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Die Erfindung bezieht sich auf ein Verfahren zur Herstellung einer
elektrisch isolierten Wicklung, wobei ein isolierter Drahtleiter zu einer flachen
Wicklung mit einander berührenden Windungen gewickelt, diese mit einer ersten Schicht
bedeckt und anschließend mit einem äußeren Überzug versehen wird.
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Es ist bereits ein Verfahren zum Isolieren von Wicklungen elektrischer
Maschinen und Apparate bekannt, bei dem die Wicklungen zunächst mit einem geschmolzenen
Isolierstoff mit niedrigem Schmelzpunkt, beispielsweise Erdwachs, getränkt und damit
auf der gesamten Oberfläche überzogen werden, worauf eine zweite Isolierschicht
aufgebracht und gegebenenfalls gehärtet wird. Als zweite Isolierschicht kann dabei
ein bei geringer Temperatur härtendes Kunstharz, eine Bandage, wie beispielsweise
eine Baumwollbandeinschnürung, die durch Lackbehandlung gedichtet ist, oder ein
Gießharz verwendet werden. Mit diesen Mitteln soll ein Verspröden der Wicklungsisolation
verhindert werden, welches zur Entstehung feiner Haarrisse führt und das Eindringen
von Luftfeuchtigkeit sowie der darin eingeschlossenen Säure- und Gasbestandteile
ermöglicht, was zu einer erheblichen Verschlechterung des Isolationszustandes führt.
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Weiterhin ist ein Verfahren zur Herstellung einer isolierten Spule,
die mehrere gegeneinander isolierte Leiterwindungen und eine über die vereinigten
Windungen aufgebrachte Erdisolation aufweist, bereits bekanntgeworden, bei dem die
vereinigten Leiterwindungen zuerst mit einem Glimmerband, d. h. einem Blatt aus
Fasermaterial, wie beispielsweise Papier, Baumwolltuch, Glasfasergewebe oder Asbestgewebe,
auf das eine Schichtglimmerblättchen mittels einem Polystyrolharz aufgebracht ist,
umwickelt werden, die derart umhüllte Spule zur Entfernung von Feuchtigkeit und
anderen flüchtigen Bestandteilen einer Temperatur von 175° C in einem Vakuum ausgesetzt
wird, die Wicklung dann im Vakuum auf 50° C abgekühlt und mit einer flüssigen, vollständig
härtbaren Lösung bestimmter Zusammensetzung (Esterlösung) imprägniert, danach die
imprägnierte Spule mit einem Band aus plastischen bzw. harzartigen Materialien,
die durch die Imprägnierflüssigkeit nicht angegriffen werden (Zelluloseacetat, Polyvinylidenchlorid,
Polytetrafluoräthylen, synthetischer Kautschuk, wie beispielsweise Chloroprenkautschuk,
Polyäthylen), zur Erzeugung eines undurchlässigen Überzuges umwickelt und schließlich
die umhüllte Spule unter Anwendung von Druck und Hitze einer Verformung unterworfen
wird, so daß die Esterlösung durch Polymerisation in den festen Zustand übergeht
und der Spule die gewünschte Form verliehen ist. Damit soll eine besonders wirksame
Isolation vermittelt sein, die insbesondere nicht den Nachteil vieler Lufteinflüsse,
niedrigschmelzender Bindemittel (Asphaltbindemittel) und mangelhaft ausgehärteter
Imprägnierharze aufweist.
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Demgegenüber ist es Aufgabe der Erfindung, ein neues Verfahren zu
vermitteln, welches die Herstellung elektrisch isolierter Wicklungen auf einfachste
Weise und mit rißfreier Außenfläche ermöglicht.
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Das erfindungsgemäße Verfahren der eingangs angegebenen Art ist dadurch
gekennzeichnet, daß die erste Schicht als Gleitschicht für den äußeren Überzug wirkt
und aus einem weichen Füllmaterial besteht, welches einen pulverförmigen Stoff enthält,
eine geringe Kohäsion aufweist und wenigstens die Zwischenräume zwischen den Außenwindungen
unter Ausgleich der Unregelmäßigkeiten der Außenfläche der flachen Wicklung ausfüllt,
daß ferner der äußere Überzug aus einem eine verhältnismäßig starke, flexible Haut
bildenden Material besteht und daß die flache Wicklung im Anschluß an das Aufbringen
und die Verfestigung des äußeren Überzugs in die gewünschte Gsetalt gebogen wird.
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Das erfindungsgemäße Verfahren eignet sich insbesondere zur Herstellung
elektrisch isolierter Feldwicklungen von Stromerzeugern, die bisher in der Regel
mit einem äußeren Überzug aus einem schraubenlinienförmig aufgewickelten Band versehen
und dann mit Hilfe einer Presse zur Anpassung an die Umrißform des Jochs des Stromerzeugers
in eine gekrümmte Form gebracht wurden. Die Erfindung stellt insbesondere eine Weiterentwicklung
auf dem Gebiet der Feldwicklungen für Kraftfahrzeugdynamos dar, mit der das erwähnte
herkömmliche Umwickeln mit imprägnierten Bändern überwunden ist. Es ist schon lange
versucht worden, einen gangbaren Weg zu finden, um dieses umständliche traditionelle
Verfahren überflüssig zu machen, doch ist dies erst durch das erfindungsgemäße Verfahren
geglückt.
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Das dabei zum Einsatz gelangende Füllmaterial verhindert ein teilweises
Eindringen des äußeren Überzugs in die Zwischenräume der Wicklungswindungen, so
daß dieser Überzug beim Verformen der Wicklung nicht dadurch örtlich überbeansprucht
wird, daß er örtlichen Bewegungen der Windungen gegeneinander folgen muß. Außerdem
werden die erforderlichen Bewegungen der Wicklungswindungen nicht behindert. Gleichzeitig
erhält der äußere überzug eine gleichmäßigere Stärke, woraus sich eine wirtschaftlichere
Verwendung des Materials für den äußeren Überzug ergibt. Spannungskonzentrationen,
die bei einem örtlichen Recken des Überzugs auftreten könnten, sind zuverlässig
vermieden. Auf diese Weise sind auch die in dem Überzug zurückbleibenden Spannungen
auf ein Mindestmaß herabgesetzt, und die Gefahr ist beträchtlich verringert, daß
der Überzug nach Verlust eines Teils seiner ursprünglichen Elektrizität infolge
Alterung oder Wärmeeinwirkung aufreißt oder während des Betriebs bricht.
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Die erwähnte geringe Kohäsion des weichen, pulverhaltigen Füllmaterials
wird zweckmäßigerweise dadurch zustande gebracht, daß es mit einer erheblich kleineren
Bindemittelmenge als für die vollständige, d. h. hohlraumfreie Ausfüllung der Zwischenräume
zwischen den Pulverteilchen erforderlich hergestellt wird.
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In vorteilhafter Weiterbildung der Erfindung kann das Füllmaterial
ein pulverförmiges Material enthalten, welches sonst als Streckmittel für Farben
verwendet wird. Wenn das Füllmaterial eine bestimmte Färbung erhalten soll, kann
man seinem pulverförmigen Hauptbestandteil ein farbiges Pigment in Pulverform beimischen.
Von Bedeutung ist, daß das pulverförnnige Material des Füllmaterials möglichst feinkörnig
und chemisch neutral ist. Weiterhin soll es beispielsweise nicht flüchtig sein oder
einen niedrigen Schmelzpunkt aufweisen, ferner nicht mit dem für den äußeren Überzug
verwendeten Material chemisch reagieren oder das Metall der Drahtwindungen oder
deren Isolation angreifen. In der Regel sind auch keine elektrisch leitenden pulverförmigen
Materialien einzusetzen.
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Vorzugsweise wird einem weiteren Ausführungsbeispiel
des
Verfahrens nach der Erfindung ein pulverförmiges Material im Füllmaterial verwendet,
dessen Teilchen nicht kugelförmig sind, sondern lamellenförmig, nadelförmig oder
in anderer Weise unregelmäßig geformt. Insbesondere ist deswegen die Verwendung
von-Asbestmehl, Diatomeenerde, Glimmer, Talkum und Porzellanerde vorgezogen. Pulver
mit weniger ausgeprägt lamellenförmigen nadelähnlichen oder sonstwie unregelmäßig
geformten Teilchen, welche gleichfalls mit Erfolg eingesetzt werden können, sind
Baryte, Bimsstein, ausgefälltes oder natürliches Calciumcarbonat, Magnesiumcarbonat
und Kieselsäure.
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In weiterer Vervollkommnung des Verfahrens nach der Erfindung kann
das weiche Füllmaterial ein Bindematerial enthalten, welches sonst als Verdickungsmittel
bei Emulsionsfarben verwendet wird. Mit Vorteil kann das Bindemittel aus einem Celluloseäther,
nämlich Äthylhydroxyäthylcellulose, Methylcellulose, Hydroxyäthylmethylcellulose
oder Methyläthylcellulose bestehen. Dabei hat sich ein weiches Füllmaterial bewährt,
das sich aus etwa 437 Gewichtsteilen Glimmerpulver (200 Maschen auf 25,4 mm), 13,9
Gewichtsteilen Hydroxyäthylmethylcellulose, 850 Gewichtsteilen Wasser, 1,4 Gewichtsteilen
Natriumhexamethaphosphat, 14,8 Gewichtsteilen Monooleat eines Polyäthylenglykols
mit einem durchschnittlichen Molekulargewicht von 300 und 2,6 Gewichtsteilen eines
wasserlöslichen Fungizids, bei dem das Phenylquecksilber-Radikal mit Dinaphthylmethandisulfonsäure
kombiniert ist, zusammensetzt.
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Statt dessen können beim erfindungsgemäßen Verfahren als Bindemittel
im weichen Füllmaterial auch das Natriumsalz der Carboxymethylcellulose oder natürlicher
oder künstlicher Gummi, ein Polyvinylharz, Polyacrylharz, Methacrylharz oder Alginat,
beispielsweise Natriumalginat, eingesetzt werden. Wesentlich ist, daß die Bindematerialien
für das Füllmaterial diesem dann, wenn sie in flüchtigen Flüssigkeiten gelöst oder
dispergiert sind, eine trotz nur eines geringen Bindemittelanteils für das gewählte
Aufbringungsverfahren geeignete Konsistenz vermitteln. Das Bindematerial selbst
sowie das Mittel, in welchem es gelöst oder dispergiert wird, müssen gegenüber dem
Metall der Drahtwindungen sowie gegenüber deren Isolation unschädlich sein, außerdem
darf das Bindemittel auch im trockenen Zustand nicht mit dem Material des äußeren
Überzugs reagieren.
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Beim Verfahren nach der Erfindung kann das weiche Füllmaterial auch
aus einem Pulver ohne Verwendung eines Bindemittels bestehen, das in die Zwischenräume
der äußeren Windungen der Wicklung eingeführt durch seine natürliche Kohäsion in
seiner Lage gehalten wird und eine glatte Außenfläche bildet, auf welche der äußere
Überzug aufgebracht wird. Insbesondere kann Talkumpulver ohne Bindemittel als Füllmaterial
eingesetzt werden. Kommt kein Bindemittel zur Anwendung, dann kann das Pulver in
die Zwischenräume der Drahtwindungen im trocknen Zustand hineingerieben werden,
wo es infolge seiner natürlichen Kohäsion festgehalten wird. Zweckmäßig ist jedoch
die Verwendung eines flüssigen Trägermaterials, so daß das Füllmaterial durch Eintauchen
oder Aufstreichen mit einem Pinsel, Aufspritzen oder Aufspachteln aufgetragen werden
kann. Beim Verfahren nach der Erfindung kann der äußere Überzug aus einem Plastisol
oder einem Organosol bestehen, aus einer Gummi- und Harzverbindung hergestellt oder
aus einer Mischung erzeugt werden, bei der eine Vinylharzemulsion als Bindemittel
verwendet wird. Dabei kann die Gummi- und Harzverbindung einen künstlichen Gummi
sowie ein Phenolharz enthalten.
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Eine mit dem erfindungsgemäßen Verfahren hergestellte elektrisch isolierte
Wicklung ist in der Zeichnung beispielsweise dargestellt, und zwar zeigen deren
F i g. 1 und 2 die Draufsicht bzw. Stirnansicht einer Wicklung für eine elektrische
Vorrichtung vor der Verformung in die endgültige Gestalt, jedoch nach dem Aufbringen
des Überzuges; F i g. 3 gibt die Stirnansicht der Wicklung gemäß F i g. 1 und 2
nach der Verformung in die endgültige Gestalt wieder; F i g. 4 zeigt in vergrößertem
Maßstab die Ansicht eines Teils des Schnittes längs der Linie 4-4 in Fig. 3. Zunächst
wird aus einem mit Lack isolierten Kupferdraht eine Wicklung 5 mit flacher Gestalt
hergestellt, wie sie in den F i g. 1 und 2 dargestellt ist. Danach wird auf die
äußeren Windungen 7 der Wicklung 5 eine erste Schicht 6 aufgebracht,
welche die Oberflächenunregelmäßigkeiten der Wicklung 5 verringert und eine glatte
Oberfläche vermittelt, auf die dann ein relativ kräftiger flexibler äußerer Überzug
8
aufgebracht wird. Nach dem Aufbringen dieses überzuges 8 wird die
Wicklung 5 mit Hilfe einer Presse oder unter Benutzung von Walzen in die
aus F i g. 3 ersichtliche gekrümmte Gestalt verformt.
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Die also als Gleitschicht für den äußeren überzug
8 wirkende
erste Schicht
6 wird aus einem weichen Füllmaterial hergestellt, zu dessen
Erläuterung die folgenden Beispiele dienen: Beispiel 1 Es wurde ein Füllmaterial
der folgenden Zusammensetzung hergestellt:
| Gewichtsteile |
| Glimmerpulver (200 Maschen auf 25,4 mm) 437 |
| Hydroxyäthylmethylcellulose ............ 13,9 |
| Wasser ............................... 150 |
| Natriumhexameth-aphosphat . . . . . . . . . . . . . 1,4 |
| Monooleat eines Polyäthylenglykols |
| mit einem Durchschnittsmolekular- |
| gewicht von 300 ..................... 14,8 |
| Wasserlösliches Schimmelverhütungsmittel 2,6 |
Das wasserlösliche Schimmelverhütungsmittel ist eine Verbindung, bei welcher das
Phenylquecksilber-Radikal mit Dinaphthylmethandisulfonsäure verbunden ist.
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Bei dem Natriumhexamethaphosphat handelt es sich um ein Wasserenthärtungsmittel,
während das Monooleat eines Polyäthylenglykols mit einem Durchschnittsmolekulargewicht
von 300 das Füllmaterial fließfähiger macht.
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Eine Wicklung wurde in dieses Material eingetaucht, dann in einem
Ofen bei einer Temperatur von etwa 65° C getrocknet und schließlich gekühlt. Anschließend
wurde die Wicklung in ein Organosol-Überzugsmaterial eingetaucht, das aus Polyvinylchlorid
bestand, welches in einem epoxydisierten pflanzlichen Öl zusammen mit kleineren
Mengen eines Bleistabilisators und eines Oxydationsverhütungsmittels
dispergiert
war. Die so mit einem Überzug versehene Wicklung wurde dann in einem Ofen einer
Temperatur von etwa 200° C ausgesetzt.
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Der äußere Überzug zeigte keine Risse nach seiner Verformung in die
endgültige Gestalt und auch nicht nach dem Einspannen unter ein Polstück in einem
Joch und einer 64 Stunden dauernden Erwärmung auf eine Temperatur von etwa 150°
C.
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Beispiel 2 Eine kreisrunde Wicklung mit einem Außendurchmesser von
etwa 90 mm, einem Innendurchmesser von etwa 50 mm und einer Dicke von etwa 12,5
mm bestehend aus etwa 500 Windungen lackisoliertem Kupferdraht Nr. 24, wurde in
das weiche Füllmaterial gemäß Beispiel 1 eingetaucht, im Ofen bei einer Temperatur
von etwa 65° C getrocknet und dann abkühlen gelassen. Anschließend wurde die Wicklung
in ein Gemisch aus 500 Gewichtsteilen an einer etwa 50prozentigen, kein Plastifizierungsmittel
enthaltenden Dispersion von Polyvinylpropionat und 100 Gewichtsteilen Wasser eingetaucht.
Dann folgte eine 16 Stunden lange Trocknung im Ofen bei einer Temperatur von etwa
65° C.
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Im kalten Zustand wurde die Wicklung mit Hilfe einer Spindelpresse
in die gewünschte Form gebracht, welche mit einer feststehenden, waagerecht angeordneten
halbzylindrischen äußeren Matrize (Durchmesser = etwa 82,5 mm) und einer beweglichen
zylindrischen Matrize (Durchmesser = etwa 60 mm) ausgerüstet war. Im äußeren Überzug
entstanden beim Verformen der Wicklung keine Risse.
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Dagegen wurde eine ähnliche Wicklung, die jedoch nicht mit einer Gleitschicht
aus dem weichen Füllmaterial versehen war, in das angegebene Gemisch zur Erzeugung
des äußeren Überzuges eingetaucht und dann 16 Stunden lang im Ofen bei einer Temperatur
von etwa 65° C getrocknet sowie anschließend abkühlen gelassen. Bei der Verformung
der so behandelten Wicklung auf der Spindelpresse in ihre endgültige Gestalt, entwickelten
sich mehrere Risse in dem äußeren Überzug. Beispiel 3 Fein pulverisiertes Talkum
wurde mit der Hand in die Zwischenräume der äußeren Windungen einer Wicklung ähnlich
der im Beispiel 2 beschriebenen eingerieben. Das Pulver wurde durch seine natürliche
Kohäsion in seiner Lage gehalten, so daß es eine glatte und geometrisch regelmäßige
Außenfläche bildete.
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Die so vorbereitete Wicklung wurde in das im Beispiel 2 beschriebene
Gemisch zur Erzeugung des äußeren Überzuges eingetaucht. Dann wurde der Überzug
16 Stunden lang im Ofen bei etwa 65° C getrocknet. Im kalten Zustand wurde die Wicklung
auf die im Beispiel 2 beschriebene Weise zu ihrer endgültigen Gestalt verformt,
ohne daß irgendwelche Risse in dem äußeren Überzug entstanden.