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Verfahren zum Herstellen einer elektrischen Wicklung Die vorliegende
Erfindung betrifft ein Verfahren zum Herstellen einer elektrischen Wicklung, bei
dem elektrische Leiter mit einer aus anorganischem Fasermaterial und einem Bindemittel
bestehenden Schicht umgeben und danach auf einen Spulentragkörper aufgewickelt werden,
das gesamte Gebilde erhitzt und anschließend mit einem keramischen Isolierstoff
imprägniert wird.
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Es ist bereits ein Verfahren zum Herstellen einer elektrischen Wicklung
bekannt, bei dem zunächst ein Draht mit einer Schicht eines mit einem organischen
Harz getränkten anorganischen Fasermaterials umgeben wird. Der zu einer Spule gewickelte
Draht wird erhitzt, so daß das organische Harz verbrennt und von der Isolierschicht
nur noch das Fasermaterial zurückbleibt. Danach wird die Spule mit einem temperaturbeständigen,
härtbaren Material getränkt. Einer derartigen Isolierschicht haftet der Nachteil
an, daß sie, nachdem das Bindemittel während des Erhitzens vollständig verbrannt
ist, keinen inneren Halt besitzt; es besteht die Gefahr, daß sich das Fasermaterial
von den Drähten löst, ferner, daß sich der Abstand der Drähte beim Erhitzen infolge
mangelnder Festigkeit der Isolierschicht verändert.
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Es ist auch eine Wicklung bekannt, bei welcher der zur Wicklung verformte
Draht mit einem Kieselsäureesterlack, der aus einer Kombination von orgagischen
ortho-Kieselsäureestern und organischen Lackharzen besteht, getränkt ist.. Derartige
Wicklungen sind für Einsatzzwecke, bei denen mit dem Auftreten hoher Temperaturen
gerechnet werden muß, wegen der Anteile an brennbaren Bestandteilen im Überzug nicht
geeignet.
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Der Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren zum
Herstellen einer elektrischen Wicklung der eingangs erwähnten Art zu schaffen, durch
welches eine Wicklung erhalten wird, die sich für den Einsatz bei hohen Temperaturen
eignet und bei welcher die Isolierschicht einen inneren Halt hat, auf den Drähten
haftenbleibt und diese vor dem Verschieben sichert.
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Die Erfindung betrifft somit ein Verfahren zum Herstellen einer elektrischen
Wicklung, bei dem elektrische Leiter mit einer aus anorganischem Fasermaterial und
einem Bindemittel bestehenden Schicht umgeben und danach auf einen Spulentragkörper
aufgewickelt werden, das gesamte Gebilde erhitzt und anschließend mit einem keramischen
Isolierstoff imprägniert wird. Es ist dadurch gekennzeichnet, daß erfindungsgemäß
als Bindemittel Silikonharze verwendet werden, deren organische Bestandteile während
des Erhitzens entweichen. Als Fasermaterial werden vorzugsweise Glasfasern verwendet.
Dieses Material neigt zwar dazu, sich von den Drähten abzulösen, da aber diese Gefahr
bei den mit dem erfindungsgemäßen Verfahren hergestellten Wicklungen ausgeschaltet
ist, kann von den günstigen Eigenschaften der Glasfasern, nämlich hoher Hitzebeständigkeit,
guter Verarbeitbarkeit und Wirtschaftlichkeit, mit Vorteil Gebrauch gemacht werden.
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Bei der Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahrens werden also
die Leitungen mit einem anorganischen Fasermaterial, vorzugsweise Glasfasern, die
mit einem Silikonharz getränkt sind, auf einen Spulenkörper gewickelt, das gesamte
Gebilde wird dann zum Austreiben der organischen Bestandteile des Bindemittels erhitzt
und anschließend mit keramischem Material in flüssigem Zustand durchtränkt, wodurch
die Isolation der Leitungen vervollkommnet wird, wenn dieses Material erstarrt ist.
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Zusätzlich kann die Außenfläche der Wicklung noch mit einem Material
überzogen werden, dessen Beschaffenheit den Aufbau vor dem Eindringen von Feuchtigkeit
schützt. Die mit dem erfindungsgemäßen Verfahren hergestellte Wicklung weist verhältnismäßig
hohe Temperaturbeständigkeit auf und kann daher in elektrischen Maschinen eingesetzt
werden, die bei hohen Temperaturen arbeiten müssen.
Eine Ausführungsform
der Erfindung wird an Hand eines Ausführungsbeispieles in Verbindung mit den Zeichnungen
beschrieben; es zeigt F i g. 1 eine schematische Querschnittsansicht des Statoraufbaues
eines Elektromotors, F i g. 2 einen Schnitt entlang der Linie I1-II der F i g. 1,
F i g. 3 einen vergrößerten Querschnitt eines Teiles des in F i g. 2 dargestellten
Statoraufbaues, F i g. 4, 5 und 6 Querschnitte eines Teiles des in F i g. 3 gezeigten
Aufbaues entlang der Linie 4-4.
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In F i g. 1 und 2 ist ein lamellenartiger Spulenkörper oder ein magnetischer
Statorkern 10 eines Elektromotors gezeigt. Der Kern ist mit einer Vielzahl
von Schlitzen 11 versehen, die sich in Längsrichtung erstrecken und sich von der
zylindrischen Bohrung 12 aus radial nach außen im Kern schneiden, in der der Motoranker
13 (nur in F i g. 2 zu sehen) in bekannter Weise drehbar gelagert ist.
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In herkömmlicher Weise führen die Leitungen 14 des Statoraüfbaues
in den Schlitzen 11 (die in F i g. 2 in einem Schlitz dargestellt sind) entlang
und wickeln sich in überstehender Weise an beiden Enden des Statorkerns um, wodurch
Wickelköpfe 15 und 16 gebildet werden. Die Leitungen 14 sind mit der aus
anorganischem Fasermaterial und Bindemittel bestehenden Umhüllung 17 umgeben.
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Auf den Statorwicklungen sind Anschlüsse (nicht gezeichnet) vorgesehen,
durch die elektrischer Strom von einer Stromquelle an die Wicklungen abgegeben wird.
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Wie in F i g. 2 und 3 gezeigt, nimmt jeder Schlitz 11 vier mit der
Schicht 20 versehene Leitungen 14 auf, die gemeinsam in einem sie umwickelnden,
den Schlitz ausfüllenden Körper 17 aus Glasfasern eingeschlossen sind. Vor dem anfänglichen
Zusammenbaustadium wird die Glasfaser mit einem Silikon-Bindemittel durchtränkt.
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Der Aufbau der durch jeden Schlitz führenden Leitungen wird durch
einen Schlitzkeil 18 an seinem Platz gehalten, von dem einer für jeden Schlitz
vorgesehen ist und der einen Gleitsitz in dem radialen inneren Teil des Schlitzes
hat. Dieser Keil ist auch aus Glasfasern hergestellt, die vor dem anfänglichen Zusammenbau
mit einem Silikonbindemittel durchtränkt werden.
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Wie in den F i g. 4, 5 und 6 gezeigt, ist die Reihenfolge bei dem
Verfahren zur Herstellung der Statorwicklung folgende: Wenn der Statorkern vollständig
bis zu der erforderlichen Anzahl von Wicklungen mit Leitungen umwickelt ist, wird
der Aufbau in einem Ofen auf eine Temperatur von 400° C erhitzt, um die organischen
Bestandteile -.des Silikonbindemittels aus der Drahtumhüllung 20 auszutreiben.
Dieses hat zur Folge, daß nur feste Silikonbestandteile, aber keine leitenden kohlenstoffhaltigen
Stoffe zurückbleiben. Die gestrichelten waagerechten= Linien 21 in F i g.
4 stellen die organischen Bestandteile des Silikonbindemittels dar, und daher sind
diese gestrichelten waagerechten Linien in F i g. 5, die den nach der Erhitzung
im Ofen vorliegenden Aufbau darstellt, weggelassen worden.
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So bleibt in diesem Stadium eine poröse Struktur mit einer für eine
sorgfältige Behandlung ausreichenden Festigkeit zurück, wobei die verdrallte Glasfaser
jeder Umhüllung 20; die auf ihrer Leitung 14 zurückbleibt, ausreicht, um die Drähte
einer jeden Leitung auf Abstand zu halten und einen Teil der Isolation zu bilden.
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Danach wird der Aufbau in einen Autoklav eingebracht und unter Vakuum
durch ein herkömmliches Einspritzverfahren mit flüssigem Keramikzement durchtränkt.
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Durch das Vakuum dringt der Keramikzement in die Zwischenräume zwischen
den Fasern der Umhüllung 20 und vervollständigt dadurch die Isolation in diesem
Glasfaser-»Gerippe« der Umhüllung, die die Leitungen umgibt. Weiterhin findet der
Keramikzement seinen Weg in die Glasfasern der Schlitzkeile 18 und der Schlitzüberzugkörper
17. Wenn das keramische Material in dem Aufbau erstarrt ist, ist ein starrer, hitzebeständiger
Aufbau geschaffen worden, der genügend isoliert ist. In F i g. 6 ist der Keramikzement
schaubildlich durch senkrechte Linien 22 dargestellt worden, um zu zeigen, wie er
die Zwischenräume in den Glasfasern, die ursprünglich durch das Silikonbindemittel
ausgefüllt wurden, ausfüllt. _ . Wenn-der in dieser Ausführungsform benutzte Keramikzement
das Eindringen von Feuchtigkeit noch zuläßt, werden die frei liegenden Außenflächen
des so erhaltenen Aufbaus mit glasartiger Emaille überzogen, wodurch der Wickelkörper
gegen das Eindringen von Feuchtigkeit gesichert ist. Dieser überzug ist in F i g.
6 durch die doppelte waagerechte Linie 23 dargestellt.
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Bei anderen Ausführungsformen jedoch, bei denen andere keramische
Materialien, die nicht so durchlässig sind, benutzt werden und folglich Feuchtigkeit
nicht durchdringen kann, wird kein Emailleüberzug oder ein anderer ähnlicher überzug
aufgebracht.
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Es ist ersichtlich, daß der Aufbau, der nur durch die Glasfaserstränge
um die Leitungen 14 herum isoliert wird, während des Durchtränkungsprozesses genügend
steif ist; um den Vakuumeinwirkungen zu widerstehen.
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Der Grund dafür, daß der Statorkern nicht einfach anfänglich mit Leitungen
umwickelt wird, die nur ein anorganisches Material aufgetragen haben, welches die
Umhüllung bildet, liegt darin, daß ein derartiges Material, das von Natur aus brüchig
ist und möglicherweise in verdrallter Form um die Leitungen liegt, in der Wicklung
äußerst leicht verschoben wird und die angrenzenden Leitungen in eine Berührung
zwingt, anstatt sie isoliert zu halten; und derartige sich berührende Leitungen
würden, wenn sie in das keramische Material eingetaucht werden, für immer kurzgeschlossen
sein.
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Obwohl in den Zeichnungen nur vier Leitungen gezeigt worden sind,
die durch jeden der Schlitze 11 führen; kann selbstverständlich auch eine größere
oder kleinere Anzahl von Leitungen an jedem Schlitz entlanggeführt werden.
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Obwohl in dieser Ausführungsform die Erfindung zur Herstellung eines
Statoraufbaus angewandt worden ist, kann sie vorteilhafterweise zur Herstellung
jeder anderen Form einer elektrischen Wicklung angewandt werden, die bei ihrem Betrieb
verhältnismäßig hohe Temperaturen aushalten soll.
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Mit dem Verfahren nach der Erfindung hergestellte Wicklungen eignen
sich für den Betrieb unter Temperaturen bis zu 400° C. In dieser Beziehung können
daher Elektromotoren, Generatoren und andere elektrische Vorrichtungen, die derartige
Wicklungen, welche gegen hohe Temperaturen beständig sind,
verwenden,
zur Zufriedenheit in den verhältnismäßig hohen Temperaturbereichen von überschallflugkörpern
verwendet werden.