Gründen der prozesstechnischen Vorteile unter Rückgriff auf eine induktive Erwärmung der Komponenten durchgeführt werden sollte. Eine bedeutende Verbesserung insbesondere im Hinblick auf Flexibilität der Prozessführung und der Handhabbarkeit ist dabei aber erreichbar, indem das Prinzip der mit der induktiven Erwärmung erreichbaren Berührungs- oder Kontaktlosigkeit gezielt im Sinne einer Erhöhung der prozesstechnischen Freiheitsgrade weiterentwickelt wird. Dies ist erreichbar, indem die induktive Erwärmung auf einzelne Raumbereiche begrenzt wird, so dass selektiv Einfluss auf die Prozessabläufe genommen werden kann.
Besonders vorteilhaft kann dies umgesetzt werden, indem beim Träufeln das Harz in den grundsätzlich – vorzugsweise induktiv – vorgewärmten Körper und die an diesem angeordneten Wicklungen eingebracht wird, so dass es vergleichsweise dünnflüssig wird und entsprechend auch unzugängliche Stellen erreichen kann. In einer frühen Phase des Beschichtungsvorgangs kann dabei das Material von oben auf den Körper aufgeträufelt werden, so dass es schwerkraftbedingt und unter Nutzung der Kapillarwirkung nach unten hin zu dessen unterem Ende abfließt. Sobald durch geeignete Messtechnik, beispielsweise durch eine besonders bevorzugt vorgesehene akustische Messung, festgestellt wird, dass im unteren Endbereich des Körpers eine gute Durchdringung der dort befindlichen Wicklungen stattgefunden hat, kann durch lokal begrenzte induktive Aufheizung des entsprechenden unteren Endbereichs des Körpers eine lokale Aushärtung des dort befindlichen Harzes eingeleitet werden. Das aushärtende Harz bildet somit in diesem unteren Endbereich eine Art Pfropfen oder Verschluss, der ein weiteres Durchlaufen oder Abströmen von neu eintreffendem Harz verhindert oder zumindest minimiert. Somit kann anschließend das Imprägniermaterial weiter eingeträufelt werden, ohne dass es aus dem unteren Bereich in unerwünschter Weise abfließen würde, und eine vergleichsweise einfache Befüllung des gesamten Restkörpers oder dessen Wicklungen mit Beschichtungsmaterial ist möglich. Die Gelierung und Aushärtung des so nachfließenden Materials wird durch das besonders bevorzugt vorgesehene Nachführen des ein- oder mehrendigen Induktors entgegen der Füllrichtung gesichert.
In einer alternativen besonders bevorzugten Ausgestaltung kann auch beim Tauchrollieren eine lokal begrenzte Vorerwärmung und Aushärtung (letztere nach dem Baddurchlauf!) des aufgebrachten Beschichtungsmaterials induktiv eingeleitet werden. Damit ist mit besonders einfach gehaltenem Prozessablauf eine zuverlässige Einbringung des Beschichtungsmaterials auch in vergleichsweise große Bauteile oder Komponenten möglich.
Bezüglich des Systems wird die genannte Aufgabe gelöst mit einem Traggerüst zur vorübergehenden Aufnahme des die Wicklungen tragenden Körpers, mit einem Zuführsystem für Harz oder Lack, und mit einer Anzahl von lokal benachbart zum Körper oder den von diesem getragenen Wicklungen positionierbaren Induktoren.
Je nach Anwendungsbereich (insbesondere die beiden besonders bevorzugten Konzepte Träufeln oder Tauchrollieren) kann das Zuführsystem dabei geeignet ausgestaltet sein, also insbesondere in der Art einer zum Träufeln geeignet ausgestalteten Zuführleitung oder als Tauchbad für das Beschichtungsmaterial.
Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung wird anhand einer Zeichnung näher erläutert. Darin zeigen:
1 ein System zum Imprägnieren, Verfestigen oder Elektroisolieren eines ein- oder mehrlagige Wicklungen tragenden Körpers, und
2 ein alternatives System zum Imprägnieren, Verfestigen oder Elektroisolieren eines ein- oder mehrlagige Wicklungen tragenden Körpers.
Gleiche Teile sind in beiden Figuren mit denselben Bezugszeichen versehen.
Das System 1 ist zum Imprägnieren eines Körpers 2 durch Beträufeln mit Lack oder Harz bei gleichzeitiger gesteuerter induktiver Erwärmung ausgelegt. Der Körper 2 trägt dabei Wicklungen 4, die insbesondere als stromführende Leitungen in einem elektrischen System vorgesehen sind und deswegen elektrisch isoliert ausgeführt sein müssen. Insbesondere kann der Körper 2 zur Verwendung in einem Transformator oder Elektromotor vorgesehen sein. Der Körper 2, bestehend aus einem nicht näher dargestellten Metallkern, Blechpaket oder dgl. und den Wicklungen 4, wird bei der so genannten Imprägnierung im Bereich seiner Wicklungen 4 mit einer Beschichtung aus Harz oder Lack versehen. Die Wicklungen 4 werden durch dieses Imprägnieren mittels Harz oder Lack nicht nur elektrisch isoliert, sondern auch insgesamt verfestigt, wobei die zu erreichende Verfestigung dann von besonderer Bedeutung ist, wenn das gesamte Paket mit den Wicklungen 4 im Betrieb beschleunigt bzw. Zentrifugalkräften ausgesetzt wird. Bei einem Motorstator liegen die Wicklungen 4 eingebettet in den sogen. Nuten, die üblicherweise mit Isoliermaterial ausgekleidet sind. Das alles sollte zu annähernd 100% gefüllt sein und ein kompaktes System nach der Imprägnierung und Aushärtung darstellen; d. h. Lufteinschlüsse sollten möglichst minimiert sein oder vorzugsweise ganz entfallen. Auf diese Weise ist eine optimale und notwendige Wärmeabfuhr nach außen gesichert.
Um ein besonders hochwertiges Imprägnieren sicherzustellen, bei dem das als Beschichtungsmaterial vorgesehene Harz auch an die an sich eigentlich unzugänglichen Stellen innerhalb der Wicklungen 4 (in die unteren Nutbereiche beim Stator!) zuverlässig gelangen kann, ist das System 1 für eine Beträufelung mit Harz ausgelegt, bei der vor und/oder während und/oder nach dem Träufeln der Körper 2 und/oder die von diesem getragenen Wicklungen 4 in einem lokal begrenzten Raumbereich induktiv erwärmt werden. Dadurch kann das Harz einerseits ausreichend dünnflüssig gemacht werden, so dass es beim Beschichten auch die unzugänglichsten Stellen erreicht, wobei andererseits auch bedarfsweise ein gezieltes und lokal begrenztes Aushärten des Harzes an einzelnen Stellen erreicht und eingestellt werden kann.
Dazu umfasst das System 1 ein Traggerüst 6 zur vorübergehenden Aufnahme des die Wicklungen 4 tragenden Körpers 2, ein Zuführsystem 8 für Harz oder Lack und einen lokal benachbart zum Körper 2 oder den von diesem getragenen Wicklungen 4 positionierbaren Induktor 10. Im Ausführungsbeispiel gemäß 1 ist das Traggerüst 6 geneigt angeordnet, so dass oben eingeträufeltes Beschichtungsmaterial schwerkraft- und kappilarwirkend bedingt in die unteren Raumbereiche fließen kann und durch Rotation des Körpers 2 um seine Längsachse gleichmäßig im gesamten Körper 2 und dessen Wicklungen 4 verteilt werden kann. Das Zuführsystem 8 ist als Leitungssystem ausgeführt, dessen Auslassöffnung 12 oberhalb des oberen Endes des Körpers 2 positioniert ist, so dass ausfließendes Harz oben auf den Körper 2 auftreffen kann. Der Induktor 10 hingegen ist als Induktionsspule ausgeführt, die lokal begrenzt lediglich in den ihr benachbarten Raumbereich 14 des Körpers 2 einkoppelt und damit im Betrieb lediglich diesen lokal begrenzten Raumbereich 14 beheizt, und die wie durch den Doppelpfeil 15 angedeutet in einer Richtung parallel zur Längsachse 16 des Körpers 2 verschiebbar gelagert ist.
Im prinzipiellen Aufbau des Systems 1 gemäß 1 sind die folgenden Parameter für eine erfolgreiche Prozessführung bei der Imprägnierung gemäß der Erfindung besonders wichtig und werden daher zweckmäßigerweise geeignet ermittelt und eingestellt:

– Neigungswinkel α der Rotationsachse/Längsachse 16 des Körpers 2
– Rotationsgeschwindigkeit des Körpers 2
– Verfahrweg des Induktors 10 in Längsrichtung des Körpers 2 gesehen
– Verfahrgeschwindigkeit v1 des Induktors 10
– Kopplungsabstand des Induktors 10 (zur Eisenoberfläche des Körpers 2 bzw. der Wicklung 4)
– Energieeintrag (induktiv) auf das Objekt in kW
– Frequenz der Induktionsenergie (HF oder MF) in kHz
– Zeitdauer des Energieeintrages (induktiv) auf das Imprägnierobjekt in s

Diese Parameter bestimmen maßgeblich das Imprägnierergebnis und die Effizienz der Technologie (Taktzeit, Energiebilanz, Harzverluste und dergleichen).
Das Imprägnierergebnis im Sinne einer wunschgemäßen Befüllung mit Harz wird in besonders vorteilhafter Ausgestaltung überwacht durch Messung der Harzdurchdringung des unteren Wickelkopfes 20, vorzugsweise durch Akustikmessung. Dazu umfasst das System 1 einen Akustiksensor 22, der im Bereich benachbart zum unteren Wickelkopf 20 positioniert ist und anhand einer Auswertung der akustischen Eigenschaften im Bereich des unteren Wickelkopfes 20 einen Rückschluß auf den Durchdringungsgrad der Wicklungen 4 in diesem Bereich mit Harz erlaubt.
Bei einem Imprägniervorgang wird das System 1 gemäß folgendem besonders bevorzugten Verfahrensablauf betrieben:

1. Aufnahme und Aufspannung des möglicherweise rotationssymmetrischen, als Imprägnierobjekt vorgesehenen, mit den Wicklungen 4 versehenen Körpers 2 (z. Bsp. Motorstator) im Traggerüst 6; Aufspannung innen in Rotorbohrungdurch geeignete Vorrichtung je nach Objektgröße
2. Einstellung eines besonders bevorzugten, hinsichtlich der Fließeigenschaften des verwendeten Harzes im Hinblick auf die räumliche Form der Wicklungen 4 optimierten Neigungswinkels α der Rotations- oder Längsachse 16 und Vorwahl der Rotationsgeschwindigkeit.
3. Vorwahl des Verfahrweges des angepassten Induktors 10 (besonders bevorzugte Anpassung des Induktors 10 an die Gegebenheiten des Körpers 2 beispielsweise durch Wahl einer besonders bevorzugten elektrischen Einkopplung; Größe des Induktordurchmessers) entlang des als Imprägnierobjekt vorgesehenen Körpers 2
4. Wahl von MF-/HF-Leistung und angepasster Frequenz

Für die vorgenannten Parameter 1–4 werden vorzugsweise nach einer Erprobungs- oder Eichphase Grundwerte für Voreinstellungen ermittelt und in einer Speichereinheit hinterlegt, so dass sie für den Wiederholungsfall bzw. annähernd gleiche Objekte wieder abgerufen werden können.

5. Nach Start der Rotation wird die Vorwärmenergie PI dem Induktor 10 zugeschaltet und dieser mit der Verfahrgeschwindigkeit v1 entlang des Verfahrweges x auf- und ab bewegt. Dies dient der Vorerwärmung des Körpers 2 auf eine Temperatur von ca. 100°C (harzabhängig!) zur Herabsetzung der Viskosität des einzubringenden Harzes und damit einer Unterstützung der Kapillarwirkung und nachfolgend verbesserter Harzaufnahme in den Wicklungen 4.
6. Die Auf- und Abbewegung kann bevorzugt über die gesamte Länge des Körpers 2, langsam, schnell oder auch oszillierend erfolgen. Das ist letztlich objekt- und zielabhängig.
7. Ist die gleichmäßige Vorerwärmung abgeschlossen, fährt der Induktor 10 an die tiefste Stelle des Verfahrweges x. Jetzt wird der Träufelprozess gestartet. Die Harzzufuhr erfolgt auf den obersten Wickelkopf 24 über versetzte Düsen, von denen in 1 lediglich die Auslassöffnung 12 gezeigt ist. Gleichzeitig wird die (Heiz)Leistung über den Induktor 10 objektabhängig hochgeregelt. Das verfließende Harz gelangt in den tiefsten Punkt des Körpers 2 und in den unteren Wickelkopf 20 und wird durch gleichzeitige Rotation des Körpers 2 um seine Längsachse 16 in der Nut gut verteilt – vorzugsweise auch im Bereich des Nutengrundes. Sobald über den Akustiksensor anhand der akustischen Eigenschaften des unteren Wickelkopfes 20 eine gute Harzdurchdringung/-aufnahme im unteren Wickelkopf 20 festgestellt wird, wird die Heizleistung im Induktor 10 soweit erhöht, dass die Gelier- und sofort nachfolgend die Aushärtetemperatur des Harzes im tiefstgelegenen Statorpunkt erreicht wird. Das bewirkt eine schnelle und vorzugsweise nahezu sofortige Aushärtung des Harzes dort und damit eine Versiegelung und Pfropfenbildung am unteren Blechpaketausgang. Es kann dort somit kein Harz mehr austreten; der Ausfluss ist verschlossen. Auch im unteren Wickelkopf setzt der Aushärteprozeß ein.
8. Nun wird bei fortgesetzter Harzzufuhr (ggf. mit erhöhter Zufuhrmenge) und gegebenfalls geänderter Rotationsgeschwindigkeit (diese ist ein Optimierungsparameter) der Induktor 10 entlang seines Verfahrwegs zum höheren Punkt in Richtung oberster Wickelkopf 24 bewegt. Auch die Verfahrgeschwindigkeit v1 kann hierbei optimiert werden (hinsichtlich Größe des Objektes, Harzverhalten usw.). Da auch die lokale Erwärmung (Position des Induktors 10) eine weitergehende Erwärmung oder Warmhaltung des Gesamtobjektes bewirkt, ist ein gutes Fließverhalten des Harzes gesichert und kann ggf. über eine gesteuerte Leistungszufuhr angepasst werden. Die zugeführte Induktionsleistung sollte besonders bevorzugt so bemessen sein, dass das Harz im Zusammenspiel mit der Verfahrgeschwindigkeit v1 des Induktors 10 in der jeweiligen Induktorposition geliert und nachfolgend aushärtet. Eine Gelierung ist ggf. hier ausreichend, da nach Errreichen der oberen Induktorposition (Bereich des obersten Wickelkopfes 24) insgesamt durch mehrfaches Auf- und Abfahren des Induktors 10 (Scannen) bei gleichzeitig erhöhter Energie- und Temperaturzufuhr das Aushärten des Harzes angeschoben und ggf. abgeschlossen werden kann. Sollte dies aus Zeitgründen nicht machbar sein, so wird der gefüllte Körper 2 (im angelierten Zustand) vorzugsweise nachfolgend in einer weiteren Station induktiv bzw. im Ofen weiter erwärmt und so der Aushärteprozess abgeschlossen. Die Harzdurchdringung des obersten Wickelkopfes 24 erfolgt im optimierten Fall ausschließlich durch die Kapillarwirkung bzw. unterstützend durch direktes Beträufeln, wobei der Aufnahmegrad gut gesteuert werden kann.
9. Der Körper 2 kann fertig ausgehärtet oder für den Ofenprozess vorbereitet von der Träufelvorrichtung abgebaut und einer ”Endbehandlung” (z. Bsp. Abkühlung) zugeführt werden.
10. Dann wiederholt sich der Prozess mit den Folgeobjekten entsprechend.

Alle Programmparameter können in der Prozessteuerung hinterlegt und per Barcode oder Programmnummer abgerufen werden. Der dargestellte Träufelprozess kann für nahezu alle rotationssymmetrische Teile, insbesondere auch Rotoren und Transformatoren, eingesetzt werden. Auch Statoren im Gehäuse können prinzipiell bei den bekannten Gehäusematerialien so im Träufelverfahren imprägniert werden, da die Ankopplung und der Wärmetransport von außen nach innen den Prozess in ähnlicher Weise abbilden lassen.
Das dargestellte Verfahren sichert eine nahezu 100%-ige Harzaufnahme des Objektes und so beste Imprägnierqualität, absolut saubere Oberflächen (keinerlei Harzbenetzung), sowie keine bzw. minimierte Abtropfverluste, hohe Energieeffizienz bei vergleichsweise kurzen Taktzeiten, da kein bzw. nur stark verkürzter ”Ofenprozess”.
Das Verfahren ist u. a. auch gut für große und lange Objekte gut geeignet, da die aufgrund hoher Wärmezufuhr verbesserte Kapillarwirkung ein gutes ”Fließen” des Harzes ermöglicht. Eine ggf. notwendige bzw. gewünschte Nachbehandlung des unteren Wickelkopfes kann durch zusätzliche und zeitversetzt arbeitende Träufeldüsen am unteren Teileende (auf den Wickelkopf gerichtet) erfolgen; die Wärmeleitung und bereits eingebrachte Energie sichert das Aushärten.
Ein alternatives System 1' zum Imprägnieren, Verfestigen oder Elektroisolieren eines ein- oder mehrlagige Wicklungen 4 tragenden Körpers 2 ist in 2 gezeigt. Dieses alternative System 1' ist für eine Imprägnierung des Körpers 2 (vorrangig für Körper 2 großer Durchmesser) durch Passieren eines Tauchbades 30 vorgesehen, in dem als Beschichtungsmaterial Lack oder Harz vorgehalten wird. Das System 1' ist somit zum so genannten Tauchrollieren des Körpers 2 bei gesteuerter induktiver Vorerwärmung, einer gesteuerten induktiven Nacherwärmung (Härtung) und einer optionalen Folgeerwärmung für weitere Beschichtungs- bzw. Isolieraufgaben ausgelegt.
Im System 1', das in 2 im Querschnitt bzgl. des Körpers 2 gezeigt ist, umfasst ein nicht näher dargestelltes Traggerüst, in dem der Körper 2 vorübergehend um seine Längsachse 16 rotierbar gelagert ist. Das Traggerüst umfasst dabei neben weiteren Komponenten eine Anzahl von ihrerseits drehbar gelagerten Lagerrollen 32, auf denen der Körper 2 rollbar aufliegt. Um den Umfang des Körpers 2 verteilt ist eine Anzahl von Induktoren 10 angeordnet, die jeweils in einen ihnen benachbarten lokal begrenzten Raumbereich 14 des Körpers 2 einkoppeln und diesen Raumbereich 14 im Betrieb jeweils lokal beheizen. Die Wicklungen 4 sind am äußeren Umfang des Körpers 2 bzw. in den Statornuten eingebettet angeordnet; der besseren Übersichtlichkeit halber sind in 2 lediglich einige der Wicklungen gezeigt.
Die beim Betrieb des Systems 1' prozessbestimmenden, besonders bevorzugt bedarfsgerecht ausgewählten und eingestellten Parameter sind:

– Die in den jeweiligen Raumbereich 14 des Körpers 2 jeweils eingebrachte Energie oder Wärme über die getrennt voneinander regel- und ansteuerbaren Induktoren 10
– Die Frequenz der Induktionsenergie
– Der Energieeintrag pro Zeiteinheit
– Der Kopplungsabstand der Induktoren 10 (Abstand von der Oberfläche des Körpers 2 bzw. der an diesem außenseitig angebrachten Wicklungen 4)
– Die Rotations-, Winkel- und/oder Durchgangsgeschwindigkeit des Oberflächenbereichs des Körpers 2 durch das Rollier- oder Tauchbad 30
– Die Eintauchtiefe in das Rollier- oder Tauchbad Das Rollier- oder Tauchbad 30 ist in seiner Position höhenverstellbar und kann so den Gegebenheiten und Erfordernissen des Imprägnierobjektes oder Körpers 2 und den Anforderungen an das gewünschte Beschichtungsergebnis angepasst werden.

Die Induktoren 10 werden vorzugsweise über einen nicht näher dargestellten (MF oder HF) Umrichter mit zwei, drei oder ggf. vier separat regelbaren Ausgängen angesteuert. Sie sind so aufgebaut, dass sie annähernd über die gesamte Länge des Objektes wirken (Kopplung!). Der jeweilige Kopplungsabstand ist vorzugsweise einstellbar und wird an die Anforderungen des Objekts oder Körpers 2 angepasst.
Das Rollieren eignet sich gerade in der dargestellten Form vorteilhaft für vergleichsweise große Objekte, die innen sauber und/oder harzfrei bleiben sollen, für die jedoch eine Benetzung außen unkritisch und ggf. sogar vorteilhaft ist. Derartige Objekte werden bisher aufwändig im Vakuum bzw. über Strom/Wärme mit vergleichsweise hohem technischen Aufwand imprägniert, wobei die Ergebnisse in bekannten Anlagen allerdings nicht immer zufriedenstellend sind. Alle Vergleichsverfahren haben zudem hohe Harzverluste und lange Taktzeiten zum Nachteil.
Das System 1' wird bevorzugt gemäß folgendem Verfahrensablauf betrieben:

1. Der Körper 2 (bevorzugte Verwendung für einen Stator) befindet sich in einer stabilen Aufnahme im Traggerüst, in der er ggf. bereits bewickelt wurde (horizontal ausgerichtet). Die Lagerrollen 32 wirken als Auflage und als Antriebsrollen für die Rotationsbewegung. Eine besonders vorteilhaft vorgesehene Positioniereinrichtung zur Höheneinstellung des Tauchbads 30 ist vorzugsweise dahingehend ausgelegt, dass das ein unterhalb der Lagerrollen 32 angeordnete höhenverstellbares Tauchbecken oder Tauchbad 30, seinerseits besonders bevorzugt angeschlossen an einen Harz-Temperierkreislauf, so weit nach oben gefahren wird, dass das Imprägnierobjekt oder der Körper 2 so weit eintaucht, dass die die Wicklungen 4 aufnehmenden Nuten mit der jeweils eingebrachten Wicklung 4 vollständig in das Tauchbad eintauchen können.
2. Der auf den Prozessablauf bezogen gesehen erste Induktor 40 dient einer Vorerwärmung des Körpers 2 bzw. dessen Imprägnierzone. Der zweite Induktor 42 bringt soviel Energie in den ihm benachbarten lokal begrenzten Raumbereich 14 ein, dass dort in etwa die Geliertemperatur des Harzes erreicht wird. Durch eine besonders bevorzugt vorgesehene geeignete Wahl des Abstands des zweiten Induktors 42 zum Eintauchpunkt 48, bei dem die Oberfläche des Körpers 2 in das Tauchbad 30 eintritt, in Kombination mit einer geeigneten Wahl des Energieeintrags durch den zweiten Induktor 42 kann zudem sichergestellt werden, dass die Außenoberfläche des Körpers 2 wieder unter Geliertemperatur liegt (ggf. örtliche Luftkühlung).

Der dritte Induktor 44 dient dem Hochfahren der eingetragenen Energie oder Wärme nach dem Austauchen der Oberfläche des Körpers 2 aus dem Tauchbad 30 und somit der Aushärtung des Harzes. Nach Bedarf kann ein vierter Induktor 46 nochmals Energie einbringen in Vorbereitung einer ggf. anschließend vorgesehenen Bepulverung oder ”Versiegelung” im Sinne einer Nachbehandlung.

3. Der Startpunkt ist auch Endpunkt für einen Umlauf und Prozess. Mit dem Tauchbad 30 in Tieflage beginnt bei diesem Startpunkt die Rotation, und mit dem Passieren des ersten Induktors 40 die Vorerwärmung des Oberflächenbereichs des Körpers 2. Anschliessend wird der zweite Induktor 42 passiert, und nach der Passage des zweiten Induktors 42 wird das Tauchbad 30 auf die vorgesehene Eintauchtiefe hochgefahren. Der Körper 2 fährt durch das Tauchbecken, das Harz dringt ein und geliert aufgrund der Objekttemperatur. Unmittelbar nach dem Austauchen wird sofort der dritte Induktor 44 passiert. Dort erfolgt eine Vorhärtung des Harzes, die ggf. mit dem vierten Induktor 46 abgeschlossen oder auch kombiniert wird mit der Vorbereitung einer ”Nachbehandlung” (Beschichten, Versiegeln I).

Bezugszeichenliste

1: System
2: Körper
4: Wicklung
6: Traggerüst
8: Zuführsystem
10: Induktor
12: Auslassöffnung
14: Raumbereich
15: Doppelpfeil
16: Längsachse
20: Unterer Wickelkopf
22: Akustiksensor
24: Oberster Wickelkopf
30: Tauchbad
32: Lagerrolle
40, 42, 44, 46: Induktor

ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur

DE 10345265 A1 [0008]

Claims

Verfahren zum Imprägnieren, Verfestigen oder Elektroisolieren eines ein- oder mehrlagige Wicklungen (4) tragenden Körpers (2), insbesondere für einen elektrischen Motor/Generator oder Transformator, wobei der die Wicklungen (4) tragende Körper (2) unter Temperatureinfluss in ein Harz oder einen Lack getaucht oder mit Harz oder mit Lack beträufelt wird, dadurch gekennzeichnet, dass vor und/oder während und/oder nach dem Tränken oder Träufeln der Körper (2) und/oder die von diesem getragenen Wicklungen (4) in einem lokal begrenzten Raumbereich (14) induktiv erwärmt wird.
System (1) zum Imprägnieren, Verfestigen oder Elektroisolieren eines ein- oder mehrlagige Wicklungen (4) tragenden Körpers (2), insbesondere zur Durchführung des Verfahrens nach Anspruch 1, mit einem Traggerüst (6) zur vorübergehenden Aufnahme des die Wicklungen (4) tragenden Körpers (2), mit einem Zuführsystem (8) für Harz oder Lack, und mit einer Anzahl von lokal benachbart zum Körper (2) oder den von diesem getragenen Wicklungen (4) positionierbaren Induktoren (10).