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Verfahren zur Herstellung versteifter kurzschlußfester Wicklungen
elektrischer Maschinen und Apparate Die Erfindung befaßt sich mit der Herstellung
versteifter kurzschlußfestei7 Wicklungen elektrischer Maschinen und Apparate. Es
ist bekannt, Wicklungsisolierungen durch Imprägnieren mit zur Polymerisations- oder
Polyadditionsreaktion fähigen Stoffsystemen herzustellen. Solche Stoffsysteine sind
beispielsweise aushärtbare Gießharze oder Imprägnierharze, wie sie in der Elektrotechnik
heutzutage in großem Umfang eingesetzt werden. So werden bekanntlich hochspannungsfeste
Wicklungen für elektrische Maschinen in der Weise hergestellt, daß um den zu isolierenden
Leiter zunächst ein Glimmerband gewickelt wird; die derart auf den Leiter aufgewickelte
Isolierung wird dann nach der Trocknung mit einem aushärtbaren Imprägnierharz imprägniert
(USA.-Patentschrift 2 656 290). Weiterhin ist es bekannt, Wandler, Spulen
oder auch Sammelschienen mit aushärtbaren Gießharzen zu umgießen, so daß diese Bauelemente
von einem Gießharzkörper eingeschlossen sind (deutsche Auslegeschrift
1072 666).
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Zur Verbesserung der Technik ist bereits vorgeschlagen worden, die
Isolierung mit einem Beschleuniger für das zur Polymerisations- oder Polyadditionsreaktion
fähige Stoffsystein zu versehen, mit diesem Stoffsystein innerhalb eines Tränkbades
in einer gegenüber diesem Stoffsystem nicht dichten Hülle zu überfluten und im Tränkbad
zu belassen, bis das in die Isolierung eingedrungene Tränkharz angeliert oder ausgehärtet
ist. Bei diesem vorgeschlagenen Verfahren wird also die Isolierung in einer durchlässigen
Hülle überflutet und so lange im überfluteten Zustand belassen, bis das in die Hülle
eingedrungene Harz angeliert bzw. ausgehärtet ist. Dieses Verfahren hat den Vorteil,
daß in der Isolierung ein hoher Anteil an Harz erreicht wird, da ein Ausfließen
des Harzes infolge des noch im überfluteten Zustand erfolgenden Angelierens oder
Aushärtens nicht mehr möglich ist. Außerdem kann eine etwa erfolgende Schrumpfung
noch durch von außen nachfließendes Harz ausgeglichen werden.
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Die Erfindung betrifft eine weitere Verbesserung eines solchen Verfahrens,
das insbesondere zur Herstellung versteifter kurzschlußfester Wicklungen elektrischer
Maschinen und Apparate geeignet ist. Gemäß der Erfindung werden außer den elektrisch
aktiven Teilen der Wicklung auch die die Steifigkeit und Kurzschlußfestigkeit der
Wicklung bestimmenden mechanischen Versteifungs- und Verfestigungselemente mit einem
Beschleuniger für die Polymerisations- oder Polyadditionsreaktion eines zu einer
solchen Reaktion fähigen Stoffsystems versehen, mit dem die gesamte Wicklung einschließlich
der mechanischen Versteifungs- und Verfestigungselemente in einem Tränkbad überflutet
werden, worauf die Wicklung mit den Versteifungs- und Verfestigungselementen bis
zum Angelieren oder Aushärten des eingedrungenen Harzanteiles im Tränkbad verbleibt.
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Beim Verfahren gemäß der Erfindung werden also nicht nur die Isolierung
der elektrischen Maschine, sondern auch sämtliche Leiterelemente, aus denen die
Wicklung gebildet wird, und sämtliche zur Wicklung gehörenden elektrischen und mechanischen
Zusatzteile durch das Imprägnierharz mechanisch verfestigt. Insbesondere werden
von dieser Verfestigung auch die Teilleiter erfaßt, aus denen die eigentlichen Leiter
der Wicklung zusammengesetzt sind. Auch Umleitungen, Schaltverbindungen u. dgl.
einschließlich der jeweiligen Isolierung dieser Elemente werden beim Verfahren gemäß
der Erfindung voll imprägniert.
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Die besondere mechanische Festigkeit, die das Verfahren gemäß der
Erfindung gewährleistet, beruht darauf, daß gleichzeitig auch die zusätzlichen Versteifungs-
und Verfestigungselemente, also beispielsweise die Distanzstücke, Bandagen und Stützringe
sowie auch Nutenverschlußkeile, deren mechanische Eigenschaften die Steifigkeit
und Kurzschlußfestigkeit der Wicklung bestimmen, von der Imprägnierung mit dem aushärtbaren
Tränkharz mit erfaßt werden. Hierbei ist zu berücksichtigen, daß es sich bei diesen
Versteifungseleinenten häufig um Elemente handelt, die aus Hartpapier, Hartgewebe
oder Verschnürungen bestehen, die bei der gleichzeitigen Imprägnierung mit den zu
versteifenden Wicklungselementen an der Oberfläche dieser Wicklungselemente verkleben.
Wesentlich ist bei der Durchführung des Verfahrens nach der Erfindung, daß bei solchen
nicht
durchtränkbaren Versteifungselementen, wie es also beispielsweise
Distanzklötze sind, die zu verklebenden Flächen mit Beschleuniger versehen sind.
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Von der Imprägnierung werden aber auch durchtränkbare Versteifungselemente,
wie z. B. Bandagen an trocken aufgewickelten Faser- oder Gewebesträngen, erfaßt,
die in gleicher Weise wie die -übrige Wicklungsisolierung Beschleuniger enthalten.
Diese durchtränkbaren Versteifungselemente erhalten auf Grund der vorgenommenen
Imprägnierung eine erhöhte mechanische Festigkeit.
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Beim Verfahren gemäß der Erfindung können auch die abgekröpften Teile
der aus Teilleitern aufgebauten Wicklungselemente, also beispielsweise von Stäben
oder Spulen, im Wickelkopf einer elektrischen Maschine, die im Betrieb besonders
hohen elektrodynamischen Beanspruchung-en ausgesetzt ist, Yerfestigt und damit insgesamt
versteift werden. Dadurch, daß gleichzeitig auch die als Schaltverbindungen und
Umleitungen dienenden Leiter bzw. Leiterbündel einschließlich ihrer Isolierung verfestigt
werden, wird eine weitere Versteifung des Wickelkopfes bewirkt.
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Als zur Polymerisationsreaktion fähige Stoffsysteme können in Durchführung
des Erfindungsgedankens Lösungen ungesättigter Polyesterharze in daran anpolymerisierbären
Monomeren, wie z. B. Styrol, verwendet werden. Weitere geeignete Stoffsysteme sind
polymerisationsfähige Kohlenwasserstoffgemische, wie z. B. Lösungen von Butadien-Styrol-Polymerisaten
in Styrol oder ähnlichen Kohlenwasserstoffen. Auch Mischungen von Styrol mit Vernetzern,
wie z. B. Divinylbenzol, Divinylacetylen oder ähnlichen Verbindungen, sind im Rahmen
der Erfindung geeignet. Es lassen sich aber auch flüssige vinylgruppenhaltige Polysiloxane
oder bi- oder polyfunktionelle Acrylate oder Methaerylate bzw. Mischungen hiervon
verwenden.
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Die Polymerisation dieser Stoffsysteme wird bekanntlich durch organische
Peroxyde eingeleitet. Die in Durchführung des Erfindungsgedankens verwendeten Beschleuniger
müssen auf das verwendete organische Peroxyd abgestimmt sein. Weiterhin müssen die
verwendeten Beschleuniger einen niedrigen Dampfdruck haben, damit eine Vergiftung
des beschleunigerfreien Tränkharzes ausgeschlossen wird.
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Als solche Beschleuniger kommen für die genannten, zur Polymerisationsreaktion
fähigen Stoffsysteme z. B. gemischt aliphatisch-aromatische tertiäre Amine oder
Sauerstoff übertragende Metallsalze in Frage. Beispiele von tertiären aliphatisch-aromatischen
Aminen sind oder Verbindungen, die diese Gruppe mehrfach im Molekül enthalten, wie
z. B. 4,4',4"-Diinethylaminotriphenylcarbinol. Ein Beispiel eines geeigneten Metallsalzes
ist Kobaltstearat.
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Im Rahmen der Erfindung können aber auch zu einer Polyadditionsreaktion
fähige Stoffsysteme verwendet werden. Beispiele hierfür sind heiß härtende Epoxydharz-Härter-Gemische
mit Säureanhydridhärtern. Für diese Harz-Härter-Gemische können als Beschleuniger
tertiäre Aminogruppen enthaltende Verbindungen, beispielsweise Benzyldimethylamin
oder 4,4'-Bis-(diinethylamino)-diphenylinethan oder auch Tetramethylthiuramdisulfid
oder Derivate tertiärer Oxyalkylamine, wie z. B. Ester von N-ß-Oxypropylmorpholin,
verwendet werden. Die Höchstkonzentration der erwähnten Beschleuniger für die zur
Polymerisationsreaktion fähigen Stoffsysteme soll im allgemeinen die Menge von
1 Gewichtsprozent, bezogen auf das reaktionsfähige Stoffsystem, nicht überschreiten.
Für die die Polyadditionsreaktion abkürzenden Beschleuniger ist der Spielraum, in
welchem diese Verbindungen zugesetzt werden können, größer; die Höchstkonzentration
dieser Verbindungen kann im Einzelfall etwa bis zu 10% betragen.
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Während des Eintauchens der zu imprägnierenden Teile besteht beim
Eindringen des Tränkharzes die Gefahr, daß die Beschleuniger von dem eindringenden
Tränkharz herausgespült werden. Man kann dem dadurch begegnen, daß man die Beschleuniger
mit schwerlöslichen Verbindungen oder schwerlöslichen Harzen mischt. Schwer löslich
bedeutet hierbei, daß der Lösungsvorgang dieses Beschleunigers bzw. des mit ihm
vermischten Harzes im Tränkharz wesentlich länger als das Eindringen des Tränkharzes
in die Hohlräume der Wicklung dauert. Die zur Lösung erforderliche Zeit ist aber
dennoch kurz gegenüber der mehrere Stunden betragenden Zeit, die für die Angelierung
notwendig ist.
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Insbesondere empfiehlt es sich, schwerlösliche Verbindungen oder schwerlösliche
Harze zu wählen, die in das zum Imprägnieren der Wicklung verwendete Tränkharz eingebaut
werden können. Mitunter ist es aber auch möglich, als Beschleuniger bereits eine
in dem Tränkharz schwerlösliche Verbindung auszuwählen.